Aluminum Cable Joint Guide: How to Make a Reliable Splice

Руководство по соединению алюминиевых кабелей: как выполнить надёжное соединение

Алюминиевое соединение кабелей выходит из строя по причинам, по которым медные соединения никогда не выйдут. Алюминий вступает в реакцию с воздухом в течение нескольких минут, образуя оксидный слой, который является изолятором; он медленно ползёт под постоянным давлением болтов; кроме того, в гальванической шкале он находится достаточно далеко от меди, чтобы подвергаться коррозии на любом незащищённом стыке. Каждый метод, надежно работающий с алюминием — компрессионные втулки, механические соединения с регулируемым моментом затяжки, биметаллические переходники — разработан с учётом одного или нескольких из этих трёх фактов. Выберите метод, игнорирующий их, и соединение будет выглядеть исправно в день изготовления, но через год начнёт перегреваться.

В данном руководстве рассказывается о том, чем отличается алюминий, о методах соединения, учитывающих эти особенности, о том, как шаг за шагом изготовить компрессионное соединение алюминиевого кабеля, а также о мерах контроля, позволяющих выявить некачественное соединение до того, как оно станет причиной неисправности.

Почему для соединений из алюминия нужен отдельный метод

Три свойства, приведенные ниже, — это не мелочи. Каждое из них исключает применение метода, который вполне допустим при использовании меди.

Оксидная пленка восстанавливается за считанные минуты

Оксид алюминия отличается твердостью, прочностью и непроводностью. Он начинает образовываться на только что зачищенной поверхности практически сразу и достигает необходимой толщины задолго до того, как рабочая бригада завершит монтаж соединения. Именно по этой причине в соединении алюминиевых элементов нельзя полагаться на простой контакт «металл к металлу»: соприкасающиеся поверхности должны быть либо механически пробиты, как при обжимном соединении, либо защищены ингибитором окисления, который не допускает попадания воздуха на поверхность соединения в течение всего срока службы установки. Именно поэтому алюминиевые проводники обрабатывают металлической щеткой непосредственно перед монтажом и никогда не оставляют их просто лежать.

Алюминий подвергается ползучести под давлением, создаваемым болтовым соединением

Алюминий медленно деформируется под длительной сжимающей нагрузкой — этот эффект обычно называют ползучестью или холодным течением. В болтовом соединении это проявляется в виде постепенной потери зажимной силы: проводник слегка сплющивается, соединение ослабевает, давление контакта падает, а сопротивление контакта возрастает. Термоциклирование ускоряет этот процесс, поскольку алюминий расширяется и сжимается в большей степени, чем медь или сталь, с которыми он соединен болтами. Компрессионные соединения позволяют избежать ползучести за счет необратимой деформации трубки вокруг проводника. В механических соединениях эту проблему необходимо целенаправленно решать с помощью обеспечения достаточной площади зажима, использования пружин или элементов Бельвилля в более совершенных конструкциях, а также проверки момента затяжки в рамках графика технического обслуживания.

Гальваническая коррозия на каждой границе раздела с медью

Когда алюминий соприкасается с медью в условиях влажности, эти два металла образуют гальваническую ячейку, и коррозии подвергается именно алюминий. Эта же проблема рассматривалась в нашем сравнении медные и алюминиевые кабельные наконечники, и это в равной степени относится как к соединениям, так и к клеммным соединениям. Рекомендуемый ответ тот же: ни в коем случае не допускайте прямого контакта двух металлов. Используйте биметаллический переходный соединитель с соединением «медь-алюминий», выполненным методом сварки трением, либо выполните алюминиевое соединение полностью из алюминия, а переход на медь осуществите на клемме оборудования.

Методы соединения алюминиевых проводников

Три семьи выполняют практически все работы по соединению алюминиевых труб в распределительных сетях.

Компрессионные соединения с алюминиевыми соединительными трубками

В компрессионном соединении используется алюминиевая трубка, которую часто называют соединительной или сращивающей трубкой; она надевается на оба конца проводника, а затем сжимается с помощью гидравлического или механического обжимного инструмента. В процессе обжима трубка необратимо деформируется вокруг проводника, пробивая оксидные слои на обеих поверхностях и обеспечивая контакт чистых металлических поверхностей под давлением, достаточным для создания газонепроницаемого соединения, сварного холодным способом. Поскольку соединение является газонепроницаемым, оно устойчиво как к повторному окислению, так и к проникновению влаги — именно поэтому обжимное соединение является стандартным решением для постоянных соединений, включая те, которые будут заглублены в грунт или герметично заключены в капсулу.

GGLDF’s Соединительная трубка из алюминия GL используется для сквозного сращивания алюминиевых проводников в распределительных сетях, а ассортимент включает в себя вариант с масляным уплотнением для установок, в которых соединение необходимо защитить от проникновения влаги вдоль проводника. Оба типа поставляются через кабельная соединительная трубка и клеммная колодка.

Механические соединительные разъемы с регулировкой крутящего момента

Механическое соединение выполняет ту же функцию без использования обжимного инструмента. Концы проводников вставляются в втулку и зажимаются шестигранными болтами, затянутыми с заданным моментом затяжки. За пределами зон зажима втулка не подвергается постоянной деформации, поэтому соединение можно разъединить, осмотреть и затянуть заново.

Что касается именно алюминия, то успех механического метода полностью зависит от строгого соблюдения момента затяжки. Недостаточный момент затяжки приводит к слишком низкому давлению прилегания, в результате чего оксидный слой в точках соприкосновения не сдвигается должным образом, и соединение нагревается. Чрезмерный крутящий момент приводит к сдавливанию витков резьбы и может повредить резьбу втулки. Во многих современных конструкциях используются болты со срывной головкой, которые отрываются при достижении расчётного крутящего момента, что позволяет заменить динамометрический ключ визуальным индикатором; обычный болт с шестигранной головкой, как, например, используемый в GGLDF’s Механический разъем BLMT с крутящим моментом, необходимо затянуть гаечным ключом до значения, указанного производителем.

Биметаллические переходные соединители в местах соединения меди и алюминия

Когда соединение действительно должно обеспечивать переход между разными материалами — например, от алюминиевого воздушного провода к медной шине — этот переход должен осуществляться внутри специально предназначенного для этого соединителя, оснащенного барьером из меди и алюминия, сварным методом трения, а не на болтовом соединении между двумя металлами. Биметаллические соединители обычно имеют сторону из оловянной меди, поскольку оловянное покрытие снижает коррозию и улучшает контакт с сопрягаемой поверхностью.

Компрессионные или механические: как выбрать

АспектКомпрессионное соединение (алюминиевая трубка)Механическое соединение с крутящим моментом
Как формируется суставОткалиброванный обжимной инструмент наносит трубке вокруг проводника необратимую деформациюШестигранные или срезные болты зажимают проводник внутри втулки
Контроль содержания оксидовОбжимная муфта проходит через оксидный слой по всей длине ствола; ингибирующее покрытие наносится на заводе или во время сборкиЗависит от очистки металлической щеткой и применения ингибитора при монтаже; давление болта вытесняет оксид только в зонах контакта
Качество контактовСоединение, выполненное методом «холодной сварки», и газонепроницаемое; стандарт для постоянных соединенийОчень хорошо работает при правильном затягивании и позволяет сразу же проверить результат
Необходимые инструментыГидравлический или аккумуляторный обжимной инструмент с подходящими матрицамиДинамометрический ключ и шестигранные ключи
ДвустороннийНет — соединение является постояннымДа — их можно открыть, осмотреть и затянуть заново
Техническое обслуживаниеПосле установки — ничегоРекомендуется проводить периодическую проверку крутящего момента в случаях, когда ожидаются вибрации или интенсивные термоциклы
Типичные области примененияПостоянные разъёмы, эксплуатационные разъёмы, герметичные и подземные разъёмыРемонтные работы на месте, работы по модернизации, работы в замкнутых пространствах, соединения, которые, возможно, потребуется вскрыть
Основные моменты, на которые следует обратить вниманиеРазмеры матрицы и трубки должны совпадать; неполное обжимание заметить сложноОсновной причиной выхода из строя является недостаточный момент затяжки; втулка должна быть заполнена в пределах номинального диапазона

Как выполнить компрессионное соединение на алюминии

Приведенная ниже последовательность действий представляет собой общий метод; в случае расхождений между техническими требованиями вашего проекта, рекомендациями производителя соединителей или стандартами энергоснабжающей организации следует руководствоваться более строгими инструкциями.

Step-by-step illustration of making a compression joint on an aluminum conductor: brushing the conductor to remove oxide, applying oxide inhibitor, inserting both conductor ends into an aluminum connecting tube, crimping with matched dies, and inspecting the finished joint

Пошагово

  1. Изолировать и подтвердить смерть. Отключите цепь, убедитесь в отсутствии напряжения и наденьте средства индивидуальной защиты в соответствии с установленными процедурами. Ни в коем случае не выполняйте соединение на проводнике, находящемся под напряжением.
  2. Аккуратно отрежьте провод. Используйте специальные кусачки для кабеля и сделайте ровный срез. Не используйте ножовку и следите за тем, чтобы ни одна жила не была задета или перерезана.
  3. Отрежьте до нужной длины. Длина зачищенного участка должна немного выступать за пределы конца трубки с каждой стороны, чтобы изоляция не застряла внутри соединения. Руководствуйтесь размерами, указанными производителем кабеля или поставщиком разъема, а не ориентируйтесь на приблизительные оценки.
  4. Прочистите проводник. Очистите проводник металлической щеткой до блеска, а также очистите внутреннюю поверхность трубки. Не прикасайтесь к очищенному металлу голыми руками.
  5. Немедленно нанесите ингибитор окисления. Немедленно нанесите указанный герметик на очищенную щеткой поверхность проводника и внутреннюю поверхность трубки, пока не успел вновь образоваться слой оксида. Если металл потускнеет до начала сборки, очистите его щеткой и нанесите герметик заново.
  6. Вставьте оба конца в центр. Заранее отметьте глубину вставки, чтобы оба проводника сошлись в середине трубки. Их необходимо ввести до конца — в месте соединения, где один из проводников не доходит до конца, площадь контакта будет значительно меньше, чем предусмотрено конструкцией.
  7. Выберите подходящую матрицу и выполните обжим. Установите матрицу, соответствующую размеру трубки, и выполните полный набор обжима в последовательности, обозначенной на трубке или указанной производителем инструмента. Недостаточное количество обжимов, их недостаточная глубина или смещение относительно центра — наиболее распространённые причины образования соединения, которое проходит визуальный контроль, но при этом перегревается.
  8. Осмотрите обжимное соединение. Убедитесь в равномерности деформации вдоль стыка, отсутствии трещин в трубе, отсутствии выпячивания жил за пределы трубы, а также в том, что труба не деформирована и не искривлена. В широко используемом руководстве по приемке допустимый изгиб ограничивается примерно 2% длины трубы, однако уточните это значение в соответствии с техническими условиями вашего проекта.
  9. Удалите излишки пасты. Удалите излишки ингибитора с внешней поверхности соединения, а затем восстановите теплоизоляцию и влагоизоляцию с помощью комплекта для соединений или термоусадочной системы, рекомендованных для данной области применения. Компрессионное соединение является газонепроницаемым; система теплоизоляции защищает все, что находится вокруг него.

Проверка соединения после монтажа

Алюминиевый кабельный соединитель следует не просто осмотреть, а измерить. В рабочую инструкцию стоит включить три пункта проверки.

Three verification checks on a finished aluminum cable joint: micro-ohmmeter contact resistance measurement across the joint, torque verification on the mechanical splice bolts, and a thermal imaging survey of the joint under load
  • Контактное сопротивление. Измерьте сопротивление в месте соединения с помощью микроомметра или омметра для измерения низких сопротивлений и сравните полученное значение с показанием для участка того же проводника такой же длины. В качестве общепринятого критерия приемки считается, что сопротивление в месте соединения не должно превышать примерно 1,1-кратного значения сопротивления эквивалентного участка проводника — уточните точный критерий в технических условиях вашего проекта.
  • Проверка крутящего момента. При выполнении механических соединений убедитесь, что каждый болт затянут с соблюдением указанного значения, и зафиксируйте эти показатели. Момент затяжки является единственным подтверждением того, что соединение выполнено правильно, а также является проверкой, которую необходимо повторять в ходе технического обслуживания.
  • Тепловизионное обследование под нагрузкой. После ввода цепи в эксплуатацию тепловизионное обследование соединения под нагрузкой позволяет определить, выделяется ли тепло из-за сопротивления контакта. Именно эта проверка позволяет выявить ненадёжное соединение, которое прошло электрические испытания в холодную погоду.

Где происходят отказы алюминиевых кабельных соединений

  • Оксид остался на месте. Проводник был задет, но это не повлияло на его работу, либо его задели, а затем оставили стоять до начала сборки.
  • Неправильная трубка или матрица. Трубка, рассчитанная на другое сечение проводника, или матрица, не соответствующая трубке, приводит к образованию соединения, которое выглядит правильно, но имеет неправильное давление.
  • Не вставлено до конца. Один проводник заканчивается чуть не доходя до центра трубки, что уменьшает эффективную длину контакта вдвое.
  • Неполное обжимание. Слишком мало обжима, либо обжимы неглубокие, либо расположены не в указанных местах.
  • Механические болты, затянутые с недостаточным моментом затяжки. Основной тип отказа механических соединений, а также причина существования конструкций с регулируемым крутящим моментом.
  • Прямой контакт меди с алюминием. Соединение двух металлов без биметаллического барьера в условиях, где присутствует влага.
  • Миграция влаги вдоль проводника. Попадание воды в алюминиевый проводник с изоляцией и проникновение её в место соединения — проблема, которую решают конструкции с масляным уплотнением и герметичной оболочкой.
  • В условиях вибрации повторная затяжка не требуется. Механическое соединение в конструкции, подверженной вибрации или интенсивным термическим циклам, которое больше никогда не проверяется.

Часто задаваемые вопросы

Почему нельзя просто скрутить два алюминиевых проводника?

Надежность скрученных соединений зависит от чистого контакта «металл-металл», а алюминий не обеспечивает его. Оксидная пленка мгновенно восстанавливается и продолжает расти, сопротивление контакта возрастает, а соединение нагревается. Кроме того, скрученные алюминиевые соединения механически не прочные и ослабляются при термоциклировании. Используйте компрессионную втулку или механический муфтовый соединитель.

В чём заключается разница между соединительной трубкой и кабельным наконечником?

Соединительная трубка образует линейное соединение между двумя концами проводника — соединение располагается посередине отрезка кабеля. Кабельный наконечник заделывает один конец проводника на оборудовании, поэтому соединение осуществляется с помощью болтового зажима. Оба элемента подпадают под действие одного и того же семейства стандартов, но решают разные задачи; сам процесс обжима описан в нашем Руководство по обжимке кабельных наконечников.

Можно ли повторно использовать компрессионное соединение?

Нет. Обжим приводит к необратимой деформации трубы, поэтому соединение придётся вырезать и сделать заново. Если предполагается, что установку придётся вновь вскрывать — для тестирования, изменения конфигурации или временного подключения — вместо этого используйте механический муфтовый соединитель с регулировкой момента затяжки.

Механическое соединение так же надежно, как компрессионное?

При правильном затягивании современное механическое соединение обеспечивает стабильное соединение с низким сопротивлением на алюминии, а также позволяет проверять и повторно затягивать соединение в процессе эксплуатации, чего нельзя сделать в случае обжимного соединения. Обжимное соединение сохраняет свои преимущества в постоянных, высокоточных и герметичных установках, поскольку соединение получается «холодносварным» и газонепроницаемым. Правильный выбор обычно зависит от того, потребуется ли когда-либо разъединять соединение.

Какой стандарт применяется к соединениям алюминиевых кабелей?

Разъемы данного типа обычно определяются в соответствии со стандартом IEC 61238-1 для компрессионных и механических разъемов, применяемых в силовых кабелях, а также в соответствии со стандартом ANSI C119.4 для разъемов, используемых при соединении алюминиевых с алюминиевыми или алюминиевых с медными проводниками. В технических условиях проекта часто добавляются требования местных энергоснабжающих организаций. При покупке важно, чтобы в протоколе испытаний были указаны именно тот разъем и та комбинация проводников, которые вы фактически устанавливаете, а не просто семейство продуктов.

Требуют ли алюминиевые соединения технического обслуживания?

В сжатых соединениях этого не происходит. В механических соединениях — происходит: принято повторно проверять момент затяжки болтов через определённый промежуток времени, а в случаях, когда соединение подвергается вибрации или значительным перепадам температуры, — и вовсе чаще, поскольку как термоциклирование, так и ползучесть со временем приводят к ослаблению зажимного усилия.

Выбор алюминиевых соединений и фитингов

Алюминиевое кабельное соединение — одно из немногих мест в электромонтажных работах, где небольшая ошибка в технических характеристиках приводит к появлению «горячего» соединения, а не к очевидной неисправности, поэтому полезный разговор с поставщиком должен касаться данных о проводниках, а не цены за единицу. Сообщите материал, сечение и класс проводника, тип соединения, которое вы планируете использовать, условия эксплуатации соединения, а также укажите, потребуется ли когда-либо вскрывать соединение.

Компания GGLDF производит алюминиевые соединительные трубки, биметаллические переходные муфты и механические клеммы с затяжкой для распределительных сетей, а также медные трубки и клеммы, используемые в медной части тех же проектов. Сообщите нашей команде, что именно вы собираетесь соединять и где, и мы подберем подходящую муфту и необходимый для этого инструмент — свяжитесь с нашим отделом технической поддержки и продаж.

Предыдущий пост

Руководство по рукояткам Guy Grip: что это такое, как они работают и как выбрать подходящую

Общаться в WhatsApp +86-15825688289 salesmanager@ggldf.com