Du cuivre au sertissage : caractéristiques d'une connexion électrique de qualité supérieure

Lors de la spécification et de l'installation de connexions électriques pour les data centers, les sites industriels, les applications automobiles, ferroviaires, maritimes, immotiques, d'énergies renouvelables et autres applications exigeantes, les modes de défaillance potentiels tels qu'une résistance électrique excessive, l'arrachement des fils et les courts-circuits sont des éléments importants à prendre en compte.

L'utilisation de connecteurs à sertir de qualité supérieure peut s'avérer très rentable en réduisant considérablement les modifications et en améliorant la fiabilité. Une résistance électrique plus faible est synonyme de performances accrues. Les connecteurs à sertir peuvent offrir une résistance électrique exceptionnellement faible grâce à l'utilisation de matériaux spécialisés, à une conception structurelle améliorée et à des processus de fabrication sophistiqués.

Ces connecteurs présentent une résistance à l'arrachement des fils supérieure, jusqu'à 2,5 fois plus élevée que celle des connecteurs standard. Il en résulte une résistance aux vibrations et une fiabilité supérieures.

Les connexions court-circuitées peuvent constituer un problème en l'absence d'une conception à cylindre profond empêchant les brins de fil de s'échapper et offrant une isolation robuste, y compris des caractéristiques anti-rotation et des rainures internes profondes.

Cet article présente la vaste gamme de cosses Sta‑Kon d'ABB et explore les caractéristiques qui permettent à ces connecteurs à sertir de fournir une résistance électrique, une résistance à l'arrachement des fils et une protection contre les courts-circuits supérieures. Il se termine par un bref aperçu des avantages offerts par le kit de cosses Sta‑Kon incluant 12 cosses Sta‑Kon différentes et l'outil à main WT112M.

Anneau ou fourche ?

L'une des premières questions à se poser lors de l'utilisation de connecteurs à cosses est la suivante : l'application nécessite-t-elle une terminaison à anneau ou à fourche ? Cela dépend. Les connecteurs à anneau et à fourche conviennent à une variété d'applications telles que les installations maritimes, les tableaux électriques, les data centers, les appareils électroménagers, les systèmes CVC, et plus. Les fourches conviennent mieux aux applications temporaires, tandis que les anneaux permettent des connexions permanentes de qualité.

Les différences de spécifications entre les cosses à anneau et à fourche Sta‑Kon ont un impact sur la résistance aux vibrations, la sécurité mécanique et l'adéquation aux situations exigeant une haute fiabilité. Les cosses à anneau offrent une fiabilité et une sécurité maximales tandis que les cosses à fourche optimisent la vitesse, la facilité de maintenance et l'efficacité dans les emplacements encombrés où l'accès est important (Figure 1).

Figure 1 : Exemples de cosses à anneau et à fourche Sta‑Kon. (Image : ABB)

La conception des cosses à anneau empêche leur glissement accidentel et leur confère une excellente résistance au desserrage, même dans les applications exposées à de hautes vibrations. Les cosses à fourche standard sont susceptibles de se desserrer dans les mêmes conditions de vibrations, en particulier si elles ne sont pas installées correctement.

La structure fermée des cosses à anneau offre également une force d'arrachement bien supérieure à celle d'une cosse à fourche standard. De ce fait, les cosses à anneau sont plus sûres mécaniquement et sont souvent qualifiées de connexions « permanentes », offrant des performances supérieures pour les connexions d'alimentation et de terre critiques pour la sécurité. Elles sont d'ailleurs souvent imposées par les normes électriques.

Bien que les cosses à anneau présentent de meilleures caractéristiques de connexion mécanique, les cosses à fourche sont plus rapides à installer et à retirer, de sorte qu'elles sont souvent privilégiées dans de nombreuses applications exigeant une installation rapide ou une maintenance fréquente.

Toutes les terminaisons Sta‑Kon sont testées et homologuées selon les normes UL et tous les produits applicables selon les normes CSA. Elles répondent également aux spécifications militaires et aux normes industrielles applicables.

Conception et fabrication de qualité supérieure

Les cosses Sta‑Kon, à fourche et à anneau, présentent des caractéristiques de performances importantes et des matériaux de première qualité, comme illustré à la Figure 2. Les rainures internes profondes du cylindre optimisent la surface et plaquent les brins de fil contre le métal, maximisant la force de rétention et minimisant la résistance électrique. L'utilisation de joints de soudure en argent et en cuivre pur à 99,9 % contribue également à une faible résistance électrique.

Lors de la fabrication, les cosses sont chauffées dans des zones spécifiques par recuit sélectif. Le cylindre reste ainsi souple, tandis que les languettes de l'anneau ou de la fourche sont durcies pour tolérer les contraintes de serrage et résister à la fatigue.

Le recuit sélectif est une étape de traitement supplémentaire mise en œuvre par ABB lors de la production de ses connecteurs Sta‑Kon. Il facilite le sertissage du cylindre pour former une connexion solide autour du fil sans nécessiter une force excessive de la part de l'installateur. Cela garantit des installations plus homogènes et améliore la fiabilité.

Les languettes sont « formées à froid » afin de maximiser la résistance du cuivre. Cela permet aux languettes de résister aux contraintes d'un serrage répété sans se déformer, améliorant ainsi les performances électriques et mécaniques.

D'autres procédés de fabrication prétendent atteindre ces objectifs en enlevant de la matière ou en utilisant un cuivre plus mou, à conductivité plus faible. Ces méthodes augmentent généralement la résistance électrique ainsi que les risques de court-circuit et de temps d'arrêt.

Figure 2 : Quelques détails de construction différenciant les cosses Sta‑Kon et leur permettant d'offrir des performances optimales. (Source de l'image : ABB)

Procédés de placage de pointe

Les languettes des cosses Sta‑Kon sont généralement recouvertes d'un épais placage électrolytique brillant en étain, qui leur confère de meilleures qualités mécaniques et une résistance supérieure à la corrosion. D'autres options de placage sont disponibles : or, argent, alliages d'étain et nickel.

Des procédés de production supérieurs, qui ne sont pas toujours suivis par les autres fabricants, sont utilisés pour le placage. Toutes les cosses Sta‑Kon sont soigneusement ébarbées et dégraissées avant le placage afin de garantir des performances optimales et de répondre aux exigences de nombreuses spécifications militaires et industrielles (Tableau 1).

Tableau 1 : Options de placage disponibles pour les cosses Sta‑Kon. (Source du tableau : ABB)

Meilleures options de cylindres et d'isolants

La fabrication des cylindres chanfreinés (en forme d'entonnoir) des cosses Sta‑Kon exige soin et attention aux détails. Les cylindres chanfreinés facilitent l'insertion des fils, empêchent les brins individuels de s'accrocher et ne sont pas disponibles sur les cosses concurrentes. Après insertion, la longueur accrue du cylindre par rapport aux modèles concurrents améliore davantage les performances de sertissage et sécurise mieux l'isolant.

La longueur des cylindres standard sur les modèles concurrents peut être jusqu'à 50 % inférieure à celle des cosses Sta‑Kon. Cela augmente la fréquence des défaillances électriques et la nécessité de reprendre les connexions. De plus, les cylindres plus courts des modèles concurrents peuvent entraîner le détachement de l'isolant lors du sertissage.

Les cosses Sta‑Kon acceptent une grande variété de calibres de fils et de tailles de goujons. L'utilisation d'isolants extrudés élimine toute ligne de jonction, réduisant ainsi les risques de fissures lors du sertissage. Les options d'isolant pour les cylindres incluent les suivantes :

• Vinyle - Option généralement la plus économique et répertoriée pour une utilisation jusqu'à +105°C
• Nylon - Offre une résistance supérieure aux produits chimiques et à l'abrasion par rapport au vinyle et est également répertorié pour une utilisation jusqu'à +105°C
• Isolant thermorétractable - Répertorié jusqu'à +105°C et peut offrir une meilleure résistance à l'humidité
• Fluoropolymère (Tefzel®) - Répertorié jusqu'à +150°C et offre une résistance aux produits chimiques. Souvent utilisé dans les applications aérospatiales et nucléaires
• Non isolé - Utilisé dans les espaces confinés et à des températures jusqu'à +175°C, susceptibles de faire fondre les isolants traditionnels

Géométries de languettes hautes performances

Outre l'utilisation d'une conception très aboutie, de matériaux haut de gamme et de procédés de fabrication optimisés, les performances des cosses Sta‑Kon sont encore améliorées grâce à la disponibilité d'une gamme de géométries de languettes. Cela permet aux concepteurs de sélectionner la structure la mieux adaptée pour une implémentation système et un environnement d'exploitation spécifiques.

Les languettes anti-rotation (parfois appelées têtes anti-rotation) différencient les cosses à anneau Sta‑Kon. Cette fonctionnalité permet de sécuriser la cosse dans le bloc de jonction, ce qui évite les courts-circuits et favorise les installations compactes en permettant aux installateurs de placer les cosses plus près les unes des autres sans problème.

Les cosses à fourche Sta‑Kon sont également des modèles hautes performances et sont proposées dans plusieurs géométries nuancées, catégorisées comme standard, à verrouillage et à bride :

• Les cosses à fourche standard, comme le modèle RB14-8F, sont des cosses de base à extrémité ouverte, idéales pour une installation rapide sur des bornes à vis.
• Les cosses à fourche à verrouillage, comme le modèle RA18-6FL, sont dotées d'extrémités coudées ou à languettes permettant de sécuriser fermement les cosses et d'empêcher le connecteur de se détacher. Ce modèle fonctionne comme une solution hybride entre une cosse à fourche standard (facilité d'installation) et une cosse à anneau (connectivité sécurisée).
• Les cosses à fourche à bride, comme le modèle RA18-6FS, ont des extrémités évasées (relevées) coudées qui offrent une rétention et une surface de contact supérieures. Alors que les cosses à fourche à verrouillage utilisent leurs extrémités à languette pour « s'enclencher » sur un goujon, les cosses à fourche à bride utilisent des pointes recourbées vers le haut pour agripper la tête de la vis ou le support (Figure 3).

Figure 3 : Exemples de conceptions de cosses à fourche à bride (à gauche) et à verrouillage (à droite). (Source de l'image : ABB)

Prototypage, installation et réparations rapides

Le kit de cosses Sta‑Kon STAKIT d'ABB est un kit portable de composants et d'outils nécessaires pour terminer, épisser ou déconnecter les fils lors de la maintenance ou de l'installation. Il est fourni dans une mallette en plastique robuste et sécurisée et inclut des cosses à anneau isolées, des cosses à fourche standard et des cosses à fourche à verrouillage, ainsi que d'autres composants de connexion, pour faciliter le prototypage, l'installation, la mise à niveau et la réparation des systèmes. Le kit inclut (Figure 4) :

• Cosses à anneau (18-14 AWG et 12-10 AWG)
• Cosses à fourche standard (22-18 AWG)
• Cosses à fourche à verrouillage (18-14 AWG et 12-10 AWG)
• Cosses femelles déconnectables, parfois appelés cosses fendues (22-18 AWG, 18-14 AWG et 12-10 AWG, comme le 14RB-250F)
• Manchons prolongateurs (connecteurs en ligne) (22-18 AWG, 18-14 AWG et 12-10 AWG, comme le 2RB14)
• Outil WT112M pour l'installation de cosses isolées 22–10 AWG
• 100 attaches de câbles Ty-Rap TY525M
• Carnet de marqueurs de fils WM-0-THRU9

Figure 4 : Kit de cosses Sta‑Kon. (Source de l'image : DigiKey)

Conclusion

Les cosses Sta‑Kon d'ABB sont des cosses de qualité supérieure qui améliorent tous les aspects des performances des systèmes électriques dans de nombreux environnements exigeants, y compris les systèmes de transport de surface, robotiques, maritimes et industriels exposés à de fortes vibrations, et les installations critiques telles que les data centers et les énergies renouvelables. Elles sont également rentables pour une utilisation dans les applications immotiques, commerciales et industrielles légères.

Les cosses Sta-Kon sont testées et homologuées selon les normes UL et tous les produits applicables selon les normes CSA. Elles répondent également à de nombreuses spécifications militaires et normes industrielles. Elles optimisent l'efficacité tout en minimisant la résistance. Leur conception mécanique et leur construction réduisent les modifications, améliorent la fiabilité et simplifient l'installation et la maintenance. Elles se caractérisent par un cuivre à haute conductivité, un placage résistant à la corrosion, de longs cylindres, des entrées en entonnoir, un recuit sélectif, et bien plus encore.

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