Hoe kies ik het juiste geleidingsmateriaal voor kabels en draden?

Het geleidingsmateriaal is het hart van een kabel of draad. Het vormt de kern en zorgt voor een efficiënte overdracht van energie, signalen of data. Afhankelijk van het toepassingsgebied is de juiste keuze cruciaal voor de betrouwbaarheid, levensduur en prestaties van een kabel.

In theorie komen veel materialen in aanmerking. In de praktijk worden echter koper en aluminium het meest gebruikt als geleidingsmateriaal. Daar zijn goede redenen voor: beide metalen hebben een hoge elektrische geleidbaarheid en beschikken over verschillende voor- en nadelen. Ook glasvezel (fibre optics) is inmiddels een onmisbaar onderdeel geworden van moderne datatransmissie.

In dit artikel leggen we uit welke eigenschappen een goed geleidingsmateriaal kenmerken en welke factoren een rol spelen bij de selectie.

• Welke eigenschappen maken een goed geleidingsmateriaal?
• Koper — de standaard voor elektrische geleiders
• Aluminium — licht en economisch
• Zilver, goud of staal: wat kan worden gebruikt als geleidingsmateriaal?
• CCA — koperbekleed aluminium: een goed compromis?
• Glasvezel: hogesnelheidsdatatransmissie
• Welk geleidingsmateriaal is het beste?

Koper is wereldwijd het meest gebruikte geleidingsmateriaal. Het metaal heeft een zeer goede elektrische geleidbaarheid. Koper wordt gekenmerkt door een lage elektrische soortelijke weerstand en maakt daardoor een efficiënte stroomoverdracht mogelijk.

Daarnaast biedt koper nog veel andere voordelen:

• Mechanische sterkte: Koper heeft een hoge ductiliteit en taaiheid, waardoor het gemakkelijk vervormbaar is zonder te breken, zelfs onder mechanische belasting. Deze eigenschap maakt de productie van zowel massieve als zeer flexibele geleiders mogelijk en draagt bij aan de hoge buig- en vermoeiingssterkte van kabels en draden.
• Hoge temperatuurbestendigheid: Koper kan hoge temperaturen weerstaan zonder zijn mechanische en elektrische eigenschappen te verliezen.
• Flexibiliteit: Koper is een relatief zacht metaal en kan op verschillende manieren worden gebruikt en verwerkt.
• Duurzaamheid: Koper kan meerdere keren worden gerecycled en hergebruikt.

Dankzij deze eigenschappen is koper geschikt voor een breed scala aan toepassingen in de industrie, gebouwentechniek, mobiliteit en energievoorziening. Voor speciale toepassingen kunnen koperen kabels ook worden vertind, vernikkeld of verzilverd. Hierdoor kunnen de eigenschappen specifiek worden aangepast aan de betreffende eisen.

Zilver heeft de hoogste elektrische geleidbaarheid van alle metalen. Het is echter zeer duur: de kosten liggen vele malen hoger dan die van koper. Daarom wordt zilver meestal alleen gebruikt voor speciale toepassingen waar uitzonderlijke prestaties en efficiëntie vereist zijn, zoals in de high-end audiosector.

Vaak wordt zilver niet als massieve geleider toegepast, maar als coating op koperen geleiders. Zilver-geplateerde koperen geleiders vertonen eveneens een zeer hoge geleidbaarheid en uitstekende corrosiebestendigheid.

Goud daarentegen wordt niet als geleidingsmateriaal gebruikt. Naast de hoge prijs heeft het ook een lagere geleidbaarheid dan zilver of koper.

Staal heeft eveneens een aanzienlijk lagere geleidbaarheid in vergelijking met koper of aluminium, waardoor het op het eerste gezicht minder geschikt lijkt als geleidingsmateriaal. Toch heeft staal andere voordelen: het is een extreem sterk en trekvast materiaal. Daarom wordt staal bijvoorbeeld gebruikt in militaire toepassingen en in de lucht- en ruimtevaart, vaak in combinatie met andere materialen zoals aluminium.

CCA staat voor “Copper Clad Aluminium” (koperbekleed aluminium). Deze geleiders bestaan uit een aluminium kern die is omhuld met een dunne laag koper.

Oorspronkelijk komt deze technologie uit de antennebouw. Daar werd het ontwikkeld als een kostenefficiënt alternatief voor hoogfrequente toepassingen. De reden hiervoor is het zogenaamde skin-effect, waarbij bij hoge frequenties (≥ 10 kHz) de stroom zich voornamelijk aan het oppervlak van de geleider verplaatst.

In de elektrotechniek moet CCA echter kritisch worden bekeken, omdat de geleidbaarheid aanzienlijk lager is dan die van puur koper. Desondanks worden CCA-kabels steeds vaker aangeboden in het lageprijsegment, vooral door Aziatische fabrikanten.

Typische voorbeelden zijn:

• luidsprekerkabels
• voedingskabels voor car hi-fi
• netwerkkabels (patchkabels)

Mogelijke nadelen worden vaak onvoldoende toegelicht:

• een 2,5 mm² CCA-geleider komt slechts overeen met een 1,5 mm² koperen geleider
• hogere spanningsval en warmteontwikkeling bij “Power over Ethernet”
• brandgevaar bij onjuiste beveiliging in de car hi-fi sector
• gebruik in bedrijfsnetwerken niet conform normen (verboden door TIA en IEC)

Naast metalen geleiders bestaat er ook een andere technologie voor signaaloverdracht in de vorm van glasvezels. Hierbij wordt informatie niet als elektrische stroom overgedragen, maar als optische signalen in de vorm van lichtpulsen.

Glasvezelkabels bestaan uit zeer dunne glas- of kunststofvezels en bieden verschillende voordelen:

• Zeer hoge transmissiesnelheid zonder signaalverlies
• Grote afstanden
• Ongevoelig voor elektromagnetische interferentie
• Galvanische scheiding

Glasvezelkabels worden daarom vooral gebruikt in de telecommunicatie, datanetwerken, de medische sector en de lucht- en ruimtevaart. Ze zijn echter niet geschikt voor de overdracht van elektrische energie.

De vraag naar het “beste” geleidingsmateriaal kan niet eenvoudig worden beantwoord, omdat het altijd afhangt van het vinden van de juiste oplossing voor de verschillende factoren van de toepassing.

De optimale keuze is steeds afhankelijk van de betreffende toepassing en de specifieke bedrijfsomstandigheden. Externe invloeden zoals temperatuur, chemische belasting, mechanische belasting of elektromagnetische interferentie hebben eveneens invloed op de keuze van de juiste kabel.

Naast het geleidingsmateriaal spelen ook andere kenmerken van de kabel een belangrijke rol:

• Strandingopbouw
• Doorsnede
• Aderverdraaing (stranding)
• Isolatiemateriaal
• Afscherming
• Mantelmateriaal

Het samenspel van deze factoren bepaalt of een kabel of draad op lange termijn betrouwbaar aan de eisen van een toepassing voldoet.

Daarom is het aan te raden om bij de keuze van kabels of draden deskundig advies in te winnen. Zo wordt ervoor gezorgd dat de gekozen oplossing op een betrouwbare, veilige en economische manier aan alle praktische eisen voldoet.