Aineenkoetus Aineenkoetuksissa liittimet testataan materiaalinmuutosten osalta. Materiaalitesteissä keskeisessä osassa ovat pidemmät kuormitustestit, esimerkiksi pysyvästi kohonneet lämpötilat, kosteuden ja lian aiheuttama pintavälien muodostuminen sekä materiaalien simuloitu vanheneminen.

Koska riviliittimien elinkaaret ovat pitkiä, myös niiden vanhenemisominaisuudet ovat tärkeässä asemassa. Tässä kokeessa simuloidaan vanheneminen ja osoitetaan kosketuksen laatu. Monivuotisen käytön simulointia varten viisi riviliitintä asennetaan vaakasuoraan kiskolle ja kytketään sarjaan nimellispoikkipinnan mukaisilla johtimilla. Jokaisesta riviliittimestä mitataan jännitehäviö vähintään 300 mm pitkään johtimeen liitettynä. Sääkaapin alemmaksi lämpötilaksi asetetaan 20 °C. Ylempi lämpötila sitä vastoin säädetään niin, että 10 minuutin pitovaiheen aikana saavutetaan testikappaleen suurin sallittu käyttölämpötila (enint. +120 °C). Lämmitysvaiheen sekä pitovaiheen ja maksimilämpötilan aikana syötetään nimellisvirtaa. Siten saavutetaan testikappaleen suurin sallittu käyttölämpötila (+130 °C). Tämän jälkeen seuraa jäähdytysvaihe. Jännitehäviö mitataan aina 24 jakson jälkeen jäähtyneessä (n. +20 °C) tilassa. Testi käsittää yhteensä 192 jaksoa. Jännitehäviö ei saa testin alussa ylittää 3,2 mV:a, testin aikana tai sen jälkeen 4,8 mV:a tai 24. jakson jälkeen mitattua arvoa 1,5:llä kerrottuna. Phoenix Contactin riviliittimet ovat äärimmäisen pitkäikäisiä myös vaikeissa lämpötilaolosuhteissa. Muovi- ja metalliosilla on riittävät turvallisuusreservit.

Maaliskuusta 2013 lähtien standardi EN 45545-2 on korvannut kansalliset kiskoajoneuvoja koskevat palontorjuntastandardit. Standardin nykyisessä versiossa EN 45545-:2013+A1:2015 määritetään vaatimukset materiaalien ja komponenttien palokäyttäytymiselle. Jotta voitaisiin hyväksyä muoveja tiettyjä kiskoajoneuvojen käyttö- ja rakennusluokkia varten, standardi kuvaa testimenetelmien pohjalta vaaratasojen määrittämiseen niin kutsuttuja Hazard Level (HL) -tasoja. HL 3 vastaa korkeimpia vaatimuksia. Seuraavat testit suoritetaan muovien hyväksyntää varten sähköteknisiin käyttökohteisiin:

• Happi-indeksi standardin DIN EN ISO 4589-2 mukaan
• Savukaasun muodostuminen standardin EN ISO 5659-2 mukaan (25 kW/m²)
• Savukaasumyrkyllisyys NF X70-100-2 (600 °C)
• Pystysuora pienpoltintesti standardin EN 60695-11-10 mukaan
  Phoenix Contactin riviliittimissä käytetyt vahvistamattomat polyamidit, joiden paloluokka on UL 94 V0, täyttävät korkeimmat vaatimukset. Ne täyttävät paloluokan HL3 vaatimukset vaatimussarjoissa R22, R23, R24 ja R26 kuvattujen testien mukaisesti.

Standardissa UL 94 kuvataan syttyvyyskokeita, joilla on etenkin sähkötekniikassa olennainen merkitys. Keskipisteessä on palokäyttäytyminen. Luokitus tapahtuu UL 94 HB:n (Horizontal Burning) tai UL 94 V:n (Vertical Burning) mukaisesti. Koerakenteesta käy ilmi, että UL-94 V0/1/2 -luokitukset ovat merkittävämpiä kuin UL-94 HB -luokitus.

UL 94 V0/1/2
Vakioimisen jälkeen koesauva kiinnitetään pystysuoraan ja siihen kohdistetaan useita kertoja liekkejä aina 10 sekunnin ajan. Liekin kohdistamiskertojen välillä mitataan koesauvan sammumiseen kuluva aika. Tämän jälkeen analysoidaan jälkipalamisajat ja tiputusominaisuudet. Phoenix Contactin käyttämä riviliittimien muovi täyttää V0-materiaaliluokan vaativat kriteerit.

Palokuormitus tarkoittaa tulipalossa vapautuvan energian määrää tietyllä pinta-alalla. Palokuormituksen arvo ilmoitetaan yksikössä MJ/m². Arvo lasketaan aineen lämpöarvosta ja palamiskertoimesta (DIN 18230-1). Mitä korkeampi lämpöarvo on ja mitä enemmän materiaalia esiintyy, sitä suurempi on tulipalossa vapautuvan energian määrä. Tästä seuraa, että sitä suurempi on myös mahdollinen palokuorma. Tämä koskee kaikkia asennettuja komponentteja tarkasteltavassa sovelluksessa. Polyamidien, kuten PA 6.6:n lämpöarvot ovat verrattain korkeita (vertailun vuoksi: polttoöljyn lämpöarvo on n. 44 MJ/kg). Siksi palokuormituksen selvittämiseen tarvitaan yhä useammin myös riviliittimien lämpöarvoja. Phoenix Contactin käyttämien muovien lämpöarvot standardien DIN 51900-2 ja ASTM E 1354 mukaan näkyvät seuraavassa taulukossa. Yksittäisten komponenttien palokuormitus lasketaan kertomalla kunkin polyamidin lämpöarvo osien painolla ja asennettujen tuotteiden lukumäärällä. Lämmön luovutuksen dokumentointi tapahtuu kartiokalorimetrissä muovimateriaaleja koskevan ISO 5660-1 -standardin mukaan.

Ylikuormitustilanteessa riviliittimien tai johtimien sähköä johtavat metalliosat voivat kuumentua voimakkaasti. Tämä ylimääräinen lämpö vaikuttaa myös muovikoteloon. Tämä vaaranlähde simuloidaan kuumentamalla sähköteknisissä osissa hehkulanka määrättyyn lämpötilaan (+550 °C, +650 °C, +750 °C, +850 °C tai +960 °C). Sen jälkeen lanka painetaan kuvan mukaisesti suorassa kulmassa 1 N:n voimalla testikappaleen kotelon ohuimpaan kohtaan.
Testi on hyväksytty seuraavilla tuloksilla:

• Kun testin aikana ei synny liekkiä eikä hehkua
• Kun liekit tai hehku sammuvat 30 sekunnin kuluessa hehkulangan poistamisen jälkeen
• Kun alas putoavat palavat pisarat eivät sytytä hehkulangan alla olevaa silkkipaperia

Phoenix Contactin kotelomateriaalina käyttämät polyamidit täyttävät täysin hehkulankatestin vaatimukset +960 °C:ssa (korkein lämpötilataso).

Asianomaisessa testissä simuloidaan riviliittimen korkeampi lämpökuormitus pidemmällä aikavälillä. Sitä varten tarkastellaan muovien käyttäytymistä jatkuvasti korkeammissa lämpötiloissa vetolujuuden suhteen (mekaaninen joustavuus). Standardissa vaaditaan vähintään kolme, mutta mieluiten neljä eri lämpötilanmittaussarjaa yhdestä testikappaleesta. Vetolujuutta mitataan oletuksesta riippuen ennen varastointia ja sen jälkeen 500 h - 5 000 h ajan, ja tulos ekstrapoloidaan 10 000 tuntiin (HCI) ja 20 000 tuntiin (TI). Siten määritetään lämpötila, jossa mainitun 20 000 tunnin jälkeen vetolujuus on laskenut puoleen. IEC 60216 -standardi määrittää TI:n lämpötilaindeksinä, joka kertoo lämpökuormitettujen muovien mekaanisen käyttöiän.
TI-arvot UL 94 V2:n mukaan: +105 °C
TI-arvot UL 94 V0:n mukaan: +125 °C

Ilmankosteus riippuu lämpötilasta ja ilmanpaineesta. Mitä lämpimämpää ilma on, sitä enemmän kosteutta se voi ottaa vastaan. 100 prosentin ilmankosteus kuvaa vesihöyryn maksimaalista kyllästymistä ilmassa kyseisessä lämpötilassa. Tässä kuvattu testi käsittää yhden tai useita lämpötilajaksoja suurella ilmankosteudella (>90...100 %, kun lämpötila on +40 °C tai +55 °C). Liitinkotelot on tavallisesti valmistettu polyamidista. Nämä muovit imevät osittain vettä ja muuttavat siten myös elastisuuttaan. Polyamidit PA6 ja PA66 voivat imeä yli kahdeksan painoprosentin kosteuspitoisuuksia, kun niitä säilytetään useita päiviä vedessä noin +80 °C:n lämpötilassa. Kosteuden imeminen liittyy lisäksi "pulpahtamisen" aiheuttamaan mittamuutokseen. Todellisissa ilmasto-olosuhteissa polyamidi imee n. 2...4 % kosteutta, kun pituuden muutos on 0,6...0,8 %. Riviliittimistä on testijaksojen suorittamisen jälkeen varmistettava asianmukainen tiukka kiinnitys, käyttökelpoisuus sekä toiminta tekemällä eristyskoe ja testaamalla johtimen luja kiinnitys.
Testaustarkkuudella A riviliittimet testataan +40 °C:ssa kahden jakson verran.
Testaustarkkuudella B riviliittimet testataan +55 °C:ssa yhden jakson verran.

Seuraavalla kuivan lämmön kokeella arvioidaan komponentin soveltuvuus käyttöön, varastointiin tai kuljetukseen korkeassa lämpötilassa.

Siinä erotetaan lämpöä luovuttavat ja lämpöä luovuttamattomat testikappaleet. Riviliittimet kuuluvat viimeksi mainittuihin, ja sen vuoksi ne käyvät läpi kokeen Bb testaussuunnitelman (asteittainen lämpötilanmuutos). Voimakkuusasteet määritetään kuormituslämpötilan ja kuormituksen keston avulla. Riviliittimissä on sen jälkeen varmistettava määräystenmukainen kiinnitys ja toiminta johtimen tiukan kiinnityksen testauksen ja eristyskokeen avulla.

Phoenix Contactin riviliittimien voimakkuusaste on +85 °C ja 168 h.

Metalliosien ratkaiseva rooli sähköliitännöissä korostuu etenkin vaativissa ympäristöissä. Korroosionkestävät kosketusalueet ovat edellytys matalaohmisille ja siten tehokkaille liitännöille. Tämä testausmenetelmä sisältää korroosiotestin lauhdevesiympäristössä, jonka ilmasto sisältää rikkidioksidia. Siinä muodostuu happamia yhdisteitä (< pH 7), jotka syövyttävät metallipintoja. Sääkaappiin viedään kaksi litraa tislattua vettä ja yksi litra SO2-kaasua. 40 °C:n testauslämpötilassa muodostuu kokeen aikana rikkipitoisia happoja (H2SO3). Kahdeksan tunnin testin jälkeen testikappaleet kuivuvat 16 tuntia ovi avoinna. Korroosiotestin vaikutus kosketinpaikkaan osoitetaan lähemmin kokeen jälkeen, kun testikappaleet tarkastetaan silmämääräisesti ja niille suoritetaan lisäksi ylimenovastusmittaukset. Phoenix Contactin riviliittimet muodostavat korkealaatuisia, kaasutiiviitä liitoksia, joihin aggressiivisetkaan aineet eivät voi vaikuttaa.

Etenkin laivanrakennuksessa ja avomerisovelluksissa teknisten komponenttien pitää toimia jatkuvasti syövyttävissä ympäristöissä. Ilman suolapitoisuus ja suuri kosteus asettavat korkeita vaatimuksia käytettäville metalliosille. Yllä mainitun normin pohjalta kuormitus voidaan simuloida meri-ilmastossa. Metalliosien ja korroosiosuojan kestävyys syövyttävässä ympäristössä testataan suolasumulla. Testikappaleet viedään koekaappiin ja niitä sumutetaan viisiprosenttisella natriumkloridiliuoksella (NaCl; pH-arvo 6,5 - 7,2) +35 °C:n lämpötilassa 96 tunnin ajan. Vaikutus kosketinpaikkoihin osoitetaan lähemmin kokeen jälkeen, kun testikappaleet tarkistetaan silmämääräisesti ja niille suoritetaan lisäksi sähkötarkastus. Phoenix Contactin riviliittimet muodostavat kaasutiiviit liitännät kaikilla liitäntätekniikoilla. Sen vuoksi kosketinpaikat ovat suojattuina korroosiolta äärimmäisissäkin sääolosuhteissa.

Kosteus ja lika lisäävät pintavälin muodostumista muovipinnalla. Pintavälin muodostuminen on johtavien liitäntöjen muodostumista vierekkäisten potentiaalien välille. Tässä otetaan huomioon potentiaalien riippuvuus niiden jännite-erosta elektrolyyttisten vaikutusten alaisena. Muovin CTI-arvo ilmaisee, kuinka tehokkaasti tämä pintavälin muodostuminen estetään. Koekappale (20 mm x 20 mm x 3 mm) varustetaan kahdella platinaelektrodilla, joiden väli on 4 mm. Molempiin elektrodeihin johdetaan standardin mukainen koestusjännite. Sen jälkeen laite annostelee elektrodeihin yhden tipan elektrolyyttiliuosta 30 sekunnin välein. Kokeessa selvitetään maksimaalinen jännitearvo ilman >0,5 A:n virrankulkua. Phoenix Contactin käyttämät muovit on CTI-arvolla 600 luokiteltu korkeimpaan koestusjänniteluokkaan.

Riviliittimissä tärkeä kriteeri on palokäyttäytyminen suorassa kosketuksessa syttymislähteeseen. Palavia syttymislähteitä ovat esim. pintavälin valokaaret. Liittimet eivät saa edistää tai kiihdyttää paloa, muovien pitää olla itsestään sammuvia. Tässä palokokeessa simuloidaan komponenttien käyttäytyminen, kun ulkoinen sytytyslähde vaikuttaa suoraan komponenttiin. Kokeessa avoimeen liekkiin syötetään butaanikaasua ja se kohdistetaan 45 asteen kulmassa 10 sekunnin ajan testikappaleen reunaan tai pintaan (katso kuva). Sen jälkeen testikappaleen käyttäytymistä
tarkkaillaan ilman sytytyslähdettä. Testi on läpäisty, jos liekki tai hehkuminen sammuu 30 sekunnin kuluessa liekin poistamisesta ja kun alas putoavat palavat pisarat eivät sytytä testikappaleen alla olevaa silkkipaperia. Kaikki Phoenix Contactin laadukkaista muoveista valmistetut ja suunnitelmallisesti kootut riviliittimet läpäisevät neulaliekillä tehtävän testin.

Muovipintojen syttyvyys ja liekkien leviäminen selvitetään laskemalla ASTM E 162 -standardin mukainen, niin kutsuttu Flame-Spread-indeksi. Tässä koekappaletta säteilytetään lämmönlähteellä ja lisäksi se sytytetään avoliekillä. Testin aikana määritetään aika, jona liekin etuosa saavuttaa kaksi toisistaan erillään olevaa mittauspistettä. Tästä liekin leviämisajasta ja lasketusta lämmönmuodostuskertoimesta saadaan Flame-Spread-indeksi. Lisäksi kokeessa tarkkaillaan ja analysoidaan muovin tiputuskäyttäytymistä. Amerikassa Flame-Spread-indeksi saa olla enintään 35. Phoenix Contactin riviliittimet saavuttavat arvon 5, eivätkä ne tiputa palaessaan. Näin arvo on selkeästi Yhdysvaltojen liikenneministeriöön kuuluvan FRA:n (Federal Railroad Administration) määrittelemien sallittujen maksimiarvojen alapuolella.

EN ISO 5659-2 -standardissa kuvataan menetelmä, jolla arvioidaan materiaalin savunkehitys tulipalossa, jossa on lisäksi säteilylämpöä. Koe tehdään yhteensä kuudelle koekappaleelle, mutta yksitellen ilmatiiviiksi suljettavassa koekaapissa. Koekappaleiden on oltava nelikulmaisia (75 mm x 75 mm) ja niissä on oltava tasainen pinta, eikä paksuus saa olla yli 25 mm. Ne päällystetään alumiinifoliolla niin, että vain yläsivulle jää vapaaksi 65 mm x 65 mm:n kuormituspinta-ala. Koetta varten koekappale kiinnitetään vaakasuunnassa kiinnityskohtaan, ja sen pintaan kohdistetaan 25 kW/m²:n säteilyä 10 minuutin ajan. Koe tehdään kolmelle testikappaleelle ilman sytytysliekkiä ja kolmelle muulle sytytysliekin kanssa. Siinä mitataan optista savutiiviyttä fotometrisesti. Ensin mitataan valokennoon osuvan valokeilan arvojen muutokset yksikössä mV. (Täysi valon määrä = 100 %, pimeä = 0 %.)
Mitatut arvot lasketaan seuraavalla kaavalla ja ilmoitetaan savutiiviytenä:
Dsmax = 132 * log 10 / 100 Tmin

Kuvan selitys: 1. Optinen mittausjärjestelmä 2. Paineensäädin 3. Valoreitti 4. Ylempi ilmanottoaukko (yläosa) ja alempi ilmanpoistoaukko yhdistettynä poistoimupuhaltimeen (pohjalla) 5. Kammio 6. Kartiolämmityslaite 7. Ikkuna 8. Sytytysliekkipoltin 9. Koekappale koekappaleen pidikkeessä 10. Vaaka 11. Suljettava ovi 12. Tarkastusikkuna 13. Valonlähde

Standardissa DIN EN ISO 4589-2 kuvataan koetta, jossa arvioidaan muovien palokäyttäytymistä happi-indeksin (OI) avulla. Muovien, jollaisia käytetään esimerkiksi sähköalalla, testaukseen on käytettävä levykokoa, jonka pituus on 70 - 150 mm, leveys 6,5 mm (±0,5 mm) ja paksuus 3 mm (±0,25 mm). Tämä levy asennetaan pystyasentoon lasilieriöön, johon virtaa happi-typpiseosta ja joka sytytetään yläreunasta propaanikaasuliekillä. Sen jälkeen analysoidaan palamiskäyttäytymistä virtaavan kaasun eri happipitoisuuksilla. Sytytykseen kuuluu enintään 30 sekuntia kestävä liekin kohdistaminen ja sen jälkeen 5 sekunnin tauko. Liekin kohdistusta toistetaan 5 sekunnin askelin niin kauan, kunnes koekappale palaa pinnalta. Tavoitteena on 180 sekunnin paloaika propaanikaasuliekin poistamisen jälkeen. Tällöin sytytetystä reunasta mitattuna saa palaa tai sulaa pois enintään 50 mm. ≤1 sekunnin palon katkokset ovat sallittuja. Jos liekki on sammunut ennen kuin on kulunut 180 sekuntia, mittauksen tulos on "O", ja hapen osuutta lisätään seuraavaa kierrosta varten. Jos liekki on säilynyt 180 sekunnin ajan, mittauksen tulos on "X", ja hapen osuutta vähennetään seuraavaa kierrosta varten. Useasta koekappaleesta mitataan hapen raja-arvon (jossa koekappale vielä palaa) tarkkuus ≤1 % "O"-kierroksiin liittyen. Siitä saadaan myöhemmin happi-indeksi OI.

1. Tulisija
2. Tulisijan luukku
3. Koekappaleen pidike
4. Lankaverkkosuojus
5. Diffuusori ja sekoituskammio
6. Vapaavalintainen lämpömittari
7. Putki
8. Koekappale
9. Happi-typpiseos
10. Sytytyslähde

EN 60695-11-10 -standardia käytetään palokäyttäytymisen arviointiin. Materiaali sytytetään standardin mukaisella 50 W:n neulaliekillä. Tätä varten on luotava etukäteen suorakulmainen, sauvamainen testikappale. Tämän testikappaleen tulee olla mitoiltaan 125 mm x 13 mm x valinnaisesti 0,1...12 mm paksu. Testausmenetelmässä A tarvitaan kolme koesauvaa. Testissä jokainen sauva kiinnitetään vaakasuoraan ja ne arvioidaan mittaamalla lineaarinen palonopeus. Sitä varten kiinnitetään ensin kaksi merkkiä 25 mm:n ja 100 mm:n kohdalle. Luokitus tapahtuu palohäviön mukaan luokkiin HB // HB 40 // HB 75 // tai kun 100 mm:n merkki ylittyy, jolloin

v= L/t * 60 s / min

v = palon nopeus
L = pituus vahinkolaajuus
t = aika

Testausmenetelmässä B tarvitaan viisi koesauvaa, jolloin jokainen sauva riippuu kohtisuoraan toisesta päästä, ja vapaa pää sytytetään testiliekillä 10 sekunniksi. Testikappaleen alla on puuvillainen alusta. Sen jälkeen mitataan jälkipaloaika t1. Välittömästi sen jälkeen seuraa toinen liekin kohdistus jälleen 10 sekunnin ajan ja jälkipaloajan t2 ja jälkihehkuajan t3 mittaaminen. Siinä ei saa pudota palavia pisaroita, jotka sytyttäisivät alustan. Mittausarvot lasketaan arviointia varten seuraavasti:

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