Hvorfor er kabler isolerede

Hvorfor er kabler isoleret? 

I moderne elektriske systemer, med undtagelse af overgrundsledninger monteret på el-poler, er næsten alle kabler i dag isoleret. Grad af isolationsmodstand i en kabel er nøje forbundet med dens anvendelsesmåde. Isolation har flere vigtige funktioner. Ud over at minimere energitab til omgivelserne, er dens mest kritiske rolle at beskytte menneskeliv ved at forhindre elektriske stød.

Elektricitet indebærer en betydelig fare. En enkelt uheldig kontakt med en live kabel kan have dødelige konsekvenser, uden nogen mulighed for anden chance. Vores kroppe er partielle ledere af elektricitet. Når vi kommer i kontakt med en strøm-bærende leder, vil elektrisk strøm flyde fra lederen ind i vores krop. Givet vores krops begrænsede ledevne, kan den ikke effektivt dissipere den indkomne strøm. Når mængden af strøm overstiger vores krops tolerance, kan det resultere i en dødelig udgang.

For at forhindre sådanne tragiske ulykker i hjemlige og industrielle miljøer, er kablisolation blevet en væsentlig krav. Isolation fungerer som en barriere, der forhindrer strømnedlækage og sikrer, at live elektriske komponenter ikke er tilgængelige, hvilket eliminerer risikoen for elektriske stød.

Hvad er et isolator?

Et isolator er et materiale eller stof, der modvirker strømmen af varme og elektricitet. Denne modstand skyldes manglen på frie bevægelige elektroner i materialet. Når ledere er dækket af isolerende materialer, som polyvinylchlorid (PVC), siges de at være isolerede. Dette proces, kendt som isolation, tjener til at forhindre, at elektrisk energi og signaler dissiperes til omgivelserne.

Temperaturens effekt på isolerede materialer

Temperatur har en dyb indvirkning på de elektriske egenskaber af forskellige materialer. I ledere fører en stigning i temperatur til en stigning i modstand. Imidlertid viser halvledere og isolatorer en reduktion i modstand, når temperaturen stiger. Under ekstreme temperaturforhold kan en halvleder omdanne sig til en bedre leder, og en isolator kan endda vise halvleder-lignende opførsel.

Isolationsmodstand af en kabel

Kabelledere er omsluttet af isolation med passende tykkelse for at forhindre strømnedlækage. Tykkelsen af isolationen bestemmes af kablets anvendelsesmåde. I et kabel er strømlækagens bane radiel, og isolationen yder radiel modstand mod strømmen langs hele dens længde.

Rins = ρdr/2πrl

For en enkelt-kernekabel med en leder af radius r1, en intern sløjfe af radius r2, længde l, og et isolationsmateriale med resistivitet ρ, er perimeteren af lederen 2πr1. Den differentielle tykkelse af isolationen angives som dr. Isolationsmodstanden Rins kunne udtrykkes som:

Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]

Bemærk, at Rins er omvendt proportional med længden l af kablet, hvilket modsvarer forholdet R=ρl for ledermodstand, hvor ρ repræsenterer resistivitet, en materiale-spesifikt konstant.

Nogle kabler, som koaksiale kabler, har flere isolerende lag og flere kerner. I koaksiale kabler fungerer den centrale tråd som den primære leder. De yderligere kerner er designet til jordningsformål og for at skærme mod udstrømning af elektromagnetiske bølger og stråling. En koaksial kabel består af en indre leder, typisk lavet af kobber pga. sin lave resistivitet (og nogle gange belagt for forbedret ydeevne), omsluttet af en række isolerende lag. Disse lag inkluderer ofte et dielektrisk materiale, en aluminiumsfolie- eller kobbertråd-skjold, og en ydre PVC-sløjfe. Den ydre sløjfe beskytter kablet mod eksterne miljøfaktorer. Når spænding anvendes på den indre leder, befinder skjoldet sig ved en forholdsvis ubetydelig spænding.

Koaksialdesignet tilbyder betydelige fordele. Det begrænser elektriske og magnetiske felter inden for dielektrikum, hvilket minimaliserer lækage uden for skjoldet. De mange isolationslag blokerer effektivt eksterne elektromagnetiske felter og stråling, og forhindrer støj. Da ledere med større diameter har lavere modstand og emitter mindre elektromagnetisk lækage, og yderligere isolation yderligere reducerer denne lækage, er koaksiale kabler med flere isolationslag ideelle til at overføre svage signaler, der er sårbar over for støj.

Egenskaber ved en isoleret kabel

Da isolationsmodstanden af en kabel bestemmes af dens designformål, skal ingeniører tage hensyn til flere faktorer, når de designer kabler. Koaksiale kabler, for eksempel, kræver omfattende isolation for at forhindre både strømnedlækage og udstrømning af elektromagnetisk stråling, og har ofte to, tre eller endda fire lag isolation. Forskellige kabler er designet til diverse anvendelser, men de deler generelt følgende nøgleegenskaber:

• Høj temperaturbestandhed: Kan modstå høje temperaturer uden at forringes.

• Høj isolationsmodstand: Minimerer strømnedlækage og sikrer elektrisk sikkerhed.

• Mekanisk holdbarhed: Bestandig over for snit, revner og abrasion, hvilket sikrer langtidsreliabilitet.

• Udmærkede egenskaber: Viser fremragende mekaniske og elektriske karakteristika.

• Kemisk bestandhed: Bestandig over for oljer, løsningsmidler og forskellige kemikalier.

• Miljøbestandhed: Ugenert af ozon og vejrforhold, egnet til både indendørs og udendørs brug.