Nejlepší Materiály pro Izolaci Vodičů a Kabelů: Kompletní Přehled a Tipy

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.

Jádra vodičů

Jádra pro energetické vodiče jsou téměř vždy definována jejich odporem. Různé tvary jader vodičů jsou následující:

Složené jádro: Průřez je tvořen jednotlivými lanky, což zaručuje snazší tvarování a značné omezení skinefektu. Skinefekt je jev, kdy průchodem střídavého proudu vodičem se vytvoří ve vodiči střídavé magnetické pole, které indukuje ve vodiči vířivé proudy. Vířivé 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.
Segmentové (sektorové) jádro: Jádra jednotlivých žil mají tvar kruhových výsečí pro lepší vyplnění prostoru kabelu. Nevýhodou je nehomogenní pole, používá se výhradně v rozvodech nízkého napětí.
Trolejové jádro: 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. Rozměry a zaúhlení nosné i sběrné části troleje se pak liší podle toho, z jakého materiálu je vyroben a pro jaké účely určen.

Materiály pro jádra vodičů

Pro výrobu jader vodičů se používají různé materiály s odlišnými elektrickými a mechanickými vlastnostmi:

Měď (Cu): ρ = 0,0178 Ω·mm²·m^-1 - nejčastěji používaný materiál pro vodiče všech průřezů.
Hliník (Al): ρ = 0,0285 Ω·mm²·m^-1 - velmi často používaný spíše pro větší průřezy a pro lana AlFe.
Ocel (Fe): ρ ≅ 0,15 Ω·mm²·m^-1 - nosný vodič v lanech AlFe.
Stříbro (Ag): ρ = 0,0163 Ωmm²·m^-1.
Odporové materiály: Kantal, cekas, chromnikl - používají se jako topné vodiče.

Vodiče pro venkovní vedení

Vodiče pro venkovní vedení tvoří důležitou součást rozvodné soustavy. V současné době se vyrábějí v různých provedeních a tvarech. Jsou zkonstruované ze spirálovitých točivých drátů s kruhovým příčným řezem. Průřez vodiče pak obsahuje poměrně velké oblasti dutin.

Pomocí drátů lichoběžníkového tvaru může být zkonstruován vodič se zvětšeným poměrem kovu vůči vzduchu.
Další možnost je provedení vodiče mozaikou ve tvaru písmene „Z“, při kterém se zformované vodiče efektivně tisknou.

Tvarované vodiče mají větší hliníkovou část a tak nižší odpor než normální vodič kruhového průřezu se stejným vnějším průměrem. U vedení s vodiči z tvarovaných drátů bude váha vodičů větší a tím i mírně vyšší zatížení stožáru. Nebo je naopak možné dosáhnout menšího průřezu a tím i větrného namáhání při zachování stejných hodnot činného odporu vodiče.

Čtěte také: Tipy pro rychlý růst živého plotu

Lana AlFe

Lano je složeno z ocelového nosného drátu uprostřed a z hliníkových drátů slaněných okolo. Ocelová duše mívá následující počet drátů: 1, 1+6, 3+9. Počet hliníkových drátů pak může být: 6, 11+17, 10+16, 12+18. Nejčastěji používaná jsou lana AlFe6, kde je poměr hliníku ku železu = 6:1. Lana AlFe se vyrábějí slaňováním hliníkových drátů o určitém průřezu kolem ocelového nosného vodiče.

Svazkové vodiče

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. Při výpočtech takového vedení se uvažuje tzv. ekvivalentní průměr lana. 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 jiných zemích.

Celohliníkové vodiče

AAC (All Aluminium Conductor): Celohliníkový vodič.
AAAC (All Aluminium Alloy Conductor): Celohliníkový vodič ze slitiny.

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. Tyto vodiče se označují jako ACAR (Aluminium Conductor Alloy Reinforced). Jsou zde kombinovány prvky vyrobené z hliníkové slitiny (obvykle stejné jako pro AAAC) a elektrovodného hliníku. Tím lze získat vlastnosti, které mají být optimalizovány 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.

Přípojnice

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.

Trolejové dráty

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: Tipy pro úzké živé ploty

Izolace vodičů

Izolovaný vodič vždy tvoří jádro a pevná vrstva izolace. Izolaci tvoří obvykle několik vrstev, např. izolace každé žíly, vrstva výplně (guma nebo plastová páska), izolace společná, stínění, plášť, venkovní plášť.

Typy izolačních materiálů

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).

Pevné izolační materiály

Měkčený PVC (Polyvinylchlorid) - PVC-P: Nejčastěji používaný materiál pro kabely nízkého napětí. Má teplotní odolnost 70ºC. Vyznačuje se 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. Je nehořlavý, povětrnostním vlivům a kyselinám odolný materiál.
Tvrzený PVC (Polyvinylchlorid) - PVC-U: Vyznačuje se vysokým koeficientem tvrdosti. Používá se k výrobě kabelových kanálů a ochranných trubic, které zajišťují izolaci a ochranu elektrických kabelů.
Měkká pryž (Guma): Pro kabely nízkého napětí, teplotní odolnost 60ºC. Izolační obal žil i plášť bývají nejčastěji z pryže.
Zesíťovaný polyetylen (XPE, XLPE): Pro vodiče vysokého nebo velmi vysokého napětí. Jedná se o pokročilou formu 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.
Polyethylen (PE): Získává se polymerací ethylenu. Má ve srovnání s PVC nízkou požární odolnost. Polyethylenová izolace je tuhá, tvrdá a neohebná. Vlastnosti polyethylenové izolace lze měnit přidáním různých příměsí během jejich výroby. Díky svým elektrickým vlastnostem se používá při výrobě koaxiálních kabelů a nízkokapacitních kabelů.
Polypropylen (PP): Vyrábí se polymerací propenu. Materiál se svými vlastnostmi podobá polyethylenu. Má širší teplotní rozsah než polyethylen. Používá se v případech, kdy je vyžadována vyšší dielektrická pevnost nebo vyšší provozní teploty.
Polyuretan (PUR): 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.
Polytetrafluorethylen (PTFE) - „teflon“: Je fluorouhlíkový polymerní materiál, který se používá především ve vodičích s malým průřezem, kde je důležitý vysoký teplotní rozsah, kterým se vyznačuje. Materiál je termoplastický, což znamená, že je velmi pružný. Další výhodou je odolnost vůči vodě, oleji, teplu a široké škále chemikálií.
Perfluoroalkoxy (PFA): 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.
Termoplastické elastomery (TPE): Jsou směsí tvrdých termoplastických materiálů s měkkým kaučukem. Používají se hlavně pro ohebné vodiče, takže vydrží vysoké mechanické zatížení.
Silikon (syntetické organokřemičité polymery): Je 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. V případě hoření plamenem při vysoké teplotě může ohnivzdorná silikonová guma vytvořit ochrannou vrstvu pancéřovaného kabelu z tvrdého porcelánu, která může blokovat plameny.
Modifikovaný termoplastický polyfenylether (MPPE): Je 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.
Nehořlavý bezhalogenový polyethylen (LSZH): 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.
Lak: Vodiče pro vinutí se izolují několika vrstvami laku (jedna vrstva mívá tloušťku asi 0,01 mm).

Plynné 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.

Sdělovací vodiče

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.

Kroucená dvojlinka: Nejběžnějším typem sdělovacích kabelů pro přenos signálu je tzv. kroucená dvojlinka. Skládá se 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.

Optické vláknové vodiče

Optická vlákna přenášejí informaci pomocí světla, jsou tvořena dielektrickým jádrem a pláštěm.

Čtěte také: Cihly a jejich složení

Plastové optické vlákno (POF): Označuje se POF (Plastic Optic Fiber).

Základní zapojení optického spoje zahrnuje obvody zpracování signálu, které převádějí signál na formu vhodnou pro přenos. Fotodetektor přeměňuje optický signál v přijímači zpět na elektrický. Mezi materiály pro fotodetektory patří Si, Ge, InGaAs.

Výroba optických vláken

Nejprve je potřeba připravit tzv. preformu pro jádro. Jádro je potřeba vyrobit čisté a kompaktní, obvykle z chloridu křemičitého. Poté se na preformu nanese plášťová vrstva. Obvykle se sdružuje větší množství vláken v jednom optickém kabelu.

Typy optických kabelů

Samostatný optický kabel: Obvykle se zafukuje do ochranných trubek.
Světelný vodič v jádru silového kabelu: Mezi lanky jádra silového kabelu se umístí optický vodič.

Výroba kabelů a dalších vodičů

Výroba kabelů a dalších vodičů je poměrně náročná a vyžaduje předepsanou kvalitu jak vodivých, tak izolačních materiálů. Nejprve se vyrábí drát z elektrovodného materiálu (Cu nebo Al), který se nejprve válcuje a pak táhne v tažičkách pro zmenšení průměru. Potom se na jádro nanáší izolace žíly, nejčastěji roztavený plast, speciální extruzní hlavou. Dále se žíly stáčejí do svazku a vytváří se duše kabelu, vyplňující prostor mezi žílami.

Označování vodičů

Pro barevné značení vodičů platí norma ČSN 33 0166. Označení kabelu udává jmenovité napětí v kV (napětí 750 V se neuvádí). Parametry se uvádí v daném pořadí, ale nemusí být uvedeny všechny.

Při hledání vhodného kabelu se můžeme setkat s různými označeními izolace, která mohou být pro neznalé problematiky obtížně srozumitelná. Následující tabulka sumarizuje některé typy izolací a jejich použití:

Zkratka izolace	Chemický název	Charakteristika a použití
PVC-P	Měkčený Polyvinylchlorid	Nejčastěji používaný pro kabely nízkého napětí, pružný, odolný proti ohni, povětrnostním vlivům a kyselinám. Teplotní odolnost 70°C.
PVC-U	Tvrzený Polyvinylchlorid	Vysoká tvrdost, používá se pro kabelové kanály a ochranné trubice.
PE	Polyethylen	Nízká požární odolnost, tuhý, tvrdý, neohebný. Používá se v koaxiálních a nízkokapacitních kabelech.
PP	Polypropylen	Podobný PE, širší teplotní rozsah. Vyšší dielektrická pevnost a provozní teploty.
XLPE (XPE)	Zesíťovaný Polyethylen	Vyšší mechanická pevnost a teplotní odolnost (až pro vysoké napětí), odolný vůči chemikáliím.
PUR	Polyuretan	Vynikající odolnost vůči chemikáliím, vodě a oděru. Oblíbený pro vojenské účely a nízké teploty. Častěji pro vnější izolaci.
PTFE	Polytetrafluorethylen (Teflon)	Vysoký teplotní rozsah, pružný, odolný vůči vodě, oleji, teplu a chemikáliím. Pro vodiče malého průřezu.
PFA	Perfluoroalkoxy	Velmi vysoká chemická a teplotní odolnost, lepší tvarovatelnost než PTFE.
TPE	Termoplastické elastomery	Směs termoplastů a kaučuku. Pro ohebné vodiče s vysokým mechanickým zatížením.
Silikon	Syntetické organokřemičité polymery	Vysoká odolnost vůči teplotě (-60 °C až +180 °C) a elektrickým průrazům. Nízká mechanická odolnost. Ohnivzdorný.
MPPE	Modifikovaný termoplastický polyfenylether	Lehčí než PVC, neobsahuje halogeny, nehořlavý, vysoké dielektrické vlastnosti. Používá se v automobilovém průmyslu.
LSZH	Nehořlavý bezhalogenový polyethylen	Minimalizuje emise kouře a toxických plynů při požáru. Používá se v letištích, školách, nemocnicích.

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.

Odstraňování izolace z vodičů

Odstraňování izolace z vodičů je proces, který vyžaduje použití profesionálních nástrojů a dodržování opatrnosti, aby byla zajištěna bezpečnost a neporušenost vodičů.

Příprava nástrojů: Použijte vhodný řezací nástroj, například nůž na kabely, odizolovací kleště nebo speciální odizolovací nástroj.
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.

tags: #materiály #izolace #vodičů

Materiály izolace vodičů a kabelů