HVAC/過酷な環境用コネクタの3つの主要な性能ニーズは何ですか?

ジェフ・シェパード著 | 2023 年 5 月 15 日

コネクタは複雑なアセンブリであり、その性能は材料と電気的、機械的、環境的要因との相互作用に基づいています。 適切なパフォーマンスを保証するには広範なテストが必要であり、その目的のために多数の業界標準が開発されています。

この FAQ では、暖房換気、空調 (HVAC) システム、その他の過酷な環境で使用されるコネクタの電気的、機械的、環境的考慮事項を含む、コネクタの 3 つの主要な性能指標にわたる 13 件のテストをレビューします。 コネクタの材料試験のいくつかの側面については、FAQ「ニードルフレーム試験とグローワイヤ試験の違いは何ですか?」で説明されています。

テストは、困難な環境におけるコネクタのパフォーマンスを定量化するための基礎です。 主要な領域は次の 3 つです。

電気テスト: 高電流と温度上昇の影響により、コンポーネントに問題が生じます。 試験では、湿潤絶縁抵抗、通電抵抗、耐衝撃性、接触抵抗、およびその他の要素を評価する必要があります。

機械的試験: 屈曲試験、導体の引き抜き、低温衝撃、接触に対する保護、および低レベルの接触抵抗は、基本的な機械的考慮事項の一部です。

環境テスト: 保護の程度、振動、湿度、腐食、および温度衝撃。高度加速寿命テスト (HALT) および高度加速ストレス スクリーニング (HASS) テストが含まれます。

試験が社内で実施されるか独立した試験所で実施されるかにかかわらず、ISO/IEC 17025「試験および校正試験所の能力に関する一般要件」の要件を満たす必要があります。 規制遵守の一環として実施されるテストには認定が必須です。 認定の必要性は、電気、機械、環境などのあらゆる種類のテストに当てはまります。

電気的性能電気的性能テストは広範囲にわたるため、広範囲にわたるテストが含まれる可能性があり、そのうちのいくつかについては以下で詳しく説明します。 代表的なテストには次のものがあります。

接触抵抗はコネクタの基本的な性能仕様です。 バルク抵抗率または固有抵抗は、特定のサイズおよび面積の材料の抵抗を表します。 一方、接触抵抗は、2 つの導体が接触したときに生じる抵抗を表します (図1 ）。 IEC-60352-5 では、IEC 60512-2-1 で指定されたミリボルト レベルの方法を使用して接触抵抗テストを実行することが求められています。 接触抵抗は複雑な現象であり、収縮、膜抵抗、応力緩和の影響を受けます。 くびれとは、2 つの材料が接触するときの実際の接触面の狭まりを表します。 皮膜抵抗は、接点の表面上の不要な抵抗材料 (皮膜) によって生成される抵抗です。 時間の経過とともに接点の変形が発生し、応力緩和の結果として接点の形状が変化することがあります。

電流容量は、IEC 60512‑5‑2 に従って測定する必要があります。 電流容量は、コネクタ ハウジングの絶縁部分と接点材料の熱特性によって制限されます。 これは周囲温度と接点の自己発熱に依存します。 テストでは、周囲温度に対する耐荷重を定量化します。

インパルス耐電圧試験は、IEC 60664-1 に従って実行する必要があります。 これは、設計に安全な使用のために十分な沿面距離と空間距離があるかどうかを間接的にテストするものです。 試験電圧の大きさは、コネクタの定格サージ電圧に基づいています。 このテストでは、極性ごとに 3 つの電圧サージ (1.2/50 μs) を使用します。 合格するには、スパークオーバーがゼロでなければなりません。

UL 1703 および UL 27 で規定されている湿潤絶縁抵抗テストは、一部の HVAC や産業システムなどの屋外用途で使用されるコネクタにとって重要なテストです。 この規格では、これらのコネクタが風や天候に最長 25 年間耐えられることが求められています。 湿式絶縁抵抗試験は、絶縁性能の定量的な尺度を提供します。 まだ導電性のある水溶液中でテストを実行すると、ヘアラインクラックやその他の特定の難しい原因によって引き起こされる可能性のある空隙と沿面距離の変化を特定できます。

機械的性能機械的性能テストは、さまざまなテストを含む別の広範な領域であり、そのうちのいくつかについては以下で詳しく説明します。 代表的なテストには次のものがあります。

IEC 60998‑2‑1 に準拠した導体引き抜き試験では、終端点に指定の引張荷重を 1 分間加えます。導体は損傷なく所定の位置に保持される必要があります。 このテストは屈曲テスト (後述) の後に実行され、より厳格な要件です。

UL 746C、57/UL 1703、30 に記載されている低温衝撃試験は、試験対象のコネクタを -35°C で保管した後に実行されます。 テストは、定義された衝撃エネルギーでテスト用の重りをコネクタに落下させることで構成されます。 この試験により、試験対象のコネクタの沿面距離と空間距離が変化する可能性があるため、低温衝撃試験の後に沿面距離と空間距離の試験を実行する必要があります。

屈曲試験または回転試験については、IEC 60999‑1 に詳しく記載されています。 導体は垂直に固定されたコネクタに取り付けられ、コネクタの断面によって決定される試験重量が導体の反対側の端に取り付けられます。 導体は、水平軸を中心に 135 回回転する回転ディスクの 37.5 mm の円形穴を通って供給されます (図2 ）。 テスト後、コンタクトは IEC 60998-2-1 引抜きテストに合格する必要があります。

IEC 60529 に準拠したタッチプルーフ保護テストにより、コネクタの設計が、機器のサービスまたはメンテナンスの際に、活線電圧から技術者に高レベルの安全性を提供することが保証されます。 テストでは、指定された力でコネクタの各開口部に配置されるテスト プローブまたはボールが使用されます。

環境パフォーマンス環境性能テストは、屋外や過酷な環境で使用される HVAC や産業機器などのシステムのテストの重要な分野です。 これらのテストのうち 5 つについては、以下で詳しく説明します。 代表的なテストには次のものがあります。

腐食試験は IEC 6988 で定義されています。塩水噴霧やその他の攻撃的な物質にさらされた場合でも、腐食がなく、低い接触抵抗でこの試験に合格するには、気密接続が必要です。 ケスターニヒ テストでは、周囲温度 +40°C の硫黄酸化雰囲気にさらされます。 その後の乾燥期間の後、目視検査が行われ、接触抵抗が測定されます。

DIN 40050‑9/60529 に準拠した保護等級テストでは、浸漬や高圧スプレーなどの水や、細かい粉塵を含むさまざまなサイズの粒子にさらされたときの性能をテストすることで、コネクタの侵入保護 (IP) レベルを測定します。 。

湿度試験は、嵌合および嵌合、低レベル回路抵抗 (LLCR)、絶縁抵抗/誘電動作電圧 (IR/DWV) などの他の認定試験と組み合わせて実施されます。 湿度テストは通常​​、専用のテストチャンバーで実行されます（図3 ）。 嵌合コネクタ セットを 25 ～ 65 °C のさまざまな温度範囲、湿度範囲 90% ～ 98% RH に 10 日間暴露します。 湿度テストに合格するには、コネクタは湿度と温度のサイクル後の嵌合/抜去、LLCR、および IR/DWV テストに合格する必要があります。

IEC 60512‑11‑4、テスト 11d で定義されている温度衝撃試験は、産業用アプリケーションおよび HVAC システムにとって重要です。 急激な温度変化をシミュレートするには、2 チャンバー テストがよく使用されます。 テスト対象のコネクタは、1 つは下限温度、もう 1 つは上限温度にある 2 つのチャンバー間を数秒以内に移動し、2 番目のチャンバーに 45 分間留まります。 テストに合格するには、コネクタの全体的な機能が損なわれていない必要があります。

振動試験には、IEC 60068‑2‑6 で定義されている高調波振動と正弦波振動が含まれます。 さまざまな振動の組み合わせが 3 つの軸すべてに沿ってコネクタに適用され、振動、脈動、または回転の力をシミュレートします。 一般的な振動周波数の範囲は 10 ～ 2,000 Hz で、1 分あたり 1 オクターブの速度で連続的に加えられます。 テストに合格するには、コネクタの機能が損なわれていない必要があります。

まとめテストは、HVAC システムなどの過酷な環境や用途でコネクタの信頼性が高く安全な動作を保証するために重要です。 電気パラメータ、機械仕様、環境耐性がコネクタの性能の重要な要素です。 ISO/IEC 17025 の認定は、試験および校正機関の能力に関する一般要件を詳述しており、法規制順守プログラムの一環として試験を実施する場合に重要な考慮事項となります。

参考文献ISO/IEC 17025 国際標準化機構の試験および校正機関。コネクタおよび電子機器ハウジングの機械試験、フエニックス・コンタクト。コネクタの厳しい環境試験、Samtec。コネクタの接触抵抗、ATL テクノロジーについて。