Het ding wat weerstand wordt genoemd
Mark van de Waal | 1 mei 2023
De meeste mensen kennen de term weerstand nog uit de natuurkundelessen. In de elektrotechniek is de term echter niet alleen gebruikelijk, maar ook belangrijk om te begrijpen. Het is ook belangrijk om het onderwerp weerstand in relatie tot kabels nader te bekijken. In het blogartikel van vandaag bekijken we de materie van de weerstand en het verband tussen kabels en weerstand.
De weerstand
Laten we bij het begin beginnen. In de grondbeginselen van de elektrotechniek leren we dat er elektrische ladingen zijn. Door ze te verplaatsen, krijgen we elektrische stroom. De elektrische spanning zorgt voor de aandrijving. Als de beweging van de lading wordt belemmerd, hebben we een weerstand.
Er bestaat dus een verband tussen stroom, spanning en weerstand. In principe geeft de weerstand van een onderdeel aan hoeveel de elektrische stroom erin wordt gehinderd. Het symbool voor weerstand is R. De eenheid van weerstand is Ohm. Dit verband wordt uitgedrukt door de Wet van Ohm.
Welke soorten weerstand zijn relevant voor kabels?
De weerstand van de geleider – weerstand van de koperen geleider
De weerstand van de geleider hangt af van verschillende factoren. Zo zijn de lengte, maar ook de doorsnede en de structuur van de geleider van belang. Ook het gebruikte geleidermateriaal speelt hierin een rol, want koper heeft bijvoorbeeld een ander geleidingsvermogen dan aluminium.
Deze geleiderweerstand wordt in DIN VDE 0295 gespecificeerd voor elke doorsnede. Aangezien de geleiderdoorsnede voor kabels en leidingen wordt bepaald door de elektrische weerstand, spreken we van de elektrische doorsnede.
De mechanische of optische doorsnede kan dus verschillen van de elektrische doorsnede. Dit hangt ervan af of de geleider een massieve geleider, een meeraderige geleider, een fijnaderige geleider of zelfs een superfijnaderige geleider is. In de elektrotechniek speelt de mechanische doorsnede echter slechts een ondergeschikte rol, omdat de geleidbaarheid hier relevanter is.
Installatiematerialen zoals adereindhulzen en kabelschoenen zijn ontworpen voor de elektrische doorsnede op dezelfde wijze als de geleiders waarvoor zij zijn vervaardigd.
Dit is bijzonder goed te zien wanneer kabelschoenen voor meeraderige geleiders en voor fijnaderige geleiders naast elkaar worden geplaatst.
Isolatieweerstand – weerstand van de aderisolatie
De isolatieweerstand van kabels en geleiders wordt aangegeven in Ω/km, omdat deze afhankelijk is van de lengte. Idealiter heeft een isolatie een oneindige weerstand om de grootst mogelijke veiligheid tegen kortsluiting te bieden.
Dit is alleen theoretisch mogelijk. Daarom wordt in DIN VDE 0100 Deel 600 een minimale weerstand van 1 MΩ/km gespecificeerd. In het algemeen geldt: hoe korter de kabellengte, hoe hoger de gemeten isolatieweerstand. Zo kan de isolatieweerstand voor korte kabels in het GΩ-bereik liggen.
Daarnaast zijn ook de gebruikte isolatiematerialen van invloed op de isolatieweerstand.
Impedantie / kabelimpedantie
De kabelimpedantie beschrijft de verhouding tussen de stroom- en spanningsgolven die zich in een gemeenschappelijke richting voortplanten. De karakteristieke impedantie is frequentie-afhankelijk en beïnvloedt in principe elke kabel. Vooral bij buskabels is de correlatie goed te zien.
Om reflecties van de over te dragen signalen tijdens de busoverdracht te voorkomen, is het van belang dat een specifieke karakteristieke impedantie wordt gedefinieerd, zodat het uiteinde van de kabel dienovereenkomstig kan worden afgesloten. Gebeurt dit niet, dan kunnen er transmissiefouten optreden, die zelfs kunnen leiden tot het uitvallen van het desbetreffende bus-systeem.
Afhankelijk van het bus-systeem kunnen de vereiste kabelimpedanties variëren. Voor een beter begrip volgen hieronder enkele voorbeelden:
- Ethernet, Profinet, EtherCat 100 Ω
- Profibus 150Ω
- CAN-Bus 120Ω
- CC-Link 110Ω
- USB 90Ω
Conclusie
Een kabel is ook een elektrotechnisch product dat voor de toepassing moet worden ontworpen. Bewegende kabels zijn een bijzondere uitdaging, omdat door de beweging de posities van de aders ten opzichte van elkaar, maar ook ten opzichte van het midden van de kabel veranderen. Dit heeft gevolgen voor de capaciteiten en dus ook voor de karakteristieke impedantie. De aders van een bewegende kabel kunnen op een gegeven moment door de permanente spanning breken. Dit gebeurt echter sluipend. Het resultaat is een gestaag toenemende geleiderweerstand en dus ook een toenemende spanningsval. Dit heeft ook gevolgen voor het over te brengen signaal.
Hebt u hulp nodig bij het selecteren van een geschikte kabel voor uw toepassing? Neem contact met ons op of bezoek ons op www.igus.nl/chainflex. In onze webshop vindt u alle relevante gegevens over onze kabels, zoals technische datasheets.