Elektrische Elemente/ Kabel

Als Kabel bezeichnat man in der Elektrotechnik nur unterirdisch verlegte Leitungen oder Leitungen mit besonders großem Durchmesser. Was in der Umgangssprache als Kabel bezeichnet wird, heißt in der Elektrotechnik Leitung. Leitungen können sehr unterschiedlich aufgebaut sein und aus verschiedenen Werkstoffen bestehen.

Typen von Leitung

• Rundleiter
• Mantelleitungen
• Erdkabel
• Glasfaserleitung/​Lichtwellenleiter

Rundleiter

Rundleiter bestehen aus massivem Draht, der von einer Schicht aus Isoliermaterial umgeben ist. Er wird meist bei festen Verdrahtungen verwendet.

Mantelleitung

Mantelleitungen können aus Rundleitern oder aus feindrähtigen Leitern aufgebaut sein, bestehen aber immer aus mehreren Adern, die alle einzeln Isoliert sind und zu einer gemeinsamen Leitung in einem Mantel zusammengefasst sind. Ein Beispiel für eine Mantelleitung ist NYM-Leitung, die in der Hausinstallation verwendet wird. Sie besteht aus 3 oder mehr Adern, von denen jede einzeln von einer PVC-Isolierung umgeben ist, und gemeinsam in einem PVC-Schlauch stecken, die sich ergebenden Hohlräume zwischen den Leitern sind mit einem Füllstoff ausgefüllt

Werkstoffe

Leiterwerkstoffe

Als Leiter wird ein Stoff bezeichnet, der den elektrischen Strom leitet. Leiter werden durch den spezifischen Widerstand charakterisiert. Zu den Leitern mit dem geringsten spezifischen Widerstand zählen Silber und (reines) Kupfer. Bevorzugt benutzt wird Kupfer, da es weniger kostet als Silber und eine ähnlich hohe Leitfähigkeit besitzt.

Zu den Leitern gehören unter anderem auch:

• alle Metalle
• Kohle
• Säuren, Laugen und mit Salzen versetztes Wasser
• heiße Gase (Plasma)

Anforderungen an Leiter

• Leiter müssen Strom aushalten. Leiter werden durch zu viel Strom zerstört.
• Leiter müssen so dimensioniert werden, dass sie sich wenig erwärmen:
  • Bei Erhitzung des Leiters vergrößert sich der ohmsche Widerstand, die Leitungsverluste steigen.
  • Erhitzte Leiter können Brände verursachen

Beispiele für den Einsatz von Leitern

• Kupfer – weil es sehr gut leitet.
• Silber – wenn es auf allerbeste Leitfähigkeit ankommt
• Aluminium für Stromversorgungs-Fernleitungen – weil es leichter und viel billiger als Kupfer ist und fast ebenso gut leitet. Großer Nachteil von Aluminium: Es verformt sich allmählich unter Druck. Deshalb muss man die Schrauben jährlich nachziehen, mit denen Aluleiter festgeklemmt sind. Andernfalls droht eine Erhöhung des Übergangswiderstandes, dadurch Erhitzung und Brandgefahr.
• Kohle – in Kommutatoren für Schleifkontakte, weil Kohle besser gleitet als Metall.
• Das Erdreich ist elektrisch leitend, weil darin Feuchtigkeit (Wasser) vorhanden ist und in diesem Wasser gelöste Salze. Die Leitfähigkeit von Erdreich wird in Blitzschutzanlagen ausgenutzt.
• Gold – wird trotz des hohen Preises als Kontaktmaterial in Buchsen und Relais eingesetzt, weil es nicht oxidiert.
• Plasma – Durch den Lichtbogen beim Lichtbogenschweißen fließt elektrischer Strom von ca. 40 bis 100 A – durch die Luft.

Der verbreiteste Leiterwerkstoff ist Kupfer, aber auch Aluminium ist verbreitet, abhängig von der Anwendung. Der Leiter selber kann aus einem einzigen massiven Kupferdraht bestehen oder, wie in so genannten Litzenleitungen, aus mehreren/​vielen feineren Drähten, die zusammen einen größeren Querschnitt bilden. Man spricht dann von feindrähtiger oder feinstdrähtiger Leitung, abhängig vom Durchmesser der Drähte. In der Hochfrequenztechnik kommen aufgrund des Skineffekts auch Hohlleiter zum Einsatz, die wie Rohre aufgebaut sind.

Isolierwerkstoffe

Nichtleiter werden auch Isolatoren genannt. Sie leiten den elektrischen Strom nicht oder in nicht nennenswertem Maße. Isolatoren haben einen sehr hohen spezifischen Widerstand.

Zu den Nichtleitern gehören unter anderem:

• Kunststoffe
• Schwefelhexaflourid(SF₆)
• Gase, z. B. Luft
• destilliertes Wasser
• Öle

Anforderungen an Isolatoren sind:

• Sie sollen Spannungen voneinander trennen (isolieren).
• Sie sollen hohe Spannungen aushalten. Durch zu hohe Spannungen werden sie zerstört.
• Sie sollen zuverlässig sein. Eine Lackschicht ist unzuverlässig und gilt aus diesem Grund nicht als Schutzisolierung von Elektrogeräten.

Besondere Anforderungen sind:

• Sie sollen wasserfest sein (Gummi für Erdleitungen).
• Sie sollen hitzebeständig sein. Kabel von Bügeleisen sind aus Silikon. Lampenfassungen aus Porzellan.
• Sie sollen nicht brennbar bzw. schwer entflammbar sein (PVC).
• Sie sollen hohe Frequenzen nicht dämpfen (Anwendung in Koaxkabeln für Antennenleitungen).
• Sie sollen umweltfreundlich sein (kein PVC).

Dies sind Nichtleiter, die zur Isolation von Leitungen verwendet werden; häufig sind das Kunststoffe wie PVC oder Polyethylen, aber auch Gummi (Naturkautchuk, Chloroprenkautchuk, Silikonkautchuk); früher wurde auch Textilgeflecht häufiger verwendet. Es gibt für beinahe jeden Einsatzbereich von sehr heiß bis extrem kalt, unter Wasser oder in Öl einen Isolierwerkstoff.