Vodič (elektrotechnický výrobek)

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Izolovaný elektrický vodič

Vodič je v elektrotechnice název výrobku na základě elektricky vodivého materiálu, který slouží k přenosu elektrického proudu a napětí.

Jádra vodičů[editovat | editovat zdroj]

Jádra vodičů se vyrábějí z elektricky vodivých materiálů, převážně kovů.

Materiál jader[editovat | editovat zdroj]

Bude-li vodič sloužit k přenosu silové a signální (sdělovací) elektřiny, je vhodné použít materiál s dobrou vodivostí:

  • měď se využívá nejčastěji. Může být holá nebo pokovená (cínem, stříbrem atd.). Její výhodou je kromě vodivosti také vysoká pevnost a houževnatost, se kterou vodič velmi dobře odolává ohybům;
  • hliník se používá v menší míře, a to převážně pro energetické aplikace. Oproti mědi má nižší vodivost, ale je mnohem lehčí a je tak vhodný třeba pro závěsná vedení; jeho mechanické vlastnosti jsou mnohem horší než mědi: při opakovaném ohnutí se láme, pod tlakem se vymačkává (teče); podobně se chová při větším proudu; to může vést k uvolnění z mechanických svorek, jiskření a vzniku požáru
  • bronz a mosaz - pro potřeby pevnějších jader s vysokou vodivostí, dříve např. pro telefonní vedení;
  • poměděná ocel - pro potřeby pevnějších a levnějších jader bez vysokých nároků na vodivost (včetně levných anténních koaxiálů);
  • pocínovaná ocel je využívána na přívodní vodiče pro rozbušky, slangově zvané "palníky";
  • uhlíková nit je nekovové jádro, vhodné k přenosu vysokonapěťových výbojů v zapalovacích kabelech u motorů, protože podstatně snižuje elektromagnetické rušení do okolí motoru;
  • konstantan, slitiny niklu atd. - pro topné a vyhřívací vodiče;
  • ocel pro speciální aplikace, například železniční zabezpečovací systémy
  • atd.

Průřezy jader[editovat | editovat zdroj]

Na základě mezinárodní technické normalizace, vzešlé z IEC již v době mezi světovými válkami, se pro vodiče a kabely používají tzv. jmenovité průřezy. Výrobci nejsou povinni vyrábět vodič tak, aby jeho geometrický průřez byl číselně roven jmenovité hodnotě, ale musí splnit jiné požadavky - příslušné předmětové normy (např. ČSN EN 60228) stanoví pro každý jmenovitý průřez nejvyšší povolený odpor a nejvyšší možný průměr jádra, resp. použitých drátků. Není-li tedy skladba jádra stanovena přísněji, záleží jeho složení na vůli výrobce tak, aby splnil tento předpis. Velkou roli v tom totiž hraje například čistota kovu jádra.

Laicky známé jsou průřezy silových vodičů 0,5 - 0,75 - 1 - 1,5 - 2,5 - 4 - 6 - 10 mm2, v signální technice se používají i malé průřezy 0,14 - 0,22 - 0,35 - 0,5 - 0,75 - 0,85, v energetice naopak velké průřezy 10 - 16 - 25 - 35 - 50 - 70 - 95 - 120 - 150 - 185 mm2 i více. Mimoto jsou normalizované i jiné průřezy, které se používají zřídka - například 0,6,- 2- nebo 8 mm2.

Odlišné systémy značení[editovat | editovat zdroj]

  • American Wire Gauge zkráceně AWG je způsob značení průměru vodičů, používaný především v USA. Označení neudává přímo rozměr v délkových jednotkách, ale odvozuje ho od základního rozměru podle počtu průchodů výsledného vodiče tažícím zařízením při výrobě. Protože tento systém je v USA stále používán, existují převodní tabulky, ze kterých lze vyčíst průměr (průřez) vodiče popsaného některým stupněm AWG. Tabulka je například na

http://www.kabelyvodice.cz/technicka-podpora/tech_awg-prurezy.php

Skladba jader vodičů[editovat | editovat zdroj]

  • plné jádro - takové jádro má podobu jednoho kulatého drátu. ČSN EN 60228 taková jádra řadí do třídy 1, zvykově se také tato jádra označují zkratkou RE - ta je převzata z němčiny a znamená rund, eindrähtig. Anglicky se tato jádra označují round single wire. Obvykle se toto jádro používá např. pro silové úložné kabely menších průřezů, pro sdělovací rozvody atd.
  • lanované jádro - vznikne tím, že se dohromady složí šest až sedm drátků, případně devatenáct, a stočí se do pravidelné šroubovice. ČSN EN 60228 je řadí do třídy 2, pro vodiče v automobilovém průmyslu se užívá název pravidelné lanko neboli skladba typu A, a to podle německé normy LV 112. Obvykle se používá pro vyšší průřezy silových kabelů.
  • ohebné jádro - vznikne obdobně jako lanované, ale počet drátků není přesně dán a může být libovolný (tak, aby vodič splňoval požadavky maximálního elektrického odporu pro daný průřez). Podle ČSN EN 60228 jsou to jádra třídy 5, neoficiální název je sypané lanko, u autovodičů se používá název skladba typu B. Obvykle se používají např. pro pohyblivé silové přívody. Pro lanovaná a ohebná jádra se společně používá i zvyková německá zkratka RM - rund, mehrdrähtig.
  • vysoce ohebné jádro - podle ČSN EN 60228 jádra třídy 6. Neoficiální název je kartáčové lanko a používají se pro vodiče, u kterých je požadována zvlášť vysoká ohebnost (např. audiokabely nebo k pohyblivým částem strojů). Německá zkratka RF - rund, feindrähtig.
  • sektorové jádro - jádro nekulatého tvaru, zpravidla má profil kruhové výseče tak, aby při použití v kabelu do sebe jednotlivé žíly dobře zapadly a snížil se tak výsledný průměr kabelu. Tato jádra jsou specialitou pro energetické kabely vysokých průřezů (zhruba 80 mm2 a výše). Mohou být buď z přelisovaného jednodrátu (německá zkratka SE - sektor, eindrähtig), nebo mohou být složena z více drátů (německá zkratka SM - sektor, mehrdrähtig).
  • komprimovaná jádra - vzniknou tak, že se složené (lanované nebo ohebné) jádro finalizuje protažením skrz užší profil a tím se slisuje, čímž dojde ke zpevnění jádra a zmenšení průměru bez snížení vodivosti.
  • další tvary - tyč, pásek, kolejnice atd.

Dimenzování průřezu vodičů[editovat | editovat zdroj]

Při průchodu elektrického proudu vznikají ve vodiči ztráty.Tyto ztráty navíc u běžných vodičů rostou s teplotou. Ztráty mohou při nesprávném dimenzování vést k přehřívání izolace a k jejímu zrychlenému stárnutí, v extrémním případě může dojít i k poškození kabelu "shořením" izolace. Při určování průřezu vodičů by měly být zohledněny následující faktory:

  • maximální procházející proud (bývá určený jistícím prvkem)
  • způsob uložení vodiče (lepší chlazení znamená možnost vyššího zatížení)
  • teplota okolí
  • souběžné uložení více kabelů (sousední kabely zhoršují chlazení a generují teplo)
  • izolace vodiče (tepelná vodivost a tepelná odolnost)
  • vliv prostředí z požárního hlediska
  • povolený úbytek napětí na vodiči
  • vliv skin efektu

Běžné domácí elektrické instalace používají pro proud 10 A měděné kabely s průřezem 1,5 mm2 (světelný rozvod), pro zásuvkové rozvody s maximálním zatížením 16 A se používají měděné kabely s průřezem 2,5 mm2. V průmyslových rozvodech záleží na typu použitých kabelů a způsobu uložení[1][2].

Rozdělení vodičů podle izolace[editovat | editovat zdroj]

Stíněný plášťovaný vodič = koaxiální kabel

Holé vodiče[editovat | editovat zdroj]

Tyto vodiče se používají tam, kde za běžných podmínek (včetně tzv. podmínek jedné poruchy) nehrozí nežádoucí chování vodiče (bezprostřední ohrožení života a zdraví, zkrat apod.) nebo tam, kde je naopak žádoucí, aby vodivé jádro bylo přístupné přímo. Může jít například o:

  • Holý měděný drát kruhového průřezu - užívá se k výrobě spojek uvnitř rozvaděčů
  • Měděné tyče obdélníkového nebo obecně nekruhového průřezu - na přípojnice uvnitř rozvoden, rozvaděčů, jako součást přípojnicových rozvodů, kterými se napájejí stroje v průmyslových provozech
  • Měděné pletivo - pás spletený z tenkých měděných drátků, používá se k propojení kovových dveří nebo oddělitelných krytů různých strojů a rozvaděčů
  • Trolejový drát - drát s rybinovou upevňovací drážkou, slouží jako vrchní napájecí vedení na elektrifikovaných drahách (tramvaje, trolejbusy, elektrifikované železnice, starší typy mostových jeřábů)
  • Lana pro vzdušná vedení VN a VVN, jádro je tvořeno pevným ocelovým lanem, opleteným hliníkovými vodiči
  • Hromosvodní drát - ocelový, žárově pozinkovaný drát průměru 8 až 10 mm používaný na svody systémů ochrany před atmosférickým přepětím
  • Zemnící páska - ocelová, žárově pozinkovaná páska k uložení do základů budov a k propojení jednotlivých svodů bleskosvodu
  • Odporová vlákna ze slitin železa - pro žhavící spirály žárovek, zářivek a elektronek
  • Odporové dráty (pásky) také ze slitin železa - pro topné elementy v zařízeních pro elektrické topení (akumulační kamna, vzduchové clony), případně jako brzdové odpory ve vozidlech elektrické trakce
  • Ostatní holé, neizolované vodiče
    • Kolejnice na elektrifikovaných železnicích, v metru a tramvajových tratích. Ocelové kolejnice tvoří jeden přívodní vodič, druhým přívodním vodičem je trolej, jako vrchní napájecí vedení
    • Vodiče vytvořené jako součást motivu plošného spoje

Izolované vodiče[editovat | editovat zdroj]

Pokud je to potřeba, bývá vlastní vodivý materiál obalen izolační vrstvou, jejímž účelem je zabránit zkratům, v agresivním prostředí prodloužit životnost vodiče, a zejména pak u vyšších napětí (nad 50 V~ a 60 V=) zabránit ohrožení osob.

Vodiče s plastovou izolací[editovat | editovat zdroj]

Na jádro takového vodiče se v tzv. extruderu nanáší za vysoké teploty (podle druhu materiálu zhruba od 130 po 420 °C) roztavený plast - nejčastěji měkčené PVC (běžné nebo bezhalogenové), pro kabely s vyšší teplotní odolností polyetylen (obyčejný nebo radiačně zesítěný), pro energetické kabely HFFR, EVA (etylenvinylacetát), polyamid, FEP, teflon atd. Specialitou pro vodiče s vysokou tepelnou odolností je izolace ze silikonového kaučuku, která se nanáší obdobně jako ostatní plasty, ale děje se tak za běžné pokojové teploty a teprve poté se izolace na vodiči vypaluje v horkovzdušném tunelu.

Vodiče s minerální izolací[editovat | editovat zdroj]

Vodiče pro vinutí elektrických strojů točivých i transformátorů jsou obaleny tkanicí ze skelných vláken prosycených pryskyřicí. Izolační materiál je příbuzný materiálu, který se používá pro výrobu plošných spojů. Jde vesměs o vodiče větších průřezů obdélníkového tvaru.

Vodiče s lakovou izolací[editovat | editovat zdroj]

Tyto vodiče se nazývají smaltované a používají se například pro vinutí elektromotorů a alternátorů - velmi dobře odolávají vysokým teplotám a mechanickému namáhání.

  • Lakované vodiče s tepelně odolným lakem - pro vinutí pracující za vyšších teplot (typicky v teplotních třídách H nebo C). Pro připojení konců vinutí z těchto vodičů je nutné izolaci mechanicky odstranit
  • Pájitelné (samopájitelné) vodiče - lak je stabilní při provozní teplotě, ale při zahřátí páječkou se rozteče a odkryje povrch vodiče. Při zapojování konců vinutí z tohoto typu vodiče není nutné mechanické odstranění izolace.
  • Spékatelné vodiče - mimo vrstvu, která funguje jako závitová izolace je vodič opatřen další vrstvou, kterou lze po navinutí tepelně vytvrdit, spéct. Tím se zlepší izolační vlastnosti výsledného vinutí a zvýší mechanická tuhost vinutí. Tato úprava může nahradit v řadě případů vakuotlakovou impregnaci vinutí.

Vodiče s textilní izolací[editovat | editovat zdroj]

Tato izolace může být nanesena opředením nebo opletením.

Barvy izolace[editovat | editovat zdroj]

Elektrická šňůra se 3 vodiči s různými barvami izolace; zeleno-žlutý vodič je ochranný (hovorově uzemnění nebo zem).

Izolace vodičů je různobarevná. Na základě přijaté ČSN IEC 757 jsou od roku 1996 definovány tyto základní barvy (v závorce používaná zkratka):

  • černá (č) - black (BK)
  • hnědá (h) - brown (BN)
  • rudá (r) - red (RD); český název "červená" barva se v kabelařině zásadně nepoužívá, aby nedošlo k záměně s pojmem "černá".
  • oranžová (or) - orange (OG)
  • žlutá (žl) - yellow (YE)
  • zelená (z) - green (GN)
  • modrá (m) - blue (BU)
  • fialová (f) - violett (VT)
  • šedá (š) - grey (GY)
  • bílá (b) - anglicky white (WH)
  • růžová (ru) - pink (PK)
  • zlatá (zla) - golden (GD)
  • tyrkysová (t) - turquoise (TQ)
  • stříbrná (stř) - silver (SR)

Kabelářská výroba pak přidala ještě další barvy, na které IEC v původním dokumentu z roku 1983 nepomyslel:

  • světle hnědá (sh) - tan (TA)
  • světle modrá (sm) - light blue (LB)
  • bezbarvá transparentní (tt) - transparent (TT).

Barvy pak lze vzájemně kombinovat - jedna barva se použije jako základní (75 - 85 % povrchu) a druhá jako přístřiková (15 - 25 % povrchu). Toho využívají zejména výrobci automobilů - vzhledem ke stále rostoucímu množství elektrických obvodů v autech rostou i nároky na rozlišitelnost obvodů a tak se dnes setkáváme již s několika stovkami typů kombinací.

Ovšem v silových rozvodech je jediná přípustná barevná kombinace povolena pro žlutou a zelenou barvu, jejichž vzájemný poměr musí být mezi 30 a 70 % a které se smí použít výhradně jako ochranný vodič.

Třídy teplotní odolnosti izolace[editovat | editovat zdroj]

Pro vinutí elektrických strojů točivých i netočivých je běžné udávat nejvyšší přípustnou teplotu písmenným kódem, takzvanou teplotní třídou (třídou teplotní odolnosti). Teplota se určuje měřením odporu vinutí.

Teplotní třídy
Třída Teplota [°C]
Y 90
A 105
E 120
B 130
F 155
H 180
C >180

Možné výrobní operace s vodiči[editovat | editovat zdroj]

Pokud není vodič již finálním výrobkem, lze s ním provádět další operace.

Párování, stáčení a twistování[editovat | editovat zdroj]

Sdělovací UTP kabel se čtyřmi nestíněnými "twisted" páry

Je-li mechanicky spojeno více vodičů dohromady do šroubovice, už zpravidla nemluvíme o vodičích, ale o tzv. žilách. Pokud jsou pouze stočeny a jsou takto uváděny na trh, jedná se o twist. Pokud však jde jen o výrobní polotovar, říkáme mu duše. Samostatnou kapitolou jsou potom nízkofrekvenční sdělovací kabely podle ČSN IEC 189, kde se nejprve stočí žíly do páru, případně do čtyřky, a pak se z nich vytváří duše mající i několik desítek žil.

Opláštění[editovat | editovat zdroj]

Kulatá a plochá šňůra

Vodič lze oplášťovat, a to i několikanásobně. Opláštěním duše z žil s plnými jádry vznikne kabel, opláštěním duše s žílami z ohebných vodičů vznikne šňůra, zpravidla o kruhovém profilu.

Je ale možné opláštit i žíly paralelní, tedy nestáčené do šroubovice. Vznikne tak plochý kabel (vhodný např. pod omítku), resp. plochá šňůra (např. k televizoru nebo do výtahu).

Stínění[editovat | editovat zdroj]

Stíněná šňůra

Pokud je to žádoucí z elektrotechnických důvodů, např. kvůli elektromagnetickému odrušení, lze vodič takzvaně odstínit tím, že se okolo něj vytvoří dutinka z vodivého materiálu - nejčastěji opět z holé nebo pokovené mědi. Dutinku lze vytvořit:

  • opletením (drátky jsou okolo vodiče naváděny střídavým směrem a vytvoří mřížku);
  • opředením (drátky jsou okolo vodiče navíjeny rovnoběžně a vytvoří spirálu);
  • olisováním (přiložením vodivé hliníkové nebo cínové fólie).

Stínit lze jednotlivé vodiče, twisty, duše i celý kabel.

Související články[editovat | editovat zdroj]

Literatura[editovat | editovat zdroj]

  • ČSN 33 0165:92 (+ změny) - Elektrotechnické předpisy. Značení vodičů barvami nebo číslicemi. Prováděcí ustanovení
  • ČSN 33 0166 ed.2:02 - Označování žil kabelů a ohebných šňůr
  • ČSN 33 2000 (soubor) - Elektrické instalace nízkého napětí
  • ČSN 34 7410 (soubor) - Kabely a vodiče izolované PVC pro jmenovité napětí do 450/750 V
  • ČSN EN 60228:06 - Jádra izolovaných kabelů
  • ČSN IEC 304:96 - Normalizované barvy izolace nízkofrekvenčních kabelů a vodičů
  • ČSN IEC 757:96 - Elektrotechnické předpisy. Kód pro označování barev

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. Dimenzování a jištění elektrických vedení, VŠB Ostrava, Mlčák/Vrána
  2. Dimenzování průřezu kabelu podle elektronika-me-hobby.8u.cz

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]