Tại sao không nên nối dây đồng với dây nhôm?

Việc trong kỹ thuật điện, người ta nói không nên nối trực tiếp dây dẫn đồng và nhôm chẳng có gì là bí mật ngay cả đối với những người không làm việc trong ngành điện. Bạn có thể nghe thấy những câu trả lời khác nhau cho câu hỏi này, ví dụ:

1. Vì nhôm và đồng có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau. Khi dòng điện chạy qua, chúng sẽ giãn nở theo những cách khác nhau và khi dòng điện dừng lại, chúng sẽ co lại theo một cách khác nhau. Hiện tượng giãn nở và co lại làm thay đổi hình dạng của dây dẫn và tiếp điểm tiếp xúc giữa đồng với nhôm trở nên kém, dẫn đến hiện tượng điểm tiếp xúc nóng lên và có thể làm nóng chảy cách điện, đối với hệ thống điện áp cao thậm chí còn xuất hiện hồ quang điện.
2. Nhôm tạo thành một màng không dẫn điện oxit trên bề mặt của nó, màng này sẽ ngăn chặn sự tiếp xúc giữa hai dây bởi vì màng oxit dẫn điện kém, kết quả khi quá trình này tiếp tục diễn ra thì điểm tiếp xúc sẽ ngày càng kém và cuối cùng khiến nó nóng lên, cách điện hỏng… gây chập cháy hoặc hồ quang.
3. Sự tiếp xúc giữa đồng và nhôm tạo ra sự ăn mòn kim loại do điện hóa (Galvanic), chắc chắn sẽ dẫn đến hiện tượng quá nhiệt ở điểm tiếp xúc.

Đối với lời giải thích đầu tiên, người ta đưa ra dữ liệu về hệ số giãn nở nhiệt tuyến tính của kim loại được sử dụng để lắp đặt điện:

• Đồng – 16.6*10 ^-6 m/(m*gr. C);
• Nhôm – 22.2*10 ^-6 m/(m*gr. C);
• Thép – 10.8*10 ^-6 m/(m*gr. Độ C).

Rõ ràng, nếu nguyên nhân gây nóng dây điện là do hệ số giãn nở thì tiếp xúc kém nhất sẽ là giữa dây dẫn thép và nhôm, vì hệ số giãn nở của chúng cách nhau tới 2 lần. Nhưng ngay cả khi chênh lệch như vậy thì sự khác biệt về độ giãn nở nhiệt tuyến tính vẫn có thể được hạn chế tương đối dễ dàng bằng cách sử dụng các kẹp nối chắc chắn nhằm tạo ra áp lực tiếp xúc không đổi lên các tiếp điểm. Ví dụ như sử dụng bắt vít để siết chặt điểm nối, khi giãn nở thì chỉ giãn nở sang một bên và sự thay đổi kết cấu dây dẫn vẫn không thể làm suy yếu sự kết nối ở điểm tiếp xúc.

Đối với lời giải thích thứ hai, màng oxit sẽ ngăn cản sự tiếp xúc của dây đồng với dây nhôm cũng không hoàn toàn chính xác vì nếu sử dụng chất bôi trơn chống oxit đặc biệt thì điểm tiếp cúc này sẽ không bị oxit hóa trong nhiều năm.

Nhưng nếu một dây dẫn đồng và nhôm được nối với nhau, các oxit của chúng có khả năng phân ly, nghĩa là phân hủy thành các ion tích điện. Sự phân ly có thể xảy ra do độ ẩm tự nhiên luôn có trong không khí. Các ion nhôm và oxit đồng, là các hạt có điện thế khác nhau, bắt đầu tham gia vào quá trình dòng điện chạy qua. Một quá trình được gọi là “điện phân”. Trong quá trình điện phân, các ion chuyển điện tích và tự di chuyển. Nhưng nên nhớ rằng các ion này còn là nguyên tử của dây đồng và dây nhôm nên khi chúng di chuyển đồng nghĩa kim loại cũng bị phá hủy, dần dần hình thành các lỗ rỗng trên dây, rất đúng với day nhôm. Do đó, điểm tiếp xúc kém đi và chỗ đó bắt đầu nóng lên khi tải điện, hậu quả ai cũng biết.

Lưu ý rằng không khí xung quanh càng ẩm thấp thì tất cả các quá trình trên xảy ra càng mạnh, nên 2 lời giải thích phía trên là sự giãn nở nhiệt không đồng đều và lớp oxit nhôm không dẫn điện xuất hiện chỉ là những yếu tố làm nặng thêm.

Để đấu nối các loại dây dẫn kim loại khác nhau, bạn có thể tham khảo thêm bảng tương tích của chúng khi kết hợp hay không. Như trong bảng này cúng chứng mình đồng và nhôm không tương tích kết hợp với nhau. Trong bảng này, C có nghĩa là tương thích, N có nghĩa là không tương thích, P có nghĩa là tương thích nếu có chất hàn.