Przewody i kable elektryczne

1729 Stephen Gray odkrywa, że elektryczność, wytwarzaną przez pocieranie szkła o tkaninę, można przesyłać na duże odległości przewodem. W swoich eksperymentach Gray m.in. sam zawisł na przewodzie i stał się przewodnikiem. Ten sam eksperyment przeprowadził potem przeprowadził także przy użyciu drutu, co już nie bolało. Doszedł też do wniosku, że istnieją przewodniki i nieprzewodniki (izolatory).

1746 Udoskonalenie tzw. butelki lejdejskiej przez Pietera van Musschenbroeka. Budował urządzenie wykonane z warstw metalu wewnątrz i na zewnątrz szklanego naczynia. W ten sposób powstał prototyp kondensatora, który mógł przechowywać ładunek elektryczny. Van Musschenbroek naładował swoje butelki i ułożył w szeregu, połączone przewodami (1). W swoich eksperymentach on i jego asystenci dotykali końcówek przewodów naładowanych słoików Leydena i dostawali nieprzyjemnych odczuć porażenia prądem. Jedno z wyładowań nawet pozbawiło asystenta przytomności na kilka sekund.

1. Rekonstrukcja układu kondensatorów Musschenbroeka

1816 Anglik Francis Ronalds w Hammersmith w  swoim ogrodzie ułożył ponad osiem mil (16 km) drutu. Wykorzystując jedynie elektryczność statyczną, potrafił przesyłać za ich pomocą ładunek, który przyciągał małą korkową kulkę zawieszoną na końcu drutu. Gdy kulka się poruszała, odsłaniała literę. W ten sposób powstał system przesyłania wiadomości na odległość. Brytyjska marynarka wojenna nie była jednak zainteresowana tym wynalazkiem.

2. Rycina przedstawiająca wypadek na slupie dziewiętnastowiecznej instalacji elektrycznej

lata 80. XIX wieku Pierwsze przewody elektryczne izolowane gutaperką, naturalnym materiałem lateksowym wytwarzanym z soku drzewa gutaperkowego. Izolację tę trzeba było utrzymywać w stanie ciągłej wilgotności, w przeciwnym razie wysychała i nie izolowała żył. Chociaż guma wulkanizowana została opatentowana przez Charlesa Goodyeara jeszcze w 1844 r., do izolacji przewodów zaczęto ją stosować dopiero w latach 80. XIX w. W tamtym czasie wykorzystano ją w głównie w instalacjach oświetleniowych.

Także w latach 80. XIX wieku zaczęto pierwsze przepisy dotyczące bezpieczeństwa instalacji elektrycznych (2). Istniało wtedy wiele niezgodnych ze sobą wzajemnie norm dotyczących doboru rozmiarów przewodów i innych zasad projektowania instalacji elektrycznych. Z czasem dostrzeżono potrzebę wprowadzenia jednolitych norm i zasad ze względów bezpieczeństwa. W Wielkiej Brytanii pierwsze przepisy zapobieganiu pożarom od urządzeń oświetlenia elektrycznego "Rules and regulations for the prevention of fire risks arising from electric lighting" wydane zostało przez Society of Telegraph Engineers and of Electricians w 1882 roku.

Rok później w Niemczech wydano przepisy o zapobieganiu pożarom od urządzeń oświetlenia elektrycznego "Sicherheitsvorschrift für elektrische Beleuchtung wydane przez Verband Deutscher Privat-FeuerVersicherungsgesellschaften".

1882 Pierwszy system dystrybucji energii elektrycznej stworzony przez Thomasa Edisona w Nowym Jorku wykorzystywał pręty miedziane owinięte jutą i umieszczone w sztywnych rurach wypełnionych masą bitumiczną. W 1883 w Sunbury (Pensylwania) Edison uruchomił elektrownię i dwunapięciową sieć prądu stałego 220 V z przewodem środkowym (+110/M/–110 V).

1882 Pierwsza linia przesyłowa wysokiego napięcia (pomiędzy Monachium a Bad Brook w Niemczech).

lata 90. XIX wieku Mniej więcej do końca XIX wieku w kablach i napięciach do 10 kV masowo stosowano izolację z papieru impregnowanego. Np. w Wielkiej Brytanii wczesna forma kabla izolowanego, wprowadzona w 1896 r., składała się z dwóch impregnowanych, izolowanych papierowo żył w pełnej powłoce ołowianej. Złącza były lutowane, a do oprawek lamp i przełączników stosowano specjalny osprzęt.

Kable te były podobne do ówczesnych podziemnych kabli telegraficznych i telefonicznych. Kable o izolacji papierowej nie nadawały się do instalacji wewnętrznych, ponieważ wymagały bardzo starannego wykonania powłok ołowianych, aby wilgoć nie wpływała na izolację.

W pierwszych systemach okablowania wewnętrznego stosowano przewody gołe lub pokryte tkaniną, które mocowano zszywkami do konstrukcji budynku lub do desek prowadzących. W miejscach, gdzie przewody przechodziły przez ściany, zabezpieczano je taśmą z tkaniny. Połączenia wykonywano podobnie jak w połączeniach telegraficznych, a dla bezpieczeństwa lutowano je.

Przewody podziemne izolowano taśmą płócienną nasączoną smołą i układano w drewnianych korytach, które następnie zakopywano. Takie systemy okablowania były niezadowalające ze względu na niebezpieczeństwo porażenia prądem i pożaru, a także wysokie koszty pracy przy takich instalacjach.

1897 Przewód izolowany gumą został użyty w obwodach o napięciu 11 tysięcy woltów zainstalowanych na potrzeby projektu energetycznego wodospadu Niagara (3).

3. Linia przesyłowa wysokiego napięcia projektu Niagara

1900-1910 Do drugiej dekady XX wieku dominował w instalacjach elektrycznych model okablowania, w którym pojedyncze przewody przewodzące zabezpieczone gumowaną tkaniną były instalowane we wnękach, naciągane przez porcelanowe izolatory gałkowe przymocowane do elementów konstrukcyjnych i chronione przez porcelanowe izolatory rurowe w miejscach, z których przewody przechodzą przez elementy konstrukcyjne. W tym systemie okablowania, dla bezpieczeństwa, przewody pod napięciem i neutralne były prowadzone oddzielnie.

System ten pozwalał również na tworzenie długich obwodów poprzez łączenie odcinków przewodów. W tym celu zdejmowano izolację, owijano nowy przewód wokół odsłoniętej żyły gołej, lutowano splot, a następnie zakrywano go taśmą. Wadą tego rozwiązania było to, że przewód był odsłonięty i nie stosowano przewodu uziemiającego. Ponadto guma wysychała i po jakimś czasie zaczynała pękać, co powodowało odpadanie izolacji przy naruszaniu jej struktury.

1905 W USA pojawia się system, zwany "okablowaniem koncentrycznym". Izolowany przewód elektryczny owijano w tym układzie taśmą miedzianą, którą następnie lutowano, tworząc uziemiony (powrotny) przewód systemu okablowania. Goła metalowa powłoka, przy potencjale ziemi, była uważana za bezpieczną w dotyku. Chociaż firmy takie jak General Electric produkowały osprzęt do tego systemu i kilka budynków zostało nim okablowanych, system ten nigdy nie został przyjęty do amerykańskiego Narodowego Kodeksu Elektrycznego. Wadą tego systemu było to, że wymagany był specjalny osprzęt. Ponadto jakakolwiek usterka w połączeniu powłoki powodowała, że powłoka znajdowała się pod napięciem.

1906 Początek wprowadzania kabli zbrojonych, które zwykle w tamtym czasie miały giętką powłokę i dwie żyły pokryte tkaniną i izolowane gumą. Całość zabezpieczona była sztywniejszym materiałem. W systemie wynalezionym w Wielkiej Brytanii w 1908 roku zastosowano drut izolowany wulkanizowaną gumą, otoczony metalową osłoną.

Metalowa osłona (4) była połączona z metalowymi urządzeniami elektroinstalacyjnymi w celu zapewnienia ciągłości uziemienia. Opracowany w Niemczech system zwany "przewodem Kuhlo" wykorzystywał jeden, dwa lub trzy przewody z izolacją gumową w rurce z mosiądzu lub blachy żelaznej powlekanej ołowiem, ze złączem zaciskanym. Obudowa mogła być również używana jako przewód powrotny. Przewód Kuhlo mógł być prowadzony na powierzchni i malowany lub zatapiany w tynku.

Do lamp i przełączników wykonywano specjalne puszki do gniazd i skrzynek przyłączeniowych, wykonane z porcelany lub blachy stalowej. Zaciskany szew nie był uważany za tak wodoszczelny jak stosowany w Anglii drut, który miał lutowaną osłonę.

4. Przewody elektryczne z pokryciem miedziowym

lata 20.-40. XX wieku W instalacjach elektrycznych upowszechnia się nowy system okablowania - elastyczny kabel zbrojony. Znany pod różnymi nazwami, Flex (5), ale również jako Greenfield lub BX, miał pierwotnie elastyczne metalowe ścianki, które pomagały chronić przewody przed uszkodzeniami, a także zapewniały metalową ścieżkę, która po prawidłowym zainstalowaniu mogła uziemić instalację. Chociaż było to udoskonalenie, ta metoda okablowania miała swoje wady.

Chociaż poszczególne żyły przewodów są chronione, elastyczny zewnętrzny płaszcz metalowy służy jako właściwe uziemienie tylko wtedy, gdy metalowa ścieżka jest kompletna aż do wejścia do instalacji i pręta uziemiającego. W tych instalacjach nadal nie było oddzielnego przewodu uziemiającego. We wczesnych latach stosowania przewodów BX nadal używano powłoki z tkaniny gumowanej. Powłoka ta z czasem wysychała i pękała. W metalowej obudowie, w stanie nienaruszonym, działała dobrze, ale w puszkach sufitowych lub ściennych, przesuwanie przewodu w celu wymiany urządzenia często powodowało odpadanie izolacji, a odsłonięta miedź mogła powodować zwarcia.

5. Współczesny przewód typu Flex

lata trzydzieste XX wieku W Niemczech przeprowadzane są pierwsze próby stosowania w przewodach elektrycznych izolacji z tworzywa sztucznego PCW, a pod koniec drugiej wojny światowej pojawiły się znaczące odmiany kauczuków syntetycznych i polietylenu.

1950 Pojawia się na rynku dwuprzewodowy kabel izolowany PCW, stosowany zwłaszcza w instalacjach domowych. Mniej więcej w tym samym czasie upowszechniły się pojedyncze żyły z cieńszą izolacją z PCW i cienkim nylonowym płaszczem (np. amerykańskie typy THN, THHN itp.). Najprostsza forma takiego kabla to dwie izolowane żyły skręcone razem w jedną całość. Takie kable bez powłoki z dwiema (lub więcej) żyłami (6) są używane tylko do przesyłania sygnałów i sterowania o bardzo niskim napięciu, np. do podłączania dzwonków do drzwi.

6. Przewód izolowany PCW

1960-65 Wprowadzenie przewodów NM (non-metallic), w których zastosowano gołą żyłę uziemiającą z żyłą gorącą i neutralną ukrytą w zewnętrznej powłoce wykonanej z tworzywa sztucznego. Zamiast gumowanej powłoki, w nowoczesnym kablu NM zastosowano bardzo wytrzymałą i trwałą powłokę winylową. Dzięki tej modernizacji kabel NM stał się niedrogi i bardzo łatwy w instalacji. Rozwiązanie to jest stosowane do dziś (7).

7. Przewody typu NM

lata 60-70. XX wieku Wprowadzenie przewodów aluminiowych (8). Przez większą część historii instalacji elektrycznych w budynkach mieszkalnych preferowanym metalem stosowanym w przewodach była miedź, znana jako najlepszy przewodnik prądu elektrycznego. W połowie lat 60., gdy ceny miedzi były dość wysokie, aluminium stało się modnym materiałem na przewody elektryczne. Czasami stosowano przewody wykonane z litego aluminium lub z aluminium pokrytego cienką warstwą miedzi.

Przewody aluminiowe (AU) lub aluminiowe z powłoką miedzianą (AL-CU) są bezpieczne, jeśli są podłączone do gniazdek, przełączników i innych urządzeń przeznaczonych do pracy z aluminium, ale mogą stwarzać problemy, gdy są zainstalowane w urządzeniach przeznaczonych do pracy wyłącznie z przewodami miedzianymi. Ze względu na te problemy, aluminium lub aluminium pokryte miedzią nie jest już używane w zastosowaniach domowych. Z czasem też zaczęto uznawać je za niebezpieczne z powodu korozji.

8. Przewody elektryczne z aluminium

lata 70. XX wieku Izolacje z XLPE (usieciowanego polietylenu) zastąpiły w zastosowaniach średniego napięcia kable o izolacji papierowej. W latach 80. XLPE zaczęto stosować w liniach przesyłowych wysokiego napięcia od 66 do 240 kV. W tym samym czasie w reakcji na szereg tragicznych pożarów, które pokazały zagrożenia związane z dymem i toksycznymi gazami pochodzącymi z różnych materiałów izolacyjnych, w tym z PCW, opracowano alternatywne rozwiązania z polwinitu, kable LSZH, Low Smoke Halogen Free, co oznacza, że produkt lub izolacja jest wykonana z materiału nie wydzielającego podczas pożaru szkodliwych gazów.

9. Kable izolowane XLPE

Typy i oznaczenia przewodów elektrycznych

I. Przewody elektryczne dzieli się na:

• elektroenergetyczne (np. instalacyjne, napowietrzne) - do przesyłania i rozdziału energii elektrycznej,
  – przewody do układania na stałe
  – przewody do odbiorników ruchomych i przenośnych
• telekomunikacyjne (np. telefoniczne, telewizyjne, komputerowe) - do przesyłania informacji w postaci sygnałów elektrycznych,
• nawojowe - do wykonywania elementów maszyn i urządzeń elektrycznych,
• specjalne (np. samochodowe, spawalnicze, dźwigowe, grzewcze). 

II. Asortymentowa klasyfikacja przewodów elektrycznych:

• elektroenergetyczne - dla instalacji do 1 kV
• elektroenergetyczne - dla instalacji powyżej 1 kV
• elektroenergetyczne gołe i izolowane dla linii napowietrznych
• szynoprzewody (przewody szynowe)
• sterownicze
• telekomunikacyjne
• komputerowe
• specjalne
• przewody nawojowe
• światłowody
• Podział ze względu na budowę
• jedno i wielożyłowe
• żyłach aluminiowych i miedzianych
• różniące się materiałem i budową izolacji
• ekranowane
• zbrojone
• pojedyncze, parowe, czwórkowe 

III. W Polsce stosuje się nazwy kodowe dla różnych rodzajów przewodów i stosowanych w nich elementów:

S -  Sygnalizacyjny
T -  Telekomunikacyjny
K -  Przewód kabelkowy o powłoce ołowianej
G -  Górniczy 
U -  uszczelnienie wzdłużne kabla
L -  żyły splecione z wielu drutów (linka)
D -  drut
ts -  tubowy, z suchym uszczelnieniem ośrodka
H -  ekran indywidualny par z drutów miedzianych
Y -  izolacja polwinitowa żył sygnalizacyjnych
X -  izolacja polwinitowa żył telekomunikacyjnych
Y -  powłoka polwinitowa
MF -  żyły miedziano-stalowe
Ft -  pancerz z taśmy stalowej
Ftl -  pancerz z taśmy stalowej, obustronnie lakierowanej
Fo -  pancerz z drutów stalowych okrągłych
Yn -  polwinitowa o zwiększonej odporności na rozprzestrzenianie płomienia 

M.U.