Das Fiasko der Aluminiumverkabelung

Wer sich dazu entschließt, ein Haus zu bauen, steht vor einer gewaltigen Aufgabe. Es ist schon schwer genug, als Generalunternehmer für jemand anderen aufzutreten, aber wenn man beschließt, ein eigenes Haus zu bauen, wie es meine Eltern Anfang der 1970er Jahre taten, ist es noch schwieriger. In einem informationsarmen und sich schnell verändernden Umfeld müssen eine Million Entscheidungen getroffen werden, und ein falscher Schritt kann buchstäblich etwas in Stein gemeißelt haben, mit dem Sie für immer leben müssen. Rechnet man noch das knappe Budget hinzu, mit dem meine Leute arbeiten mussten, ist es ein Wunder, dass sie so erfolgreich waren.

An einigen Stellen war es jedoch knapp. Ich kann mich daran erinnern, wie sich mein Vater über die Verkabelung im Haus den Kopf zerbrach. Die Verwendung von Aluminiumkabeln wäre weitaus günstiger gewesen, da der Preis für Kupferkabel in letzter Zeit in die Höhe geschossen ist. Er biss in den sauren Apfel und ließ den Elektriker stattdessen Kupfer verlegen, was sich letztendlich als kluge Entscheidung erwies, da Häuser, die dem Sirenenruf der billigeren Verkabelung erlegen waren, bald darauf überall in den Vereinigten Staaten in Flammen aufgehen würden.

Was in den späten 60er und frühen 70er Jahren im privaten und gewerblichen Elektrogewerbe geschah, war eine teure und in manchen Fällen tragische Lektion in Sachen Fehlertechnik. Werfen wir einen Blick darauf, wie alles passiert ist.

Um das Fiasko der Aluminiumverkabelung zu verstehen, lohnt es sich, nicht nur die materialwissenschaftlichen und elektrotechnischen Aspekte im Auge zu behalten, sondern auch die Marktkräfte, die Aluminiumverkabelungen im Wohnungsbau damals so attraktiv machten. Die weltweite Kupferproduktion war bis in die frühen 60er Jahre hoch, aber freiwillige Produktionsbeschränkungen zur Reduzierung der Überschwemmung ließen die Preise etwas ansteigen. Etwa zur gleichen Zeit steigerten die Eskalation des Vietnamkrieges und ein Boom beim Wohnungsbau die Nachfrage nach Kupfer, während die Verstaatlichung der Kupferindustrie durch ausländische Produzenten und Streiks von Bergarbeitern das Angebot verringerten. Da der Kupferpreis an beiden Enden der Angebot-Nachfrage-Gleichung unter Druck stand, verdreifachte er sich zwischen 1962 und 1964 nahezu.

Kupferdraht war lange Zeit der Standard für die Verkabelung von Abzweigleitungen in Wohn- und Gewerbegebieten, d. Elektriker kannten sich gut mit Kupfer aus, elektrische Vorschriften wurden rund um seine Leistungsmerkmale geschrieben und Gerätehersteller entwickelten Schalter, Steckdosen und Anschlüsse speziell für Kupferdraht. Doch so fest verwurzelt Kupfer auch war, die gestiegenen Preise begannen, Kupferdraht in Unobtanium umzuwandeln, und die Elektroinstallateure begannen, den Druck auf ihr Geschäftsergebnis zu spüren. Etwas musste nachgeben.

Geben Sie Aluminium ein. Aluminium ist ein ausgezeichneter elektrischer Leiter – wenn man die Edelmetalle außer Acht lässt, rangiert es in der Leitfähigkeitstabelle direkt hinter Kupfer. Aluminium wird seit langem für elektrische Leitungen verwendet, hauptsächlich jedoch von Versorgungsunternehmen für Freileitungen im Verteilungssystem, wo sein geringes Gewicht und die niedrigen Kosten große Vorteile darstellen. Aluminium wird auch im Wohnungsbau verwendet, vor allem bei den Verbindungsleitungen vom Strommast zum Zähler und weiter in den Lastschwerpunkt. Aber während Aluminium in den Abzweigleitungen mit höherer Stromstärke für elektrische Trockner und Herde üblich war, wurde es nicht für die leichteren Abzweigleitungen verwendet, die den Großteil der Verkabelung eines Hauses ausmachen. All das sollte sich ändern.

Als Reaktion auf die Kupferkrise begannen die Drahthersteller mit der Produktion von Aluminiumdrähten für 15-A- und 20-A-Abzweigstromkreise. Solche Stromkreise werden normalerweise mit Kupferdraht der Stärke 14 AWG bzw. 12 AWG verdrahtet. Aber so gut Aluminium auch leitend ist, hat es immer noch nur etwa 60 % der Leitfähigkeit von Kupfer, daher muss Aluminiumdraht für Abzweigstromkreise auf die nächste AWG-Größe erhöht werden – 12 AWG für 15-Ampere-Stromkreise, 10 AWG für 20-Ampere-Stromkreise. Die Hersteller mussten mehr Metall verwenden, aber Aluminium war so viel billiger, dass es wirtschaftlich sinnvoll war. Und so gelangte Aluminiumdraht zwischen 1965 und 1972 in zwei Millionen Haushalte in die Stromkreise von Privathaushalten.

Diese Entscheidung würde aus mehreren Gründen nach hinten losgehen. An erster Stelle stand die Aluminiumlegierung, die die Hersteller für den Draht wählten. Für Versorgungskabel wird eine Legierung namens AA-1350 verwendet. Während AA-1350 für den Einsatz in oberirdischen und unterirdischen Verteilungssystemen völlig in Ordnung ist, handelt es sich um reines Aluminium mit einigen hinzugefügten Spurenmetallen, dessen physikalische Eigenschaften sich deutlich von denen von Kupfer unterscheiden. Aufgrund seines höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten weist AA-1350-Aluminium ein erhebliches Kriechen auf, bei dem sich der Draht verformt, wenn er sich aufgrund der Erwärmung ausdehnt und zusammenzieht.

Kriechstrom kann in einer elektrischen Verbindung sehr schlimm sein. Jeder Leiter erwärmt sich, wenn mehr Strom durch ihn fließt, aber Aluminium dehnt sich aufgrund seines höheren Ausdehnungskoeffizienten stärker aus als Kupfer. Der sich ausdehnende und zusammenziehende Draht kann tatsächlich Klemmen lösen, den Draht lockern und Lichtbögen verursachen, die zu mehr Erwärmung und mehr Kriechen führen, bis schließlich eine Zündquelle in den Wänden eines Hauses entsteht.

Das Kriechen wird auch durch eine fehlerhafte Installation verschlimmert, was häufig vorkam, als Elektriker von Kupfer auf Aluminium umstiegen. Aluminium ist viel weicher als Kupfer, daher war es schwieriger, das richtige Drehmoment der Schraubanschlüsse zu erreichen. Aluminium oxidiert außerdem schnell, wenn es der Luft ausgesetzt wird, und bildet eine dünne Isolierbarriere, die den Widerstand einer Verbindung erhöhen kann. Aluminiumdrähte sollten vor dem Anschließen mit Korrosionsschutzmitteln behandelt werden, was jedoch selten der Fall war. Und die Hersteller von Steckdosen und Schaltern passten ihre Produkte nur langsam an die Anforderungen von Aluminium an, was zu zweifelhaften Verbindungen führte, die noch anfälliger für Kriechvorgänge waren.

Schließlich scheint die grundlegende Chemie ignoriert worden zu sein. Denken Sie daran, dass galvanische Effekte immer dann auftreten, wenn unterschiedliche Metalle miteinander in Kontakt kommen. Alles, was nötig ist, um Korrosion auszulösen, ist ein wenig Elektrolyt, wie kondensierender Wasserdampf aus warmer, erhitzter Luft, der in eine kalte Außenwand und Verkabelung eindringt. Korrodierte Verbindungen sind Verbindungen mit hohem Widerstand und vorhersehbaren Ergebnissen.

Als mit Aluminium verkabelte Häuser zu brennen begannen, bemerkten Feuerwehrleute und Versicherungssachbearbeiter das Problem, und die Zeiten, in denen Häuser mit AA-1350 verkabelt wurden, gingen zu Ende. Bis 1972 hatte die Elektroindustrie die Aluminiumverkabelung überarbeitet, angefangen bei überarbeiteten Elektrovorschriften, die neue Formeln für die Dimensionierung von Aluminiumkabeln vorgaben, bis hin zu den Geräteherstellern, die ihre Produkte so umstellten, dass sie mit Aluminiumkabeln kompatibel waren. Auch die Drahthersteller änderten ihre Produkte und entwickelten neue Legierungen der AA-8000-Serie, bei denen Eisen in die Mischung eingearbeitet wurde, um die Kriechneigung zu verringern.

Allerdings sparte dies nichts an Aluminium in den Nebenstromkreisen ein. Mitte der 70er-Jahre war bei Neubauten in den meisten Nebenstromkreisen kein Aluminium mehr vorhanden, doch der Schaden war bereits angerichtet. Es gab eine riesige installierte Basis an Aluminiumkabeln, und Häuser aus dieser Zeit werden von Hausinspektoren einer strengen Prüfung unterzogen, wenn sie den Besitzer wechseln. Das Fiasko bei der Aluminiumverkabelung brachte eine Reihe von Produkten hervor, um das Risiko zu mindern, von unglaublich teuren Steckverbindern bis hin zu speziellen Crimps, die den Aluminiumdraht kalt mit Kupferlitzen verschweißen. Auch die vollständige Entfernung der Aluminiumverkabelung des Abzweigstromkreises und deren Ersetzung durch Kupfer ist eine Option, wenn auch eine teure und störende.

Der Vorstoß der Branche in den Bereich Aluminium erwies sich als kostspielige Lektion darüber, was passieren kann, wenn Marktkräfte mit bewährten technischen Verfahren kollidieren.