Ех, скільки ж копій зламано в суперечках електриків з піною біля рота про те, як з’єднати мідний та алюмінієвий дроти між собою. Одні доводять, що навіть просте їхнє скручування в бетонній стіні панельного будинку надійно служить десятиліттями.

Інші ж показують фотографії поверхонь алюмінію, покриті суцільним шаром оксидних солей, а то і проводку, що просто вигоріла.

Насправді, частина істини є в обох сторін. Для подальшого розгляду спиратимемося на наукові розробки. Вони пояснюють, як все це відбувається і дозволяють завжди робити свою роботу надійнішою та безпечнішою.

Які висновки електрохімії слід враховувати домашнім електрикам у своїй практичній діяльності: коротко

У повсякденному житті ми постійно стикаємося з роботою гальванічних елементів: батарей та акумуляторів. Усередині них працюють два електроди з різних металів, наприклад, кадмій та нікель, поміщені в рідкий електроліт.

В результаті їх взаємодії протікають хімічні процеси та виробляється чи споживається електричний струм.

Просто нагадую, що вся ця дія заснована на властивостях металів та їх внутрішній кристалічній решітці, що містить вільні електрони, які вступають у взаємодію з іонами навколишнього електроліту.

При цьому одні метали мають окислювальну здатність, а інші — відновлювальну, як і всі хімічні реакції. За своїми можливостями вони давно представлені електрохімічним рядом напруги.

Розташування металів у ряду вибрано так, щоб ступінь їхньої активності послідовно зростала в один бік. Кожен з них має стандартний електронний потенціал, що вимірюється у вольтах.

Він розглядає допустимі та неприпустимі контакти, які можуть створюватися різними деталями з металів та неметалів у промисловому та побутовому устаткуванні, у тому числі й у електроустановках.

Як відбувається руйнування металів у місці контакту

Повертаємося до електрохімічного ряду напруг та різниці потенціалів між металами, розташованим на ньому.

Тут діють дві істотні закономірності:

1. чим далі метали віддалені один від одного, тим більша напруга між ними може бути створена при протіканні хімічної реакції через електроліт;
2. в результаті реакції завжди руйнуватиметься той метал, який знаходиться ліворуч.

Для прикладу порівняйте місця видалення нікелю (Ni) та кадмію (Cd), що використовуються у нікель-кадмієвих акумуляторах з алюмінієм (Al) та міддю (Cu), які використовуються для виготовлення дротів. Ви побачите суттєву різницю у формуванні напруги.

Ця властивість стане викликати більш руйнівну окисну дію на алюміній при проходженні струму шляхом Al-Cu, коли за аналогією з акумулятором створюється режим зарядки від зовнішнього прикладеного джерела ЕРС.

Цілком аналогічно працює контактне з’єднання цих двох проводів у побутовій електропроводці. Тому на поверхні алюмінію виділяються сольовий шар різних оксидів, які значно погіршують електричний опір контакту.

Внаслідок впливу струму це місце починає посилено нагріватися. Підвищена температура розвиває окислювальні процеси, у тому числі і на прилеглій міді. Реакція триває до повної втрати електричного контакту в кращому разі, а в гіршому виникає пожежа проводки.

Він може перекинутися на всю будівлю.

Що пропонує наука для виключення перебігу руйнівних хімічних реакцій у поєднанні мідь-алюміній

Використання прокладних матеріалів із безпечних металів

Cтворено різні довідкові таблиці електромеханічних потенціалів, що полегшують підбір металів при їх з’єднанні з метою зменшення та виключення процесів утворення гальванічної корозії.

Показую спрощений варіант, яким зручно користуватись домашньому майстру.

Зробив вибірку для основних металів провідників і показав у ній червоним кольором усі пари, які утворюють потенціали більше ніж 0,65 мілівольта. Ця величина вважається небезпечною. Її слід уникати. Вона вже досягається аналізованими нами металами Al і Cu.

Звернемося ще раз до електрохімічного ряду напруги. Розглянемо пару близько розташованих металів: алюміній (Al) та цинк (Zn).

Якщо створити контакт через них, то він працюватиме з різницею потенціалів 0,85 мВ, що ще більше: перебіг такої хімічної реакції здатний викликати підвищені руйнування. Однак цинк у чистому вигляді практично не використовують. Їм зазвичай покривають металеві деталі.

Оцинковані шайби та болти здатні викликати процес гальванічної корозії при з’єднанні з алюмінієвими провідниками. Їх рекомендується замінювати на звичайні, виготовлені із м’якої сталі.

Таблиця електрохімічних потенціалів дозволяє підбирати найбільш безпечні матеріали виготовлення різних прокладочних матеріалів.

Захист від попадання повітря до місця створеного електричного контакту

Для протікання електрохімічної реакції гальванічної корозії необхідно дотримуватися трьох умов:

1. наявність двох різних металів, наприклад Al-Cu;
2. створити електричний контакт між їх поверхнями;
3. помістити його в середовище електроліту, наприклад пари звичайної води.

Якщо жодна з цих умов відсутня, то ніяка хімічна корозія протікати просто не зможе.

Працюючи побутової проводки електролітом виступає звичайна вода, пари якої постійно присутні у повітрі, входять у його склад.

Якщо ж усередині приміщень створюється підвищене вологе середовище або є агресивні викиди від промислових підприємств, то контактні з’єднання електроустаткування швидко виходять з ладу.

Коли ж виконується повна герметизація контактного з’єднання, перебіг гальванічних процесів виключається.

За цим принципом працюють шини старих радянських підстанцій, у яких часто створювалися підключення різних деталей із міді та алюмінію.

Між ними утворено щільне з’єднання без доступу повітря до поверхонь контакту. Для цього використовувалися спеціальні сорти мастила/

За рахунок цього старе радянське обладнання надійно працює десятиліттями. Сліди гальванічної корозії на ньому відсутні.

Однак займатися подібним монтажем у побутовій проводці явно не варто. Бездумно копіювати цей метод не можна з низки причин:

• якісно здійснити подібне підключення до побуту проблематично;
• на енергетичних підприємствах все обладнання суворо проходить технічні огляди, перевірки та обслуговування у встановлений нормативами час;
• багато тонкощів та нюансів цієї технології обумовлено спеціальною інструкцією з проектування та монтажу контактних поверхонь (№ І 1.08-08), які необхідно обов’язково дотриматися;
• у домашніх умовах цьому процесу ніхто не приділяє уваги. Все робиться за принципом: змонтував та забув.

Сучасні виробники відмовилися від цього. Вони покривають усі шини Cu та Al спеціальним сплавом, що виключає утворення гальванічної корозії.

Навіть якщо ви зробите щільний контакт проводів Al-Cu з його повною герметизацією термоусадкою, то навряд чи хто стежитиме за ним. Будь-який прокол або щілина, утворена при неякісному складанні дасть доступ повітря.

7 наукових розробок: як з’єднати мідний та алюмінієвий дроти між собою при ремонтних роботах

Після короткого ознайомлення з висновками електрохімії можна розбиратися з типовими рекомендаціями з’єднання пари металів Cu-Al, що зменшують гальванічну корозію. Вони особливо актуальні для більшості власників будівель із алюмінієвою проводкою.

Гвинтове з’єднання: коли працює надійно та як створюються небезпечні режими у проводці

Провід з міді та алюмінію цілком допустимо підключати затискачем різьблення гвинта або болта, розділяючи їх прокладкою з м’якої сталі. Контактні майданчики металевих жил необхідно відчистити від шару ізоляції так, щоб вона не потрапляла на створені кільця та під шайби.

При цьому не варто використовувати оцинковані матеріали, про що вже зроблено висновок трохи вищим.

Однак тут часто допускаються три типові помилки, коли:

1. при знятті ізоляції гострим ножем його розміщують під прямим кутом до жили та підрізають її поверхневий шар, що зменшує поперечний переріз і значно послаблює механічну міцність металу. Після кількох вигинів надрізаний провід легко ламається;
2. кільце необхідно розташовувати так, щоб воно закривалося більшою поверхнею шайби з усіх боків і при загвинчуванні гайки працювало на стиск, а не розтискалося;
3. оскільки алюміній відноситься до м’яких та пластичних металів, то під температурним навантаженням він розширюється, трохи «запам’ятовує» новий обсяг — деформується. Коли відбувається охолодження, цей провід потроху послаблює силу стиснення гвинтового затиску. Це може призвести до критичного стану – погіршення електричного контакту з його перегріванням. Тому в різьбовому з’єднанні має працювати пружина. Її роль виконує гроверна шайба.

Недоліком болтового підключення виходить досить габаритна конструкція, яку не завжди вдається сховати у невеликих просторах підрозетників або розпаювальних коробок.

Стиск горіх: що слід врахувати

Це досить поширена розробка підключення двох проводів із забезпеченням контакту через проміжні прокладочні матеріали. Вона добре підходить навіть для товстих багатожилок, які часто зустрічаються в під’їзних щитах багатоповерхових будівель.

Тут кожен метал укладається у свою канавку, відокремлюючись від іншого безпечним прокладанням. Багатожилка скручується щільніше за напрямом навивки. Стискання горіх з усіх боків ізолюється стандартною діелектричною кришкою, що закріплюється пружинними кільцями.

Цей спосіб дозволяє створювати відгалуження від основної магістралі без розрізання при підключенні провідника з іншого матеріалу. Він підходить для безрозривної комутації СІП дротів.

За цим принципом працює відколовий затискач, що проколює, спеціально розроблений для СІП проводки.

Однак використання стиску горіха може заподіяти й великі неприємності через:

• порушення технології їх встановлення та створення нещільних контактів;
• використання у конструкції металів, схильних до створення гальванічної корозії.

На форумах електриків у Львові це питання часто обговорюється.

Клемні колодки: особливості експлуатації

На виробництві широко поширене підключення проводів різних металів, наприклад, Al і Cu за допомогою клемників, виконаних зі спеціальних сплавів.

У старих конструкціях клемна пластина виконує роль гайки. У неї через плоскі шайби та гроверні пружини за допомогою кілець підключаються дроти.

Інші конструкції подібних промислових клемників крутити кільця не вимагають. Наконечник дроту притискається гвинтом за допомогою зігнутої у формі скоби прямокутної шайби. Метал жили при цьому не ушкоджується.

Для побутових цілей промисловість випускає полегшені клемні колодки у діелектричному корпусі. Вони також дозволяють виконувати підключення дротів із міді з алюмінієм.

Однак у них досить примітивна конструкція: усередині кожного осередку є латунна скоба з різьбленням під гвинт, який при загвинчуванні врізається в метал жили і, притискаючи, деформує її.

Внаслідок механічного тиску м’який алюміній сильно пошкоджується, може поламатися. Метал самої скоби тонкий і часто просто лопається при затягуванні.

Якщо ж ужим зробити слабким, то створюється ненадійний електричний контакт з усіма наслідками, що випливають.

Аналогічним чином звичайним гвинтом затискаються жили в електролічильниках. З’єднання не відрізняється високою надійністю, вимагає застосування гарних умінь та навичок від електромонтерів.

Побутові клемники добре працюють з невеликими струмовими навантаженнями, наприклад, у ланцюгах освітлення світлодіодних ламп. Застосовувати їх для підключення проводки розеткових груп вкрай небезпечно.

Ця моя особиста думка може не співпадати із заявами виробників.

Клеми WAGO: на що звертати увагу

Клемники ВАГО дозволяють швидко комутувати дроти між собою. За рахунок своєї прості при збиранні електричної схеми вони користуються популярністю у електромонтажників.

Однак слід врахувати, що основна маса їх передбачена для роботи з міддю, а встановлення такої клеми алюмінію може призвести до сумних наслідків через розвиток процесів гальванічної корозії.

Німецький виробник WAGO для побутових цілей випускає спеціальні клемники, представлені різними моделями серії 2273.

Вони призначені для підключення жил із перетином від одного до 2,5 мм кв. Вони використовують клеми, дозволяють комутувати дроти з парами металів Al і Cu.

Для алюмінію всередині клеми вже вміщено контактну пасту. Її призначення: знімати оксидну плівку з поверхні металу, блокувати її утворення.

Багатожильні мідні дроти теж можна підключати цим способом, але їх необхідно закінчувати втулковим наконечником.

При роботі з ВАГО звертайте увагу на:

• їхню серію, бо тільки 2273 призначена для роботи з алюмінієвими жилами, які вставляються в спеціально підготовлені контактні гнізда;
• встановлення наконечників на багатожильні дроти.

Клеми WAGO надійно працюють лише у певному режимі навантажень, вказаному виробником. За його перевищення вони згоряють.

Дотримуйтесь цих нехитрих правил.

Опресування проводів гільзами: як уникнути помилок

Продаж пропонує широкий вибір гільз для опресування різних конструкцій металевих жил.

Серед них виділяються чотири різновиди гільз:

1. ГМ – мідні;
2. ГМЛ – луджені;
3. ГА – алюмінієві;
4. ГАМ – комбіновані алюмінієві.

Для підключення жили Al і Cu призначені тільки гільзи марки ГАМ, причому кожен метал повинен встановлюватися виключно зі свого боку. Це обов’язкова умова їхньої надійної роботи.

Вибір гільз тільки по поперечному перерізу без урахування їхнього матеріалу є грубою помилкою.

Друга методика підключення опресовуванням полягає в тому, що багатожильний мідний провід щільно скручується і надійно залуджується свинце олов’яним припоєм по внутрішньому діаметру гільзи ГА.

З зворотного боку в неї вставляється алюмінієва жила, що підключається. Гільза опресовується кліщами звичайним способом. Після цього її необхідно надійно ізолювати, щоб унеможливити попадання повітря до створеного електричного контакту.

Щільний шар липкої ізоленти та термоусадка зверху вирішують це завдання.

Якщо подивитися таблицю електрохімічних потенціалів між металами, що з’єднуються, то видно, що критичне значення тут не досягнуто. У той же час, повна герметизація з’єднання виключає утворення гальванічної корозії.

Зварювання проводів: у чому небезпека

Говорити про розвиток гальванічної корозії такого з’єднання вже набридло. Проте, окремі фахівці намагаються зварювати дроти з Cu і Al, як показано на скрутці, розташованій праворуч на фото.

Однак таке з’єднання, виконане звичайним пристосуванням для зварювання проводів , відрізняється високою крихкістю і легко ламається, розсипаючись на порошок. Робити так не можна. Температура плавлення цих металів дуже відрізняється.

Варто зауважити, що з’єднувати зварюванням мідь із алюмінієм цілком можливо і прикладом таких деталей є алюмінієві гільзи. Для цього використовуються інші технології:

• холодна прокатка зі ступенем обтискання при зварюванні 60÷75%;
• зварювання тертям з ультразвуковою обробкою;
• дифузійне зварювання;
• лазерне зварювання;
• магнітно-імпульсне зварювання.

Всі ці види з’єднань виконуються на спеціальному промисловому устаткуванні та звичайним електрикам не доступні.

Як спаяти мідь та алюміній: особливості технології

Спосіб з’єднання пайкою є класичним. Він відрізняється надійністю, але вимагає дотримання суворої послідовності наведених нижче дій.

1. Жили зачищаються від ізоляції так, щоб мідна була приблизно на одну третину довшою за алюмінієву.

2. Мідь залужується по всій довжині припоєм зі звичайною каніфоллю .

3. Обидві металеві жили щільно скручуються звичайним чином. На фото добре видно, що мідна залужена частина значною мірою виступає.

4. Місце майбутньої спайки за допомогою пензлика покривається спеціальним флюсом для паяння алюмінію. У нашому випадку використається розчин Ф-64.

5. Після нанесення флюсу поверх скручування намотується пружиною тонкий дріт із припою.

6. Оскільки алюміній відрізняється гарною теплопровідністю, він нагрівається і остигає дуже швидко. При цьому нагрівання на початку скручування може призвести до випаровування флюсу з протилежного кінця скручування, що не дозволить створити якісну пайку.

Тому з боку ізоляції на скручування в якості тепловідведення накладаються гострогубці, а прогрівання паяльником починається з кінця мідної жили, що виступає. Для зняття сажі з жала можна використовувати звичайну ганчірочку.

7. Паяльник поступово переміщують на скручування і розплавляють їм припій, домагаючись рівномірного розтікання.

8. Після паяння виступаючий кінець дроту потрібно відкусити, а створене з’єднання відмити від флюсу. Обробка проводиться послідовно у три етапи:

1. спочатку за допомогою пензлика пайку промивають розчином соди;
2. потім використовується мильний розчин;
3. завершує процес чиста проточна вода.

Після цього скручування залишається протерти насухо і добре заізолювати одним з доступних способів.

На цьому завершую статтю про те, як з’єднати мідний та алюмінієвий дроти між собою.

Поширені запитання

Чому не можна просто скручувати мідні та алюмінієві дроти між собою?

Скручування мідних та алюмінієвих проводів — одна з найпоширеніших помилок, яку роблять недосвідчені майстри або самостійні домашні електрики. На перший погляд, контакт є, напруга подається, все працює. Але з часом починаються процеси окислення на стику двох металів. У місці з’єднання виникає опір, який зростає разом із температурою, а це вже потенційне джерело загоряння. Через різницю потенціалів між алюмінієм і міддю виникає гальванічна корозія, що виводить з ладу проводку. Ці процеси особливо активізуються у вологих умовах або при великому навантаженні. Якщо вас цікавить безпечний підхід до комутації, перегляньте рекомендації щодо електромонтажних послуг, де описано надійні способи з’єднання різних провідників.

Які способи з’єднання мідного і алюмінієвого дроту є безпечними?

Найбезпечніші методи – це ті, що виключають безпосередній контакт алюмінію з міддю. Наприклад, використання спеціальних клем або перехідних вставок, виготовлених із нейтральних матеріалів, здатних ізолювати метали між собою. Також практикується застосування гвинтових з’єднань із пастою, що нейтралізує окислення. Ще один ефективний спосіб – використання болтових з’єднань із шайбами, але тільки за умови герметизації. Важливо враховувати не лише механіку, а й хімічну стабільність контакту. Усі ці методи рекомендують професійні електрики, особливо при роботі зі щитовим обладнанням. Детальніше про це читайте у статті про встановлення щитового обладнання – тут наведено приклади практичного підключення проводів з різних матеріалів.

Чи допомагає ізоляція з’єднання уникнути корозії?

Ізоляція грає ключову роль у запобіганні окисленню. Якщо не забезпечити герметичності з’єднання, навіть найкраще прокладене і закручене з’єднання з часом втратить провідність. Волога з повітря проникає всередину контакту, і навіть незначні пари води запускають хімічні реакції між міддю та алюмінієм. Саме тому на практиці використовують спеціальні гелі, пасти або термоусадкові трубки. Вони створюють бар’єр, який перешкоджає проникненню вологи, повітря і пилу. Така профілактика особливо важлива у ванних кімнатах, підвалах і технічних приміщеннях, де рівень вологості постійно підвищений. Якщо ви плануєте проводити монтаж світильників або вимикачів у таких умовах, варто переглянути розділ встановлення розеток та вимикачів, де вказано специфіку роботи з електрикою в складних середовищах.

Чим загрожує неправильне з’єднання мідного та алюмінієвого проводу?

Неправильне з’єднання — це не лише загроза збоїв у мережі, а й потенційна небезпека для життя. Гальванічна пара мідь-алюміній без додаткових заходів захисту перетворюється на джерело постійного нагріву. У кращому випадку дроти «перегорають» і втрачають контакт, що може залишити без електропостачання кімнату або цілий будинок. У гіршому — відбувається спалах, який може призвести до пожежі. Саме тому важливо не економити на дрібницях — правильні клеми, захист з’єднання та грамотне планування допоможуть уникнути серйозних наслідків. Щоб дізнатися більше про безпечне підключення електрики в побуті, зверніться до спеціалістів із встановлення світильників та люстр, які щодня працюють із подібними викликами.