Sähköjohto

Kuparijohdin

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:n kuparijohdin kestää noin 10 A:n 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.

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.

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 1 mm, 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.

Koot ja kuormitettavuus

Asennustapa

• A uppoasennukselle
• C pinta-asennukselle
• D maa-asennukselle
• E vapaasti ilmaan tehtävälle asennukselle

Kuparijohtimet

Kuparijohtimen käyttökoot ja -virrat 230/400 V SFS 6000 -standardin mukaan.

Johdin	Asennustapa A	Asennustapa C	Asennustapa D	Asennustapa E	Yleisin sulakekoko (automaatti/tulppa/kahva)
1,5 mm²	14 A	18,5 A	26 A	19 A	10 A
2,5 mm²	19 A	25 A	35 A	26 A	16 A
4 mm²	24 A	34 A	46 A	36 A	20 A
6 mm²	31 A	43 A	57 A	45 A	25-32 A
10 mm²	41 A	60 A	77 A	63 A	32-35 A
16 mm²	55 A	80 A	100 A	85 A	50 A
25 mm²	72 A	102 A	130 A	107 A	63 A
35 mm²	88 A	126 A	160 A	134 A	80 A
50 mm²	105 A	153 A	190 A	162 A	100 A
70 mm²	133 A	195 A	240 A	208 A	125 A
95 mm²	159 A	236 A	285 A	252 A	125-160 A
120 mm²	182 A	274 A	325 A	292 A	160 A
150 mm²	208 A	317 A	370 A	338 A	160-200 A
185 mm²	236 A	361 A	420 A	386 A	200 A
240 mm²	278 A	427 A	480 A	456 A	250 A
300 mm²	316 A	492 A	550 A	527 A	315 A

Poikkeuksia esiintyy työmaakeskuksissa, joissa virrat voivat olla suurempia "tilapäiskäytön" takia ja jatkojohdoissa.

Kaapelit mitoitetaan kuormitettavuuden mukaan yhtä kokoa suuremmiksi siksi, että ne kestäisivät oikosulkuvirran.

Yli 16 mm²:n kuparimaakaapeleita käytetään nykyään harvoin kuparin kalleuden vuoksi.

Alumiinijohtimet

Alumiinijohtimen käyttökoot ja -virrat 230/400 V SFS 6000 -standardin mukaan.

Johdin	Asennustapa A	Asennustapa C	Asennustapa D	Asennustapa E
16mm²	43A	62A	78A	65A
25mm²	56A	77A	100A	83A
35mm²	69A	95A	125A	102A
50mm²	83A	117A	150A	124A
70mm²	104A	148A	185A	159A
95mm²	125A	180A	220A	194A
120mm²	143A	209A	255A	224A
150mm²	164A	240A	280A	260A
185mm²	187A	274A	330A	297A
240mm²	219A	323A	375A	350A
300mm²	257A	372A	430A	404A

Alumiinikaapeleita käytetään harvoin muussa kuin ilma- ja maakaapeliasennuksissa.

Poikkeuksia esiintyy työmaakeskuksissa, joissa virrat voivat olla suurempia "tilapäiskäytön" takia.

Kaapelit mitoitetaan kuormitettavuuden mukaan yhtä kokoa suuremmiksi siksi, että ne kestäisivät oikosulkuvirran.

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.

Aiheesta muualla

• Kaapelityypit