ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Αγωγοί και Καλώδια Συνηθίζουμε να ονομάζουμε τους αγωγούς, καλώδια και το αντίστροφο. Είναι αυτό σωστό, δηλαδή ο αγωγός και το καλώδιο ταυτίζονται; Η μήπως είναι δυο διαφορετικά πράγματα; Γενικά κάθε μεταλλικό αγώγιμο μέσο που μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζεται αγωγός . Ο αγωγος μπορεί να είναι γυμνός ή μονωμένος. Από την άλλη, καλώδιο ονομάζεται ένας ή περισσότεροι μονωμένοι αγωγοί μέσα στο ίδιο μονωτικό περίβλημα. Οι αγωγοί που χρησημοποιούμε στις ΕΗΕ - Εσωτερικές Ηλεκτρικές Εγκαταστάσεις - είναι μονωμένοι και μπορεί να φέρουν έναν ή πολλούς κλώνους, να είναι, δηλαδή, Μονόκλωνοι ή Πολύκλωνοι (ή Λεπτοπολύκλωνοι) Ο αριθμός των κλώνων του καλωδίου επηρεάζουν την ευκαμψία του - θα μπορούσε άραγε ένας αγωγός μεγάλης διατομής να κατασκευαστεί με έναν μόνο κλώνο; Θα μπορούσε να λυγίσει εύκολα με μια γωνιακή διαδρομή; Μήπως οι αγωγοί μεγάλης διατομής κατασκευάζονται μόνο ως πολύκλωνοι ώστε να μπορούν να λυγίζουν εύκολα; Στην πράξη, δεν υπάρχουν μονόκλωνοι αγωγοί με διατομή μεγαλύτερη των 16mm 2 . Το υλικό κατασκευής των αγωγών μπορεί να είναι: • Χαλκός (μαλακός ή σκληρός) • Επικασσιτερωμένος Χαλκός • Βέργες Χαλκού • Ανοπτημένος Χαλκός Τι εννοούμε όταν λέμε ανοπτημένος χαλκός; Ανόπτηση ονομάζεται μια ειδική επεξεργασία στην οποία υποβάλλεται ο χαλκός ώστε να του προσδώσουμε κατάλληλα μηχανικά και ηλεκτρικά χαρακτηριστικά. Κατά την επεξεργασία αυτή θερμαίνουμε τον χαλκό μέχρι μια θερμοκρασία, στην οποία ανακρυσταλλώνονται τα μόριά του . Έτσι αποκτά πάλι την ομοιομορφία των χαρακτηριστικών του που είχε χαθεί κατά την επεξεργασία του ( ευκαμψία , ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα κτλ). Επίσης οι αγωγοί μπορεί να κατασκευαστούν και από αλουμίνιο Με βάση το παρακάτω πινακάκι, όπου γίνεται σύγκριση μεταξύ χαλκού και αλουμινίου, πότε πιστεύετε ότι χρησιμοποιούνται αγωγοί από αλουμίνιο και πότε από χαλκό; Το υλικό κατασκευής της μόνωσης των αγωγών είναι: • Θερμοπλαστική ύλη με βάση το χλωριούχο πολυβινύλιο (PVC) • Πολυαιθυλένιο (ΡΕ) • Ελαστικό (γόμα) • Σιλικόνη Μια δεύτερη επεξεργασία που μπορούν να υποστούν οι αγωγοί είναι η Ηλεκτρική Θωράκιση Με αυτή την επεξεργασία επιτυγχάνεται: • Προστασία στο μεταφερόμενο σήμα από παρεμβολές, στα καλώδια μεταφοράς δεδομένων • Εξομάλυνση του ηλεκτρικού πεδίου, στα καλώδια ενέργειας • Καλύτερη εφαρμογή του μονωτικού υλικού • Αποφυγή του σχηματισμού κενών που προκαλούν τοπικό ιονισμό Η Ηλεκτρική Θωράκιση Πραγματοποιείται: • Στα Τηλεφωνικά Καλώδια με αγωγούς επικασσιτερωμένου χαλκού κατά μήκος του άξονα και πλαστικοποιημένη ταινία αλουμινίου εξωτερικά • Στα Καλώδια Μεταφοράς Δεδομένων με πλέγμα επικασσιτερωμένου χαλκού • Στα Καλώδια Ενέργειας με συρματίδια ή ταινία χαλκού Χρώματα αγωγών: Για να διακρίνονται οι διάφοροι αγωγοί μεταξύ τους σε ένα καλώδιο, χρησιμοποιείται υλικό μόνωσης με διαφορετικά χρώματα Φάση με χρώματα μαύρο ή καφέ (παλιά μαύρο - κόκκινο – καφέ) Ουδέτερος με χρώμα μπλε ανοιχτό (παλιά γκρι ) Γείωση με χρώμα πράσινο με κίτρινη ρίγα (παλιά κίτρινο) Χαρακτηριστικά Καλωδίων: Ο κάθε τύπος καλωδίου φέρει ορισμένα σύμβολα (λατινικά κεφαλαία γράμματα ή αριθμούς), σύμφωνα με τα πρότυπα του ΕΛ.Ο.Τ., τα οποία προσδιορίζουν ορισμένα χαρακτηριστικά του Παράδειγμα, ο σύμβολισμός Η05VV-F 1ο Σύμβολο: γράμμα που υποδηλώνει το πρότυπο 2ο Σύμβολο: δύο αριθμοί που υποδηλώνουν την Ονομαστική Τάση 3ο Σύμβολο: γράμμα που υποδηλώνει το υλικό μόνωσης των αγωγών 4ο Σύμβολο: γράμμα που υποδηλώνει το υλικό μόνωσης του μανδύα των καλωδίων 5ο Σύμβολο: γράμμα που υποδηλώνει το είδος του αγωγού Κάθε αγωγός είναι κατασκευασμένος για να αντέχει μέχρι μια συγκεκριμένη ένταση ρεύματος. Αυτή η τιμή ονομάζεται Επιτρεπόμενη Ένταση Αγωγών Παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση ρεύματος αγωγών είναι : • Η διατομή • Το είδος της μόνωσης • Οι συνθήκες τοποθέτησης και λειτουργίας Ειδικά η διατομη S των αγωγών αποτελεί βασικότατο στοιχείο που καθορίζει την μέγιστη ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που θα μπορέσει να διαρρεύσει τον αγωγό Οι διατομές των αγωγών είναι τυποποιημένες - υπάρχουν μόνο σγκεκριμένες διατομές στο εμπόριο. Σχέση Έντασης Ρεύματος (Ι) και Αντίστασης (R) με την Θερμότητα (Q) Η θερμοκρασία που αναπτύσσεται σε έναν αγωγό είναι ανάλογη του ρεύματος (Ι) που τον διαρρέει και της αντίστασης του (R) σύμφωνα με τη σχέση Q=I 2 R Σχέση Αντίστασης (R) και Διατομής (S) Η αντίσταση R ενός αγωγού είναι αντιστρόφως ανάλογη της διατομής του σύμφωνα με τη σχέση R=ρl/S Σχέση Θερμότητας (Q) και διατομής (S) Αν συνδέσουμε τις δυο παραπάνω σχέσεις, τότε Q=I 2 ρl/S Συνεπώς η Θερμότητα (Q) και Διατομή (S) είναι ποσά αντιστρόφως ανάλογα - όσο αυξάνεται η διατομή του αγωγού, ενώ η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος παραμένει σταθερή, η θερμότητα που αναπτύσσεται στον αγωγό μειώνεται, και αντίστροφα. Η θερμοκρασία είναι σημαντικό χαρακτηριστικό της μόνωσης των αγωγών. Για παράδειγμα αναφέρουμε ότι για μόνωση από PVC τα όρια αντοχής κυμαίνονται από - 60 o C έως 70 o C ενώ για μόνωση από σιληκόνη τα όρια αντοχής κυμαίνονται από - 60 o C έων 180 o C. Η Θερμοκρασία του χώρου και οι Προστατευτικοί Σωλήνες επηρεάζουν την απαγωγή της Θερμότητας των αγωγών συντελώντας στην υπερθέρμανσή τους. Επίσης όσο περισσότεροι αγωγοί υπάρχουν μέσα σε ένα καλώδιο τόσο περισσότερο θερμαίνονται. Όλα τα παραπάνω καθιστούν αναγκαία τη μείωση της μέγιστης επιτρεπόμενης έντασης ρεύματος των αγωγών. Επιτρεπόμενη ένταση αγωγών Συνεπώς ανάλογα με τη διατομή του, κάθε αγωγός αντέχει έως κάποια συγκεκριμένη ένταση ρεύματος. Αν περάσει περισσότερη ένταση ρεύματος από την οριακή, τότε θα υπερθερμανθεί και θα προκληθεί πυρκαιά. Στον ακόλουθο πίνακα φαίνονται, για θερμοκρασία περιβάλλοντος 30 ο C, οι μέγιστες επιτρεπόμενες εντάσεις για κάθε τυποποιημένη διατομή αγωγού. Τι συμβαίνει όμως με την μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση ενός αγωγού όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι μεγαλύτερη από 30 ο C; Προφανώς, σε αυτή την περίπτωση, ο αγωγός επιβαρύνεται θερμικά λόγω της υψηλής θερμοκρασίας περιβάλλοντος. Άρα, για κάθε τυποποιημένη διατομή αγωγού θα πρέπει να μειώσουμε την μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση ώστε να ισοσκελίσουμε την θερμοκρασία που τελικά θα αναπτύξει. Για να συμβεί αυτό θα πρέπει να πολλαπλασιάσουμε τις επιτρεπόμενες εντάσεις με κατάλληλους Συντελεστές Διόρθωσης Θερμοκρασίας, όπως φαίνεται στον ακόλουθο πίνακα: Τέλος, ένα ακόμα στοιχείο που θα πρέπει να λάβουμε υπόψη μας κατά τον υπολογισμό της μέγιστης επιτρεπόμενης έντασης ενός αγωγού, είναι στην περίπτωση καλωδίου με πολλούς ενεργούς αγωγούς. Σε αυτή την περίπτωση κάθε αγωγός αναπτύσσει τη δική του θερμότητα την οποία διαδίδει στο διπλανό αγωγό. Προφανώς, σε αυτή την περίπτωση, ο αγωγός επιβαρύνεται θερμικά λόγω της θερμοκρασίας που προσλαμβάνει από τους διπλανούς αγωγούς. Άρα, για κάθε τυποποιημένη διατομή αγωγού θα πρέπει να μειώσουμε την μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση ώστε να ισοσκελίσουμε την θερμοκρασία που τελικά θα αναπτύξει. Για να συμβεί αυτό θα πρέπει να πολλαπλασιάσουμε τις επιτρεπόμενες εντάσεις με τους κατάλληλους Συντελεστές Διόρθωσης Ενεργών Αγωγών, όπως φαίνεται στον ακόλουθο πίνακα: Σημείωση: όλα όσα αναφέραμε σε αυτή την ενότητα, καθώς και αυτά που θα αναφέρουμε σε επόμενες ενότητες σχετικά με τις ΕΗΕ είναι σύμφωνα με τους κανονισμούς των ΕΗΕ (ΚΕΗΕ). Πριν το 2004 υπήρχε ένας κανονισμός εσωτερικών ηλεκτρικών εγκαταστάσεων (ΚΕΗΕ) - (ΦΕΚ Β/59/11-4-1955), αλλά στις 5/3/2004, με Υπουργική Απόφαση((ΦΕΚ Αρ. 470, Τεύχος Β/5-3-2004)),αντικαταστάθηκε από το πρότυπο ΕΛΟΤ HD384. Η εφαρμογή του προτύπου ΕΛΟΤ HD384 είναι υποχρεωτική από τις 28/2/2006.Το πρότυπο ΕΛΟΤ HD384 περιλαμβάνει τους κανόνες που πρέπει να τηρούνται κατά τη μελέτη, την κατασκευή, την επιθεώρηση και την συντήρηση των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων. Οι απαιτήσεις οι οποίες πρέπει να ικανοποιούνται αποσκοπούν στην ασφαλή λειτουργία των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων με την προϋπόθεση βέβαια της ορθής χρησιμοποίησης τους. Με την ίδια υπουργική απόφαση ρυθμίζονται και κάποια άλλα θέματα που αφορούν τις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις. Γίνεται σαφές λοιπόν ότι οι κανονισμοί δεν παραμένουν σταθεροί αλλά μεταβάλλονται. Γιαυτό θα πρέπει ο επαγγελματίας ηλεκτρολόγος συνεχώς να ενημερώνεται. Προτάσεις για Περαιτέρω Μελέτη Καλώδια ηλεκτρικών εγκαταστάσεων, ισχύοντα Πρότυπα και σήματα συμμόρφωσης Τεχνικά Χαρακτηριστικά Καλωδίων Χαμηλής Τάσης

Σκοπός Κεφαλαίου Όταν θα έχετε ολοκληρώσει τη μέλέτη του κεφαλαίου θα είστε σε θέση να: 1 . αναγνωρίζετε τους μονόκλωνους, τους πολύκλωνους και τους λεπτοπολύκλωνους αγωγούς 2 . αντιλαμβάνεστε τους λόγους της ανόπτισης και της ηλεκτρικής θωράκισης ενός αγωγού 3 . αντιλαμβάνεστε τη διαφορά μεταξύ ονομαστικής λειτουργίας και τάσης λειτουργίας ενός αγωγού 4 . αντιλαμβάνεστε το είδος ενός αγωγού με βάση το χρώμα του 5 . αναφέρετε τους παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η αντίσταση ενός αγωγού 6 . αναφέρετε τους παράγοντες που επηρεάζουν τη θερμότητα ενός αγωγού 7 . διαχωρίζετε τους ενεργούς από τους μη ενεργούς αγωγούς σε ένα κύκλωμα 8 . χρησιμοποιείτε τους συντελεστές Διόρθωσης Θερμοκρασίας και Διόρθωσης Ενεργών Αγωγών

Ποιοι αγωγοί ονομάζονται Ενεργοι Αγωγοί Είναι οι αγωγοί που διαρρέονται από ρεύμα δηλαδή οι Φάσεις και ο Ουδέτερος Θα πρέπει να προσέξουμε το εξής σχετικά με τον ουδέτερο αγωγό: αποτελεί ενεργό αγωγό όταν είναι ουδέτερος σε μονοφασικά και σε ασύμμετρα τριφασικά συστήματα. Δεν αποτελεί, όμως, αγωγό όταν αποτελεί ουδέτερο σε σε τριφασικά συμμετρικά συστήματα - σε αυτή την περίπτωση ο ουδέτερος δεν διαρρέεται από ρεύμα, θα μπορούσε και να παραλειφθεί, οπότε δεν θεωρείται ενεργός αγωγός

Ας πάρουμε ως παράδειγμα το καλώδιο H05VV-F Το Η σημαίνει καλώδιο εναρμονισμένο με πρότυπο, δηλ. γερμανικό, αγγλικό κ.λπ Το 05 δηλώνει ότι το καλώδιο μπορεί να λειτουργήσει μέχρι 500V πολική τάση Το V σημαίνει ότι η μόνωση του αγωγού είναι από PVC Το V σημαίνει ότι το υλικό του μανδύα είναι από PVC Το -F σημαίνει εύκαμπτος αγωγός

Πόση είναι η μέγιστη επιτρεπόμενη ένταση 7 ενεργών αγωγών διατομής 2,5 mm2 σε θερμοκρασία 40 ο C;

Η ειδική αντίσταση ρ ενός υλικού επηρεάζει την ηλεκτρική του αντίσταση R - μεγέθη ανάλογα. Η πυκνότητα ε ενός υλικού επηρεάζει τη μάζα του - μεγέθη ανάλογα. Ο θερμικός συντελεστής ενός υλικού επηρεάζει τις ηλεκτρικές απώλειες του

Τα καλώδια εσωτερικών εγκαταστάσεων κατασκευάζονται με χάλκινους αγωγούς δύσκαμπτους (μονόκλωνους ή πολύκλωνους) όταν προορίζονται για μόνιμη εγκατάσταση ή εύκαμπτους (λεπτοπολύκλωνους) όταν προορίζονται για εγκαταστάσεις όπου απαιτείται κινητικότητα των καλωδίων

Γιατί όσο αυξάνεται η διατομή του αγωγού, ενώ η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος παραμένει σταθερή, η θερμότητα που αναπτύσσεται στον αγωγό μειώνεται, και αντίστροφα; Φανταστείται δυο αγωγούς, ο ένας μεγαλύτερης διατομής από τον άλλο, οι οποίοι διαρρέονται από την ίδια ένταση ρεύματος. Σε ποιον από τους δύο αγωγούς θα δυσκολεύονται περισσότερο να κινηθούν τα ηλεκτρόνια του ηλεκτρικού ρεύματος; Ποιος αγωγός θα παρουσιάζει μεγαλύτερη αντίσταση στην κίνηση αυτών των ηλεκτρονίων; Και επειδή είδαμε ότι θερμότητα και αντίσταση αγωγού είναι μεγέθη ανάλογα - Q=I 2 R - προφανώς όποιος αγωγός παρουσιάζει μεγαλύτερη ηλεκτρική αντίσταση θα παρουσιάζει και μεγαλύτερη θερμότητα.

Με βάση όσα είπαμε έως τώρα, ποια συσκευή πιστεύετε ότι θα πρέπει να τροφοδοτηθεί με αγωγό μεγαλύτερης διατομής: μια ηλεκτρική κουζίνα ή ένας ηλεκτρικός θερμοσίφωνας - και οι δύο συσκευές τροφοδοτούνται από τάση 230 V. Λάβετε υπόψη σας ότι μια ηλεκτρική κουζίνα, στην πλήρη λειτουργία της, αποδίδει ισχύ 9000 W, ενώ ο ηλεκτρικός θερμοσίφωνας αποδίδει ισχύ 4000 W. Θυμηθείται ότι για σταθερή τάση U, όσο μεγαλύτερη είναι η ηλεκτρική ισχύ μιας συσκευής, τόσο μεγαλύτερη είναι και η ηλεκτρική ένταση που τη διαρρέει