Proudová zatížitelnost pohyblivých PVC přívodů: Komplexní průvodce

Elektrické kabely a vodiče se na první pohled liší hlavně názvem (CYKY, AYKY, CYSY), v praxi ale rozhoduje konstrukce, prostředí a způsob uložení - interiér, exteriér, zem, UV, mechanické namáhání nebo rušení. V tomto průvodci najdete přehled a porovnání nejběžnějších druhů kabelů pro domovní instalace, kabely do země, ohebné přívody (H07RN-F), fotovoltaiku i datové rozvody, včetně typického použití, napětí a doporučeného uložení. Jeden z nejčastějších dotazů týkajících se kabelů je dotaz na dovolené proudové zatížení kabelu.

Základní principy proudové zatížitelnosti

Proudová zatížitelnost je jedním z hlavních parametrů silových kabelů, tj. kabelů určených pro dodávky elektrické energie. Dovolené proudové zatížení určitého kabelu závisí na řadě faktorů. Nejčastěji se vodiče vyrábějí z mědi, zejména pro její vysokou vodivost, nebo z elektrovodného hliníku. Odpory dle průřezu a konstrukce vodičů jsou určeny mezinárodní normou IEC 60228. Každý vodič klade procházejícímu proudu určitý odpor a tím se vodič zahřívá. Teplota vodiče nesmí překročit určitou hranici, jinak by došlo k poškození izolace.

Teplo generované v měděných vodičích se musí rozptylovat přes substrát desky plošných spojů a okolní prostředí. Pokud odvod tepla nemůže odpovídat generovanému teplu, teplota vodiče neustále stoupá, což vede k degradaci pájeného spoje, rozkladu laminátu nebo selhání vodivých vodičů.

Každý výrobce kabelů uvádí v příslušných dokumentech základní parametry kabelů, tj. také proudovou zatížitelnost na vzduchu, respektive v zemi (u kabelů, které je možno ukládat do země). Zde je třeba zdůraznit, že uvedená zatížitelnost se týká jednoho samostatně vedeného kabelu (pokud výrobce neuvádí jiné konkrétní uložení) při referenční teplotě okolí - na vzduchu 30 °C, v zemi 20 °C. Korekční součinitele jsou uvedeny v normách nebo různých elektrotechnických příručkách. Někteří výrobci uvádí i zatížitelnosti pro nejčastěji používaná uložení kabelů.

Konstrukce a materiály kabelů

Podíváme se na materiál jádra, jeho konstrukci a také na materiál izolace a pláště, který rozhoduje o odolnosti kabelu v prostředí.

Materiál jádra

• Měděné (Cu): Nejlepší vodivost (menší průřez při stejné zátěži). Jádro kabelu bývá nejčastěji měděné - je to univerzální volba pro domovní i běžné průmyslové instalace, protože má nízký elektrický odpor a dobře se s ním pracuje ve svorkách.
• Pocínovaná měď: Má stejné měděné jádro, jen je povrch vodiče potažený tenkou vrstvou cínu. Nejčastěji se vyskytuje u fotovoltaických kabelů nebo tzv. sauna kabelu (SiHF). Přínos pocínované mědi je hlavně v odolnosti povrchu proti oxidaci/korozi a stabilitě spojů v náročnějších podmínkách.
• Hliník (Al): Pro elektrický přívod se volí měděný kabel CYKY nebo hliníkový AYKY.
• AlFe: Na stožárech distribučních a přenosových vedení často neuvidíte „kabel“, ale holý vodič ve formě lana. Velmi často se provedení označuje jako AlFe. Vnější vrstvy tvoří hliníkové dráty, které přenášejí většinu proudu, ale uvnitř je ocelové jádro, které nese mechanické namáhání (tah, vítr, námrazu) a omezuje průhyb mezi stožáry.

Konstrukce jádra

Jádro je ta část vodiče, kterou na řezu kabelu vidíte jako měď nebo hliník. U kabelů a vodičů se jeho provedení neurčuje jen jmenovitým průřezem, ale také třídou podle ČSN EN IEC 60228, která stanovuje mimo jiné konstrukci jádra a jeho maximální odpor při 20 °C. V praxi se nejčastěji setkáte s třídou 1 (plné jádro), třídou 2 (lanované jádro pro pevné uložení) a třídami 5 a 6 (flexibilní měděná jádra, přičemž třída 6 je jemnější a ohebnější).

Vedle těchto tříd se v označení kabelů používají i konstrukční zkratky popisující tvar a provedení vodiče: R = kruhový, S = sektorový, E = plný, M = lanovaný. Odtud vycházejí běžná označení RE, RM, SE a SM.

• Plné jádro "drát" Cu (měděné) nebo Al (hliník): Pro pevné uložení v elektroinstalaci. Po ohnutí drží tvar. Typicky menší až střední průřezy - do 16 mm² (Cu) nebo 35 mm² (Al). Vodič CY (H07V-U) má jednodrátové měděné jádro - dobře se tvaruje, drží směr a hodí se tam, kde vedení po instalaci stojí. Jádro odpovídá třídě 1 dle ČSN EN 60228.
• Mnohodrátové "laněné" jádro Cu nebo Al: Pro větší průřezy než RE. Pevné uložení, často větší průřezy.
• Mnohodrátové "jemně laněné" jádro "licna" Cu nebo pocínované Cu: Ohebné a flexibilní. Pro pohyblivé uložení a přívody. Používá se tam, kde se s kabelem počítá do ohybu. Vodiče CYA (H07V-K) mají lanované měděné jádro složené z mnoha drátků. Jejich výhodou je lepší ohebnost a přizpůsobivost ve stísněných prostorech. Proto jsou univerzální a využívají se hlavně k propojení různých pomocných kontaktů nebo uzemnění ocelových dveří rozvodnic a podobně. Jádro odpovídá třídě 5 dle ČSN EN 60228. V mnoha případech není kabel pevně uložen. To platí pro přívodní ohebné a flexibilní kabely, sloužící jako elektrický přívod ke spotřebiči nebo podobnému zařízení. Větší flexibilitu potřebují šňůry pro přenosná zařízení a prodlužovací kabely na bubnu.
• Sektorové jednodrátové jádro Al: Větších průřezů než RM. Pro pevné uložení, obvykle v zemi.
• Sektorové mnohodrátové jádro Cu nebo Al: Komprimované větších průřezů než RM. Pro pevné uložení, obvykle v zemi.

Materiál izolace a pláště

Pro danou aplikaci je vždy rozhodující materiál pláště. Zde jsou nejpoužívanější typy:

• Y (PVC izolace a plášť): Ohebné kabely CYSY s PVC pláštěm výborně vyhovují použití v suchu a normálních podmínkách. Dělí se podle napětí a výkonu. Šňůra pro běžné domácí spotřebiče na 230 V nebo prodlužovací zásuvky jsou určeny kabely H05VV-F, se starším názvem CYSY.
• R (harmonizované), SG ("Střední guma"): Nejčastější izolace a plášť pro venkovní podmínky (krátkodobě), na zahradu. Lehké mechanické namáhání, v suchu i vlhku a normálních teplotách. Pro běžné spotřebiče a zařízení v dílně a krátkodobě i na zahradu se hodí gumový kabel H05RR-F, známější jako CGSG "střední guma". Je určen pro lehké mechanické namáhání, v suchu až vlhku.
• N (harmonizované), TG ("Těžká guma"): Plášť pro venkovní podmínky (dlouhodobě), zemědělství a průmysl. Střední mechanické namáhání, v suchu i mokru a normálních teplotách. Pro výkonná zařízení a střední mechanické namáhání v průmyslu i zemědělství je vhodný gumový-neoprénový kabel H07RN-F, dříve CGTG "těžká guma". Ten odolá mokru, olejům a zředěným zásadám i kyselinám. Nevadí mu dlouhodobé používání venku.
• Neoprénový / pancéřový kabel N07V3V3-F: Řešením problémů s třením u gumových kabelů je neoprénový nebo též pancéřový kabel N07V3V3-F, známý jako staveništní kabel, protože je určen hlavně na staveniště. Odolá stejným vlivům jako těžká guma a navíc mu nevadí drsné a mechanicky náročné podmínky.
• Silikonový plášť: Odolnější vůči extrémním teplotám nízkým i vysokým. Pro přívod k topným zařízením, saunovým kamnům. Při vysokých teplotách jsou vhodnější silikonové kabely. Používají se jako přívod k topným zařízením, sporáku nebo saunovým kamnům. Výhodou je odolnost proti extrémním teplotám, chemicky agresivním látkám i UV záření. Jsou bezhalogenové a velmi flexibilní, ale jejich nevýhodou je nízká mechanická odolnost, nesmí být mechanicky zatěžované.
• Zesítěný bezhalogenový polyolefin/kopolymer: Používán pro solární kabely H1Z2Z2-K a další. Solární kabely (typicky H1Z2Z2-K) se používají k propojení fotovoltaických panelů a komponentů. Jde o jednožilové kabely větších průřezů pro vyšší napětí 1500 V DC a venkovní podmínky, odolávají nízkým i vysokým teplotám a UV záření.
• Bezhalogenový plášť (LSOH): S nízkým vývinem kouře při hoření (LSOH = „low smoke zero halogen“). Vhodné pro vyšší ochranou osob, školy, nemocnice, veřejné prostory.
• Oheň retardující "nehořlavý": Nekorozivní, bezhalogenový plášť strukturované kabeláže a silových kabelů, s nízkým vývinem kouře při hoření, s třídou reakce na oheň B2ca. Běžné kabely CYKY a jiné mají plášť a izolaci z PVC (polyvinylchlorid), mohou obsahovat změkčovadla a při vysokých teplotách (v podmínkách požáru) uvolňují žíravý chlorovodík. Naproti tomu bezhalogenové kabely (značí se také LSZH/LSOH nebo halogen-free) neobsahují halogenové prvky (chlór a další) a tím u nich nehrozí výše zmíněné negativní působení na zdraví. Nehořlavé kabely se v praxi používají tam, kde se vedle běžné funkce řeší i chování kabeláže při požáru - buď aby nešířila plamen a netvořila tolik kouře, nebo aby vybrané okruhy zůstaly funkční i během požáru. Oproti standardnímu CYKY, které při požáru rychle ztrácí vlastnosti a produkuje hustý kouř, se často setkáte se dvěma skupinami: oranžové kabely "R" (oheň retardující, oheň nešířící - typicky pro veřejné prostory a únikové trasy, kde je cílem omezit šíření požáru a kouře) a hnědé kabely "V" (se zachováním funkčnosti při požáru - pro napájení nouzových a požárně bezpečnostních systémů). Hnědý kabel se používá pro kabely se zachováním funkčnosti při požáru (V) - typicky pro okruhy, které mají fungovat i během požáru.

Značení kabelů a vodičů

U kabelů se v praxi skoro vždy setkáte se zápisem typu CYKY-O 3 x 1,5 mm2 nebo CYKY-J 5 x 2,5 mm. První číslo (v předcházejícím případě 3 nebo 5) říká počet žil v kabelu a druhé (1,5 nebo 2,5) je průřez jedné žíly v milimetrech čtverečních (mm2). Vodiče vyráběné podle harmonizovaných norem jsou značeny např. 07 - max. Max. Údaje jsou platné pro maximální povolenou provozní teplotu jádra.

Počet žil a průřez vodiče

Počet žil v kabelu souvisí hlavně s tím, kolik vodičů potřebujete pro daný obvod. V typické jednofázové instalaci (230 V) jsou nejčastější 3žilové kabely - fáze (L), nulový/střední vodič (N) a ochranný vodič (PE). U třífázových obvodů (400 V) se často používá 5žilový kabel (L1, L2, L3, N, PE). Někdy ale narazíte i na 4žilové provedení - typicky tam, kde se používá kombinovaný vodič PEN. Mějte na paměti, že v DC instalacích jsou k měniči, nebo baterii vedeny dva vodiče, kladný (+) a záporný (-).

Průřez vodiče se uvádí v mm2 a je zásadní pro to, jaký proud může vedení dlouhodobě bezpečně přenášet a jaké budou ztráty a úbytek napětí. Průřez vodiče je plocha měděného jádra v milimetrech čtverečních [mm2]. Pokud uvažujeme zatížitelnost vodiče, pracujeme vždy s průřezem, tedy plochou. Průřezy vodičů nejsou nahodilé. V praxi se používá standardizovaná řada jmenovitých průřezů (dle ČSN EN IEC 60228). Proto se nejčastěji setkáte s hodnotami jako 0,5 / 0,75 / 1 / 1,5 / 2,5 / 4 / 6 / 10 / 16 / 25 / 35 / 50 / 70 / 95 / 120 / 150 / 185 / 240 mm2.

Průřez ale sám o sobě nestačí. Výslednou proudovou zatížitelnost ovlivní i způsob uložení (ve zdi, v trubce, v izolaci, ve svazku), okolní teplota, seskupení více kabelů vedle sebe a také délka trasy, která má vliv na úbytek napětí. V praxi běžně zaznívají obecná doporučení (např. 1,5 mm² pro světelné obvody a 2,5 mm² pro zásuvkové obvody).

Barvy vodičů

Důležitým aspektem je také barva vodiče - nejde jen o pořádek, ale také o bezpečnostní značení, které má v elektroinstalaci jasná pravidla. Barvy jsou podle normy jasně dané, ale u starších instalací nebo po neodborných zásazích se nedá spoléhat jen na ně - vždy je potřeba funkci vodiče ověřit.

• Zelenožlutá: Patří vždy ochrannému vodiči PE a na nic jiného se nepoužívá. V běžné instalaci je ochranný vodič vždy zelenožlutý.
• Modrá: Je vyhrazená pro střední vodič N; pokud se v instalaci N používá, modrá nesmí označovat jiný vodič. V běžné instalaci je nulák modrý.
• Ostatní barvy: Běžně se používají pro fáze a ovládání (nejčastěji hnědá, černá a šedá) - důležité je, aby byla instalace konzistentní a vodiče byly jednoznačně označené i v rozvaděči.

Typy kabelů a jejich použití

Níže porovnáváme nejběžnější druhy elektrických kabelů a vodičů. Začínáme přehledovou tabulkou, kde u každého typu uvádíme typickou konstrukci, použití, jmenovité napětí a způsob uložení.

Detailní popis vybraných typů

• Silové instalační kabely (CYKY, AYKY, CYKYLo): Pro rezidenční, komerční i průmyslové elektroinstalace jsou silové instalační kabely naprosto stěžejní a nejčastěji používané. V běžné řeči se jim často říká prostě elektrické kabely. Slouží pro rozvod elektrické energie v budovách a jako elektrický přívod do objektu. Nejčastěji instalovanými v jednofázových i třífázových soustavách, zásuvkových a světelných obvodech jsou silové instalační kabely CYKY. CYKY je typický instalační kabel pro pevné uložení - používá se do zdi, trubek, lišt apod. Má tvrdší konstrukci a počítá se s tím, že po instalaci zůstane na místě. Černý kabel bývá typicky běžný instalační kabel. CYKY je standardní volba pro většinu elektroinstalace (zásuvky, světla, pevné rozvody). Při nedostatku místa nebo nemožnosti sekání do betonu a zdiva lze použít ploché kabely CYKYLo. CYKYLo se liší tím, že je plochý a používá tak hlavně tam, kde je problém s prostorem nebo není možné sekat hluboké drážky.
• Ovládací kabely JYTY: Vedle toho, pro řídící, signalizační a automatizační systémy se často používají ovládací kabely JYTY. Konstrukčně jsou podobné kabelům CYKY, ale JYTY jsou určené na signály a řízení, nikoliv na běžné silové napájení. Mají stínění a často také více žil ke spínání a ovládání.
• Pohyblivé PVC přívody (CYSY / H05VV-F): Ohebné kabely CYSY s PVC pláštěm výborně vyhovují použití v suchu a normálních podmínkách. Dělí se podle napětí a výkonu. Šňůra pro běžné domácí spotřebiče na 230 V nebo prodlužovací zásuvky jsou určeny kabely H05VV-F, se starším názvem CYSY.
• Gumové kabely (H05RR-F / CGSG, H07RN-F / CGTG): Pokud hledáte flexibilní přívodní kabel k pohyblivému zařízení, je lepší gumový kabel s pryžovým pláštěm. Pro běžné spotřebiče a zařízení v dílně a krátkodobě i na zahradu se hodí gumový kabel H05RR-F, známější jako CGSG "střední guma". Je určen pro lehké mechanické namáhání, v suchu až vlhku. Někdy je ale potřeba gumový kabel do náročnějších podmínek. Pro výkonná zařízení a střední mechanické namáhání v průmyslu i zemědělství je vhodný gumový-neoprénový kabel H07RN-F, dříve CGTG "těžká guma". Ten odolá mokru, olejům a zředěným zásadám i kyselinám. Nevadí mu dlouhodobé používání venku. Gumové kabely ale mají i nevýhody, tou hlavní je tření. Guma není kluzká a snadno dojde k odření nebo oděru pláště.
• Sdělovací a telefonní kabely (JYSTY, SYKFY, TCEPKPFLE): Pro přenos signálů na větší vzdálenosti se ve sdělovací technice nebo telefonních sítích používají sdělovací a telefonní kabely. Obsahují často velký počet žil stočených do skupin po dvou nebo čtyřech a mohou mít stínění. Kabel JYSTY je pro instalaci vnitřních sdělovacích rozvodů, obsahuje 1 až 2 páry žil a stínění, je dimenzovaný pro napětí do 300 V. Kabely SYKFY jsou určené také pro instalaci vnitřních sdělovacích rozvodů, obsahují 2 až 20 párů žil a stínění, jsou dimenzované pro napětí do 100 V. Pro vnější telekomunikační sítě je určen kabel TCEPKPFLE obsahující až 25 skupin žil po čtyřech. Má stínění, UV stabilní plášť a lze ho uložit v chráničce do země.
• Datové kabely: Datové kabely je označení pro vedení strukturované kabeláže a ethernetových rozvodů s připojením síťových prvků konektorem RJ-45. Nejčastější v elektroinstalaci jsou instalační datové kabely obsahující pevné dráty. Pro připojení routeru, počítače a propojení dalších síťových prvků v blízkosti se užívají ohebné patch kabely obsahující licnu. Primární rozdělení strukturované kabeláže je podle kategorie udávající rychlost přenosu a šířku pásma: základní CAT5E je dostatečná pro domácí ethernet. Rychlejší a dnes doporučovaná je kategorie CAT6, profesionální je CAT6A a pro datová centra CAT7, CAT7A nebo CAT8. Důležitý parametr je stínění: UTP bez stínění, FTP jednoduché celkové stínění, STP stínění párů, SSTP stínění párů i celkové. Stínění zvyšuje kvalitu a rychlost přenosu dat. Platí, že celkové stínění chrání datový kabel vůči vnějšímu elektromagnetickému rušení například od souběžně uložených silových a řídících kabelů. Stínění párů naopak chrání proti vnitřnímu rušení mezi páry žil, takzvaně "cross-talk".
• Optické kabely: Vedle elektrických kabelů se využívají také optické kabely, zejména jako strukturovaná kabeláž pro rychlé a spolehlivé přenosy dat. Optické kabely nepracují s elektrickým proudem. Fungují na principu totálního odrazu světla uvnitř skleněného vlákna. Optický kabel obsahuje mnoho tenkých skleněných optických vláken průměru obvykle 9 nebo 50 mikronů.

Faktory ovlivňující proudovou zatížitelnost

Výslednou proudovou zatížitelnost ovlivní i způsob uložení (ve zdi, v trubce, v izolaci, ve svazku), okolní teplota, seskupení více kabelů vedle sebe a také délka trasy, která má vliv na úbytek napětí.

Závěrem je uveden příklad dnes častého uložení instalačních kabelů v budovách: Svazek několika kabelů je uložen v uzavřeném korytu nebo v podhledu nebo ještě hůře kombinací obou způsobů. Násobením příslušných korekčních součinitelů pak výsledné dovolené proudové zatížení je podstatně menší než hodnota uváděná v katalogu.

Norma IPC-2152 nahradila konzervativní vzorce IPC-2221 empiricky odvozenými modely založenými na rozsáhlých laboratorních testech. Tato norma poskytuje křivky nárůstu teploty pro různé hmotnosti mědi, šířky stop a konfigurace vrstev, a nabízí tak výrazně přesnější předpovědi proudové únosnosti těžkých měděných desek plošných spojů.

Normy UL, včetně UL 1059 a UL 796, stanoví přijatelné limity nárůstu teploty, které se obvykle pohybují v rozmezí od 10 °C do 30 °C nad okolní teplotu pro bezpečný provoz. Tyto limity zabraňují urychlenému stárnutí izolačních materiálů a udržují integritu pájených spojů po celou dobu životnosti výrobku.

Vnější vrstvy vodivých drah těží z přímé konvekce vzduchu, což umožňuje menší šířky pro ekvivalentní proudovou únosnost těžké měděné desky plošných spojů. Vnitřní dráhy vložené mezi vrstvy substrátu se spoléhají výhradně na vedení proudu a pro stejný proud a nárůst teploty vyžadují přibližně o 25 až 40 procent větší šířku. Zvýšení tloušťky mědi z 2 oz na 6 oz poskytuje nejpřímější zlepšení proudové zatížitelnosti. Silnější měď proporcionálně snižuje elektrický odpor, čímž se snižují ztráty I²R a nárůst teploty. Směrování více paralelních vodičů nebo implementace pomocí sešívání mezi vrstvami efektivně rozděluje proud mezi více vodičů, čímž se snižuje zatížení jednotlivých vodičů.

Výroba plošných spojů z těžké mědi zahrnuje specializované leptací procesy, které se zásadně liší od standardního zpracování mědi. Okraje vodičů vykazují větší drsnost a minimální požadavky na rozteč se zvyšují s hmotností mědi. Leptání silné mědi vede k méně přesné definici hran ve srovnání s tenčí mědí, což má za následek odchylky šířky ±10 až 15 procent. Konzervativní návrhy tuto variabilitu zohledňují specifikací širších nominálních stop, než naznačují minimální výpočty. Spolupráce s výrobcem desek plošných spojů v rané fázi návrhu pomáhá ověřit výpočty proudové únosnosti silných měděných desek plošných spojů s reálnými výrobními možnostmi. Zkušení výrobci poskytují zpětnou vazbu od návrhu k výrobě ohledně dosažitelných geometrií, optimalizace vrstvení vrstev a implementace tepelných přechodů.

tags: #proudova #zatizitelnost #pohyblivych #pvc #privodu #informace

Oblíbené příspěvky:

• Návod na výrobu svahových tvárnic
• Originální dřevěné klíčenky
• Tipy pro elegantní spojení různých typů podlah pomocí přechodových lišt
• Rozvaděče na fasádě a IP krytí
• Budoucnost stavebnictví s udržitelnými materiály