Výběr správné izolace kabelů je zásadní a má přímý vliv na bezpečnost, výkon a životnost elektrických instalací. Na trhu je k dispozici mnoho izolačních materiálů pro elektrické kabely, které se mohou týkat typu vnitřní izolace (obklopující každou žílu) nebo vnější izolace (obklopující celý kabel). Při probírání tématu izolace elektrických kabelů dostupných na trhu je vhodné úvodem zmínit samotnou konstrukci elektrického kabelu.
Základní konstrukce vodiče a kabelu
Vodič je elektrický prvek určený k přenášení výkonu nebo informace. Představuje širší pojem než kabel. Každý vodič má jádro a izolaci, které dohromady tvoří tzv. žílu. Podle toho, zda je izolace pevná, či ji tvoří pouze vzduch, můžeme vodiče dělit na izolované a holé.
Kabel se skládá z více žil, které mají ještě další společnou izolační vrstvu. Při hledání vhodného kabelu se můžeme setkat s různými označeními izolace, která mohou být pro neznalé problematiky obtížně srozumitelné. Izolovaný vodič vždy tvoří jádro a pevná vrstva izolace.
Konstrukce elektrického kabelu zahrnuje několik klíčových prvků:
- Vodivá žíla: Slouží k přenosu elektrických signálů nebo energie.
- Vnitřní izolace: Izolace obklopuje žíly kabelu a slouží k oddělení jednotlivých vodičů a také jako ochranný obal. Má různé barvy podle druhu vodiče, což usnadňuje připojení.
- Vnější izolace (plášť kabelu): Izolační obal kolem celého kabelu, jehož účelem je uspořádaně sdružovat a chránit jednotlivé žíly.
- Stínění: Vrstva chránící jednotlivé žíly.
Typy jader vodičů
Jádra pro energetické vodiče jsou téměř vždy definována jejich odporem. Různé tvary jader vodičů jsou následující:
Čtěte také: Použití zubního cementu
- Plné jádro: Průřez je tvořen jediným drátem, což se projevuje vysokou tvrdostí. Kabely s tuhými vodiči (plné) se používají hlavně v oblasti instalací.
- Složené jádro (laněné): Průřez je tvořen jednotlivými lanky, což zaručuje snazší tvarování a značné omezení skinefektu. Kabely s pružnými vodiči (laněné) se používají především v oblasti konstrukce skříňových rozvaděčů.
- Segmentové (sektorové): Jádra jednotlivých žil mají tvar kruhových výsečí pro lepší vyplnění prostoru kabelu. Používá se výhradně v rozvodech nízkého napětí.
- Trolejové: Vodič má charakteristický tvar, na bocích má drážky, které slouží k upevnění úchytů tak, aby držely drát dostatečně pevně a spolehlivě a přitom nezasahovaly do dráhy sběrače.
Skinefekt: Průchodem střídavého proudu vodičem se vytvoří ve vodiči střídavé magnetické pole, které indukuje ve vodiči vířivé proudy. Tyto proudy vytvoří vlastní magnetické pole, které působí proti původnímu proudu vodičem. Proud ve vodiči je vytlačován k povrchu vodiče. Skinefekt zvyšuje odpor vodiče a v jeho důsledku dochází k nadměrnému zahřívání izolace, což by mohlo vést k průrazu.
Materiály pro jádra vodičů
Nejčastěji používané materiály pro jádra vodičů jsou:
- Měď (Cu): Nejčastěji používaný materiál pro vodiče všech průřezů.
- Hliník (Al): Velmi často používaný spíše pro větší průřezy a pro lana AlFe.
- Ocel (Fe): Nosný vodič v lanech AlFe. Lano je složeno z ocelového nosného drátu uprostřed a z hliníkových drátů slaněných okolo. Nejčastěji používaná jsou lana AlFe6, kde je poměr hliníku ku železu = 6:1.
- Stříbro (Ag): Používá se méně často pro speciální aplikace.
- Odporové materiály: Kantal, cekas, chromnikl se používají jako topné vodiče.
Mezi celohliníkové vodiče patří vodič AAC (All Aluminium Conductor) a AAAC (All Aluminium Alloy Conductor). Celohliníkové vodiče mají vyšší pevnost než lana AlFe a dobrou ochranu proti korozi, protože nepřítomnost ocelového jádra odstraňuje možnost vzniku galvanické koroze, k níž může docházet u klasických lan AlFe. Ke korozi ale může docházet např. v pobřežních oblastech, kde je běžnou praxí u vodičů AAAC používat mazivo, aby se zabránilo korozi způsobené mořskou solí. Vodiče ACAR (Aluminium Conductor Alloy Reinforced) kombinují prvky vyrobené z hliníkové slitiny a elektrovodného hliníku, což umožňuje optimalizaci vlastností pro konkrétní aplikace. Zvýšením množství použitého elektrovodného hliníku se zvýší vodivost vodiče, na úkor pevnosti. Stejně tak, pokud se zvyšuje počet drátů ze slitiny, zvyšuje se i mechanická pevnost vodiče na úkor vodivosti.
Pro zvlášť vysoké a vyšší napětí se používají tzv. svazkové vodiče, které jsou tvořeny několika spojenými lany AlFe (jako by měl vodič větší průřez). Toto provedení slouží k omezení skinefektu a snížení ztrát koronou. V ČR se používají svazky se třemi lany AlFe pro jednu fázi, uspořádání se čtyřmi lany se používá např. v SRN a Španělsku, se dvěma lany je venkovní vedení k vidění např. v Polsku.
Přípojnice slouží k přivedení výkonu v rozvodně nebo rozvaděči. Nejčastěji se provádějí z mědi nebo hliníku jako pásové vodiče (obdélníkový průřez). Někdy se používají i lana AlFe. Jako materiál k výrobě trolejového drátu se obvykle používá vysokopevnostní měď nebo tzv. trolejový bronz, což jsou slitiny mědi se stříbrem, kadmiem, hořčíkem či cínem ke zvýšení pevnosti.
Čtěte také: Konopný beton: revoluční stavební materiál
Typy izolačních materiálů
Izolaci tvoří obvykle několik vrstev, např. izolace každé žíly, vrstva výplně (guma nebo plastová páska), izolace společná, stínění, plášť, venkovní plášť. Materiál určený k izolaci má nejen dielektrické vlastnosti, ale má také ochrannou funkci. V závislosti na způsobu instalace a podmínkách použití mohou být na izolaci kladeny další požadavky, jako je dlouhá životnost, vysoká odolnost proti stárnutí, vysoká odolnost proti oděru a roztržení, odolnost vůči teplotním vlivům (zejména vysokým teplotám), nemožnost zalomení a odolnost proti chemickému útoku.
Měkčený PVC (Polyvinylchlorid)
PVC, neboli poly(vinylchlorid), je odolný syntetický polymer, který se nejčastěji vyskytuje v plastifikované (PVC-P) a neplastifikované (PVC-U) formě. Měkčený PVC je nejčastěji používaný materiál pro kabely nízkého napětí. Má teplotní odolnost 70°C. PVC je nehořlavý, povětrnostním vlivům či kyselinám odolný materiál, který se díky svým vlastnostem stal jedním z nejoblíbenějších materiálů používaných k izolaci elektrických kabelů.
- PVC-P (polvinit): Je měkčený PVC granulát s vyšším podílem změkčovadel, což se projevuje na snadnějším tvarování a následném zpracování. Díky svým vlastnostem, jako je pružnost a pevnost v ohybu, je nenahraditelným materiálem v elektrotechnické výrobě.
- PVC-U (polviplast): Je tvrzený PVC granulát s vysokým koeficientem tvrdosti. Díky svým velmi dobrým mechanickým vlastnostem se používá k výrobě kabelových kanálů a ochranných trubic, které zajišťují izolaci a ochranu elektrických kabelů.
Polyolefiny
Jedná se o skupinu materiálů, které obsahují uhlík a vodík.
- PE (polyethylen): Získává se polymerací ethylenu. Tento materiál má ve srovnání s PVC nízkou požární odolnost. Polyethylenová izolace je tuhá, tvrdá a neohebná. Vlastnosti polyethylenové izolace lze měnit přidáním různých příměsí, např. UV stabilizátorů nebo antioxidantů. Díky svým elektrickým vlastnostem se používá při výrobě koaxiálních kabelů a nízkokapacitních kabelů.
- PP (polypropylen): Vyrábí se polymerací propenu. Materiál se svými vlastnostmi podobá polyethylenu, ale má širší teplotní rozsah. Používá se v případech, kdy je vyžadována vyšší dielektrická pevnost nebo vyšší provozní teploty.
- XLPE (zesítěný polyethylen): Tento materiál je pokročilou formou polyethylenu po jeho předchozím zpracování. Kabely s takovou izolací mají vyšší mechanickou pevnost a teplotní odolnost než kabely z běžného polyethylenu. Kromě toho je tento materiál odolnější vůči chemikáliím a rozpouštědlům. Používá se pro vodiče vysokého nebo velmi vysokého napětí.
Další izolační materiály
- PUR (polyuretan): Materiál vzniká polymerací izokyanátů s polyoly. Vyznačuje se vynikající odolností vůči chemikáliím, vodě a oděru. Izolace z polyuretanu je oblíbenou volbou pro vojenské účely a práce při nízkých teplotách. Ačkoli je velmi odolný, jeho slabé elektrické vlastnosti znamenají, že se častěji používá pro vnější izolaci než pro vnitřní izolaci.
- PTFE (polytetrafluorethylen), běžně známý jako „teflon“: Jedná se o fluorouhlíkový polymerní materiál, který se používá především ve vodičích s malým průřezem, kde je důležitý vysoký teplotní rozsah. Materiál je termoplastický, což znamená, že je velmi pružný. Další výhodou je odolnost vůči vodě, oleji, teplu a široké škále chemikálií.
- PFA (perfluoroalkoxy): Typ fluoropolymeru s velmi vysokou chemickou a teplotní odolností. PFA je srovnatelný s PTFE, ale má lepší tvarovatelnost, takže je vhodnější pro řešení, kde je vyžadována schopnost tváření za tepla.
- TPE (termoplastické elastomery): Jsou směsí tvrdých termoplastických materiálů s měkkým kaučukem. V podstatě se jedná o kombinaci pryže a plastu. Používají se hlavně pro ohebné vodiče, takže vydrží vysoké mechanické zatížení.
- Silikon: Jedná se o oblíbený izolační materiál. Má vysokou odolnost vůči teplotě a elektrickým průrazům. Silikon má relativně nízkou odolnost vůči mechanickému poškození. Jeho použití se nedoporučuje v případech častého tření součástí o izolaci kabelu. Kabely se silikonovou izolací se používají tam, kde se teplotní podmínky pohybují v rozmezí jejich teplotní odolnosti, tedy od -60 °C do +180 °C.
- MPPE (modifikovaný termoplastický polyfenylether): Jedná se o termoplastický materiál používaný v automobilovém průmyslu. Je lehčí než PVC, což se promítá do nižší spotřeby paliva díky nižší hmotnosti vozidla. Neobsahuje halogeny, je nehořlavý a má vysoké dielektrické vlastnosti.
- LSZH (nehořlavý bezhalogenový polyethylen): Kabely LSZH jsou navrženy tak, aby při požáru minimalizovaly emise kouře a toxických plynů, a tím byly pro lidi bezpečnější. Proto se používají na místech, jako jsou letiště, školy a nemocnice.
Plynná a olejová izolace
Jako plynná izolace vodičů slouží zejména vzduch u venkovního vedení. V zapouzdřených rozvodnách se přípojnice a další vodivé části ukládají do pouzder, která jsou naplněna izolačním plynem SF6. Celé vinutí transformátorů se pak často ukládá do transformátorového oleje.
Sdělovací vodiče a optická vlákna
Sdělovací vodiče jsou určené k přenosu dat a informací. Vzhledem k tomu, že tyto vodiče přenášejí pouze malé výkony, lze je provádět v malých průřezech.
Čtěte také: Více o žáruvzdorném betonu
Kroucená dvojlinka
Nejběžnějším typem sdělovacích kabelů pro přenos signálu je tzv. kroucená dvojlinka. Tyto kabely se skládají z kroucených párů, ze kterých je potom stáčena duše kabelu. Jsou-li sdělovací kabely uzemněny, provádí se uzemnění pouze v jediném bodě, aby se zamezilo šíření rušivých proudů po uzemnění kabelu.
Koaxiální kabel
Dalším často používaným typem sdělovacího vodiče je koaxiální kabel s vnitřním jádrem a stíněním.
Optická vlákna
Optické vlákno je světlovod, který slouží k přenosu dat a informací na delší vzdálenosti pomocí světla. Je tvořeno jádrem s vyšším indexem lomu a pláštěm s nižším indexem lomu. Optické vlákno je tenký dielektrický vlnovod, který využívá principu úplného odrazu světla na rozhraní dvou prostředí. Mezi optická vlákna se řadí:
- SMF vlákna (jednovidová): Jsou schopna přenášet pouze jeden vid (konfigurace elektromagnetického pole).
- MMF vlákna (mnohovidová): Jsou schopna přenášet mnoho vidů.
- POF (Plastic Optic Fiber): Plastové optické vlákno.
Základní zapojení optického spoje je vidět na obrázcích. Obvody zpracování signálu převádějí signál na formu vhodnou pro přenos. Fotodetektor přeměňuje optický signál v přijímači zpět na elektrický.
Obvykle se sdružuje větší množství vláken v jednom optickém kabelu. Existují různé typy optických kabelů:
- Samostatný optický kabel: Obvykle se zafukuje do ochranných trubek.
- Optická lana (OPGW): Do země se pokládají kabely s ocelovými lany, která mají v sobě integrovaná optická vlákna.
- Světelný vodič v jádru silového kabelu: Mezi lanky jádra silového kabelu se umístí optický vodič.
Oprava a izolace poškozených vodičů
Odstraňování izolace z vodičů je proces, který vyžaduje použití profesionálních nástrojů a dodržování opatrnosti, aby byla zajištěna bezpečnost a neporušenost vodičů.
Postup odstraňování izolace:
- Odpojení napětí: Před zahájením práce je nutné se ujistit, že je síť bez napětí, a to odpojením jističe a kontrolou přítomnosti napětí pomocí plochého šroubováku s indikátorem.
- Označení místa řezu: Označte si místo řezu izolace, aby nedošlo k poškození vodičů.
- Opatrné proříznutí izolace: Pomocí řezacího nástroje opatrně prořízněte izolaci v místě označeném jako místo řezu.
- Odřezávání izolace: Po proříznutí izolace použijte kleště na řezání izolace nebo jiné nástroje k opatrnému odstranění izolace z vodičů.
Izolační materiály pro opravy
Pro izolaci a opravy vodičů se používají různé materiály a metody:
- Izolační páska: Nejprve je nutné důkladně otočit všechny vodiče dohromady. Pokud má vodič velký počet žil, je lepší je jednoduše pájet. Dále je odebrán izolační materiál a celý kabel je pečlivě zabalen. Je důležité, abyste skončili se dvěma vrstvami. Nemělo by být dovoleno, aby i ta nejmenší část vodiče zůstala neizolovaná, což nevyhnutelně povede ke zkratu.
- Smršťovací bužírka (tepelně smrštitelná izolace): Izolovat dráty tímto způsobem je stejně snadné jako ostřelování hrušek. Je však důležité nasadit trubici v době, kdy jsou všechny vodiče již navzájem bezpečně spojeny. Nejlépe se používá k izolaci měděných vodičů. Po připojení všech vodičů se na vodič nasadí čepička, kterou je třeba zahřát. Nejlepší je použít ke smršťování stavební fén, ale pokud tam není, vystačíte si s obyčejným zapalovačem. Smršťovací bužírka se používá k izolaci vodičů, které jsou určeny pro provoz ve vlhkém prostředí, ve vodě nebo na zemi.
- Spojka a její izolace: Konektor se používá, když je nutné prodloužit vodič. Spojka spolu s kabeláží bude zapuštěna do zdi, takže její izolace musí být vzduchotěsná. Nejbezpečnější možností je použití smršťovací bužírky. Místa, kde jsou vodiče připojeny, jsou izolována běžnou elektrickou páskou, ale kontakt bude silnější a bude obtížnější nasadit na něj smršťovací trubičku. Smršťování se provádí pomocí běžného zapalovače nebo konstrukčního vysoušeče vlasů.
- Izolační vrstva pláště: Pro úplné a spolehlivé utěsnění je plášť manžety dodatečně zpracován. Trubka musí zakrýt spojení a musí být umístěna na vnější izolační vrstvě na obou stranách nejméně o 1 cm, jinak je možné, aby se pod plášť továrního vedení dostal prach a vlhkost.
- Izolace vodičů ve spojovací skříňce: Kontaktní zařízení v síti uvnitř bytu jsou spínací skříňky. Pokud jsou vybaveny upínacími čelistmi, není nutná žádná další ochrana. Pokud tomu tak není, je nutné vymezení vodičů. Zkrutné připojení se nejčastěji používá ve spojovacích skříních, které nejsou vybaveny konektory. V průběhu času však zkroucení ztrácí svou hustotu v důsledku expanze způsobené teplotními změnami a oxidací vodičů. Pro to je nutné pevně otočit odizolované konce žil ve směru hodinových ručiček a poté nasadit víčko s trochou úsilí a posunout jej stejným směrem. Vnitřní dutina plastového víčka je vybavena ocelovou kuželovou pružinou. Při jemném navinutí těsně přiléhá a stlačí kontakt.
- Smršťovací páska: Pro připojení zahradní techniky jsou vyžadovány prodlužovací kabely IP54. Pokud byla izolační vrstva poškozena, musí být utěsněna. To lze provést pomocí smršťovací pásky. Stačí s ním jen zabalit drát a ohřát ho fénem. Během smršťování se také uvolňuje lepidlo z vnitřního povrchu izolačního materiálu, což zvyšuje účinek. Další výhodou stavebního materiálu je, že může být použit navíjecím způsobem.
Oprava vodiče ve zdi
Je nutné zvolit omítku ve vzdálenosti 3-5 cm od místa poškození na obou stranách, hloubka výkopu je 1 cm. Tyto podmínky jsou povinné pro plynulé a kvalitní spojení poškozených částí řetězu. Dalším krokem je odpojení vodičů a vytvoření řezu v izolační vrstvě podél středu. Z poškozených konců vodiče se odstraní izolační materiál o 10-15 mm. Pokud je kabeláž stará, je pravděpodobné, že izolace bude ve stísněných podmínkách tvrdá a téměř nemožné ji odstranit nožem. Lepší je použít metodu reflow. Konce měděných vodičů jsou pokryty vrstvou páječky. Je důležité velmi opatrně pocínovat vodiče ze všech stran. Nakonec se na spoj nasadí izolační trubka.
Označování vodičů
Normy pro elektrické vodiče jsou důležité, protože zajišťují bezpečnost, kvalitu, kompatibilitu a soulad s právními předpisy a požadavky trhu. Uživatelé tak mají jistotu, že zakoupené výrobky splňují určité normy a jsou vhodné pro zamýšlené použití. Harmonizované značení kabelů podle CENELEC má pevně danou strukturu.
Pro barevné značení vodičů platí norma ČSN 33 0166.
Následující tabulka ukazuje povolené proudy vodiče v závislosti na průřezu a typu izolace.
| Jmenovitý průřez jádra [mm²] | Přípustný proud pro měděné vodiče s izolací PVC [A] | Přípustný proud pro hliníkové vodiče s izolací PVC [A] | Přípustný proud pro měděné vodiče s izolací XPE [A] | Přípustný proud pro hliníkové vodiče s izolací XPE [A] |
|---|---|---|---|---|
| 1,5 | 15 | - | 20 | - |
| 2,5 | 20 | - | 27 | - |
| 4 | 26 | - | 36 | - |
| 6 | 34 | - | 46 | - |
| 10 | 46 | 36 | 61 | 48 |
| 16 | 62 | 48 | 82 | 64 |
| 25 | 82 | 64 | 108 | 85 |
| 35 | 103 | 80 | 135 | 106 |
| 50 | 128 | 100 | 168 | 132 |
Tabulka je platná při teplotě jádra 70°C, teplotě vzduchu 30°C a teplotě země 20°C. Dovolený proud vodiče závisí na průřezu, typu izolace a způsobu uložení.
tags: #slozeni #izolace #vodice