Проводници ниско напрежение

Съвременният асортимент от проводници ниско напрежение е доста широк. На пазара е представен голям асортимент от кабелни и проводникови изделия с различно конструктивно изпълнение на жила, както и с различни изолационни покрития. Всички проводници имат специална маркировка, която показва определени характеристики. В статията ще разкажем за едножилните и многожилни проводници, за медните и алуминиеви проводници, за напречното сечение на проводниците, за изолацията и маркировката на проводниците.

Текст: списание Енергия

В електротехниката ниското напрежение е относително понятие, променящо се от контекста. Използват се различни определения за предаване и разпределение на електрическа енергия. Международната електротехническа комисия (IEC) определя системата за подаване на ток с ниско напрежение в диапазона от 50 до 1000V за променлив ток (alternating current-АС) и от 120 до 1500V за постоянен ток (direct current-DC). В електроенергийните системи ниското напрежение най-често се отнася до електрическата мрежа, която се използва от битови, промишлени и търговски потребители. „Ниско напрежение“ в този контекст представлява опасност от електрически ток, но има малък риск от електрически дъги през въздуха. Директива на EC определя стойности на ниско напрежение започващи от 50V (AC) и 75V (DC) във версия 2014/35/ от 26 февруари 2014 г., която се прилага от 20 април 2016 г. Директивата характеризира електрическото оборудване, предназначено за използване с ниско напрежение. Важно е да се отбележи, че тя не определя напрежението вътре в оборудването или напреженията в електрическите компоненти. В електроразпределителната мрежа на Западна Европа за домакински нужди тече еднофазен променлив ток с честота 50Hz и напрежение 230V. За промишлените потребители се използва трифазен променлив ток с напрежение 400V, който е удобен за захранване на електрически асинхронни двигатели. В България, в съответствие с Европейските стандарти, електрически ток с честота 50Hz след трафопостовете се доставя чрез кабелни и въздушни електрически линии с напрежение 230/400V (преди 2007 г. 220/380V). Всички електрически мрежи за ниско напрежение се състоят от кабели и проводници. Електрическите проводници се произвеждат като неизолирани или изолирани. Могат да се състоят от едно жило-едножилен проводник или няколко жила-многожилен проводник. Материалът, от който се произвеждат, е най-често мед или алуминий, много рядко стомана с медно покритие.

Едножилни и многожилни проводници

Едножилният проводник е гъвкава твърда жица с кръгло напречното сечение. Освен като твърда сърцевина, жилото може да е произведено и в сплетена форма. За различни технически цели жилото може да има формата на квадрат, шестоъгълник, плоски правоъгълници или други напречни сечения. Едножилните проводници най-често се използват при стационарно окабеляване, например в жилищни сгради и апартаменти, за подаване на електричество към разпределителни кутии, за осветление на лампи и т. н. Понякога едножилните проводници не изискват специални клеми за свързването си. Достатъчно е да се усучат краищата им с клещи, да се изолират с изолационна лента и свързването е готово. Едножилните проводници имат най-голяма коравина в сравнение с многожилните (в някои устройства понякога се изисква такава коравина). По принцип едножилни проводници могат да се използват само във вериги, които работят на високи честоти. Недостатък на едножилните проводници е, че не понасят многократни прегъвания, а също и силни вибрации.

Многожилният проводник е жица, чието напречно сечение е образувано от няколко, понякога преплетени по-малки проводници. За да се даде на проводника повече гъвкавост и еластичност, по-малките проводници може да бъдат сплетени в един общ по-голям метален проводник, който по якост и състав наподобява капронова нишка. Сплетената жица е по-гъвкава от твърдата, със същата обща площ на напречното сечение. И колкото повече е броят на сплетените малки проводници в по-големия проводник, толкова по-висок е неговият клас на гъвкавост. Той ще има и по-голямо съпротивление от твърдия проводник със същия диаметър, тъй като напречното сечение на многожилния проводник не е цялата мед. Между нишките има неизбежни пропуски, дължащи се на опаковането на кръга, и проблем, свързан с кръгове в кръга. Многожилните проводници се използват главно там, където се изисква повишена гъвкавост, еластичност, устойчивост на вибрации. Например, в удължители на разклонители с 3 гнезда, за окабеляване в автомобили, в домакински уреди и т. н. При използване на специални клеми тяхното свързване става по-надеждно и има по-малко токово съпротивление в сравнение с едножилния проводник. Недостатък на многожилните проводници е ограниченото им използване във високочестотни вериги.

Медни и алуминиеви проводници

Не всички метали и метални сплави притежават физичните свойства, необходими за направата на полезния проводник. Металите трябва преди всичко да бъдат пластични и устойчиви на опън - качество, от което главно зависи полезността на проводника. Основните метали, подходящи за проводници с почти равна пластичност и масово приложими в електротехниката, са медта и алуминия.

Медта за проводници се получава от медни слитъци с очистване от примеси в електролитна вана с помощта на постоянен ток. Така се получава чиста електротехническа мед със съдържание 99,93%. Медните проводници имат много полезни свойства като висока електрическа проводимост, якост на опън, пластичност, устойчивост на корозия, топлопроводимост, коефициент на топлинно разширение, запояване, устойчивост на електрически претоварвания, съвместимост с електрически изолатори и лекота на инсталиране. Въпреки конкуренцията от други материали, медта остава предпочитаният електрически проводник в почти всички категории електрически инсталации. За производството на проводници с максимална електрическа проводимост се използва така наречената „безкислородна“ мед. Във всички медни електрически проводници пречистената мед съдържа 0,02-0,04% кислород. Съдържанието на други примеси в медта като бисмут, антимон, арсен, никел е в равни количества - 0,05-0,1%. Специфичното електрическо съпротивление на медта при 20°C е 0,0167O.mm2/m. За проводници се използва мека, полутвърда или твърда мед със специфични тегла, съответно 8,9, 8,95 и 8,96g/cm3. За по-лесно инсталиране повечето марки медни проводници се произвеждат с калайдисани сърцевини. Проводниците с по-малък диаметър имат повишена якост на опън и по-голяма стойност на специфично електрическо съпротивление. Това се дължи на изкривяване на формата и намаляване на обема на метални кристали по време на изтегляне на проводници с малък диаметър. Именно това качество на медта се използва в промишлеността за производството на електрически проводници.

Алуминият е вторият често приложим електрически материал след медта. Той е лесен за отливане и добре се обработва. При температура 100-150°C алуминият е ковък и пластичен (може да се валцува на листове с дебелина до 0,01mm). Електрическата проводимост на алуминия е силно зависима от примесите и по-малко от механичната и термична обработка. Колкото по-чист е съставът на алуминия, толкова по-висока е неговата електропроводимост и по-добра e устойчивостта му на химически влияния. Студената обработка на алуминия увеличава неговата твърдост, устойчивост и якост на опън. Специфичното електрическо съпротивление на алуминия при 20°С е 0,026-0,029Оmm2/m. За производството на проводници се използва алуминий, съдържащ не по-малко от 98% чист алуминий, силиций - не повече от 0,3%, желязо - не повече от 0,2%. Алуминиевите проводници се монтират със съвместими съединители, като трябва да се обърне специално внимание на контактната повърхност, за да не се окислява. При еднаква проводимост алуминиевият проводник е 2 пъти по-лек от медния. При замяна на мед с алуминий напречното сечение на алуминиевия проводник трябва да се увеличи по отношение на проводимостта, т. е. с 1,63 пъти спрямо медния.

Напречно сечение на проводниците

В зависимост от марките на проводниците, стандартните им напречни сечения имат определено значение. Една от характеристиките на произвежданите проводникови изделия е сечението на токопроводимите жила. Този параметър се взема предвид при проектирането на различни електрически проводници във всички сфери на човешката дейност. Стандартният ред от напречни сечения на проводници с ниско напрежение е 0,5, 0.75, 1,1.5, 2.5, 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50mm². Този диапазон е подходящ както за медни, така и за алуминиеви проводници. Изключение е само минималното напречно сечение на алуминиевия проводник-2,5mm². Напречните сечения на проводниците до 10mm2 са едножични, а над 16mm²-многожични. Многожични проводници сe произвеждат и с по-малко сечение в зависимост от предназначението на проводника, особено ако има изисквания той да е гъвкав. За прокарване на осветление в бита се използва меден проводник с напречно сечение от 1-1,5mm2. За захранване на отделни контакти се използва меден проводник с напречно сечение не по-малко от 2,5mm2. Кабел с напречно сечение 4-10mm2 се използва в бита за захранване на мощни домакински електрически уреди с мощност по-голяма от 4kW. Те изискват отделна линия с висока товароносимост за свързване на разклонителни кутии, от които се захранват няколко контакта в дадена стая. Проводници с напречно сечение 0,5-2,5mm² се използват като захранващи кабели за повечето домакински уреди с мощност 4kW. Силов кабел с напречно сечение 16 mm², се използва само за подаване на електроенергия към електроразпределителните табла на частни домове. Проводници с малки сечения 1-6mm2 се използват за свързване на вторични вериги за превключване на различни защитни устройства, за автоматизация и управление на различно оборудване в промишлени предприятия, електроцентрали, разпределителни подстанции.

В силови вериги с ниско напрежение до 1000V, захранващи различно оборудване, се използва кабел, състоящ се от проводници с напречно сечение от 2,5 до 50mm². Кабел с по-голямо напречно сечение се използва като входен кабел от трансформатори до разпределителни уреди или разпределителни табла за различни цели.

Изолация на проводниците

Електрическите проводници могат да бъдат изолирани и неизолирани (голи). Голи са проводници, чиито токопроводими жила нямат никакви защитни или изолационни покрития. Те се използват главно за въздушни електропроводи. Изолирани са проводниците, чиито токопроводими жила са покрити с изолация от гума или пластмаса. Тези проводници имат оплетка от памучна прежда или обвивка от гума, пластмаса или метална лента над изолацията. Изолираните проводници се разделят на защитени и незащитени.

Защитени са изолираните проводници, които имат обвивка върху електрическата изолация, предназначена да уплътнява и защитава от външни влияния. Незащитен изолиран проводник е този, който няма обвивка върху електрическата изолация. Инсталационните проводници с пластмасова изолация са направени без обвивка и защитни горни пластове. Изолацията не се нуждае от светлинна- и влагозащита. Тя е устойчива на леки механични влияния. Такива са проводниците с няколко жила от мед или алуминий, с изолация от PVC, плоски с отделни основи. Използват се за електрически инсталации и стационарно прокарване в електрически и осветителни мрежи, за инсталиране на електрическо оборудване, механизми, машини. За предпазване на проводници с гумена изолация от механични повреди и от въздействие на светлина и влага, се използват обвивки с подгъващ шев, изработен от алуминиева сплав или месинг, или пластмасова обвивка от плстифициран PVC. Изолацията на проводниците е изчислена за специфично работно напрежение, при което те могат да се работят дълго и безопасно. Ето защо при избор на проводник трябва да се има предвид, че работното напрежение, за което е изчислена изолацията на проводника, трябва да бъде по-голямо или равно на номиналната стандартна стойност на захранващото напрежение - 400, 230V.

Инсталационните проводници трябва да съответстват на свързания електрически товар. За една и съща марка и едно и също напречно сечение на проводника са разрешени товари с различна величина, които зависят от условията на полагане. Например, проводниците или кабелите, положени открито, са по-добре охладени от тези, положени в тръби или скрити под мазилката. Проводниците с гумена изолация позволяват дълго нагряване на техните жила до температура, ненадвишаваща 65°C, а проводници с пластмасова изолация - 70°C.

Маркировка на проводниците

Маркировката на проводниците дава информация за техните свойства, като позволява индетифициране по уникален начин на вида и предназначението на проводника. В Европа функционират Европейският комитет по стандартизация (CEN) и Европейският комитет по стандартизация в областта на електротехниката (CENELEC). Тези комитети разработват общи стандарти за страните от ЕС за кабелно-проводникови продукти. Например, маркировката на гумиран кабел за ниско механично натоварване, но не за външна употреба „H05RR-F“, означава следното: Н-хармонизиран стандарт, 05-одобрено номинално напрежение 300/500V (първото напрежение (U0) е максимално допустимата ефективна стойност между външния проводник и земята, а второто напрежение (U) - максимално допустимата ефективна стойност между два външни проводника на една и съща линия, R - изолация на жилата, изработена от естествен и/или синтетичен каучук, R - обвивка на кабела, изработена от естествен и синтетичен каучук, F - гъвкав кабел.

За индентифициране на проводници, принадлежащи към различни фази, се използва маркировка с различни цветове. С последните се маркират нулевите и фазовите проводници. Цветната идентификация се извършва в краищата и за предпочитане по цялата дължина на проводника, както и чрез цветни проводникови маркировки. Изключение са неизолираните проводници, където идентифицирането се извършва в краищата и в точките на свързване. Това се прави, за да се осигури адекватна защита срещу токов удар, както и за удобство на поддръжката, монтажа и ремонта на електрическите инсталации. В България стандартната цветната маркировка на проводниците е в съответствие с БДС HD 402 S2:2006.