Vodič (elektrotechnika)

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie
Disambig.svg O elektrickom vodiči ako fyzikálnom jave pozri elektrický vodič

Vodič je zariadenie, ktoré slúži na vedenie (prenos) elektrickej energie. Obvykle ide o plný materiál, alebo súčiastku z izolantu s vodivým jadrom – či už kovovým jadrom (drôt, kábel, lanko atď.) alebo nekovovým jadrom (vodič na báze grafitu).

Nekovové vodiče[upraviť | upraviť zdroj]

Vodiče s vodivým jadrom na báze grafitu sa používajú pre výrobu vysokonapäťových káblov (automobily), pre výrobu tzv. „plastových“ vodičov nazývaných tiež "vodivá guma" (do plastu je primiešaný grafit, alebo sadze) pre pružné prepojenie vodivých plôch (LCD displeje medzi sklom a elektronikou, tlačidlá diaľkového ovládania, klávesnice ...), grafit sa používa tiež pre výrobu vodivých lakov a pást. Ako vodič sa používajú tiež grafitové tyče (elektródy) a grafitové kontakty (zberacie uhlíky elektromotorov), pre ich odolnosť voči chemickým vplyvom a samomazaniu (grafit je suché mazivo - z výhodou pre komutátorové zberače). Pre svoje zlé mechanické vlastnosti sa grafitové vodiče používajú len pre prenos elektrickej energie na krátke vzdialenosti. Do tejto kategórie vodičov zahŕňame aj vodiče na báze zlúčenín kovov (oxidy ...).

Kovové vodiče[upraviť | upraviť zdroj]

Vodičom je súčiastka vyrobená z kovu. Vodič môže byť holý - jadro bez obalu (izolácie), alebo izolované (potiahnuté vrstvou izolantu (nevodiča) zabraňujúcim elektrickému kontaktu s vodivým jadrom). Elektrická izolácia je nevodivá vrstva dielektrika (plast, lak ...). Izolácia chráni vodič elektricky a mechanicky a zároveň môźe slúžiť na farebné odlíšenie vodičov v kábli medzi sebou. Jadro vodiča môže byť tvorené drôtom (plné jadro), alebo lankom (viacero drôtov omotaných okolo seba bez vzájomnej izolácie). Lanko má lepšiu mechanickú odolnosť (ohýbanie, ťahanie, krútenie), ako plný drôt. Viacero vodičov spojených dohromady (obalom, alebo zakrútením) nazývame kábel.

Vodivosť a elektrický odpor[upraviť | upraviť zdroj]

Schopnosť vodiča viesť elektrický prúd vyjadruje veličina elektrická vodivosť, čo je prevrátená hodnota elektrického odporu. Jednotková vodivosť vodiča alebo tiež merná vodivosť (vodivosť 1m vodiča o priemer 1m²) nazývame konduktivita vodiča, jeho prevrátená hodnota je potom jednotkový odpor vodiča (merný odpor) - rezistivita vodiča.

Vodivosť G, resp. odpor R vodiča vypočítame G = \sigma\frac{S}{l} , resp. R = \rho \frac {l}{S} , kde σ je konduktivita vodiča, ρ je rezistivita vodiča, S je obsah prierez vodiča, l je dĺžka vodiča.

Vodivosť a teplota[upraviť | upraviť zdroj]

Vodivosť (a tým odpor) vodiča, je závislý na jeho teplote. So stúpajúcou teplotou klesá vodivosť a rastie odpor. Fyzikálne tento jav vysvetľujeme tepelným pohybom tých častíc vo vodiči, ktoré sa nezúčastňujú vedenia elektrického prúdu, ale bránia voľným nabitým časticiam v ich pohybe.

Zmenu odporu ΔR na teplote popisuje vzťah \Delta R = R_0 \alpha \Delta t , kde R0 je počiatočný odpor vodiča, α je teplotný súčiniteľ odporu, Δt je rozdiel teplôt.

Extrémne - pri ochladení vodiča na teplotu blízku absolútnej nule dochádza k javu supravodivosti - vodič nekladie elektrickému prúdu žiaden odpor - vzniká supravodič.

Zahrievanie vodičov[upraviť | upraviť zdroj]

Keďže každý vodič (okrem supravodičov) kladie elektrickému prúdu odpor, spotrebováva elektrickú energiu. Takto spotrebovaná elektrická energia sa mení na teplo, ktoré nazývame Joulovo teplo. Množstvo tepla Q sa vypočíta vzťahom Q = R . I^2 . t , kde R je odpor vodiča, t je čas, počas ktorého preteká elektrický prúd I vodičom. V extrémnom prípade pri nedostaočnom dimenzovaní vodiča a jeho zlom chladení dochádza k prehrievaniu vodiča spätnou väzbou (vyššia teplota znamená vyšší odpor a tým vyššie zahrievanie ...) a môže dôjsť k roztaveniu vodiča a tým k skratu, alebo ku zahriatiu vodiča na zápalnú teplotu jeho izolácie, alebo okolia vodiča.

Materiál kovového vodiča[upraviť | upraviť zdroj]

Na výrobu elektrických vodičov sa používajú kovy ktoré sú "dobrými vodičmi" čiže kladú prechádzajúcemu elektrickému prúdu nízky odpor, ale zároveň sú cenovo dostupné a majú vhodné mechanické vlastnosti a odolnosť voči korózii. Najčastejšími kovmi používaným na výrobu elektrických vodičov sú meď, hliník, striebro, zlato, platina. Kovy sa obvykle používajú v zliatinách, ktoré vylepšujú ich mechanické vlastnosti. Prakticky - hlavne pre cenovú dostupnosť a nekorozívnosť sa používa hlavne meď (vo forme elektrotechnickej medi). Hliník donedávna veľmi používaný sa už používa veľmi obmedzene. Má síce nižšiu cenu, a len mierne horšiu vodivosť ako meď, ale je krehký, koroduje a hlavne pri zaťažení tlakom má tendenciu „odtiecť“ z miesta vyššieho tlaku (z prípojnice alebo svorkovnice) čo má za následok zvýšenie prechodového odporu v mieste pripojenia vodiča. Spoje sa musia priebežne kontrolovať a doťahovať (jeden z problémov panelákových bytov, kde sa hliníkové vodiče často používali).

Izolácia vodiča[upraviť | upraviť zdroj]

Izolácia vodiča ho chráni pred koróznymi a mechanickým poškodením, zároveň bráni kontaktu s vodivým jadrom (živou časťou), slúži aj ako rozlišovací znak vodiča. Tak ako sa elektrické vodiče používajú v najrôznejších oboroch a podmienkach, tak sa aj izolácia musí vyrovnať s týmito podmienkami. Typ izolácie záleží od použitia (priorita je ochrana zdravia), pracovného napätia vodiča (bezpečné napätia, signálové napätia, vysoké napätia), pracovných teplôt (pre chladné prostredia, pre horúce prostredia), mechanického zaťaženia (prívodné šnúry, pevné pripojenie), chemického zaťaženia (oleje, prach, UV žiarenie, voda).

Sledované vlastnosti izolácie vodiča:

  • chemická odolnosť
  • stálosť
  • dielektrická pevnosť
  • merný objemový odpor
  • nenasiakavosť
  • bod mäknutia
  • predĺženie, stiahnutie
  • odolnosť voči chladu (bod krehnutia)
  • odolnosť voči teplu
  • horľavosť
  • samozhášanlivosť
  • merná hmotnosť
  • farebná stálosť

Ako materiál sa používajú bežné plasty (PVC, PE, XLPE, PP, PTFE...), laky, smalt, opradenia bavlnou ...

Tabuľka prierezov vodičov[upraviť | upraviť zdroj]

Elektrické vodiče sa vyrábajú v priemeroch podľa vyvoleného číselného radu. Ak vypočítaný prierez vodiča (podľa predpokladaného maximálneho prúdu) v elektrotechnickej konštrukcii nie je presne hodnota z radu, použijeme najbližší vyšší vyrábaný prierez.

Elektrický vodič sa vyrába z plného drôtu, alebo lanka (prameňového alebo pružného). Podľa STN/IEC 60228 poznáme Triedu 1 (plný prierez – jednojadrový vodič), Trieda 2 (prameňový - lanko zložené z viacerých hrubších drôtov) , Trieda 5 a 6 (ohybný - zakrútené lanko z drôtov menšieho priemeru). Pozri lanko. Trieda 1 a 2 sú určené len pre pevné (nepohyblivé) prívody. Triedy 5 a 6 sú určené pre pohyblivé prívody (napájacie šnúry elektrospotrebičov, predlžovacie káble ...).

Tabuľka vyvoleného radu vodičov (STN/IEC 60228), s maximálnymi dovolenými priemermi holého (neizolovaného) Cu vodiča pre jednotlivé triedy.

prierez [ mm2 ] plný drôt (Trieda 1)
max. priemer [mm]
prameň (Trieda 2)
max. priemer [mm]
pružný vodič (Trieda 5,6)
max. priemer [mm]
0,5 0,9 1,1 1,1
0,75 1,0 1,2 1,3
1,0 1,2 1,4 1,5
1,5 1,5 1,7 1,8
2,5 1,9 2,2 2,4
4 2,4 2,7 3,0
6 2,9 3,3 3,9
10 3,7 4,2 5,1
16 4,6 5,3 6,3
25 5,7 6,6 7,8
35 6,7 7,9 9,2
50 7,8 9,1 11,0
70 9,4 11,0 13,1
95 11,0 12,9 15,1
120 12,4 14,5 17,0
150 13,8 16,2 19,0
185 15,4 18,0 21,0
240 17,6 20,6 24,0
300 19,8 23,1 27,0
400 22,2 26,1 31,0
500 - 29,2 35,0
630 - 33,2 39,0
800 - 37,6 -
1000 - 42,2 -

Farebné označovanie[upraviť | upraviť zdroj]

Farebnému označovaniu holých a izolovaných vodičov sa venuje norma:
STN 330165 (Označovanie vodičov farbami alebo číslicami), STN/IEC 60446 (330165) (Označovanie vodičov farbami alebo číslicami). STN 347411 (Označovanie žíl v kábloch a ohybných šnúrach).


Farebné označovanie holých vodičov:

striedavá sústava vodič a prípojnica farba
fáza oranžová s doplnkovým označením
čierne priečne pruhy = poradie fázy
stredný (neutrálny) svetlomodrá
ochranný zelenožltá
jednosmerná sústava vodič a prípojnica farba
kladný pól tmavočervená
záporný pól tmavomodrá
stredný svetlomodrá
ochranný zelenožltá

Farebné označovanie izolovaných vodičov

vodič a prípojnica
striedavá sústava
farba farba
fáza čierny, hnedý, šedý Color wire black.svg Color wire brown.svg Color wire grey.svg
ochranný zelenožltý Color wire green yellow.svg
stredný (neutrálny) svetlomodrý Color wire light blue.svg
vodič a prípojnica
jednosmerná sústava
farba farba
kladný pól červený Color wire red.svg
záporný pól tmavomodrý Color wire dark blue.svg
ochranný zelenožltý Color wire green yellow.svg
stredný (neutrálny) svetlomodrý Color wire light blue.svg

Color wire green yellow.svg Izolácia ochranného vodiča musí mať po celej dĺžke zelenožlté pruhy !

Kódové označovanie vodičov[upraviť | upraviť zdroj]

Kód označujúci druh vodiča obsahuje číslicu určujúcu celkový počet žíl a písmeno určujúce druh žíly.

písmeno druh žily
A (-O) vodič má iba fázové žily
B (-J) vodič má fázové žily a ochrannú žilu
C (-JB) vodič má fázové žily, strednú žilu a ochrannú žilu
D (-OB) vodič má fázové žily a neutrálnu žilu

Najčastejšie používané kombinácie vodičov v elektrickom kábli

kód 1.žila 2.žila 3.žila 4.žila 5.žila
2A (-O) fáza
Color wire black.svg
fáza
Color wire brown.svg
- - -
2B (-J) ochranný
Color wire green yellow.svg
fáza
Color wire black.svg
- - -
3C (-J) ochranný
Color wire green yellow.svg
stredný
Color wire light blue.svg
fáza
Color wire black.svg
- -
4B (-J) ochranný
Color wire green yellow.svg
fáza
Color wire black.svg
fáza
Color wire brown.svg
fáza
Color wire grey.svg
-
4C (podľa novej STN 34 74 11 sa nevyrába) ochranný
Color wire green yellow.svg
stredný
Color wire light blue.svg
fáza
Color wire brown.svg
fáza
Color wire black.svg
-
4D (-O) stredný
Color wire light blue.svg
fáza
Color wire black.svg
fáza
Color wire brown.svg
fáza
Color wire grey.svg
-
5C (-J) ochranný
Color wire green yellow.svg
stredný
Color wire light blue.svg
fáza
Color wire black.svg
fáza
Color wire brown.svg
fáza
Color wire grey.svg

Zdroje[upraviť | upraviť zdroj]

  • cz.wiki (vzorce odporových a tepelných závislostí)
  • STN/IEC 60228 (tabuľky a farebné značenie)