کاربرد بیمتال مس/آلومینیوم (کوپال) سرکابل‌ها، کابلشوها و اتصالات
(Cable Lugs & Connectors)
هر جا که یک کابل آلومینیومی به یک ترمینال مسی متصل می‌شود — در تابلوی توزیع، مرکز کنترل موتور (MCC) یا پست برق — یک اتصال پیچ‌و‌مهره‌ای وظیفه انتقال جریان در انتهای کابل را بر عهده دارد. آزمون‌های نوعی استاندارد IEC 61238 (کلاس ۱ تا ۳: چرخه حرارتی و اتصال کوتاه) این نقطه ضعف را آشکار می‌کنند:
در فصل مشترک مس و آلومینیوم (Al/Cu)، تفاوت در ضریب انبساط حرارتی (آلومینیوم ۲۳.۱ در برابر مس ۱۶.۵ میکرومتر بر متر کلوین) باعث ایجاد لغزش‌های میکروسکوپی در داخل اتصال پیچ‌و‌مهره‌ای می‌شود؛ سال به سال لایه اکسیدی ضخیم‌تر شده و مقاومت تماسی بالا می‌رود. راهکار سنتی و قدیمی، اعمال دستی خمیر آنتی‌اکسیدانت است. اما خمیر خشک می‌شود، در اثر فشارهای زمانی کارگاه نادیده گرفته می‌شود یا روی لایه‌ای فرسوده و اکسیدشده مالیده می‌شود — اجرای آن هرگز یکنواخت و قابل اعتماد نیست. علاوه بر این، قالب پرس در محل پروژه در میان کیت‌های ۸ قالبه (برای مقاطع ۱۶ تا ۳۰۰ میلی‌متر مربع) همیشه یکسان و دقیق انتخاب نمی‌شود؛ انتخاب قالب نامناسب یکی از دلایل شناخته‌شده در خرابی سرکابل‌هاست.
در یک نگاه
در محل سرکابل، کابلشوی آلومینیومی به شینه یا ترمینال مسی می‌رسد؛ واشر یا پلیت واسط کوپال، این اتصال پیچ‌و‌مهره‌ای را بدون نیاز به خمیر حل می‌کند و تغییرات مقاومت آن در چرخه حرارتی استاندارد IEC 61238-1-3 کلاس 2b (از ۱۰- تا ۹۰+ درجه سانتی‌گراد، ۲۰ چرخه) معمولاً کمتر از ۵ درصد باقی می‌ماند.
– سطح مقطع کابل (طبق استاندارد IEC 60228): ۱۶ تا ۳۰۰ میلی‌متر مربع
– محدوده سایز سوراخ پیچ: M6 تا M20
– ضخامت واشر: ۰.۵ تا ۲.۰ میلی‌متر
– استحکام اتصال پیوندی مس و آلومینیوم: بالاتر از ۱۱۰ نیوتن بر سانتی‌متر
کوپال چگونه مشکل را حل می‌کند؟
یک واشر کوپال درون اتصال پیچ‌و‌مهره‌ای بین کابلشو و شینه قرار می‌گیرد: سمت آلومینیومی در تماس با بخش آلومینیومی و سمت مسی در تماس با کابلشو یا شینه مسی قرار می‌گیرد. بدون نیاز به خمیر و بدون هیچ‌گونه تماس مستقیم میان دو فلز ناهم‌جنس در یک اتصال واحد.
در آزمون چرخه حرارتی استاندارد IEC 61238-1-3 کلاس 2b (شامل ۲۰ چرخه از ۱۰- تا ۹۰+ درجه سانتی‌گراد)، تغییر مقاومت الکتریکی این اتصال، کاملاً در محدوده مجاز ۵ درصدی استاندارد باقی می‌ماند. برای تابلوهایی با تعداد کابل‌های متعدد و هندسه‌های متنوع، یک پلیت سفارشی کوپال می‌تواند جایگزین مجموعه‌ای پیچیده از کابلشوهای خاص شود و دقیقاً با الگوی پیچ شینه‌ها همخوان گردد. گواهی EN 10204 2.2 همراه با هر محموله ارائه شده و گواهی 3.1 در صورت درخواست صادر می‌شود.
نمونه های متداول از اتصالات کابلشو مس-آلومینیوم
۰۱ / ۰۴: خط انشعاب هوایی آلومینیومی به تابلوی ورودی مسی
مشکل: خط هوایی فشارضعیف آلومینیومی روی شینه مسی تابلوی توزیع یا تابلوی تجاری قرار می‌گیرد. در محیط‌های بیرونی و مرطوب، بدون خمیر ظرف ۲ تا ۳ سال خوردگی شدید و مشهود رخ می‌دهد.
راهکار کوپال: یک واشر کوپال در اتصال پیچ‌و‌مهره‌ای کابلشو به شینه قرار می‌گیرد؛ سمت آلومینیومی رو به قطعه آلومینیومی، سمت مسی رو به قطعه مسی. با ابزارهای استاندارد، بدون خمیر.
۰۲ / ۰۴: کابل فشارمتوسط آلومینیومی به شینه سوئیچ‌گیر مسی
مشکل: کابل آلومینیومی ۶ تا ۳۰ کیلوولت (۹۵ تا ۳۰۰ میلی‌متر مربع) از طریق کابلشو به شینه مسی داخلی متصل می‌شود. سایزهای متعدد قالب پرس، اجرای نامنظم خمیر و کیفیت غیریکنواخت نصب چالش‌ساز است.
راهکار کوپال: یک پلیت واسط کوپال میان کابلشو و شینه قرار می‌گیرد. کابلشو به روش معمول روی کابل Al پرس می‌شود؛ سمت مس از طریق پلیت به شینه می‌نشیند و هیچ تماس مستقیمی میان Al و Cu وجود نخواهد داشت.
۰۳ / ۰۴: کلید قطع‌کننده DC در نیروگاه خورشیدی / سیستم‌های ذخیره‌ساز
مشکل: در سیستم‌های ۶۰۰ تا ۱۵۰۰ ولت مستقیم (جریان ۲۰۰ تا ۶۳۰ آمپر DC)، کابل آلومینیومی به ترمینال‌های مسی کلید DC متصل می‌شود. اصطکاک سطحی مس قلع‌اندود با آلومینیوم خام متفاوت است؛ چرخه‌های حرارتی باعث خوردگی سایشی و بالا رفتن مقاومت می‌شوند.
راهکار کوپال: یک واشر کوپال با سطح مسی قلع‌اندود در سمت ترمینال کلید و سمت آلومینیومی در تماس با کابلشو. اصطکاک سطحی تثبیت‌شده و پایداری کامل در آزمون‌های کلاس 2b استاندارد IEC 61238.
۰۴ / ۰۴: فیدر کمکی آلومینیومی ترانسفورماتور توزیع به شینه ارتینگ/هم‌بندی مسی
مشکل: کابل کمکی آلومینیومی ۰.۴ کیلوولت (۵۰ تا ۱۲۰ میلی‌متر مربع) به شینه هم‌بندی مسی ترانسفورماتور متصل می‌شود. پرس‌های کارگاهی غیراستاندارد و عدم استفاده صحیح از خمیر موجب شل شدن اتصال و ایجاد نقاط داغ در چند سال می‌شود.
راهکار کوپال: قرارگیری یک واشر کوپال در هر اتصال پیچ‌و‌مهره‌ای Al/Cu. کابلشو با ابزار معمولی پرس می‌شود و مکانیزم بیمتال در داخل واشر قرار دارد؛ ساده، قابل بازرسی چشمی و بدون خمیر.
پرسش‌های متداول پیمانکاران
– آیا بهتر است از کابلشوی آلومینیومی استفاده شود یا کابلشوی مسی روی کابل آلومینیومی؟
رویکرد اصولی و استاندارد، استفاده از کابلشوی آلومینیومی روی کابل آلومینیومی و قرار دادن یک واشر کوپال در اتصال پیچ‌و‌مهره‌ای است. اگر کابلشوی مسی را مستقیماً روی هادی آلومینیومی پرس کنید، تماس مس-آلومینیوم داخل خود پرس کابلشو باقی می‌ماند و واشر خارجی نمی‌تواند آن را برطرف کند.
– آیا هنوز به خمیر ضد اکسیداسیون نیاز است؟
خیر. هر وجه کوپال در تماس با فلز هم‌جنس خود قرار دارد و هیچ الکترولیت مشترکی تشکیل نمی‌شود. استفاده از خمیر ممنوع نیست، اما کاملاً غیرضروری و اضافه است و صرفاً ریسک خطای انسانی را در نصب بالا می‌برد.
– آیا واشر کوپال مشکل انبساط حرارتی متفاوت مس و آلومینیوم را حل می‌کند؟
بله. اتصال فصل مشترک مس و آلومینیوم در متریال کوپال از نوع پیوند نفوذی و جوش‌خورده است؛ دو فلز در فصل مشترک خود به شکل یکپارچه منبسط و منقبض می‌شوند و نسبت به یکدیگر لغزش میکروسکوپی ندارند. بنابراین مقاومت اتصال در آزمون چرخه‌های حرارتی پایدار می‌ماند.
– آیا به ابزار یا گشتاور بستن متفاوتی نیاز است؟
خیر. پرس کابلشو با همان لقمه‌ها و فک‌های استاندارد قبلی انجام می‌شود و گشتاور سفت کردن پیچ اتصال نیز دقیقاً برابر با مقادیر اعلام‌شده توسط سازنده شینه و پیچ است.
استانداردهای مرجع این بخش
– IEC 61238-1-3: اتصالات فشرده و پیچ‌و‌مهره‌ای برای کابل‌های قدرت
– IEC 60228: هادی‌های کابل‌های عایق‌دار
– EN 50483: متعلقات تست برای کابل‌های خودنگهدار فشارضعیف
– DIN 46235: کابلشوهای فشاری مسی