Izolace kabelů a cívek: Materiály a technologie

Výběr správné izolace kabelů je zásadní a má přímý vliv na bezpečnost, výkon a životnost elektrických instalací. Při probírání tématu izolace elektrických kabelů dostupných na trhu je vhodné úvodem zmínit samotnou konstrukci elektrického kabelu. Kabel se skládá z více žil, které mají ještě další společnou izolační vrstvu. Izolaci tvoří obvykle několik vrstev, například izolace každé žíly, vrstva výplně (guma nebo plastová páska), izolace společná, stínění a plášť.

Konstrukce elektrického kabelu

Základní prvky konstrukce elektrického kabelu zahrnují:

  • Vodivá žíla: Materiál určený k přenosu elektrického proudu.
  • Vnitřní izolace: Vrstva obklopující každou jednotlivou žílu, zajišťující elektrické oddělení.
  • Vnější izolace (plášť kabelu): Obklopuje celý kabel a poskytuje celkovou ochranu.
  • Stínění: Vrstva chránící jednotlivé žíly před elektromagnetickým rušením.

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.

Typy jader vodičů

Jádra vodičů se vyrábějí v různých tvarech a provedeních, aby optimalizovala elektrické a mechanické vlastnosti:

  • Kruhové jádro: Nejběžnější typ.
  • Segmentové (sektorové) jádro: Jádra jednotlivých žil mají tvar kruhových výsečí pro lepší vyplnění prostoru kabelu. Používá se výhradně v rozvodech nízkého napětí.
  • Složené jádro: Průřez je tvořen jednotlivými lanky, což zaručuje snazší tvarování a značné omezení skinefektu. Skinefekt zvyšuje odpor vodiče a v jeho důsledku dochází k nadměrnému zahřívání izolace, což by mohlo vést k průrazu.
  • Trolejové jádro: Vodič má charakteristický tvar s drážkami na bocích, které slouží k upevnění úchytů tak, aby držely drát dostatečně pevně a spolehlivě a přitom nezasahovaly do dráhy sběrače.

Jádra pro energetické vodiče jsou téměř vždy definována jejich odporem.

Čtěte také: Návod: Kabel z kufru do palubovky Octavia

Materiály pro jádra vodičů

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

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

Venkovní vedení a lana AlFe

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. Pomocí drátů lichoběžníkového tvaru může být zkonstruován vodič se zvětšeným poměrem kovu vůči vzduchu. Tvarované vodiče mají větší hliníkovou část a tak nižší odpor než normální vodič kruhového průřezu se stejným vnějším průměrem.

Lana AlFe jsou složena z ocelového nosného drátu uprostřed a z hliníkových drátů slaněných okolo. Nejčastěji používaná jsou lana AlFe6, kde je poměr hliníku ku železu = 6:1. Pro zvlášť vysoké a vyšší napětí se používají tzv. svazkové vodiče, které jsou tvořeny několika spojenými lany AlFe. Toto provedení slouží k omezení skinefektu a snížení ztrát koronou. Celohliníkové vodiče, jako AAC (All Aluminium Conductor) a AAAC (All Aluminium AlloyConductor), mají vyšší pevnost než lana AlFe a dobrou ochranu proti korozi.

Přípojnice a trolejové dráty

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.

Izolační materiály pro kabely a cívky

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). Izolace čel cívek musí vydržet nejen namáhání v komplexních provozních podmínkách a nepředvídatelnou dobu provozu, nýbrž je také silně namáhána během výroby vinutí.

Čtěte také: Inovace v PVC kabelech s nosným prvkem

Poly(vinylchlorid) - PVC

PVC je odolný syntetický polymer, který se nejčastěji vyskytuje v plastifikované (PVC-P) a neplastifikované (PVC-U) formě.

  • PVC-P (měkčený PVC granulát, "polvinit"): 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 nejčastěji používaným materiálem pro kabely nízkého napětí s teplotní odolností 70ºC.
  • PVC-U (tvrzený PVC granulát, "polviplast"): Vyznačuje se 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.

PVC je tedy nehořlavý, povětrnostním vlivům či kyselinám odolný materiál, který se díky svým vlastnostem stal jedním z nejoblíbenějších materiálů používaných k izolaci elektrických kabelů.

Polyolefiny

Jedná se o skupinu materiálů, které obsahují uhlík a vodík.

  • Polyethylen (PE): Získává se polymerací ethylenu. Tento materiál má ve srovnání s PVC nízkou požární odolnost. Polyethylenová izolace je tuhá, tvrdá a neohebná. 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.
  • Zesítěný polyethylen (XLPE): 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.

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“

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.

Čtěte také: prodlužovací kabel s PVC izolací

Perfluoroalkoxy (PFA)

Typ fluoropolymeru s velmi vysokou chemickou a teplotní odolností. PFA je údajně srovnatelný s PTFE, ale má lepší tvarovatelnost, takže je vhodnější pro řešení, kde je vyžadována schopnost tváření za tepla.

Termoplastické elastomery (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

Syntetické organokřemičité polymery jsou oblíbeným izolačním materiálem. 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.

Modifikovaný termoplastický polyfenylether (MPPE)

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.

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.

Další izolační materiály

  • Měkká pryž (guma): Pro kabely nízkého napětí, teplotní odolnost 60ºC.
  • Laky: Vodiče pro vinutí se izolují několika vrstvami laku (jedna vrstva mívá tloušťku asi 0,01 mm).
  • Transformátorový olej: Celé vinutí transformátorů se pak často ukládá do transformátorového oleje.
  • Vzduch: Jako plynná izolace vodičů slouží zejména vzduch u venkovního vedení.
  • Izolační plyn SF6: V zapouzdřených rozvodnách se přípojnice a další vodivé části ukládají do pouzder, která jsou naplněna izolačním plynem SF6.

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. Tepelné třídy izolantů dle ČSN EN 60085 ed. 2 jsou důležitým parametrem pro výběr vhodné izolace.

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. Nejběžnějším typem sdělovacích kabelů pro přenos signálu je tzv. kroucená dvojlinka. Dalším často používaným typem sdělovacího vodiče je koaxiální kabel s vnitřním jádrem a stíněním.

Optická vlákna

Optické vlákno je tenké skleněné nebo plastové vlákno, které slouží k přenosu světelného signálu. Základní zapojení optického spoje zahrnuje vysílač (laser nebo LED dioda), optické vlákno a fotodetektor. Optické vlákno se skládá z jádra, pláště a primární ochranné vrstvy. Průměr jádra závisí na typu vlákna.

Typy optických vláken:

  • Mnohovidová vlákna (MMF): Jsou charakteristická větším průměrem jádra, což umožňuje šíření více světelných paprsků (vidů) současně. Jsou vhodná pro kratší vzdálenosti a aplikace, kde není vyžadována extrémní šířka pásma.
  • Jednovidová vlákna (SMF): Mají velmi tenké jádro, které umožňuje šíření pouze jednoho vidu světla. To minimalizuje disperzi a umožňuje přenos dat na velmi dlouhé vzdálenosti s vysokou šířkou pásma.
  • Plastové optické vlákno (POF): Označuje se POF (Plastic Optic Fiber). Jedná se o levnější alternativu ke skleněným vláknům, vhodnou pro kratší vzdálenosti a aplikace, kde je důležitá odolnost vůči ohýbání.

Výroba optických vláken

Výroba optických vláken je komplexní proces, který zajišťuje vysokou čistotu a optické vlastnosti materiálu. Nejprve je potřeba připravit tzv. preformu pro jádro, která je vyráběna metodou modifikované chemické depozice z plynné fáze (MCVD). Poté je na preformu nanesena další vrstva. Následně se preforma zahřívá a táhne na speciálním zařízení, aby se získalo optické vlákno požadovaného průměru.

Obvykle se sdružuje větší množství vláken v jednom optickém kabelu. Samostatný optický kabel se obvykle zafukuje do ochranných trubek. V současnosti se již například při stavbě RIS připravují trubky na optický kabel. Světelný vodič může být také integrován do jádra silového kabelu.

Výroba kabelů a vodičů

Výroba kabelů a dalších vodičů je poměrně náročná a vyžaduje dodržování předepsané kvality 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 vytlačováním roztaveného plastu se speciální extruzní hlavou metodou tzv. kontinuální vulkanizace. Dále se žíly stáčejí do svazku a vytváří se duše kabelu.

Izolace a organizace kabelů v praxi

Kategorie izolace a organizace kabelů zahrnuje praktické a technické prvky pro ochranu, vedení a uspořádání elektrických vodičů. Odstraňování izolace z vodičů je proces, který vyžaduje použití profesionálních nástrojů a dodržování opatrnosti, aby byla zajištěna bezpečnost a neporušenost vodičů.

Podkategorie izolace a organizace kabelů:

  • Izolační prvky: Zahrnují smršťovací bužírky, fólie, izolační podložky a ochranné oplety. Používají se k elektrickému oddělení, mechanické ochraně nebo barevnému značení vodičů.
  • Organizéry a úchytky: Slouží pro uchycení, svazkování a přehledné vedení kabelů - včetně stahovacích pásků, kabelových úchytek, držáků nebo lišt.
  • Úložný materiál: Umožňuje bezpečné a estetické zakrytí a vedení kabeláže v interiérech i technických prostorech. Patří sem elektroinstalační lišty, kanály, žlaby a další montážní řešení.

Použití izolace a organizace kabelů:

  • Domácí a bytové instalace: Ochrana vodičů v zásuvkách, rozvodech a při rekonstrukcích.
  • Průmyslové rozvody: Organizace kabeláže ve strojích, rozvaděčích a výrobních prostorách.
  • Servisní a montážní práce: Jednoduché svazkování, fixace nebo dočasné zakrytí kabelů.
  • Rekonstrukce a úpravy elektroinstalací: Přizpůsobení stávajícího vedení novým požadavkům.

Jak vybrat správné komponenty pro izolaci a organizaci kabelů:

  • Typ použití: Vnitřní, venkovní, trvalé nebo dočasné.
  • Materiál a odolnost: Tepelná, chemická a mechanická odolnost vůči okolnímu prostředí.
  • Rozměry vodičů: Průměr a počet kabelů pro správný výběr úchytů a bužírek.
  • Způsob montáže: Lepicí, šroubovací, zacvakávací nebo samonosné provedení.
  • Normy a bezpečnost: Produkty s požární odolností, UV stabilitou nebo atesty pro elektroinstalace.

tags: #izolace #kabelů #a #cívek

Oblíbené příspěvky: