Historia wynalazków – Przewody i kable elektryczne
Historia Przewodów i kabli elektrycznych
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 także przy użyciu drutu, co już nie bolało. Doszedł 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. W swoich eksperymentach on i jego asystenci dotykali końcówek przewodów naładowanych słoików Leyenda i dostawali nieprzyjemnych odczuć porażenia prądem. Jedno z wyładowań nawet pozbawiło asystenta przytomności na kilka sekund.
1816 Anglik Francis Ronalds w Hammersmith w swoim ogrodzie ułożył ponad osiem mil (16km) 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 wynalazkiem.
Lata 80. XIX wieku
Pierwsze przewody elektryczne izolowane gutaperką, naturalnym materiałem lateksowym wytwarzanym z soku drzewa gutaperkowego. Izolację tę trzeba było utrzymywać w ciągłem 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 głównie w instalacjach oświetleniowych. Także w latach 80. XIX wieku zaczęto pierwsze przepisy dotyczące bezpieczeństwa instalacji elektrycznych. Z czasem dostrzeżono potrzebę wprowadzenia jednolitych norm i zasad ze względów bezpieczeństwa. W Wielkiej Brytanii pierwsze przepisy o 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 ang of Electricians w 19882 roku. Rok później w Niemczech wydano przepisy o zapobieganiu pożarom od urządzeń oświetlenia elektrycznego ” Sicherhetisvorschrift fur elektrische Beleuchtung wydane przez Verband Deutcher 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/-110V).
1882 Pierwsza linia przemysłowa wysokiego napięcia – pomiędzy Monachium a Ba 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 1896r., 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.
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 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 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 nimi 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 zbrojnych, 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 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.
Lata 20.-40 XX wieku
W instalacjach elektrycznych upowszechnia się nowy system okablowania – elastyczny kabel zbrojony. Znany pod różnymi nazwami, Flex, ale również jako Greenfield lub BX, miał pierwotnie elastyczne metalowe ścianki, które pomagały chronić przewody pod 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. We wczesnych latach stosowania przewodów BX nadal używano powłoki z tkaniny gumowej. 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 odslonięta miedź mogła powodować zwarcia.
Lata 30. 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. Najprostsza forma takiego kabla to dwie izolowane żyły skręcone razem w jedną całość. Takie kable bez powłoki z dwiema, lub więcej, żyłami są używane tylko do przesyłania sygnałów i sterowania o bardzo niskim napięciu, np. doi podłączania dzwonków do drzwi.
1960-1965 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.
Lata 60.-70. XX wieku
Wprowadzenie przewodów aluminiowych. 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 lub aluminiowe z powłoką miedzianą są bezpieczne, jeśli są podłączone do gniazdek, przełączników i innych urządzeń przeznaczonych do pracy z aluminium, ale mogą też stwarzać problemy, aluminium lub aluminium pokryte miedzią nie jest już używane w zastosowaniach domowych. Z czasem też zaczęto uznawać je za niebezpieczne z powodu korozji.
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 przemysłowych 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.