З'єднання алюмінію та міді — біметалева корозія і чому переріз не перераховується «один в один»

Гід із клемних з'єднань та гід із вимірювання перехідного опору розглядають клемні з'єднання та вимірювання перехідного опору загалом. Ця стаття присвячена конкретному ризику, який не розглядається в жодному з них: що відбувається, коли алюмінієвий провідник з'єднується напряму з мідним провідником чи клемою — ситуація, яка трапляється дедалі частіше в міру застосування алюмінієвого кабелю великого перерізу (магістральні лінії, підключення великих споживачів) як дешевшої альтернативи міді.

Проблема: гальванічна (біметалева) корозія

Коли два різних метали контактують у присутності провідної рідини (волога, конденсат), виникає гальванічна корозія, також звана біметалевою — вона зумовлена різницею електродних потенціалів двох металів. Алюміній і мідь утворюють одну з найнесприятливіших пар у цьому ряду: за прямого контакту алюміній поступово руйнується корозією, через що з часом з'єднання:

1. Слабшає — продукт корозії (оксид алюмінію) займає більший об'єм, ніж вихідний метал, що знижує зусилля затиску.
2. Набуває вищого перехідного опору — оксид алюмінію сам по собі погано проводить струм, на відміну від алюмінієвої жили під ним.
3. Починає нагріватися — вищий перехідний опір за незмінного струму означає більші втрати потужності (P = I²R) саме в цій точці, що додатково пришвидшує корозію: самопідсилюваний процес, який зрештою призводить до обгорілої клеми чи ослабленого з'єднання.

Зверніть увагу: цей процес розвивається поступово, часто протягом місяців чи років. З'єднання алюмінію з міддю, яке під час введення в експлуатацію показує чудовий перехідний опір, під час повторної перевірки через кілька років може вже погіршитися — саме тому періодичне вимірювання перехідного опору (див. гід із вимірювання перехідного опору) особливо актуальне для цього типу з'єднання.

Рішення: як зробити з'єднання алюмінію з міддю безпечним

• Контактна паста (наприклад, типу «alu-plus») — нанесена в клему перед затисканням алюмінієвого провідника, ця паста блокує нове окислення в точці контакту й зберігає з'єднання струмопровідним.
• Спеціально сертифіковані алюмінієві чи біметалеві клеми — клеми, розроблені й сертифіковані спеціально для алюмінію (або для переходу алюміній-мідь), із геометрією та зусиллям затиску, узгодженими з повзучістю алюмінію (алюміній поступово деформується під тривалим тиском, «повзе», через що клема, розрахована на мідь, згодом втрачає зусилля затиску).
• Біметалеві перехідники — заводське з'єднання між алюмінієвою та мідною частиною, де сам перехід алюміній-мідь виконано в контрольованих, корозійностійких умовах (часто методом зварювання вибухом чи подібним процесом), а не у звичайній клемі на об'єкті.

Чому переріз не можна просто «перерахувати»

Алюміній має нижчу провідність, ніж мідь (приблизно 61% від провідності міді за того самого перерізу). Це означає, що алюмінієвий провідник того самого перерізу має помітно менший допустимий струм порівняно з мідним — як груба оцінка, алюмінієвому провіднику потрібен приблизно в 1,5–1,6 раза більший переріз, ніж мідному, щоб досягти такої самої струмової навантажувальної здатності. Це одна з причин, чому норми на електропроводку зазвичай дозволяють алюміній у стаціонарних установках лише починаючи з певного практичного мінімального перерізу (наприклад, 16 мм² згідно з британським стандартом BS 7671, таблиця 52.3): за менших перерізів нижча струмова навантажувальна здатність і ефект «повзучості» (див. нижче) вже не компенсують економію на вартості алюмінію. Тому алюмінієвий кабель потрібно обирати більшого перерізу, ніж замінюваний ним мідний — ніколи просто замовляючи той самий переріз в алюмінії, припускаючи, що він «працює так само».

Практична значущість

Під час оцінки чи підключення установки з алюмінієвими магістральними кабелями (часто трапляється при підключеннях великих споживачів чи в старих комерційних установках) завжди слід перевіряти, чи виконано точки з'єднання, де алюміній переходить у мідь (наприклад, у шафі лічильника, на головному розподільному щиті чи під час підключення до наявної мідної мережі об'єкта), із застосуванням контактної пасти, сертифікованої біметалевої клеми чи біметалевого перехідника — ніколи звичайною мідною клемою без додаткового заходу. Це стосується як нових установок, так і оцінки наявної установки під час інспекції за NEN 3140.

Часті помилки

1. Затискання алюмінію напряму у звичайну мідну клему без контактної пасти чи сертифікації для алюмінію — з часом це призводить до гальванічної корозії та нагрітого з'єднання.
2. Збереження того самого перерізу під час заміни міді на алюміній — через нижчу провідність алюмінію переріз потрібно збільшувати, щоб зберегти те саме допустиме струмове навантаження.
3. Одноразове вимірювання доброго перехідного опору з припущенням, що він залишиться таким — біметалева корозія — поступовий процес; саме для цього типу з'єднання потрібні періодичні повторні вимірювання.
4. Ігнорування повзучості алюмінію — клема, спроєктована і затягнута під мідний провідник, не утримує зусилля затиску на алюмінієвому провіднику навіть без розвитку корозії.

Пов'язані матеріали

• Клемні з'єднання — пружинна vs гвинтова клема
• Вимірювання перехідного опору (мікроомметр)
• Кабельні наконечники та обтискні з'єднання
• Переріз кабелю та допустиме струмове навантаження