Безопасный переход с медных проводов на алюминиевые: методика и правила обеспечения безопасности

Разные металлы имеют разные качества. Физические, химические, свойства электропроводности, да мало ли еще какие. Но это вовсе не означает, что соединение отличающихся металлов приведет к улучшению характеристик. Скорей всего, будет иметь место гибридный микс с непредсказуемыми последствиями для расчетных свойств.

А ведь если говорить об электрических проводах, то их исправность и безопасность – первоочередной параметр в любых условиях. При этом для производства, как правило, используются два металла: алюминий и медь. Совершенно естественно, что эти металлы порой контактируют между собой, являясь продолжением друг друга.

Что происходит в месте контакта? Как избежать негативных явлений и угроз? Учитывая значимость этого нюанса, предлагается посвятить этому вопросу данный обзор.

Существующие условия и опасности

Подавляющая часть жилого фонда в стране досталась нам в наследство от социалистического периода. В домах, построенных после войны (в «хрущевках», например), советская власть экономила на всем, называя это рачительным отношением к делу. В результате не только комнаты получали неестественно «уютные» размеры (4,5 м2), но и проводка обретала угрожающие характеристики. В то время в мире не принято было заморачиваться на экономичности бытовых приборов и Советский Союз не был здесь исключением. Нагрузка на проводку в связи с высокой потребляемой мощностью современные европейцы назвали бы колоссальной. И при всем этом выполнялась она из алюминия, который, хоть и имел выдающиеся свойства по показателю электропроводности, но все же, уступал меди.

Проблема в том, что алюминий гораздо более легкоплавкий металл, чем медь, и стоило хозяевам подключить к одной розетке пару-тройку средних по мощности приборов (через тройник, к примеру), как возникала реальная опасность расплавления провода.

К тому же далеко не всегда электрикой в доме занимались профессиональные мастера. В подавляющем большинстве случаев это были кустарные «починки», «улучшалки» или «удлиннялки», где провода разного толка просто скручивались между собой косичкой, и место соединения заматывалось изолентой (аналог современного скотча).

Влажность в домах без климат-контроля имеет свойство колебаться, а иногда и приобретать запредельные показатели. При ее повышенном значении место контакта меди и алюминия склонно сильно окисляться, и общее сопротивление данного участка только возрастает. Сырость в помещении – фактор высокой пожарной опасности, связанный с любым соединением электрических проводов.

А ведь медные и алюминиевые провода вполне совместимы. Просто существуют вполне недорогие технологические правила, которые резко снижают уровень угрозы искры и замыкания при таких контактах. О них далее.

Немного об электрохимии

Для начала, следует акцентировать, что всему виной – вода. Именно ее пары (влажность) являются источником и катализатором опасности. При ее отсутствии (например, в сухом климате) проблем соединения проводников разной химической природы не существует. Однако в наших климатических условиях в дело вступает электрохимический потенциал вещества-проводика. Разность таких потенциалов эксплуатируется человеком очень давно – в аккумуляторных батареях. Но в случае провода из окиси различных металлов происходит образование самого настоящего гальванического элемента. А дальше все как в технологии гальванопластика, только здесь речь идет не о нанесении покрытия, а о разрушении одного из электродов – т.е. части проводки. В месте некорректного стыка один из проводов истончается, что еще больше повышает сопротивление контакта и, однажды, в месте стыка происходит огненный всполох.

Существует оправданный и подтвержденный практикой норматив (стандарт) на безопасную возможность соединения между собой для целей пропуска электрического тока различных металлов. Исходя из положений данного стандарта, плотное соприкосновение металлов, разница электрохимических потенциалов которых меньше 0,6 мВ, допустима и вполне безопасна при длительной эксплуатации.

Так, медь и сплавы меди имеют следующую разность потенциалов с другими металлами (в мВ):

  • с нержавеющей сталью – 0,45;
  • с золотом – 0,40;
  • со свинцово-оловянным сплавом – 0,25;
  • с дюралюминием – 0,35;
  • с серебром – 0,25;
  • с хромовым покрытием – 0,20;
  • с алюминием – 0,65;
  • с цинковым покрытием – 0,85.

Что касается алюминия, то здесь расклад с другими металлами следующий:

  • со свинцово-оловянным сплавом – 0,40;
  • с дюралюминием – 0,30;
  • со сталью – 0,20;
  • с нержавеющей сталью – 0,55;
  • с цинковым покрытием – 0,20;
  • с покрытием из хрома – 0,45;
  • с золотом или платиной – 1,05.

Конечно, это не самый умный поступок – соединять алюминий с платиной для целей замыкания электрической цепи, но не в этом тезис данной статьи.

Требования стандарта безопасности носят формат «зачета». Т.е. здесь либо разность электрохимических потенциалов больше 0,6 мВ, либо меньше. Насколько отличаются реальные значения от нормативного показателя – неважно, т.к. даже если превышение небольшое, то окисление с образованием локальной «гальванической ванны» неизбежно образуется и медленно, но верно будет разъедать соединение, истончая проводку до ее полного разрыва. Поэтому не стоит выбирать рискованные сочетания металлов, притягивая показатель «за уши».

При соединении алюминия с медью является как раз и имеет место такое досадное превышение норматива – 0,65 мВ. Фактически, это научное обоснование, почему напрямую соединять такие проводники нельзя с точки зрения пожарной безопасности. Каков же возможный выход? Универсальным решением является использование «посредника» с нужными характеристиками. Варианты:

1-ый вариант - доступная и относительно недорогая нержавеющая сталь:

  • у меди (Cu) разность потенциалов с ней – 0,45 мВ;
  • у алюминия (Al) – 0,55 мВ.

Теоретически – проходим. Но нет ли материала с еще меньшей разностью электрохимических потенциалов?

2-ой вариант – легкий дюралюминий:

  • для (Cu) – 0,35 мВ;
  • для (Al) – 0,30 мВ.

Уже лучше! Но где ж его взять в бытовых условиях, дюралюминий-то?

3-ий вариант – распространенное олово или же свинцово-оловянный сплав. Оба материала используются в качестве припоя:

  • (Cu) – 0,25 мВ;
  • (Al) – 0,40 мВ.

Финальная разность потенциалов определяется, как наивысшее значение, поэтому в данном случае резюмирующий показатель составляет 0,4 мВ. При этом «посредник» (олово) весьма доступен по цене, и его нетрудно найти в магазинах. Определившись с материалом, можно перейти к механической части вопроса – соединению.

Классика скрутки

Про распространенность такого типа соединения сказано было выше. В настоящее время правилами установки электрооборудования подобное соединение запрещено, но его доступность продолжает делать его наиболее популярным. Зазоры, неизбежно присутствующие при таком ручном соединении, провоцируют выделение тепла при прохождении электрического тока. В совокупности с атмосферной влажностью интенсивно начинает развиваться процесс окисления, растет сопротивление, и коррозия активно уменьшает сечение проводника.

Справедливости ради нужно отметить, что процесс окисления - небыстрый и проистекает в течение нескольких лет. Однако никто и никогда по собственной инициативе не устраивает регулярную замену или ремонт проводки, особенно, если отсутствуют ощутимые дефекты ее работы. Поэтому не стоит закладывать мину потенциальной пожарной опасности при монтаже проводного контура.

После прокладки этой коммуникации никто не хочет больше касаться вопроса ее обслуживания - разве что только не перегружать проводку избыточной мощностью, но здесь прогресс с его вектором на экономичность бытовых приборов в помощь. А скрутка по факту является скрытым дефектом, который к тому же может приводить к очень опасным последствиям.

Хоть такой вид соединения и не рекомендуется, но при соблюдении правил, в целом, может являться допустимым:

  • способ обвития должен быть взаимным (переплетение косичкой);
  • закрутка должна быть тугой и плотной - требуется использование инструментов;
  • самый лучший вариант – спайка алюминиевых и медных проводов с помощью олова или его сплавов;
  • в случае использования олова возможным становится скручивание многожильных проводов – разница в толщинах исходных проводов пугать не должна;
  • число витков в косичке должно быть не менее 5;
  • снаружи место скрутки необходимо загерметизировать влагозащитным лаком.

При выполнении всех указанных правил, скорее всего, к такому стационарному месту соединения обращаться для устранения дефектов не придется.

Скрутка проводов

Резьба

Это самый надежный и долговечный способ соединения проводов из разных металлов. В дополнение к этому он еще и вполне доступный для монтажа. К его несомненным плюсам относятся:

  • возможность демонтажа;
  • можно соединять различные (какой угодно толщины и жильности) провода между собой;
  • количество проводов, которое можно таким образом соединить между собой, ограничено лишь длинной объединяющего винта.

Подготовку соединения следует проводить последовательно:

  • с проводов нужно удалить всю изоляцию, в том числе возможное лаковое покрытие. Длина такой зачистки должна быть не менее 4-кратному диаметру объединяющего винта;
  • особое внимание надо уделить отсутствию окислений: металл должен быть очищен до блестящего состояния;
  • используя винт, формируются контактные кольца;
  • для обеспечения плотного соединения обязательным является использование пружинных шайб;
  • последовательность соединительного набора такова (начиная от шляпки винта):
  1. пружинная шайба;
  2. обыкновенная шайба;
  3. контактное кольцо первого проводника;
  4. снова обыкновенная шайба;
  5. контактное кольцо второго проводника;
  6. опять обыкновенная шайба;
  7. финальная гайка, которую закручивает до тех пор, пока пружинная шайба полностью не будет прижата к шляпке винта.

Особое внимание нужно уделить тому, чтобы подходящие провода не соприкасались. Винт выполняется из металла (с хромированным покрытием или из нержавеющей стали), поэтому разница электрохимических потенциалов меньше 0,6 мВ. Иногда такие винты изготавливаются и из дюралюминия. Многожильные провода при таком соединении нужно обязательно спаивать воедино, используя олово или его сплав.

Общую винтовую конструкцию герметично изолировать от воздействия окружающей среду не обязательно. Достаточно будет замотать ее электрической изолентой (чтобы не «обжечься» самому). После этого допустимо с точки зрения пожарной безопасности поместить такой контакт вместе со всей проводкой в пластиковый короб для последующей эксплуатации.

Резьба или соединение на винте.

Использование клеммной колодки

Данное соединение крайне удобно для многократно подвергавшихся соединению алюминиевых проводов, которые из-за этого подвергались обрезанию/обламыванию и потому укоротились до неудобной для монтажа длины.

Современная колодка, как правило, выполняется из пластика. Она снабжается клеммами с прижимными винтами. Если для резьбового соединения с помощью винта требуется формировать из проводника кольца, то в случае колодки этого делать не нужно. Поэтому требуемая длина задействованного провода существенно короче. Кроме того, не нужно беспокоиться о случайном контакте проводов между собой: в связи с укороченными отводами проводов вероятность их «пересечения» близка к нулю.

Минимальная требуемая длина оконечности провода для подсоединения его к клеммам – 5 мм. Винты требуется закручивать очень плотно, с усилием. Изоляция клеммной коробки осуществляется только посредством помещения ее либо в специализированный короб, либо при размещении ее непосредственно в электрощитке. Покрывать ее какими-либо материалами строительного характера (например, штукатуркой) категорически запрещено!

У такого формата соединения присутствуют очевидные недостатки. Поскольку площадь контакта проводов с клеммами существенно меньше, чем например, при резьбовом соединении, то отсюда проистекают и все неприятности:

  • повышенный нагрев в месте контакта при высоких потребляемых мощностях;
  • повышенное сопротивление из-за общего уменьшения сечения проводника;
  • как следствие, ускоренное окисление при отсутствии герметичной изоляции (а последняя как раз и не предусмотрена).

Частично эффект указанных выше проблем можно снять, расплющив оконечности проводов и увеличив, таким образом, площадь их соприкосновения с клеммами. Однако доступные габариты отверстий зажимов не позволят сделать это в достаточной степени.

Клеммные колодки

Плоско-пружинный зажим

На появление широкого спроса рынок отреагировал предложением компактных и эргономичных в использовании колодок с пружинными зажимами. Их принципиальное отличие от предыдущего варианта заключается в том, что такие элементы в большей степени рассчитаны на многократное применение. Хотя, конечно же, встречаются и одноразовые, которые дешевле, но более не позволяют изымать провод из разъема.

Предназначение таких соединительных элементов, безусловно, в удобстве. Их внешний вид вполне презентабелен и позволяет замаскировать проблему неоднородности проводки для стороннего наблюдателя. Условия, необходимые для возможности применения плоско-пружинных зажимов:

  • провода должны быть одножильными (либо спаянными воедино);
  • провода могут быть выполнены из самых разных металлов;
  • сечение проводов должно находиться в диапазоне от 1,5 до 2,5 мм2;
  • допустимая сила тока – 5 А (и не важно, что при этом пишет производитель – аж до 24 А доходит! – не нужно так доверять пропускной способности клемм).

Подсоединение такого «клеммника» достаточно простое – единственное, что необходимо сделать, так это зачистить оконечности проводов на 10 мм. Далее с усилием вставляем их в пазы и… все. Это в случае одноразового элемента. Если же используется многоразовый клеммник, то с помощью отклонения специального рычажка, провода можно извлекать и не раз. Кстати, многоразовые переходники работает с проводами большего сечения: от 0,1 до 4,0 мм2, да и ток выдерживают больший – не менее 8 А.

Однако при всем своем удобстве такие элементы повторяют все недостатки клеммной колодки, плюс это пока исключительно импортный товар. Поэтому присутствует его необоснованная функционалом дороговизна.

Плоско-пружинный зажим

Неразъемное соединение

Вообще, электрика не любит ремонта. Она изначально заточена под комплексное максимально долгое безопасное использование. Если хоть одно из перечисленных свойств не выполняется, значит проводка выполнена некачественно и имеет смысл ее пересмотреть полностью.

Неразъемное соединение – это как резьбовое, только что-либо разобрать и переделать невозможно, потому что затягивающая гайка отсутствует и вместо нее клепка. Производится такое соединение разнометаллических проводов с помощью специализированного инструмента – заклепочника. При его наличии квалифицированная наладка проводки существенно ускоряется, но для этого должно быть обоснование, как минимум, из двух аргументов:

  1. объем работ по проводке должен быть огромен, чтобы ускорение каждой такой операции (по сравнению с резьбовым соединением) имело существенное значение;
  2. должна отсутствовать возможность укладки альтернативной (гомогенной) проводки (заодно, с заземлением).

Подготовка оконечностей проводов при подготовке к соединению при помощи заклепки ничем не отличается от соединения на винте: также готовятся кольца, также производятся прокладки шайбами. Единственное, что нужно предусмотреть: в результате расклепывания диаметр заклепки увеличится, поэтому оптимальной является диаметр кольца в 4 мм.

Последовательность набора составных соединения на заготовку:

  • алюминиевый проводник (вплотную к шляпке);
  • пружинная шайба;
  • медный провод;
  • плоская обыкновенная шайба.

Далее в заклепочник вставляется стержень и производится его зажим. Так осуществляется расклепка. Дело сделано.

Отличительной особенностью как резьбового, так и заклепочного соединения является их высокая надежность при высоких токах и грамотном технологическом исполнении. Сфера применения таких соединений – продление жизни проводящих контуров, как целостных систем. Такие сращения эффективно применяются для ликвидации последствий более глобальных электроремонтных работ.