Sähköjohto

Sähköjohto on sähköä johtavasta aineesta, johteesta valmistettu, virtapiirin osaksi kytketty lanka tai monen langan yhdistelmä, jota pitkin sähkövirta kulkee. Sähköjohdot tehdään yleensä kuparista tai alumiinista ja ne eristetään muovi- tai kumieristevaipalla. Sähköjohtoon voi kuulua liittimet, joilla se voidaan kiinnittää helposti-irrotettavaksi kohteeseensa.

Moninapaista sähköjohtoa kutsutaan kaapeliksi. Sähköjohtoja ja -kaapeleita valmistetaan moniin käyttötarkoituksiin ja monenlaisiin olosuhteisiin: niitä valmistetaan muun muassa korkeille jännitteille, korkeisiin lämpötiloihin ja kestämään erityistä mekaanista rasitusta (robottikaapelit) ja kemiallista rasitusta (erityiset vaippamateriaalit). Radiotekniikassa ja tietoliikenteessä tarvitaan häiriösuojattuja kaapeleita, joiden rakenteeseen on lisätty metallinen suojavaippa. Korkeilla taajuuksilla pitkä kaapeli muodostaa aina siirtolinjan, jonka siirtoimpedanssi täytyy ottaa huomioon signaalinsiirrossa.

Johdon paksuus ilmaistaan poikkipinta-alana/mm². Yleisimmät poikkipinnat ovat 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16 ja 25 mm². Kaapelin virrankesto riippuu poikkipinta-alasta - tavanomaisissa olosuhteissa 1,5 mm²:n kuparijohdin kestää noin 10 A:n virran. Johtimen sisäinen resistanssi, eli vastus luonnollisesti kasvaa johtimen pituuden kasvaessa. Tämä on syytä ottaa huomioon käytettäessä esim. pitkiä jatkojohtoja. Sähköjohtimen virrankeston ylittävä virta kuumentaa sähköjohdinta. Kuumeneminen on epäedullinen ilmiö sähkönsiirrossa. Sen takia sähköenergiaa muuttuu lämpöenergiaksi vähentäen siirron hyötysuhdetta.  Kuumeneva sähköjohto voi olla myös turvallisuusriski ympäristölle tulipalon muodossa.

Johdon resistanssi 
Johdon resistanssi voidaan laskea pituudesta ja poikkipinta-alasta, kun tiedetään johdon materiaalin ominaisvastus:
R = ρ · l / A
Tässä ρ on ominaisvastus, l johdon pituus ja A poikkipinta-ala.

Jos lämpötila on tavanomaisesta poikkeava, sen vaikutus ominaisvastukseen pitää myös huomioida.

Johdon käyttäytyminen vaihtojännitteellä 
Suoran johdon induktanssi voidaan arvioida kaavalla:

L = 2 l [ln(2 l/r) - 1] nH

Tässä kaavassa l on pituus / cm ja r on säde / cm ja tuloksena on induktanssi L nanohenryinä.

Tästä voidaan edelleen laskea tietyllä taajuudella johdon vaihtovirtavastus eli reaktanssi ohmeina.

Laskentaesimerkki: Metrin mittaisen johdon, jonka halkaisija on 1 mm, induktanssi on 2·100(ln(2·100/0,05)-1) nH = 200·(ln(4000)-1) nH = noin 200·7,3 nH = noin 1,5 μH

Korkeilla taajuuksilla virranahtoilmiö aiheuttavaa virran pakkaantumisen johdon pintaosiin.

Koot ja kuormitettavuus
Asennustapa
A uppoasennukselle
C pinta-asennukselle
D maa-asennukselle
E vapaasti ilmaan tehtävälle asennukselle

Kuparijohtimet

Poikkeuksia esiintyy työmaakeskuksissa, joissa virrat voivat olla suurempia "tilapäiskäytön" takia ja jatkojohdoissa.

Kaapelit mitoitetaan kuormitettavuuden mukaan yhtä kokoa suuremmiksi siksi, että ne kestäisivät oikosulkuvirran.

Yli 16 mm²:n kuparimaakaapeleita käytetään nykyään harvoin kuparin kalleuden vuoksi.

Alumiinijohtimet

Alumiinikaapeleita käytetään harvoin muussa kuin ilma- ja maakaapeliasennuksissa.

Poikkeuksia esiintyy työmaakeskuksissa, joissa virrat voivat olla suurempia "tilapäiskäytön" takia.

Kaapelit mitoitetaan kuormitettavuuden mukaan yhtä kokoa suuremmiksi siksi, että ne kestäisivät oikosulkuvirran.

Historia
Ensimmäisenä sähkön johtuvuusominaisuuden havaitsi saksalainen Otto von Guericke 1600-luvulla. Hän ei kuitenkaan ymmärtänyt löytönsä merkitystä. Gray huomasi sähkönjohtavuuden hankaussähköä tuottavan lasiputken kanssa tehtyjen kokeidensa yhteydessä. Hän yhdisti lasiputken pellavalankoihin ja myöhemmin silkkilankoihin, joita pitkin sähköä voitiin siirtää. Gray kokeili monia aineita ja huomasi toisten esineiden kelpaavan johtimiksi ja toisten eristeiksi. Eristeet osoittautuvat samoiksi kuin aiemmin William Gilbertin määrittelemät sähköiset aineet, joita hankaamalla syntyi sähköisiä ilmiöitä.

Katso myös 

 Kaapeleiden merkintätavat

Lähteet

Aiheesta muualla 
 Wikikirjastossa on lisää taulukoita johtojen mitoituksesta artikkelissa Sähköalan taulukot ja kaavat

Sähkötekniikka
Seulonnan keskeiset artikkelit