Ensayos de material para bornas para carril

Desde el punto de vista de los ciclos de vida más largos de bornas para carril, el comportamiento de envejecimiento también juega un papel importante. En este ensayo se verifica la calidad de contacto bajo envejecimiento simulado. Para la simulación de un uso de varios años se montan cinco bornas para carril horizontalmente sobre un raíl y se conectan en serie con conductores de la sección transversal de dimensionamiento. Estando conectadas por un conductor con una longitud mínima de 300 mm, se mide la caída de tensión de cada borna para carril. La temperatura más baja en el armario climático se ajusta a +20°C. Por otro lado, la temperatura superior se ajusta de manera que se alcance la temperatura de servicio máxima permitida (máx. +120 °C) de la pieza de ensayo durante la fase de mantenimiento de 10 minutos. La corriente nominal fluye durante la fase de calentamiento y la fase de pausa a temperatura máxima. De esta manera, se alcanza la temperatura de servicio máxima admisible de la pieza de ensayo (máx. +130 °C). A continuación, sigue la fase de enfriamiento. La caída de tensión se mide tras cada 24 ciclos en estado enfriado (aprox. +20 °C). El ensayo contiene en total 192 ciclos. La caída de tensión no puede sobrepasar al inicio del ensayo 3,2 mV, y durante o después del ensayo, 4,8 mV y/o 1,5 veces el valor medido después de 24 ciclos. Las bornas para carril de Phoenix Contact se han construido para una duración extrema, también bajo condiciones de temperatura adversas. Los plásticos y las piezas metálicas ofrecen suficientes márgenes de seguridad.

Desde marzo de 2013, la norma EN 45545-2 sustituye a las normas nacionales de protección contra incendios de vehículos ferroviarios. La versión actual de EN 45545-:2013+A1:2015 establece los requisitos de reacción al fuego de los materiales y componentes. Con el fin de cualificar los plásticos para clases de servicio y construcción concretas de vehículos ferroviarios, sobre la base de distintos métodos de ensayo para determinar los niveles de peligro, la norma describe los denominados Hazard Levels (HL). En este sentido, HL 3 corresponde a los máximos requisitos. Para la cualificación de plásticos destinados a aplicaciones electrotécnicas se llevan a cabo los siguientes ensayos:

• Índice de oxígeno según la norma DIN EN ISO 4589-2
• Formación de gas de combustión según EN ISO 5659-2 (25 kW/m²)
• Toxicidad del gas de combustión NF X70-100-2 (600 °C)
• Ensayo de llamas pequeñas verticales según EN 60695-11-10
  Las poliamidas no reforzadas con clase retardante de llama UL 94 V0 utilizadas en las bornas para carril de Phoenix Contact cumplen los requisitos más exigentes. Cumplen con la clase de retardante de llama HL3 según las pruebas descritas en los bloques de requisitos R22, R23, R24 y R26.

El estándar UL 94 describe los ensayos de combustibilidad, que han obtenido especial importancia para la electrotecnia. El punto más importante es la reacción al fuego. La clasificación se realiza en UL 94 HB (Horizontal Burn) o UL 94 V (Vertical Burn). De la estructura del ensayo se deduce que las calificaciones UL-94-V0/1/2 poseen un valor superior a la calificación UL-94HB.

UL 94 V0/1/2
Después del acondicionamiento, la barra de prueba se sujeta en vertical y se flamea varias veces, 10 s cada vez. Entre llama y llama, se mide el tiempo que la barra de prueba tarda en apagarse. A continuación, se evalúan los tiempos de poscombustión y el comportamiento de goteo. El plástico utilizado para la borna para carril de Phoenix Contact cumple los criterios de calidad para la clasificación como material V0.

La carga calorífica se define como la cantidad de energía liberada en un incendio sobre una superficie determinada. El valor de la carga calorífica se expresa habitualmente en MJ/m². El valor se calcula a partir del valor calorífico de una sustancia y del factor de combustión (DIN 18230-1). Cuanto mayor es el valor calorífico y la presencia de una sustancia, más grande es la cantidad de energía liberada en un incendio. En consecuencia, aumenta la carga de fuego posible. Esto se aplica a todos los componentes instalados en la aplicación considerada. Los valores caloríficos de las poliamidas, como la PA 6.6, son relativamente elevados (a modo de comparación: el valor calorífico del gasóleo de calefacción es de aproximadamente 44 MJ/kg). De ahí que se incluyan cada vez más los valores caloríficos de bornas para carril en la determinación de la carga calorífica. En la siguiente tabla se indican los valores caloríficos de los plásticos utilizados en Phoenix Contact según la norma DIN 51900-2 y la norma ASTM E 1354. Para el cálculo de la carga calorífica de los módulos individuales, el valor calorífico de la poliamida correspondiente tiene que multiplicarse por el peso de los componentes y el número de artículos incorporado. La emisión de calor se registra en el calorímetro de cono según la norma ISO 5660-1 para materiales plásticos.

En caso de sobrecarga, las piezas metálicas bajo tensión de la borna para carril o los conductores conectados pueden calentarse mucho. Este calor adicional también actúa sobre la carcasa de plástico. Para simular esta fuente de peligro, se calienta un filamento incandescente a una determinada temperatura (+550 °C, +650 °C, +750 °C, +850 °C o +960 °C) en componentes de electrotecnia. A continuación, se presiona el filamento en ángulo recto con una fuerza de 1 N sobre el punto más delgado de la pieza de ensayo, como se muestra en la figura.
El ensayo se considera superado si se obtienen los siguientes resultados:

• Si durante la prueba no se genera ninguna llama o proceso incandescente
• Si las llamas o procesos incandescentes se apagan en los 30 segundos posteriores a la retirada del filamento incandescente
• Si la base del papel de seda dispuesto debajo del filamento incandescente no se inflama por la caída de gotas en combustión

Las poliamidas utilizadas por Phoenix Contact como material de carcasa cumplen los requisitos del ensayo de filamento incandescente a +960 °C (nivel de temperatura máximo).

En la prueba correspondiente, se simula un aumento de la carga térmica en la borna durante un período de tiempo más largo. Para ello, se considera el comportamiento de los plásticos a temperaturas que aumentan de forma constante en lo que respecta a la resistencia a la tracción (flexibilidad mecánica). La norma exige al menos tres, pero preferiblemente cuatro, series de medición de temperatura diferentes en una muestra. La resistencia a la tracción se mide antes y después del almacenamiento durante 500 h–5000 h, según la especificación, y el resultado se extrapola a 10.000 h (HCI) y 20.000 h (TI). A tal efecto, se registra la temperatura a la que, después de las mencionadas 20.000 horas, se ha reducido a la mitad la resistencia a la tracción. La norma IEC 60216 indica el IT como índice de temperatura que permite hacer una afirmación sobre la vida útil mecánica de plásticos sometidos a una carga térmica.
Valores TI según UL 94 V2: +105 °C
Valores TI según UL 94 V0: +125 °C

La humedad depende de la temperatura y la presión atmosférica. Cuanto más caliente esté el aire, más humedad puede absorber. Una humedad del 100 % indica la máxima saturación de vapor de agua en el aire a la temperatura correspondiente. El ensayo aquí descrito incluye uno o más ciclos de temperatura con una humedad elevada (de > 90 a 100 % con una temperatura de +40 °C o +55 °C). Las carcasas de bornas suelen ser de poliamida. Estos plásticos absorben agua de forma proporcional y, así, cambian también su elasticidad. Las poliamidas PA6 y PA66 pueden absorber valores de humedad superiores al ocho por ciento de su peso cuando se almacenan en agua a unos +80 °C durante varios días. La absorción de humedad también se asocia a un cambio de las dimensiones por el "hinchamiento". En condiciones climáticas reales, la poliamida absorbe aproximadamente entre un 2 y un 4 % de humedad, con un cambio de longitud de entre el 0,6 y el 0,8 %. Tras los ciclos de ensayo, se debe garantizar el asiento correcto, la operatividad y el funcionamiento de las bornas mediante una prueba de aislamiento y una prueba de asiento del conductor.
En el grado de inspección A, las bornas se someten a dos ciclos a +40 °C.
En el grado de inspección B, las bornas se someten a un ciclo a +55 °C.

El siguiente ensayo de calor seco se utiliza para evaluar la idoneidad de un componente para su funcionamiento, almacenamiento o transporte a alta temperatura.

Se distingue entre las piezas de ensayo que emiten calor y las que no lo hacen. Las bornas pertenecen a estas últimas y, por lo tanto, se someten al escenario de ensayo Bb (con cambio gradual de temperatura). Los grados de intensidad se definen según la temperatura de tensión y su duración. En el caso de las bornas, debe garantizarse posteriormente un ajuste y funcionamiento adecuados con una prueba de aislamiento y un ensayo de asiento del conductor.

El grado de intensidad de las bornas de Phoenix Contact es de +85°C y 168 h.

El papel clave de las piezas metálicas de las conexiones eléctricas es especialmente evidente en los entornos agresivos. Las zonas de contacto sin corrosión son un requisito para las conexiones potentes y de baja impedancia. Este proceso de prueba describe un ensayo de corrosión en climas de agua condensada con atmósfera con dióxido de azufre. En ellos, se forman compuestos ácidos < pH 7 que corroen las superficies metálicas. En una cámara de prueba se introducen dos litros de agua destilada y un litro de gas SO2. A una temperatura de prueba de +40 °C se forma ácido sulfuroso en el transcurso del ensayo (H2SO3). Después de un tiempo de prueba de ocho horas, las piezas de ensayo se secan durante 16 horas con la puerta abierta. Para representar con más precisión la influencia del ensayo de corrosión sobre los puntos de contacto, al finalizar el ensayo, además de la inspección visual de las piezas de ensayo, se realizan mediciones de la resistencia de contacto. Las bornas para carril de Phoenix Contact generan conexiones estancas a los gases de alta calidad, que no pueden dañarse por efecto de medios agresivos.

Especialmente en la construcción naval y en aplicaciones en alta mar, los componentes técnicos tienen que funcionar permanentemente en atmósfera corrosiva. El contenido de sal del aire y la elevada humedad del aire exigen altos requisitos en cuanto a las piezas metálicas empleadas. Basándose en la norma arriba mencionada, se puede simular la carga en clima marítimo. La estabilidad de las piezas metálicas y la protección anticorrosión se verifica mediante niebla salina en atmósfera corrosiva. A tal efecto, las piezas de ensayo se colocan en la cámara de prueba y se pulverizan con dosificación fina con una solución de cloruro sódico del 5 % (NaCl; valor pH 6,5-7,2) con una temperatura de +35 °C durante 96 horas. Para evaluar mejor la influencia en los puntos de contacto, se lleva a cabo una prueba eléctrica tras finalizar el ensayo, además de la inspección visual de las piezas de ensayo. Las bornas de Phoenix Contact de todas las tecnologías de conexión crean conexiones estancas al gas, por lo que los puntos de contacto están protegidos contra la corrosión incluso en condiciones climáticas extremas.

La humedad y la suciedad favorecen la aparición de líneas de fuga en la superficie del plástico. La formación de líneas de fuga es la formación de conexiones conductivas entre potenciales contiguos. Se tiene en cuenta la dependencia de los potenciales respecto a su diferencia de tensión bajo influencias electrolíticas. El valor CTI de un plástico indica en qué grado se evita esta formación de líneas de fuga. Dos electrodos de platino se colocan sobre una pieza de ensayo de 20 mm x 20 mm x 3 mm a una distancia de 4 mm. Se aplica una tensión de prueba según la especificación normativa a los dos electrodos. A continuación, a través de un dispositivo con una solución electrolítica, cae una gota sobre los electrodos cada 30 segundos. La prueba evalúa el valor máximo de tensión sin un flujo de corriente > 0,5 A. Los plásticos empleados por Phoenix Contact están clasificados con un valor CTI de 600 en la categoría de tensión de prueba máxima.

Un criterio importante para el uso de bornas para carril es la reacción al fuego en contacto directo con una fuente de ignición. Estas fuentes de ignición flagrantes pueden ser p. ej. arcos voltaicos en una línea de fuga. Las bornas no deben favorecer o acelerar incendios y los plásticos tienen que reaccionar de forma autoextinguible. Con este ensayo de incendio se simula el comportamiento de los bloques frente a una fuente de ignición externa que incide directamente sobre estas desde el exterior. En el ensayo se alimenta una llama libre con gas butano a un ángulo de 45° durante 10 segundos en un borde o superficie de la pieza de ensayo (véase figura). A continuación, se observa el comportamiento de la pieza de ensayo sin fuente de
ignición. El ensayo se considera aprobado si las llamas y/o procesos incandescentes se extinguen en los 30 segundos posteriores a haber retirado la llama y si la base del papel de seda dispuesto debajo de la pieza de ensayo no se inflama por la caída de gotas en combustión. Todas las bornas para carril de Phoenix Contact superan la prueba de llama de aguja por el empleo de plásticos de alta calidad y por la estructura de construcción.

Para la valoración de la combustibilidad de la superficie y la propagación de llama de plásticos se determina, según ASTM E 162, el denominado "índice de propagación de llama" (Flame Spread Index). A tal efecto, se radia una muestra con una fuente de calor y se enciende con una llama libre. Durante la prueba se determina el tiempo en el que el frente de la llama alcanza dos puntos de medición separados. A partir del resultado de este tiempo de propagación de las llamas y un factor de generación de calor calculado se obtiene el índice de propagación de llama (Flame Spread). Además, en la prueba se observa y evalúa el comportamiento de goteo del plástico. En América, el Flame Spread Index máximo debe ser de 35. Las bornas para carril de Phoenix Contact alcanzan un valor de 5 y no gotean. Es decir, el valor se encuentra por debajo de los valores máximos admisibles por la "Federal Railroad Administration (FRA)" (Administración Federal de Ferrocarriles) del Departamento de transportes estadounidense.

La norma EN ISO 5659-2 describe un método para evaluar la generación de humo de un material en caso de incendio por calor radiante adicional. El ensayo se realiza con un total de seis muestras que, no obstante, se procesan de forma individual en una cámara de ensayo con cierre hermético. Las muestras deben ser cuadradas (75 mm x 75 mm), con una superficie plana y con un grosor que no supere los 25 mm. Se envuelven con papel de aluminio dejando libre solo la parte superior de una superficie de tensión de 65 mm x 65 mm. Para el ensayo, la muestra se fija horizontalmente en un soporte y su superficie se expone a una radiación de 25 kW/m² durante 10 minutos. La prueba se realiza en tres muestras sin llama piloto y en tres con llama piloto. La densidad óptica del humo se mide fotométricamente. En primer lugar, se miden en mV los cambios de valor del haz de luz concentrado que incide en un fotosensor. (Cantidad total de luz = 100 %, oscuridad = 0 %).
Los valores determinados se convierten mediante la siguiente fórmula y se indican como densidad de humos:
Dsmax = 132 * log 10/100 Tmin

Descripción de la imagen: 1. Sistema óptico de medición 2. Regulador de presión 3. Recorrido de la luz 4. Abertura superior de entrada de aire (zona superior) y abertura inferior de salida de aire, conectada al extractor (en la parte inferior) 5. Cámara 6. Dispositivo de calentamiento esférico 7. Ventana 8. Quemador de llama piloto 9. Muestra en el portamuestras 10. Balanza 11. Puerta con cierre 12. Ventana óptica 13. Fuente de luz

La norma DIN EN ISO 4589-2 describe un ensayo para evaluar la reacción al fuego en plásticos con un índice de oxígeno (OI). En el caso de los plásticos, como los utilizados en la industria eléctrica, se utilizará para los ensayos un tamaño de hoja con una longitud de 70 a 150 mm, una anchura de 6,5 mm (±0,5 mm) y un grosor de 3 mm (±0,25 mm). Esta placa se monta verticalmente en un cilindro de vidrio, fluye con una mezcla de oxígeno y nitrógeno, y se enciende en el borde superior con una llama de gas propano. Posteriormente, se analiza el comportamiento de la combustión con diferentes contenidos de oxígeno del gas circundante. Se aplica una llama hasta 30 s y, a continuación, se realiza una pausa de 5 s. La llama se repite en pasos de 5 segundos hasta que se quema la superficie de la muestra. El objetivo es un tiempo de combustión de 180 s tras retirar la llama de propano. Con la llama, se debe fundir o gotear un máximo de 50 mm, medidos desde el borde encendido. Se pueden realizar interrupciones en la llama de ≤ 1 s. Si la llama se apaga antes de que transcurran los 180 s, la medición se evalúa como "O" y el contenido de oxígeno se incrementa en el siguiente ciclo. Si la llama dura los 180 s, la medición se evalúa como "X" y el contenido de oxígeno se reduce en el siguiente ciclo. En varias muestras, se determina una precisión del umbral de oxígeno (en el que la muestra sigue ardiendo) de ≤ 1 % en los ciclos con "O". Esto se utiliza posteriormente para calcular el índice de oxígeno (OI).

1. Chimenea
2. Tapa de la chimenea
3. Portamuestras
4. Pantalla de malla metálica
5. Difusor y cámara de mezcla
6. Equipo de medición de temperatura deseado
7. Tubo
8. Pieza de ensayo
9. Mezcla de oxígeno y nitrógeno
10. Fuente de ignición

La norma EN 60695-11-10 se utiliza para evaluar el comportamiento al fuego. El material se enciende con una llama de aguja normalizada de 50 W. Para ello, se debe crear previamente una pieza de ensayo rectangular con forma de barra. Esta pieza de ensayo debe tener unas dimensiones de 125 mm x 13 mm x 0,1 a 12 mm de grosor opcional. En el método de ensayo "A", se requieren tres barras de prueba. Durante el ensayo, cada barra se fija horizontalmente y se mide la velocidad de combustión lineal a modo de evaluación. Para ello, se colocan previamente dos marcas, una a 25 mm y otra a 100 mm. En función del quemado, la clasificación se realiza con "HB//HB 40//HB 75// " o, si se supera la marca de 100 mm, se realiza con

v= L/t * 60s/min

v = velocidad del fuego
L = longitud del daño
t = tiempo

En el método de ensayo "B" se requieren cinco barras de prueba; cada barra se suspende verticalmente en un extremo y el extremo libre se enciende durante 10 s con una llama de ensayo. Debajo de la pieza de ensayo hay una almohadilla de algodón. A continuación, se determina el tiempo de postcombustión t1. Inmediatamente después, se aplica una segunda llama durante otros 10 s y se mide el tiempo de postcombustión t2 y el tiempo de incandescendia posterior t3. No deben caer gotas incandescentes que puedan encender la base. Para la evaluación, los valores medidos se calculan de la siguiente manera:

tf = (t1,1 +t2,1)(t1,2 +t2,2)(t1,3 +t2,3)(t1,4 +t2,4)(t1,5 +t2,5)