Vodič (elektrotechnika)

O elektrickom vodiči ako fyzikálnom jave pozri elektrický vodič.

Vodič je zariadenie, ktoré slúži na vedenie (prenos) elektrickej energie. Obvykle ide o plný materiál, alebo súčiastku z izolantu s vodivým jadrom – či už kovovým jadrom (drôt, kábel, lanko atď.) alebo nekovovým jadrom (vodič na báze grafitu). Vodiče rozdeľujeme podľa spôsobu vedenia elektrického prúdu na vodiče prvej triedy (kovy a nekovy), vodiče druhej triedy (roztoky a taveniny) a vodiče tretej triedy (plazma).^[1]

Nekovové vodiče

Vodiče s vodivým jadrom na báze grafitu sa používajú na výrobu vysokonapäťových káblov (automobily), na výrobu tzv. „plastových“ vodičov nazývaných tiež „vodivá guma" (do plastu je primiešaný grafit alebo sadze), na pružné prepojenie vodivých plôch (LCD displeje medzi sklom a elektronikou, tlačidlá diaľkového ovládania, klávesnice ...), grafit sa používa tiež na výrobu vodivých lakov a pást. Ako vodič sa používajú tiež grafitové tyče (elektródy) a grafitové kontakty (zberacie uhlíky elektromotorov) vzhľadom na svoju odolnosť voči chemickým vplyvom a samomazanie (grafit je suché mazivo - s výhodou na komutátorové zberače). Pre svoje zlé mechanické vlastnosti sa grafitové vodiče používajú len na prenos elektrickej energie na krátke vzdialenosti. Do tejto kategórie vodičov zahŕňame aj vodiče na báze zlúčenín kovov (oxidy ...).

Kovové vodiče

Vodičom je súčiastka vyrobená z kovu. Vodič môže byť holý - jadro bez obalu (izolácie) alebo izolovaný (potiahnutý vrstvou izolantu (nevodiča) zabraňujúcim elektrickému kontaktu s vodivým jadrom). Elektrická izolácia je nevodivá vrstva dielektrika (plast, lak ...). Izolácia chráni vodič elektricky a mechanicky a zároveň môže slúžiť na farebné odlíšenie vodičov v kábli medzi sebou. Jadro vodiča môže tvoriť drôt (plné jadro) alebo lanko (viacero drôtov omotaných okolo seba bez vzájomnej izolácie). Lanko má lepšiu mechanickú odolnosť (ohýbanie, ťahanie, krútenie) než plný drôt. Viacero vodičov spojených dohromady (obalom alebo zakrútením) nazývame kábel.

Vodivosť a elektrický odpor

Schopnosť vodiča viesť elektrický prúd vyjadruje veličina elektrická vodivosť, čo je prevrátená hodnota elektrického odporu. Jednotková vodivosť vodiča alebo tiež merná vodivosť (vodivosť 1m vodiča s prierezom 1m²) nazývame konduktivita vodiča, jeho prevrátená hodnota je potom jednotkový odpor vodiča (merný odpor) - rezistivita vodiča.

Vodivosť G, resp. odpor R vodiča vypočítame $G=\sigma {\frac {S}{l}}$ , resp. $R=\rho {\frac {l}{S}}$ , kde σ je konduktivita vodiča, ρ je rezistivita vodiča, S je obsah prierez vodiča, l je dĺžka vodiča.

Vodivosť a teplota

Vodivosť (a tým odpor) vodiča je závislý od jeho teploty. So stúpajúcou teplotou klesá vodivosť a rastie odpor. Fyzikálne tento jav vysvetľujeme tepelným pohybom tých častíc vo vodiči, ktoré sa nezúčastňujú vedenia elektrického prúdu, ale bránia voľným nabitým časticiam v ich pohybe.

Zmenu odporu ΔR na teplote popisuje vzťah $\Delta R=R_{0}\alpha \Delta t$ , kde R₀ je počiatočný odpor vodiča, α je teplotný súčiniteľ odporu, Δt je rozdiel teplôt.

Extrémne - pri ochladení vodiča na teplotu blízku absolútnej nule dochádza k javu supravodivosti - vodič nekladie elektrickému prúdu žiaden odpor - vzniká supravodič.

Zahrievanie vodičov

Keďže každý vodič (okrem supravodičov) kladie elektrickému prúdu odpor, spotrebováva elektrickú energiu. Takto spotrebovaná elektrická energia sa mení na teplo, ktoré nazývame Joulovo teplo. Množstvo tepla Q sa vypočíta vzťahom $Q=R.I^{2}.t$ , kde R je odpor vodiča, t je čas, počas ktorého preteká elektrický prúd I vodičom. V extrémnom prípade pri nedostatočnom dimenzovaní vodiča a jeho zlom chladení dochádza k prehrievaniu vodiča spätnou väzbou (vyššia teplota znamená vyšší odpor a tým vyššie zahrievanie ...) a môže dôjsť k roztaveniu vodiča a tým k skratu, alebo ku zahriatiu vodiča na zápalnú teplotu jeho izolácie, alebo okolia vodiča.

Materiál kovového vodiča

Na výrobu elektrických vodičov sa používajú kovy ktoré sú "dobrými vodičmi" čiže kladú prechádzajúcemu elektrickému prúdu nízky odpor, ale zároveň sú cenovo dostupné a majú vhodné mechanické vlastnosti a odolnosť voči korózii. Najčastejšími kovmi používaným na výrobu elektrických vodičov sú meď, hliník, striebro, zlato, platina. Kovy sa obvykle používajú v zliatinách, ktoré vylepšujú ich mechanické vlastnosti. Prakticky - hlavne pre cenovú dostupnosť a nekorozívnosť sa používa hlavne meď (vo forme elektrotechnickej medi). Hliník donedávna veľmi používaný sa už používa veľmi obmedzene. Má síce nižšiu cenu, a len mierne horšiu vodivosť ako meď, ale je krehký, koroduje a hlavne pri zaťažení tlakom má tendenciu „odtiecť“ z miesta vyššieho tlaku (z prípojnice alebo svorkovnice) čo má za následok zvýšenie prechodového odporu v mieste pripojenia vodiča. Spoje sa musia priebežne kontrolovať a doťahovať (jeden z problémov panelákových bytov, kde sa hliníkové vodiče často používali).

Izolácia vodiča

Izolácia vodiča ho chráni pred koróznymi a mechanickým poškodením, zároveň bráni kontaktu s vodivým jadrom (živou časťou), slúži aj ako rozlišovací znak vodiča. Tak ako sa elektrické vodiče používajú v najrôznejších oboroch a podmienkach, tak sa aj izolácia musí vyrovnať s týmito podmienkami. Typ izolácie záleží od použitia (priorita je ochrana zdravia), pracovného napätia vodiča (bezpečné napätia, signálové napätia, vysoké napätia), pracovných teplôt (pre chladné prostredia, pre horúce prostredia), mechanického zaťaženia (prívodné šnúry, pevné pripojenie), chemického zaťaženia (oleje, prach, UV žiarenie, voda).

Sledované vlastnosti izolácie vodiča:

chemická odolnosť
stálosť
dielektrická pevnosť
merný objemový odpor
nenasiakavosť
bod mäknutia
predĺženie, stiahnutie
odolnosť voči chladu (bod krehnutia)
odolnosť voči teplu
horľavosť
samozhášanlivosť
merná hmotnosť
farebná stálosť

Ako materiál sa používajú bežné plasty (PVC, PE, XLPE, PP, PTFE...), laky, smalt, opradenia bavlnou ...

Tabuľka prierezov vodičov

Elektrické vodiče sa vyrábajú v priemeroch podľa vyvoleného číselného radu. Ak vypočítaný prierez vodiča (podľa predpokladaného maximálneho prúdu) v elektrotechnickej konštrukcii nie je presne hodnota z radu, použijeme najbližší vyšší vyrábaný prierez.

Elektrický vodič sa vyrába z plného drôtu, alebo lanka (prameňového alebo pružného). Podľa STN/IEC 60228 poznáme Triedu 1 (plný prierez – jednojadrový vodič), Trieda 2 (prameňový - lanko zložené z viacerých hrubších drôtov) , Trieda 5 a 6 (ohybný - zakrútené lanko z drôtov menšieho priemeru). Pozri lanko. Trieda 1 a 2 sú určené len pre pevné (nepohyblivé) prívody. Triedy 5 a 6 sú určené pre pohyblivé prívody (napájacie šnúry elektrospotrebičov, predlžovacie káble ...).

Tabuľka vyvoleného radu vodičov (STN/IEC 60228), s maximálnymi dovolenými priemermi holého (neizolovaného) Cu vodiča pre jednotlivé triedy.

prierez [ mm² ]	plný drôt (Trieda 1) max. priemer [mm]	prameň (Trieda 2) max. priemer [mm]	pružný vodič (Trieda 5,6) max. priemer [mm]
0,5	0,9	1,1	1,1
0,75	1,0	1,2	1,3
1,0	1,2	1,4	1,5
1,5	1,5	1,7	1,8
2,5	1,9	2,2	2,4
4	2,4	2,7	3,0
6	2,9	3,3	3,9
10	3,7	4,2	5,1
16	4,6	5,3	6,3
25	5,7	6,6	7,8
35	6,7	7,9	9,2
50	7,8	9,1	11,0
70	9,4	11,0	13,1
95	11,0	12,9	15,1
120	12,4	14,5	17,0
150	13,8	16,2	19,0
185	15,4	18,0	21,0
240	17,6	20,6	24,0
300	19,8	23,1	27,0
400	22,2	26,1	31,0
500	-	29,2	35,0
630	-	33,2	39,0
800	-	37,6	-
1000	-	42,2	-

Farebné označovanie

Farebnému označovaniu holých a izolovaných vodičov sa venuje norma:
STN 330165 (Označovanie vodičov farbami alebo číslicami), STN/IEC 60446 (330165) (Označovanie vodičov farbami alebo číslicami). STN 347411 (Označovanie žíl v kábloch a ohybných šnúrach).

Farebné označovanie holých vodičov:

striedavá sústava vodič a prípojnica	farba
krajný (fázový)	oranžová s doplnkovým označením čierne priečne pruhy = poradie fázy
stredný (neutrálny)	svetlomodrá
ochranný	zelenožltá
jednosmerná sústava vodič a prípojnica	farba
kladný pól	tmavočervená
záporný pól	tmavomodrá / čierny
stredný	svetlomodrá
ochranný	zelenožltá

Farebné označovanie izolovaných vodičov

vodič a prípojnica jednosmerná sústava	farba	farba
kladný pól	červený
záporný pól	tmavomodrý
ochranný	zelenožltý
stredný (neutrálny)	svetlomodrý

Izolácia ochranného vodiča musí mať po celej dĺžke zeleno-žlté pruhy !

Kódové označovanie vodičov

Kód označujúci druh vodiča obsahuje číslicu určujúcu celkový počet žíl a písmeno určujúce druh žíly.

písmeno	druh žily
A (-O)	vodič má iba fázové žily
B (-J)	vodič má fázové žily a ochrannú žilu
C (-JB)	vodič má fázové žily, strednú žilu a ochrannú žilu
D (-OB)	vodič má fázové žily a neutrálnu žilu

Najčastejšie používané kombinácie vodičov v elektrickom kábli

kód	1.žila	2.žila	3.žila	4.žila	5.žila
2A (-O)	fáza	fáza	-	-	-
2B (-J)	ochranný	fáza	-	-	-
3C (-J)	ochranný	stredný	fáza	-	-
4B (-J)	ochranný	fáza L1	fáza L2	fáza L3	-
4C (podľa novej STN 34 74 11 sa nevyrába)	ochranný	stredný	fáza	fáza	-
4D (-O)	stredný	fáza L1	fáza L2	fáza L3	-
5C (-J)	ochranný	stredný	fáza L1	fáza L2	fáza L3

Označovanie vodičov podľa harmonizovaných noriem

1. Súvis s harmonizovanou normou:

H – vodič vyrobený podľa harmonizovanej normy
A – neharmonizovaný vodič (národný typ)

2. Menovité napätie:

01 – napätie 100/100V
03 – napätie 300/300V
05 – napätie 300/500V
07 – napätie 450/750V

3. Materiál izolácie:

B – etylénpropylénový kaučuk
G – etylénvinylacetát
J – opletenie zo sklených vláken
N – polychloroprén nešíriaci oheň
N2 – zmes z polychloroprénu pre plášte zváracích vodičov
N4 – chlórsulfonový alebo chlórovaný polyetylén
R – bežný etylénpropylénový kaučuk
S – silikónový kaučuk
T – textilné opletenie
V – PVC
V2 – PVC pre trvalú prevádzkovú teplotu 90°C
V3 – PVC pre káble určené na použitie pri nízkych teplotách
V4 – zosietený PVC
V5 – špeciálna zmes PVC odolná proti olejom
Z – zosietená polyolefínová zmes s nízkou emisiou korozívnych plynov a dymu
Z1 – termoplastická polyolefínová zmes s nízkou emisiou korozívnych plynov a dymu

4. Kovové obaly:

C – koncentrické medené jadro
C4 – medené tienenie v tvare opletenia nad skrúcanými žilami

5. Nekovový plášť:

B - etylénpropylénový kaučuk
G – etylénvinylacetát
J – opletenie zo sklených vláken
N - polychloroprén nešíriaci oheň
N2 - zmes z polychloroprénu pre plášte zváracích vodičov
N4 - chlórsulfonový alebo chlórovaný polyetylén
Q – polyuretán
Q4 – polyamid
R – bežný etylénpropylénový kaučuk
S – silikónový kaučuk
T – textilné opletenie
V – mäkčené PVC
V2 – PVC pre trvalú prevádzkovú teplotu 90°C
V3 – PVC pre káble určené na použitie pri nízkych teplotách
V4 – zosietený PVC
V5 – špeciálna zmes PVC odolná proti olejom
Z – zosietená polyolefínová zmes s nízkou emisiou korozívnych plynov a dymu
Z1 – termoplastická polyolefínová zmes s nízkou emisiou korozívnych plynov a dymu

6. Konštrukcia vodiča:

Bez znaku pre kruhové konštrukcie
H – plochý, rozdeliteľné vedenie
H2 – plochý, nerozdeliteľné vedenie
H6 – plochý 3 alebo viacžilový

7. Materiál jadier:

A – Hliník
Ponechanie pomlčky „-„ bez dodatočného označenia písmenom znamená, že použitým materiálom jadra je meď. Zároveň samotná pomlčka je tiež prechod medzi opisom izolácie a konštrukciou vodiča, ale aj vnútorným opisom žily.

8. Tvar jadra:

D – ohybné jadro pre zváracie vodiče
E – veľmi ohybné jadro ohybného kábla pre zváracie vodiče
F – ohybné jadro ohybného kábla alebo šnúry (trieda 5)
H - veľmi ohybné jadro ohybného kábla alebo šnúry (trieda 6)
K – ohybné jadro kábla na pevné uloženie (trieda 5)
R – pevné kruhové jadro lanované
U – pevné kruhové jadro plné

9. Číselné označenie počtu žíl vo vodiči

10. Ochranný vodič

G – zelenožltá žila
X – bez zelenožltej ochrannej žily
U – kruhový, plný

11. Číselné označenie prierezu žily vo vodiči^[2]

Starší spôsob označovania vodičov

Prvé písmeno určovalo materiál jadier:
- A – hliník,
- C – meď.
Druhé a štvrté písmeno určovalo materiál izolácie:
- N – napustený papier "normálny",
- M – napustený papier "nemigrujúci",
- Y – mäkčený polyvinylchlorid,
- G – kaučukový vulkanizát,
- E – polyetylén.
Tretie písmeno určuje prevedenie kábla
- K – označovalo kábel na pevné uloženie
- H – hadica, vodič s obalom,
- L – jadrom je lano alebo slanený vodič,
- S – šnúra, strojné lano, zvárací vodič,
- V – vodič pre vysoké napätie (3 alebo 6 kV)^[3]

Zdroje

↑ NOVÁK, Josef. Fyzikální chemie Bakalářský kurz. 1. vyd. Praha : VŠCHT, 2015. ISBN 978-80-7080-559-6.
↑ Označovanie vodičov podľa harmonizovaných noriem [online]. www.tme.eu, [cit. 2022-02-25]. Dostupné online.
↑ M. BEŠTA. Ing. [online]. [Cit. 2022-02-25]. Dostupné online.

cz.wiki (vzorce odporových a tepelných závislostí)
STN/IEC 60228 (tabuľky a farebné značenie)

[1] NOVÁK, Josef. Fyzikální chemie Bakalářský kurz. 1. vyd. Praha : VŠCHT, 2015. ISBN 978-80-7080-559-6.

[2] Označovanie vodičov podľa harmonizovaných noriem [online]. www.tme.eu, [cit. 2022-02-25]. Dostupné online.

[3] M. BEŠTA. Ing. [online]. [Cit. 2022-02-25]. Dostupné online.

[1]

[2]

[3]