Aluminium en koper verbinden — bimetaalcorrosie en waarom de doorsnede niet 1-op-1 overgaat

De aansluitklemmen-gids en de contactweerstandsmeting-gids behandelen klemverbindingen en het meten van overgangsweerstand in het algemeen. Dit artikel behandelt een specifiek risico dat bij géén van beide standaard aan bod komt: wat er gebeurt wanneer een aluminium geleider rechtstreeks met een koperen geleider of klem wordt verbonden — een situatie die steeds vaker voorkomt naarmate aluminium kabel bij grotere doorsneden (hoofdleidingen, grootverbruikaansluitingen) als goedkoper alternatief voor koper wordt toegepast.

Het probleem: galvanische (bimetaal)corrosie

Wanneer twee verschillende metalen elkaar raken in aanwezigheid van een geleidende vloeistof (vocht, condens) ontstaat galvanische corrosie, ook wel bimetaalcorrosie genoemd — aangedreven door het verschil in elektrodepotentiaal tussen de twee metalen. Aluminium en koper vormen een van de ongunstigste combinaties in deze reeks: het aluminium corrodeert bij een rechtstreeks contact geleidelijk weg, waardoor de verbinding in de loop van tijd:

1. Losser wordt — het corrosieproduct (aluminiumoxide) neemt meer volume in dan het oorspronkelijke metaal, wat de klemkracht vermindert.
2. Een hogere overgangsweerstand krijgt — aluminiumoxide is zelf slecht geleidend, in tegenstelling tot de aluminiumkern eronder.
3. Warmte gaat ontwikkelen — een hogere overgangsweerstand bij gelijkblijvende stroom betekent meer vermogensverlies (P = I²R) op precies dat punt, wat de corrosie verder versnelt: een zichzelf versterkend proces dat uiteindelijk tot een verbrande klem of loszittende verbinding leidt.

Let op: dit proces verloopt geleidelijk, vaak over maanden tot jaren. Een aluminium-koper-verbinding die bij oplevering een prima overgangsweerstand meet, kan bij een herkeuring na enkele jaren alsnog zijn verslechterd — dit is precies waarom periodieke contactweerstandsmeting (zie de contactweerstandsmeting-gids) bij dit type verbinding extra relevant is.

Oplossingen: hoe een aluminium-koper-verbinding wél veilig wordt

• Contactpasta (bijvoorbeeld een "alu-plus"-type pasta) — aangebracht in de klem vóórdat de aluminium geleider wordt vastgezet, blokkeert deze pasta nieuwe oxidatie op het contactpunt en houdt de verbinding geleidend.
• Speciaal gecertificeerde aluminium- of bimetaalklemmen — klemmen die specifiek zijn ontworpen en gecertificeerd voor aluminium (of voor de overgang aluminium-koper), met een geometrie en klemdruk die is afgestemd op het kruipgedrag van aluminium (aluminium vervormt onder aanhoudende druk geleidelijk, "kruipt", wat bij een voor koper ontworpen klem tot verlies van klemkracht leidt).
• Bimetaalverbindingsstukken — een fabrieksmatig vervaardigde overgang tussen een aluminium- en een koperdeel, waarbij de eigenlijke aluminium-koper-grensvlak onder gecontroleerde, corrosiebestendige omstandigheden is gemaakt (vaak door middel van explosielassen of een vergelijkbaar bewerkingsproces), in plaats van in een gewone klem in het veld.

Waarom de doorsnede niet simpelweg wordt "omgerekend"

Aluminium heeft een lagere geleidbaarheid dan koper (ongeveer 61% van de geleidbaarheid van koper bij gelijke doorsnede). Dit betekent dat een aluminium geleider bij gelijke doorsnede een merkbaar lagere toelaatbare stroom heeft dan een koperen geleider — als vuistregel moet een aluminium geleider ruwweg 1,5 tot 1,6 keer de doorsnede van een koperen geleider hebben om eenzelfde stroombelastbaarheid te bereiken. Dit is mede de reden waarom bedradingsnormen aluminium in vaste installaties doorgaans pas vanaf een praktische minimale doorsnede toestaan (bijvoorbeeld 16 mm² onder de Britse BS 7671, tabel 52.3): bij kleinere doorsneden wegen de lagere stroombelastbaarheid en het kruipgedrag (zie hieronder) niet meer op tegen het kostenvoordeel van aluminium. Een aluminium kabel moet dus ruimer gedimensioneerd worden dan de koperen kabel die hij vervangt — nooit door simpelweg dezelfde doorsnede in aluminium te bestellen in de veronderstelling dat die "hetzelfde" presteert.

Praktische relevantie

Bij het beoordelen of aansluiten van een installatie met aluminium hoofdleidingen (vaak bij grootverbruikaansluitingen of oudere bedrijfsinstallaties) moet altijd worden gecontroleerd of aansluitpunten waar aluminium op koper overgaat (bijvoorbeeld bij de meterkast, een hoofdverdeler of een aansluiting op bestaand koperen bedrijfsnet) zijn uitgevoerd met contactpasta, een gecertificeerde bimetaalklem of een bimetaalverbindingsstuk — nooit met een gewone koperklem zonder aanvullende maatregel. Dit geldt zowel bij nieuwbouw als bij het beoordelen van een bestaande installatie tijdens een NEN 3140-inspectie.

Veelgemaakte fouten

1. Aluminium rechtstreeks in een gewone koperklem klemmen zonder contactpasta of certificering voor aluminium — dit leidt op termijn tot galvanische corrosie en een warmte-ontwikkelende verbinding.
2. Dezelfde doorsnede aanhouden bij vervanging van koper door aluminium — vanwege de lagere geleidbaarheid van aluminium moet de doorsnede worden vergroot om dezelfde stroombelastbaarheid te behouden.
3. Eenmalig een goede overgangsweerstand meten en aannemen dat dit blijvend is — bimetaalcorrosie is een geleidelijk proces; periodieke hermeting is nodig, juist bij dit verbindingstype.
4. Aluminium-kruip over het hoofd zien — een klem die is ontworpen en aangedraaid voor een koperen geleider houdt de klemkracht op een aluminium geleider niet vast, ook zonder dat er corrosie optreedt.

Gerelateerd

• Aansluitklemmen — veerklem vs. schroefklem
• Contactweerstandsmeting (micro-ohmmeter)
• Kabelschoenen & krimpverbindingen
• Kabeldoorsnede & stroombelastbaarheid