Kabel

Kabel je elektrotechnický prvek, používaný k přenosu elektrické energie a/nebo optických signálů. Obvykle jde o soustavu dvou nebo více elektrovodných nebo optických jader (včetně jejich kombinace), spojených společným pláštěm.

Typy kabelů

Základní rozdělení kabelů je na silové, slaboproudé (sdělovací, signální, ovládací, datové apod.) a optické (pro vysokofrekvenční přenos dat).

* silové kabely - pro rozvod a přenos výkonové elektrické energie ** kabel pro pevné uložení do stěn, do elektroinstalačních kanálů, žlabů, lišt ** lehká šňůra pro pohyblivé přívody domácích spotřebičů a malých strojů ** těžká šňůra pro přívody velkých strojů a mobilních rozvaděčů ** závěsný kabel s vloženým ocelovým lankem pro možnost přímého zavěšení na opěry * sdělovací kabel (elektrický slaboproudý či optický kabel) - pro přenos dat, informací, signálů, povelů aj. ** stíněný kabel *** koaxiální kabel ** kroucená dvojlinka *** telefonní kabel *** datový kabel ** optický kabel

Podle způsobu užití tedy existují kabely pro pevné uložení a pro pohyblivé přívody. Mohou být spirálově zkroucené (jako telefonní šňůra), jednotlivé vodiče mohou být zkrouceny do tvaru šroubovice (tzv. +more kroucená dvojlinka) apod. Existují kabely odolné vysokým teplotám s izolací ze silikonové pryže i kabely nehořlavé, které si uchovávají funkčnost po určitou dobu i v ohni. Sdělovací kabely jsou často stíněné, aby vyhověly požadavkům na elektromagnetickou kompatibilitu. Izolované vodiče jsou nejdříve společně obaleny vodivou fólií nebo pletivem, potom teprve společným pláštěm. U datových kabelů (STP) může být stíněna každá dvojice vodičů a potom ještě celý kabel. Pro připojení k internetu se používají kabely s kroucenou dvoulinkou (stíněné (STP) nebo nestíněné (UTP)) nebo optické kabely (dříve i koaxiální kabely).

Složení kabelů

Kabel se obvykle skládá z jednotlivých vodičů obalených izolační vrstvou (takový vodič se nazývá kabelovou žílou), které mohou být uspořádány do souborů. Tyto žíly a jejich soubory mohou být obaleny výplňovou vrstvou pro vylepšení kruhovitosti kabelu. +more Svrchní vrstvou kabelu je plášť. Může být doplněn dalšími prvky pro zvýšení mechanické odolnosti, elektromagnetické odrušení apod.

Jádra

Materiál jádra

Bude-li vodič sloužit k přenosu silové a signální (sdělovací) elektřiny, je vhodné použít materiál s dobrou vodivostí: * měď se využívá nejčastěji. Může být holá nebo pokovená (cínem, stříbrem atd. +more). Její výhodou je kromě vodivosti také vysoká pevnost a houževnatost, se kterou vodič velmi dobře odolává ohybům; * hliník se používá v menší míře, a to převážně pro energetické aplikace. Oproti mědi má nižší vodivost, ale je mnohem lehčí; * bronz a mosaz - pro potřeby pevnějších jader s vysokou vodivostí, dříve např. pro telefonní vedení; * železo v poměděné či pocínované verzi - pro potřeby pevnějších a levnějších jader bez vysokých nároků na vodivost (včetně levných anténních koaxiálů), popřípadě pro přívod k rozbuškám (zbytky takových vodičů lze z těženého materiálu snadno separovat pomocí magnetu); * konstantan, slitiny niklu atd. - pro aplikace, kde je nutno regulovat nebo přímo využívat elektrického odporu jádra - typicky tedy u vyhřívacích vodičů se samoregulační funkcí. * uhlíková nit je nekovové jádro, vhodné k přenosu vysokonapěťových výbojů v zapalovacích kabelech u motorů, protože podstatně snižuje elektromagnetické rušení do okolí motoru. Typickým takovým výrobkem byly zapalovací kabely pro zážehové motory, kdy se takovým kabelem vedl výboj v řádku desetitisíců voltů od zapalovací cívky k zapalovací svíčce.

Poznámka k hliníkovým jádrům: Hliník má nižší vodivost než měď. Aby kabel s hliníkovými jádry dokázal přenést stejný proud jako kabel s jádry z mědi, musí mít větší průřez jader i výsledný celkový průměr. +more Přesto je takový kabel lehčí a levnější než měděný. Nevýhodou hliníku je jeho křehkost, kdy se opakovaným ohýbáním snadno zlomí. V místech připojení hliníku do svorky nebo šroubu se navíc hliník průchodem proudu zahřívá, roztahuje a dochází k jeho plastické deformaci. Při vychladnutí se opět smrští, při opakování vyšších proudových zátěží se tak spoj může postupně uvolnit a zvýšit svůj přechodový odpor. Hliník navíc povrchově oxiduje, přičemž Al2O3 na povrchu je nevodivý a tak dál zvyšuje přechodový odpor. Připojení hliníkových vodičů tak musí být pravidelně dotahováno jako prevence vzniku požáru. Postupně se proto omezilo používání hliníku v běžných instalacích (zejména v domovních rozvodech) a používá se spíše v dálkových rozvodech a průmyslových aplikacích, které jsou pod profesionálním dohledem.

Profil jádra

Jádro kabelu mívá většinou kruhový profil, ale ve speciálních případech může mít i tvar jiný. * Plné jádro: tvořené jedním drátem. +more Používá se obvykle pro pevné instalace, kde se nepředpokládá pohyb kabelu při používání - například u instalačních kabelů. ** Kulatý drát má běžný kruhový průřez. Lze se setkat i s označením RE z německého rund, eindrähtig. ** Sektorový drát má průřez kruhové výseče (též SE z německého sektor, eindrähtig). Takové dráty o přesném geometrickém profilu se používají pro snížení výsledného průměru kabelu, protože žíly do sebe ve skladbě kabelu zapadnou podobně jako dílky pizzy. * Složené jádro: tvořené více dráty tenčího průřezu, aby byla zvýšena ohebnost výsledného kabelu. Je to nezbytné například u kabelů s průřezy nad 16 mm², které by v případě jednodrátových jader byly natolik tuhé, že by se s nimi nedalo ručně manipulovat. Složeným jádrům do průřezu 16 mm² se slangově říká licna (z německého die Litze). ** Lanované jádro (též RM z německého rund, mehrdrähtig) může být tvořeno z uspořádaných 7 nebo 19 drátů jako pravidelné lanko, nebo z jiného počtu drátů v nepravidelné geometrii jako sypané lanko. ** Kartáčové jádro (též RF z německého rund, feindrähtig) je vyrobeno z velkého množství velmi tenkých drátků pro dosažení vysoké ohebnosti výsledného kabelu, například u přívodů k audiovizuální technice. ** Sektorové jádro (též SM z německého sektor, mehrdrähtig) kombinuje složení z více drátků, lisovaných do přesného geometrického profilu.

Průřez jádra

Materiálem a geometrickým průřezem jádra je stanovena jeho maximální proudová zatížitelnost. Pro jádra se používají tzv. +more jmenovité průřezy, které se nerovnají přesnému geometrickému průřezu, ale musí splnit požadavky na vodivost a průměr podle uznaného standardu (např. EN 60228, IEC 228). U silových vodičů jsou obecně a laicky známé průřezy 0,5 - 0,75 - 1 - 1,5 - 2,5 - 4 - 6 - 10 mm², v profesionální energetice se běžně používají velké průřezy 10 - 16 - 25 - 35 - 50 - 70 - 95 - 120 - 150 - 185 a 240 mm², u sdělovacích vodičů naopak i malé průřezy 0,14 - 0,22 - 0,35 mm², pro speciální účely jsou normalizované i průřezy 0,6 - 0,85 - 2 - 8 mm².

Především v USA a podobných státech se pak používá značení průřezu AWG neboli American Wire Gauge, které namísto rozměru či zatížitelnosti udává redukci průřezu v palcovém systému. Systém AWG je tak převrácený oproti systému metrickému. +more AWG 1 má průřez cca 42,39 mm², AWG 10 cca 5,26 mm², AWG 20 cca 0,52 mm² a nejvyšší AWG 26 cca 0,13 mm². Protože tento systém je v USA stále používán, existují převodní tabulky, ze kterých lze vyčíst průměr (průřez) vodiče popsaného některým stupněm AWG.

Izolační vrstva

Materiálem a tloušťkou izolace je stanovena napěťová pevnost kabelu. Chováním izolace v tepelném zatížení je určujícím faktorem při rozdělení kabelů do tzv. +more tříd teplotní odolnosti.

Izolace na kabelových jádrech má za úkol oddělit od sebe jednotlivá jádra tak, aby nemohlo dojít k jejich nežádoucímu spojení a tedy k elektrickému zkratu. Izolace má tedy pouze technickou, nikoliv bezpečnostní funkci. +more Nejčastějším materiálem pro výrobu izolace je měkčené PVC, pryž, silikon, polyetylen, EPR, HEPR, HFFR aj.

Výplňová vrstva

Soubory jednotlivých žil mají obvykle v řezu tvar, který není ideálně kruhový. Proto se na ně nanáší výplňová vrstva, pomocí které se dosáhne téměř ideálního kruhového tvaru. +more U kabelů pro přenos silové energie to je obvykle lisovaná gumová výplň okolo žil. Mezi jednotlivé žíly lze vložit i výplňovou žílu, obvykle ze skleněného vlákna obaleného stejnými izolačním materiálem, jako u žil. U jiných typů kabelů se výplň obvykle nepoužívá.

Stínění

Na soubor žil lze aplikovat stínicí vrstvu z vodivého nebo polovodivého matriálu, který zajistí, že elektrický proud uvnitř kabelu nebude mít vliv na okolní prostředí nebo že naopak elektromagnetická pole v okolním prostředí nebudou mít nežádoucí vliv na elektrické signály, přenášené kabelem. *Opletené stínění: na soubor žil se ve speciálním oplétacím stroji naplétá nekonečná „punčoška“ z navzájem se pravidelně křižujících vodivých drátků. +more *Opředené stínění: na soubor žil se ve speciálním opřádacím stroji navíjí souběžné drátky v mnoha nekonečných spirálách. *Ovinuté stínění: na soubor žil se přikládá vodivá nebo polovodivá páska s příložným drátkem.

Plášť

Plášť tvoří svrchní část kabelu. Jeho úkolem je držet pohromadě jednotlivé žíly a chránit je před vnějším prostředím (před mechanickým namáháním, slunečními paprsky, chemikáliemi aj. +more). Obvykle je tvořen podobným materiálem, jako izolace. Proto i jeho materiál musí být volen s ohledem na napěťovou pevnost a tepelnou odolnost výsledného kabelu.

Teplotní třídy kabelů

Při výběru kabelů pro konkrétní aplikace je nutné vycházet z teploty, která je pro konkrétní stroj, konstrukci nebo prostředí stanovena jako maximální povolená provozní teplota jádra kabelu. Záleží tedy jak na prostředí, tak na hodnotě jmenovitého proudu kabelu, který sám o sobě přispívá k ohřevu jádra kabelu.

Teplotní třídy jsou stanoveny písmenným kódem. V Evropě se používají nejméně dva systémy stanovení teplotní odolnosti, a to buď podle norem IEC pro pevné a pohyblivé instalace a aplikace, nebo podle standardu ISO po motorová vozidla. +more Je tedy pravděpodobné, že existují i jiné teplotní třídy kabelů v jiných oborech užití.

Barevné značení kabelů

V běžných rozvodech silové energie (nízkofrekvenční do napětí 1 kV) jsou z bezpečnostních důvodů již od 30. let pevně stanoveny barvy izolací podle toho, jakému účelu vodič bude sloužit. +more Zprvu to bylo (v rozvodech 1×220 V) tak, že černý vodič byl fázový a bílý nulovací, popřípadě přibyl zelený vodič uzemňovací. Postupem času a technickým rozvojem se předepsané barvy měnily.

Harmonizační dokument HD 308 z roku 1975 (převedený do ČR normou ČSN 33 0165) a jeho nová verze HD 308 S2 (ČSN 33 0166 ed. 2) stanovují toto barevné značení žil silových kabelů:

ČSN 33 0165 zavedla standardy barevného značení žil jako čtyři jednoznačné, pevně stanovené barevné kombinace, které pokrývaly prakticky všechny potřeby elektrotechnických aplikací. Následující písmenné kódy byly společné pro pevné kabely i pohyblivé šňůry: * A pro kabel obsahující pouze krajní vodiče (tj. +more černé a hnědé); * B pro kabel obsahující krajní a ochranný vodič (černé, hnědé a jeden žlutozelený); * C pro kabel obsahující krajní, ochranný a střední vodič (tj. všechny barvy); * D pro kabel obsahující pouze pracovní vodiče, tj. krajní a střední.

ČSN 33 0166 zavedla standardy barevného značení obvyklé v zemích EU: * J pro instalační kabel s ochranným vodičem; * O pro instalační kabel bez ochranného vodiče; * G pro pohyblivý kabel s ochranným vodičem; * X pro pohyblivý kabel bez ochranného vodiče.

Vzhledem k tomu, že obě normy platí souběžně, je možné tvořit soustavy vyhovující jedné, druhé nebo oběma normám. Staré kombinace A, B, C, D jsou sice výslovně uvedeny jako nedoporučované, protože byly nahrazeny novými (například 4B tak byla převedena na 4O, resp. +more 4X; 3C na 3G resp. 3J apod. ), přesto například za kombinace 3B nebo 4C není přímá náhrada.

Navíc, přes veškerou snahu IEC, praxe není (a z komerčních důvodů patrně nikdy nebude) zcela jednotná - například Německo používá v distribuční stejnosměrné soustavě opačné rozlišení pólů, Japonsko a USA mají opačnou funkci šedého a světlemodrého vodiče atd.

Související články

Drát * Elektrický vodič * Vodič (elektrotechnický výrobek) * Kabelový svazek * Podmořský kabel * Prodlužovací kabel * Tester kabelů * Ukládání kabelů * Šňůra * Kabel (textil)

Reference

Literatura

Štěpán Berka; Elektrotechnická schémata a zapojení 1; BEN - technická literatura, Praha 2008, str. 190-191 (Značení kabelů a vodičů) * Štěpán Berka; Elektrotechnická schémata a zapojení 2; BEN - technická literatura, Praha 2010, str. +more 227 (Proudová zatížitelnost kabelů a vodičů) a str. 228 (Barevné značení žil silových kabelů a vodičů) * ČSN 33 0165:92 (+ změny) - Elektrotechnické předpisy. Značení vodičů barvami nebo číslicemi. Prováděcí ustanovení * ČSN 33 0166 ed. 2:02 - Označování žil kabelů a ohebných šňůr.

Externí odkazy

Kategorie:Elektrotechnika Kategorie:Elektroinstalace Kategorie:Kabelová technika