Sähköjohto

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
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 sähköjohtoa kutsutaan kaapeliksi[1]. 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 ja 25 mm². 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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Asennustapa

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

Kuparijohtimet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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.

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tämä fysiikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.