В позапрошлом году я начал испытания различных способов соединения проводов, во избежание ситуации описанной в посте. Сейчас пришло время посмотреть как соединения стареют со временем и ведут себя при перегрузках.
Здесь рассматриваются наиболее доступные способы соединить наиболее типичный для квартирной проводки медный однопроволочный провод сечением 2,5 кв.мм.
Старение
Соединения, описанные в прошлой статье, были оставлены на балконе с большими суточным и годовым перепадами температуры и влажности на 14 месяцев. Напряжение не подводилось. Подтяжка или зачистка клемм не производились.
Перегрузка
На этот раз конструкция установки несколько иная. Повышено выходное напряжение и добавлен балласт, в виде кастрюли с кипятильником, для стабилизации тока.
Все соединения включены последовательно и подвергались идентичным воздействиям. Испытание имело вид подачи тока импульсами длительностью 0,5… 2 часа с периодами охлаждения не менее 0,5 часа. Ток составлял около 38 А (первые 18 импульсов) и 40 А (ещё 12 импульсов). В завершение подан импульс 3 часа @40 А, в конце которого выполнено измерение температуры. Температура измерялась прижатием термопары к токоведущим частям клеммников через термопасту. После охлаждения установки измерено переходное сопротивление уцелевших соединений.
| Импульс | Длительность | Ток |
| 1 | 1 ч | 38 А |
| 2 | 2 ч | 38 А |
| 3 | 2 ч | 38 А |
| 4 | 0,5 ч | 38 А |
| 5 | 1 ч | 38 А |
| 6..15 | 0,5 ч | 38 А |
| 16 | 4 мин | 38 А |
| 17..18 | 0,5 ч | 38 А |
| 19..30 | 0,5 ч | 40 А |
| 31 | 3 ч | 40 А |
Изменение тока в середине опыта вызвано удалением Al-Al скрутки, создававшей большое сопротивление.
Подтяжка клемм не производилась.
Винтовые клеммники ТВ-1504 (15 А) и ТВ-2504 (25 А)
Нет признаков ухудшения контакта при хранении и после циклирования. Конечная температура в перегрузке существенно превышает допустимую для ПВХ изоляции, но никаких признаков повреждения клеммников или проводов не обнаружено.
Успех.
«Полиэтиленовый» клеммник 5 А
На 18-ом цикле стало заметно оплавление корпуса в местах соприкосновения с металлическими частями. К концу финального трёхчасового нагрева корпус начал течь, но продержался до конца опыта. При разборке схемы один из проводов выпал.
Провал, но с учётом 8-и кратной перегрузки — живучесть удивительная.
«Полиэтиленовый» клеммник 10 А
Не участвовал в испытаниях на старение. При сборке, в гильзе образовалась трещина, и с этой трещиной он пошёл на испытания.
Никаких признаков повреждения корпуса или проводов. После разборки провода держатся надёжно, сопротивление стабильно.
Успех.
Скрутка Cu-Cu
При длительном хранении ослабла — сопротивление нестабильно (меняется при надавливании на провода). Измеренная внутренняя температура вызывает сомнения. Признаков перегрева изоленты не обнаружено.
Успех, но есть нюанс.
Скрутка Al-Cu
После хранения сопротивление высоко и нестабильно. Начала дымиться сразу после включения под нагрузку, и через полчаса изолента полностью обгорела. На 16-м импульсе контакт пропал и началось искрение, после чего была исключена из схемы.
Полный провал, но без пожара.
Скрутка Al-Al
После хранения нестабильное сопротивление. Начала дымиться через 10 минут после подачи тока. Через 5 часов под нагрузкой (третий импульс) почернела изоляция на проводах. На протяжении всего опыта наблюдается небольшое искрение. На 19-м импульсе нагрев скрутки привёл к повреждению вспомогательного клеммника, после чего она была исключена из схемы.
Полный провал, но без пожара.
Пайка
Стабильна как целый провод. Но крайне нетехнологично для монтажа электропроводки.
Успех.
WAGO 222 (серый)
После хранения сопротивление возросло и стало нестабильным. В ходе опыта температура внутри достигла 171º. Заметных повреждений корпуса нет, но изоляция на проводах начала темнеть. После прогрузки сопротивление осталось нестабильным. Возможно это вызвано оксидной плёнкой на проводе, возникшей в результате перегрева.
Успех, но есть нюансы.
WAGO 221 (прозрачный)
После хранения возросло сопротивление. После прогрузки сопротивление частично восстановилось, но стало нестабильным. Видимых повреждений нет. Изоляция на проводах немного потемнела и затвердела.
Значительно лучше, чем серый WAGO.
Измерения
| R нач, мОм | Δt @15А | R хран, мОм | R перегр, мОм | Δt @40 А | |
| ТВ-25 прямое | 1,3 | +10º | 1,3 | 1,3 | + 63º |
| ТВ-25 рядом | 1,0 | + 9º | 1,0 | 1,0 | + 48º |
| ТВ-15 прямое | 1,3 | + 11º | 1,2 | 1,3 | + 76º |
| ТВ-15 рядом | 1,0 | + 11º | 1,1 | 1,1 | + 70º |
| WAGO 222 (серый) | 1,4 | + 11º | 2,8… 8,3 | 2,6 ..12,9 | + 145º |
| WAGO 221 (прозрачный) | 1,4 | + 12º | 4,5… 5,0 | 1,7… 3,1 | + 121º |
| «полиэтиленовый» 5А | 1,2 | - | 1,4 | 2,0… 4,2 | + 86º |
| «полиэтиленовый» 10 А | 1,2 | - | - | 1,0 | + 55º |
| Пайка | 0,9 | - | 0,9 | 0,8 | - |
| Скрутка Cu-Cu | 1,1 | + 9º | 1,2… 9,0 | 1,8… 9,0 | + 56º ? |
| Скрутка Al-Al | - | - | 1,8… 23,0 | разрушена | обгорание изоленты |
| Скрутка Al-Cu | - | - | 7,3… 42,4 | разрушена | обгорание изоленты |
| Провод | 1,0 | + 10º | - | 0,9 |
R нач — сопротивление соединения сразу после сборки.
Δt @15А — превышение температуры соединения над окружающей средой при токе 15 А сразу после сборки.
R хран — сопротивление после 14-и месячного хранения в неблагоприятных условиях.
R перегр — сопротивление после испытаний на перегрузочную способность.
Δt @40 А — превышение температуры над окружающей средой при токе 40 А после испытаний на перегрузочную способность.
Размышления
В соответствии с ГОСТ IEC 60898-2-2011, автоматический выключатель 25С должен гарантированно отключаться за время не более 1 ч при токе 25*1,45 = 36 А. Исходя из этого, испытанные (и уцелевшие) соединения должны быть достаточно надёжными для цепи сечением 2,5 кв.мм, защищаемой автоматами на 25 А.
Следует учитывать, что, несмотря на сохранение целостности соединений, нагрев, во всех случаях, существенно превысил допустимый для ПВХ изоляции предел в 70º. Длительное нахождение под таким током приведёт к ускоренному старению изоляции и её разрушению. А потому, если возможна длительная перегрузка, — желательно ограничивать ток автоматическими выключателями на 20 А (редкие) или 16 А.
Мне не удалось устроить возгорание — полное разрушение изоленты произошло без открытого пламени. Корпуса электротехнический изделий и изоляция проводов изготавливаются из материалов не поддерживающих горение, а потому пожар при перегрузке маловероятен, но возможен при «правильном» монтаже на «подходящих» конструкциях.
Опыт проводился при комнатной температуре на открытом столе. Реальные соединения могут располагаться в закрытых щитках или нагреваемых солнцем помещениях.