Per què els cables estan aïllats
Per què es revisten els cables?
En els sistemes elèctrics moderns, amb l'excepció dels cables de transmissió de corrent elèctrica aèria muntats en postes elèctrics, gairebé tots els cables en ús avui en dia estan revestits. El grau de resistència a l'isolament en un cable està íntimament lligat a la seva aplicació prevista. L'isolament serveix múltiples funcions crítiques. Més enllà de minimitzar les pèrdues d'energia al voltant, el seu paper més crucial és protegir vides humans prevenint l'electrocutació.
L'electricitat suposa un perill significatiu. Un sol contacte accidental amb un cable en funcionament pot tenir conseqüències fatals, sense possibilitat de segon intent. Els nostres cossos són conductors parcials d'electricitat. Quan entrem en contacte amb un conductor que porta corrent, la corrent elèctrica fluirà del conductor al nostre cos. Donada la limitada conductivitat del nostre cos, no pot dissipar eficientment la corrent entrant. Quan la quantitat de corrent excedeix la tolerància del nostre cos, pot resultar en un resultat fatal.
Per prevenir aquests accidents trágics en entorns domèstics i industrials, l'isolament dels cables ha esdevingut un requisit essencial. L'isolament actua com una barrera, prevenint la fuga de corrent i assegurant que els components elèctrics en funcionament no siguin accessibles, eliminant així el risc d'electrocutació.
Què és un aïllant?
Un aïllant és un material o substància que resisteix al flux de calor i electricitat. Aquesta resistència prové de la falta d'electrons lliures que es moguin dins el material. Quan els conductors estan coberts amb materials aïllants, com el clorur de polivinil (PVC), es diu que estan aïllats. Aquest procés, conegut com aïllament, serveix per prevenir que l'energia elèctrica i els senyals es dissiplin a l'entorn.
Efecte de la temperatura en els materials aïllants
La temperatura té un impacte profund en les propietats elèctriques de diferents materials. En els conductors, un augment de la temperatura porta a un increment de la resistència. En canvi, els semiconductors i els aïllants mostren una disminució de la resistència a mesura que la temperatura augmenta. En condicions de temperatura extrema, un semiconductor pot transformar-se en un millor conductor, i un aïllant pot arribar a mostrar comportament semiconductor.
Resistència a l'isolament d'un cable
Cels conductors dels cables estan envoltats d'isolament d'una gruix adequat per prevenir la fuga de corrent. El gruix de l'isolament es determina segons l'ús previst del cable. En un cable, la trajectòria de la fuga de corrent és radial, i l'isolament ofereix resistència radial al flux de corrent a llarg de tot el seu recorregut.
Rins = ρdr/2πrl
Per a un cable de nucli únic amb un conductor de radi r1, una guaina interna de radi r2, longitud l, i un material d'isolament amb resistivitat ρ, el perímetre del conductor és 2πr1. L'increment diferencial de l'espessor de l'isolament es denota com dr. La resistència a l'isolament Rins es pot expressar com:
Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]
Notablement, Rins és inversament proporcional a la longitud l del cable, el que contrasta amb la relació R=ρl per a la resistència del conductor, on ρ representa la resistivitat, una constant específica del material.
Alguns cables, com els cables coaxials, disposen de diverses capes d'isolament i diversos núclis. En els cables coaxials, el fil central serveix com a conductor principal. Els núclis addicionals estan dissenyats per a finalitats de terra i per a protegir contra l'escapament d'ones electromagnètiques i radiació. Un cable coaxial consta d'un conductor interior, típicament de cobre degut a la seva baixa resistivitat (i sovint plaquats per a millorar el rendiment), envoltat dins d'una sèrie de capes d'isolament. Aquestes capes sovint inclouen un material dielèctric, una guaina d'alumini o fils de cobre, i una guaina exterior de PVC. La guaina exterior protegeix el cable dels factors ambientals externs. Quan es li aplica una tensió al conductor interior, la guaina roman a una tensió negligible.
El disseny coaxial ofereix avantatges significatius. Confinem els camps elèctrics i magnètics dins del material dielèctric, minimitzant la fuga fora de la guaina. Les diverses capes d'isolament bloquegen eficientment els camps electromagnètics i la radiació externa, prevenint interferències. Com que els conductors amb diàmetres més grans tenen menor resistència i emeten menys fuga electromagnètica, i un aïllament addicional redueix encara més aquesta fuga, els cables coaxials amb diverses capes d'isolament són ideals per a la transmissió de senyals febles que són vulnerables a les interferències.
Característiques d'un cable aïllat
Atès que la resistència a l'isolament d'un cable es determina pel seu propòsit de disseny, els enginyers han de considerar diversos factors quan dissenyen cables. Per exemple, els cables coaxials requereixen un aïllament extens per prevenir tant la fuga de potència com l'escapament de radiació electromagnètica, sovint presentant dues, tres o fins i tot quatre capes d'isolament. Diferents cables estan dissenyats per a aplicacions diverses, però generalment comparteixen les següents característiques clau:
Resistència a la calor: Capaç de suportar temperatures altes sense degradar-se.
Alta resistència a l'isolament: Minimitza la fuga de corrent i assegura la seguretat elèctrica.
Durabilitat mecànica: Resistent a tallades, rasgalls i abrasions, assegurant la fiabilitat a llarg termini.
Propietats superiors: Exibeix excel·lents característiques mecàniques i elèctriques.
Resistència química: Resistent a oils, solventes i diversos químics.
Resiliència ambiental: Imperviós a l'ozone i les condicions meteorològiques, adequat per a ús tant interior com exterior.
