Chemický a materiálový průmysl

Pozorování a měření elektrických vodičů pomocí digitálních mikroskopů

Elektrický vodič je generické označení kovových drátů, které přenášejí elektrickou energii a signály. Podle zamýšleného použití dělíme elektrické vodiče na silové vodiče a komunikační vodiče. Tato kapitola přináší přehled elektrických vodičů a uvádí příklady jejich pozorování a měření pomocí digitálního mikroskopu.

Rozdíly mezi elektrickými vodiči a kabely

Elektrický vodič je generické označení kovových drátů vedoucích elektřinu. Některé vodiče se na základě rozdílů v konstrukci řadí mezi kabely.

Elektrický vodič (izolovaný drát)
Elektrický vodič je drát přenášející elektřinu, ukrytý v izolaci, která elektřinu nepřenáší.
Kabel
Kabel je svazek elektrických vodičů krytý pláštěm.
  1. A: Drát
  2. B: Izolace
  3. C: Plášť
  4. D: Výplň
  5. E: Vázací páska

Materiály a charakteristiky vodičů

Téměř všechny dráty použité při výrobě elektrických vodičů a kabelů jsou vyrobeny z mědi nebo hliníku.
Kdyby šlo jen o vodivost, jsou dobrými materiály i stříbro a zlato. Tyto materiály se však používají zřídka, protože jsou drahé.

Vodivé materiály a jejich vodivost a měrný odpor
Materiál Vodivost (% podle mezinárodní normy International Annealed Copper Standard (IACS)) Měrný odpor (10-6 Ωm)
Ag (stříbro) 106,4 0,0162
Cu (měď) 100 0,0172
Au (zlato) 71,8 0,024
Al (hliník) 61,7 0,0275

Charakteristiky mědi a hliníku

Dráty z mědi a hliníku použité při výrobě elektrických vodičů a kabelů mají následující charakteristiky.

Měď
  • Měď má velmi vysokou vodivost a velmi snadno vede elektřinu.
  • V suchém vzduchu při pokojové teplotě měď v podstatě neoxiduje.
  • Obecně se měď používá jako drát v běžně používaných kabelech,
Hliník
  • Hustota hliníku je nižší než u mědi a jeho hmotnost je oproti mědi třetinová, Tento lehký materiál je vhodný pro dálkové aplikace, jako jsou silová vedení.
  • Když hliník oxiduje, povrch se potáhne vrstvou oxidu hlinitého, který je odolný proti korozi.
  • Hliník je levný a dostupný za zhruba třetinu až polovinu ceny mědi.

Rozdíly mezi Japonskem a Spojenými státy v předpisech pro průřezy elektrických vodičů

V Japonsku jsou plochy průřezů elektrických vodičů (splétaných drátů) regulovány japonskými průmyslovými normami („Japanese Industrial Standards“, JIS). Jednotka je SQ a vychází z anglické jednotky průřezů, milimetru čtverečního. Norma UL ve Spojených státech používá jednotku American wire gauge (AWG). V tabulce níže je uveden převod mezi jednotkami AWG (UL) a SQ (JIS).

Převodní tabulka mezi jednotkami AWG (UL) a SQ (JIS)
Wire gauge (normy UL) Vnější průměr (mm) Plocha průřezu (mm2) Odpovídající velikost SQ (JIS)
AWG 4/0 11,68 mm 107,2 mm2 100 SQ
AWG 3/0 10,40 mm 85,03 mm2 80 SQ
AWG 2/0 9,266 mm 67,42 mm2 60 SQ
AWG 1/0 8,254 mm 53,49 mm2 60 SQ
AWG 1 7,348 mm 42,41 mm2 38 SQ
AWG 2 6,543 mm 33,63 mm2 38 SQ
AWG 4 5,189 mm 21,15 mm2 22 SQ
AWG 6 4,115 mm 13,30 mm2 14 SQ
AWG 8 3,264 mm 8,37 mm2 8 SQ
AWG 10 2,588 mm 5,26 mm2 5,5 SQ
AWG 12 2,052 mm 3,31 mm2 3,5 SQ
AWG 14 1,628 mm 2,08 mm2 2 SQ
AWG 16 1,290 mm 1,31 mm2 1,25 SQ
AWG 18 1,024 mm 0,823 mm2 0,75 SQ
AWG 20 0,8128 mm 0,519 mm2 0,5 SQ
AWG 22 0,6426 mm 0,324 mm2 0,3 SQ
AWG 24 0,5105 mm 0,205 mm2 0,2 SQ
AWG 26 0,4039 mm 0,128 mm2 0,12 SQ
AWG 28 0,3200 mm 0,0804 mm2 0,08 SQ
AWG 30 0,2540 mm 0,0507 mm2 0,05 SQ

Průřezy a přípustné proudy elektrických vodičů

Čím větší je průřez elektrického vodiče, tím větší je přípustný proud,
V následující tabulce jsou uvedeny přípustné proudy typických měděných vodičů.

Přípustný proud jednotlivého vodiče
Průměr (mm) Přípustný proud (A)
1 mm 16
1,2 mm 19
1,6 mm 27
2 mm 35
2,6 mm 48
3,2 mm 62
4 mm 81
5 mm 107
Přípustný proud splétaného vodiče
Plocha průřezu (mm2) Přípustný proud (A)
0,9 17
1,25 19
2 27
3,5 37
5,5 49
8 61
14 88
30 139
50 190
100 298
200 469
400 745
600 930
800 1080
1000 1260

Příklady pozorování a měření elektrických vodičů pomocí digitálních mikroskopů

Zde jsou nejnovější příklady pozorování a měření elektrických vodičů pomocí digitálního 4K mikroskopu řady VHX od společnosti KEYENCE.

Pozorování povrchů elektrických vodičů
VH-Z20, 100×, kruhové osvětlení + difúzní nástavec
Difúzní nástavec umožňuje pozorování bez odlesků.
Hloubková kompozice průřezu kabelu
VH-Z20, 30×, kruhové osvětlení + HDR
Dole: běžný snímek, Nahoře: hloubková kompozice + snímek HDR
Funkce HDR umožňuje detailní pozorování průřezů kabelů.
Pozorování prasklin na povrchu kovových elektrických vodičů
VHX-E100, 100×, kruhové osvětlení
běžný snímek
VHX-E100, 100×, kruhové osvětlení
Snímek v režimu optického stínového efektu
Pomocí režimu optického stínového efektu lze vizualizovat jemné povrchové praskliny.
Pozorování odlupujícího se měděného vodiče
VHX-E500, 2000×, koaxiální osvětlení
Pozorování vad elektrických vodičů
VH-Z500, 3000×, koaxiální osvětlení
Funkce 3D hloubkové kompozice umožňuje přesné pozorování tvarů vad.
Měření profilů svařovaných částí elektrických vodičů
ZS-20, 100×, kruhové osvětlení
Svařovaný kov, který ční nad povrchem, lze kvantifikovat pomocí funkce 3D měření, která umožňuje přesné vyhodnocení vyhovujícího/nevyhovujícího stavu.
Měření tloušťky plášťů měděných elektrických vodičů
VHX-E500, 500×, koaxiální osvětlení
Kvantifikace vzduchových bublin v plášti elektrického vodiče
VH-Z500, 500×, koaxiální osvětlení, před měřením
VH-Z500, 500×, koaxiální osvětlení
Snímek automatického měření oblasti
Funkce automatického měření plochy umožňuje přesně měřit jednotlivé vzduchové bubliny.
Pozorování povrchů plášťů elektrických vodičů
VHX-E500, 1000×, kruhové osvětlení
Rozdíly stavu povrhu způsobené rozdíly materiálů a výrobních podmínek lze vizualizovat pomocí funkce 3D hloubkové kompozice.
+420 220 184 700/+421 (0) 2 3570 0100