Komplexní průvodce tepelnou izolací vodičů

Výběr správné izolace kabelů je zásadní a má přímý vliv na bezpečnost, výkon a životnost elektrických instalací. 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).

Konstrukce elektrického kabelu

Při probírání tématu izolace elektrických kabelů dostupných na trhu je vhodné úvodem zmínit samotnou konstrukci elektrického kabelu. Základními prvky kabelu jsou:

• Vodivá žíla: Zajišťuje přenos elektrického proudu.
• Vnitřní izolace: Obklopuje každou žílu a zabraňuje zkratům mezi jednotlivými vodiči.
• Vnější izolace: Obklopuje celý kabel a chrání ho před vnějšími vlivy a mechanickým poškozením.
• Stínění: Vrstva chránící jednotlivé žíly před elektromagnetickým rušením.

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.

Materiály pro jádra vodičů

Jádra pro energetické vodiče jsou téměř vždy definována jejich odporem. Nejčastěji používané materiály jsou:

• Měď (Cu): ρ = 0,0178 Ω·mm²·m^-1 - nejčastěji používaný materiál pro vodiče všech průřezů.
• Hliník (Al): ρ = 0,0285 Ω·mm²·m^-1 - velmi často používaný spíše pro větší průřezy a pro lana AlFe.
• Ocel (Fe): ρ ≅ 0,15 Ω·mm²·m^-1 - nosný vodič v lanech AlFe.
• Stříbro (Ag): ρ = 0,0163 Ωmm²·m^-1.
• Odporové materiály: Kantal, cekas, chromnikl - používají se pro topné vodiče.

Tvary jader vodičů

Vodiče mohou mít různé tvary jader:

Čtěte také: Produkty Isover pro zateplení

• Segmentové (sektorové): Jádra jednotlivých žil mají tvar kruhových výsečí pro lepší vyplnění prostoru kabelu. Nevýhodou je nehomogenní pole. Používá se výhradně v rozvodech nízkého napětí.
• Trolejové: 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.
• Složené jádro: Průřez je tvořen jednotlivými lanky, což zaručuje snazší tvarování a značné omezení skinefektu. Skinefekt je jev, kdy průchodem střídavého proudu vodičem se vytvoří ve vodiči střídavé magnetické pole, které indukuje ve vodiči vířivé proudy. Tyto 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.

Izolační materiály pro vodiče

Při hledání vhodného kabelu se můžeme setkat s různými označeními izolace, která mohou být pro neznalé problematiky obtížně srozumitelná. Izolaci tvoří obvykle několik vrstev, např. izolace každé žíly, vrstva výplně (guma nebo plastová páska), izolace společná, stínění, plášť, venkovní plášť.

Přehled běžně používaných izolačních materiálů:

Typy vodičů

Energetické vodiče

Energetické vodiče jsou určeny k přenášení výkonu. Vyrábějí se obvykle jako vícežilové. Izolační obal žil i plášť bývají nejčastěji z pryže nebo PVC. 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.

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.

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. Toto provedení slouží k omezení skinefektu a snížení ztrát koronou. Při výpočtech takového vedení se uvažuje tzv. ekvivalentní průměr lana. Lana AlFe se vyrábějí slaňováním hliníkových drátů o určitém průřezu kolem ocelového nosného vodiče.

Čtěte také: Zvýšení tepelného komfortu v podkroví

Celohliníkové vodiče

Mezi celohliníkové vodiče patří vodič AAC (All Aluminium Conductor) a AAAC (All Aluminium AlloyConductor). 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. Vodiče ACAR (Aluminium Conductor Alloy Reinforced) kombinují prvky vyrobené z hliníkové slitiny 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.

Trolejové dráty

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.

Sdělovací vodiče

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.

Kroucená dvojlinka

Nejběžnějším typem sdělovacích kabelů pro přenos signálu je tzv. kroucená dvojlinka. Tyto kabely jsou tvořeny kroucenými páry, ze kterých je potom stáčena duše kabelu.

Koaxiální kabel

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

Optická vlákna

Optická vlákna jsou moderní typ sdělovacího vodiče, který přenáší informace ve formě světla.

Základní zapojení optického spoje

Obvody zpracování signálu převádějí signál na formu vhodnou pro přenos. Fotodetektor přeměňuje optický signál v přijímači zpět na elektrický. K přeměně optického signálu se používají následující materiály: Si, Ge, InGaAs, která má vysokou citlivost. Jako zdroj světla se používají diody LED nebo lasery.

Lasery

Lasery jsou zdroje světla s optickým rezonátorem. Existují různé typy laserů, například polovodičové lasery, rubínové lasery nebo vláknové lasery. Mohou být jednovidové nebo mnohovidové. Laser je zařízení, které emituje světlo koherentním a úzce směrovaným paprskem. Jeho princip je založen na stimulované emisi fotonů v aktivním prostředí (např. sulfidu kademnatého), které produkuje světlo o vysokém impulzním výkonu. Aktivní prostředí se nachází mezi dvěma zrcadly, jedním plným a druhým částečně propustným s dírou. Při průchodu elektrického proudu nebo jiného zdroje energie aktivním prostředím dochází k excitaci atomů nebo molekul. Tyto excitované částice se pak vracejí do základního stavu a emitují fotony. Tyto fotony se odrážejí mezi zrcadly a stimulují další emise, čímž se zesiluje světlo v rezonátoru. Část světla uniká přes částečně propustné zrcadlo jako laserový paprsek. Pokud by zrcadla nebyla dostatečně rovná nebo by se zhoršila jejich kvalita, odrazy by nebyly účinné a došlo by k rozptylu světla, které by se vázalo v mřížce, což se projeví zvýšením teploty krystalu. Vláknové lasery využívají jako aktivní prostředí optické vlákno, často dopované prvky vzácných zemin, jako je erbium. Světlo je vedeno jádrem vlákna, což umožňuje vysokou hustotu výkonu a vynikající kvalitu paprsku. Tyto lasery jsou velmi stabilní a efektivní.

Optická vlákna a jejich parametry

Optické vlákno se skládá z jádra, pláště a primární ochrany. Průměr jádra závisí na typu vlákna. Primární ochrana chrání vlákno před vlivem okolního prostředí a zajišťuje, že se dá vlákno ohýbat. Vlákno s jádrem, pláštěm a primární ochranou má obvykle průměr 250 µm. Existují jednovidová vlákna (SMF) a mnohovidová vlákna (MMF). Jednovidová vlákna vedou pouze jednu konfiguraci elektromagnetického pole, zatímco mnohovidová vlákna umožňují šíření více konfigurací. Mezi základní parametry optického vlákna patří jeho optický útlum. V praxi při udávání této číselné hodnoty je zapotřebí připojit, pro jakou vlnovou délku platí.

Plastové optické vlákno (POF)

Plastové optické vlákno se označuje POF (Plastic Optic Fiber). Oproti skleněným vláknům mají POF obecně vyšší útlum, ale jsou levnější a snáze se s nimi manipuluje.

Výroba optických vláken

Výroba optických vláken je poměrně náročná. Nejprve je potřeba připravit tzv. preformu pro jádro, která musí být čistá a kompaktní. Používá se například metoda MCVD (Modified Chemical Vapour Deposition), při které se na vnitřní stranu skleněné trubice nanáší vrstva oxidu křemičitého a chloridu křemičitého. Poté se na jádro nanáší další vrstva. Dále se žíly stáčejí do svazku a vytváří se duše kabelu. Optický vodič může být buď samostatný optický kabel, který se zafukuje do ochranných trubek, nebo světelný vodič v jádru silového kabelu, kde se optický vodič umístí mezi lanky jádra silového kabelu.

Označování vodičů

Pro barevné značení vodičů platí norma ČSN 33 0166, ed. 2. Označení dle tohoto systému má devět pozic.

Odstraňování izolace z vodičů

Odstraňování izolace z vodičů je proces, který vyžaduje použití profesionálních nástrojů a dodržování opatrnosti, aby byla zajištěna bezpečnost a neporušenost vodičů. Poškození jádra kabelu a přestřižení vláken jsou vážné problémy, které mohou vyústit až ve zlomení spojů způsobené vibracemi, expanzemi, kontrakcemi a dalšími vnějšími faktory. Vojenský, lékařský a letecký průmysl vyžadují přesnost a kvalitu, a to platí i pro zakončení vodičů s jemnou izolací.

Postup odstraňování izolace

1. Označení místa řezu: Označte si místo řezu izolace, aby nedošlo k poškození vodičů.
2. Opatrné proříznutí izolace: Pomocí řezacího nástroje opatrně prořízněte izolaci v místě označeném jako místo řezu.
3. Odřezávání izolace: Po proříznutí izolace použijte kleště na řezání izolace nebo jiné nástroje k opatrnému odstranění izolace z vodičů.

Tepelné odizolování

Tepelné odizolování zajišťuje přesné odstranění izolace bez jakéhokoliv poškození jádra vodiče. Odstranění izolace z tenkých drátů je obtížný úkol, který může produkovat nepatrné škrábance, případně „vousy“. Ve svém důsledku tyto „drobné“ vady mohou vést ke zlomení spoje a to představuje riziko pro výrobky, které jsou precizní, velmi nákladné a používané v exponovaných pracovištích. Toto se projeví zejména u velmi tenkých vodičů, kde je mnohem těžší zachovat jádro vodiče nepoškozené při odizolování řeznými nástroji. Tepelné odizolování je bezpečný a přesný způsob odstranění izolace a je tedy řešením pro výše uvedené pracovní procesy.

Tepelné zařízení pro odizolování vodičů, například od japonské firmy HAKKO, je složeno ze stanice a odizolovacích kleští. Vysoký výkon zařízení umožňuje čistý řez a je ideální pro odstranění izolace jednotlivých vodičů. Je vhodný pro průměr vodičů do 12 mm a speciálně je určen pro velmi jemné a lehké odstranění izolace drátu. Součástí balení je držák pro nástroj s krytem, který chrání před úrazy, jako jsou popáleniny na rukou a pažích či spálení drátů způsobené náhodným kontaktem s držákem rukojeti během operace. Dále je součástí nástroj pro odstranění čepele, který umožní vyměnit horké čepele jednoduše a bezpečně. Zařízení lze doplnit o volitelné čepele, které umožní odizolovat vodiče takové šířky, které by základní sestava nedokázala. Nedoporučuje se používat nůž k odizolování vodičů kvůli vysokému riziku řezání do pramenů, které může mít za následek zničení kabelu.

Prevence zamrzání vodovodního potrubí

Pokud je nebezpečí, že teplota vody ve vodovodních potrubích klesne pod 0 °C, je nutné zajistit prevenci proti zamrznutí. Krátkodobě může zamrznutí zabránit izolace potrubí. Samotná izolace však zamrznutí nezabrání, jen jej oddálí. Podzemní rozvody je nutné izolovat, pokud neleží v nezámrzné hloubce. V případech vodovodních potrubí bez odběru, technologických rozvodů při odstávce, apod., je izolace nutná.

Potrubí s elektrickým přídavným topením se musí nejprve obalit hliníkovou fólií, aby se teplo od topného drátu rovnoměrně dostávalo k potrubí. Pak se montuje izolace, nejlépe dvouvrstevně, aby se eliminovaly tepelné mosty vlivem spár. Pro plastové potrubí se doporučují samoregulační dvoužilové topné kabely do teploty 65 °C, které se regulují podle teploty povrchu potrubí. Maximální teplota topného kabelu musí být dodržena, aby nedošlo k mechanickému poškození potrubí (z toho důvodu nesmí být použit odporový topný kabel či samoregulační topný kabel pro teploty vyšší než 65 °C, hrozí nebezpečí měknutí potrubí způsobené příliš vysokou povrchovou teplotou kabelu). Potrubí se většinou ošetřuje topným kabelem přiloženým podélně. Pokud jsou výkonové nároky vyšší, použijí se dva a více paralelně vedené kabely podél potrubí.

Tloušťka izolace se navrhuje podle maximální tepelné ztráty na metr čtvereční nebo běžný, případně podle celkové ztráty celé potrubní větve. Je na projektantovi, aby podle teploty vody, rychlosti proudění, délky potrubí, okrajových podmínek vně potrubí a výkonu topné smyčky navrhnul minimální nutnou tloušťku izolace. Čím větší použijete tloušťku izolace, tím menší bude požadavek na výkon topné spirály. Pokud v potrubí studená voda nebude proudit, voda zamrzne v závislosti na tloušťce izolace a průměru potrubí. V případě rozvodu studené vody interiérem je nutné také provést kontrolu tloušťky izolace z hlediska povrchové kondenzace.

Bezpečnost při práci s elektrickým vedením

V případě, že osoby provádějící neelektrické práce se při jejich realizacích přiblíží jakoukoliv částí svého těla či použitými pracovními prostředky a jinými věcmi k zakrytým živým částem vedení nízkého napětí na vzdálenost bližší než 30 cm, je nutné, aby žadatel zajistil pracovníka s příslušnou elektrotechnickou kvalifikací dle vyhlášky č. 50/1978 Sb.

tags: #tepelná #izolace #vodičů #informace

Oblíbené příspěvky:

• Bazarové vyvážečky dřeva: výhodná koupě
• Levný dřevěný nábytek
• Kulatina z buku
• Pokládka vinylové podlahy Dub Torino
• Návod na pokládku plechové střešní krytiny