Da li se pri definisanju tehničke specifikacije Izolovane vodonepropusne stezaljke (eng. Insulated Piercing Connector) treba odlučiti za bakarne ili aluminijumske kontakte?

Kada kupac želi da izabere IPC (Insulated Piercing Connector) koji smatra boljim, efikasnijim i pouzdanijim za svoju nadzemnu niskonaponsku električnu mrežu, vrlo često ima dilemu koja je opcija bolja sa stanovišta energetske efikasnosti, trajnosti, brzine ugradnje i ekonomske vrednosti IPC-a (Insulated Piercing Connector).

Najčešće tražene opcije su: 
-    bakarni kalajisani kontakti;
-    aluminijumski kalajisani kontakti.

IPC (Insulated Piercing Connector) ima namenu ostvarivanja električnog kontakta istovremenim spajanjem dva provodnika, koji mogu biti izolovani ili neizolovani, bakarni ili aluminijumski, dok po svojoj konstrukciji mogu biti sektorski, okrugli, punog preseka, použeni i slično.

Kontakt se ostvaruje na sledeći način: nakon pravilnog postavljanja dva provodnika, koji po funkciji mogu biti dva glavna (stezaljke tipa CDR), jedan glavni i jedan odcepni (stezaljke tipa CBS), jedan glavni i jedan za javno osvetljenje (stezaljke tipa CES) ili jedan glavni i jedan za zaštitni uzemljivač (PMCC), stezaljka se uz pomoć ručnog alata steže preko moment-navrtke koja ima funkciju ograničenja sile stezanja, pa u trenutku kada se dostigne odgovarajući moment dolazi do kidanja glave navrtke.

Istovremeno, kontakti IPC-a (Insulated Piercing Connector), koji mogu biti izrađeni od legure aluminijuma ili bakra, prodiru kroz izolaciju provodnika i ulaze u metalni deo, pri čemu dolazi do ostvarivanja električnog kontakta.

Napomena: ukoliko je IPC (Insulated Piercing Connector) postavljen na jedan ili dva neizolovana voda, kontakti se direktno oslanjaju na provodnik, vrše pritisak na njega i na taj način ostvaruju električni kontakt.

Ukoliko razmotrimo aspekt probijanja izolacije na glavnom ili odcepnom provodniku, koja je najčešće, pri instalaciji IPC-a na (Insulated Piercing Connector) niskonaponskim (eng. Low Voltage) samonosećim kablovskim snopovima (eng. Aerial Bundled Cable), izrađena od umreženog polietilena XLPE (eng. Cross-linked Polyethylene), materijala koji je sam po sebi prilično čvrst, naročito na niskim temperaturama, može se zaključiti da, s obzirom na veoma sličnu tvrdoću legura aluminijuma i bakra koji se koriste za izradu kontakata, oba tipa kontakata ostvaruju istu funkciju, odnosno imaju praktično podjednaka svojstva.

Ukoliko bismo sagledali isključivo električnu provodljivost legure bakra, koja iznosi približno 57 Sm/mm², u poređenju sa električnom provodljivošću legure aluminijuma, koja iznosi oko 35 Sm/mm², može se zaključiti da aluminijum ostvaruje približno 61% provodljivosti bakra. Na osnovu ovog podatka jasno je da bakar ima značajnu prednost.

Što je veća električna provodljivost samog kontakta, to je IPC (Insulated Piercing Connector) energetski efikasniji. To znači da se pri prolasku električne struje kroz IPC (Insulated Piercing Connector) manji deo energije gubi kroz konverziju iz električne u toplotnu energiju. Shodno tome, gubici na kontaktnoj tački su manji kada su kontakti izrađeni od legure bakra u poređenju sa kontaktima od aluminijumske legure.

Ako sada sagledamo ove kontakte ugrađene u IPC (Insulated Piercing Connector) u kontekstu dugotrajne eksploatacije i njihove trajnosti, a analizu napravimo na osnovu ispitivanja prema merodavnom međunarodnom standardu EN 50483-5:2010, dobijena su sledeća zapažanja:

•    Ispitivanje se sprovodi kroz 1000 ciklusa zagrevanja na formiranoj električnoj petlji sa 6 IPC-a (Insulated Piercing Connector) istog tipa, instaliranih na odgovarajuće provodnike. Tokom ispitivanja električnog starenja kroz cikluse ubrzanog zagrevanja strujom i hlađenja IPC-a (Insulated Piercing Connector), uočena je specifična karakteristika kod konektora sa bakarnim kontaktima, koji su postavljeni na provodnike čije je jezgro od aluminijuma ili legure aluminijuma. Pre dostizanja 750 ciklusa od ukupno 1000, dolazi do prekomernog zagrevanja koje premašuje gornju dozvoljenu temperaturnu granicu.

Detaljnom analizom dijagrama ispitivanja zaključeno je da se, u toku navedenih ciklusa zagrevanja i hlađenja, jezgro aluminijumskog provodnika hladi brže u odnosu na bakarne kontakte u IPC-u (Insulated Piercing Connector). U određenoj fazi procesa, zbog nedovoljne sposobnosti bakarnih kontakata da se hlade istom brzinom kao provodnik od aluminijuma ili njegove legure, dolazi do sledećeg:

-    Nakon približno 2/3 ukupnog broja ciklusa, temperatura aluminijumskog provodnika postaje značajno niža od temperature IPC-a (Insulated Piercing Connector) sa bakarnim kontaktima. Drugim rečima, bakarni kontakti se sporije hlade i u svakom ciklusu zadržavaju blago višu temperaturu, što dovodi do njenog postepenog akumuliranja.
-    Ova pojava nije uočena kod IPC-a (Insulated Piercing Connector) sa kontaktima od aluminijumske legure koji su ugrađeni na provodnike sa aluminijumskim ili legurama aluminijuma. Takođe, znatno je manje izražena u konfiguracijama gde je jedan provodnik, najčešće glavni vod, od aluminijuma ili njegove legure, dok je drugi provodnik, najčešće odcepni, od bakra.

Kada je u pitanju brzina ugradnje, ona ne zavisi direktno od vrste materijala od kojeg je napravljen kontakt, već pre svega od dizajna, geometrije stezaljke i konstrukcije kontaktnih mostova. Savremeni trendovi u industriji, kao i težnja ka što kraćim vremenima ugradnje i većoj univerzalnosti stezaljki, doveli su do brojnih značajnih tehničkih unapređenja.

Današnji kupac očekuje da IPC (Insulated Piercing Connector) bude brz i jednostavan za ugradnju, kao i da bude konstruisan tako da omogući ispravnu instalaciju čak i u situacijama kada elektromonter, ili druga obučena osoba koja ga ugrađuje, nema dovoljno iskustva ili u datom trenutku nije u potpunosti koncentrisana. Drugim rečima, očekuje se da IPC (Insulated Piercing Connector) svojim dizajnom minimizira mogućnost greške i praktično „koriguje“ nepravilno postupanje, obezbeđujući pouzdanu ugradnju na niskonaponske (eng. Low Voltage) SKS (eng. ABC) ili slične provodnike.

Pored toga, izražen je zahtev za što većom univerzalnošću IPC-a (Insulated Piercing Connector), odnosno njegovom sposobnošću da obuhvati širi opseg preseka provodnika. Dok je prvi IPC (Insulated Piercing Connector) tipa CBS, koji se pojavio 70-ih i 80-ih godina prošlog veka, često bio deklarisan u opsegu 16–25/35–70 mm², danas su dostupni modeli koji pokrivaju znatno širi raspon, npr. 2,5–35/16–95 mm².

Ovakvo proširenje opsega i povećanje univerzalnosti značajno je olakšalo rad elektromonterima, ali je istovremeno zahtevalo i ozbiljna tehnička unapređenja i kontinuirano usavršavanje samih IPC konektora (Insulated Piercing Connector).

Pojam elektrolitičke (galvanske) korozije u kontekstu izbora materijala za kontakte u IPC-u (Insulated Piercing Connector) zahteva naglašavanje činjenice da IPC (Insulated Piercing Connector) mora imati univerzalnu primenu, odnosno, kao što je prethodno navedeno, mora ispuniti tehnički zahtev prihvatanja i aluminijumskih i bakarnih provodnika.

Da bi u tehničkom smislu došlo do pojave elektrolitičke korozije, neophodno je ispunjenje dva osnovna uslova:
1.    Postojanje dva različita (raznorodna) metala, pri čemu jedan ima ulogu anode, a drugi katode.
2.    Prisustvo elektrolita, odnosno u ovom slučaju vlažne sredine.

Kada su ovi uslovi ispunjeni, elektroni prelaze sa manje plemenitog metala (anode) ka više plemenitom metalu (katodi), koji prima elektrone. Ovaj proces dovodi do postepenog narušavanja strukture predmetnih metala. Posmatrano sa aspekta rada IPC-a (Insulated Piercing Connector), ovaj mehanizam može dovesti do degradacije kontaktne površine i formiranja lošeg električnog kontakta. Na samoj kontaktnoj tački, usled elektrolitičke korozije i razgradnje materijala, dolazi do povećanog otpora, odnosno većih gubitaka električne energije kroz njenu konverziju u toplotnu energiju. U krajnjem ishodu, ovakvi procesi mogu dovesti do ozbiljnog i trajnog narušavanja funkcionalnosti IPC-a (Insulated Piercing Connector), kao i do potencijalnih prekida u kontinuitetu električnog napajanja.

Važno je napomenuti da se ova pojava najčešće javlja nakon dužeg vremenskog perioda, odnosno u pravilu nakon 1–2 godine eksploatacije ili kasnije.

Kako bi se ovaj rizik minimizirao ili u potpunosti eliminisao, u dizajnu IPC-a (Insulated Piercing Connector) primenjuju se različita tehnička rešenja, među kojima su najznačajnija:

-    Upotreba vodonepropusne elastomerne gume koja sprečava prodor vlage do kontaktne tačke.
-    Nanošenje specijalne masti koja dodatno štiti kontaktne površine od uticaja vlage.
-    Galvansko nanošenje tankog sloja kalaja (Sn) na kontakte, bez obzira na to da li su izrađeni od bakra ili aluminijumske legure.

Kalaj (Sn) predstavlja metal koji deluje kao posredni sloj između bakra i aluminijuma, odnosno smanjuje rizik od pojave elektrolitičke korozije, a istovremeno obezbeđuje dobru električnu provodljivost.

Mere unapređenja kod nove generacije IPC-a (Insulated Piercing Connector) odnose se i na tehnološki proces izrade kućišta. Savremena rešenja podrazumevaju dvokomponentnu izradu, pri čemu je kućište izrađeno od poliamida (PA), dok je zaptivni deo od elastomera (SEBS). Ovakav dizajn je nerazdvojiv bez primene sile, što sa jedne strane otežava proces reciklaže, ali sa druge strane značajno unapređuje vodonepropusnost i pouzdanost.

Na osnovu svih iznetih saznanja u vezi sa ugradnjom na aluminijumske i bakarne provodnike, može se zaključiti da se kalajisani bakarni kontakti i kalajisani kontakti od aluminijumske legure ponašaju praktično podjednako.

Ekonomski parametar: Analizom cena obojenih metala, pre svega bakra i aluminijuma, kao i troškova postupka galvanskog kalajisanja, može se zaključiti da je aluminijum znatno povoljniji. S obzirom na to da su ostale komponente IPC-a (Insulated Piercing Connector) iste, proizilazi da su IPC (Insulated Piercing Connector) sa kontaktima od kalajisane aluminijumske legure ekonomičnije rešenje.

Parametar reciklaže: Sa stanovišta reciklaže i uticaja na životnu sredinu, može se konstatovati da obe varijante IPC-a (Insulated Piercing Connector) — sa bakarnim i sa aluminijumskim kontaktima — imaju praktično identične karakteristike i ponašanje.

-    Probijanje izolacije – nerešeno;
-    Električna provodljivost samog kontakta – bakar 1 : legura aluminijuma 0;
-    Električna provodljivost samog IPC-a (Insulated Piercing Connector) – nerešeno;
-    Brzina ugradnje – nerešeno;
-    Elektrolitička korozija – nerešeno;
-    Ekonomski parametar / cena – bakar 0, legura aluminijuma 1;
-    Parametar reciklaže i uticaja na životnu sredinu – nerešeno.

Zaključak autora – radne grupe Marel d.o.o. Srbija:

Pri definisanju tehničke specifikacije IPC-a (Insulated Piercing Connector), kupac, bez obzira na geografsko područje, može se opredeliti za bakarne ili aluminijumske kontakte u skladu sa svojim zahtevima, preferencijama i iskustvom, bez značajnog rizika i bez suštinskih razlika u kvalitetu ili performansama.