Kabel

Ein Kabel ist ein Verbund mehrerer Litzen, isolierter Drähte oder Fasern. Dieser Verbund wird durch eine zusätzliche Isolation, den Kabelmantel, zusammengehalten. Zweck eines Kabels ist die (möglichst verlustarme) Durchleitung elektrischer Ströme für die Energieversorgung oder Datenübermittlung, bei Glasfaserkabeln von Licht für die reine Nachrichtenübermittlung.

Primäre Unterscheidungsmerkmale

Die Leiteranzahl

Die Anzahl der Strom führenden Drähte (auch Adern genannt) im Kabel. Bei mehradrigen Kabeln ist immer jede einzelne Ader von einem eigenen Isolator ummantelt (die "Adernisolierung"), während eine äußere Ummantelung alle Adern umgibt (der "Kabelmantel"):

Für Kleinspannung kommen zweiadrige Kabel zum Einsatz. Für Gleichstrom sind die Farben der Adernisolation meist rot für Plus (+) und schwarz für Minus (-), für Wechselstrom meist braun und blau.
Bei Niederspannung ist immer ein grün-gelber Schutzleiter vorhanden. Dieser führt direkt auf Erde und dient dazu, gefährliche Berührungsspannungen an leitfähigen Gehäuse- oder Bedienteilen zu verhindern. Hinzu kommt bei Wechselstrom ein schwarzer oder brauner Außenleiter und ein blauer Neutralleiter, bei Drehstrom zwei schwarze und ein brauner Außenleiter, während auf den blauen Neutralleiter gegebenenfalls verzichtet werden kann. In Altbauten findet man gelegentlich noch die nicht mehr zulässigen alten Kabelfarben. Diese waren Schwarz für den Außenleiter, Rot für geschaltete Außenleiter und den Schutzleiter und Grau für den Neutralleiter.
Kabel für Hochspannung sind in der Regel einadrig. Es gibt auch zweipolige Hochspannungskabel für Gleichstrom und dreiadrige Hochspannungskabel für Drehstrom. Mitunter werden auch zweipolige Kabel einpolig betrieben, in dem sie an ihren Enden parallelgeschaltet werden, wie bei der HGÜ Kontek.
Kabel für EDV und Nachrichtentechnik haben je nach Einsatzzweck zwei bis mehrere tausend Adern. Außerdem wird nach der Art der Adernverseilung unterschieden (zum Beispiel lagenverseilt, paarverseilt, Sternvierer).
Kabel für nieder- und hochfrequente Signale in Form von Koaxialkabeln.

Das Material der Adern

In fast allen elektrischen Kabeln kommen reine Metalle mit möglichst niedrigem spezifischen Widerstand (zum Beispiel Kupfer und Aluminium) zum Einsatz. Verarbeitet wird dieses Metall je nach Flexibilität und Beanspruchung entweder ein-, mehr-, fein- oder feinstdrähtig.
für besondere Anforderungen werden auch versilberte Kupferdrähte, verkupferte Eisendrähte oder Mischlitzen aus Stahl- und Kupferdrähten gefertigt
Für Sonderfälle kommen Supraleiter als Drahtmaterial zum Einsatz, das allerdings unter seine Sprungtemperatur abgekühlt werden muss, indem ein geeignetes Kühlmittel durch Kanäle im Kabel gepumpt wird.
In den Kabeln der Kommunikationsnetze kommen neben Kupferadern auch Glasfasern (Glasfaserkabel = Lichtwellenleiter-Kabel) zum Einsatz

Das Material der Adernisolation

Die Adernisolation soll einen möglichst hohen spezifischen elektrischen Widerstand haben und muss auch Überspannungen standhalten. Oft muss sie auch einen möglichst geringen dielektrischen Verlustfaktor haben.

früher verwendete man oft Papier als Isolation
um die Feuchteempfindlichkeit zu verringern und die Durchschlagsfestigkeit zu erhöhen, kann man das Papier mit Öl tränken
der häufigste Isolationswerkstoff heutiger Energie- und Signalkabel ist Polyvinylchlorid (PVC)
eine Möglichkeit, die Einsatztemperatur PVC-isolierter Kabel zu erhöhen, ist die Elektronenstrahl-Vernetzung
Breitband-Signalkabel, Hochfrequenzkabel und auch Telefonleitungen sind oft mit Polyethylen (PE) isoliert
Kabel für extrem hohe Anforderungen werden mit PTFE (Teflon) isoliert (z.B. Triebwerksbereich in Flugzeugen)
für flexible, thermisch und mechanisch hoch beanspruchte Kabel wird Gummi als Isolation verwendet
Silikongummi wird bei hohen Temperaturen und hohen Spannungen eingesetzt

Das Material der Ummantelung

Der Kabelmantel schützt das Kabel vor äußeren Einflüssen.

Blei war lange Zeit ein häufig verwendeter Werkstoff für die Ummantelung papierisolierter Kabel. Es findet heute noch Verwendung in bleigemantelten Kabeln (z.B. NYKY-J für Niederspannung oder N2XS(F)K2Y in der Mittelspannung) in Raffinerien, um die Kabel vor Beschädigungen durch Aromaten und Kohlenwasserstoffe zu schützen. Zum Teil verwendet man mittlerweile Kabel mit einem Zwischenmantel aus Polyamid bzw. Nylon. Meistens sind diese Kabel noch einmal mit schwerentflammbarem PVC ummantelt, um eine flammhemmende Wirkung zu erhalten. (Typen z.B. 2XS(L)2Y4YY für Mittelspannung bzw. 2X(L)2Y4YY für Niederspannung)
Heute kommen meist Kunststoffe, wie PVC oder Polyethylen zum Einsatz. Die meisten dieser Kunststoffe sind sehr kostengünstig, aber vielfach brennbar. PVC erzeugt zusätzlich beim Verbrennen giftige Gase, wie Chlorwasserstoff und Dioxine; siehe dazu Brandverhalten von Kabel und Leitungen. Deshalb kommen in modernen Gebäude mit großen Personenansammlungen, wie zum Beispiel in Bahnhöfen, Flughäfen, Museen, Kongreßhallen und Kaufhäusern, halogenfreie Kabel und Leitungen zum Einsatz.
für flexible, hoch beanspruchte Kabel wird Gummi als Mantel verwendet
In der Nachrichtentechnik (insbesondere aber bei Netzwerkkabeln für die EDV) werden die Kabelmäntel vielfach mit einer Schirmung aus Metallfolie oder Kupferdrahtgeflecht versehen, um die elektromagnetischen Eigenschaften des Kabels zu verbessern. Siehe Twisted-Pair-Kabel
Seit der Entwicklung von Frequenzumrichtern müssen in der Industrie auch von diesen ausgehende Energieleitungen, zum Beispiel für Motoren, abgeschirmt werden, um Störabstrahlungen zu vermeiden. Siehe Elektromagnetische Verträglichkeit.
Erd- und Seekabel sind mit zahlreichen Bewehrungen (Stahldrahtgeflecht, Stahlblech) als Schutz und zur Erhöhung ihrer mechanischen Stabilität versehen.

Um Beschädigungen des Mantels frühzeitig zu erkennen, werden in der Nachrichtentechnik hochkanalige Kabel mit Druckluft gefüllt und der Kabelinnendruck wird automatisch überwacht. Bei Energiekabeln wird hier stattdessen ein isolierendes Schutzgas (z.B. SF6) verwendet.

Für die meisten Einsatzzwecke werden Kabel nach internationalen Normen hergestellt, die vielfach auch Kürzel für bestimmte Kabelklassen definieren. Siehe dazu Harmonisierte Typenkurzzeichen von Leitungen.

Art der Verlegung/Beanspruchung

Die Beanspruchungsbedingungen eines Kabels bestimmen wesentlich seine Konstruktion, z.B.:

Verlegung auf dem Meeresgrund Seekabel: starke Bewehrung, zugfest, längs- und querwasserdicht
unterirdische Verlegung (Erdkabel): sichere Ummantelung, evtl. Bewehrung, ggf. längs- und querwasserdicht
oberirdisch im Außenbereich: Ultraviolett-stabiler Mantel, zugfest
für bewegliche Geräte: feindrähtige Adern, evtl. Gummi-Isolation
mechanische Beanspruchung durch Kanten: Gewebe, Lackgewebe, Lackglasfasergewebe
in brandgefährdeten Räumen: halogenfreie, schwer entflammbare Isolation
Einfluss von Kohlenwasserstoffen: Ölfeste Werkstoffe
hohe Temperaturen oder Erwärmung: Gummi, Silikongummi, PTFE

Energiekabel

Die für ein Kabel zulässige Stromstärke hängt von folgenden Kriterien ab:

Temperaturbeständigkeit der Isolierung
Querschnitt der Leiter
Anzahl der Leiter
Umgebungstemperatur
Verlegeart
Häufung von Leitungen

Entsprechende Angaben findet man zum Beispiel in EN 60204-1:1998-11 „Elektrische Ausrüstung von Maschinen - Allgemeine Anforderungen“.

Hochfrequenz- und Signalkabel

Bei HF- und Signalkabeln spielt auch die Impedanz Z sowie die dielektrische Güte des Isolationswerkstoffes eine Rolle.

Für Hochfrequenz und Breitband-Signalübertragung werden (auch für hohe Übertragungsleistungen) meist Koaxialkabel verwendet. Diese haben prinzipiell kein nach außen dringendes magnetisches Feld und - bei geschlossenem Mantelleiter - auch kein außerhalb auftretendes elektrisches Feld. Sie sind daher störsicher. Koaxialkabel haben Impedanzen von 50...75 Ohm.

Früher verwendete man für Antennenleitungen auch sog. Stegleitungen (Z = 240 Ohm) . Sie bestehen aus zwei symmetrisch angeordneten, mit einem Isolierstoffsteg verbundenen Adern. Diese Kabel sind aufgrund der nach außen dringenden Felder störempfindlicher, weisen jedoch eine geringere Dämpfung auf.

Als Signalleitungen werden oft mehradrige, geschirmte oder ungeschirmte Kabel mit Querschnitten von 0,14 bis 0,5 mm² verwendet.

Zur Übertragung hoher Datenraten werden sog. twisted-pair-Kabel verwendet:
ein oder mehrere Adernpaare sind miteinander verdrillt jeweils in separaten Abschirmungen geführt.

Bandkabel ("Hosenträgerkabel") bestehen aus eine Vielzahl parallel liegender Adern und werden besonders innerhalb von Computern als Signalleitungen verwendet.

Funktionserhalt

Bei sicherheitsrelevanten Systemen, wie Sicherheitsbeleuchtungsanlagen, Brandmeldeanlagen oder Alarmierungsanlagen fordern einschlägige Vorgaben in bestimmten Bereichen Kabel und Leitungen mit integriertem Funktionserhalt. Unter Alarmierungsanlagen sind hier keine Alarmanlagen im Sinne von Einbruchmeldetechnik gemeint, für solche Systeme ist in der Regel kein Funktionserhalt notwendig. Vielmehr handelt es sich um Anlagen gem. DIN VDE 0828 oder DIN (V) VDE 0833-4, die durch akustische Signalisierung anwesende Personen bei Gefahren warnen und zur Gebäuderäumung veranlassen.

In Deutschland ist dieser Sachverhalt in der DIN 4102 und der Bundesland-spezifischen Umsetzung der "Muster-Leitungsanlagen-Richtlinie" MLAR geregelt. Das bedeutet, dass die Verkabelung bei Brandeinwirkung für eine festgelegte Zeit funktionsfähig bleiben muss. In dieser Zeit darf weder der Isolationswiderstand so klein werden, dass es zu einem Stromfluss zwischen den Leitern kommt, noch darf der Widerstand des Leiters so ansteigen, dass der Stromfluss behindert würde. Mit anderen Worten dürfen weder Kurzschluss noch Unterbrechung auftreten. Diese Eigenschaften werden durch einen speziellen Aufbau der Leitung sowie besondere Materialien für die Isolierung erreicht. Die Leitungen sind von außen durch ihren orangefarbenen Mantel sowie durch einen kennzeichnenden wiederholten Aufdruck zu erkennen. Gebräuchliche Zeiten für den erforderlichen Funktionserhalt sind 30 Minuten, 60 Minuten oder 90 Minuten (E30, E60, E90). Geraten diese Leitungen nach Ablauf des Zeitraumes in Brand, weisen sie eine höhere Brandlast als normale Leitungen, wie NYM oder I-Y(St)Y auf. Um einen wirksamen Funktionserhalt zu erzielen, ist neben der Leitung auch das Leitungsführungssystem und die Umgebung zu betrachten. Die verschiedenen Formen der Leitungsführungssysteme (Kabelrinne, Stahlpanzerrohr, Einzelbefestigung) haben gemein, dass sie ebenfalls für die entsprechende Dauer einem Feuer standhalten und gemeinsam mit der Leitung eine "geprüfte Leitungsanlage" ergeben. Entsprechend geprüfte Kombinationen werden durch die Hersteller im Prüfzertifikat benannt. Die Installationsumgebung ist so zu gestalten, dass die Kabel und Leitungen während der Brandeinwirkung nicht durch berstende oder herabfallende Teile beeinträchtigt oder zerstört werden.

"Kabelsalat"

Schwer zu lösende Knoten in Kabeln werden als Kabelsalat bezeichnet. Um Kabelsalat zu vermeiden ist es wichtig das Kabel ordentlich zusammenzulegen. Hierbei ist darauf zu achten, dass das Kabel stets in gleicher Richtung wie seine Adern (nicht in sich verdreht) zusammenlegt wird. Dies erreicht man dadurch, dass man das Kabel durch die Handfläche gleiten lässt und es mit den Fingern in die richtige Lage dreht. Meistens strebt das Kabel von sich aus in diese Lage. Diesen Vorgang nennt man auch aufschießen. Das Wort aufschießen wiederum kommt aus der Seefahrer-Sprache (Aufschießen einer Leine).

Siehe auch

Weblinks

http://www.asbyon.com/screen/wissen/lexikon/gl_006_0.asp
http://www.kabelfaq.de/
Wiktionary: Kabel – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
Commons: Kabel – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien