Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
TermopastyTermopasty
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przekrój i izolacja przewodu - za co odpowiadają?

stabilizator 10 Lut 2020 19:36 273 0
  • #1
    stabilizator
    Redaktor
    Za co odpowiada izolacja przewodu, a za co jego pole przekroju poprzecznego?

    Wojskowa definicja lufy krąży od lat jako żart: "lufa to słup powietrza oblany metalem" :)
    W przypadku przewodów jest odwrotnie: to słup metalu oblany powietrzem.

    Żarty na bok: przewód składa się z żyły (najczęściej miedzianej) oraz izolacji, która szczelnie owija tę żyłę. Gdyby w całym urządzeniu mieć tylko jeden przewód, wtedy rolę izolacji faktycznie mogłoby pełnić powietrze, ponieważ powietrze całkiem dobrze nie przewodzi prądu.
    Ale, taka sytuacja niemal się nie zdarza, przewodów mamy całe mnóstwo i żyły bez izolacji po prostu pozwierałyby się. Dlatego każdą z nich oddzielnie izolujemy odpowiednim izolatorem np. tworzywem sztucznym.
    Przykładowo przewody WN (wysokiego napięcia) wiszące na izolatorach połączonych z metalowym słupem mają między sobą izolator w postaci powietrza. Jakość takiego izolatora powietrznego może się zmieniać np. pod wpływem warunków atmosferycznych.
    Linie kablowe WN i SN prowadzone pod ziemią wykorzystują zaawansowaną izolację, co ciekawe napowietrzne linie SN zdarzają się w wykonaniu z izolacją na kablach, wtedy odległość między kablami jest mniejsza niż w przypadku linii bez izolacji na przewodach.

    Prąd płynie przez metalową część przewodu, czyli przez jego żyłę. To od jej parametrów zależy, jakie natężenie prądu może przewodzić dany przewód. Przez parametry rozumiem: materiał, z jakiego jest wykonana oraz pole jej przekroju poprzecznego. Generalnie żyły nie interesuje napięcie, ponieważ ona go nie „widzi”: prąd o natężeniu 1A, który wypływa z akumulatora o napięciu 3,6V zachowa się tak samo, jak prąd o takim samym natężeniu, który wypływa z zasilacza 48V. Mogą istnieć pewne odstępstwa od tej zasady, np. linie wysokich napięć mogą wykorzystywać więcej przewodów w ukształtowanej wiązce, natomiast w zasilaczach impulsowych pracujących z wyższymi częstotliwościami zaczyna być istotna struktura żyły (zamiast jednolitej żyły stosuje się wiele odizolowanych od siebie żył i mniejszym przekroju - tzw. lica).

    Izolacja przewodu już jak najbardziej ma wpływ ma maksymalne napięcie, jakie może powstać między żyłami przewodu, lub między żyłą przewodu a np. metalową obudową na innym potencjale. Izolacja oddziela przewodniki na różnych potencjałach od siebie i uniemożliwia np. wyładowanie ulotowe, zapalenie łuku lub zwyczajnie zwarcie. Dlatego izolacji nie interesuje, jakie jest natężenie prądu płynącego przez żyły, ale istotne jest dla niej, czy między żyłami występuje napięcie 3,6V czy 48V, 230V, 440kV.
    Mówiąc, że izolacji „nie interesuje” natężenie prądu, troszeczkę skłamałem: płynący prąd powoduje nagrzewanie się żyły, więc gruba izolacja utrudnia odprowadzanie z niej ciepła. Dlatego przy dużych prądach należy mieć na uwadze również ten efekt. Podobnie jest z otoczeniem przewodu: luźno wiszący będzie łatwiej oddawał ciepło do otoczenia niż ciasno zwinięty na szpulę lub poprowadzony w bruździe pod tynkiem. Inne cechy izolacji to także odporność na warunki środowiskowe (np. woda, środki chemiczne, UV, temperatura), starzenie, oraz odporność mechaniczna np. przecieranie lub pękanie przy powtarzających się ruchach przewodu.

    W poprzednim odcinku mówiliśmy o napięciu, prądzie, mocy i rezystancji - izolatory (prawie) nie przewodzą prądu więc dobra izolacja ma bardzo dużą rezystancję. Izolatory wysokich napięć mogą posiadać dodatkowe ukształtowane przegrody zapobiegające wyładowaniom ślizgowym, w innych przypadkach może liczyć się niska upływność izolacji. Być może kiedyś traficie na urządzenia do pomiaru rezystancji izolacji w instalacjach elektrycznych. Instalacje elektryczne w budynkach (WLZ) okresowo przechodzą badanie czy rezystancja ich izolacji jest odpowiednio wysoka. Dobierając przewód do konkretnych zastosowań zwróćmy uwagę aby wytrzymałość izolacji była odpowiednio dobrana do napięć jakie będą występowały między żyłami.

    Żyły przewodów posiadają niezerową rezystancję. Jest to dość mała wartość (często stosuje się tutaj pojęcie przewodności - konduktancja) jednak przez tą niezerową rezystancję da się zauważyć spadek napięcia na przewodach rosnący wraz z rosnącym prądem płynącym przez żyłę przewodu. Rezystancja przewodu jest tym większa im przewód jest cieńszy i im jest dłuższy. Materiał z którego wykonana jest żyła przewodu również ma wpływ na rezystancję przewodu. Ze spadkiem napięcia wiąże się też moc strat na przewodach, wydzielająca się jako ciepło. Im większy prąd tym potrzebna niższa rezystancja aby uniknąć spadków napięć i strat mocy, a nawet uszkodzenia cieplnego izolacji lub samego przewodu. Dla prądów przemiennych istotna może być też pojemność wiązki przewodów, a dla w.cz i linii sygnałowych jeszcze inne parametry (np. impedancja) i konstrukcja przewodów, w niektórych przewodach znajdziecie także ekran i dodatkowe elementy np. wzmacniające.
    Możecie kiedyś trafić na urządzenie do pomiaru impedancji lub rezystancji pętli zwarcia w instalacji elektrycznej. Takie urządzenie pozwoli sprawdzić m.in czy rezystancja przewodów i połączeń jest na tyle mała aby zadziałały zabezpieczenia nadprądowe.

    Nie podejmę tutaj tematu doboru przekroju przewodu do określonego prądu (zależy to od warunków pracy, ułożenia przewodu itp.) natomiast jeżeli ktoś z bardziej doświadczonych Koleżanek i Kolegów z forum podejmie ten temat to zapraszam do wypowiedzi w tym wątku. Warto sprawdzić obciążalność prądową wybranego przewodu i dobrać do zakładanych warunków pracy. Przy ryzyku wystąpienia dużych prądów zwarciowych (np. akumulator kwasowy) warto zastosować bezpieczniki o odpowiedniej wartości.

    Czym różni się pole przekroju poprzecznego przewodu od średnicy jego żyły?
    Przewody są (w większości przypadków) okrągłe, żyły wewnątrz również. Mówiąc „okrągłe” mam na myśli, że ich przekrój ma kształt koła. Koło ma swoją średnicę, którą, w przypadku przewodów, podajemy najczęściej w milimetrach – i jest to średnica żyły przewodzącej prąd.
    Jednak płynący prąd „nie widzi” średnicy, ponieważ jego interesuje pole przekroju poprzecznego. Przewody mogłyby być trójkątne, kwadratowe, elipsoidalne lub jeszcze inne, a prąd nadal będzie interesowało pole przekroju, jakie ma do dyspozycji. Czasami traficie na żyły o przekroju ćwiartki koła, lub prostokątne szynoprzewody. Między średnicą koła (d) a jego polem (P) istnieje związek, który odkryli już starożytni Grecy: P = π · (d/2)². Wstawiając średnicę w milimetrach, wynik uzyskamy w milimetrach kwadratowych.
    Dlatego należy dobrze przyglądać się opisom przewodów na sklepowych półkach: czy ma on 0,5mm czy też 0,5mm² (często pisane jako 0,5mm2, gdy nie chce się wstawiać indeksu górnego). Przewód o średnicy 0,5mm ma przekrój 0,196mm², a o przekroju 0,5mm² średnicę 0,4mm. To spora różnica: ten pierwszy będzie mógł przewodzić prąd o natężeniu ok. 2,5 raza mniejszym od tego drugiego. Wprowadzi też większy spadek napięcia.
    Podsumowując: średnica przewodu jest podawana w milimetrach [mm], a pole przekroju poprzecznego w milimetrach kwadratowych[mm²]. Dla okrągłych przewodów zachodzi zależność P = π · (d/2)².


    Autor: Michał Kurzela / Futrzaczek
  • TermopastyTermopasty