アルミ配線の大失敗

家を建てようと決心した人は、困難な課題に直面します。 他人のゼネコンを務めるだけでも十分大変ですが、1970年代初頭に私の両親がそうしたように、自分で家を建てると決めた場合はさらに大変です。 情報が不足し、急速に変化する環境では、何百万もの決断を下す必要があり、一歩間違えると、永遠に耐えなければならない何かが文字通り石を投げられる可能性があります。 私の家族が苦労しなければならなかったわずかな予算を加えれば、彼らがこれほどの成功を収めることができたのは不思議です。

しかし、いくつかの場所では危機一髪だった。 父が家の配線に頭を悩ませていたことを思い出します。 銅線の価格が最近高騰しているため、アルミニウム線を使用した方がはるかに安かったでしょう。 彼は思い切って電気技師に代わりに銅線を設置してもらったが、結果的には賢明な選択となった。なぜなら、より安価な配線を求めるサイレンの呼びかけに屈した家々が、その後すぐに全米で火災を起こし始めるからである。

60 年代後半から 70 年代前半に住宅用および商業用電気業界で起こったことは、故障工学における高額な、そして場合によっては悲劇的な教訓でした。 すべてがどのように起こったかを見てみましょう。

アルミニウム配線の大失敗を理解するには、材料科学と電気工学の問題だけでなく、当時の住宅建設におけるアルミニウム配線を非常に魅力的なものにした市場原理にも留意することが重要です。 世界の銅生産量は60年代初頭まで高かったが、供給過剰を削減するための自主的な生産制限により価格が若干上昇した。 ほぼ同時期に、ベトナム戦争の激化と住宅建設ブームにより銅の需要が増加する一方、海外生産者による銅産業の国有化や鉱山労働者によるストライキにより供給が逼迫した。 需要と供給の関係の両端が圧迫されたため、銅の価格は 1962 年から 1964 年の間にほぼ 3 倍になりました。

銅線は長い間、住宅用および商業用の分岐回路配線、つまり負荷センターから建物周囲の照明やコンセントまでの配線の標準となってきました。 電気技師は銅についてよく知っており、電気規格は銅の性能特性に基づいて作成され、機器メーカーは銅線専用のスイッチ、コンセント、コネクタを設計しました。 しかし、銅が定着したのと同様に、価格の上昇により銅線がアンオブタニウムに変わり始め、電気請負業者は収益の圧迫を感じ始めました。 何かを与えなければなりませんでした。

アルミを投入。 アルミニウムは優れた電気導体であり、貴金属を無視すると、導電率チャートでは銅のすぐ下にランクされます。 アルミニウムは電気配線に長い間使用されてきましたが、主に配電システムの架空配線に電力会社によって使用されており、軽量で低コストであることが大きな利点です。 アルミニウムは住宅建築でも使用されており、主に電柱からメーター、さらには負荷センターに至る引込み部分に使用されています。 しかし、アルミニウムは電気ドライヤーやレンジの高アンペアの分岐回路配線にはよく使われていましたが、住宅の配線の大部分を占める軽量の分岐回路にはアルミニウムが使用されていませんでした。 すべてが変わろうとしていました。

電線メーカーは、銅危機に対応して 15 A および 20 A 分岐回路用のアルミニウム電線の生産を開始しました。 このような回路は通常、それぞれ 14 AWG と 12 AWG の銅線で配線されます。 しかし、アルミニウムは導体としては優れていますが、導電率は銅の約 60% にすぎません。そのため、分岐回路用のアルミニウム線は、次の AWG サイズ (15 アンペアの回路では 12 AWG、20 アンペアの場合は 10 AWG) にステップアップする必要があります。 メーカーはより多くの金属を使用する必要がありましたが、アルミニウムは非常に安価であったため、経済的に合理的でした。 そして、1965 年から 1972 年の間に 200 万世帯に合わせて、アルミニウム線が住宅の分岐回路に普及し始めました。

この決定はいくつかの理由で裏目に出ます。 最も重要なのは、メーカーがワイヤーとして選択したアルミニウム合金でした。 電線にはAA-1350という合金が使用されています。 AA-1350 は架空および地下配電システムでの使用にはまったく問題ありませんが、微量金属が添加された必須の純アルミニウムであり、その物理的特性は銅とは著しく異なります。 AA-1350 アルミニウムは熱膨張係数が高いため、加熱によりワイヤが膨張および収縮するときに変形する顕著なクリープを示します。

電気接続ではクリープが非常に悪くなる可能性があります。 どの導体も、より多くの電流が流れると発熱しますが、アルミニウムは膨張係数が高いため、銅よりも膨張します。 ワイヤーの伸縮によって実際に端子のネジが緩み、ワイヤーが緩んでアークが発生し、加熱とクリープが増大し、最終的に家の壁の内側に発火源が発生する可能性があります。

クリープは不適切な設置によっても悪化します。これは、電気技師が銅からアルミニウムに切り替えたときによく発生する傾向がありました。 アルミニウムは銅よりもはるかに柔らかいため、ネジ終端の適切なトルクを達成するのが困難でした。 また、アルミニウムは空気にさらされると急速に酸化し、薄い絶縁バリアを形成し、接続の抵抗が増加する可能性があります。 アルミニウム線は端末処理前に防食化合物で処理されることになっていましたが、実際に処理されることはほとんどありませんでした。 また、コンセントやスイッチのメーカーは、製品をアルミニウムのニーズに適応させるのが遅れ、その結果、さらにクリープが発生しやすい危険な接続が発生しました。

最後に、基本的な化学は無視されているようです。 異種金属が互いに接触すると必ずガルバニック効果が発生することを思い出してください。 腐食を引き起こすために必要なのは、冷たい外壁や配線に浸透する暖かい加熱された空気からの水蒸気を凝縮させるような、少量の電解質だけです。 腐食した接続は高抵抗の接続であり、結果は予測可能です。

アルミニウム配線の家が燃え始めたため、消防署員や保険査定人はその問題に気付かずにはいられなくなり、家に AA-1350 を配線する時代は終わりを告げました。 1972 年までに、電気業界はアルミニウム配線の刷新を行い、アルミニウム配線のサイジングの新しい公式を規定する改訂された電気規定から直接、機器メーカーに向けてアルミニウム配線と互換性のある製品に変更しました。 ワイヤー メーカーも製品を変更し、クリープの傾向を軽減するために混合物に鉄を組み込んだ新しい合金を AA-8000 シリーズで考案しました。

しかし、これによって分岐回路のアルミニウムが節約されることはありませんでした。 70 年代半ばまでに、新築の分岐回路のほとんどからアルミニウムが使用されなくなりましたが、損傷が起こる前にはアルミニウムは使用されていませんでした。 アルミニウム配線が大量に設置されており、当時の家は、家が変わるときに住宅検査官によって厳しい検査を受けます。 アルミニウム配線の大失敗により、そのリスクを軽減するために、非常に高価なコネクタからアルミニウム線を銅のピグテールに冷間圧着する特殊な圧着品に至るまで、さまざまな製品が生み出されました。 アルミニウムの分岐回路配線を完全に取り外して銅に置き換えるという選択肢もありますが、費用がかかり、混乱が生じます。

業界のアルミニウムへの進出は、市場の力がエンジニアリングのベストプラクティスと衝突した場合に何が起こり得るかについて、高くつく教訓となったことが判明した。