Por que os cabos están aislados

Por que os cabos están aislados?

Nas sistemas eléctricos modernos, con excepción dos cabos de transmisión de enerxía eléctrica aéreos montados en postes eléctricos, case todos os cabos en uso hoxe están aislados. O grao de resistencia ao aislamento nun cabo está estreitamente ligado á súa aplicación prevista. O aislamento cumpre múltiples funcións críticas. Máis aló de minimizar as perdas de enerxía ao entorno, o seu papel máis crucial é salvaguardar vidas humanas prevenindo a electrocución.

A electricidade representa un perigo significativo. Un único contacto accidental cun cabo activo pode ter consecuencias fatais, sen deixar margen para unha segunda oportunidade. Os nosos corpos son condutores parciais da electricidade. Cando entramos en contacto cun conductor que transporta corrente, a corrente eléctrica fluirá do conductor ao noso corpo. Dada a limitada conductividad do noso corpo, non pode dissipar eficazmente a corrente entrante. Cando a cantidade de corrente excede a tolerancia do noso corpo, pode resultar en un resultado fatal.

Para prevenir tales accidentes traxes nos ámbitos domésticos e industriais, o aislamento dos cabos converteuse nun requisito esencial. O aislamento actúa como unha barreira, evitando as fugas de corrente e asegurando que os componentes eléctricos activos non sexan accesibles, eliminando así o risco de electrocución.

Que é un aislante?

Un aislante é un material ou substancia que resiste o fluxo de calor e electricidade. Esta resistencia provén da ausencia de electróns libres dentro do material. Cando os conductores están cubertos con materiais aislantes, como o cloruro de polivinilo (PVC), dicise que están aislados. Este proceso, coñecido como aislamento, serve para evitar que a enerxía eléctrica e as señales se disipen no entorno circundante.

Efecto da temperatura nos materiais aislantes

A temperatura ten un impacto profundo nas propiedades eléctricas de diferentes materiais. Nos conductores, un aumento de temperatura leva a un aumento da resistencia. En contraste, os semiconductores e os aislantes exhiben unha diminución da resistencia a medida que a temperatura aumenta. Ba temperaturas extremas, un semiconductor pode transformarse nun condutor mellor, e un aislante pode incluso exhibir un comportamento semiconductor.

Resistencia ao aislamento dun cabo

Os conductores de cabos están envoltos en aislamiento dun espesor adecuado para evitar as fugas de corrente. O espesor do aislamento determinase polo uso previsto do cabo. No cabo, a via da fuga de corrente é radial, e o aislamento ofrece resistencia radial ao fluxo de corrente ao longo de toda a súa lonxitude.

Rins = ρdr/2πrl

Para un cabo de núcleo único cun conductor de raio r1, un revestimento interno de raio r2, lonxitude l, e un material de aislamento con resistividad ρ, a periferia do conductor é 2πr1. O espesor diferencial do aislamento denótase como dr. A resistencia ao aislamento Rins pode expresarse como:

Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]

Notablemente, Rins é inversamente proporcional á lonxitude l do cabo, o que contrasta coa relación R=ρl para a resistencia do conductor, onde ρ representa a resistividad, unha constante específica do material.

Algunhos cabos, como os cabos coaxiais, presentan múltiples capas de aislamento e múltiples núcleos. Nos cabos coaxiais, o fío central serve como o condutor principal. Os núcleos adicionais están deseñados para fins de aterramento e para protexer contra a fuga de ondas electromagnéticas e radiación. Un cabo coaxial consiste nun condutor interior, xeralmente feito de cobre debido á súa baixa resistividad (e ás veces recubierto para un rendemento mellorado), encerrado dentro dunha serie de capas de aislamento. Estas capas adoitan incluír un material dieléctrico, un escudo de folha de aluminio ou cordón de cobre, e un revestimento exterior de PVC. O revestimento exterior protexe o cabo de factores ambientais externos. Cando se aplica unha tensión ao condutor interior, o escudo permanece a unha tensión desprezable.

O deseño coaxial ofrece vantaxes significativas. Confinando os campos eléctricos e magnéticos dentro do material dieléctrico, minimiza as fugas fora do escudo. As múltiples capas de aislamento bloquean eficazmente os campos electromagnéticos e a radiación externos, evitando a interferencia. Como os conductores con diámetros maiores teñen menor resistencia e emiten menos fuga electromagnética, e o aislamento adicional reduce ainda máis esta fuga, os cabos coaxiais con múltiples capas de aislamento son ideais para transmitir sinais débiles que son vulnerables á interferencia.

Características dun cabo aislado

Dado que a resistencia ao aislamento dun cabo determinase polo seu propósito de deseño, os enxeñeiros deben considerar varios factores ao deseñar cabos. Por exemplo, os cabos coaxiais requiren un extenso aislamento para prevenir tanto as fugas de potencia como a fuga de radiación electromagnética, a miúdo con dúas, tres ou incluso catro capas de aislamento. Diversos cabos están deseñados para diferentes aplicacións, pero xeralmente comparten as seguintes características clave:

• Resistencia ao calor: Capaz de soportar altas temperaturas sen degradarse.

• Alta resistencia ao aislamento: Minimiza as fugas de corrente e asegura a seguridade eléctrica.

• Durabilidade mecánica: Resistente a cortes, rasgos e abrasión, asegurando a fiabilidade a longo prazo.

• Propiedades superiores: Exibe excelentes características mecánicas e eléctricas.

• Resistencia química: Resistente a óleos, solventes e diversos produtos químicos.

• Resiliencia ambiental: Impermeable ao ozono e ás condicións meteorolóxicas, adecuado para uso tanto interior como exterior.