Přenos energie je velmi důležitým a současně ožehavým tématem. Přestože elektřinu odebíráme ze zásuvky, není zásuvka vždycky přesně tam, kde ji právě potřebujeme. S průřezem vodičů těchto kabelů si dělá starosti málokdo, protože ten zde hraje spíše podřadnou roli. Jinak je tomu, když je například potřeba namontovat do vozidla výkonný zesilovač. Zde hraje průřez elektrického kabelu enormně důležitou roli.
Rozdíly mezi kabelem a vodičem
V běžném hovoru nám výrazy „kabel“ a „vodič“ často splývají a používáme je jako synonyma. To se pak většinou odráží i na pojmech jako „průřez kabelu“ nebo „průřez vodiče“. Když se ale podíváme podrobněji, určité rozdíly tu jsou.
- Průřez kabelu představuje celou řeznou plochu kompletního kabelu včetně izolace a opláštění (1).
- Naproti tomu průřez vodiče označuje průřez elektrického vodiče, resp. jednotlivých žil (2).
Pokud kabel přeřízneme jemnou pilkou, čistě a v pravém úhlu vůči podélnému směru, vypadají žíly jako kulaté řezné plochy. Pokud k oddělení vedení použijeme kleště štípačky, kulaté řezné plochy se nevytvoří.
Vliv průřezu vodiče na proudovou zatížitelnost
Elektrický kabel můžeme srovnat s vodovodní trubkou. Čím větší má trubka průměr, tím více vody jí může protéci. U elektrického kabelu to funguje úplně stejně. Čím větší má průměr, a tady i průřez vodiče, tím vyšší je jeho maximální proudová zatížitelnost. Tenký kabel, nebo tlustý kabel?
Průřez vodiče je velmi důležitým parametrem při distribuci elektrického proudu. Čím je větší procházející proud, tím více se vodič zahřívá a tím větší jsou na něm ztráty.
Čtěte také: Typy vrtáků do betonu 40mm
Příklad výpočtu průřezu kabelu
Měděný kabel pro připojení zesilovače v osobním vozidle s 12V palubní sítí má délku 10 metrů (5 m kladné vedení a 5 m záporné vedení). Při průřezu vodiče 10 mm² mají oba vodiče dohromady průměrný odpor 0,017 Ω. Jestliže má zesilovač příkon 720 W, protéká oběma kabely proud (I) maximálně 60 ampérů (A). Za použití Ohmova zákona R = U : I, resp. I = P : U vypočítáme proud. Podle vzorce I = P : U protéká při příkonu 720 W maximální proud 60 A.
Kladný vodič se připojí přímo na baterii a je veden k zesilovači. Potřebná délka činí v tomto příkladu 4,5 m. Záporný vodič má délku 0,5 m a je v zavazadlovém prostoru připojený přímo ke kostře vozidla. Odpor karoserie zavazadlového prostoru vůči zápornému pólu baterie je tak nízký, že ho v tomto případě můžeme ignorovat.
Přestože jsou oba kabely poměrně krátké, úbytek napětí se při maximální intenzitě proudu výrazně projeví. Úbytek napětí ve vedení, a tedy snížené elektrické napájení spotřebiče nicméně není ten největší problém! V takovém případě má zkrátka reproduktor jen nižší výkon. Mnohem větší problém se ukáže, když se podíváme na ztráty výkonu na obou kabelech. U vysokých hodnot proudu (60 A) se totiž nezanedbatelná část přenášené energie promění v teplo.
Z tohoto ukázkového výpočtu zcela jasně vyplývá že, čím větší je průřez kabelu, tím menší jsou úbytky napětí a vývin tepla u kabelu. Společně s průřezem vodiče nicméně dramaticky stoupá také cena kabelu. Z tohoto důvodu představuje optimální průřez kabelu, resp. správný kabel vždy určitý kompromis. Nesmí být poddimenzovaný, protože jinak by byly ztráty na vedení příliš velké a v nejhorším případě by hrozilo akutní nebezpečí vzniku požáru.
Maximální pokles napětí nesmí překročit 2 % ze 12 V, tedy 0,24 V. V našem ukázkovém výpočtu jde o již zmíněný zesilovač, který má být umístěný v zavazadlovém prostoru vozidla. Zesilovač bude napájen z 12V palubní sítě a má příkon 720 W.
Čtěte také: Rozměry a cena betonové skruže 50 cm
Výpočet průřezu kabelu
Pro výpočet průřezu kabelu lze na internetu najít několik on-line kalkulaček. Abychom mohli výpočet průřezu kabelu provést správně, musíme nejprve zjistit maximální délku kabelu a maximální proudové zatížení. Kromě toho existuje pro každý druh napětí vlastní vzorec.
Pokud provozujeme indukční zátěž, například elektromotor, na střídavém napětí, proud a napětí jsou vzájemně fázově posunuté. Elektrická účinnost, resp. účiník spotřebiče se zohledňuje ve vzorci jako cos φ (kosinus fí). V případě třífázového proudu jsou spotřebiče provozovány na třech fázích.
Průřez kabelu se uvádí v milimetrech čtverečních (mm²). Protože jsou průřezy kabelu, které jsou k dispozici, navzájem odstupňované, musíme vždy použít nejbližší hodnotu. Běžně používané průřezy kabelů jsou 0,75 mm², 1,5 mm², 2,5 mm², 4 mm², 6 mm², 10 mm², 16 mm² nebo 25 mm². Kabely s ještě většími průřezy používají většinou jen profesionální uživatelé.
Délku kabelu lze změřit klasickým způsobem. Pro výpočet průřezu musí být uvedeno maximální proudové zatížení v ampérech (A). Údaje najdete buď na typovém štítku spotřebiče, nebo v technických podkladech. Pokud je uvedený jen výkon (P) a provozní napětí (U), je nutné nejprve vypočítat proud podle vzorce I = P : U.
V případě třífázového proudu se nepoužívá napětí mezi jednou fází, resp. vnějším vodičem a nulovým vodičem, ale rozdíl napětí mezi třemi fázemi. Z tohoto důvodu se ve vzorci nepracuje s dvojitou délkou kabelu, ale s faktorem řetězení. Specifická vodivost vodiče (kappa) závisí na použitém materiálu. Měď má - v závislosti na čistotě a teplotě - vodivost 58 siemens na metr (S/m). Stříbro má s hodnotou 62 S/m výrazně lepší vodivost. Hliník se se svými 37 S/m pohybuje ještě pod oběma těmito materiály.
Čtěte také: Betonové skruže – rozměry a cena
Reciproční hodnota vodivosti se také označuje jako specifický odpor. Elektrická účinnost udává u elektrického spotřebiče poměr mezi činným výkonem a zdánlivým výkonem. Potřebné údaje lze najít přímo na typovém štítku motoru nebo je možné je převzít z datového listu. Přijatelný úbytek napětí udává, o jak velké provozní napětí smíme přijít kvůli odporu vedení. Pro kritické spotřebiče, jako jsou nabíječky nebo síťové adaptéry, by neměl úbytek napětí činit více než 2 %. U nekritických spotřebičů, jako jsou například lampy, může přijatelný úbytek napětí dosahovat až 4 %.
Některé vzorce pro výpočet průřezu nevyžadují úbytek napětí ve voltech, ale faktor odchylky (např. 0,02 odpovídá 2 %) a výšku provozního napětí. V případě střídavého a třífázového proudu lze průřez kabelu vypočítat pomocí výše uvedených vzorců a podle stejného schématu jako u příkladu se spotřebičem na stejnosměrný proud. Výsledek nicméně slouží jen jako hrubá orientační hodnota.
Doporučené průřezy vodičů
Odborníci v oblasti elektroinstalací přesně znají relevantní předpisy, a tedy vědí, který kabel se hodí pro příslušný úkol a jak velký musí být předepsaný průřez. Na tuto otázku nelze dát jednoduchou odpověď, protože průřez kabelu závisí výhradně na proudu a délce kabelu. Z toho vyplývá úbytek napětí, který by měl být co nejnižší.
Velký autozesilovač potřebuje při 12 V v závislosti na výkonu kabel o průřezu 10 mm², 20 mm² nebo ještě větším. Naproti tomu úsporná 5mm LED, provozovaná přes předřadný odpor, může být ve vozidle bez problému připojená vodičem o průřezu 0,14 mm², protože zde protéká jen velmi malý proud.
Mezní hodnoty zatížení měděných (Cu) izolovaných (PVC) vodičů a kabelů v závislosti na jejich průřezu. Tyto hodnoty jsou udávány při nejvyšší provozní teplotě v instalovaném prostředí. Max. proud se liší dle uložení vodičů, počtu vodičů a provedení izolace vodičů. S větším počtem vodičů vzniká více tepla. Tabulky uvádí max. střídavý proud v jednom vodiči při uložení 3 vodičů vedle sebe.
Tabulka průřezu vodičů a kabelů pro dané proudové zatížení
Kabely nebo vodiče volně ložené
| Průřez S (mm²) | Měděný vodič | Hliníkový vodič | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Proud (A) | Výkon v kW (230 V) | Výkon v kW (400 V) | Proud (A) | Výkon v kW (230 V) | Výkon v kW (400 V) | |
| 0,5 | 11 | 2,4 | - | - | - | - |
| 0,75 | 15 | 3,3 | - | 11 | 2,4 | - |
| 1,5 | 23 | 5 | 8,7 | 17 | 3,7 | 6,4 |
| 2,5 | 30 | 6,6 | 11 | 22 | 4,8 | 8,2 |
| 4 | 41 | 9 | 15 | 32 | 7 | 12 |
| 6 | 50 | 11 | 19 | 39 | 8,5 | 14 |
| 10 | 80 | 17 | 30 | 60 | 13 | 22 |
| 16 | 100 | 22 | 38 | 75 | 16 | 28 |
| 25 | 140 | 30 | 53 | 105 | 23 | 39 |
| 35 | 170 | 37 | 64 | 130 | 28 | 49 |
Kabely (nebo vodiče) uložené v trubce
| Průřez S (mm²) | Měděný vodič | Hliníkový vodič | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Proud (A) | Výkon kW (230 V) | Výkon kW (400 V) | Proud (A) | Výkon kW (230 V) | Výkon kW (400 V) | |
| 0,5 | - | - | - | - | - | - |
| 0,75 | 11 | 2,4 | - | 9 | 2 | 3,5 |
| 1,5 | 15 | 3,3 | 5,7 | 12 | 2,6 | 4,5 |
| 2,5 | 21 | 4,6 | 7,9 | 16 | 3,5 | 6 |
| 4 | 27 | 5,9 | 10 | 21 | 4,6 | 7,9 |
| 6 | 34 | 7,4 | 12 | 26 | 5,7 | 9,8 |
| 10 | 50 | 11 | 19 | 38 | 8,3 | 14 |
| 16 | 80 | 17 | 30 | 55 | 12 | 20 |
| 25 | 100 | 22 | 38 | 65 | 14 | 24 |
| 35 | 135 | 29 | 51 | 75 | 16 | 28 |
Materiály vodičů: Měď vs. Hliník vs. CCA
Údaj o vodivosti závisí v první řadě na čistotě vodivého materiálu a také na teplotě. Proto údaje například pro měď kolísají mezi 56 S/m a 58 S/m.
U kabelů CCA (Copper Clad Aluminum) je elektrický vodič vyrobený z hliníku, dodatečně povrstveného mědí. Tyto kabely jsou lehčí a výrazně lacinější než porovnatelné produkty s masivními měděnými vodiči. Díky měděnému opláštění se specifická vodivost kabelu CCA pohybuje mezi hodnotami pro měď a hliník. Proto je téměř vždy potřebný větší průřez žíly než u měděného vodiče.
tags: #prumer #kabelu #10mm #bez #izolace #informace