Почему нельзя соединять медь и алюминий в электропроводке?
Главная » Каталог статей » Почему нельзя соединять медь и алюминий в электропроводке?
То, что в электротехнике нельзя напрямую соединять медные и алюминиевые проводники, не является секретом даже для многих обывателей, не имеющих никакого отношения к электрике. Со стороны тех же обывателей в адрес электриков-профессионалов часто звучит вопрос: «А почему?».
Почемучки любого возраста способны загнать в тупик кого угодно. Вот и здесь подобный случай. Типичный ответ профессионала: «Почему-почему… Потому что гореть будет. Особенно, если ток большой». Но это не всегда помогает. Так как вслед за этим часто следует другой вопрос: «А почему будет гореть? Почему медь со сталью не горит, алюминий со сталью не горит, а алюминий с медью – горит?»
На последний вопрос можно услышать разные ответы. Вот часть из них:
1) У алюминия и меди разный коэффициент теплового расширения. Когда через них проходит ток, они расширяются по-разному, когда ток прекращается, они остывают по-разному. В итоге серия расширений-сужений изменяет геометрию проводников, и контакт становится неплотным. А дальше уже в месте плохого контакта возникает нагрев, он ухудшается еще больше, появляется электрическая дуга, которая и довершает все это дело.
2) Алюминий образует на своей поверхности окисную непроводящую пленку, которая с самого начала ухудшает контакт, а дальше процесс идет по той же нарастающей: нагрев, дальнейшее ухудшение контакта, дуга и разрушение.
3) Алюминий и медь образуют «гальваническую пару», которая просто не может не перегреваться в месте контакта. И снова нагрев, дуга и так далее.
Где же правда, в конце-то концов? Что же там происходит, в месте соединения меди и алюминия?
Первый из приведенных ответов все-таки несостоятелен. Вот табличные данные по линейному коэффициенту теплового расширения для металлов, применяемых для электромонтажа: медь – 16,6*10-6м/(м*гр. Цельсия); алюминий – 22,2*10-6м/(м*гр. Цельсия); сталь – 10,8*10-6м/(м*гр. Цельсия).
Очевидно, что если бы дело было в коэффициентах расширения, то самый ненадежный контакт был бы между стальным и алюминиевым проводником, ведь их коэффициенты расширения отличаются в два раза.
Но и без табличных данных ясно, что различия в линейном тепловом расширении относительно легко компенсируются применением надежных зажимов, создающих постоянное давление на контакт. Расширяться металлам, сжатым, например, при помощи хорошо затянутого болтового соединения, остается только в сторону, а перепады температуры не способны серьезно ослабить контакт.
Вариант с оксидной пленкой тоже не совсем верен. Ведь эта же самая оксидная пленка позволяет соединять алюминиевые проводники со сталью и с другими алюминиевыми проводниками. Да, конечно, рекомендуется применение специальной смазки против окислов, да, рекомендуется систематическая ревизия соединений с участием алюминия. Но ведь все это допускается и работает годами.
А вот версия с гальванической парой действительно имеет право на существование. Но здесь все-таки не обходится без окислов. Ведь медный проводник тоже достаточно быстро покрывается окислом с той лишь разницей, что окисел меди более-менее проводит ток.
Но если соединены медный и алюминиевый проводник, их окислы имеют возможность диссоциации, то есть распада на заряженные ионы. Диссоциация возможна благодаря естественной влаге, которая всегда есть в воздухе. Ионы окислов алюминия и меди, будучи частицами с разным электрическим потенциалом, начинают принимать участие в процессе течения тока. Начинается процесс, известный как «электролиз».
В ходе электролиза ионы переносят заряды и перемещаются сами. Но, кроме того, ионы – это ведь частицы металлов проводников. При их перемещениях металл разрушается, образуются раковины и пустоты. Особенно это касается алюминия. Ну, а там где есть пустоты и раковины, там уже нельзя иметь надежный электрический контакт. Плохой контакт начинает греться, становится еще хуже и так далее вплоть до возгорания.
Отметим, что чем влажнее окружающий воздух, тем более интенсивно протекают все перечисленные процессы. А неравномерное тепловое расширение и непроводящий слой окисла алюминия – это лишь отягчающие факторы, не более того.
Як поєднати мідний та алюмінієвий провід, і чи хороша це ідея?
Будь-хто, хто хоча б трохи працював з електропроводкою, знає, що неприпустимо разом з’єднувати кабелі з жилами з міді та алюмінію. Однак чому не рекомендується це робити? Розберемо ці моменти докладніше.
Чому не можна з’єднувати дроти з міді та алюмінію?
У цих металах сильно відрізняються коефіцієнти теплового розширення
При протіканні електричного струму по дротах із різних металів вони розширюються по-різному. Коли лінія знеструмлюється, вони охолоджуються і звужуються також із різною швидкістю, що пояснюється значною відмінністю їх коефіцієнтів теплового розширення:
- у міді — 16,6 * 10-6м / (м * гр. Цельсія);
- у алюмінію — 22,2 * 10-6м / (м * гр. Цельсія).
Тобто відрізняються майже на третину. В результаті подібних розширень-звужень знижується якість контакту провідників. Особливо це проявляється у разі такого небажаного варіанту з’єднання як скручування. Погіршення контакту загрожує його нагріванням, що рано чи пізно може закінчитися оплавленням ізоляції та електричною дугою.
Застосування клемників та затискачів, які щільно стискають оголені жили, дозволяє запобігти негативному впливу теплового розширення.
Поверхня алюмінієвих жил покрита оксидною плівкою зі значним питомим опором
Усі метали мають на поверхні оксидну плівку. У алюмінію вона виділяється значним опором, у зв’язку з чим контакт сильно нагрівається. Тому в клемниках WAGO, рекомендованих для з’єднання міді з алюмінієм, є кварц вазелінове мастило, що перешкоджає значному окисленню алюмінієвих жил. Також з’єднання різних металів необхідно періодично перевіряти на факт появи нагару та оплавлення ізоляції.
Мідь та алюміній формують гальванічну пару
Як мовилося раніше, на поверхні мідних і алюмінієвих провідників присутні оксидні плівки. Під дією вологи, що завжди міститься в повітрі, вони мають властивість розпадатися на іони. Вони починають брати участь в процесі протікання струму, не тільки переносячи заряди, а й переміщаються самі. Через що на поверхні металів формуються порожнечі, раковини, через що погіршується якість контакту, зростає його опір. З’єднання починає грітися, що, в гіршому випадку, здатне викликати спалах проводки.
Зазвичай всі ці процеси впливають одночасно. Їхня інтенсивність пов’язана з умовами навколишнього середовища. Наприклад, рівня вологості повітря. Тобто рано чи пізно подібний контакт проявить себе не з кращого боку.
Чим можна безпечно з’єднувати мідні та алюмінієві дроти
Точно слід забути про скручування. Цей варіант не рекомендується використовувати навіть для проводів з одного металу. А скручування міді та алюмінію досить швидко викличе проблеми.
Тому в зазначених випадках зазвичай застосовують клемники та затискачі.
Можна використовувати клемні колодки, в яких оголені жили проводів надійно затискаються гвинтами. Але їх періодично потрібно перевіряти, а за необхідності – підтягувати гвинти.
Зручні у використанні спеціальні клемники WAGO. На них є відповідне маркування «Al Cu», що означає, що ці вироби придатні для з’єднання міді та алюмінію. Затискні пружини забезпечують щільну фіксацію жил, а кварц вазелінова паста всередині запобігає окисленню алюмінію.
Стануть в пригоді й клемні з’єднання типу «горіх». В них жили з міді та алюмінію розділені пластинами з оцинкованої сталі. Такі затискачі дозволяють з’єднувати дроти без порушення цілісності їх жил. Але вони досить габаритні, тому їх не завжди можна розмістити в розподільних коробках.
Коли немає нічого під рукою, можна залучити болтові з’єднання. Оголені жили з міді та алюмінію скручують у кільця, одягають на болт, пере межуючи шайбами з анодованої сталі, а на завершення надійно фіксують гайкою.
Найнадійніший спосіб використовувати спеціальну гільзу ГМА
Как надежно соединить алюминиевый и медный провода, исключив тем самым проблему контакта «медь/алюминий» в электропроводке
Практически всем (и электрикам, и людям далеким от «электричества») известно, что соединение медных и алюминиевых проводов при монтаже электропроводки категорически «противопоказано» и может привести к не только к выходу из строя электропроводки, но и к возникновению пожара. Но бывают такие ситуации, когда обстоятельства вынуждают производить переход с меди на алюминий, или с алюминия на медь и, соответственно, соединять медные и алюминиевые провода.
Соединять медные и алюминиевые провода просто методом скрутки нельзя ни в коем случае. Нельзя их соединять (скручивать) между собой потому, как такое соединение может привести к серьезным проблемам в электропроводке из-за ухудшения со временем электрического контакта между медными и алюминиевыми проводниками (а это приводит к сильному нагреву (сначала только в месте непосредственного соединения, а затем нагрев распространяется «дальше и глубже»), постепенному разрушению изоляции проводов и, как следствие, короткому замыканию). Специалисты обычно называют три основные, на их взгляд, причины возникновения со временем нагрева из-за ухудшения контакта в месте соединения медных и алюминиевых проводов. Это электрохимическая коррозия (так как медь и алюминий вместе образуют «гальваническую пару»), оксидная пленка (образующаяся на поверхности проводников и ухудшающая электропроводность в месте контакта) и не одинаковое изменение формы проводников из меди и алюминия (при многократных циклах нагрева-охлаждения из-за разного коэффициента теплового расширения меди и алюминия). Не могу сказать в какой степени и какой, или какие из этих факторов (и только ли они) влияют, или могут влиять на ухудшение с течением времени контакта между алюминиевыми и медными проводами в скрутке, но факт есть факт -скрутка алюминия и меди со временем начинает греться . И греется тем больше, чем бОльший ток проходит по сети.
Для создания «долговечного» и надежного контакта между алюминиевыми и медными проводами, не следует допускать непосредственного контакта меди и алюминия между собой (а если такой контакт неизбежен, необходимы дополнительные действия, обеспечивающие надежность контакта), для чего можно использовать следующие методы соединения:
Соединение скруткой с последующей пайкой
Самый простой метод соединения проводов — это скрутка. И хоть данный метод, мягко говоря, не приветствуется правилами устройства электроустановок, он до сих пор часто применяется при монтаже электропроводки в жилых помещениях. И если уж делается скрутка из проводов меди и алюминия, то для достижения надежного и долговечного контакта между этими проводниками, необходимо залудить провода перед скручиванием и затем пропаять конец готовой скрутки. Необходимо отметить, что для лужения алюминиевого провода необходима специальная кислота.
Соединение скруткой медного и алюминиевого проводов с последующей пайкой обычно применяется в распределительных коробках при монтаже скрытой электропроводки или при замене участка электропроводки.
Болтовое соединение
Болтовое соединение медного и алюминиевого провода (с шайбой в качестве разделителя) создает довольно таки надежный контакт, но имеет (по сравнению с паяной «навечно» скруткой), пару минусов. Со временем возможно ослабление болтового соединения, поэтому обязательно применение граверной шайбы, предотвращающей раскручивание болтового соединения. Но, даже при применении гравера, все равно (хоть и довольно редко), но такому соединению может потребоваться дополнительная затяжка. Так-же такое соединение, из-за его габаритов, довольно затруднительно использовать в распределительных коробках, имеющих небольшой объем внутреннего пространства.
Соединение с помощью клеммной колодки
Соединение медных и алюминиевых проводов с помощью винтовой клеммной колодки актуально в случае, когда скрытая электропроводка выполнена из алюминия, а настенные или потолочные светильники, подключаемые к электропроводке, имеют многопроволочные (гибкие) медные провода. Этот метод соединения довольно надежен, прост и быстр. Главное, во время монтажа, не переусердствовать с затяжкой винта, чтобы не передавить винтом провод, или не сорвать резьбу крепления. Со временем такому соединению может потребоваться небольшая дополнительная затяжка винта.
Соединение с помощью кабельной гильзы
Соединение медных и алюминиевых проводов с помощью кабельной гильзы обеспечивает надежный электрический контакт, долговечно, не требует дополнительных действий по восстановлению надежности контакта с течением времени. Соединение с помощью гильзы является неразъемным. Соединительные гильзы могут быть как обычными, металлическими, так и специально созданными для задачи, описываемой в данной статье — медно-алюминиевыми. Желательно, чтобы сечение используемых для соединения медных и алюминиевых проводов было одинаковым, или близким по размеру. При условии выполнения надежной электрической изоляции гильзы, данное соединение может быть использовано для укладки в штробу при восстановлении скрытой электропроводки в месте повреждения или выхода из строя провода. Относительными минусами использования для соединения проводов кабельных гильз, можно назвать необходимость приобретения обжимного устройства и «одноразовость» самих гильз.
Это самые распространенные методы соединения медных и алюминиевых проводов «в быту». Для соединения меди и алюминия в «большой энергетике» используются еще и соединительные кабельные муфты, ответвительные зажимы, концевые наконечники и т.д. Но это уже совсем другая история.
Как соеденить медный и алюминевый провод
Так как эти материалы обладают хорошей токопроводимостью, теплоотдачей и стоят недорого, то при монтаже и подключении довольно часто возникает необходимость соединения этих двух разных по химическому составу элементов электрических цепей. Согласно правилам устройства электроустановок (ПУЭ) простая скрутка между собой двух проводов разного материала запрещена, если нет последующей пайки или сварки. Однако, существуют и более действенные способы для выполнения данной процедуры как в домашних условиях, так и на производстве. В этой статье мы расскажем, как правильно выполнить соединение медного и алюминиевого провода и каких ошибок не следует допускать.
Какие проблемы могут возникнуть при соединении алюминия и меди? Не так давно электропроводку в квартире или частном доме выполняли из алюминиевого провода, так как её было достаточно чтобы обеспечить питанием все существующие немногочисленные электроприборы. С развитием мира электроники и бытовой техники появилась тенденция роста нагрузки на электрические цепи. Соответственно возникла необходимость соединения старой и новой проводки.
При касании алюминия и меди возникает химическая реакция, которая впоследствии ухудшает электрический контакт, место подключения начинает греться и в итоге может стать причиной возгорания проводки и даже пожара. При повышенной окружающей влажности этот процесс происходит достаточно быстро, так как между проводниками образуется тонкая плёнка, обладающая высоким сопротивление, следствием чего является нагрев и обрыв цепи. Но всё же каждый электрик знает как соединить алюминиевый провод с медным, чтобы в дальнейшем избежать неприятной ситуации.
В любом случае рекомендуется заменить старую проводку на новую, которая будет иметь нагрузочную способность, соответствующую текущему потреблению электроприборов. Если нет возможности полностью заменить проводку на новую, то выполняют частичную замену проводки. В таком случае и возникает необходимость соединения старой и новой электропроводки – медного и алюминиевого проводов. Способы соединения разных проводов Существует несколько основных общепринятых распространённых приспособлений, которые дают возможность ликвидировать непосредственный контакт между двумя материалами, действующими друг на друга агрессивно. Рассмотрим каждый отдельно.
Клеммные колодки
Клеммные колодки могут быть оснащены болтовым или зажимным механизмом соединения. Данная конструкция даёт подключение к одному выводу алюминиевого, а к другому медного токопроводящего материала, которые контактируют между собой через стальную пластину. Пластина изготовлена из нейтрального металла, который не вступает в реакцию с медью и алюминием – обычно это латунные пластины либо медные луженые пластины. Клеммной колодкой с зажимным механизмом чаще всего соединяются жилы контрольного кабеля, с небольшими токами в цепи. Например, широко применяемой клеммой Wago 2273, можно соединить одновременно от двух до восьми проводников разного сечения, выполнить крепёж на DIN-рейку с помощью специального монтажного адаптера.
Болтовой зажим в колодках более надёжен и применяется в силовых не высоковольтных цепях. Чаще всего он осуществляется с помощью «ореха». Это небольшая разветвительная коробка, выполненная из диэлектрического материала, в форме напоминающего грецкий орех, внутри которого расположен блок металлических пластин, через которые и происходит контакт между алюминиевыми и медными проводами. Все эти вышеописанные способы относятся к разъёмным соединениям, то есть для многоразового подключения и отключения, в случае необходимости.
Метод опрессовки
Иногда, при прокладке и монтаже электропроводки, появляется необходимость в выполнении качественного неразъёмного соединения медных и алюминиевых проводов опрессовкой с помощью гильз. Чаще она встречается на вводе в электрический шкаф, распределительное устройство или при соединении кабеля с уже установленным агрегатом, где нельзя выполнить замену алюминия на медь, и наоборот.
Такой вид подсоединения проводников является более затратным, так как требует специального инструмента. Но в то же время, при проведении многочисленных монтажных работ такого плана, профессионалы часто выбирают именно его. Также многие рекомендуют заклёпочник как альтернативу неразъемному соединению, однако, контакт со временем в данном месте может теряться из-за недостаточного зажатия и при вибрации. Опрессовка проводов гильзами обеспечивает более надёжный и долговечный контакт. Таким методом на производстве скрепляют медные и алюминиевые жилы даже к особо мощным и высоковольтным потребителям. Для выполнения этих работ необходим специальный инструмент и особые медно-алюминиевые гильзы. Их сжим может выполняться даже с помощью обычного молотка и металлических накладок, что не совсем правильно, или же существует профессиональный ручной гидравлический пресс.
Таким сжимом рекомендуется пользоваться не только при опрессовке гильз, но и наконечников. Кстати, они тоже могут быть выполнены наполовину из меди и алюминия, для подключения, например, алюминиевого кабеля к двигателю, который имеет медные выводы.
Обычно алюмомедные гильзы используют для соединения жил кабелей большого сечения. При небольших сечениях, например, в домашней электропроводке, выполняется опрессовка нескольких проводников одной гильзой. В данном случае нельзя опрессовывать медные и алюминиевые жилы одной гильзой, так как при этом два металла будут контактировать между собой. Можно залудить медные жилы и тогда соединять их опрессовкой с алюминиевыми проводниками.
Болтовое соединение
Очень часто при работе с электропроводкой у простого человека, не занимающегося электромонтажными работами, в домашних условиях может появиться экстренная необходимость в создании хорошего и надёжного контакта между алюминиевым и медным проводом. Бежать в магазин для покупки специального инструмента и материалов не целесообразно при выполнении разовых работ, а их нужно сделать и при этом качественно. Тогда имеет смысл воспользоваться обычным болтом с гайкой и несколькими шайбами. Главное, в этом методе — это разделить шайбами два металла, агрессивных друг к другу, так как показано на рисунке внизу.
Болтовое соединение алюминиевого и медного провода можно выполнить в распределительной коробке, которая является неотъемлемой частью любой проводки как в доме, так и в квартире. Таким образом, через болт с лёгкостью и достаточно качественно соединяются даже провода с разными жилами по сечению.
Распространённые ошибки, полезные советы и правила
К вашему вниманию несколько полезных советов, позволяющих безопасно соединить алюминиевый провод с медным между собой:
Перед тем как соединить жилы пайкой нужно знать, что медь залудить будет очень просто, а алюминий только с помощью специального припоя.
Нельзя слишком сильно сжимать места соединения как многожильных, так и одножильных проводников. В противном случае возникнет деформация и повреждение жил.
Всегда стоит соблюдать маркировку и правильно подбирать клеммники в зависимости от сечения жилы и типа установки (в помещении или же на улице). Ни в коем случае не используйте для соединения алюминиевой и медной проводки обычные скрутки.
Это один из самых небезопасных способов коммутации жил, который чаще всего приводит к пожару.