Měděné a hliníkové vodiče s izolačními vrstvami pro přenos informací

Existuje mnoho typů síťových kabelů Ethernet používaných pro aplikace v datových centrech, jako jsou kabely Cat5e, Cat6, Cat6a a Cat7. Kovové vodiče použité v těchto síťových propojovacích kabelech se liší v druhu, například bezkyslíkatý měděný drát, čistý měděný drát, měděný hliníkový vodič a hliníkový drát. Tento článek popisuje výše uvedené typy vodičů a porovnává jejich rozdíly.

Typy vodičů

Bezkyslíkatý měděný drát

Měděný drát bez kyslíku je měděný kabel s nejvyšší vodivostí, který je rafinovaný pro snížení množství kyslíku na méně než 0,003 %, celkový obsah nečistot na méně než 0,05 % a čistotu mědi na více než 99,95 %. Tím se zlepšuje vodivost a odolnost proti oxidaci.

Čistý měděný drát

Čistý měděný drát má mírně nižší obsah mědi než bezkyslíkatý měděný drát, přibližně 99,5 % až 99,95 %. Dalšími nečistotami jsou některé kovy, jako je železo a kyslík. Čistý měděný drát má vynikající vodivost, tepelnou vodivost, plasticitu a snadno se lisuje.

Měděný hliníkový drát

Měděný hliníkový vodič je elektrický vodič složený z vnitřního hliníkového jádra a vnějšího měděného pláště. Protože obsahuje hliník, je výrazně lehčí a slabší než čistý měděný drát nebo bezkyslíkatý měděný drát, ale silnější než čistý hliníkový drát. Měděný hliníkový drát není v souladu s normami UL a TIA, z nichž obě vyžadují pevné nebo splétané měděné dráty, ale je to levná alternativa pro komunikační kroucené dvojlinky kategorie.

Hliníkový drát

Hliníkový drát je vyroben z čistého hliníku. Vzhledem k lehké povaze hliníku je hliníkový drát docela poddajný. Avšak ve srovnání s měděným drátem má nižší elektrické a mechanické vlastnosti, což z něj činí relativně špatný elektrický vodič.

Čtěte také: PVC izolovaný ostnatý drát

Porovnání měděných a hliníkových vodičů v síti

Přestože měď je nejlepším materiálem pro vodiče, je o něco dražší než hliník. Proto lidé často raději používají hliník, aby ušetřili peníze. Když se ale hliníkový drát zahřeje, roztáhne se, a když se ochladí, zmenší se. S každým pozvolným cyklem zahřívání a ochlazování klesá těsnost vodičů, což může vést k jiskrám, dokonce k požáru. Hliníkový drát bude také korodovat, když narazí na určité sloučeniny kovů, které zvyšují odpor vůči spojení. Hliníkový drát tedy vyžaduje vyšší údržbu než měděný drát.

Naproti tomu měď má jednu z nejvyšších hodnot elektrické vodivosti mezi kovy. Měď má vysokou pevnost v tahu, takže odolává extrémnímu namáhání a je odolnější. Díky své vysoké elasticitě, vysoké životnosti, nízké údržbě a vysokému výkonu je to stabilnější materiál než hliník. Dobrý výrobce tedy použije mnohem více mědi v drátu, aby zajistil výkon. Z toho vyplývá, že měděný drát převažuje nad hliníkovým drátem při použití v kabelových sítích. Čím vyšší je obsah mědi v síťovém kabelu, tím lepší je vodivost a přenosová kapacita.

Izolace vodičů

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.

Izolaci tvoří obvykle několik vrstev, např. izolace každé žíly, vrstva výplně (guma nebo plastová páska), izolace společná, stínění, plášť, venkovní plášť. Pro větší průřezy se obvykle provádějí jádra složená. Vyrábějí se obvykle jako vícežilové. Izolační obal žil i plášť bývají nejčastěji z pryže nebo PVC.

Materiály pro izolaci

• Měkčený PVC: Nejčastěji používaný materiál pro kabely nízkého napětí. Má teplotní odolnost 70ºC.
• Měkká pryž (guma): Pro kabely nízkého napětí, teplotní odolnost 60ºC.
• Zesíťovaný polyetylen (XPE): Pro vodiče vysokého nebo velmi vysokého napětí.

Vodiče pro vinutí se izolují několika vrstvami laku (jedna vrstva mívá tloušťku asi 0,01 mm). Celé vinutí transformátorů se pak často ukládá do transformátorového oleje. 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.

Čtěte také: Rizika měděného drátu v betonu

Typy jader vodičů

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. 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.

Složené jádro

Průřez je tvořen jednotlivými lanky, což zaručuje snazší tvarování a značné omezení skinefektu.

Skinefekt

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.

Materiály pro jádra vodičů

Jádra pro energetické vodiče jsou téměř vždy definována jejich odporem.

Čtěte také: Průvodce izolačním lakem na drát

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.

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.

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. Lana AlFe se vyrábějí slaňováním hliníkových drátů o určitém průřezu kolem ocelového nosného vodiče.

Celohliníkové 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. 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.

Sdělovací vodiče

Sdělovací vodiče jsou určené k přenosu dat a informací. Vzhledem k tomu, že tyto vodiče přenášejí pouze malé výkony (až 10^-6 W), lze je provádět v malých průřezech.

Kroucená dvojlinka

Nejběžnějším typem sdělovacích kabelů pro přenos signálu je tzv. kroucená dvojlinka. Skládá se z několika kroucených párů, ze kterých je potom stáčena duše kabelu.

Koaxiální kabel

Dalším často používaným typem sdělovacího vodiče je koaxiální kabel s vnitřním jádrem a stíněním.

Výroba kabelů a optických vláken

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 se speciální extruzní hlavou. Dále se žíly stáčejí do svazku a vytváří se duše kabelu.

Optická vlákna

Optická vlákna přenášejí informace ve formě světla. Základní zapojení optického spoje se skládá ze zdroje světla (LED nebo laseru), optického vlákna a fotodetektoru. Obvody zpracování signálu převádějí signál na formu vhodnou pro přenos. Fotodetektor přeměňuje optický signál v přijímači zpět na elektrický.

Typy optických vláken

• Jednovidová vlákna (SMF): mají velmi malý průměr jádra (do 10 µm) a umožňují šíření pouze jednoho vidu světla.
• Mnohovidová vlákna (MMF): mají větší průměr jádra (typicky 50 nebo 62,5 µm) a umožňují šíření více vidů světla.
• Plastové optické vlákno (POF): Používá se pro krátké vzdálenosti a má obvykle větší průměr.

Výroba optických vláken

Nejprve je potřeba připravit tzv. preformu pro jádro, která musí být čistá a kompaktní. Toho se dosahuje například metodou MCVD (Modified Chemical Vapour Deposition) pomocí chloridu křemičitého. Poté se na jádro nanáší plášťová vrstva a celé vlákno se táhne. Obvykle se sdružuje větší množství vláken v jednom optickém kabelu.

CU kabel s pájitelnou izolací

Měděný vodič o průměru 0,2 a 0,3 mm je přínosem při výrobě prototypů desek plošných spojů, kdy není vhodné nebo možné z mnoha důvodů vyrábět desky plošných spojů. Izolace je na bázi polyuretanu a je odstranitelná pistolovou páječkou nebo mikropájkou. Samotné odstranění izolace s následným pocínováním trvá 2-3 sekundy, mikropájkou nepatrně déle. Velkou výhodou oproti používání klasických vodičů s umělohmotnou izolací je rychlost použití a úspora prostoru. Odstranění umělohmotné izolace je pracné a časově náročné a při větším počtu vodičů se výsledek mění na nevzhlednou „matraci“ se složitou orientací uvnitř její struktury.

tags: #cu #drat #s #pajitelnou #izolaci #informace

Oblíbené příspěvky:

• Keramické dlaždice Zorka: Kompletní průvodce
• moderní povrchové úpravy podlah
• Vše o pevných kotvách do betonu
• prohlášení o shodě pro dlažbu RAKO Concept
• Vše o hydroizolaci a ochraně střech silikonovými nátěry