Клеммы, клеммники — что это, типы, характеристики, как пользоваться, соединить провода

Клеммы, клеммники, клеммные колодки — это электромонтажные соединительные элементы, предназначенные для создания разъемного механически прочного и электрически надежного соединения проводников в электрических цепях.

Основное назначение всех этих устройств — создание электрического соединения, которое можно многократно размыкать и замыкать без повреждения проводников. Это принципиально отличает клеммные соединения от неразъемных методов, таких как пайка, сварка или опрессовка.

Клеммные соединения пришли на смену: скрутке под изолентой, как более надежный способ контакта, и применяется как альтернатива пайке, как более простой и безопасный способ коммутации цепей.

Клеммы, клеммники и клеммные колодки — это одно и тоже, в чем разница? Терминология

В электротехнической практике слова «клемма», «клеммник» и «клеммная колодка» нередко употребляются как взаимозаменяемые, однако с профессиональной точки зрения между терминами существуют различия.

Клемма (от нем. Klemme — зажим) — это первичный контактный элемент, предназначенный для электрического присоединения проводника. В конструктивном смысле клемма представляет собой токопроводящую деталь с определенной геометрией под определенный механизм фиксации провода (посредством винтового соединения, пружиной, зажимной пластиной и т. п.).

Таким образом, клемма — это функциональная единица контактного соединения.

Рисунок 1. Соединительные клеммы для провода

Клеммник — это устройство, включающее одну или несколько клемм, объединенных в общем корпусе или основании. В отличие от отдельной клеммы, клеммник представляет собой законченный монтажный узел, предназначенный для установки на панель, печатную плату или DIN-рейку. Он обеспечивает не только электрический контакт, но и механическую фиксацию, изоляцию токоведущих частей и, нередко, возможность маркировки и модульного объединения.

Термин «клеммник» часто используется в профессиональной среде как обобщенное название любых соединительных блоков, предназначенных для присоединения проводов.

Рисунок 2. Клеммник винтовой

Клеммная колодка — это разновидность клеммника, представляющая собой линейную или модульную сборку нескольких клемм, объединенных в общем изоляционном корпусе. Колодка обычно содержит ряд одинаковых контактных узлов, предназначенных для подключения нескольких цепей. В распределительных щитах и системах автоматики клеммные колодки применяются для организации структурированного подключения входящих и исходящих линий.

Рисунок 3. Клеммная колодка

Таким образом, с профессиональной точки зрения различие можно сформулировать следующим образом:

• клемма — это контактный элемент;
• клеммник — это устройство с одной или несколькими клеммами;
• клеммная колодка — это модульный клеммник, состоящий из ряда клемм, объединенных в общий блок.

Многие также не совсем понимают разницу в терминах «клемма» и «кабельный наконечник». Главное отличие заключается в том, что клемма — это стационарная точка подключения, а кабельный наконечник — это сменная оконечность провода, которая подготавливает его для подключения к этой точке.

Принцип работы и устройство клеммы

Принцип работы клемм и клеммников основан на создании стабильного электрического контакта между токопроводящими жилами посредством механического прижатия проводника к контактному элементу.

Передача электрического тока осуществляется через зону соприкосновения металлических поверхностей, при этом качество соединения определяется величиной контактного давления, площадью контакта и состоянием проводящих поверхностей. Чем выше и стабильнее контактное усилие, тем ниже переходное сопротивление и тем меньше тепловые потери при протекании тока.

Рисунок 4. Принцип работы винтового клеммника, колодки

Конструктивно клеммник состоит из двух основных элементов — токопроводящей части (контактного элемента) и узла фиксации проводника.

Контактная часть, как правило, изготавливается из меди или медных сплавов (латуни, бронзы) с последующим покрытием оловом, никелем или серебром для защиты от коррозии и стабилизации переходного сопротивления. Узел фиксации может быть выполнен в виде винтового или пружинного (рычажного) зажима. Механизм должен обеспечивать достаточное усилие зажима для создания низкого переходного сопротивления, но не должен повреждать проводник при затягивании.

Основные характеристики клеммников

Выбор клеммников осуществляется с учетом совокупности электротехнических, конструктивных и эксплуатационных параметров. Неправильный подбор по ключевым характеристикам может привести к перегреву контакта, повышенному переходному сопротивлению или вовсе, разрушению соединения.

• Ток контакта максимальный. Определяет предельно допустимый длительный ток, который может проходить через клеммное соединение без перегрева и ухудшения контакта.
• Напряжение максимальное. Указывает наибольшее рабочее напряжение, при котором обеспечивается электрическая прочность изоляции и безопасная эксплуатация. Ограничивается межконтактными расстояниями и свойствами изоляционного корпуса.
• Сечение провода максимальное. Показывает наибольшую допустимую площадь поперечного сечения подключаемого проводника.
• Минимальная и максимальная рабочая температура. Определяет диапазон температур окружающей среды, в котором сохраняются механические и электрические свойства клеммника. Важна при эксплуатации в промышленных и наружных условиях.
• Материал контакта. Влияет на электрическую проводимость, устойчивость к коррозии и стабильность переходного сопротивления. Чаще применяются медные сплавы с защитными покрытиями (олово, никель, серебро).
• Шаг контактов. Расстояние между центрами соседних клемм, определяющее плотность монтажа и совместимость с оборудованием. Чем меньше шаг, тем компактнее размещение соединений.
• Вид зажима / фиксация разъема. Характеризует способ механического прижима проводника (винтовой, пружинный и др.) и влияет на надежность контакта, устойчивость к вибрациям и удобство монтажа.

При выборе клеммников следует обращать внимание на ГОСТ 60947 «Аппаратура распределения и управления низковольтная», ГОСТ 60998 «Соединительные устройства для низковольтных цепей бытового и аналогичного назначения», 60999 «Контактные соединения для электрических аппаратов

Виды клеммников (клеммных зажимов). Как выбрать клеммник?

Клеммники по способу фиксации проводника

Клеммники винтовые

Фиксация проводника в винтовых клеммниках осуществляется винтом или болтом, который прижимает жилу непосредственно к токопроводящей шине либо через прижимную пластину. Контактное давление создается за счет механической затяжки, что позволяет работать с широким диапазоном сечений и типами проводников, включая однопроволочные и многопроволочные жилы с наконечниками. Винтовые клеммники отличаются универсальностью и высокой токовой нагрузочной способностью, широко применяются в силовых и распределительных цепях. К их особенностям относится необходимость соблюдения рекомендованного момента затяжки и периодического контроля соединения, особенно в условиях вибрации или температурных перепадов.

Рисунок 5. Устройство винтового клеммника

Клеммники пружинные

В пружинных клеммниках контактное давление формируется упругим элементом, который автоматически прижимает проводник к токопроводящей части. Такая конструкция обеспечивает постоянство усилия прижима независимо от теплового расширения металлов и воздействия вибраций. Пружинные клеммники характеризуются стабильным переходным сопротивлением и сокращенным временем монтажа по сравнению с винтовыми решениями. Они широко применяются в системах автоматизации и слаботочных цепях. Ограничением может быть допустимый диапазон сечений и токов по сравнению с мощными болтовыми соединениями.

Рисунок 6. Устройство пружинного клеммника

Клеммники нажимные, самозажимные (push-in)

Нажимные клеммники являются разновидностью пружинных, но выделяются по принципу автоматической фиксации без инструмента. Контактное давление создается встроенным упругим элементом, который обеспечивает стабильное прижатие жилы к токопроводящей шине при ее введении в зажим, а освобождение осуществляется нажатием на фиксатор.

В бытовой и профессиональной среде самозажимные клеммники часто называют «клеммами WAGO», поскольку продукция компании WAGO получила широкое распространение и стала наиболее узнаваемой. Однако WAGO — это название производителя, а не отдельный тип соединения; аналогичные самозажимные клеммники выпускаются и другими компаниями.

Рисунок 7. Самозажимной клеммник WAGO

Клеммники ножевые (IDC)

Ножевые клеммники обеспечивают соединение без предварительной зачистки изоляции. Контакт осуществляется за счет врезного металлического элемента, который прорезает изоляционный слой и соприкасается с жилой проводника. Такая конструкция позволяет существенно ускорить монтаж и снизить вероятность ошибок при зачистке. Ножевые клеммники преимущественно применяются в слаботочных, телекоммуникационных и сигнальных системах. Их преимуществом является технологичность и повторяемость соединения; ограничением — относительно небольшие допустимые токи и требования к типу используемого кабеля.

Рисунок 8. Устройство ножевого клеммника

Клеммники по типу соединения

Клеммники проходные

Проходные клеммники проходные предназначены для линейного соединения двух проводников с возможностью продолжения электрической цепи через контактный узел. Конструктивно они имеют два ввода, соединенных внутренней токопроводящей шиной, что позволяет передавать ток от одного проводника к другому без изменения направления трассы. Чаще всего применяются в распределительных шкафах и клеммных рядах для организации последовательных подключений. Проходные клеммники обеспечивают удобство маркировки, возможность установки перемычек и модульного наращивания.

Рисунок 9. Проходной клеммник

Клеммники концевые (тупиковые)

Концевые клеммники концевые используются для подключения проводника к конечной точке электрической цепи без ее дальнейшего продолжения. В отличие от проходных, они не предусматривают сквозного соединения и служат завершающим элементом линии. Применяются для подключения оборудования, приборов, исполнительных механизмов или заземляющих проводников.

Рисунок 10. Концевой клеммник

Клеммники барьерные

Барьерные клеммники представляют собой конструкцию с изоляционными перегородками между соседними контактами, что увеличивает воздушные и поверхностные расстояния между токоведущими частями. Такие перегородки повышают электрическую прочность и снижают риск межконтактного замыкания, особенно при повышенных напряжениях и токах. Барьерные клеммники широко применяются в силовых цепях, промышленном оборудовании и распределительных устройствах.

Рисунок 11. Барьерный клеммник

Клеммники по конструктивному исполнению

Клеммники на кабель и клеммники разъемные

Кабельные клеммники предназначены для монтажа непосредственно на провод или кабель без установки в распределительный шкаф или на плату. Как правило, они используются для линейного соединения жил, ответвления или удлинения кабеля. Конструкция предусматривает изолированный корпус и внутренний контактный узел, обеспечивающий фиксацию проводников с двух сторон.

Также часто используются разъемные клеммники (pluggable) — это клеммные соединители, состоящие из двух частей: с одной стороны подключается провод через клеммный зажим, а с другой расположен штекерный разъем для подключения к оборудованию или кабельной части ответного соединителя. Такая конструкция позволяет быстро отключать и подключать проводку без повторного монтажа.

Рисунок 12. Клеммник на кабель, разъемный

Клеммники на печатную плату (PCB)

Печатные клеммники предназначены для установки непосредственно на печатные платы и служат интерфейсом между внешними проводниками и токопроводящими дорожками платы. Они припаиваются к контактным площадкам и обеспечивают разъемное подключение проводов к электронному узлу

Рисунок 13. Клеммник на печатную плату, PCB

Модульные клеммники на DIN-рейку

Модульные клеммники на DIN-рейку предназначены для установки в распределительных шкафах и электрощитах. Они имеют стандартное крепление, позволяющее быстро монтировать изделия на металлическую рейку и формировать системные сборки из нескольких модулей. Такие клеммники используются для структурированного распределения силовых и сигнальных цепей, маркировки линий и организации межмодульных соединений.

Рисунок 14. Клеммник на DIN-рейку

Клеммные колодки

Клеммные колодки представляют собой многоконтактные модули с рядом одинаковых зажимов, объединенных в общем изоляционном корпусе. Они могут быть как самостоятельными изделиями для панельного монтажа, так и элементами распределительных узлов. Колодки обеспечивают групповое подключение нескольких проводников и широко применяются в бытовой и промышленной аппаратуре.

Рисунок 15. Колодка клеммная

Клеммные модули (кросс-модули)

Кросс-клеммники предназначены для распределения одного входящего проводника на несколько выходящих линий. Внутри корпуса находится общая токопроводящая шина, к которой подключены несколько зажимов. Таким образом, все выводы одной секции электрически объединены.

Они применяются для распределения фазы, нулевого или защитного проводника в распределительных щитах, позволяя заменить традиционные шины компактным модульным блоком.

Рисунок 16. Модуль клеммный, кросс-модуль

Клеммники по материалу корпуса

Клеммники из полиамида (PA)

Полиамидные корпуса отличаются высокой механической прочностью, износостойкостью и повышенной теплостойкостью по сравнению с большинством термопластов. Материал сохраняет жесткость при вибрациях и обеспечивает стабильность контактных соединений при многократных подключениях.

Часто применяют марки PA6/PA66, иногда с наполнителями для усиления жесткости и стойкости к деформации.

Из недостатков — полиамид дороже простых пластиков и часто подвержен деградации на солнце.

Используется в промышленных и силовых клеммниках, в щитах распределения и местах с механическими нагрузками и повышенными требованиями к огнестойкости.

Клеммники из поливинилхлорида (ПВХ)

ПВХ-клеммники представляют собой массовое бюджетное решение для применения в бытовых электросистемах и слаботочной аппаратуре.

Материал плохо выдерживает высокие и отрицательные температуры — при длительном нагреве материал «размягчается», корпус теряет жесткость и геометрию. При отрицательных температурах материал становится хрупким и может разрушиться даже от незначительных вибраций или механических воздействий.

Клеммники из керамики

В отличие от пластиковых изделий, керамические клеммники (чаще всего фарфоровые) применяются в экстремальных условиях, где термостойкость имеет решающее значение. Корпус выдерживает температуры свыше +500°С, негорюч, обладает высокой электроизоляцией и устойчивостью к пробою. К недостаткам нужно отнести высокую стоимость элемента, низкую ударопрочность и стойкость к вибрациям.

Керамические клеммные блоки активно применяются в системах отопления, высокотемпературном промышленном оборудовании и высоковольтных сетях распределения электроэнергии.

Как правильно соединить провода через клеммники

Клеммник подбирается по номинальному току, напряжению и допустимому сечению проводников. Превышение этих параметров недопустимо, поскольку приводит к локальному перегреву контактной зоны и деградации соединения.

Шаг 0. Подбор клеммника. Изделие выбирается по номинальному току, напряжению и допустимому сечению проводников. Тип проводника (одножильный или многожильный) должен соответствовать конструкции зажима. Превышение номиналов недопустимо.

Неправильный подбор клеммника может привести к неполному зажиму или повреждению контакта.

Шаг 1. Отключение питания. Перед началом работ линия должна быть обесточена с обязательной проверкой отсутствия напряжения измерительным прибором.

Шаг 2. Подготовка проводников. Изоляция зачищается на длину, указанную производителем клеммника, или в остальных случаях, на расстояние соответствующую глубине токопроводящей гильзы или прижимной пластины. Зачистку рекомендуется выполнять специальным инструментом (стриппером), исключающим повреждение жилы. Надрезы и уменьшение фактического сечения недопустимы.

Для винтового клеммника

Шаг 3. Установка проводника и затяжка. Жила вводится до упора в токопроводящую часть. Изоляция должна подходить вплотную к корпусу, но не попадать под прижимной элемент. Затяжка винта выполняется с контролируемым усилием (по технической документации). Недостаточная затяжка приводит к росту переходного сопротивления и нагреву, чрезмерная — к деформации жилы или разрушению корпуса.

Для пружинного клеммника (по типу Wago)

Шаг 3. Установка проводника и затяжка. Перед установкой проводника, зажим открывается с помощью рычажка или при помощи инструмента (в безрычажных моделях), после чего проводник вводится в контактную камеру напрямую до упора и затем фиксируется пружинным механизмом или зажимом. Усилие прижима создается автоматически. Оголенная часть жилы не должна выступать за пределы корпуса.

Шаг 4. Контроль соединения. После монтажа, проверяется надежность соединения и отсутствие люфта умеренным поддергивающим/вытягивающем усилием.

Не допускается установка большего количества проводников, чем предусмотрено конструкцией.

Независимо от типа клеммника, соединение должно быть выполнено без натяжения проводов, с исключением передачи механической нагрузки на контактный узел. Не допускается установка большего количества проводников, чем предусмотрено конструкцией.

Шаг 5. Проверка под нагрузкой. После включения линии требуется выполнить контроль соединения под рабочей нагрузкой с проверкой отсутствия локального нагрева, в т.ч. по причине брака изделия.

Шаг 6. Обслуживание. Винтовые соединения в цепях с высокой нагрузкой или вибрацией требуют периодической проверки и подтяжки. Пружинные зажимы подтяжки не требуют, но повторное подключение допускается в пределах установленного числа циклов.

Преимущества и недостатки клеммников

Применение клеммников позволяет быстро и безопасно соединять провода без пайки/сварки, ускоряет монтаж и упрощает обслуживание электрических систем.

В бытовых системах клеммники позволяют удобно монтировать проводку, сохранять порядок в щитках и многократно подключать или отсоединять провода без повреждений. В профессиональной практике они позволяют ускорять сборку щитов и панелей, масштабировать сети, переподключать точки в распределительных системах и многократно упрощают техническое обслуживание, в целом.

Конструкция и материалы современных клеммников позволяют сохранять надежный контакт при разных условиях эксплуатации — высоких и низких температурах, электрических нагрузках, механических воздействиях и т.д. Но изделия не универсальны, каждая модель имеет ограничения и предназначена для конкретного применения.

Винтовые клеммники требуют периодической подтяжки, особенно при высоких токах и вибрациях. Пружинные конструкции держат контакт стабильнее, но имеют ограничения по сечению проводов и дороже винтовых аналогов. Дешевые пластики могут легко деформироваться при высоких температурах или при сильном усилии при затяжке, керамические блоки прочны к нагреву, но очень хрупки и легко разрушаются при ударах.

Правильный подбор клеммника снижает риск ослабления соединений, перегрева и короткого замыкания, повышает надежность и долговечность электрических систем.