Даже начинающие электрики знают: соединять медь с алюминием нельзя. Но мы с вами не начинающие, поэтому давайте зададим неудобные вопросы. Почему нельзя? Как можно? Какие способы самые лучшие и самые плохие? Какие у этих способов соединения есть плюсы и минусы?
Но для начала — когда может понадобиться такое соединение? Казалось бы, можно легко избежать проблем, просто сделав всю электропроводку из кабелей с медной токопроводящей жилой (ТПЖ). Ведь ПУЭ (п. 7.1.34) говорит, что: «В зданиях следует применять кабели и провода с медными жилами», а Приказ Минэнерго от 2003 года прямо запрещает алюминиевую проводку.
Так-то оно так, но реальность часто расходится с картинками в соцсетях топовых доморощенных мастеров-электриков. Обычные люди не всегда готовы менять всю «алюминиевую» электрику у себя в квартире на медь. Конечно, это весьма желательно, но жизнь вносит свои коррективы — во время капитального ремонта или небольших переделок иногда нет средств и сил полностью переходить на медь. Люди обходятся минимумом, который позволяет бюджет, — добавляют пару групповых цепей или «навешивают» на имеющиеся линии дополнительные розетки.
Вот тут и начинаются проблемы.
Почему скрутка медь + алюминий = плохая идея
Прямое соединение алюминиевых и медных проводов может вызвать некоторые проблемы из-за различий в их физических свойствах. Одна из проблем состоит в том, что алюминий и медь имеют разные коэффициенты теплового расширения. К чему это приводит? Любое соединение (как и любой проводник) при прохождении электрического тока неизбежно нагревается. Когда ток прекращается, соединение остывает. За годы работы процесс нагрева-остывания может повториться тысячи раз. В итоге скрутка «расслабится», ее механические и электрические свойства ухудшатся.
Вторая проблема заключается в электрохимических процессах, которые происходят на стыке двух металлов с разными степенями окисления. При наличии кислорода и даже небольшого присутствия влаги образуется гальваническая пара. В результате при протекании тока слой окисла (проще говоря — ржавчины) увеличивается. А значит, увеличивается и переходное сопротивление.
В обоих случаях деструктивные изменения — это необратимый и лавинообразный процесс, который можно описать словами «дальше будет только хуже».
Более подробно о применении алюминия, в том числе о новых сплавах марок 8ххх я рассказывал в журнале «Электротехнический рынок» № 4–5, 2021 год и на сайте Elec.ru. Также читайте статью Алексея Васильева в №1 за 2024 год.
В итоге переходное сопротивление увеличится настолько, что при протекании тока может возникнуть значительный перегрев, а это приведет в лучшем случае к потере контакта, в худшем — к пожару.
Как улучшить соединение
Декапирование. Это малоизвестное слово означает химическую или механическую очистку поверхности металлов от окислов. Жилу можно перед применением зачистить механическим (нож, наждачка, ткань) или химическим способом (в сети много советов — зубная паста, уксус: и т. д.). Однако для алюминия этот совет насколько актуальный, настолько и бесполезный — окисел на его поверхности появляется практически мгновенно после очистки. Поэтому в особо важных местах используют контактную (токопроводящую) пасту, которая вытесняет влагу и тем самым препятствует окислению. Если кабель пролежал пару лет в сыром неотапливаемом помещении, проверка чистоты поверхности жилы — первое, что нужно сделать перед его использованием. Поэтому любой кабель имеет срок годности.
Герметизация. Вода с примесями будет играть роль электролита в гальванопаре, а это значительно ускорит химические процессы в соединении. Поэтому так важно не жалеть изоленту или термоусадку, которая будет защищать соединение. В особо тяжелых случаях соединения заливают электротехническим компаундом.
Уменьшение температурных и механических влияний. Тут все просто — если скрутка работает неподвижно и при стабильной температуре, она при прочих равных условиях проработает дольше, чем скрутка, которая болтается под открытым небом.
Ограничение тока. Многие под этим понимают слова «я в эту розетку ничего мощного подключать не буду». Но так не бывает — все равно рано или поздно подключите. Поэтому есть другой способ — правильно выбирать номинал автоматического выключателя, который ограничит нагрузку.
Правильный выбор сечения. Правило коррелируется с предыдущим пунктом — сечение должно быть достаточным для того, чтобы при номинальной нагрузке кабель грелся минимально. Стоит отметить, что соединение всегда греется больше из-за переходного сопротивления.
Но все это полумеры. Как же поступают на практике?
Какие бывают соединения меди и алюминия
Существует много способов соединения алюминиевых проводов с медными — простые и сложные, правильные и не очень, быстрые и трудоемкие. Сейчас я сделаю небольшой обзор соединений, которые встречаются в жизни.
Я провел лабораторную работу (результаты в конце статьи), в которой испытал 16 различных соединений.
И первое из них — обычная скрутка.
Скрутка меди с алюминием: опыт старого электрика
Это могло бы быть кликбейтным заголовком, если бы не было правдой. Рассказываю реальную историю. Три лета назад я купил дачку в садовом товариществе. Там давно никто не жил, поэтому электричество на опоре было отключено. Местный электрик, недавно вышедший на пенсию, полез на когтях подключать мой домик к воздушной линии. Ввод от прежнего хозяина мне достался с медной жилой.
И как же подключил меня к голому алюминию наш садовый электрик? Наплевав на всю теорию, он просто взял и пассатижами туго намотал медные жилы на алюминий. Медную жилу он зачистил примерно на 60 см, длина намотки получилась около 20 см. И все работает до сих пор, даже с учетом нагрузки — летом потребление в месяц бывает до 150 кВт·ч.
Почему до сих пор все работает? Я думаю, что тут сложилось три фактора — тугая намотка, естественное охлаждение и большая площадь контакта. Поживем — увидим.
В моих испытаниях участвовали 4 вида скруток:
1. Простая (голая) скрутка. Это скрутка как есть, длиной около 4 см, затянутая пассатижами без фанатизма. Спойлер: самое плохое соединение.
2. Скрутка алюминиевой жилы и луженой медной жилы. Медная жила облужена припоем ПОС-61 с канифолью.
3. Скрутка луженой алюминиевой жилы и голой медной жилы. Алюминиевая жила облужена припоем ПОС-61 с канифолью, предварительно обработана флюсом для алюминия Ф-64.
4. Скрутка с полной пропайкой, также с Ф-64. С этим флюсом скрутка прекрасно пропаялась, тем самым обеспечив механическую прочность, защиту от попадания влаги, а за счет припоя — минимальное переходное сопротивление.
Во всех испытаниях участвуют медные жилы с номинальным сечением 1,5 мм2 и алюминиевые жилы 2,5 мм2.
СИЗ, WAGO, СМК и другие пружинные зажимы
Особенность этих клемм — постоянное воздействие пружины на проводники. Прижатие стабилизирует соединение по механике и переходному сопротивлению. Пружина используется не простая, а термостойкая — она не меняет своих свойств при многочисленных перепадах температуры, вызванных воздействием тока.
В испытании участвовали 5 пружинных клемм:
5. СИЗ-3 на 5,5 мм2 (соединительный изолирующий зажим) «Юпитер». Фактически это скрутка, на которую плотно накручена пружина. Напрашивается аналогия с луженой скруткой — там скрутку «держит» припой.
6. СМК-222 IEK — многоразовая строительно-монтажная клемма. Предназначена для соединения только медных проводов, т. к. не имеет внутри контактной пасты.
7. СМК-228 IEK. То же самое, только более современный дизайн и компактные размеры.
8. WAGO-221. То же самое, но производство WAGO, Германия (но это не точно).
9. СМК-722 — клеммы одноразовые, с контактной пастой. У меня в испытаниях был аналог — Stekker LD2273-242. Применяются для соединения и меди, и алюминия.
Да, я знаю, что для соединения алюминиевых жил предназначены только одноразовые клеммы с пастой. Однако я решил проверить, как поведут себя многоразовые клеммы, которые должны работать только с медью. Как оказалось, такой эксперимент я провел не зря — результаты меня удивили.
Винтовые клеммы, или соединение через «посредника»
Особенность таких соединений — в них медь и алюминий не соприкасаются друг с другом. Всегда есть какой-то посредник. Кроме того, для подключения нужно воспользоваться отверткой.
Итак, в этой номинации участвуют:
10. Винтовая клемма. Самое, на мой взгляд, хлипкое соединение. Жила удерживается во внутренней тонкостенной латунной гильзочке миниатюрным винтиком. Проблема этих клемм, что они самые дешевые, и люди на это «покупаются», получая проблему. Главный параметр таких клемм, который вводит домашних электриков в заблуждение, — площадь сечения. Думая, что это сечение жилы, покупают клемму с сечением 2,5 мм2 на жилы с таким же сечением. Но указанное сечение — это сечение отверстия внутренней гильзы!
11. Клеммный терминал (блок зажимов) типа ТВ-4504 (Terminal Block). Я вынул из него один полюс, остальные применил для подключения испытательного трансформатора, покажу ниже. Одно из лучших соединений. Жила прижимается мощным винтом через мощную шайбу. Контактная пластина имеет рифление.
12. Сжим ответвительный У739, часто называемый «Орех». Честно говоря, клеммы типа ТВ и «Орех» — мой выбор, когда нужна особая надежность. Минус у них — так как это сталь, они не любят воздействия влаги. «Орех» более надежен, поскольку в нем жилы держатся четырьмя винтами. Это соединение можно считать и подпружиненным, поскольку используются гровера, а прижимные пластины также можно считать подпружиненными.
13. Соединение через болт или винт. Самое «Кулибинское» соединение. Тут между жилами прокладывается шайба. Проблема в том, что шайбы, которые сейчас есть в продаже, — оцинкованные. А цинк вступает с химическую связь и с алюминием, и с медью.
14. Автомат (автоматический выключатель). Сейчас все производители в равной степени допускают подключение и медных, и алюминиевых жил. Поэтому соединение через автомат — считаю, прекрасный выход! Плюс — дополнительная защита от перегрузки. Минус — большой габарит и необходимость установки бокса (щитка) с ДИН-рейкой.
Опрессовка
Смысл опрессовки — плотно зажать жилы (вместе или по отдельности) при помощи гильзы. Для этого надо использовать специальный инструмент — кримпер (для небольших сечений) или пресс-клещи.
У меня в испытании были только два представителя этой группы:
15. Наконечник-гильза НШВИ на 4 мм2. Обжал я его кримпером Knipex, а потом дополнительно обжимными клещами IEK КО-04Е. Честно говоря, такой наконечник предназначен для многопроволочных жил, но в моем случае можно дополнительно зажать его в винтовой зажим.
16. Соединительная гильза LD300-1525. Проводники в этих гильзах обжимаются кримпером.
Честно говоря, оба эти соединения выглядят хлипко. Я предпочитаю соединение при помощи более мощных гильз, например ГАМ (гильза алюмомедная). Гильза имеет две части — алюминиевую и медную, после обжима прессом получается примерно такое соединение (см. фото ниже).
Существуют также гильзы медные луженые типа ГМЛ. Возможность их полноценной эксплуатации с алюминиевыми жилами для меня под вопросом, но коллеги говорят, что способ рабочий.
ЭКСПЕРИМЕНТ. Испытания соединений алюминия с медью
Суть эксперимента проста: чем лучше соединение, тем меньше у него переходное сопротивление, тем меньше на нем падает напряжение и тем меньше оно греется. Температура соединения медного и алюминиевого провода — по сути, это конечный результат, по которому можно сравнивать разные виды соединений. Еще один параметр — стабильность результата. В процессе испытаний, которые длились несколько часов, я несколько раз нагрел-остудил испытательную цепь и смотрел, как меняются параметры. В середине испытания я добавил на цепь «соляного тумана», но особого влияния он не оказал. Видимо, нужно было полностью опустить соединения в соленую воду, но это было бы уже слишком оторвано от реальности.
В качестве испытательного трансформатора я взял накальный трансформатор от лампового радиоприемника «Латвия». На холостом ходу он выдает около 7,5 В. Чтобы результаты эксперимента были ярко выражены, я взял от него максимальный кратковременно возможный ток — 20 А. Чтобы получить такой ток и поддерживать его на нужном уровне, напряжение на трансформатор я подавал через автотрансформатор (ЛАТР SUNTEK). Иначе бы ток был неизвестно каким и сильно зависел от нагрузки.
В процессе испытаний «неожиданно» вмешалось изменение тока при нагреве — за те пару минут, пока я проводил очередной цикл прогрузки соединений, ток успевал понизиться с 20 до 16 А. Но этого вполне хватало, чтобы соединения хорошенько «прожарились». Прожаривался и трансформатор, иногда до легкого дымка. Но число «1951», напечатанное на его обмотке, не подвело — ни одного трансформатора при испытаниях не пострадало. Изменение тока я учитывал при обработке результатов.
Очевидно, что чем ниже напряжение на соединении, тем качественнее соединение и тем меньше оно нагревается. Поэтому качество соединения я оценивал только по напряжению.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Фавориты и аутсайдеры
Зная напряжение, мы можем легко рассчитать количество выделяемого тепла. Впрочем, нам не нужно знать точную температуру или количество джоулей, выделяемых каждым соединением. Все познается в сравнении, чем мы сейчас и займемся.
Проанализируем полученные данные по пунктам (см. Таблицу № 1). Скажу сразу — лучшие результаты я выделил зеленым, худшие — красным цветом. Обратите внимание — сопротивление некоторых соединений после даже уменьшилось. Думаю, тут возник эффект сваривания или диффузии.
1. Простая скрутка — лидер антирейтинга. Кроме того, что ее сопротивление значительно увеличилось в конце испытания, оно еще было очень нестабильным. При промежуточных измерениях напряжение сильно скакало — вплоть до 500 мВ.
2, 3. Лужение позволяет значительно улучшить контакт. Причем это относится и к лужению медной жилы, и к лужению алюминия. Стоит сказать, что такую скрутку нужно тщательно промывать от остатков флюса и герметизировать.
4. Скрутка, покрытая слоем припоя, показала себя тоже неплохо. Но она показала бы себя еще лучше, если бы я предварительно облудил медь и/или алюминий и только потом их скрутил и облудил еще раз.
5. Простая скрутка, «скрепленная» СИЗ, показала себя на удивление хорошо. Выяснилось, что пружина не только держит скрутку, но и выполняет роль промежуточного неактивного металла, который дополнительно отлично соединяет медь с алюминием.
6. СМК-222 с рычагом не предназначены для алюминия, поэтому результат для меня неудивителен, а красную метку можно было не ставить.
7. Но СМК-228, который, по идее, имеет такие же характеристики, прекрасно себя показал.
8. Еще лучше показал себя пружинный зажим WAGO-221. Однако, как и в случае с СМК-228, эти клеммы не обязаны работать в предлагаемых условиях. Поэтому их можно похвалить, но использовать на этом основании — нет.
9. По СМК-722 — особый разговор. Как я сказал выше, я использовал клеммы с пастой от бренда Stekker. Однако не все клеммы с пастой одинаковы. Stekker показал чудовищно плохие результаты, особенно учитывая, что он создан для таких соединений. В итоге я взял СМК-722 IEK и немного погонял его. Результат отличный — переходное напряжение не превысило 50 мВ и было стабильным. Поэтому Stekker в топку, и не доверяйте никому. Даже мне :)
10. Винтовая клемма показала на удивление отличные результаты. Но это меня особо не радует — они очень сильно отличаются по качеству от бренда к бренду (смотрите на примере СМК-722), а мне попался даже на внешний вид неплохой экземпляр.
11. Самый стабильный и предсказуемый результат. Не знаю, почему у ТВ сопротивление выше, чем у «Ореха». Может быть, из-за покрытия металла?
12. «Орех» без комментариев — это лучшее соединение по надежности. Что интересно, «Орех» нагревался гораздо меньше других соединений. Даже жилы, которыми я подключал различные клеммы, грелись значительно сильнее. Дело в том, что «Орех» — это еще и большой радиатор, рассеивающий тепло.
13. Соединение через шайбу показало себя хуже, чем я ожидал. Видимо, металл имеет покрытие, которое плохо контактирует.
14. Автомат — отличное решение, выше говорил, почему. Но нужно учесть, что, как и любое соединение, его клеммы нужно протягивать. Кстати, его клеммы тоже неплохо отводят тепло. Кроме того, если хотите дополнительно уменьшить переходное сопротивление, рекомендую увеличивать площадь сечения однопроволочной жилы, складывая ее вдвое.
15. Наконечник НШВИ не предназначен для подобных соединений, но показал себя неплохо. Однако на реальных объектах применять такое не рекомендую.
16. Соединительная гильза под кримпер — тоже хороший вариант, но рекомендовать не рискну.
Мой личный рейтинг
В заключение я составил свой личный рейтинг. Он основан не только на вышеописанных испытаниях, но и на личном опыте.
В Таблице № 2 — пять категорий, каждая из которых имеет оценку от 1 до 5.
Испытания — оценка пройденным испытаниям, на основе данных предыдущей таблицы. Обратите внимание — я разместил в строке 9 клемму СМК-722 IEK.
Надежность — стабильность соединения, его долговечность. Уровень спокойствия, которое будет у вас после того, как вы его сделаете.
Габариты — чем меньше размер соединения по этой категории, тем выше у него балл. Поэтому у скруток такая высокая оценка, а у «Ореха» и автомата — такая низкая.
Сложность — технологичность, уровень подготовки монтажника, количество инструментов, потраченное на соединение время. Поэтому скрутка и WAGO (СМК) так популярны в народе — на то, чтобы зачистить изоляцию и скрутить жилы (или надеть на них WAGO), нужно всего несколько секунд.
Применение — это только мое мнение по применению на практике, на основе предыдущих оценок.
Пара замечаний по этой таблице. Речь идет только о соединении жил: алюминий 2,5 мм2 и медь 1,5 мм2. Все соединения должны быть сделаны с полным соблюдением технологий и основываться на нормативно-технической документации и рекомендациях производителей.
Доверять или нет моим результатам испытаний — решать вам. Я лишь скажу, что каждый лично ответственен за те решения, которые он принимает.
