Prenos energie je veľmi dôležitou a súčasne horúcou témou. Napriek tomu, že elektrinu odoberáme zo zásuvky, nie je zásuvka vždy presne tam, kde ju práve potrebujeme. Našťastie existujú veľmi praktické predlžovacie káble, ktoré rýchlo a jednoducho zaistia pomoc. S prierezom vodičov týchto káblov si robí starosti málokto, pretože ten tu hrá skôr podradnú úlohu.
Keď sa ale pozrieme podrobnejšie, určité rozdiely tu nájdeme. Prierez kábla predstavuje celú reznú plochu kompletného kábla vrátane izolácie a opláštenia. Naproti tomu prierez vodiča označuje prierez elektrického vodiča, resp. jednotlivých žíl. Ak kábel prerežeme jemnou pílkou, čisto a v pravom uhle voči pozdĺžnemu smeru, vyzerajú žily ako okrúhle rezné plochy. Pokiaľ na oddelenie vedenia použijeme kliešte štiepačky, okrúhle rezné plochy sa nevytvoria.
Elektrický kábel môžeme porovnať s vodovodnou rúrkou. Čím má trubka väčší priemer, tým viac vody cez ňu môže pretiecť. Pri elektrickom kábli to funguje úplne rovnako. Čím má väčší priemer, a teda aj prierez vodiča, tým vyššia je jeho maximálna prúdová zaťažiteľnosť.
Tenký kábel, alebo hrubý kábel?
V bežnom hovore nám výrazy „kábel“ a „vodič“ často splývajú a používame ich ako synonymá. To sa potom väčšinou odráža aj na pojmoch ako „prierez kábla“ alebo „prierez vodiča“. Inak je tomu, ak je napríklad potrebné namontovať do vozidla výkonný zosilňovač. Tu hrá prierez elektrického kábla enormne dôležitú úlohu.
Medený kábel na pripojenie zosilňovača v osobnom vozidle s 12V palubnou sieťou má dĺžku 10 metrov (5 m kladné vedenie a 5 m záporné vedenie). Pri priereze vodiča 10 mm² majú oba vodiče dohromady priemerný odpor 0,017 Ω. Ak má zosilňovač príkon 720 W, preteká oboma káblami prúd (I) maximálne 60 ampérov (A). Za použitia Ohmovho zákona R = U : I, resp. U = R . I sa vypočítajú:
Príklad výpočtu úbytku napätia a výkonových strát
V našom ukážkovom výpočte ide o už spomínaný zosilňovač, ktorý má byť umiestnený v batožinovom priestore vozidla. Zosilňovač bude napájaný z 12V palubnej siete a má príkon 720 W. Podľa vzorca I = P : U preteká pri príkone 720 W maximálny prúd 60 A. Kladný vodič sa pripojí priamo na batériu a je vedený k zosilňovaču. Potrebná dĺžka je v tomto príklade 4,5 m. Záporný vodič má dĺžku 0,5 m a je v batožinovom priestore pripojený priamo ku kostre vozidla. Odpor karosérie batožinového priestoru voči zápornému pólu batérie je tak nízky, že ho v tomto prípade môžeme ignorovať. Do vzorca zadávame iba polovičnú dĺžku, teda 2,5 m, pretože sa táto hodnota násobí dvoma, čím je vo vzorci zohľadnená skutočná dĺžka kábla.
Napriek tomu, že sú oba káble pomerne krátke, úbytok napätia sa pri maximálnej intenzite prúdu výrazne prejaví. Úbytok napätia vo vedení, a teda znížené elektrické napájanie spotrebiča však nie je ten najväčší problém! V takom prípade má reproduktor skrátka len nižší výkon. Oveľa väčší problém sa ukáže, keď sa pozrieme na straty výkonu na oboch kábloch. Pri vysokých hodnotách prúdu (60 A) sa totiž nezanedbateľná časť prenášanej energie premení na teplo. Z tohto ukážkového výpočtu celkom jasne vyplýva, že čím väčší je prierez kábla, tým menšie sú úbytky napätia a vývin tepla pri kábli.
Ostatne: Mnohí vyznávači Hi-Fi vo vozidlách si pomáhajú jedným geniálnym trikom, ako obmedziť intenzitu prúdu pri elektrickom pripojovacom vedení zosilňovača. Maximálna intenzita prúdu predsa preteká len pri maximálnom výkone. Ten spravidla potrebujeme iba pri basových impulzoch. A preto vykazuje prevádzkové napätie zosilňovača krátkodobé poklesy napätia v rytme hudby, resp. Aby sme tomu zabránili, na napäťový vstup zosilňovača sa paralelne pripojí vysokokapacitný kondenzátor. Tento kondenzátor sa medzi basovými impulzmi nabije a svoju energiu odovzdá zosilňovaču pri basovom impulze.
Ako správne vypočítať prierez kábla?
Spoločne s prierezom vodiča však dramaticky stúpa aj cena kábla. Z tohto dôvodu predstavuje optimálny prierez kábla, resp. správny kábel vždy určitý kompromis. Nesmie byť poddimenzovaný, pretože inak by boli straty na vedení príliš veľké a v najhoršom prípade by hrozilo akútne nebezpečenstvo vzniku požiaru.
Na výpočet prierezu kábla je možné na internete nájsť niekoľko on-line kalkulačiek. Aby sme mohli výpočet prierezu kábla vykonať správne, musíme najskôr zistiť maximálnu dĺžku kábla a maximálne prúdové zaťaženie. Okrem toho existuje pre každý druh napätia vlastný vzorec.
Dĺžku kábla je možné zmerať klasickým spôsobom. Pre výpočet prierezu musí byť uvedené maximálne prúdové zaťaženie v ampéroch (A). Údaje nájdete buď na typovom štítku spotrebiča alebo v technických podkladoch. Pokiaľ je uvedený len výkon (P) a prevádzkové napätie (U), je nutné najprv vypočítať prúd podľa vzorca I = P : U.
Prijateľný úbytok napätia udáva, o aké veľké prevádzkové napätie smieme kvôli odporu vedenia prísť. Pre kritické spotrebiče, ako sú nabíjačky alebo sieťové adaptéry, by nemal byť úbytok napätia viac ako 2 %. Pri nekritických spotrebičoch, ako sú napríklad lampy, môže prijateľný úbytok napätia dosahovať až 4 %. Niektoré vzorce na výpočet prierezu nevyžadujú úbytok napätia vo voltoch, ale faktor odchýlky (napr. 0,02 zodpovedá 2 %) a výšku prevádzkového napätia. Maximálny pokles napätia nesmie prekročiť 2 % z 12 V, teda 0,24 V.
Materiál vodiča a jeho vplyv
Špecifická vodivosť vodiča (kappa) závisí od použitého materiálu. Meď má - v závislosti od čistoty a teploty - vodivosť 58 siemens na meter (S/m). Striebro má s hodnotou 62 S/m výrazne lepšiu vodivosť. Hliník sa so svojimi 37 S/m pohybuje ešte pod oboma týmito materiálmi. Recipročná hodnota vodivosti sa tiež označuje ako špecifický odpor.
Údaj o vodivosti závisí v prvom rade na čistote vodivého materiálu a taktiež na teplote. Preto údaje, napríklad pre meď kolíšu medzi 56 S/m a 58 S/m. Pri kábloch CCA je elektrický vodič vyrobený z hliníka, dodatočne povrstveného meďou. Tieto káble sú ľahšie a výrazne lacnejšie ako porovnateľné produkty s masívnymi medenými vodičmi. Vďaka medenému oplášteniu sa špecifická vodivosť kábla CCA pohybuje medzi hodnotami pre meď a hliník. Preto je takmer vždy potrebný väčší prierez žily ako u medeného vodiča.
AC a 3-fázový prúd
Pokiaľ prevádzkujeme indukčnú záťaž, napríklad elektromotor, na striedavom napätí, prúd a napätie sú vzájomne fázovo posunuté. Elektrická účinnosť, resp. V prípade trojfázového prúdu sú spotrebiče prevádzkované na troch fázach.
V prípade striedavého a trojfázového prúdu je možné prierez kábla vypočítať pomocou vyššie uvedených vzorcov a podľa rovnakej schémy ako pri príklade so spotrebičom na jednosmerný prúd. Výsledok však slúži len ako hrubá orientačná hodnota. Veľmi dôležitú úlohu zohráva spôsob pokládky elektrických vedení. V prípade trojfázového prúdu sa nepoužíva napätie medzi jednou fázou, resp. vonkajším vodičom a nulovým vodičom, ale rozdiel napätia medzi tromi fázami. Z tohto dôvodu sa vo vzorci nepracuje s dvojitou dĺžkou kábla, ale s faktorom reťazenia.
Ako funguje trojfázová elektrina - vysvetlenie základov
Bežne používané prierezy káblov a ich aplikácie
Prierez kábla sa uvádza v milimetroch štvorcových (mm²). Pretože sú prierezy káblov, ktoré sú k dispozícii navzájom odstupňované, musíme vždy použiť najbližšiu hodnotu. Bežne používané prierezy káblov sú 0,75 mm², 1,5 mm², 2,5 mm², 4 mm², 6 mm², 10 mm², 16 mm² alebo 25 mm². Káble s ešte väčšími prierezmi používajú väčšinou len profesionálni používatelia.
Veľký auto-zosilňovač potrebuje pri 12 V v závislosti od výkonu kábel s prierezom 10 mm², 20 mm² alebo ešte väčším. Naproti tomu úsporná 5mm LED, prevádzkovaná cez predradný odpor, môže byť vo vozidle bez problémov pripojená vodičom s prierezom 0,14 mm², pretože tu preteká len veľmi malý prúd.
Pri zásuvkových obvodoch s istením 16 ampérov sa používa kábel o hrúbke 2,5 mm2. V prípade, že vám napadlo vymeniť istič za silnejší, aby zniesol väčší výkon, nerobte to! Kábel na to nie je stavaný. Neznesie väčšiu záťaž a môžete vyhorieť. Ak chcete väčšie istenie, musíte dať k nemu aj hrubší kábel.
Zabezpečenie elektrických obvodov a zariadení
Chcete istiť 3-fázový motor s výkonom 5kW? Ak výkon vynásobíte dvoma, dostanete približnú Amperáž ističa, čiže 5kW x 2=10A - použijete 10A 3-fázový istič. Riešením je tiež poctivo preštudovať dokumenty k zariadeniu, ktoré chcete istiť a možno zistíte, že výrobca zariadenia už potrebné parametre ističa alebo motorového spúšťača odporúča.
Motorové spúšťače sú síce cenovo vyššie, ale oproti ističom majú niekoľko výhod navyše - majú nastaviteľný rozsah Amperáže, čo je využiteľné napr. aj pri starších motoroch, keď už sa prejavuje ich opotrebovanie (každý si „cucne“ iné Ampére) a sú to vlastne 3 prístroje v jednom - istič, vypínač a tepelná ochrana.
Ujasnite si tiež, či chcete istiť priamo motor / zariadenie, alebo káblové vedenie k nemu. Tu narážame na charakteristiky ističov - najčastejšie B - istenie vedenia, C - tzv. motorová charakteristika.
Platí vyššie uvedené všeobecne pre všetky 3-fázové zariadenia? Nie. Je rozdiel ak sa bavíme o motore ako tzv. točivom stroji - induktívnej záťaži, alebo o nejakom ohrievači / špirále - ohmickej záťaži. Ak dimenzujete istič pre 3-fázové ohrievacie teleso bojlera, orientačný výpočet bude nasledovný: výkon vydelíte tromi, dostanete výkon na 1 fázu - napr. 4500W : 3 = 1500W / 1 fázu.
1-fázové obvody a ich zaťaženie
A čo 1-fázové „záležitosti“. Zaužívané sú dnes 10A 1-fázové ističe na istenie káblového vedenia svetelných okruhov a 16A 1-fázové ističe na istenie vedenia zásuvkových okruhov. Ako sme už spomenuli, jedná sa o charakteristiku ističov typu B - istenie vedenia. Pár desaťročí dozadu sa používalo 6A pre svetlá a 10A pre zásuvky, to je však už prekonané, nároky užívateľov aj zariadení stúpli a s nimi aj schopnosti kontaktov vo vypínačoch a zásuvkách prenášať väčšie prúdy.
Zákazníci sa často pýtajú, koľko zásuviek si môžu do jedného okruhu (od ističa po poslednú zásuvku) nainštalovať. Dá sa povedať - „koľko chcete“ (odporúča sa zvyčajne do 10ks) - len musíte dodržať jednu zásadu - zaťažovať daný okruh len do povolených hodnôt, fyziku nikto neoklame. Takže 230V x 16A = 3680W. Zásuvkový okruh istený 16A 1-fázovým ističom môžete zaťažiť maximálne 3,68kW záťažou.
Vysvetlíme si ako funguje istič napríklad s hodnotou 16A.V zásuvkách prúdi 230 voltov.Istič s hodnotou 16A znesie maximálne 16 ampérov. Výkon = napätie . P = U . [W] = [V] . Z toho vieme, že ak v zásuvkách máme 230 V a istič znesie 16 A, maximálny výkon, ktorý obvod znesie je 3 680 Watov. Čo to znamená v reálnom živote? Vypočítali sme, že istič znesie 3 680 W. Na jednom obvode môže byť zapojená iba elektrická rúra. V prípade, že je zapnutá a do rovnakého obvodu zapojíte napríklad rýchlovarnú kanvicu, preťažíte obvod a vyhodí vám istič. Na druhom obvode môžete mať napríklad rýchlovarnú kanvicu, mikrovlnku, a hriankovač, za predpokladu, že spotrebiče nezapnete naraz na plný výkon. Ak do obvodu zapojíte aj vysávač, je možné, že vyhodí istič.
Staré elektroinštalácie a ich riziká
Koľko spotrebičov mali v byte pred 40 rokmi? Staré hliníkové elektrické rozvody boli rozvrhnuté na vtedajšiu dobu. V bytoch mali ľudia, plynové sporáky a plynové rúry. Práčovňa bola na prízemí alebo v suteréne. O sušičkách ešte ani nesnívali, televízor nemali všetky domácnosti. Základnou výbavou bolo rádio, mraznička a chladnička. Žehlička a vysávač boli spotrebiče, ktoré uzatvárali štandardnú päťku elektrických spotrebičov v domácnosti.
Chladnička, mraznička, rúra, varná doska, mikrovlnka, hriankovač, rýchlovarná kanvica, práčka, sušička, umývačka riadu, notebook, počítač, mobil, tablet, vysávač (automatický, ktorý beží celý deň), set-top box, router, televízia, DVD prehrávač, domáce kino, ... Hliníkové rozvody to časom nemusia zvládnuť a hrozí riziko vyhorenia bytu od elektrických rozvodov.
Hlavný istič na chodbe mi nevyhadzuje, takže je to všetko v poriadku? Ak máte starú elektroinštaláciu tak pravdepodobne nie je. Staré ističe v rozvodnej skrini na chodbe už pravdepodobne majú svoje za sebou a preto neplnia svoju funkciu. Preteká cezne prúd, ale nevypnú keď je to potrebné.
Samozrejme najlepším riešením je spoľahnúť sa na školeného projektanta, či zdatného elektrotechnika. Žiaľ, žijeme v dobe, keď každý škrtí financie a robí si všetko sám (osobne tvrdím, že každý, kto už „zašrouboval“ žiarovku, sa cíti byť elektrikárom), navyše pod časovým tlakom.
Predmetné výrobky spoločnosti Tracon spĺňajú všetky potrebné normy a kvality na úrovni firiem ako Schneider alebo Eaton. Majú vlastné laboratórium, kde si svoje výrobky sami testujú. V portfóliu držia komplet sortiment ističov, prúdových chráničov, stykačov, motorových spúšťačov, zvodičov prepätia a mnoho ďalšieho. Vážime si vaše peniaze a vašu vernosť našej značke. A preto sme si pre vás pripravili premakaný ale jednoduchý zľavový systém.
