В старых домах и квартирах делали алюминиевую электропроводку. Это объясняется невысокой ценой и доступностью указанного металла. Сейчас часто используют медные проводники, и возникает необходимость удлинить жилу или установить дополнительные розетки, осветительные приборы и т.д., но мало кто знает, как соединить алюминиевый и медный провод.
Последствия от контакта меди и алюминия
Рассмотрим возможные последствия на примере работы простой батарейки. Внутри нее есть 2 электрода и электролит. При взаимодействии металлов возникают химические процессы, потребляется или вырабатывается ток.
Некоторые металлы имеют окислительные способности, а другие восстановительные. Их возможности указаны в электрохимическом ряду напряжений. Степень активности растет в одну сторону и убывает в другую. Здесь можно увидеть совместимые и несовместимые контакты.
Чем дальше друг от друга металлы расположены в электрохимическом ряду, тем большее напряжение между ними возникнет во время химической реакции. Результатом этого будет разрушение металла, находящегося левее.
Если сравнивать никель и кадмий, то они находятся рядом (через один элемент). Разрушение последнего происходит медленно, батарейки или аккумуляторы обладают длительным сроком эксплуатации.
Алюминий и медь имеют большую разницу в формировании напряжений, поэтому находящийся намного левее Al будет быстро разрушаться. На его поверхности активно образовывается слой оксидов, что приводит к ухудшению контакта и его перегреву.
Правила соединения медных и алюминиевых проводов
Несмотря на то что не рекомендуется соединять медный и алюминиевый кабели, часто возникает такая необходимость. Безопасно решить вопрос можно несколькими способами:
- Размещением между проводниками третьего материала. Для этого лучше использовать неактивный металл, например латунь, чтобы не начинался электролиз. Сталь имеет высокую проводимость, поэтому место соединения все равно будет нагреваться. Такой вариант подходит только для сетей с небольшими нагрузками.
- Надежной защитой места контакта от влаги. Полностью герметизировать соединение сложно, и не всегда это получается надежно. Есть специальные пасты, препятствующие поступлению влаги и кислорода, поэтому провода не окисляются и электролиз не начинается.
Смазка
Для улучшения качества контакта можно использовать специальную смазку или пасту. Обычно это — кварцевазелиновая паста. Обычно ее используют для улучшения соединения именно алюминиевых проводов.
Но такую пасту можно применять при всех видах соединений (резьбовом, с помощью клеммников, опрессовкой), особенно, если соединение происходит на улице. Тогда на контакт воздействуют дополнительные факторы, существенно снижающие долговечность соединения. Хотя и применение смазки без изоляции вызывает сомнения.
В чем сложность соединения напрямую
Главная проблема при соединении меди и алюминия — развитие электрокоррозии. Если окружающая среда сухая, то при прямом соединении этих металлов ничего не происходит. Влага выступает в качестве электролита, создается «эффект батарейки». Происходит разрушение металлов, прежде всего алюминия, и в сети появляется обрыв, который приводит к короткому замыканию или возгоранию.
Электрохимическая коррозия соединенных металлов
Существует мнение, что алюминиевые и медные провода соединять непосредственно вместе недопустимо и это действительно научно обоснованный факт. А можно ли соединять медный провод с оцинкованной клеммой? Конечно, Вы не можете сразу дать ответ, но через минуту будете ориентироваться в этом вопросе не хуже опытного химика.
Что же происходит при соприкосновении двух разных проводников тока? Если влаги нет, то соединение будет надежным всегда. Но в атмосферном воздухе всегда есть пары воды, которые и является виновником разрушения контактов. Каждый проводник тока обладает определенным электрохимическим потенциалом. Это свойство металлов широко используется в технике, например, изготавливают термопары.
Но если вода попадает между металлами, то образует короткозамкнутый гальванический элемент, начинает течь ток и как в гальванической ванне разрушается один из электродов, так и в соединении разрушается один из металлов. Электрохимический потенциал каждого токопроводящего материала известен, и зная величину можно точно определить, какие материалы допустимо соединять между собой.
Таблица электрохимических потенциалов (мВ) возникающих между соединенными проводниками
| Металл | Медь, ее сплавы | Свинц-ол. припой | Алюминий | Дюралюминий | Сталь | Нерж. сталь | Цинк покрытие | Хром покрытие | Серебро | Углерод (графит) | Золото Платина |
| Медь, ее сплавы | 0,00 | 0,25 | 0,65 | 0,35 | 0,45 | 0,10 | 0,85 | 0,20 | 0,25 | 0,35 | 0,40 |
| Свинцово-ол. припой | 0,25 | 0,00 | 0,40 | 0,10 | 0,20 | 0,15 | 0,60 | 0,05 | 0,50 | 0,60 | 0,65 |
| Алюминий | 0,65 | 0,40 | 0,00 | 0,30 | 0,20 | 0,55 | 0,20 | 0,45 | 0,90 | 1,00 | 1,05 |
| Дюралюминий | 0,35 | 0,10 | 0,30 | 0,00 | 0,10 | 0,25 | 0,50 | 0,15 | 0,60 | 0,70 | 0,75 |
| Сталь мягкая | 0,45 | 0,20 | 0,20 | 0,10 | 0,00 | 0,35 | 0,40 | 0,25 | 0,70 | 0,80 | 0,85 |
| Нерж. сталь | 0,10 | 0,15 | 0,55 | 0,25 | 0,35 | 0,00 | 0,75 | 0,10 | 0,35 | 0,45 | 0,50 |
| Цинк покрытие | 0,85 | 0,60 | 0,20 | 0,50 | 0,40 | 0,75 | 0,00 | 0,65 | 1,10 | 1,20 | 1,25 |
| Хром покрытие | 0,20 | 0,05 | 0,45 | 0,15 | 0,25 | 0,10 | 0,65 | 0,00 | 0,45 | 0,55 | 0,60 |
| Серебро | 0,25 | 0,50 | 0,90 | 0,60 | 0,70 | 0,35 | 1,10 | 0,45 | 0,00 | 0,10 | 0,15 |
| Углерод (графит) | 0,35 | 0,60 | 1,00 | 0,70 | 0,80 | 0,45 | 1,20 | 0,55 | 0,10 | 0,00 | 0,05 |
| Золото Платина | 0,40 | 0,65 | 1,05 | 0,75 | 0,85 | 0,50 | 1,25 | 0,60 | 0,15 | 0,05 | 0,00 |
Согласно требованиям стандарта допускается механическое соединение между собой материалов, электрохимический потенциал (напряжение) между которыми не превышает 0,6 мВ.
Как видно из таблицы, надежность контакта при соединении меди с нержавеющей сталью (потенциал 0,1 мВ) будет гораздо выше, чем с серебром (0,25 мВ) или золотом (0,4 мВ)!
А если медный провод покрыть оловянно-свинцовым припоем, то можно его смело соединять любым механическим способом с алюминиевым!
Ведь тогда электрохимический потенциал, как видно из таблицы, составит всего 0,4 мВ.
Способы соединения
Чтобы преодолеть описанные сложности, соединение медных и алюминиевых жил выполняют с помощью:
- прямого контакта (скрутки, заклепки, пайки, опрессовки);
- непрямого (болтового соединения, клеммников).
Предпочтительнее вторая группа. Если используются способы из первой, то провода рекомендуется предварительно облудить припоем.
С помощью болтов и стальных шайб
Это доступный способ, необходимые элементы легко найти. Понадобятся стальные болты, например М4, М5, неоцинкованные шайбы и гайки.
Сначала на концах проводов удаляют изоляцию и загибают их в виде колец. На краях болта и между проводниками устанавливают шайбы и закручивают гайку. В результате получается соединение в виде бутерброда, не допускающее прямого контакта проводов.
Недостаток в том, что конструкция получается громоздкая, и при больших напряжениях она все равно нагревается.
С помощью скрутки
Этот метод удобен тем, что здесь нет никаких дополнительных элементов, но для соединения меди и алюминия его используют редко.
Если применения скрутки не избежать, то придерживаются следующих правил:
- концы проводов скручивают, взаимное обматывание одного вокруг другого не допускается;
- медную жилу покрывают оловом, особенно если она многопроводниковая;
- место контакта защищают влагоустойчивым составом (литолом, техническим вазелином и др.).
Скрутка бывает 3 видов:
- простая;
- бандажная — дает лучший результат;
- желобком.
Если диаметр соединяемых проводов до 1 мм, делают не менее 5 витков, а для жил большего сечения — не меньше 3.
С помощью клемм
Контактная группа клеммника (латунная трубка с винтами) находится в защитном пластиковом корпусе. Надо только вставить концы проводов в клемму и зажать винты. Большое усилие при затяжке не прикладывают, чтобы не сломать алюминиевую жилу. Внутри клеммы нет перегородок, поэтому вставляя провода, надо смотреть, чтобы они между собой не соприкасались. Через некоторое время зажим винтов может ослабнуть, и контакт ухудшится.
С помощью клеммных колодок Wago
Немецкие клеммы «Ваго» просто эксплуатировать: достаточно вставить провод в отверстие, где его зафиксирует пластина. Преимущество такой конструкции в том, что здесь каждая жила находится в отдельной ячейке, поэтому между собой они не соприкасаются. Производитель уже нанес на клеммы пасту, предотвращающую окислительные процессы. Недостаток в том, что они одноразовые и стоят немного дороже других клеммников.
Винтовые клеммники
Винтовые клеммники позволяют соединять две жилы без непосредственного контакта между ними. Два провода заводятся в клеммник и прижимаются с помощью винтов. Недостатком такого сжима является необходимость регулярно подтягивать винты, поэтому нужно их монтировать в местах свободного доступа. Также они рассчитаны исключительно на группы освещения (хотя производитель утверждает, что подходят и для розеток), так как выдерживают невысокую токовую нагрузку.
Главным преимуществом винтовых клеммных колодок является дешевизна. Например, клеммная колодка DKC 43112FV стоит менее ста рублей.
Переходники для соединения
Чтобы соединить провода сечением больше 4 мм² используют зажим, называемый «орехом». В его пластиковом корпусе есть пластины. Между ними зажимают провода. Такое соединение получается громоздким, и его не всегда можно спрятать в коробке или за плинтусом.
Для соединения одножильного алюминиевого и пучкового медного проводов винтовой клеммой на их концы надевают латунные наконечники. Они не позволяют во время зажима винта раздавить мягкий алюминий. Предотвращают возможность поломки части проволок в многожильном медном проводе, что приводит к уменьшению его сечения. Использование наконечника избавляет от таких проблем.
Можно самостоятельно изготовить переходник. Для этого спаивают 2 небольших куска медного и алюминиевого проводов. После этого скручивают медный конец с медным, а алюминиевый с алюминиевым, надежно изолируют места контактов, затем подключают электричество.
Видео описание
Пайка алюминия. Флюс для пайки алюминия Ф-64.
Пайка порошковыми флюсами
Бура предназначена для пайки с использованием латунных (медных) и серебряных припоев Источник expertsvarki.ru
Еще одна возможность нейтрализовать оксидную пленку (Al2O3), это использование порошковых флюсов при пайке меди с алюминием. В таких случаях чаще всего используется газовая горелка, а порошки называют присыпками. Возможно, кто-то представляет себе пайку как работу паяльником, но это не совсем так, ведь для проводов сечением 10 мм2 и более паяльник попросту непригоден, так как не сможет их должным образом разогреть. Поэтому не следует скидывать со счетов порошковые флюсы.
Вот некоторые из присыпок (порошковых флюсов):
- Натриевая соль борной кислоты, больше известная как бура (Na₂[B₄O₅(OH)₄]·8H₂O), представляет собой порошок белого цвета, температура плавления которого составляет 700°C (субстанция становится вязкой). Такой флюс имеет невысокую стоимость, растворяется в воде и хорошо смывается раствором лимонной кислоты.
- Активный флюс Ф34-A. Согласно ТУ 48-4-229-87 состоит на 50% из хлорида калия (KCl), на 8% из хлорида цинка (ZnCl₂), на 32% из хлорида лития (LiCl) и на 10% из фторида натрия (NaF). Данная субстанция гигроскопична и хорошо растворяется в воде.
Почему нельзя соединять напрямую
Напрямую соединять алюминий и медь нельзя по следующим причинам:
- У этих металлов разный коэффициент теплового расширения. При их нагреве и остывании постепенно меняется геометрия, в результате чего соединение ослабевает, перегревается и появляется искра.
- На поверхности алюминия образуется оксидная пленка, ухудшающая контакт. Он также начинает перегреваться и разрушаться.
- Два металла образуют гальваническую пару. Это приводит к их перегреву и описанным выше результатам.
Советы и рекомендации
Для создания максимально прочного и надежного соединения медной и алюминиевой жилы специалисты советуют придерживаться следующих правил:
- выполняют надежную изоляцию;
- соединения размещают в распределительных коробках, чтобы потом можно было подтянуть;
- если нет соответствующих навыков, то самостоятельно провода не сваривают и не паяют;
- болтовое соединение периодически подтягивают;
- если выполнена скрутка, то ее дополнительно защищают колпачками СИЗ;
- более качественную пайка получают при замене канифоли чистым машинным или оружейным маслом;
- размер самозажимных клемм зависит от выбора сечения проводов, которые они будут соединять;
- медный провод обязательно залуживают;
- в качестве гидроизоляции не используют парафин, лак или масло.
Нет единственного способа, позволяющего правильно соединить такие провода. Чтобы получить хороший контакт, учитывают местные условия и имеющиеся под рукой принадлежности, после чего выбирают один из описанных вариантов.
