Почему нельзя соединять напрямую медный провод с алюминиевым

Почему нельзя соединять напрямую медный провод с алюминиевым?

Чтобы повесить люстру или проложить новую линию провода в старой квартире, зачастую нужно соединять алюминиевые и медные провода. Однако электрики категорически запрещают делать такие скрутки. Разберемся, почему нельзя скручивать медь и алюминий и как выполнять соединение проводников из разного металла правильно.

Можно ли соединять алюминиевые провода с медными

По наблюдениям электриков, такой контакт имеет пониженный срок службы, но на вопрос, почему нельзя соединять медные и алюминиевые провода, разные специалисты дают различные ответы.

Различный коэффициент теплового расширения

При прохождении электрического тока место соединения нагревается. При этом форма и размеры проводников изменяются по-разному, что приводит к ослаблению контакта и дальнейшему нагреву. При работе цикл нагрев-охлаждение повторяется много раз, из-за чего соединение ослабевает и появляется искрение, завершающее разрушение проводников.

При всей «научности» этого объяснения оно не выдерживает проверку фактами. Достаточно взглянуть на коэффициент теплового расширения самых распространенных металлов:

• медь – 16,6*10-6м/(м*°С);
• алюминий – 22,2*10-6м/(м*°С);
• сталь – 10,8*10-6м/(м*°С).

Согласно этому списку самый ненадёжный контакт должен быть в паре сталь-алюминий, но на практике такие соединения, например в клеммниках, прекрасно служат много лет и обеспечивают качественное соединение проводов. Даже без знания данного параметра понятно, что причина не в этом, потому, что для предотвращения разрушения контакта было бы достаточно периодически подтягивать соединительные болты.

Информация! Проблема действительно возникает при соединении двух алюминиевых проводников, которые необходимо поджимать до достижения предела пластичности металла.

Окисная плёнка

На поверхности алюминиевых проводников образуется окисная плёнка, ухудшающая контакт и способствующая нагреву места соединения. В результате оно нагревается с последующим увеличением переходного сопротивления и ростом температуры. При этом контакт ухудшается, а температура растёт до разрушения проводников.

Действительно, окисная плёнка образуется на поверхности проводов, но она не препятствует соединять два алюминиевых провода. Даже если предположить, что причина в окислении поверхности медных проводников, то эта плёнка не разрушает контакт этих проводов. Следовательно, эта причина так же не имеет отношения к тому, почему нельзя соединять медь и алюминий в электропроводке.

Электрохимическая коррозия

Как известно из школьного курса физики, два разных металла, находящиеся в растворе электролита, образуют «гальваническую пару». В этом случае на этой паре проводов возникает ЭДС, а при прохождении электрического тока появляется электрохимическая коррозия. Этот эффект действует разрушительно на поверхность металлов и именно он является причиной того, почему нельзя соединять медные и алюминиевые проводники.

Информация! Самая большая ЭДС появляется, если поместить медный и цинковый электроды в раствор серной кислоты. Именно такую конструкцию имели первые источники постоянного тока.

Какой материал для электропроводки нужно выбирать для квартиры

В советские времена в жилых помещениях обычным явлением было применение электропроводки из алюминия. Это происходило по тому, что в жилых домах не было высоких нагрузок на электрическую сеть ввиду небольшой мощности и малого количества электрических приборов. С развитием техники и появлением огромного разнообразия мощных электроприборов, которые используются в домашних условиях, существенно повысились требования к качеству и материалам для электрического кабеля. В современных реалиях устройство проводки из алюминиевого материала практически не применяется, так как согласно ПУЭ электрическая проводка в жилых помещениях должна выполняться из меди!

Интересный факт! Не многие знают, но чуть ранее до алюминиевой проводки, в сталинские времена, в квартирах использовалась медная проводка.

Преимущества и недостатки алюминиевой электропроводки

Основными преимуществами электрической проводки из алюминия являются:

1. Небольшая масса : плотность алюминия ниже и соответственно ниже его масса. При прокладке простых сетей с множеством кабелей, но небольшими нагрузками – это будет удобным преимуществом.
2. Небольшая цена : алюминий дешевле меди в несколько раз, поэтому изделия из такого материала также отличаются низкой ценой.
3. Стойкость к окислению : при отсутствии контакта с окружающей средой служит долго и не разрушается от окисления.

К недостаткам данного материала можно отнести:

1. Низкие показатели по электропроводимости — алюминий имеет высокое удельное сопротивление и нагревается при прохождении через него электрического тока. Поэтому ПУЭ запрещает использование такого кабеля в домашних сетях при поперечном сечении проводника менее 16 мм².
2. Плохое соединение — из-за окислительных процессов и циклов нагрев/остывание, места соединения алюминиевого кабеля постепенно разрушаются, что может привести к неисправности электрической проводки или короткому замыканию.
3. Хрупкость проводников — такие кабели легко ломаются при нагреве, что так же очень часто приводит к неисправностям.

Преимущества и недостатки медной электропроводки

Медь разрешена к использованию и широко применяется для устройства электрической проводки в жилых и промышленных зданиях. По электрическим характеристикам она превосходит многие материалы и уступает только серебру.

Преимуществами медных кабелей являются:

1. Высокая электро- и теплопроводность — медь имеет относительно низкое сопротивление и эффективно проводит электрический ток, обладает высоким КПД, а также существенно не нагревается при правильном сечении кабеля.
2. Устойчивость к коррозии — медные проводники могут работать при любых условиях эксплуатации и окружающей среды, служат долго и практически не подвергаются коррозии.
3. Устойчивость к механическим нагрузкам — медная электрическая проводка является прочной, пластичной и гибкой.
4. Гибкость и удобство монтажа — проводники из меди очень гибкие и их удобно монтировать под разными углами и подключать к розеткам и выключателям.

Главным недостатком меди является её высокая стоимость. Но нужно понимать, что при производстве такого ответственного вида работ, как монтаж проводки очень важна безопасность и долговечность. Поэтому, несмотря на свою стоимость, проводка из меди быстро окупается и при правильной эксплуатации служит очень долго без ремонтов и неисправностей.

Кабель из алюминия или меди: в чем разница

Исключительно два металла — медь и алюминий получили массовое распространение для передачи электричества. Их применение в данном качестве объясняется набором физических параметров и стоимостью. В современных системах электроснабжения для подключения жилых, общественных и промышленных объектов применяется в основном медь. Исключения составляют варианты, когда для подсоединения мощной нагрузки требуется большое сечение жилы — в этом случае используется алюминиевый силовой кабель. Трудно сразу однозначно сказать, что лучше для применения алюминиевый или медный кабель, нужно сравнивать в комплексе все характеристики:

• Ценовые преимущества;
• Физические свойства;
• Условия эксплуатации и безопасности.

Ценовые преимущества

Алюминий практически в три раза дешевле меди. Это делает его более желанным для использования, особенно в мощных проектах, большой протяженностью. Затраты на медь в этих вариантах могут значительно увеличить стоимость проекта электроснабжения.

Сравнительный анализ тенденций роста цен на эти два металла за последние сто лет, отчетливо демонстрирует, что цены на алюминий растут гораздо ниже чем на медь. Специалисты считают, что эта тенденция сохраниться и в ближайшем будущем. С начала 2020 года цена меди на Лондонской бирже достигла до 5 675 долл/тонну, при этом для алюминия — 1 725 долл/тонну. Перечисленное сопряжено с эффективностью производства и ростом выпуска алюминия, при доступном и дешевом сырьевом материале. При производстве кабелей, алюминий в цене окончательного продукта, достигает 25%.

Для меди — ситуация противоположная. Рудные запасы меди сокращаются, процент меди в руде уменьшается, также бедны чистой медью новые месторождения, которые становятся труднодоступными. По этой причине, затраты на медь в цене конечного продукта уже составляют более 50 % и продолжают расти. Всё перечисленное, говорит в пользу применения алюминия.

Весовые характеристики

Алюминий является легким материалом и очень гибким, что облегчает работу с ним. Эта характеристика полезна для быстрой установки, а при протяженных пролетах линий электропередач проволочные алюминиевые модификации монтируются намного быстрее. В качестве сырья алюминий примерно на 70 процентов легче по весу, чем медь. Это полезно в областях, где требуется снижение веса всех компонентов электрической сети.

Естественно, при использовании в электрических кабелях, меньший вес облегчает их установку. Поэтому высоковольтные линии уже давно прокладывают из алюминия. Низкий вес значительно уменьшает растягивающее усилие, прикладываемое к кабелю и мачте. Для схем электроснабжения, требующих гибких кабельных соединений, медь больше не является преимущественным выбором.

Проводимость кабелей и прочность на разрыв

Проводимость алюминия по сравнению с медью составляет только 61%, что приводит к тому, что при использовании алюминиевого кабеля требуются токопроводящие жилы большего диаметра, что естественно повышает вес линии.

Медь не подвержена высокому циклическому расширению/сжатию по сравнению с алюминием. Прочность на растяжение у меди позволяет ей выдерживать напряжения на износ длительное время без разрушительных последствий, как у алюминия.

Благодаря своим высоким пластическим свойствам, медь может выпускаться в форме очень тонкой жилы. Это добавляет универсальность медному силовому кабелю. Медь обладает высокой прочностью на разрыв, может подвергаться чрезвычайному напряжению, при этом проявляет минимальные признаки износа, поэтому такой силовой кабель практически не требует обслуживания.

Безопасность кабелей

Для плавления медной жилы требуется высокая температура — 1083 C. Поэтому с точки зрения безопасности, медный силовой кабель является одним из безопасных вариантов организации электроснабжения объектов. Даже если он перегружен, то вряд ли расплавится или сгорит. Это означает, что шансы возникновения пожара, при проблемах с питанием, будут значительно меньше.

Алюминиевый силовой кабель повышает потенциальный риск пожара на объекте, особенно, если не будет смонтирован в соответствие с ПУЭ. Циклы расширения и сжатия присущие алюминию, оказывают большое влияние на безопасность соединений, по сравнению с использованием меди.

Алюминий также подвержен окислению, особенно, когда он в контакте с влагой и разнородными металлами. В поврежденной зоне возникает сильное сопротивление провода, которое приводит к нагреву, способного расплавить защитную изоляцию и вызвать пожар.

Для предупреждения этих негативных явлений в алюминиевом силовом кабеле используют антиокислительные соединения. Такие линии требуют более высокого уровня обслуживания, чем медные силовые кабеля, что включает в себя проверку проводников на герметичность и наличие окисления.

Наконец, повышенная термотекучесть алюминия — это то, что необходимо учитывать при монтаже. Алюминий является более мягким металлом, чем медь, и имеет тенденцию расширяться или растягиваться с течением времени, особенно при воздействии более высокого давления и температуры. Классические обжимные соединения, страдающие от утечки, теряют прочность и перестают быть надежными.

Скрутка с последующей пайкой

Обычная скрутка алюминиевого и медного проводов не допускается, так как будет окисляться и разрушаться. Однако если применить пайку с соблюдением определенных технологических процессов, то все будет хорошо. Чтобы спаять медь и алюминий стоит сделать следующее:

• Лудим медную жилу свинцово-оловянным припоем.
• Берем раствор купороса, батарейку типа «крона» и кусочек медного провода (не того, который будем паять).
• Наносим медный купорос на алюминиевую жилу и затем закрепляем ее на минусе батарейки.
• На плюс батарейки наматываем медную жилу, а другой ее конец опускаем в стакан с купоросом.
• Через время алюминиевая жила покроется медью, что позволит качественно припаять ее к медному проводнику.
• После пайки изолируем соединение изолентой или термоусадкой.

Способ может показаться на первый взгляд несколько сложным, однако качество соединения будет на уровне. Отметим, что соединенные таким образом провода можно прятать в стену, так как контакт в них не будет ослабевать и их не нужно будет подтягивать.

Альтернативные варианты

Довольно широко в последнее время стал применяться метод соединения разнородных проводов с помощь специальных пружинных зажимов. Наиболее известны зажимы фирмы Wago.

Такие зажимы бывают 2 разновидностей:

1. Одноразовые, без возможности вытаскивания провода.
2. Рычажковые, многоразового использования.

Принцип действия заключается в специальном пружинном зажиме из особого сплава, который заключен в пластиковый корпус. Конструкция кромки зажима позволяет врезаться в тело металла даже при наличии толстой пленки окисла на нем.

Зажимы выпускаются практически на все используемые диаметры проводников и рассчитаны на токи до 34 А. Однако, опыт электромеханических работ подсказывает, что величину максимально допустимого тока необходимо уменьшить в несколько раз, то есть зажимы надо приобретать с некоторым запасом по току.

Монтаж проводки с использованием пружинных зажимов самый быстрый. Из минусов следует отметить достаточно высокую стоимость материалов.

Почему нельзя соединять медный и алюминиевый провод

Прежде всего, давайте разберемся, почему нельзя соединять эти провода вместе, и что нужно для того, чтобы такое соединение служило многие годы. Для этого нам придётся погрузиться немного в теорию, и разобраться со структурой этих металлов.

Почему нельзя соединять медный и алюминиевый провод

Чтобы понять, как соединить медный и алюминиевый провод, давайте разберемся, а что же такого в таком соединении. Ведь существует сразу несколько теорий о недопустимости такого соединения и практически все из них имеют рациональное зерно.

Как и любой другой металл, под воздействием кислорода медь и алюминий окисляются. В результате чего на их поверхности образуется оксидная пленка. Оксидная пленка меди практически не препятствует прохождению электрического тока, а вот оксидная пленка алюминия имеет достаточно большое сопротивление.

Если медный и алюминиевый провод соединить, то как бы мы не хотели, но металлы будут взаимодействовать. Алюминий является более активным металлом, поэтому при появлении между соединением влаги, которая в любом случае присутствует в воздухе, начинается процесс электролиза, то есть ионы алюминия переносятся на медь.

В результате алюминиевый проводник теряет свою массу. В нем образуются пустоты и раковины. Они в свою очередь тоже окисляются и еще больше ускоряют процесс электролиза. И чем больше влаги в соединении, тем быстрее происходит этот процесс.

В результате мы имеем практически разрушенный алюминиевый проводник. Его сечение уменьшено, а значит плотность тока вырастает. Вырастает плотность тока, металл начинает больше греться, и в результате это приведет либо к перегоранию алюминия в месте соединения, либо, в худшем случае — к пожару.

Как соединять медный и алюминиевый проводник

Но медный провод соединить с алюминиевым можно. Для этого между этими двумя проводниками достаточно разместить третий материал или же полностью исключить возможность проникновения влаги к месту соприкосновения металлов.

• Давайте рассмотрим оба эти варианта. Начнем с наиболее простого – разместить между проводниками третий металл. Обычно для этого выбирают так же неактивный металл, дабы у нас вновь не было процесса электролиза. И обычно инструкция рекомендует использовать для этого латунь.

• Это связано с тем, что этот материал имеет достаточно хорошие электротехнические свойства. Он стоек в химическом плане и препятствует процессу электролиза.
• Некоторые предлагают использовать для этого обычную сталь или нержавейку. Но делать этого не стоит. Дело в том, что эти материалы обладают не очень хорошей проводимостью. Поэтому при прохождении через них больших токов они будут сильно греться. В результате мы опять можем получить пожар.

Обратите внимание! Если вы все-таки решили остановится на болтовом соединении, то вместо стальной шайбы можно использовать латунную. При наличии металла ее вы можете вырезать и своими руками. Вариант же со стальной шайбой допустимо использовать лишь в сетях с не очень большой нагрузкой.

• Вторым возможным вариантом является исключение попадания воды в место соединения металлов. Герметизировать соединение будет слишком дорогостоящим, да и не всегда надежным вариантом. Поэтому в большинстве случаев для этого используют специальную пасту как на видео.

• Такая паста не только препятствует проникновению в контактное соединение влаги, но и кислорода. В результате алюминий окисляется очень незначительно, ведь для образования оксидной пленки ему необходимо буквально несколько секунд. А благодаря отсутствию влаги в месте соединения не происходит самый страшный процесс для такого соединения – электролиз.

Сравнение

Электропроводность меди в полтора раза выше, чем у алюминия, но при этом плотность алюминия в 3,3 раза меньше, чем у меди. О цене и говорить не приходится – после освоения промышленной технологии производства алюминия его стоимость очень сильно упала и сейчас она значительно меньше, чем у меди. Эти обстоятельства и предопределили использование алюминия для выпуска многожильных проводов и кабелей. Обратите внимание, когда увидите ЛЭП высокого напряжения: все провода выполнены именно из алюминия. Так и дешевле, и нагрузка на опоры гораздо ниже. Ну а что электропроводность меньше – с этим приходится мириться.

Используется медь и для производства бронзы. В древности из нее изготавливали холодное оружие и орудия труда, пока не была освоена выплавка железа. Но и позже из бронзы лили пушки, причем это продолжалось довольно долго, вплоть до 19 века. Из бронзы отлиты Царь-пушка и Царь-колокол. Кроме этого, медь благодаря высокой коррозионной стойкости нашла применение при изготовлении труб для транспортировки различных жидкостей и газов, а также в некоторых других отраслях промышленности.

Алюминий называют «крылатым металлом». Это название говорит о второй масштабной области его применения (после электротехнической). При соединении алюминия (95,6 %) и меди (4,4 %) получают сплав, который называется дюралюминий, или дюраль. Обладая плотностью, близкой к плотности алюминия, он имеет значительно более высокие прочностные характеристики, поэтому широко используется для производства самолетов.

Блиц-советы

И напоследок, несколько советов, которые следует принять к сведению, чтобы обезопасить себя в дальнейшем и не переделывать заново работу:

1. Для зачистки проводниковне следует пользоваться бокорезами, пассатижами либо иным инструментом с подобным принципом действия. Для того, чтобы перерезать изоляцию, не затрагивая тело провода, требуется значительный опыт и все равно в большинстве случаев целостность провода будет нарушена. Алюминий – мягкий метал, но он очень плохо переносит перегибы, особенно если нарушена целостность поверхности. Не исключена возможность, когда провод переломиться уже в процессе монтажа. И гораздо хуже, если это случиться несколько позже. Снимать изоляцию необходимо острым ножом, двигая его вдоль проводника, подобно зачистке карандаша. Даже если острие ножа снимет некоторый слой металла, царапина вдоль провода не страшна.
2. Для залуживания медных проводников ни в коем случае нельзя принимать кислотосодержащие флюсы (хлористый цинк, травленая соляная кислота и так далее). Даже тщательная очистка соединения не спасет его от разрушения в течении некоторого времени.
3. Многожильные проводники перед монтажем требуется обязательно облудить для получения монолитного проводника. Исключение составляют только пружинные зажимы и клеммные колодки с прижимными пластинами.
4. Шайбы, гайки и болты для разъемного или неразъемного соединений не должны быть из оцинкованного металла. Разность потенциалов медь – цинк составляет 0.85 мВ, что значительно больше разности при непосредственном соединении меди и алюминия.
5. По этой же причине не следует приобретать чрезмерно дешевые клеммные колодки неизвестного производителя. Практика показывает, что металлические элементы в таких колодках зачастую имеют цинковое покрытие.
6. Нельзя пользоваться советом защищать непосредственное соединение медных и алюминиевых проводников различными водоотталкивающими покрытиями (смазка, парафин). Машинное масло только с кожи удалить трудно. Солнце, воздух, отрицательные температуры разрушат защитное покрытие гораздо быстрее, чем этого хотелось бы. Кроме этого, некоторые смазки (особенно жировой солидол) изначально содержат в своем составе до 3% воды.