Montaż i łączenie przewodów w rozdzielnicy: dopuszczalne metody wg PN-HD 60364

Łączenie, odejmowanie i kończenie żył w rozdzielnicy jest dozwolone na cztery sposoby: zaciskanie (prasa), spawanie, lutowanie oraz zaciski – śrubowe, śrubowe (na nakrętki) lub sprężynowe (zgodnie z normami serii PN-HD 60364). Skręcanie przewodów nie znajduje się w tym zestawieniu, dlatego jako samodzielny sposób połączenia jest niedopuszczalne. Elastyczną żyłę wielodrotną przed zaciskiem śrubowym należy zakończyć tulejką typu NSHVI, natomiast dwa przewody w jeden zacisk wyłącznika – podwójną tulejką NSHVI-2. Moment dokręcania należy zawsze sprawdzać w instrukcji lub paszporcie konkretnego urządzenia: w przypadku zacisków wyłączników modułowych jest to zazwyczaj 2–2,5 Nm, jednak żadne normy nie narzucają sztywnych wartości dla wszystkich urządzeń.

Miedzi nie wolno łączyć bezpośrednio z aluminium. W wilgotnym środowisku para różnych metali działa jak ogniwo galwaniczne, co prowadzi do szybkiej korozji aluminium. Wymagania dotyczące takich połączeń definiują standardy serii PN-HD 60364: stosuje się elementy przejściowe lub powłoki ochronne powierzchni roboczych – w praktyce są to zaciski z rozdzielnymi zaciskami, pasta kontaktowa (np. kwarcowa) lub tulejki typu Al-Cu. Oznaczenie kolorystyczne przewodów odbywa się zgodnie z PN-HD 308 S2: N – niebieski, PE – żółto-zielony, fazy – brązowy, czarny lub szary.

Dlaczego połączenie stykowe ulega awarii szybciej niż kabel

W rozdzielnicach niskonapięciowych przegrzanie i pożar nie zaczynają się od uszkodzenia izolacji kabla, lecz od słabego połączenia stykowego. Wewnątrz przenośnej rozdzielnicy budowlanej (zgodnej z PN-EN 61439-4) lub rozdzielnicy sterującej występuje wiele węzłów przełączających: każdy wyłącznik nadprądowy, RCD oraz blok zaciskowy to punkt przerwania obwodu o przejściowej rezystancji styku R_styk.

Dalej działa prawo Joule’a-Lenza: moc cieplna w węźle jest proporcjonalna do R_styk. Wzrost rezystancji powoduje wzrost temperatury, a wysoka temperatura przyspiesza utlenianie metalu, co tworzy warstwę tlenków zwiększającą opór. Proces ten tworzy samonapędzające się błędne koło, które kończy się stopieniem obudowy urządzenia i powstaniem łuku elektrycznego.

Jakie sposoby połączeń dopuszczają normy

Sposoby łączenia przewodów prądowych określają wytyczne serii PN-HD 60364 oraz PN-HD 60364-5-52. Wymagania te są sformułowane jednoznacznie: łączenie, odejmowanie i kończenie żył przewodów i kabli musi być wykonywane za pomocą zaciskania, spawania, lutowania lub zacisków (śrubowych, śrubowych na nakrętki, sprężynowych itp.) zgodnie z aktualnymi instrukcjami producentów i normami technicznymi.

W powyższym zestawieniu nie uwzględniono zwykłego skręcania przewodów. Nie zapewnia ono stabilnej siły docisku i ulega osłabieniu w wyniku deformacji termicznych metalu: nagrzewania podczas przepływu prądu oraz stygnięcia po wyłączeniu obwodu.

Zasilanie fazowe w szeregu aparatów modułowych realizuje się za pomocą szyn grzebieniowych, a nie domowej roboty mostków wykonanych z odcinków przewodu: szyna zapewnia jednolity przekrój na wszystkich wyprowadzeniach i redukuje liczbę punktów styku o połowę. Zaciski sprężynowe oraz typu push-in to również rodzaje zacisków (zgodnie z punktem 2.1.21), które są dopuszczone do użytku na równi z zaciskami śrubowymi. Sprężyna sama utrzymuje stałą siłę docisku, dzięki czemu nie ma potrzeby okresowego dokręcania takich połączeń – w przeciwieństwie do połączeń śrubowych.

Kończenie giętkich żył wielożyłowych za pomocą tulejek zaciskowych (NŚWI)

Okablowanie wewnętrzne przenośnych rozdzielnic budowlanych wykonuje się przy użyciu przewodów giętkich o żyłach wielożyłowych – np. typu LgY (zgodnie z oznaczeniem H07V-K). Nie wolno wprowadzać takiej żyły bezpośrednio do zacisku wyłącznika: krawędź śruby zgniata i przecina cienkie druciki, co powoduje spadek rzeczywistego przekroju. W konsekwencji druciki „rozpływają się” pod wpływem nacisku, co prowadzi do osłabienia styku.

Dlatego żyłę należy zakończyć tulejką zaciskową (izolowaną tulejką tulejową), a w przypadku dwóch przewodów wprowadzanych do jednego zacisku – tulejką typu NŚWI-2. Kolejność prac jest następująca:

1. Zdjąć izolację na długość metalowej tulejki zacisku za pomocą ściągacza (strippera). Nie zaleca się używania noża montażowego ze względu na wysokie ryzyko uszkodzenia (nacięcia) żył.
2. Nałożyć tulejkę. Wszystkie druciki muszą wejść do wnętrza tulejki, a izolacja przewodu powinna wejść w plastikowy kołnierz.
3. Zaciśnij tulejkę za pomocą praski (crimper) o profilu kwadratowym, sześciokątnym lub trapezoidalnym. Zwykłe szczypce nie zapewniają równomiernego nacisku obwodowego i nie nadają się do tego celu.

Typ przewodnika i sposób mocowania	Wymagania dotyczące zakończenia	Narzędzie montażowe	Kontrolowany parametr połączenia
Przewód giętki wielodrotowy (LgY, OnPD) do zacisku śrubowego	Obowiązkowe zaciskanie tulejkami typu NSHWI / NSHV	Stripper (ściągacz izolacji), crimper (zaciskarka)	Brak wystających drutów, odpowiednie osadzenie tulejki
Przewód sztywny jednodrutowy (DY, YDY) do zacisku śrubowego	Zakończenie nie jest wymagane, dopuszczalne formowanie oczka pod śrubę	Kleszcze okrągłe (przy formowaniu oczka)	Długość odsłoniętego przewodu względem głębokości zacisku
Połączenie dwóch przewodników w jednym zacisku wyłącznika	Podwójna tulejka NSHWI-2 o odpowiednim przekroju	Specjalistyczna matryca zaciskarki	Równomierne ściśnięcie obu żył w jednej tulejce
Podłączenie do szyn uziemiających i neutralnych PE oraz N	Zaciskanie tulejkami pierścieniowymi (NKI) lub widełkowymi (NVI)	Praska do tulejek izolowanych	Moment dokręcenia nakrętki, obecność podkładki sprężystej

Moment dokręcania zacisków śrubowych i dokręcanie połączeń

Moment dokręcania zacisków śrubowych producent modułowego osprzętu określa w instrukcji lub karcie technicznej produktu – dla wyłączników nadprądowych, RCD i styczników wartości te są różne i zależą dodatkowo od przekroju żyły. W zaciskach modułowych wyłączników nadprądowych najczęściej spotyka się wartości rzędu 2–2,5 Nm. Wartość ta nie jest określona sztywną normą, lecz wynika z dokumentacji technicznej danego urządzenia.

Niedokręcona śruba powoduje powstanie wysokiej rezystancji przejścia, co prowadzi do stopniowego przegrzewania i wypalania się zacisku. Zbyt mocne dokręcenie może doprowadzić do zerwania gwintu w obudowie, wygięcia płytki dociskowej lub pęknięcia termoplastycznej obudowy aparatu. Z tego powodu zaleca się stosowanie śrubokręta dynamometrycznego z aktualnym świadectwem wzorcowania, zamiast polegania wyłącznie na „wyczuciu ręki”.

Miedź pod śrubą z czasem ulega lekkiej deformacji – mechanizm ten opisano poniżej. Z tego względu producenci osprzętu zalecają ponowne dokręcenie wszystkich połączeń śrubowych po upływie około doby od montażu, jeszcze przed oddaniem obiektu do użytku. Nie jest to wymóg normatywny, lecz zalecenie producenta i dobra praktyka montażowa; konkretny termin i moment dokręcania należy sprawdzić w dokumentacji technicznej urządzenia.

Oznakowanie kolorystyczne i alfanumeryczne obwodów

Oznaczenia kolorystyczne przewodów w rozdzielnicy opierają się na normie PN-HD 308 S2 (kolory żył):

• przewód neutralny N — niebieski;
• przewód ochronny PE — dwukolorowe połączenie żółto-zielone;
• przewody fazowe L1, L2, L3 — preferowane kolory: brązowy, czarny i szary; dopuszczalne są również kolory: czerwony, biały i fioletowy (z wyłączeniem niebieskiego, zielonego i żółtego).

Na końcach przewodów w miejscu podłączenia stosuje się pierścienie identyfikacyjne lub tulejki z oznaczeniami alfanumerycznymi, zgodnie z dokumentacją wykonawczą i schematem jednokreskowym rozdzielnicy. Dzięki nim podczas lokalizowania awarii można natychmiast określić przeznaczenie danej linii.

Co dzieje się w punkcie styku

Niezawodność połączenia zależy od stanu granicy dwóch powierzchni metalowych. Nawet polerowana miedź lub aluminium wykazują mikroskopijną chropowatość, w związku z czym rzeczywisty kontakt nie zachodzi na całej powierzchni zacisku, lecz w mikroskopijnych punktach — tzw. plamach styku (plamach Holma), gdzie wypukłości metalu ulegają odkształceniu pod naciskiem śruby. Pozostałą przestrzeń zajmuje powietrze, czyli izolator. Skupienie linii prądu w tych punktach powoduje powstanie przejściowej rezystancji styku $R_{st}$.

Rezystancję styku dla pojedynczej okrągłej plamy o promieniu $a$ opisuje wzór Holma: $R_c = \rho / (2 \times a)$, gdzie $\rho$ to oporność właściwa metalu. Jest to czysta fizyka, a nie zapis normy: aby zmniejszyć $R_c$, należy zwiększyć promień plam styku, co osiąga się poprzez zwiększenie siły docisku.

Należy jednak pamiętać, że miedź, a w szczególności aluminium, ulegają pełzaniu pod wpływem stałego naprężenia mechanicznego. W trakcie cykli termicznych podczas eksploatacji żyła „wypływa” spod śruby, co powoduje spadek siły docisku, zmniejszenie powierzchni plam styku i wzrost rezystancji przejściowej. W powstałą szczelinę dostaje się tlen, co prowadzi do powstawania tlenków (np. $CuO$ na miedzi) — półprzewodników o wysokiej rezystancji. Powoduje to nagrzewanie się węzła połączeniowego, co w konsekwencji prowadzi do topnienia izolacji i obudowy aparatu. Właśnie ten mechanizm ma na celu ograniczyć kontrola momentu dokręcania oraz okresowe dokręcanie zacisków.

Osobna kwestia to bezpośredni kontakt metali o różnym potencjale, na przykład miedzianego przewodu i aluminiowej szyny zbiorczej. W obecności wilgoci atmosferycznej, rozpuszczonych soli oraz dwutlenku węgla, powstaje ogniwo galwaniczne, w którym aluminium pełni rolę anody: ulega ono intensywnej korozji elektrochemicznej i rozpada się w biały proszek tlenku glinu – w wilgotnych pomieszczeniach proces ten może nastąpić już w ciągu kilku miesięcy eksploatacji. Wymagania dotyczące połączeń stykowych metali różnorodnych obejmują stosowanie odpowiednich elementów przejściowych oraz powłok ochronnych powierzchni roboczych. W praktyce stosuje się zaciski z osobnymi zaciskami dla każdej żyły, pasty kontaktowe (np. kwarcowo-wazelinowe) lub specjalne tulejki przejściowe Al-Cu.