建筑电气工程中导线连接器与应用

　建筑电气配电线路的分支线路及插座、灯具、吊扇等末端设备安装工程中，需完成大量6mm2及以下截面导线的接续、分线、T接工作。长期以来，国内针对上述细导线的电气连接有：“绞接+涮锡+绝缘胶带包覆”工艺和安全压线帽连接工艺，但其连接工艺无法满足日后线路维护的需要，相对发达国家先进成熟的细导线连接工艺，已明显落后，致使线路故障与事故率明显高于发达国家（中国电气火灾发生率是美国的4～5倍），因此有必要向国内电气安装行业推广相关导线连接工艺，并规范其应用方法，以期提高我国细导线连接工艺与工程施工质量水平，降低工时消耗，缩减人工成本。

　　1 锡焊连接的问题

　　除了在20世纪80年代出版的《建筑电气安装工程图集》[1]施工•材料卷第一集中，对导线连接工艺有过描述外，国内现行施工或验收规范中，并未对建筑电气工程中细导线连接工艺进行明文规定，但“绞接+涮锡+绝缘胶带包覆”的做法，似乎已成为约定俗成或不言而喻的“标准”做法，并被广大工程建设单位广泛使用。但是，采用锡焊工艺进行导线连接存在以下问题：

　　（1）与GB16895.6-2000（idt等同IEC60364-5-52：1993《建筑物电气装置第5部分：电气设备的选择和安装第52章：布线系统》）[2]第526条规定不符，第526条规定：“……所有接头应易于检查、测试和维护。除通信线路外，宜避免使用焊接”；
　　（2）需要辅助材料与工具（烙铁、锡锅、焊锡、阻焊剂、绝缘胶带等）；
　　（3）需要现场加热条件（明火、电）；
　　（4）焊接烟气污染工作环境；
　　（5）受操作人员技能和施工条件影响，接点质量一致性差，有虚焊与假焊隐患；
　　（6）导线绝缘层受焊接高温影响而损坏；
　　（7）因接点位置带来的操作困难与危险（例如高举熔融焊锡的操作）。

　　除技术因素外，从经济效益方面衡量，锡焊工艺的最大问题是：工作效率低、工时成本高，直接影响工程造价和施工企业利润。如果由于赶工期、图省事，在导线连接环节只扭绞、不焊锡，则形成了安全隐患（包裹绝缘胶布后不易于检查，不能判断是否进行了焊接）。

　　2 导线连接器

　　欧美国家使用“导线连接器”的历史可追溯到20世纪20年代，使用导线连接器不仅实现高可靠的电气连接，而且由于不借助特殊工具、可完全徒手操作，使安装过程十分快捷、高效，平均每个电气连接耗时仅10s，为传统焊锡工艺的三百分之一。到20世纪40年代，导线连接器已全面替代“焊锡+胶带”工艺，并广泛应用于建筑电气工程中。

　　2.1 导线连接器的分类

　　民用建筑电气工程中所使用的导线连接器属于“家用和类似用途低压电路用的连接器件”，根据GB13140.1-2008/IEC60998-1：2002《家用和类似用途低压电路用的连接器件第1部分：通用要求》[3]，此类连接器分为3类。

　　（1）螺纹型连接器

　　符合GB13140.2-2008/IEC60998-2-1：2002《家用和类似用途低压电路用的连接器件第2部分：作为独立单元的带螺纹型夹紧件的连接器件的特殊要求》[4]。根据线径选择适当的套管（芯）（如图1中步骤1所示），通过拧紧一侧的螺钉产生压力，将多根导线挤压在套管内，安装绝缘罩（也采用螺纹连接）后即形成完整的电气连接（如图1步骤2所示）。


　　图1中的螺纹型连接器，需要特别指出的是：螺纹型连接器不适用于直接连接经焊锡处理的多股软导线。因热胀冷缩和焊锡的蠕变特性（锡铅合金的热膨胀系数——25，是铜膨胀系数——17的1.47倍），在螺纹型连接器的夹紧件与焊锡的多股导线末端之间会出现微小间隙。螺纹型连接器的夹紧件不能补偿这种间隙，会导致接触不良。因此，GB/T14048.7/IEC60947-7-1《低压开关设备和控制设备辅助器件铜导体的接线端子排》[5]第7.1.1条的注规定：“螺纹型夹紧件不适用于连接末端焊锡的软导线。”GB2099.1/IEC60884-1，E3.1《家用和类似用途插头插座第1部分：通用要求》[6]第12.1.1条规定：“可拆线固定式插座……如果使用预锡焊的软线，应注意在螺纹型接线端里，预锡焊区应处于按正常使用连接时的夹紧区外侧。”

　　（2）无螺纹型连接器符合GB13140.3-2008/IEC60998-2-2：2002《家用和类似用途低压电路用的连接器件第2部分：作为独立单元的带无螺纹型夹紧件的连接器件的特殊要求》[7]。通过簧片、弹簧或凸轮机构等构成的“无螺纹型夹紧部件”（如图2所示），对被连接导线产生接触力，实现电气连接。


　　此类连接器也被称为：“插接式连接器”或“推线式连接器”（如图3所示），按连接导线连接能力（同时连接导线的根数），无螺纹型连接器可分2孔～8孔等多种规格，并有“并插”与“对插”之分。


　　需要说明的是：无螺纹型导线连接器本身是参与导电的，因此有载流量限制，选用时应注意与被连接导线匹配，否则可能因过载而损坏。
（3）扭接式连接器

　　符合GB13140.5-2008/IEC60998-2-4：2004《家用和类似用途低压电路用的连接器件第2部分：扭接式连接器件的特殊要求》[8]。导体间接触力来自绝缘外壳及内嵌的圆锥形螺旋钢丝。连接器旋转过程中，方截面钢丝的棱线会在导体表面形成细小刻痕，并使导线形成扭绞状态（如图4所示），同时圆锥形螺旋钢丝产生扩张趋势，对导线施加足够压力。因外形与使用方式类似机械设备中的“帽形螺母”，此类连接器又被称为“接线帽”。

　　扭接式连接器在电气连续、机械强度、绝缘防护方面都优于焊接工艺，且完全徒手操作（如果使用螺母套筒等辅助工具可进一步提高工效），施工方便、高效。在其90多年（发明专利注册于1920年）的发展历程中，逐渐形成了满足不同需求的多种形式（如图5所示）。

　　区别于螺纹型和非螺纹型连接器，扭接式连接器只对导线提供握持力，本身并不参与导电，早期的扭接式连接器甚至完全用陶瓷制造，因此连接器不存在载流量指标。安装扭接式连接器时，无需对被连接导线进行预扭绞，只需按要求将剥除绝缘层的导线并齐，套上连接器旋转，当连接器外部导线也出现扭绞状态时，就完成了可靠连接。

　　实验证明：同样连接2根AWG12铜导线（等效截面积3.3mm2），采用扭接式连接器连接的抗拉强度达79.8kg，是锡焊抗拉强度（25.8kg）的3倍；接点电阻为3.1mΩ，比锡焊接点电阻（4mΩ）降低了22.5%.

　　2.2 不同连接器的特点比较

　　下表是不同连接器的横向对比。由于“扭接式”和“无螺纹型”连接器优点突出，成为全球建筑电气低压配电系统与电器设备中用量最多、用途最广的导线接续装置。

　　3 关于“安全压线帽”

　　《建筑电气安装工程图集》中描述了“安全压线帽”（俗称“奶嘴”，如图6所示）的选型数据与使用方法，目前在建筑电气工程中也在使用，但除GB13140外，在其它中国国家标准和IEC标准中，都没有对此类导线连接装置的产品标准，仅在美国UL486C[9]中涉及此类连接器。

　　除产品不能根据国家或国际标准出具检测报告外，压线帽还存在以下需注意的问题：
　　（1）需使用专用工具安装，以确保压紧力和成品一致性，否则易出现压不紧、易脱落现象；
　　（2）适合家电、灯具等生产线固定工位装配（因电气规范要求改变，美国在灯具生产中已不再使用）；
　　（3）一次使用，一旦安装，不能拆卸，因此不满足检修要求；
　　（4）工效不高。因此，笔者不建议在建筑电气国内工程中使用此类连接器。
4 典型应用

　　4.1 导线接续、T接和分线

　　在导线敷设过程中，导线连接器广泛应用于建筑电气低压配电分支（末端）线路的接续、分线、T接（如图7所示）。尤其当分线盒设置在天花板等高处时，采用导线连接器代替锡焊，能有效减少施工过程中使用高温焊锡带来的危险，而且提高了工效、降低了劳动强度。

　　4.2 插座接线

　　在安装插座时，如果利用插座接线端子转接PE线，又出现接触不良时，则故障点下游插座都将失去PE线保护。为避免此类安全隐患，正规做法都是采用“爪形”（俗称：鸡爪）接线工艺（如图8a所示）。采用导线连接器代替锡焊，实现了安全、高效、省空间、便检修等目的。出于同样安全性、可靠性、维护性的考虑，建议插座的L线与N线采用同样工艺连接（如图8b所示）。

　　4.3 电器设备安装

　　导线连接器被广泛应用于灯具、吊扇等电器设备的接线环节中（如图9所示）。为了便于用户安装，很多欧美品牌的灯具产品中，都将导线连接器与安装用螺钉螺母一样看待，将其作为标准附件配套在灯具中，用户无需再单独购买。

　　5 结束语

　　中国第一颗原子弹爆炸（1964年10月16日）比美国（1945年7月16日）晚了20年，中国首次载人航天（2003年10月15日）比美国（1962年2月20日）晚了40年。相比之下，技术含量并不高的建筑电气导线连接工艺，中国比美国落后了至少70年。

　　为了尽快改变这种现状，新版《建筑电气工程施工质量验收规范》GB50303，将对导线连接器的应用提出要求；中国标准化协会编制的CAS212-2013《住宅装修工程电气及智能化系统设计、施工与验收规范》，已对导线连接器在家装工程中的使用提出了要求；中国工程建设标准化协会正在编制《建筑电气细导线连接器应用技术规程》，将面向一线工程人员，对导线连接器的选型、使用与质检提出更具可操作性的要求。相信在不久的将来，导线连接器将为我国建筑电气工程发挥其应有的作用。