Połączenia elektryczne wykonane z miedzi są silniejsze, bardziej odporne na korozję, mniej podatne na płynięcie na zimno i oddziaływania cieplne, a zatem bardziej niezawodne.
Istnieją cztery mechanizmy, które powodują, że wybór materiału przewodzącego wpływa na połączenia elektryczne: Utlenianie, Działanie galwaniczne, Płynięcie na zimno / Pełzanie i Rozszerzalność cieplna.
Utlenianie: Na powierzchniach połączeń i końcówek przewodów, zarówno z miedzi jak i z aluminium, wystawionych na działanie powietrza, tworzą się cienkie warstewki tlenków, siarczków i związków nieorganicznych, które zmniejszają powierzchnię styku metal-metal i zwiększają rezystancję styku. Temperatura styku wzrasta i, jeżeli jest nadmierna, połączenie z czasem pogarsza się, co prowadzi do przegrzewania i ostatecznie do uszkodzenia. Podczas gdy tlenki miedzi są miękkie i przewodzące, tlenki aluminium są twarde, silnie przylegające i stanowią skuteczny izolator. W rezultacie, połączenia i końcówki przewodów miedzianych, w przeciwieństwie do aluminium, rzadko się przegrzewają i nie wymagają przygotowania powierzchni przy użyciu inhibitorów korozji w postaci stykowych past ochronnych.
Działanie galwaniczne: Jeżeli dwa odmienne metale takie, jak miedź i aluminium stykają się w obecności wilgoci tworzącej elektrolit, to z aluminium będącego metalem mniej szlachetnym następuje ubytek materiału wskutek działania galwanicznego. Połączenie pogarsza się na dwa sposoby: elektrycznie – przez zmniejszenie powierzchni styku, i mechanicznie – wskutek silnej korozji aluminiowej części złącza. Przewody aluminiowe wymagają, zatem stosowania szeregu technik łączenia takich, jak ochronne pasty stykowe, końcówki lub złączki bimetaliczne lub specjalny osprzęt. Ponadto, uzależnione są od rodzaju materiałów typowo stosowanych w urządzeniach i osprzęcie, jak np. gniazda, wtyki, wyłączniki. Natomiast korozja galwaniczna nie oddziałuje na miedź w połączeniach z mniej szlachetnymi metalami lub stopami.
Płynięcie na zimno / Pełzanie: Duże naciski styku wywierane na przewód w mechanicznych połączeniach i końcówkach w celu uzyskania dobrego styku powodują, że metal “wypływa” pod naciskiem. Efekt ten jest bardzo wyraźny w przypadku aluminium, natomiast w przypadku miedzi jest znacznie słabszy z powodu jej większej twardości. Pełzanie jest plastycznym odkształceniem przewodów poddawanych zewnętrznemu naprężeniu od siły naciągu i zależy od poziomu naprężenia, jego czasu trwania i temperatury. Zarówno płynięcie na zimno jak pełzanie prowadzą do zmniejszenia nacisku styku, wzrostu rezystancji styku i przegrzewania. Aluminium wykazuje większą skłonność do pełzania, większą prędkość pełzania i w niższych temperaturach niż miedź.
Rozszerzalność cieplna: Połączenia miedzi z miedzią, miedzi z mosiądzem lub miedzi ze stalą platerowaną, nagrzewające się pod wpływem prądu obciążenia nie mają tendencji do poluzowania i pozostają pewne przez cały czas eksploatacji instalacji, ponieważ współczynniki rozszerzalności cieplnej tych materiałów są zbliżone.
W przypadku podobnych połączeń przewodów aluminiowych, relatywnie duża różnica rozszerzalności cieplnej może po czasie powodować poluzowanie połączeń. Rezystancja styku stopniowo wzrasta, co prowadzi do przegrzewania, iskrzenia i możliwego ryzyka pożaru.
Dlatego połączenia elektryczne wykonane z miedzi są silne, niezawodne i długotrwałe.
Literatura
- Copper in Electrical Contacts book, ECI publication no. Cu0169, July 2015
- Reliability of power connections, BRAUNOVIC Milenko, Journal of Zhejiang University SCIENCE A,ISSN 1009-3095 (Print); ISSN 1862-1775 (Online), January 2007
- CONNECTABILITY TESTING OF COPPER AND ALUMINUM WIRING, PHASE 2: Current Cycling Tests – Mechanical Connectors – POWERTECH LABS INC. Report #: PL-00236-REP1 , 27 June 2014.
- https://www.youtube.com/watch?v=ninqsZihz7g