Γιατί οι καλωδιούς είναι απομονωμένοι;

Γιατί οι καλωδιούς είναι απομονωμένοι;

Στα σύγχρονα ηλεκτρικά συστήματα, εκτός από τους υπεράσπιστες καλωδιούς που είναι εγκατεστημένοι σε ηλεκτρικούς πύργους, σχεδόν όλοι οι καλωδιοί που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι απομονωμένοι. Το βαθμός αντίστασης απομόνωσης ενός καλωδίου είναι στενά συνδεδεμένος με την προορισμένη εφαρμογή του. Η απομόνωση εξεργάζεται πολλές κρίσιμες λειτουργίες. Πέρα από τη μείωση των απωλειών ενέργειας στο περιβάλλον, η πιο σημαντική του δουλειά είναι να προστατεύει τις ανθρώπινες ζωές από την ηλεκτροκτονία.

Η ηλεκτρική ενέργεια αποτελεί σημαντική απειλή. Μια μόνη τυχαία επαφή με ένα ζωντανό καλώδιο μπορεί να έχει θανάσιμες συνέπειες, χωρίς δεύτερη ευκαιρία. Τα σώματά μας είναι μερικοί διαγωνιστές ηλεκτρικής ενέργειας. Όταν ερχόμαστε σε επαφή με έναν ηλεκτρικό διαγωνιστή, η ηλεκτρική ροή θα ρέει από τον διαγωνιστή στο σώμα μας. Δεδομένης της περιορισμένης διαγωνιστικότητας του σώματός μας, δεν μπορεί να διασπαστεί αποτελεσματικά η εισερχόμενη ροή. Όταν η ποσότητα της ροής υπερβαίνει την ανοχή του σώματός μας, μπορεί να έχει θανάσιμο αποτέλεσμα.

Για να αποφευχθούν τέτοιες τραγικές ατυχίες σε οικιακό και βιομηχανικό περιβάλλον, η απομόνωση των καλωδίων έχει γίνει ουσιαστική απαίτηση. Η απομόνωση λειτουργεί ως φράχτης, εμποδίζοντας τη διάρροια ροής και διασφαλίζοντας ότι οι ζωντανοί ηλεκτρικοί συστατικοί δεν είναι προσπελάσιμοι, έτσι ώστε να εξαλείφεται το πλήγμα της ηλεκτροκτονίας.

Τι είναι ένας απομονωτής;

Ο απομονωτής είναι ένα υλικό ή ύλη που αντιστέκεται στην ροή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτή η αντίσταση πηγάζει από την απουσία ελεύθερων ηλεκτρονίων μέσα στο υλικό. Όταν οι διαγωνιστές καλύπτονται με απομονωτικά υλικά, όπως το πολυβινυλοχλωριούχο (PVC), λέγεται ότι είναι απομονωμένοι. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως απομόνωση, εξυπηρετεί για να εμποδίσει την ηλεκτρική ενέργεια και τα σήματα από τη διάρροια στο περιβάλλον.

Επίδραση της Θερμοκρασίας σε Απομονωμένα Υλικά

Η θερμοκρασία έχει σημαντική επίδραση στις ηλεκτρικές ιδιότητες διαφορετικών υλικών. Στους διαγωνιστές, η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί σε αύξηση της αντίστασης. Σε αντίθεση, τα ημιδιαγωνιστές και οι απομονωτές εμφανίζουν μείωση της αντίστασης όταν η θερμοκρασία αυξάνεται. Κάτω από ακραίες θερμοκρασιακές συνθήκες, ένας ημιδιαγωνιστής μπορεί να μετατραπεί σε καλύτερο διαγωνιστή, και ένας απομονωτής μπορεί ακόμη και να εμφανίσει συμπεριφορά όπως ένας ημιδιαγωνιστής.

Αντίσταση Απομόνωσης ενός Καλωδίου

Οι διαγωνιστές καλωδίων είναι εγκεκλειμένοι σε απομόνωση της κατάλληλης πάχους για να εμποδίσουν τη διάρροια ροής. Η πάχος της απομόνωσης καθορίζεται από την προορισμένη εφαρμογή του καλωδίου. Σε ένα καλώδιο, ο δρόμος της διάρροιας ροής είναι ακτινοειδής, και η απομόνωση παρέχει ακτινοειδή αντίσταση στη ροή της ροής κατά την ολότητα του μήκους της.

Rins = ρdr/2πrl

Για ένα μονοπυρήνιο καλώδιο με διαγωνιστή ακτίνα r1, εσωτερική φωλιά ακτίνα r2, μήκος l, και απομονωτικό υλικό με ρεσιστιβιτία ρ, ο περίμετρος του διαγωνιστή είναι 2πr1. Το διαφορικό πάχος της απομόνωσης συμβολίζεται ως dr. Η αντίσταση απομόνωσης Rins μπορεί να εκφραστεί ως:

Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]

Παρατηρείται ότι η Rins είναι αντιστρόφως ανάλογη με το μήκος l του καλωδίου, ο οποίο αντιτίθεται στη σχέση R=ρl για την αντίσταση του διαγωνιστή, όπου ρ αντιπροσωπεύει τη ρεσιστιβιτία, μια σταθερά που είναι συγκεκριμένη για το υλικό.

Κάποια καλώδια, όπως τα συντεταγμένα καλώδια, διαθέτουν πολλαπλά επίπεδα απομόνωσης και πολλαπλά πυρήνες. Στα συντεταγμένα καλώδια, το κεντρικό χαλίνι λειτουργεί ως κύριος διαγωνιστής. Οι επιπλέον πυρήνες είναι σχεδιασμένοι για λόγους εδάφους και για να αποτρέψουν την διάρροια ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και ακτινοβολίας. Ένα συντεταγμένο καλώδιο αποτελείται από έναν εσωτερικό διαγωνιστή, συνήθως από χάλυβα λόγω της χαμηλής ρεσιστιβιτίας (και μερικές φορές περικαλυμμένο για βελτιωμένη απόδοση), εγκεκλειμένο μέσα σε μια σειρά επιπέδων απομόνωσης. Αυτά τα επίπεδα συχνά περιλαμβάνουν ένα διελεκτρικό υλικό, ένα φύλλο αλουμινίου ή ένα στρόβιλο χάλυβα, και μια εξωτερική φωλιά PVC. Η εξωτερική φωλιά προστατεύει το καλώδιο από εξωτερικούς περιβαλλοντικούς παράγοντες. Όταν εφαρμόζεται ένα υπολογιστικό στο εσωτερικό διαγωνιστή, ο φύλλος παραμένει σε αμελητέα υπολογιστική.

Η συντεταγμένη σχεδίαση παρέχει σημαντικά πλεονεκτήματα. Εγκλείει τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία μέσα στο διελεκτρικό, μειώνοντας τη διάρροια έξω από το φύλλο. Τα πολλαπλά επίπεδα απομόνωσης αποτελεσματικά αποκλείουν τα εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία και ακτινοβολία, προστατεύοντας από την παρεμβολή. Επειδή οι διαγωνιστές με μεγαλύτερη διάμετρο έχουν χαμηλότερη αντίσταση και εκπέμπουν λιγότερη ηλεκτρομαγνητική διάρροια, και η επιπλέον απομόνωση περαιτέρω μειώνει αυτή τη διάρροια, τα συντεταγμένα καλώδια με πολλά επίπεδα απομόνωσης είναι ιδανικά για τη μεταφορά αδύναμων σημάτων που είναι ευάλωτα στην παρεμβολή.

Χαρακτηριστικά ενός Απομονωμένου Καλωδίου

Δεδομένου ότι η αντίσταση απομόνωσης ενός καλωδίου καθορίζεται από τον σχεδιασμό του, οι μηχανικοί πρέπει να λάβουν υπόψη πολλούς παράγοντες όταν σχεδιάζουν καλώδια. Για παράδειγμα, τα συντεταγμένα καλώδια απαιτούν εκτεταμένη απομόνωση για να προλάβουν τόσο τη διάρροια ροής όσο και την διάρροια ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, συχνά διαθέτοντας δύο, τρία ή ακόμη και τέσσερα επίπεδα απομόνωσης. Διαφορετικά καλώδια είναι μηχανικά για διαφορετικές εφαρμογές, αλλά συνήθως μοιράζονται τα εξής βασικά χαρακτηριστικά:

• Αντοχή στη Θερμοκρασία: Ικανό να αντέχει υψηλές θερμοκρασίες χωρίς να καταστρέφεται.

• Υψηλή Αντίσταση Απομόνωσης: Μειώνει τη διάρροια ροής και εξασφαλίζει ηλεκτρική ασφάλεια.

• Μηχανική Αντοχή: Αντοχή σε κοψίματα, ξεριζώσεις και τριβή, εξασφαλίζοντας μακροχρόνια αξιοπιστία.

• Εξαιρετικά Χαρακτηριστικά: Εμφανίζει εξαιρετικά μηχανικά και ηλεκτρικά χαρακτηριστικά.

• Αντοχή σε Χημικά: Αντοχή σε λάδια, διαλύτες και διάφορα χημικά.

• Αντοχή στο Περιβάλλον: Αδιάφθορη σε οζόνιο και καιρικές συνθήκες, κατάλληλη για χρήση μέσα και έξω.