Sähköjohto
Wikipedia
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 johtoa 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 suojattuja kaapeleita (rakenteeseen lisätty suojavaippa). Korkeilla taajuuksilla pitkä kaapeli muodostaa aina siirtolinjan, jolla oleva tietty siirtoimpedanssi täytyy ottaa huomioon signaalinsiirrossa.
Johdon paksuus ilmaistaan poikkipinta-alana/mm². Yleisimmät paksuudet ovat 0,5; 0,75; 1,0; 1,5; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25 mm² ja niin edelleen. Kaapelin virrankesto riippuu poikkipinta-alasta - tavanomaisissa olosuhteissa 1,5 mm² kuparijohdin kestää noin 10 A virran. 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.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] 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.
[muokkaa] 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 1mm, induktanssi on 2·100(ln(2·100/0,05)-1) nH = 200·(ln(4000)-1) nH = noin 200·7,3 nH = noin 1,5μH
Korkeilla taajuuksilla skin-efekti aiheuttaa virran pakkaantumisen johdon pintaosiin.
[muokkaa] Johdinkoot
| Johto | Virta |
|---|---|
| 1,5mm² | 10A |
| 2,5mm² | 16A |
| 4mm² | 20A |
| 6mm² | 25A |
| 10mm² | 32/35A |
| 16mm² | 63A |
| 25mm² | 80/100A |
| 35mm² | 125A |
| 50mm² | 160A |
| 70mm² | 200A |
| 95mm² | 250A |
| 120mm² | 315A |
| 150mm² | 400A |
| 185mm² | 500A |
| 240mm² | 630A |
Alumiinijohdoissa, johto on yhden koon isompi. Poikkeuksia on esimerkiksi kumikaapeleissa (jatkojohdoissa). Taulukossa huomioitu automaatti-, kahva- ja posliinisulakkeet.
[muokkaa] Historia
Ensimmäisenä sähkön johtuvuusominaisuuden havaitsi saksalainen Otto von Guericke. 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.
