Соединение алюминия и меди — биметаллическая коррозия и почему сечение не пересчитывается «один в один»

Гид по клеммным соединениям и гид по измерению переходного сопротивления рассматривают клеммные соединения и измерение переходного сопротивления в общем виде. Эта статья посвящена конкретному риску, который не затрагивается ни в одном из них: что происходит, когда алюминиевый проводник соединяется напрямую с медным проводником или клеммой — ситуация, встречающаяся всё чаще по мере применения алюминиевого кабеля большого сечения (магистральные линии, подключения крупных потребителей) как более дешёвой альтернативы меди.

Проблема: гальваническая (биметаллическая) коррозия

Когда два разных металла соприкасаются в присутствии проводящей жидкости (влага, конденсат), возникает гальваническая коррозия, также называемая биметаллической — она обусловлена разностью электродных потенциалов двух металлов. Алюминий и медь образуют одну из самых неблагоприятных пар в этом ряду: при прямом контакте алюминий постепенно разрушается коррозией, из-за чего со временем соединение:

1. Ослабевает — продукт коррозии (оксид алюминия) занимает больший объём, чем исходный металл, что снижает усилие зажима.
2. Приобретает более высокое переходное сопротивление — оксид алюминия сам по себе плохо проводит ток, в отличие от алюминиевой жилы под ним.
3. Начинает нагреваться — более высокое переходное сопротивление при неизменном токе означает большие потери мощности (P = I²R) именно в этой точке, что дополнительно ускоряет коррозию: самоусиливающийся процесс, в итоге приводящий к обгоревшей клемме или ослабленному соединению.

Обратите внимание: этот процесс развивается постепенно, часто в течение месяцев или лет. Соединение алюминия с медью, показавшее при вводе в эксплуатацию отличное переходное сопротивление, при повторной проверке через несколько лет может оказаться уже ухудшившимся — именно поэтому периодическое измерение переходного сопротивления (см. гид по измерению переходного сопротивления) особенно актуально для этого типа соединения.

Решения: как сделать соединение алюминия с медью безопасным

• Контактная паста (например, типа «alu-plus») — нанесённая в клемму перед зажатием алюминиевого проводника, эта паста блокирует новое окисление в точке контакта и сохраняет соединение токопроводящим.
• Специально сертифицированные алюминиевые или биметаллические клеммы — клеммы, разработанные и сертифицированные специально для алюминия (или для перехода алюминий-медь), с геометрией и усилием зажима, учитывающими ползучесть алюминия (алюминий постепенно деформируется под длительным давлением, «ползёт», из-за чего клемма, рассчитанная на медь, со временем теряет усилие зажима).
• Биметаллические переходники — заводское соединение между алюминиевой и медной частью, где сам переход алюминий-медь выполнен в контролируемых, коррозионностойких условиях (часто методом сварки взрывом или аналогичным процессом), а не в обычной клемме на объекте.

Почему сечение нельзя просто «пересчитать»

Алюминий обладает меньшей проводимостью, чем медь (примерно 61% от проводимости меди при том же сечении). Это означает, что алюминиевый проводник того же сечения имеет заметно меньший допустимый ток по сравнению с медным — как грубое правило, алюминиевому проводнику нужно примерно в 1,5–1,6 раза большее сечение, чем медному, чтобы достичь той же токовой нагрузочной способности. Это одна из причин, почему нормы на электропроводку обычно допускают алюминий в стационарных установках только начиная с определённого практического минимального сечения (например, 16 мм² согласно британскому стандарту BS 7671, таблица 52.3): при меньших сечениях более низкая токовая нагрузочная способность и эффект «ползучести» (см. ниже) уже не компенсируют экономию на стоимости алюминия. Поэтому алюминиевый кабель необходимо выбирать большего сечения, чем заменяемый им медный — никогда просто заказывая то же сечение в алюминии в предположении, что оно «работает так же».

Практическая значимость

При оценке или подключении установки с алюминиевыми магистральными кабелями (часто встречается при подключениях крупных потребителей или в старых коммерческих установках) всегда нужно проверять, выполнены ли точки соединения, где алюминий переходит в медь (например, в шкафу счётчика, на главном распределительном щите или при подключении к существующей медной сети объекта), с использованием контактной пасты, сертифицированной биметаллической клеммы или биметаллического переходника — никогда обычной медной клеммой без дополнительной меры. Это касается как новых установок, так и оценки существующей установки при инспекции по NEN 3140.

Частые ошибки

1. Зажатие алюминия напрямую в обычную медную клемму без контактной пасты или сертификации для алюминия — со временем это приводит к гальванической коррозии и нагревающемуся соединению.
2. Сохранение того же сечения при замене меди на алюминий — из-за более низкой проводимости алюминия сечение нужно увеличивать, чтобы сохранить ту же допустимую токовую нагрузку.
3. Однократное измерение хорошего переходного сопротивления с предположением, что оно останется таким же — биметаллическая коррозия — постепенный процесс; именно для этого типа соединения нужны периодические повторные измерения.
4. Игнорирование ползучести алюминия — клемма, спроектированная и затянутая под медный проводник, не удерживает усилие зажима на алюминиевом проводнике даже без развития коррозии.

Связанные материалы

• Клеммные соединения — пружинная vs винтовая клемма
• Измерение переходного сопротивления (микроомметр)
• Кабельные наконечники и обжимные соединения
• Сечение кабеля и допустимая токовая нагрузка