Защо кабелите са изолирани

Защо кабелите са изолирани?

В съвременните електрически системи, с изключение на въздушните електропредавателни кабели, монтирани на електрически стълпи, почти всички кабели, използвани днес, са изолирани. Степента на изолационното съпротивление в кабела е тясно свързана с предвидената му употреба. Изолацията изпълнява множество важни функции. Освен намаляването на загубите на енергия към околната среда, най-важната ѝ роля е защитата на човешкия живот чрез предотвратяване на електроумен.

Електричеството представлява значителна опасност. Един случайен контакт с жив кабел може да има фатални последствия, без никакво пространство за втори шанс. Телата ни са частични проводници на електричество. Когато докоснем проводник, носещ ток, електрическият ток ще потече от проводника в нашето тяло. При ограниченията на проводимостта на нашето тяло, то не може ефективно да разсея входящия ток. Когато количеството ток надхвърли толерантността на тялото, това може да доведе до фатален изход.

За да се предотвратят такива трагични случаи в домакинства и индустриални условия, изолацията на кабели се превръща в основна необходимост. Изолацията действа като бариера, предотвратяваща утечка на ток и гарантираща, че живите електрически компоненти не са достъпни, което елиминира риска от електроумен.

Какво е изолатор?

Изолатор е материал или съставка, който се противопоставя на потока на топлина и електричество. Това съпротивление произтича от липсата на свободно движещи се електрони в материала. Когато проводниците са покрити с изолационни материали, като поливинилхлорид (PVC), те се казват, че са изолирани. Този процес, известен като изолация, служи за предотвратяване на електрическата енергия и сигнали да се разсеят в околната среда.

Влияние на температурата върху изолационните материали

Температурата има значително влияние върху електрическите свойства на различните материали. В проводниците увеличаването на температурата води до увеличаване на съпротивлението. Напротив, полупроводниците и изолаторите показват намаление на съпротивлението при повишаване на температурата. Под екстремни температурни условия, полупроводник може да се преобразува в по-добър проводник, а изолатор може дори да прояви поведение, подобно на полупроводника.

Изолационното съпротивление на кабел

Проводниците в кабела са облечени в изолация с подходяща дебелина, за да се предотврати утечка на ток. Дебелината на изолацията се определя от предназначението на кабела. В кабела пътят на утечка на ток е радиален, а изолацията предлага радиално съпротивление на потока на ток по цялата му дължина.

Rins = ρdr/2πrl

За единокамерен кабел с проводник с радиус r1, вътрешна обвивка с радиус r2, дължина l и изолационен материал с съпротивляемост ρ, периметърът на проводника е 2πr1. Диференциалната дебелина на изолацията е означена като dr. Изолационното съпротивление Rins може да бъде изразено като:

Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]

Забележително е, че Rins е обратнопропорционално на дължината l на кабела, което контрастира със съотношението R=ρl за съпротивлението на проводника, където ρ представлява съпротивляемост, специфична за материала.

Някои кабели, като коаксиалните, разполагат с многобройни изолационни слоеве и многобройни жили. В коаксиалните кабели централната жица служи като основен проводник. Допълнителните жили са предназначени за заземяване и за защита срещу изтичането на електромагнитни вълни и радиация. Коаксиалният кабел се състои от вътрешен проводник, обикновено направен от мед поради ниската му съпротивляемост (понякога покрит за подобряване на производителността), обключен в серия изолационни слоеве. Тези слоеве често включват диелектричен материал, алуминиева фолия или медна вървична обвивка и външна PVC обвивка. Външната обвивка защитава кабела от външни екологични фактори. Когато напрежение се приложи към вътрешния проводник, обвивката остава при незначително напрежение.

Коаксиалният дизайн предлага значителни преимущества. Той ограничава електрическите и магнитните полета в диелектрика, минимизирайки утечката вън от обвивката. Множеството слоеве изолация ефективно блокира външните електромагнитни полета и радиация, предотвратявайки интерференция. Тъй като проводниците с по-големи диаметри имат по-ниско съпротивление и излъчват по-малко електромагнитни утечки, а допълнителната изолация допълнително намалява такива утечки, коаксиалните кабели с многобройни изолационни слоеве са идеални за предаване на слаби сигнали, чувствителни към интерференция.

Особености на изолиран кабел

Тъй като изолационното съпротивление на кабела е определено от неговата конструктивна цел, инженерите трябва да вземат предвид няколко фактора при проектирането на кабели. Например, коаксиалните кабели изискват обширна изолация, за да се предотврати както утечка на мощност, така и изтичане на електромагнитна радиация, често разполагайки с два, три или дори четири слоя изолация. Различните кабели са проектирани за разнообразни приложения, но общо взето споделят следните ключови характеристики:

• Термична устойчивост: Способен да издържа високи температури без деградация.

• Високо изолационно съпротивление: Минимизира утечката на ток и осигурява електрическа безопасност.

• Механична устойчивост: Устойчив на режещи, драскащи и абразивни действия, осигуряващ дългосрочна надеждност.

• Отлични свойства: Проявява отлични механични и електрически характеристики.

• Химическа устойчивост: Устойчив на масла, растворители и различни химикали.

• Екологична устойчивост: Неутолим към озон и климатични условия, подходящ за употреба както вътрешно, така и външно.