Sähköjohdin

Sähköjohdin on lankamainen tai monesta langasta kerrattu sähköä johtava materiaali. Sähköjohtimet tehdään yleensä kuparistasta tai alumiini ja ne eristetään muovi- tai kumieristevaipalla. Sähköjohtimeen voi kuulua liittimet, joilla se voidaan kiinnittää helposti-irrotettavaksi kohteeseensa.

Moninapaista johdinta kutsutaan kaapeliksi. Sähköjohtimia ja -kaapeleita valmistetaan moniin käyttötarkoituksiin ja monenlaisiin olosuhteisiin: niitä valmistetaan mm. 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.

Johtimen 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 virrankestokesto riippuu poikkipinta-alasta - tavanomaisissa olosuhteissa noin 1,5 mm² kuparijohdin kestää 10 A 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.

Johtimen resistanssi voidaan laskea pituudesta ja poikkipinta-alasta, kun tiedetään johtimen materiaalin ominaisvastus:

R = ρ · l / A

Tässä ρ on ominaisvastus, l johtimen pituus ja A poikkipinta-ala.

Jos lämpötila on tavanomaisesta poikkeava, sen vaikutus ominaisvastukseen pitää myös huomioida.

Johtimen käyttäytyminen vaihtojännitteellä

Suoran johtimen 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 induktanssi L nanohenryinä.

Tästä voidaan edelleen laskea tietyllä taajuudella johtimen vaihtovirtavastus eli reaktanssi ohmeina.

Laskentaesimerkki: Metrin mittaisen johtimen, jonka halkaisija on 1mm, 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 johtimen pintaosiin.

Johdinkoot

Kuparijohtimien normaalit käyttökoot ja -virrat 230/400V verkkovirralla

Johdin	Virta
1,5mm²	10A
2,5mm²	16A
6mm²	20A
10mm²	25A
16mm²	32/35A
25mm²	63A
35mm²	80/100A
50mm²	125A
70mm²	160A
95mm²	200A
120mm²	250A
150mm²	315A
185mm²	400A
240mm²	500A
300mm²	630A

Alumiinijohtimissa, johdin on yhden koon isompi. Poikkeuksia on esim. kumikaapeleissa (jatkojohdoissa). Taulukossa huomioitu automaatti-, kahva- ja posliinisulakkeet.

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