Коннекторы и кримперы: что важно знать про опрессовку кабельных наконечников?

Опрессовка (обжим, пресс, кримп) – это метод постоянного соединения провода (кабеля) с разъемом, при котором проводник вставляется в цилиндр разъема, который затем сжимается вокруг провода для образования твердого соединения. Или по-простому – это установка коннектора с помощью кримпера.

Технически проводник и коннектор деформируются при настолько высоком давлении, что материалы как бы сливаются воедино, разрушаются оксидные слои и получается высококачественное газонепроницаемое соединение, механические и электрические свойства которого превосходят свойства самого провода. Побочным и важным эффектом такого процесса объединения (холодного слияния) является то, что механическая прочность и электрическая проводимость увеличиваются вместе со сжатием. Но только до определённого момента. На графике показана зависимость прочности и проводимости материалов от сжатия:

Зависимость проводимости и прочности от силы сдавливания кабельного наконечника

Как правило, механическая прочность соединения является наибольшей, когда общая площадь поперечного сечения меди была уменьшена на 10%. При меньшем сжатии провод может выскакивать из коннектора. При слишком сильном сжатии, нити провода имеют тенденцию деформироваться и разрушаться. Эксперименты показали, что максимальная проводимость возникает при сжатии около 30%. Это обусловлено более эффективным разрушением оксидных слоев между клеммой и проводом возникающей при более жестокой деформации. Тем не менее, при таком сдавливании, механическая прочность материалов сильно ухудшается. Оптимальная опрессовка – это компромисс между электрическими требованиями и механическими характеристиками. График показывает, что оптимальная компрессия для многих типов разъемов лежит в пределах 10-20% от исходного сечения. Сила и профиль обжима должны быть разработаны таким образом, чтобы обеспечить оптимальные электрические и механические характеристики, необходимые для конкретного применения.

Метод опрессовки имеет преимущества в сравнении с винтовым креплением и пайкой. Каждый, кто когда-либо соединял зачищенные провода винтовыми клеммами, понимает, что это не лучший метод. Провода часто пережимаются и ломаются, или недожимаются и выпадают! Пайка требует определённых условий, навыков и как минимум доступа к сети 220 Вольт, что не всегда возможно. Для преодоления этих проблем в прошлом веке были разработаны кабельные наконечники, обеспечивающие правильное электрическое соединение. Сегодня обжим – это основной метод крепления разъема к проводу, или кабелю. По сути, опрессовка является относительно недорогой по сравнению с другими альтернативами, она опробована, испытана и доказана.

Преимущества опрессовки наконечников:

• Испытан и проверен – используется во всех отраслях промышленности во всем мире.
• Низкая стоимость соединителей и установки – массовое производство снизило стоимость деталей и инструментов.
• Надежный – проверено на протяжении более чем 100 лет.
• Быстрый – новейшие конструкции обжимных инструментов обеспечивают превосходную скорость монтажа.
• Доступный – разъемы изготавливаются практически для любой области применения.
• Простой контроль и проверка – от визуальных до лабораторных методов.
• Не требует нагрева или химикатов – более безопасный метод.
• Не требует высокой квалификации – современные кримперы минимизируют риск человеческой ошибки.
• Экологически чистый – вредные газы не выделяются, как в случае пайки.

2. Типы кабельных наконечников (по профилю опрессовки)

• Трубчатые неизолированные кабельные наконечники
• Трубчатые изолированные кабельные наконечники
• Втулочные и концевые кабельные наконечники:
• Штыревые Turned Pin контакты (D-Sub)
• Клеммные кабельные наконечники (открытый цилиндр)
• Коаксиальные разъёмы
• Оптоволоконные коннекторы
• Модульные вилки для интерфейсов RJ45, RJ11, RJ14, RJ25

3. Клеммные кабельные наконечники типа “открытый цилиндр”

Этот тип коннектора часто называют авто клеммы или клеммные зажимы. Оригинальное наименование этих соединителей – «open barrel» («открытая бочка» или «открытый цилиндр»). Наименование они получили из-за внешнего вида своего крепёжного хвостовика, который выглядит как разрезанная трубка с развёрнутыми наружу стенками-лепестками чем-то, напоминающими крылья бабочки. Существует множество форм коннекторов с хвостовиком типа открытый цилиндр. Они используются в автомобилях, бытовой технике, Hi-Fi оборудовании и т. д.

Обжимной профиль в поперечном сечении обычно имеет B-образную форму с лепестками, вгрызающимися в изоляцию и проводники. Эти соединители относительно дешевы в изготовлении, и, поскольку они могут поставляться в виде цепи (соединены вместе), они идеально подходят для производства в больших объемах с использованием полностью автоматических отрезных лент и концевых станков. Тем не менее, сама форма обжима является одной из самых трудно обжимаемых, особенно при использовании ручного инструмента. Только качественные ручные пресс клещи могут дать повторяемый стабильный обжим клеммных разъемов.
Пресс-клещи для обжима клеммных кабельных наконечников.

Профиль обжима. Клеммные кабельные наконечники типа “открытый цилиндр” или “авто клемы”.

4. Втулочные кабельные наконечники

Могут быть изолированными и нет. Используются для улучшения проводимости, защиты и надёжности крепления проводника. Обеспечивает крепкое соединение с клеммными колодками и винтовыми соединителями. В таких наконечниках обжимается не хвостовик, а передняя часть коннектора. Профили обжима: трапеция, квадрат, шестигранник, двенадцатигранник.
Кримперы для опрессовки втулочных кабельных наконечников.

Профили обжима. Втулочные (торцевые) кабельные наконечники.

5. Трубчатые неизолированные кабельные наконечники

Изготовливаются из листовой или трубной меди и латуни. Швы трубки коннектора могут быть спаяны вместе для обеспечения лучшей опрессовки наконечника. Матрица пресс-клещей обычно имеет выступ-зуб для вдавливания трубки, или может иметь шестигранный профиль для больших сечений. Особенностью неизолированных трубчатых соединителей является то, что при опрессовке они должны быть правильно выровнены. Шов трубки должен находится в центре вверху, иначе он может быть повреждён.
Инструмент для обжима трубчатых неизолированных кабельных наконечников (кримперы и пресс-клещи)

Профили обжима. Трубчатые неизолированные кабельные наконечники

1. кольцевой медный луженый наконечник
2. вилочный медный луженый наконечник
3. плоский медный луженый наконечник
4. штыревой медный луженый наконечник

6. Трубчатые изолированные кабельные наконечники

Трубчатые наконечники с изоляционным покрытием. Обжимной профиль обычно овальный или подобен овалу. Изоляция имеет цветовую маркировку для обозначения сечения совместимого провода: красный 0.5 – 1.5 мм2, синий 1.5 – 2.5 мм2 и желтый 4.0 – 6.0 мм2. Внутренние края изоляции часто выгнуты наружу, чтобы обеспечить легкий ввод провода в разъем. Особенностью изолированных цилиндрических соединителей является то, что при опрессовке они должны быть правильно выровнены (шов в центре вверху), для гарантии, что паяный шов не будет поврежден.
Инструмент для обжима трубчатых изолированных кабельных наконечников (кримперы и пресс-клещи).

Профиль обжима. Трубчатые изолированные кабельные наконечники

1. Штекерный изолированный коннектор “папа”
2. Вилочный изолированный коннектор
3. Кольцевой изолированный коннектор
4. Плоский полностью изолированный коннектор “мама”
5. Плоский изолированный коннектор “мама”
6. Плоский изолированный коннектор “папа”
7. Штекерный изолированный коннектор “мама”
8. Соединительная трубка изолированная
9. Соединительная трубка изолированная термоусадочная

7. Штыревые Turned Pin контакты (D-SUB)

Pin коннекторы имеют очень высокое качество и стоимость. Доступны в конфигурациях «мама» и «папа». Используются в модульных вилках и розетках высокой плотности. Профиль обжима обычно квадратный. Из-за небольшого размера этих разъемов на обжимных инструментах (кримперах) обычно предусмотрены специальные держатели для закрепления разъема.
Инструмент для обжима Turned Pin и D-SUB контактов (кримперы и пресс-клещи)

Профиль обжима. Штыревые Turned Pin / D-Sub контакты

8. Коаксиальные разъёмы под опрессовку BNC, TNC, SMA, SMB, SMC, F

Коаксиальный радиочастотный разъём (RF-разъём, Radio frequency connector) – предназначенный для соединения коаксиального кабеля с оборудованием и для соединения двух коаксиальных кабелей вместе. Соединители бывают двух видов: вилки (штыревая часть, «папа») и розетки (гнездовая часть, «мама»). Для коаксиальных разъемов обычно требуется два обжима, один на центральном штыре, а другой – на оплеточной втулке.

BNC коннектор (Bayonet Neill-Concelman)

Наиболее распространенный, широко используется в видео- и радиочастотных (RF) приложениях для сетей 2,4 ГГц,
10BASE2 Ethernet, кабельных соединениях, сетевых картах и измерительных приборах. Коннекторы BNC устанавливаются на коаксиальный кабель диаметром до 8 мм (RG59, RG58, RG-6, RG-51).

Обжимные коаксиальные коннекторы типа BNC

TNC коннектор (Threaded Neill-Concelman)

Версия BNC коннектора с резьбовым соединением. Работает на частотах до 12 ГГц. Используется в антеннах.

Обжимные коаксиальные коннекторы типа TNC

SMA коннектор (Sub-miniature version A)

Один из наиболее распространенных радиочастотных / микроволновых разъемов. Работает до 12,4 ГГц, а возможно и до 18 или 24 ГГц. Используется в авионике, радиолокации и микроволновой связи. Вилка (разъём типа «папа») имеет шестигранную гайку 7.925 мм, внутреннюю резьбу и выступающий контакт. Разъёмы SMA рассчитаны на 500 циклов подключения/отключения при условии правильной затяжки гайки. Для правильной затяжки требуется динамометрический ключ (0.3-0.6 Н•м для медных разъёмов и 0.8-1 Н•м для стальных).

Обжимные коаксиальные коннекторы типа SMA

SMB коннектор (Sub-miniature version B)

Это уменьшенная версия SMC также они меньше чем SMA. Имеет защелкивающуюся муфту. Предназначен для частот от 2–4 ГГц, но может работать до 10 ГГц. SMB устанавливаются на кабели: 3 мм / 1.7 мм (внешний / внутренний диаметр) и 2.2 мм / 1.0 мм (внешний / внутренний диаметр).

Обжимные коаксиальные коннекторы типа SMB

SMC коннектор (Sub-miniature version C)

Представляет собой небольшую винтовую версию SMA. Используется до 10 ГГц, в основном в микроволновых средах. Фиксируется с помощью резьбы. На разъёмы может быть нанесён слой золота, никеля, серебра или других металлов. Применяются для соединения Wi-Fi оборудования с антеннами и в СВЧ-устройствах с повышенными требованиями к защите от вибраций. Диаметр совместимого коаксиального кабеля: от 2 мм до 3 мм.

Обжимные коаксиальные коннекторы типа SMC

F – коннектор

Разработан для телевизионного оборудования. Самый дешёвый соединитель для высоких частот на сегодняшний день. Рабочая частота до 2150 МГц. Соединители F-типа, обычно, устанавливаются на коаксиальный кабель диаметром до 7 мм. В соединителях для кабеля диаметром до 11 мм используются специальная вставка и насадка на центральную жилу.
Инструмент для обжима коаксиальных коннекторов BNC, TNC, SMA, SMB, SMC, F (кримперы и пресс-клещи)
Инструмент для напрессовки BNC/RCA/F коннекторов на коаксиальный кабель

Обжимные коаксиальные коннекторы F-типа

Профили обжима коаксиальных коннекторов разных типов

Коаксиальные кабели и их характеристики

9. Оптоволоконные клеевые коннекторы с опрессовкой

Правильный обжим волоконно оптического соединителя обеспечивает передачу растягивающего усилия на разъём, а не на стекловолокно. В процессе обжима участвуют тело оптического коннектора, металлическая обжимная гильза и арамидная нить (также известная как Kevlar®), которая является упрочняющим элементом кабеля. Кримперы для обжима делятся на два основных типа: первый – для коннекторов FC, SC, ST и второй – для LC соединителей.
Инструмент для обжима оптических коннекторов (кримперы и пресс-клещи)

Профиль обжима. Клеевые оптические коннекторы под опрессовку

10. Модульные вилки для интерфейсов RJ45, RJ11, RJ14, RJ25

Registered Jack (RJ) – стандартизированный физический сетевой интерфейс включающий штекер «вилку» и порт «розетку». Применяется для соединения телекоммуникационного оборудования. Хотя передний край этих разъемов в значительной степени стандартизирован международными спецификациями, само тело коннекторов разных производителей может отличатся. Эти разъемы, на самом, деле не являются обжимными, а представляют собой коннекторы типа IDC (Insulation Displacement Connectors). IDC разъемы имеют острые контакты-штыри, которые при пробивании провода счищают изоляцию и контактируют с проводником.

Модульные коннекторы RJ9, RJ11/RJ12*, RJ45*

Стандарты и слэнговые названия коннекторов RJ:

P – количество мест для проводников.
С – количество проводников в разъёме.
* Стандарта RJ-9 не существует, это общепринятое название разъёмов 4P4C и 4P2C
* Стандарта RJ-12 не существует, это общепринятое название стандарта RJ-25 (6P6C)
* Стандарта RJ-22 не существует, это общепринятое название разъёмов 4P4C и 4P2C
* Стандарта RJ-45 не существует, это общепринятое название восьмипроводного разъёма 8P8C

11. Универсальный кримпер и сменные матрицы для обжима

Pressmaster MCT FRAME – универсальный обжимной инструмент (без матриц)

Сменные матрицы для инструмента Pressmaster MCT FRAME

12. Площадь поперечного сечения провода (ППС)

Для качественной установки наконечника провод должен быть нужного типа и сечения, также важно его правильно подготовить. Заявленное и фактическое поперечное сечение проводника не всегда одинаковы! Номинальная площадь поперечного сечения (ППС) имеет мало отношения к фактической ППС. Это потому, что указываемое сечение (например 0.75 мм 2 , 1.5 мм 2 , 2.5 мм 2 и др.) основано на проводимости стандартного медного проводника этого сечения, но тот же провод с медью высокой проводимости будет иметь меньшую ППС. Кроме того и наружный диаметр провода в изоляции может сильно отличаться.
Пример: Заявленное сечение провода в примерах A, B, C, D = 18 AWG (0.8 мм 2 ). При этом мы наблюдаем следующее:

• Площадь поперечного сечения проводника B и C на 18% больше, чем у A
• Эффективный наружный диаметр проводников D на 38% больше, чем у A
• Наружный диаметр B в 2 раза больше диаметра C.

Перевод AWG в мм и мм 2

AWG

Диаметр (D), мм

Сечение (S), мм2

Соответствие ГОСТ, мм2

Сопротивление (R), Ом/км

Як правильно виконати обтискання силового кабелю наконечниками?

Обтискання силових проводів – не проблема для монтера-професіонала. Він точно знає, чим обтиснути наконечники, щоб з’єднання було надійним і стабільним. Але звичайного користувача, у якого в будинку сила-силенна проводів (а без них неможливо прожити в сучасному світі), часто подібне завдання ставить у глухий кут. А виникає воно досить часто.

З’єднувати дроти потрібно при монтажі різного електроустаткування, під час встановлення розетки, вимикача, заміні старої проводки. Якщо напортачити і погано затиснути кабель, то в недалекому майбутньому отримаємо нестабільний струм і напругу, що може призвести до поломки дорогих електроприладів. Ще більш лякаючий варіант – перегрів кабелю, ризик виникнення пожежі, удар струмом. Щоб уникнути подібного, потрібно суворо дотримуватися інструкції з правильного обтискання кабелів, яку я надам нижче.

Про те, як з’єднувати кабелі, чим обтискати наконечники, і як правильно це зробити, я розповім у цій статті.

Способи з’єднання кабелів

Існує кілька способів з’єднання кабелів, кожен з яких може використовуватись залежно від конкретних вимог та умов експлуатації:

• Паяння – це процес з’єднання кабелю з контактом або терміналом за допомогою плавлення спеціальної металевої припійної пасти, яка покриває поверхню кабелю та контакту та створює надійне з’єднання. Спосіб хороший і часто використовується. Однак для нього потрібно мати паяльник, припій і навички роботи з ними. Крім того, електромережу потрібно знеструмити в обов’язковому порядку.
• Штуцерне з’єднання – це метод з’єднання двох кабелів за допомогою спеціальних металевих штуцерів, які надягають на кінці кабелів та затягуються разом за допомогою гайки. Штуцерна сполука забезпечує надійне з’єднання і може використовуватися в умовах підвищеної вологості або впливу агресивних середовищ.
• З’єднання за допомогою скручування – це простий метод з’єднання двох кабелів, який полягає в їх скручуванні разом і замиканні скручування за допомогою спеціальної ізоляційної стрічки або гільзи. Цей метод може використовуватися для з’єднання кабелів з невеликою потужністю або для тимчасових з’єднань, оскільки дроти в ньому прилягають не надто щільно і струм проходить не ідеально.
• З’єднання за допомогою роз’ємів – це метод з’єднання кабелів за допомогою спеціальних роз’ємів, які можуть бути вставлені та вилучені за потреби. Роз’єми можуть використовуватися для підключення кабелів з різними пристроями, такими як комп’ютери, зарядні пристрої, аудіо- та відеообладнання.
• Обтискання – це обтиск наконечників силового кабелю. Він є процесом з’єднання двох кабелів або кабелю з контактом або терміналом за допомогою спеціального інструменту – обтискної клеми. Правильно виконане обтискання дозволяє забезпечити стабільне та безпечне кріплення, яке може витримувати великі навантаження та тиск. Процес цей нескладний. Виконати його може навіть недосвідчений користувач.

Оскільки обтискання – найнадійніший і перевірений спосіб з’єднання проводів, то я розповім про нього докладніше.

Що таке обтискання проводів, і навіщо воно потрібне

Потреба в кабельному затиску виникає нерідко. Обтискання проводів наконечниками (або, по-іншому, опресування) використовується для кріплення силових кабелів до електричних пристроїв, обладнання та інших компонентів, які потребують електроживлення. Саме правильне опресування проводів наконечниками дозволяє встановити надійне з’єднання між кабелем та контактом, забезпечуючи надійну передачу електричного струму.

При правильному обтисканні кабелю забезпечується надійний контакт між кабелем та контактом, що дозволяє уникнути перегріву та потенційної пожежі, що може статися у разі поганого контакту. Обтискання також допомагає захистити кабель від пошкоджень та зносу, що може збільшити термін його служби.

Обтискання кабелю здійснюється шляхом використання спеціальних обтискних насадок, які підбираються залежно від типу кабелю та контакту. Насадка встановлюється на кінець кабелю, а потім за допомогою клеми натискання стискається, притискаючи кабель до контакту і створюючи надійне з’єднання.