Эх, сколько же копий сломано в спорах электриков с пеной у рта про то, как соединить медный и алюминиевый провода между собой. Одни доказывают, что даже простая их скрутка в бетонной стене панельного дома надежно служит десятилетиями.
Другие же показывают фотографии поверхностей алюминия, покрытые сплошным слоем оксидных солей, а то и просто выгоревшую проводку.
На самом деле часть истины имеется у обеих сторон. Для дальнейшего разбирательства будем опираться на научные разработки. Они объясняют, как все это происходит и позволяют всегда делать свою работу надежной и безопасней.
Какие выводы электрохимии следует учитывать домашним электрикам в своей практической деятельности: кратко
В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с работой гальванических элементов: батареек и аккумуляторов. Внутри них работают два электрода из разных металлов, например, кадмий и никель, помещенные в жидкий электролит.
В результате их взаимодействия протекают химические процессы и вырабатывается или потребляется электрический ток.
Просто напоминаю, что все это действие основано на свойствах металлов и их внутренней кристаллической решетке, содержащей свободные электроны, которые вступают во взаимодействие с ионами окружающего их электролита.
При этом одни металлы обладают окислительной способностью, а другие — восстановительной, как и все химические реакции. По своим возможностям они давно представлены электрохимическим рядом напряжений.
Расположение металлов в ряду выбрано так, чтобы степень их активности последовательно возрастала в одну сторону. Каждый из них обладает стандартным электронным потенциалом, измеряемым в вольтах.
Таблица этих потенциалов приведена в межгосударственном стандарте ГОСТ 9.005-72.
Он рассматривает допустимые и недопустимые контакты, которые могут создаваться различными деталями из металлов и неметаллов в промышленном и бытовом оборудовании, в том числе и в электроустановках.
Как происходит разрушение металлов в месте контакта
Возвращаемся к электрохимическому ряду напряжений и разности потенциалов между металлами, расположенным на нем.
- чем дальше металлы удалены друг от друга, тем большее напряжение между ними может быть создано при протекании химической реакции через электролит;
- в результате реакции всегда будет разрушаться тот металл, который находится левее.
Для примера сравните места удаления никеля (Ni) и кадмия (Cd), используемых в никель-кадмиевых аккумуляторах с алюминием (Al) и медью (Cu), которые используются для изготовления проводов. Вы увидите существенную разницу в формировании напряжения.
Это свойство станет вызывать более разрушительное окислительное воздействие на алюминий при прохождении тока по пути Al-Cu, когда по аналогии с аккумулятором создается режим зарядки от внешнего приложенного источника ЭДС.
Совершенно аналогично работает контактное соединение этих двух проводов в бытовой электропроводке. Поэтому на поверхности алюминия выделяются солевой слой различных оксидов, значительно ухудшающих электрическое сопротивление контакта.
В результате воздействия тока это место начинает усиленно нагреваться. Повышенная температура развивает окислительные процессы, в том числе и на прилегающей меди. Реакция продолжается до полной потери электрического контакта в лучшем случае, а в худшем — возникает пожар проводки.
Он может перекинуться на все здание.
Что предлагает наука для исключения протекания разрушительных химических реакций в соединении медь-алюминий
Использование прокладочных материалов из безопасных металлов
На основе государственного стандарта ГОСТ 9.005-72 созданы различные справочные таблицы электромеханических потенциалов, облегчающие подбор металлов при их соединении с целью уменьшения и исключения процессов образования гальванической коррозии.
Показываю упрощенный вариант, которым удобно пользоваться домашнему мастеру.
Сделал выборку для основных металлов проводников и показал в ней красным цветом все пары, которые образуют потенциалы больше чем 0,65 милливольта. Эта величина считается опасной. Ее следует избегать. Она же уже достигается рассматриваемыми нами металлами Al и Cu.
Обратимся еще раз к электрохимическому ряду напряжений. Рассмотрим пару близко расположенных металлов: алюминий (Al) и цинк (Zn).
Если создать контакт через них, то он станет работать с разностью потенциалов 0,85 мВ, что еще больше: протекание такой химической реакции способно вызвать повышенные разрушения. Однако цинк в чистом виде практически не используют. Им обычно покрывают железные детали.
Таблица электрохимических потенциалов позволяет подбирать наиболее безопасные материалы для изготовления различных прокладочных материалов.
Защита от попадания воздуха к месту созданного электрического контакта
Для протекания электрохимической реакции гальванической коррозии необходимо соблюсти три условия:
- наличие двух разных металлов, например, Al-Cu;
- создать электрический контакт между их поверхностями;
- поместить его в среду электролита, например, пары обычной воды.
Если одно из этих условий отсутствует, то никакая химическая коррозия протекать просто не сможет.
Если же внутри помещений создается повышенная влажная среда или присутствуют агрессивные выбросы от промышленных предприятий, то контактные соединения электрооборудование быстро выходят из строя.
Когда же выполняется полная герметизация контактного соединения, то протекание гальванических процессов исключается.
По этому принципу работают шины старых советских подстанций, в которых часто создавались подключения различных деталей из меди и алюминия.
Между ними образовано плотное соединение без доступа воздуха к контактным поверхностям. Для этого использовались специальные сорта смазки: вазелин КВЗ (ГОСТ 15975), Циатим 201 (ГОСТ 6267), Циатим 221 (ГОСТ 9433), ЭПС-98, Суперконт.
За счет этого приема старое советское оборудование надежно работает десятилетиями. Следы гальванической коррозии на нем отсутствуют.
Однако заниматься подобным монтажом в бытовой проводке явно не стоит. Бездумно копировать этот метод нельзя по ряду причин:
- качественно выполнить подобное подключение в быту проблематично;
- на энергетических предприятиях все оборудование строго проходит технические осмотры, проверки и обслуживание в установленное нормативами время;
- многие тонкости и нюансы этой технологии оговорены специальной инструкцией по проектированию и монтажу контактных поверхностей (№ И 1.08-08), которые необходимо обязательно соблюсти;
- в домашних условиях этому процессу никто не уделяет внимания. Все делается по принципу: смонтировал и забыл.
Современные производители отказались от этого метода. Они покрывают все шины Cu и Al специальным сплавом, исключающим образование гальванической коррозии.
Даже если вы сделаете плотный контакт проводов Al-Cu с его полной герметизацией термоусадкой, то вряд ли кто будет за ним следить. Любой же прокол или щель, образованная при некачественной сборке даст доступ воздуху.
Любителям смотреть видеоролики рекомендую ознакомиться с материалом владельца Алекс Жук «Почему нельзя соединять медь и алюминий». Он очень доходчиво объясняет процессы образования гальванической коррозии и рекомендует меры по борьбе с ними.
7 научных разработок: как соединить медный и алюминиевый провода между собой при ремонтных работах
После краткого знакомства с выводами электрохимии можно разбираться с типовыми рекомендациями соединения пары металлов Cu-Al, уменьшающих гальваническую коррозию. Они особенно актуальны для большинства владельцев зданий с алюминиевой проводкой.
Винтовое соединение: когда работает надежно и как создаются опасные режимы в проводке
Провода из меди и алюминия вполне допустимо подключать зажимом резьбы винта или болта, разделяя их прокладкой из мягкой стали. Контактные площадки металлических жил необходимо отчистить от слоя изоляции так, чтобы она не попадала на созданные кольца и под шайбы.
При этом не стоит использовать оцинкованные материалы, о чем уже сделан вывод немного выше.
Однако здесь часто допускаются три типичные ошибки, когда:
- при снятии изоляции острым ножом его размещают под прямым углом к жиле и подрезают ее поверхностный слой, что уменьшает поперечное сечение и значительно ослабляет механическую прочность металла. После нескольких изгибов надрезанный провод легко ломается;
- кольцо необходимо располагать так, чтобы оно закрывалось большей поверхностью шайбы со всех сторон и при завинчивании гайки работало на сжатие, а не разжималось;
- поскольку алюминий относится к мягким и пластичным металлам, то под температурной нагрузкой он расширяется, немного «запоминает» новый объем — деформируется. Когда происходит охлаждение, то этот провод понемногу ослабляет силу сжатия винтового зажима. Это может привести к критическому состоянию — ухудшению электрического контакта с его перегревом. Поэтому в резьбовом соединении должна работать пружина. Ее роль выполняет гроверная шайба.
Недостатком болтового подключения получается довольно габаритная конструкция, которую не всегда удается спрятать в небольших пространствах подрозетников или распаечных коробок.
Сжим орех: что следует учесть
Это довольно распространенная разработка подключения двух проводов с обеспечением их контакта через промежуточные прокладочные материалы. Она хорошо подходит даже для толстых многожилок, часто встречающихся в подъездных щитах многоэтажных зданий.
Здесь каждый металл укладывается в свою канавку, отделяясь от другого безопасной прокладкой. Многожилка скручивается плотнее по направлению навивки. Сжим орех со всех сторон изолируется стандартной диэлектрической крышкой, закрепляющейся пружинными кольцами.
Этот способ позволяет создавать ответвление от основной магистрали без ее разрезания при подключении проводника из другого материала. Он подходит для безразрывной коммутации СИП проводов.
По этому принципу работает прокалывающий ответвительный зажим, специально разработанный для СИП проводки.
Однако использование сжима ореха может причинить и большие неприятности по причинам:
- нарушения технологии их установки и создания неплотных контактов;
- использования в конструкции металлов, склонных к созданию гальванической коррозии.
На форумах электриков этот вопрос обсуждается часто.
Клеммные колодки: особенности эксплуатации
На производстве широко распространено подключение проводов из различных металлов, например, Al и Cu с помощью клеммников, выполненных из специальных сплавов.
В старых конструкциях клеммная пластина выполняет роль гайки. В нее через плоские шайбы и гроверные пружины с помощью колец подключаются провода.
Другие конструкции подобных промышленных клеммников крутить кольца не требуют. Наконечник провода прижимается винтом с помощью согнутой в форме скобы прямоугольной шайбы. Металл жилы при этом не повреждается.
Для бытовых целей промышленность выпускает облегченные клеммные колодки в диэлектрическом корпусе. Они тоже позволяют выполнять подключение проводов из меди с алюминием.
Однако у них довольно примитивная конструкция: внутри каждой ячейки имеется латунная скоба с резьбой под винт, который при завинчивании врезается в металл жилы и, прижимая, деформирует ее.
В результате механического давления мягкий алюминий сильно повреждается, может поломаться. Металл же самой скобы тонкий и часто просто лопается при затяжке.
Если же ужим сделать слабым, то создается ненадежный электрический контакт со всеми вытекающими последствиями.
Аналогичным образом обычным винтом зажимаются жилы в электросчетчиках. Соединение не отличается высокой надежностью, требует применения хороших умений и навыков от электромонтеров.
Это мое личное мнение может не совпадать с заявлениями производителей.
Клеммы WAGO: на что обращать внимание
Клеммники ВАГО позволяют быстро коммутировать провода между собой. За счет своей просты при сборке электрической схемы они пользуются популярностью у электромонтажников.
Однако следует учесть, что основная масса их предусмотрена для работы с медью, а установка в такую клемму алюминия может привести к печальным последствиям из-за развития процессов гальванической коррозии.
Немецкий производитель WAGO для бытовых целей выпускает специальные клеммники, которые представлены различными моделями серии 2273.
Они предназначены для подключения жил с сечением от одного до 2,5 мм кв. У них используются клеммы, позволяющие коммутировать провода с парами металлов Al и Cu.
Для алюминия внутри клеммы уже помещена контактная паста. Ее назначение: снимать оксидную пленку с поверхности металла, блокировать последующее ее образование.
Многожильные медные провода тоже можно подключать этим способом, но их необходимо оконцовывать втулочным наконечником.
При работе с ВАГО обращайте внимание на:
- их серию, ибо только 2273 предназначена для работы с алюминиевыми жилами, которые вставляются в специально подготовленные контактные гнезда;
- установку наконечников на многожильные провода.
Соблюдайте эти нехитрые правила.
Опрессовка проводов гильзами: как избежать ошибок
Продажа предлагает широкий выбор гильз для опрессовки различных конструкций металлических жил.
Среди них выделяются четыре разновидности гильз:
- ГМ — медные;
- ГМЛ — луженые;
- ГА — алюминиевые;
- ГАМ — комбинированные алюмомедные.
Для подключения жил Al и Cu предназначены только гильзы марки ГАМ, причем каждый металл должен устанавливаться исключительно со своей стороны. Это обязательное условие их надежной работы.
Вторая методика подключения опрессовкой состоит в том, что многожильный медный провод плотно скручивается и надежно залуживается свинцо оловянным припоем по внутреннему диаметру гильзы ГА.
С обратной стороны в нее вставляется подключаемая алюминиевая жила. Гильза опрессовывается клещами обычным способом. После этого ее необходимо надежно изолировать, чтобы исключить попадание воздуха к созданному электрическому контакту.
Плотный слой липкой изоленты и термоусадка сверху решают эту задачу.
Если посмотреть таблицу электрохимических потенциалов между соединяемыми металлами, то видно, что критическое значение здесь не достигнуто. В то же время полная герметизация соединения исключает образование гальванической коррозии.
Сварка проводов: в чем опасность
Говорить про развитие гальванической коррозии такого соединения уже приелось. Но, отдельные спецы пытаются сваривать провода из Cu и Al, как показано на скрутке, расположенной справа на фото.
Однако такое соединение, выполненное обычным приспособлением для сварки проводов, отличается высокой хрупкостью и легко ломается, рассыпаясь в порошок. Делать так нельзя. Температура плавления этих металлов сильно отличается.
Стоит заметить, что соединять сваркой медь с алюминием вполне возможно и примером таких деталей являются алюмомедные гильзы. Для этого используются другие технологии:
- холодная прокатка со степенью обжатия при сварке 60÷75%;
- сварка трением с ультразвуковой обработкой;
- диффузионная сварка;
- лазерная сварка;
- магнитно-импульсная сварка.
Все эти виды соединений выполняются на специальном промышленном оборудовании и обычным электрикам не доступны.
Как спаять медь и алюминий: особенности технологии
Способ соединения пайкой является классическим. Он отличается надежностью, но требует соблюдения строгой последовательности перечисленных ниже действий.
1. Жилы зачищаются от изоляции так, чтобы медная была примерно на одну треть длиннее алюминиевой.
2. Медь залуживается по всей длине припоем с обычной канифолью.
3. Обе металлические жилы плотно скручиваются обычным образом. На фото хорошо видно, что медная залуженная часть значительно выступает.
4. Место будущей спайки с помощью кисточки покрывается специальным флюсом для пайки алюминия. В нашем случае используется раствор Ф-64.
5. После нанесения флюса поверх скрутки наматывается пружиной тонкая проволока из припоя.
6. Поскольку алюминий отличается хорошей теплопроводностью, то он нагревается и остывает очень быстро. При этом нагрев в начале скрутки может привести к испарению флюса с противоположного конца скрутки, что не позволит создать качественную пайку.
Поэтому со стороны изоляции на скрутку в качестве теплоотвода накладываются острогубцы, а прогрев паяльником начинается с выступающего конца медной жилы. Для снятия сажи с жала можно использовать обычную тряпочку.
7. Паяльник постепенно перемещают на скрутку и расплавляют им припой, добиваясь равномерного растекания.
8. После пайки выступающий конец проволоки нужно откусить, а созданное соединение отмыть от флюса. Обработка производится последовательно в три этапа:
- вначале с помощью кисточки пайку промывают раствором соды;
- затем используется мыльный раствор;
- завершает процесс чистая проточная вода.
После этого скрутку остается протереть насухо и хорошо заизолировать одним из доступных способов.
На этом завершаю статью про то, как соединить медный и алюминиевый провода между собой.
Видеоролик владельца “Заметки электрика” наглядно показывает типичные ошибки соединения таких проводов в распределительной коробке и способы их исправления.
Если у вас еще остались вопросы, то задавайте их в комментариях. Там же вам удобно поделиться своим мнением и опытом с другими читателями моего блога.
