Vodič (elektrotechnika)

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).

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  , resp.  , 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 , 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  , 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.

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:

Farebné označovanie izolovaných vodičov

 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.

 
Najčastejšie používané kombinácie vodičov v elektrickom kábli

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

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)

Zdroje 

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

Elektrotechnika
Elektronika
Elektrická energia

af:Geleier