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 a význam průřezu
V běžném hovoru nám výrazy „kabel“ a „vodič“ často splývají a používáme je jako synonyma. Když se ale podíváme podrobněji, určité rozdíly tu jsou. Průřez kabelu představuje celou řeznou plochu kompletního kabelu včetně izolace a opláštění. Naproti tomu průřez vodiče označuje průřez elektrického vodiče, resp. jednotlivých žil.
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. 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.
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.
Příklad výpočtu: zesilovač v autě
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).
Čtěte také: Podlaha z OSB: Výhody a nevýhody
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.
Mnozí vyznavači Hi-Fi ve vozidlech si pomáhají jedním geniálním trikem, jak omezit intenzitu proudu u elektrického připojovacího vedení zesilovače. Maximální intenzita proudu přece protéká jen při maximálním výkonu. Ten zpravidla potřebujeme pouze u basových impulzů. A proto vykazuje provozní napětí zesilovače krátkodobé poklesy napětí v rytmu hudby, resp. Abychom tomu zabránili, na napěťový vstup zesilovače se paralelně připojí vysokokapacitní kondenzátor. Tento kondenzátor se mezi basovými impulzy nabije a svou energii odevzdá zesilovači při basovém impulzu.
Faktory ovlivňující proudovou zatížitelnost a úbytek napětí
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.
- Maximální proudové zatížení (I): 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.
- Délka kabelu: Délku kabelu lze změřit klasickým způsobem.
- Specifická vodivost vodiče (kappa): 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. Reciproční hodnota vodivosti se také označuje jako specifický odpor.
- Elektrická účinnost (cosφ): Elektrická účinnost udává u elektrického spotřebiče poměr mezi činným výkonem a zdánlivým výkonem. Pokud provozujeme indukční zátěž, například elektromotor, na střídavém napětí, proud a napětí jsou vzájemně fázově posunuté.
- Přijatelný úbytek napětí: 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.
- Způsob pokládky a teplota okolí: Velmi důležitou roli hraje způsob pokládky elektrických vedení.
Teplo a dovolená provozní teplota vodičů
Dovolená provozní teplota je teplota vodiče, která je stanovena pro hospodárnou životnost vodiče nebo kabelu. Závisí na izolaci, na provozních podmínkách, na proudovém zatížení, teplotě prostředí. Je-li vodič např. venku, vliv má i sluneční záření. Každý vodič musí být schopen trvale přenášet jmenovitý proud tak, aby nedocházelo k nadměrnému oteplení vodiče.
Vodič se zahřívá v důsledku toho, že jím prochází proud. Teplo přechází z vodiče do okolního prostředí, tím se zvyšuje teplota nejen ve vodiči, ale i v jeho okolí. Vodič se zahřeje tím více, čím větší proud jím bude procházet a čím více tepelně izolační látky brání v přechodu tepla do okolí. Míra toho, jak tyto látky brání v přechodu tepla do okolí, se vyjadřuje jako tepelný odpor T mezi jádrem vodiče a jeho okolím. Teplota vodiče se ustálí na bodě, kdy se vzniklé teplo rovná teplu odvedenému.
Čtěte také: Jak vybrat a položit zámkovou a cihlovou dlažbu?
Velmi důležitý je materiál izolace vodiče, protože od něj se pak odvíjí dovolená provozní a maximální teplota příslušného vodiče. Příslušné přepočítávací činitele pro teplotu odlišnou od základní a pro seskupení více než jednoho obvodu se hledají v tabulkách.
Typy izolace a materiály 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. Vodiče a kabely musí být navrženy tak, aby byly vhodné pro provozní podmínky (např. napětí, proud, ochrana před úrazem elektrickým proudem) a vnější vlivy.
Pokud může izolace vodičů a kabelů (např. PVC) představovat nebezpečí v důsledku šíření požáru nebo emisi toxických nebo korozívních plynů, je třeba si vyžádat pokyny od dodavatele kabelů.
Elastomery
Elastomer je látka, která se dokáže vrátit do původního tvaru, jestliže se uvolní mechanické síly, které deformaci jejího tvaru způsobily. Takovou vlastnost má kaučuk a z něj vzniklá pryž. Do kategorie elastomerů spadají kaučuky, které mají již dlouhou tradici ve výrobě kabelů.
- Přírodní kaučuk (NR): Má výhodnou vlastnost odolnosti vůči nízké teplotě, nekřehne ani při -50 °C. Má ale nevýhody jako malou odolnost vůči kapalinám (rozpouštědla, oleje…), povětrnostním vlivům, ozónu a rychle teplotně i časově stárne. Dnes je v kabelovém průmyslu používán již omezeně.
- Syntetické kaučuky: Uměle vyrobených kaučuků je několik druhů s různým složením. Mají houževnatost a jen pozvolné stárnutí, způsobené teplotou i povětrnostními vlivy. Jsou odolné vůči vodě, ozónu, olejům i rozpouštědlům, nešíří plamen a při hoření nevznikají dusivé plyny.
- Kaučuky EPR (Ethylen-Propylen-Dien Kaučuk): Mají v současné době v kabelářské výrobě významné postavení. Jsou to nejlepší elastomery nejen pro výrobu NN i VN izolací, ale i pro pláště a výplňové směsi. Konkuruje polyetylénu v důsledku lepší odolnosti vůči koróně a dílčím výbojům. Dalšími výhodami jsou i vynikající pružnost, vyšší tepelná vodivost, nízký teplotní součinitel roztažnosti a rozměrová stálost.
- Silikonové kaučuky: Charakteristickou a v praxi nejvíce ceněnou vlastností vulkanizovaných silikonových kaučuků je vysoká teplotní odolnost, rozmezí -55 až 180 °C, krátkodobě až 250 °C.
Elektroizolační laky
Elektroizolační laky tvoří v mnoha aplikacích základní izolaci, která je zároveň nejslabší. Po odstranění (odpaření) ředidel zůstává jen filmotvorná složka (sušina), která nesmí klesnout pod určitou úroveň, aby lakový film měl potřebnou tloušťku. Ta se například u lakovaných drátů pohybuje od 0,005 do 0,035 mm.
Čtěte také: výhody sádrokartonových příček
Dobře připravený a vypálený lak je vynikající a nenahraditelná izolační vrstva s chvályhodnými vlastnostmi:
- dobrou přilnavostí k jádru
- výbornou ohebností a tažností
- dobrou odolností proti oděru
- uspokojivou teplotní odolností
- velmi dobrou elektrickou pevností
- dobrou odolností vůči vodě a často i horkým impregnačním lakům
Kabely CYKY, CYYPL, CYSY, CGSG, AYKY
- CYKY kabel: Jádro tvoří pevné měděné žíly obalené PVC izolací. Určené jsou pro pevné rozvody elektřiny bez mechanického namáhání. Ideální jsou pro použití na zazdění pod omítku, uložené na povrchu v kabelových žlabech, v zemi, v suchu i ve vlhku.
- CYYPL kabel: Jsou plochou variantou pro kabely CYKY, označují se také CYKYL. Slouží pro použití ve stísněných prostorách, kde se lépe pracuje s plochým než kulatým kabelem.
- CYSY kabel: Jsou ohebné kabely, jejichž jádro je tvořeno měděnými lankovými vodiči a vnější izolace je PVC bílé a černé barvy. Používají se jako pohyblivé přívody, přívodní kabely ke spotřebičům a na prodlužovacích šňůrách. Přednostně jsou určeny pro použití v interiéru, protože PVC izolace se při nižších teplotách může lámat.
- CGSG kabel: Jsou ohebné kabely s jádrem z měděných lankových vodičů. Vnější izolace kabelu je guma černé barvy, která zajišťuje zvýšenou odolnost při střední a středně těžké mechanické zátěži. Je vhodný i pro použití v exteriéru - gumová izolace odolává i vnějším vlivům a nízkým teplotám.
- AYKY kabel: Je pevný kabel, jehož jádro tvoří hliníkové žíly. Většinou se používá jako přívodní kabel od elektrické přípojky k elektroměrovému rozvaděči. Je určen pro pevné uložení přímo do země, ochranných trubek (chrániček) nebo kabelových kanálů.
- AYKY-Z kabel: Je varianta hliníkového kabelu AYKY s ocelovým lankem (závěsný), slouží pro zavěšení přívodního kabelu - vzdušné vedení, např. elektrický sloup - budova.
U kabelů CCA 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.
Jádra musí být ze žíhané mědi. Dráty mohou být holé nebo pocínované, pokud předmětové normy nestanoví jinak. Pocínované dráty musí být pokryty účinnou vrstvou cínu.
Značení kabelů a izolací
Značení typu se nevztahuje přímo ke složení směsi. Vulkanizovaná směs surovin, vybraných ve vhodném poměru, vhodně zpracovaných, jejíž základní charakteristickou složkou je kaučuk nebo syntetický elastomer, se nazývá pryžová směs.
Kódové značení těchto typů kabelů je v souladu s HD 361. Společné značení (<HAR>) znamená, že výrobce byl uznán a jeho výroba podléhá trvale dozoru podle technických postupů uznaných národní Schvalovací organizací, která je členem „Dohody o užívání společného značení kabelů a šňůr vyhovujících harmonizovaným normám".
Barvy žil a jejich poloha
Značení žil kabelů se provádí použitím barevné izolace nebo barvou povrchu žil. Každá žíla vícežilového kabelu musí mít pouze jednu barvu, s výjimkou žil značených kombinací zelená/žlutá. Ve vícežilových kabelech se barvy zelené a žluté nesmí použít samostatně. Barvy musí být snadno rozlišitelné a trvanlivé.
- Kombinace barev zelená/žlutá se výhradně značí ochranný vodič.
- Barvou světle modrou se značí nulový nebo střední vodič. V obvodu, kde není neutrální nebo střední vodič, se světle modrá barva používá pro značení kterýchkoli žil, nesmí se však použít pro ochranný vodič.
Poruchy izolace a jejich prevence
Porucha se týká poškození izolační vrstvy kabelu v důsledku vnější síly (vytlačování, úder blesku atd.), zhoršení izolačního materiálu atd., které ničí původní izolační vlastnosti, ztrácí původní izolační vlastnosti a dochází k němu od jádrového vodiče k jádrovému vodiči běžícího kabelu. Výtok k uzemnění mezi jádrovým vodičem a vnějším pláštěm kabelu způsobuje zkrat k uzemnění. Důvody pro poruchu izolace drátu a kabelu jsou následující:
- Mechanické poškození: Rypadlo omylem vytáhlo kabel kvůli těžkému předmětu, kabel je příliš ohnutý, kabel byl během přepravy silně rozdrcen. Aby nedošlo k mechanickému poškození kabelů, lze použít nadzemní kabely. Pokud je kabel položen podél stěny, měla by být zem jasně označena a půda by měla být shromážděna v blízkosti kabelu včas.
- Nesprávná konstrukce: Kvůli špatnému způsobu konstrukce a špatné kvalitě použitých materiálů je hlava kabelu a slabý článek uprostřed přerušeny, což vede k poruše izolace. Je třeba zlepšit kvalitu instalace hlavy kabelu.
- Izolační vlhkost: Vlhkost proniká do vnitřku kabelu kvůli špatnému konstrukčnímu procesu hlavy kabelu nebo je vnitřní ochranná vrstva kabelu přerušena. Měla by být zesílena údržba vnější vrstvy kabelu a na vnější plášť by měla být pravidelně nanášena vrstva asfaltu.
- Přepětí: Porucha izolace v důsledku atmosférického přepětí nebo vnitřního přepětí, zejména pokud je v důsledku přepětí v systému současně přerušeno více kabelů. Měly by být instalovány bleskojistky, aby se zlepšila technická úroveň automatické ochrany systému.
- Stárnutí izolace: Během dlouhodobého provozu kabelu se v důsledku špatného odvodu tepla nebo přetížení zhoršují elektrické a mechanické vlastnosti izolačního materiálu a izolační vrstva se stává křehkou nebo zlomenou. Měly by být na kabelech pravidelně prováděny preventivní zkoušky napětí.
Mechanické a tepelné namáhání
Správně navržené vedení musí odolat jak dynamickým, tak i tepelným účinkům zkratových proudů, které přicházejí v daném místě rozvodu v úvahu. Dynamické síly při zkratu vznikají elektromagnetickým působením proudů v sousedních vodičích.
Tepelné účinky zkratového proudu mohou mít u nedostatečně dimenzovaných vedení ničivé účinky. Teplo, které vznikne ve vodiči během zkratu, nemůže být během krátké doby trvání zkratu odvedeno do okolí a způsobuje velké oteplení vodičů a izolací a může způsobit poškození izolace nebo změknutí a roztavení vodiče.
Tahová síla konektorového kabelu se používá k vyhodnocení schopnosti odolávat axiálnímu tahovému zatížení zásuvného konektoru a svěrnému účinku svorky elektrického konektorového kabelu. Síla vytažení konektoru obecně implementuje technické normy, jako je UL1977 a UL2238.
Systém stroje pro manipulaci s kabely musí být navržen tak, aby bylo namáhání vodičů v tahu během provozu stroje co nejnižší. V případě použití měděných vodičů nesmí namáhání v tahu působící na vodiče překročit 15 N/mm² průřezu mědi.
Kabely, které mají být navinuty na bubny, musí mít vodiče s takovým průřezem, aby po úplném navinutí na buben a působením obvyklého provozního zatížení nebyla překročena maximální přípustná teplota vodiče.
Normy a předpisy
HD 22 se vztahuje na pevné a ohebné kabely s izolací a případným pláštěm, jejíchž základem je pryž, navržené na napětí U0/U do 450/750 V, používané v energetických rozvodech s jmenovitým napětím nepřekračujícím 450/750 V střídavého proudu. Tato Část 1 určuje všeobecné požadavky na kabely. Zkušební metody určuje Část 2 tohoto HD, HD 405 Část 1 a EN 60811.
V tomto harmonizačním dokumentu jsou normalizovány kabely a šňůry, které jsou bezpečné a spolehlivé při správném použití, stanovení charakteristik a výrobních podmínek přímo nebo nepřímo ovlivňujících bezpečnost a přesné určení zkoušek.
Jmenovité napětí kabelu je referenční napětí, na které je kabel navržen a které slouží k definici elektrických zkoušek. Při použití kabelu v elektrické síti se střídavým proudem musí být jmenovité napětí kabelu vyšší nebo rovno jmenovitému napětí sítě. Při použití kabelu v elektrické síti se stejnosměrným napětím musí být jmenovité napětí kabelu takové, aby jmenovité napětí sítě nebylo vyšší než 1,5násobek jmenovitého napětí (U) kabelu.
Jmenovitá proudová zatížitelnost In je udávána výrobcem pro určitý typ vodiče. Referenční způsoby uložení vodičů dle ČSN 33 2000 jsou v tabulkách.
Minimální průřezy některých vodičů vedení nízkého napětí jsou stanoveny normou pro různé materiály a pro různá prostředí. Dále jsou normou stanoveny dovolené úbytky napětí například pro bytové rozvody a pro další různá zařízení.
Doporučené minimální průřezy vodičů
| Použití | Měď (mm²) | Hliník (mm²) |
|---|---|---|
| Pevné, nepohyblivé části | 0,5 | 16 |
| Časté pohyby | 0,75 | Není doporučeno |
| Ochranný vodič (PE) | Dle normy | Dle normy |
Aby byla zajištěna dostatečná mechanická pevnost, nemá být průřez vodičů menší, než je uvedeno v tabulce. Vodiče s menšími průřezy nebo jiného provedení, než je uvedeno v tabulce, se však mohou používat v zařízeních, je-li dostatečné mechanické pevnosti dosaženo jinými prostředky a není-li zhoršena správná funkce.
Vodiče, přípojnice a soupravy sběracích kroužků s kartáči v silových obvodech, musí být seskupeny odděleně od těch, které jsou v řídicích obvodech. Vodiče, přípojnice a soupravy sběracích kroužků s kartáči, musí být schopné vydržet bez poškození mechanické síly a tepelné účinky zkratových proudů.
tags: #sila #izolace #kabelu #informace