Высоковольтные разъемы GES Electronic & Service для ответственных применений

Введение

При проектировании электронных приборов выбор соединителей, как правило, производят в последнюю очередь. Однако каждый опытный разработчик электрооборудования может привести примеры, когда неграмотно и несвоевременно подобранный компонент становится причиной переделки не только печатной платы, но и конструкции всего устройства. Подходящий разъем обычно подбирают с учетом габаритных размеров, нагрузочной способности, устойчивости к климатическим и механическим воздействиям, наличия герметичности, технологичности и ремонтопригодности. Степень важности каждой характеристики определяется разработчиком исходя из конкретной задачи. При этом необходимо, чтобы все параметры выбранного соединителя полностью соответствовали заявленным характеристикам. Коннекторы «безымянных» производителей зачастую преподносят неприятные сюрпризы в виде деформированных контактов, отсутствия механической прочности, наличия заусенцев и т. д. Их использование может привести к дополнительным затратам на ремонт или возможную переработку проектируемого устройства. И конечно же, они совершенно не пригодны для оборудования ответственного назначения. В этом случае следует обратить внимание на продукцию компаний, гарантирующих качество предлагаемых изделий и имеющих подтвержденную годами репутацию надежных изготовителей.

Компания GES Electronic & Service является известным производителем качественных и надежных разъемов, ориентированных на применение в высокотехнологичных устройствах различного назначения [1]. На протяжении многих лет продукция компании успешно используется при изготовлении полупровод­ников, в измерительном оборудовании и приборах диагностики качества материалов (рентгеновских системах неразрушающего контроля, масс-спектрометрах, электронных микроскопах, тестерах изоляции), в медицинских установках (томографах, рентгеноскопах, аппаратах УЗИ), в промышленном оборудовании (лазерах, системах индукционного нагрева, электронно-лучевой сварки и обработки поверхностей), в устройствах ядерной физики (тиратронах, магнетронах, клистронах, лампах бегущей волны, ускорителях частиц, электронных пушках, фотоэлектронных умножителях) и в других специфических применениях.

GES Electronic & Service с большим вниманием относится к надежности предлагаемой продукции. Все разъемы выгодно отличаются большим количеством циклов соединения (до 100 000 без ухудшения электрических параметров), упрощенной процедурой монтажа и простым техническим обслуживанием. Для обеспечения безопасности при производстве применяются исключительно диэлектрики со сравнительным индексом пробоя изоляции (CTI, Comparative Tracking Index) 550 или выше, такие как PTFE (политетра­фторэтилен, тефлон), POM (полиоксиметилен), PBT (полибутилентерефталат) или PA6.6 (полиамид). Одним из главных условий применимости данных компонентов в спецтехнике является требуемый температурный диапазон. При выборе разъема для работы на низких температурах (что весьма актуально для России) следует учесть, что диапазон температур эксплуатации отдельных серий определяется в основном характеристиками материала изолятора. Например, разъемы GES Electronic & Service, использующие в качестве изолятора тефлон, способны работать при температурах окружающей среды –50…+200 °C.

В настоящее время компания предлагает широкий ассортимент высоковольтных соединителей, рассчитанных на напряжения до 100 кВ постоянного тока (табл. 1). Линейка стандартных изделий содержит:

• Одноконтактные цилиндрические разъемы серий S и 100 с рабочими напряжениями 10–100 кВ и токами коммутации до 80 А. Компоненты данной группы относятся к наиболее популярным изделиям компании.
• Многоконтактные цилиндрические высоковольтные разъемы с различными конфигурациями выводов, предназначенные для работы с напряжениями до 15 кВ и токами до 30 А. Группа объединяет серии M, MC и MCS, максимальное количество контактов — девять.
• Пластиковые самозащелкивающиеся высоковольтные разъемы серии VP с максимальными рабочими напряжениями до 13 кВ и токами до 13 А.
• Модульные наборные разъемы для соединения пневмо- и электрических (информационных и высоковольтных) линий. Количество и тип контактов, а также внешние габариты изделия пользователь выбирает исходя из решаемой задачи.

Помимо стандартных изделий, существует возможность получения разъемов, разработанных в соответствии с ТЗ заказчика. Конструктивно соединители выпускаются как в пластиковых, так и в металлических корпусах, подходящих для использования совместно с неэкранированными и экранированными (коаксиальными) кабелями. Герметичные металлические разъемы с уровнем защиты вплоть до IP68 обеспечивают надежное функционирование в условиях воздействия агрессивных сред. Они изготавливаются из латуни, покрытой никелем, контакты имеют серебряное или золотое напыление. Кабельные манжеты, используемые для фиксации провода и крепления его экрана, также выполнены из латуни.

Техническая поддержка компании включает предоставление полного комплекта документации с рекомендациями по применению и техническому обслуживанию, готовые 3D-модели разъемов, а также консультации специалистов. По запросу предусмотрено получение образцов для проведения тестовых испытаний и практической оценки возможности применения разъемов в своих разработках.

Одноконтактные цилиндрические разъемы

Одноконтактные разъемы компании GES Electronic & Service представлены сериями S и 100 (табл. 2).

Одноконтактные высоковольтные соединители серии S способны выдерживать рабочие напряжения до 40 кВ DC и номинальные токи до 30 А (до 3 кА в импульсе). Они могут использоваться совместно с экранированными проводами, площадь сечения центральной жилы которых не превышает 2,5 мм². Разъемы выполнены в цельнометаллических никелированных корпусах из латуни (CuZn), материал изоляции — PTFE или POM, их огнестойкость соответствует оценкам V-0 и HB стандарта UL94. Выводы разъемов также изготовлены из латуни. Они имеют серебряное (по умолчанию) или золотое (опция /Au в наименовании) износостойкое покрытие, позволяющее избежать окисления, обеспечить хорошую проводимость и гарантировать постоянное переходное сопротивление контакта не более 300 мкОм. Степень защиты разъемов от внешних воздействий — IP50 (пылезащищенное исполнение).

Законченная конструкция цилиндрических разъемов серии S представляет собой сочетание пары: штепсельной вилки (HS) и штепсельной розетки (HB). Соединение центральных проводников вилки и розетки стандартное: штыревой контакт одного соединителя входит в гнездовой цанговый контакт другого и удерживается в нем за счет усилия, создаваемого пружинящим гнездом. Фиксация контакта выполняется при помощи присоединительной гайки, расположенной на корпусе вилки, и резьбы на корпусе розетки.

Для обеспечения гарантированного количества циклов коммутации (100 тыс.) усилие соединения и разъединения не должно превышать 5,5 и 4 Н соответственно. Монтаж розетки к корпусу приборов возможен двумя способами в зависимости от модификации разъема (HB×0 или HB×1). Первые имеют квадратные фланцы с четырьмя крепежными отверстиями, у вторых ее фиксация выполняется при помощи специальной гайки с внутренней стороны корпуса устройства. Для примера на рис. 1 показан внешний вид вилок HS20 и HS21 и соответствующих им розеток HB20 и HB21.

Рис. 1. Внешний вид разъемов серии S

У вилки заделка центральной жилы кабеля производится при помощи пайки, обеспечивающей простоту и хорошее качество контакта. Наружный проводник гибкого кабеля (оплетка) закрепляется путем прижима.

Аналогичное строение имеют высоковольтные разъемы серии 100, предназначенные для применения в устройствах с максимальными рабочими напряжениями 10–100 кВ. Они обладают улучшенной устойчивостью к ударным нагрузкам и сильным механическим воздействиям, никелированный корпус с тефлоновой изоляцией обеспечивает класс защиты IP67 (в соединенном состоянии). Подразделяются на две группы в зависимости от величины номинального тока. Первая группа объединяет вилки KS1×0 и розетки GB1×0 с рабочим током 30 А (максимальное значение 40 А), вторая — образована электрическими соединителями с повышенным до 80 А номиналом тока и уменьшенным до 150 мкОм сопротивлением контакта. Особенностью всех разъемов серии является универсальность применения. Для каждого разъема доступны семь модификаций, различающихся между собой наличием внутренней или внешней уплотнительной манжеты, адаптированной под различные диаметры используемых проводов (6,5–25 мм). Также для заказа доступны маслонепроницаемые версии розеток. В остальном существенных отличий с серией S нет, как по конструкции, так и по способу заделки кабеля. Внешний вид пары GB120 и KS120 приведен на рис. 2.

Рис. 2. Внешний вид соединителя из серии 100

Многоконтактные цилиндрические разъемы

Линейка серийно выпускаемых многоконтактных разъемов компании представлена тремя семействами (табл. 3).

Электрические соединители серии M, отличающиеся надежным резьбовым соединением, находят широкое применение в цепях постоянного, переменного и импульсного тока. Они рассчитаны на рабочие напряжения до 12 кВ (новые модели до 30 кВ DC) и токи до 30 А. Конструктивно изготавливаются в прочных герметичных алюминиевых корпусах, покрытых слоем никеля и обеспечивающих степень защиты от внешних воздействий IP54. В качестве материала изолирующих втулок применяется PTFE или POM, их огнестойкость определяется стандартом UL94 и соответствует оценкам V-0 и HB. Каждый разъем может содержать 2–9 контактов из латуни с серебряным напылением, гарантирующих до 100 000
циклов соединения/разъединения. Доступны контакты трех видов, объединенных в различных комбинациях. Помимо обычных высоковольтных выводов с диаметром 2,7 мм и сопротивлением контактной пары 300 мкОм, возможно использование дополнительных контактов для обеспечения заземления или соединения цепи контура безопасности, а также вспомогательных низковольтных выводов с диаметром 1,5 мм и номинальным током 25 А. Монтаж кабеля производится при помощи пайки, допустимый калибр провода варьируется от AWG 14 (площадь поперечного сечения 2,5 мм²) до AWG 16 (1,5 мм²).

Для наглядности на рис. 3 показаны семиполюсные разъемы типа M715/2I/1E, обеспечивающие соединение до четырех силовых линий, двух низковольтных и одной цепи заземления. Обе части разъема могут быть сконфигурированы как штепсель или как гнездо. Розетка GB715/2I/1E и вилка GS715/2I/1E предназначены для монтажа на панель корпуса, совместимые с ними ответные части KS715/2I/1E и KB715/2I/1E устанавливаются на кабель.

Рис. 3. Внешний вид многоконтактных разъемов M715/2I/1E

Аналогичное строение имеют многоконтактные разъемы серии MC, по сравнению с серией M обладающие более компактными габаритными размерами и меньшим весом (буква C в наименовании означает compact). Серия отличается большим разнообразием доступных моделей благодаря наличию широкого спектра опциональных кабельных зажимов, при помощи которых появляется возможность подключения проводов с внешним диаметром 6,5–14 мм. В рамках семейства объединены изделия с посеребренными или позолоченными контактами, их количество не превышает пяти. Запрессовка кабеля в контакт выполняется пайкой, в качестве изоляции преимущественно используется полиоксиметилен. Класс защиты устройств соответствует IP60 (IP63 или IP67 по запросу). Отдельно следует отметить разъемы типа MC520, изготавливаемые с применением PTFE и характеризующиеся повышенным до 15 кВ рабочим напряжением.

Новая бюджетная серия суперкомпактных высоковольтных разъемов MCS предназначена для интенсивной эксплуатации в силовых электрических цепях лабораторного, медицинского, измерительного и тестового оборудования, а также в промышленных установках с номинальным напряжением постоянного тока до 5 кВ. Для обеспечения безопасности предусмотрено тестирование каждого разъема серии MCS напряжением 8 кВ постоянного тока. Соединители серии MCS могут иметь два, четыре или шесть контактов c диаметром 0,7 мм, изготовленных из латуни с золотым напылением. В качестве изолятора используется полибутилентерефталат (PBT), который обладает высокой устойчивостью к воздействию растворителей и обеспечивает надежное функционирование при температурах –40…+150 °C. Класс защиты от внешних воздействий IP68 обеспечивает стабильную и безопасную работу соединителей даже в крайне неблагоприятных условиях, в том числе при воздействии агрессивных сред. Внешний вид разъемов серии MCS приведен на рис. 4. Здесь изображены вилка GS-MCS405 и розетка GB-MCS405, которые при помощи круглой гайки могут крепиться к корпусу прибора, и соответствующие им розетка KB-MCS405 и вилка KS-MCS405, обеспечивающие монтаж на кабель.

Рис. 4. Внешний вид разъемов типа MCS405

Пластиковые разъемы серии VP

Серия VP включает высоковольтные разъемы, предназначенные преимущественно для организации межкабельного соединения и рассчитанные на напряжения 8–13 кВ при постоянном токе до 30 А. Позволяющая комбинировать 1–3 контакта, она характеризуется высоким уровнем безопасности, простотой обслуживания и гибкостью применения при минимально необходимом пространстве для размещения. Пластиковые детали разъемов имеют усиленную конструкцию, обладают хорошими диэлектрическими показателями и стойкостью к ударным нагрузкам, изнашиванию и истиранию. Соединители данной серии изготавливаются в негерметичном исполнении с уровнем защиты IP20 (по DIN EN 60529), стойкость к воспламенению соответствует оценке UL94 V-0. Они предусматривают до 1000 циклов соединений/разъединений, при этом сопротивление контакта «штекер-гнездо» не превышает 5 мОм. Основное назначение — медицинское, измерительное и испытательное оборудование, а также аналитические и лабораторные приборы, в том числе лазерные установки, стереометры, кристаллографы и т. д.

Рис. 5. Внешний вид одноконтактных разъемов серии VP

Все разъемы, входящие в серию, подразделяются на несколько типов (табл. 4), внешний вид их одноконтактных вариантов показан на рис. 5.

Разъемы VarioPro Basic и VarioPro Basic DF имеют максимальное рабочее напряжение 8 кВ DC и полную совместимость между собой. Они подходят для кабелей с размерами AWG 26–14, тип VarioPro Basic DF снабжен дополнительными пластиковыми круглыми фланцами с отверстиями для крепления штекера и гнезда между собой. Одноконтактные коннекторы VarioPro SB10 позиционируются для соединения высоковольтных линий с более высокими значениями номинального тока. Каждый разъем VarioPro CL содержит 1–3 силовых контакта. Данный тип разработан для внутренних соединений и отличается наличием практичного механизма автоматического защелкивания, обеспечивающего невозможность случайного размыкания при задевании кабеля.

Модульные разъемы

Серия MOD включает специализированные комбинированные разъемы, предназначенные для экстремальных условий эксплуатации и позиционируемые для применения в роботизированных системах, контрольных панелях, устройствах автоматизированной сварки, а также разнообразных промышленных установках. Модульная конструкция разъемов позволяет одновременно коммутировать силовые и низковольтные электрические цепи, телекоммуникационные линии передачи данных, а также пневматические магистрали. Каждый разъем формируются на основе модульных вставок, перечень и отдельные характеристики которых можно увидеть в таблице 5.

Различные комбинации объединяемых контактных групп обеспечивают высокую гибкость применения и экономят занимаемое пространство. В настоящее время помимо силовых модулей доступны трехконтактные коаксиальные вставки с волновым сопротивлением 50 Ом, группа низковольтных вставок с количеством контактов 3–20 и максимальным напряжением 630 В, вставки для пневмомагистралей с рабочим давлением до 8 бар, а также для сигналов передачи данных стандарта Ethernet (пропускная способность до 100 Мбит/с). Необходимый для решения определенной задачи набор модулей формируется самим разработчиком, при этом учитываются требования по количеству полюсов, нагрузочной способности контактов (минимальным коммутируемым токам и напряжениям) и габаритам конечного разъема. Модульные вставки различного назначения фиксируются вместе при помощи пластиковых каркасов четырех различных размеров. Допускается установка как вилочных, так и розеточных контактных вставок, это позволяет создавать необходимую конфигурацию кабельных соединений. Полученная конструкция монтируется в алюминиевые корпуса, обладающие высокой механической прочностью и обеспечивающие класс защиты IP65 (полная защита от проникновения пыли и брызг воды) при применении соответствующих кабельных вводов. В настоящее время применяется четыре типоразмера корпусов, их габариты также зависят от количества используемых модульных вставок (2, 3, 5 или 7). В пределах одного размера доступны корпуса как для крепления на панели приборов, так и для монтажа на кабель.

Наиболее популярные комбинированные разъемы, предназначенные для определенных сфер применения, поставляются как готовое скомпонованное изделие. Они разработаны с учетом специализированных требований, при этом обладают совместимостью с продукцией других крупных производителей, таких как Amphenol, Lapp, Wieland, Weidmüller и т. д. Например, согласно внутренней классификации компании GES Electronic & Service модульные электрические силовые соединители вынесены в отдельную группу, образованную разъемами типа MOD HP и MOD T. Их основные характеристики представлены в таблице 6.

Разъемы MOD HP и MOD T могут содержать до 14 контактов, рассчитанных на работу в цепях с напряжениями до 12 кВ и токами 25 и 30 А соответственно. Тип HP выполнен с применением модульных вставок HiPro HV. Сами контакты, предназначенные под обжим или пайку, изготовлены из меди с напылением из серебра и имеют сопротивление менее 2 мОм. В качестве материала изоляции выступает полиамид PA 6.6 GF, соединение двух частей разъема осуществляется при помощи защелки. Данные разъемы гарантируют не менее 500 циклов соединения/разъединения без ухудшения электрических параметров. Разъемы типа MOD T построены на основе модулей PTFE HV, которые для изоляции выводов используют фторопласт. Они обеспечивают не менее 100 тыс. циклов коммутации, при этом сопротивление контактной пары не превышает 0,3 мОм. Контакты под пайку имеют диаметр 2,7 мм и изготавливаются из латуни. Для примера на рис. 6 показаны различные варианты корпусного исполнения четырехполюсных разъемов MOD HP и MOD T. Здесь разъемы, предназначенные для монтажа на приборы, имеют четыре крепежных отверстия диаметром 4,5 мм. Их ответная часть монтируется на кабель. Также предлагаются варианты с угловым вводом кабеля.

Рис. 6. Внешний вид четырехполюсных разъемов MOD HP и MOD T

Заключение

Компания GES Electronic & Service предлагает широкий спектр высоковольтных разъемов, предназначенных для применения в устройствах, где требуются долговременная надежность и безотказность работы. Высокое качество готовых изделий, различное корпусное исполнение и всесторонняя техническая поддержка позволяют стандартным сериям разъемов рассчитывать на востребованность на мировом и российском рынках электронных компонентов.