Соединение алюминия и меди: рейтинг способов и испытания
Одна из распространенных проблем в энергетике ― необходимость подключения кабелей с жилами из алюминия к медным шинам в электрических шкафах или к другим устройствам с медными выводами. Как известно, эти два металла чаще всего применяются при изготовлении кабельно-проводниковой продукции. Несмотря на это, медь и алюминий обладают разными физико-химическими свойствами. Как правило, со временем такие соединения окисляются, из-за чего ухудшается качество контакта. Среди более опасных последствий можно выделить локальный нагрев с выгоранием провода и возникновение пожара. Что делать, если появилась необходимость соединить медный и алюминиевый контакты? Можно ли избежать нежелательных последствий? Рассмотрим эти вопросы подробнее.
Содержание:
- Соединение алюминия и меди: рейтинг способов и испытания
Когда может понадобиться соединение медь + алюминий?
В первую очередь нужно определиться, в каких случаях может возникнуть необходимость соединять провода, которые по правилам контактировать не должны. В частности, можно упомянуть Приказ Минэнерго от 2003 года, запрещающий применение алюминиевой проводки.
Правила устройства электроустановок (ПУЭ) также определяют, что в зданиях должны использоваться кабели с медными жилами. Несмотря на это, существует немало объектов старого фонда, в которых эти две системы встречаются против всех установленных норм. Помимо этого, даже если в здании проводится капитальный ремонт, замена всей электропроводки на медную ― достаточно дорогой проект, поэтому электрикам и электромонтерам приходится сталкиваться с необходимостью соединения двух систем.
Почему стоит отказаться от скрутки меди с алюминием?
Как было сказано выше, эти два металла обладают различными физическими свойствами. В частности, алюминий и медь имеют разные коэффициенты теплового расширения. На практике происходит следующее: при прохождении через цепь электрического тока соединения нагреваются (расширяются), при прекращении подачи тока контакты остывают (уменьшаются). За годы эксплуатации этот цикл повторяется тысячи раз, в результате чего медно-алюминиевая скрутка постепенно расходится, ее способность проводить электричество многократно ухудшается.
Еще одна проблема заключается в разных химических свойствах двух металлов. Алюминий и медь отличаются способностью к окислению, из-за чего при их объединении даже при незначительном доступе кислорода и влаги образуется гальваническая пара. Когда через такое соединение регулярно проходит электрический ток, появляется слой ржавчины, увеличивающей переходное сопротивление. Этот процесс постепенно приводит к нагреву скрутки, что может завершиться разрывом контакта или возгоранием.
Таким образом, выход из строя соединения меди с алюминием ― это вопрос времени. Оптимальный вариант ― заменить проводку на медную. Если такой возможности нет, контакты необходимо обработать.
Как обработать соединение медь + алюминий?
Любой кабель имеет определенный срок годности и требования к условиям хранения, поэтому перед работой жилы требуется очистить и подготовить к монтажу.
Декапирование. Метод предполагает механическую очистку поверхности металлических оснований от ржавчины, окалины, окислов и других загрязнений. Обработка проводится при помощи подручных инструментов, таких как наждачная бумага, нож или ветошь. Декапирование также может выполняться химическим способом, когда медные и алюминиевые жилы перед соединением обрабатывают при помощи специальных паст, порошков и растворов. Поскольку алюминий активнее всего подвержен образованию окислов, рекомендуется применять контактную (токопроводящую) пасту, она обладает гидрофобными свойствами, за счет чего предотвращает процессы окисления.
Герметизация. Если окружающая среда предполагает определенную влажность, соединение медного и алюминиевого кабелей обречено на максимально быстрое разрушение. При монтаже в подобных условиях рекомендуется использовать термоусадочную пленку, изоленту или даже электротехнический компаунд.
Снижение негативных воздействий окружающей среды.Если соединение медной и алюминиевой жил надежно закреплено и не испытывает температурных колебаний, ветровой нагрузки и высокой влажности, то оно будет работать стабильнее и дольше по сравнению со скруткой, расположенной на улице.
Ограничение подачи электрического тока. При монтаже или ремонте соединений медного и алюминиевого кабеля рекомендуется дополнительно поставить автоматический выключатель, который при необходимости ограничит нагрузку на сеть.
Подбор жил с подходящим сечением. Сечение кабеля должно быть достаточным для того, чтобы при максимальной нагрузке на сеть не происходило перегрева медно-алюминиевого соединения. При этом важно учитывать, что скрутка всегда будет нагреваться больше обычного из-за переходного сопротивления.
Виды соединений меди и алюминия
На практике встречается множество способов соединения медных и алюминиевых проводов. Рассмотрим наиболее распространенные варианты, а также их преимущества и недостатки.
Первый способ ― обычная скрутка
Чтобы соединить две жилы, как правило, не требуется специальное оборудование, достаточно их переплести между собой. Тем не менее без дополнительной обработки такое соединение будет крайне ненадежным и недолговечным. Доступные варианты:
- Голая скрутка.Самый простой способ переплетения проводов. Чтобы добиться ровного и плотного соединения, можно использовать пассатижи, однако этот вариант все равно остается самым нежелательным из-за недолговечности и ненадежности соединения.
- Скрутка луженого медного и алюминиевого кабеля.Для обработки медной жилы можно использовать припой с канифолью.
- Скрутка луженого алюминиевого и обычного медного кабеля.Предварительно алюминий рекомендуется обработать флюсом Ф-64, после чего его можно облудить припоем с канифолью.
- Скрутка после полной обработки жил.Предварительно зачищенные провода сначала обрабатываются флюсом, после чего переплетаются и припаиваются. Этот вариант требует определенного времени и усилий, однако его можно назвать самым надежным среди перечисленных выше. Такая скрутка будет защищена от влаги, а припой обеспечит минимальное переходное сопротивление.
Второй способ ― применение пружинных зажимов
Для соединения медных и алюминиевых жил могут применяться специальные устройства ― клеммы с пружинным механизмом. После монтажа проводники оказываются плотно прижаты термостойкой пружиной, которая стабилизирует контакты по переходному сопротивлению. Рассмотрим распространенные виды клемм, которые можно приобрести для этих целей:
- Соединительные изолирующие зажимы (СИЗ) «Юпитер». Жилы, скрепленные при помощи этого устройства, фактически оказываются в скрутке, только в этом случае ее удерживает пружина, а не припой.
- Строительно-монтажные клеммы многоразового применения СМК-222 IEK. Изделия используются только для соединения медных проводов, так как не предусматривают возможности для добавления контактной пасты.
- Строительно-монтажные клеммы многоразового применения СМК-228 IEK. Единственное отличие от предыдущей модели ― более компактные размеры и современный дизайн.
- Клеммы WAGO серии 221 производства Германии. Используются преимущественно для соединения медных жил сечением от 0,2 до 4,0 кв. мм, причем как цельных, так и многопроволочных.
- Строительно-монтажные клеммы одноразовые СМК-722. Выпускаются с контактной пастой, подходят для соединения медных и алюминиевых жил.
Таким образом, клеммы, предназначенные для многократного применения, по мысли производителей, можно использовать только для проводников одного типа (чаще всего для меди). Устройства для однократного соединения жил дополнительно предусматривают в комплекте контактную пасту и подходят для меди и алюминия.
Третий способ ― винтовые клеммы
Особенность таких соединений заключается в том, что медь и алюминий не контактируют друг с другом напрямую, между ними всегда оказывается другой материал.
Болтовые соединения. Этот способ долгое время считался одним из наиболее надежных и проверенных. Для соединения медного и алюминиевого проводников необходимо подготовить стальной болт с гайкой и несколько шайб. Сборка выполняется следующим образом:
- на болт надевается шайба;
- зачищенный провод одного проводника закручивается в виде кольца и надевается на болт;
- ниже нанизывается стальная шайба;
- на болт надевается зачищенная жила второго проводника;
- ниже нанизывается еще одна шайба, поверх нее кладется гравер;
- конструкция закрепляется гайкой.
Болтовое соединение позволяет закрепить сразу несколько проводников, в том числе с жилами из меди и алюминия. Помимо этого, мастер получает возможность в любой момент внести изменения в конструкцию, убрав или добавив еще один провод. Несмотря на это, у болтового соединения есть и недостатки. В частности, его будет сложно изолировать от влаги, а гайку и шайбы со временем придется подтягивать, поэтому конструкцию не получится, к примеру, зашить в стене. Самый главный недостаток такого решения заключается в том, что современные производители выпускают оцинкованные шайбы, а этот материал вступает в химическую связь и с медью, и с алюминием.
Клеммы винтового типа. Не самый надежный вариант, поскольку контакты после соединения удерживаются во внутренней латунной гильзе с тонкими стенками всего одним миниатюрным винтиком. Тем не менее этот способ монтажа, пожалуй, один из наиболее доступных по цене. Что необходимо учитывать, приобретая винтовые клеммы? Чаще всего производители указывают площадь сечения не подсоединяемых жил, а отверстий внутренней гильзы.
Клеммный терминал (Terminal Block). Сюда относятся блоки зажимов серий ТВ, ТС, ТК, БЗД EKF PROxima-4504 и др. Устройства предназначены для монтажа и ответвления медных и алюминиевых жил в электрических цепях переменного тока напряжением до 660 В и частотой 50 Гц. Изделия считаются одними из самых надежных и применяются в качестве комплектующих в стационарных установках. Каждая жила в блоке прижимается большим винтом через прочную шайбу, а контактная пластинка выполнена с рифлением.
«Орехи», или ответвительные зажимы типа У739. Также считаются надежными и подходящими для соединения меди и алюминия, поскольку контакты в таком устройстве удерживаются четырьмя винтами. Внешне приспособление представляет собой компактный пластиковый короб с двумя входами, внутри которого размещен зажим кулачкового типа, закрепляемый болтами. «Орех» хорошо защищает соединение от попадания влаги, тем самым предотвращает процессы окисления. Помимо этого, качественный тугоплавкий пластик не поддерживает горение.
Автоматы (автоматические выключатели). Соединение медных и алюминиевых проводников через автомат ― один из самых надежных способов проконтролировать подаваемое напряжение и не допустить аварийных ситуаций. С автоматом все устройства цепи получают дополнительную защиту от перегрузок. Среди недостатков можно выделить только крупные габариты и необходимость профессионального монтажа бокса с ДИН-рейкой.
Четвертый способ ― опрессовка
Метод предполагает плотный зажим контактов в специальной гильзе. Опрессовка позволяет обеспечить плотное соединение проводов без пайки, скрутки и других действий. Чтобы выполнить качественный монтаж, мастеру потребуются специальные инструменты ― кримпер и пресс-клещи.
Опрессовка медного и алюминиевого проводов выполняется в несколько этапов:
- Подготовка контактов. Провода очищают от изоляции, зачищают жилы наждачной бумагой и далее обрабатывают контактной пастой.
- Подготовка специальных инструментов. Для опрессовки используют ручные или гидравлические пресс-клещи и кримпер.
- Закладка жил в хвостовик соединительного элемента (гильзы). Подготовленные контакты помещают в хвостовик без скручивания или другого соединения между собой.
- Опрессовка. Обжим контактов с помощью клещей начинают выполнять от лопатки по направлению к концу трубки.
- Изоляция. Если после обжима остается открытая часть провода, то этот участок закрывают термоусадочной пленкой.
Для опрессовки проводов применяются различные гильзы и наконечники. Первый вариант является наиболее надежным и долговечным. Гильза представляет собой полую трубку, в которую вставляются жилы для дальнейшего обжима клещами. Готовое соединение уже невозможно будет высвободить, при необходимости контакты придется обрезать. Если требуется создать разъемное соединение, применяется наконечник. Такое устройство с одной стороны представляет собой полую трубку для вставки и обжима кабеля, а с другой предусматривает клемму для болтового крепления. Для медных и алюминиевых жил необходимо выбирать наконечники из соответствующих материалов. Если речь идет о соединении двух этих металлов, важно выбирать наконечники с клеммами, адаптированными для этих целей.
Соединение медных и алюминиевых проводов крайне нежелательно, однако в некоторых случаях перед мастерами встает такая необходимость. Выбор того или иного способа монтажа зависит от имеющихся технических условий и дальнейших планов по доработке, замене или ремонту системы. При соединении медного и алюминиевого проводов важно учитывать их свойства и предпринять необходимые подготовительные мероприятия для обеспечения бесперебойной и безопасной работы цепи.