Kable

Przewody i kable

Materiały przewodzące

Przewodniki to materiały, w których pasmo podstawowe, zgodnie z pasmowym modelem ciała stałego, zachodzi na pasmo przewodnictwa - powstają elektrony swobodne. Materiały te dobrze przewodzą prąd elektryczny.
Miarą dobrego przewodzenia materiałów jest ich przewodność G (jednostka S-simens), która jest odwrotnością rezystancji R. Zależy ona od wymiarów przewodnika i materiału z którego jest zrobiony (przewodność właściwa materiałów określana jest w megasimensach na metr MS/m lub m/Ωmm2). W metalach rezystancja wzrasta wraz z temperaturą.
Najlepszymi przewodnikami są metale.

Wykaz najlepszych materiałów przewodzących

Najczęściej jako przewodniki wykorzystujemy miedź i aluminium, mają one dobre własności przewodzące i stosunkowo łatwo dają się wytworzyć.
Oprócz przewodników metalowych w elektrotechnice stosuje się też materiały przewodzące niemetalowe, najczęściej węgiel w postaci grafitu (szczotki, elektrody).

Rezystancja przewodów

Rezystancja R przewodów zależy od długości przewodu, jego przekroju i materiału z którego zrobiona jest żyła przewodu (rezystywność materiału). Rezystancja przewodów metalowych zależy również od temperatury (w wyższych temperaturach rezystancja się zwiększa.

ρ-rezystywność, l-długość przewodu, S-przekrój przewodu

Budowa i rodzaje przewodów

Kabel to specjalny przewód, który nadaje się do ułożenia w różnych trudnych warunkach środowiskowych.

Przewody i kable elektryczne oprócz żył z materiałów przewodzących, mogą mieć takie warstwy jak:
-izolację
-powłoki
-pancerz
-ekrany
-żyły powrotne

Rodzaje przewodów do przesyłania energii elektrycznej:
-przewody gołe - stosowane do linii napowietrznych wyższych napięć i połączeń w stacjach elektroenergetycznych
-przewody szynowe - stosowane w stacjach elektroenergetycznych i przemyśle
-przewody instalacyjne - stosowane w instalacjach elektroenergetycznych do układania na stałe
-przewody do odbiorników przenośnych i ruchomych
-kable i przewody specjalnego przeznaczenia

Oznaczenia przewodów

-oznaczenia wg Polskich Norm

Przykłady przewodów wg krajowych oznaczeń

-oznaczenia wg norm zharmonizowanych:

Przykłady stosowanych przewodów

-przewody instalacyjne do układania na stałe: 

 -jednożyłowe:

DY 750 V, 1x2,5;  H07V-U -drut w izolacji polwinitowej

LgY 750V 1x25;  H07V-K -linka giętka w izolacji polwinitowej

 -wielożyłowe:

YDYp 450/750V 3x2,5 żo,  płaski do instalacji wtynkowych w izolacji i powłoce z polwinitu, z żyłą ochronną

YDYżo 450/750 3x1,5; okrągły w izolacji i powłoce z polwinitu, z żyłą ochronną

YDYt 300/500V  3x1,5 żo, wtynkowy, w izolacji i powłoce z polwinitu, z żyłą ochronną

-przewody do odbiorników ruchomych i przenośnych:

 -oponowe mieszkaniowe i sznury mieszkaniowe (do odbiorników o małych mocach):

OMY  300/300V  3x0,75,   H03VV-F  3G 0,75,

OMYp  300/300V 2x1;  H03VVH2

SMYp 300/300V 2x1, bardzo giętki, o rozdzielnych żyłach;  H03VH-H

 -przemysłowe (do odbiorników o większych mocach):

Oponowy warsztatowy OW 300/500V 5x2,5, izolacja i powłoka z gumy;  H05RR-F

 Oponowy przemysłowy OnPd  450/750V  5x4, izolacja z gumy, powłoka z gumy nierozprzestrzeniającej ognia;  H07RN-F

-kable elektroenergetyczne:

   -niskonapięciowe - mają od 1 do 5 żył z miedzi lub aluminium, okrągłych lub sektorowych:

YKYżo  0,6/1kV  5x10;   NYYJ  

YAKY  06/1kV  4x35

   -średniego napięcia - obecnie są to najczęściej kable jednożyłowe, wielodrutowe:

YHAKXS 1x120/50, 12/20kV

 -kable sygnalizacyjne (sterownicze) - mogą mieć nawet 75 żył o przekrojach 1; 1,5; 2,5; 4 mm2:

YKSYżo 06/1kV 7x4

Dlaczego wybieramy różne przekroje przewodów?

Wielkością, która opisuje przewody elektroenergetyczne, jeśli chodzi o ich możliwości przesyłania prądu elektrycznego jest ich przekrój. Kształty żył mogą być różne prostokątne, sektorowe, ale najczęściej są okrągłe. Im większy przekrój przewodu tym większy prąd może przez niego przepływać. Przewody mają swoje przekroje znamionowe: 0,5; 0,75; 1; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 185; 240; 300; 400; 500 mm2, ale w zastosowaniach specjalnych mogą też występować większe przekroje. Dobór przekroju przewodu jest dość trudny, bo należy uwzględnić tu: wytrzymałość mechaniczną przewodu, obciążalność długotrwałą przewodu, spadki napięć jakie występują na przewodach, , skuteczność ochrony przeciwporażeniowej, a także odporność na prąd przeciążeniowy i zwarciowy.

Tabela obciążalności prądowej długotrwałej Iz (kiedyś Idd) dla różnych sposobów ułożenia przewodów

Dla zobrazowania doboru przekroju rozpatrzmy przewody do zasilania dwóch odbiorników o różnych mocach:

Przykład 1
Moc 3-fazowych urządzeń znajdujących się w warsztacie wynosi 10 kW. Napięcie zasilania wynosi 400 V. Dobrać przekrój żył przewodu typu YDY zasilającego warsztat. Przewód ułożony jest na ścianie w rurze instalacyjnej, a jego długość wynosi 15m. Współczynnik mocy wynosi cosφ= 0,95.
Dla odbiorników o takiej mocy obliczony prąd obciążenia wynosi:
IB1=P/(1,73*U*cosφ)=15A z tabeli obciążalności długotrwałej, dla sposobu ułożenia przewodu B2 i trzech obciążonych żył pierwsza większa wartość prądu wynosi Iz=16 A, a wyznaczony minimalny przekrój przewodu wynosi 1,5mm2.
Okazało się, że warsztat powiększył się o nowe urządzenia elektryczne, których łączna moc teraz wynosi 30 kW, a współczynnik mocy ze względu na więcej urządzeń z silnikami elektrycznymi wynosi 0,85. Prąd obliczeniowy wyznaczony z powyższego wzoru wynosi IB2=51A, z tabeli obciążalności dla Iz=66A wyznaczony przekrój wynosi wówczas 16mm2.

Zatem za pierwszym razem wybralibyśmy przewód YDY 450/750V  5x1,5mm2, a za drugim YDY 450/750V  5x16mm2, przekrój jest o 5 rzędów większy. Różnica jest bardzo widoczna.

Porównanie dwóch przewodów okrągłych:kabla YKY 5x16mm2 i YDY 5x1,5mm2

Aby dokonać ostatecznego wyboru przekroju przewodów należało by sprawdzić czy tak dobrane przekroje spełniają wymagania odnośnie:
-wytrzymałości mechanicznej,
-wymaganych spadków napięć,
-cieplnego oddziaływania prądów przeciążeniowych i zwarciowych,
-skuteczności ochrony przeciwporażeniowej.
Jeśli nie spełniają należy wybrać o jeden rząd większy przekrój i ponownie sprawdzić wg powyższych kryteriów.
 
Przykład 2
Dobierzmy przewód do odbiorników przenośnych: lampki nocnej oraz czajnika elektrycznego. 
Lampka jest dostosowana jest do żarówki o mocy max 40W, natomiast czajnik ma moc 2,4 kW, oba urządzenia są na napięcie 230V i dla obu cosφ=1. W pierwszym przypadku obliczeniowy prąd będzie wynosił: Ib1=P/U=0,17A=170mA, teoretycznie moglibyśmy dobrać przewód 0,35mm2, ale normy odnośnie wytrzymałości mechanicznej nakazują do odbiorników ruchomych wybrać przekrój min 0,75mm2, zatem taki dobieramy, np. OMYp 2x0,75mm2. W drugim przypadku Ib2=10,43A przekrój przewodów przy 2 obciążonych żyłach wynosi 1,5mm2, zatem do takiego odbiornika dobierzemy przewód OMY 3x1,5mm2 (z żyłą ochronną).