Kabel

Kabel je elektrotechnický prvek, používaný k přenosu elektrické energie a/nebo optických signálů. Obvykle jde o soustavu dvou nebo více elektrovodných nebo optických jader (včetně jejich kombinace), spojených společným pláštěm.

Typy kabelů

Základní rozdělení kabelů je na silové, slaboproudé (sdělovací, signální, ovládací, datové apod.) a optické (pro vysokofrekvenční přenos dat).

• silové kabely – pro rozvod a přenos výkonové elektrické energie
  • kabel pro pevné uložení do stěn, do elektroinstalačních kanálů, žlabů, lišt
  • lehká šňůra pro pohyblivé přívody domácích spotřebičů a malých strojů
  • těžká šňůra pro přívody velkých strojů a mobilních rozvaděčů
  • závěsný kabel s vloženým ocelovým lankem pro možnost přímého zavěšení na opěry
• sdělovací kabel (elektrický slaboproudý či optický kabel) – pro přenos dat, informací, signálů, povelů aj.
  • stíněný kabel
    • koaxiální kabel
  • kroucená dvojlinka
    • telefonní kabel
    • datový kabel
  • optický kabel

Podle způsobu užití tedy existují kabely pro pevné uložení a pro pohyblivé přívody. Mohou být spirálově zkroucené (jako telefonní šňůra), jednotlivé vodiče mohou být zkrouceny do tvaru šroubovice (tzv. kroucená dvojlinka) apod. Existují kabely odolné vysokým teplotám s izolací ze silikonové pryže i kabely nehořlavé, které si uchovávají funkčnost po určitou dobu i v ohni. Sdělovací kabely jsou často stíněné, aby vyhověly požadavkům na elektromagnetickou kompatibilitu. Izolované vodiče jsou nejdříve společně obaleny vodivou fólií nebo pletivem, potom teprve společným pláštěm. U datových kabelů (STP) může být stíněna každá dvojice vodičů a potom ještě celý kabel. Pro připojení k internetu se používají kabely s kroucenou dvoulinkou (stíněné (STP) nebo nestíněné (UTP)) nebo optické kabely (dříve i koaxiální kabely).

Složení kabelů

Kabel se obvykle skládá z jednotlivých vodičů obalených izolační vrstvou (takový vodič se nazývá kabelovou žílou), které mohou být uspořádány do souborů. Tyto žíly a jejich soubory mohou být obaleny výplňovou vrstvou pro vylepšení kruhovitosti kabelu. Svrchní vrstvou kabelu je plášť. Může být doplněn dalšími prvky pro zvýšení mechanické odolnosti, elektromagnetické odrušení apod.

Jádra

Materiál jádra

Bude-li vodič sloužit k přenosu silové a signální (sdělovací) elektřiny, je vhodné použít materiál s dobrou vodivostí:

• měď se využívá nejčastěji. Může být holá nebo pokovená (cínem, stříbrem atd.). Její výhodou je kromě vodivosti také vysoká pevnost a houževnatost, se kterou vodič velmi dobře odolává ohybům;
• hliník se používá v menší míře, a to převážně pro energetické aplikace. Oproti mědi má nižší vodivost, ale je mnohem lehčí;
• bronz a mosaz – pro potřeby pevnějších jader s vysokou vodivostí, dříve např. pro telefonní vedení;
• železo v poměděné či pocínované verzi – pro potřeby pevnějších a levnějších jader bez vysokých nároků na vodivost (včetně levných anténních koaxiálů), popřípadě pro přívod k rozbuškám (zbytky takových vodičů lze z těženého materiálu snadno separovat pomocí magnetu);
• konstantan, slitiny niklu atd. – pro aplikace, kde je nutno regulovat nebo přímo využívat elektrického odporu jádra – typicky tedy u vyhřívacích vodičů se samoregulační funkcí.
• uhlíková nit je nekovové jádro, vhodné k přenosu vysokonapěťových výbojů v zapalovacích kabelech u motorů, protože podstatně snižuje elektromagnetické rušení do okolí motoru. Typickým takovým výrobkem byly zapalovací kabely pro zážehové motory, kdy se takovým kabelem vedl výboj v řádku desetitisíců voltů od zapalovací cívky k zapalovací svíčce.

Poznámka k hliníkovým jádrům: Hliník má nižší vodivost než měď. Aby kabel s hliníkovými jádry dokázal přenést stejný proud jako kabel s jádry z mědi, musí mít větší průřez jader i výsledný celkový průměr. Přesto je takový kabel lehčí a levnější než měděný. Nevýhodou hliníku je jeho křehkost, kdy se opakovaným ohýbáním snadno zlomí. V místech připojení hliníku do svorky nebo šroubu se navíc hliník průchodem proudu zahřívá, roztahuje a dochází k jeho plastické deformaci. Při vychladnutí se opět smrští, při opakování vyšších proudových zátěží se tak spoj může postupně uvolnit a zvýšit svůj přechodový odpor. Hliník navíc povrchově oxiduje, přičemž Al₂O₃ na povrchu je nevodivý a tak dál zvyšuje přechodový odpor. Připojení hliníkových vodičů tak musí být pravidelně dotahováno jako prevence vzniku požáru. Postupně se proto omezilo používání hliníku v běžných instalacích (zejména v domovních rozvodech) a používá se spíše v dálkových rozvodech a průmyslových aplikacích, které jsou pod profesionálním dohledem.

Profil jádra

Jádro kabelu mívá většinou kruhový profil, ale ve speciálních případech může mít i tvar jiný.

• Plné jádro: tvořené jedním drátem. Používá se obvykle pro pevné instalace, kde se nepředpokládá pohyb kabelu při používání – například u instalačních kabelů.
  • Kulatý drát má běžný kruhový průřez. Lze se setkat i s označením RE z německého rund, eindrähtig.
  • Sektorový drát má průřez kruhové výseče (též SE z německého sektor, eindrähtig). Takové dráty o přesném geometrickém profilu se používají pro snížení výsledného průměru kabelu, protože žíly do sebe ve skladbě kabelu zapadnou podobně jako dílky pizzy.
• Složené jádro: tvořené více dráty tenčího průřezu, aby byla zvýšena ohebnost výsledného kabelu. Je to nezbytné například u kabelů s průřezy nad 16 mm², které by v případě jednodrátových jader byly natolik tuhé, že by se s nimi nedalo ručně manipulovat. Složeným jádrům do průřezu 16 mm² se slangově říká licna (z německého die Litze).
  • Lanované jádro (též RM z německého rund, mehrdrähtig) může být tvořeno z uspořádaných 7 nebo 19 drátů jako pravidelné lanko, nebo z jiného počtu drátů v nepravidelné geometrii jako sypané lanko.
  • Kartáčové jádro (též RF z německého rund, feindrähtig) je vyrobeno z velkého množství velmi tenkých drátků pro dosažení vysoké ohebnosti výsledného kabelu, například u přívodů k audiovizuální technice.
  • Sektorové jádro (též SM z německého sektor, mehrdrähtig) kombinuje složení z více drátků, lisovaných do přesného geometrického profilu.

Průřez jádra

Materiálem a geometrickým průřezem jádra je stanovena jeho maximální proudová zatížitelnost. Pro jádra se používají tzv. jmenovité průřezy, které se nerovnají přesnému geometrickému průřezu, ale musí splnit požadavky na vodivost a průměr podle uznaného standardu (např. EN 60228, IEC 228). U silových vodičů jsou obecně a laicky známé průřezy 0,5 – 0,75 – 1 – 1,5 – 2,5 – 4 – 6 – 10 mm², v profesionální energetice se běžně používají velké průřezy 10 – 16 – 25 – 35 – 50 – 70 – 95 – 120 – 150 – 185 a 240 mm², u sdělovacích vodičů naopak i malé průřezy 0,14 – 0,22 – 0,35 mm², pro speciální účely jsou normalizované i průřezy 0,6 - 0,85 - 2 - 8 mm².

Především v USA a podobných státech se pak používá značení průřezu AWG neboli American Wire Gauge, které namísto rozměru či zatížitelnosti udává redukci průřezu v palcovém systému. Systém AWG je tak převrácený oproti systému metrickému. AWG 1 má průřez cca 42,39 mm², AWG 10 cca 5,26 mm², AWG 20 cca 0,52 mm² a nejvyšší AWG 26 cca 0,13 mm². Protože tento systém je v USA stále používán, existují převodní tabulky, ze kterých lze vyčíst průměr (průřez) vodiče popsaného některým stupněm AWG.^[1]

Izolační vrstva

Materiálem a tloušťkou izolace je stanovena napěťová pevnost kabelu. Chováním izolace v tepelném zatížení je určujícím faktorem při rozdělení kabelů do tzv. tříd teplotní odolnosti.

Izolace na kabelových jádrech má za úkol oddělit od sebe jednotlivá jádra tak, aby nemohlo dojít k jejich nežádoucímu spojení a tedy k elektrickému zkratu. Izolace má tedy pouze technickou, nikoliv bezpečnostní funkci. Nejčastějším materiálem pro výrobu izolace je měkčené PVC, pryž, silikon, polyetylen, EPR, HEPR, HFFR aj.

Výplňová vrstva

Soubory jednotlivých žil mají obvykle v řezu tvar, který není ideálně kruhový. Proto se na ně nanáší výplňová vrstva, pomocí které se dosáhne téměř ideálního kruhového tvaru. U kabelů pro přenos silové energie to je obvykle lisovaná gumová výplň okolo žil. Mezi jednotlivé žíly lze vložit i výplňovou žílu, obvykle ze skleněného vlákna obaleného stejnými izolačním materiálem, jako u žil. U jiných typů kabelů se výplň obvykle nepoužívá.

Stínění

Na soubor žil lze aplikovat stínicí vrstvu z vodivého nebo polovodivého matriálu, který zajistí, že elektrický proud uvnitř kabelu nebude mít vliv na okolní prostředí nebo že naopak elektromagnetická pole v okolním prostředí nebudou mít nežádoucí vliv na elektrické signály, přenášené kabelem.

• Opletené stínění: na soubor žil se ve speciálním oplétacím stroji naplétá nekonečná „punčoška“ z navzájem se pravidelně křižujících vodivých drátků.
• Opředené stínění: na soubor žil se ve speciálním opřádacím stroji navíjí souběžné drátky v mnoha nekonečných spirálách.
• Ovinuté stínění: na soubor žil se přikládá vodivá nebo polovodivá páska s příložným drátkem.

Plášť

Plášť tvoří svrchní část kabelu. Jeho úkolem je držet pohromadě jednotlivé žíly a chránit je před vnějším prostředím (před mechanickým namáháním, slunečními paprsky, chemikáliemi aj.). Obvykle je tvořen podobným materiálem, jako izolace. Proto i jeho materiál musí být volen s ohledem na napěťovou pevnost a tepelnou odolnost výsledného kabelu.

Teplotní třídy kabelů

Při výběru kabelů pro konkrétní aplikace je nutné vycházet z teploty, která je pro konkrétní stroj, konstrukci nebo prostředí stanovena jako maximální povolená provozní teplota jádra kabelu. Záleží tedy jak na prostředí, tak na hodnotě jmenovitého proudu kabelu, který sám o sobě přispívá k ohřevu jádra kabelu.

Teplotní třídy jsou stanoveny písmenným kódem. V Evropě se používají nejméně dva systémy stanovení teplotní odolnosti, a to buď podle norem IEC pro pevné a pohyblivé instalace a aplikace, nebo podle standardu ISO po motorová vozidla. Je tedy pravděpodobné, že existují i jiné teplotní třídy kabelů v jiných oborech užití.

Barevné značení kabelů

V běžných rozvodech silové energie (nízkofrekvenční do napětí 1 kV) jsou z bezpečnostních důvodů již od 30. let pevně stanoveny barvy izolací podle toho, jakému účelu vodič bude sloužit. Zprvu to bylo (v rozvodech 1×220 V) tak, že černý vodič byl fázový a bílý nulovací, popřípadě přibyl zelený vodič uzemňovací. Postupem času a technickým rozvojem se předepsané barvy měnily.

Harmonizační dokument HD 308 z roku 1975 (převedený do ČR normou ČSN 33 0165) a jeho nová verze HD 308 S2 (ČSN 33 0166 ed.2) stanovují toto barevné značení žil silových kabelů:

Soustava střídavého napětí	barva	komentář
krajní vodič (fázový) (L, line)	černý hnědý šedý oranžový	Pořadí hnědá-černá-šedá je doporučené pořadí barev vodičů jednotlivých fází. U jednofázového rozvodu se černá barva může použít pro stále napájený obvod (od zdroje ke spínači) a hnědá pro dočasně napájený obvod (od spínače ke spotřebiči). Oranžová barva se používá jen pro zvláštní aplikace (např. v rozvodnách).
ochranný vodič (zemnicí) (PE, protective earth)	kombinace žluté a zelené
střední vodič (nulový) (N, neutral)	světlemodrý
sdružený ochranný vodič (PEN, protective earth neutral)	kombinace žluté a zelené	Sdružený ochranný vodič by měl v místě připojení svorky mít světlemodré návlečky.
Soustava stejnosměrného napětí	barva	poznámka
kladný pól (L+)	červený
záporný pól (L-)	tmavomodrý
ochranný (PE)	kombinace žluté a zelené
prostřední (M, medium)	světlemodrý
sdružený ochranný vodič (PEM, protective earth medium)	kombinace žluté a zelené	Sdružený ochranný vodič by měl v místě připojení svorky mít světlemodré návlečky.
Soustava napájecích rozvodů kolejových vozidel	barva	poznámka
napájecí vedení	fialový	přívod k troleji
zpětné vedení	žlutý	odvod z koleje

ČSN 33 0165 zavedla standardy barevného značení žil jako čtyři jednoznačné, pevně stanovené barevné kombinace, které pokrývaly prakticky všechny potřeby elektrotechnických aplikací. Následující písmenné kódy byly společné pro pevné kabely i pohyblivé šňůry:

• A pro kabel obsahující pouze krajní vodiče (tj. černé a hnědé);
• B pro kabel obsahující krajní a ochranný vodič (černé, hnědé a jeden žlutozelený);
• C pro kabel obsahující krajní, ochranný a střední vodič (tj. všechny barvy);
• D pro kabel obsahující pouze pracovní vodiče, tj. krajní a střední.

ČSN 33 0166 zavedla standardy barevného značení obvyklé v zemích EU:

• J pro instalační kabel s ochranným vodičem;
• O pro instalační kabel bez ochranného vodiče;
• G pro pohyblivý kabel s ochranným vodičem;
• X pro pohyblivý kabel bez ochranného vodiče.

Vzhledem k tomu, že obě normy platí souběžně, je možné tvořit soustavy vyhovující jedné, druhé nebo oběma normám. Staré kombinace A, B, C, D jsou sice výslovně uvedeny jako nedoporučované, protože byly nahrazeny novými (například 4B tak byla převedena na 4O, resp. 4X; 3C na 3G resp. 3J apod.), přesto například za kombinace 3B nebo 4C není přímá náhrada.

Navíc, přes veškerou snahu IEC, praxe není (a z komerčních důvodů patrně nikdy nebude) zcela jednotná – například Německo používá v distribuční stejnosměrné soustavě opačné rozlišení pólů, Japonsko a USA mají opačnou funkci šedého a světlemodrého vodiče atd.

Související články

• Drát
• Elektrický vodič
• Vodič (elektrotechnický výrobek)
• Kabelový svazek
• Podmořský kabel
• Prodlužovací kabel
• Tester kabelů
• Ukládání kabelů
• Šňůra
• Kabel (textil)

Reference

Literatura

• Štěpán Berka; Elektrotechnická schémata a zapojení 1; BEN - technická literatura, Praha 2008, ISBN 978-80-7300-229-9, str. 190-191 (Značení kabelů a vodičů)
• Štěpán Berka; Elektrotechnická schémata a zapojení 2; BEN - technická literatura, Praha 2010, ISBN 978-80-7300-254-1, str. 227 (Proudová zatížitelnost kabelů a vodičů) a str. 228 (Barevné značení žil silových kabelů a vodičů)
• ČSN 33 0165:92 (+ změny) – Elektrotechnické předpisy. Značení vodičů barvami nebo číslicemi. Prováděcí ustanovení
• ČSN 33 0166 ed.2:02 – Označování žil kabelů a ohebných šňůr

Externí odkazy

• Slovníkové heslo kabel ve Wikislovníku
• Obrázky, zvuky či videa k tématu kabel na Wikimedia Commons