למה כבלים מבודדים?

למה כבלים מבודדים?

במערכות חשמליות מודרניות, למעט כבלי העברה תקשורתיים שמונחים על עמודי חשמל, כמעט כל הכבלים בשימוש היום הם מבודדים. רמת ההתנגדות למבודד בכבל קשורה באופן הדוק לייעודו. המבודד ממלא תפקידים קריטיים רבים. מעבר למזעור אובדן אנרגיה לסביבה, התפקיד הקריטי ביותר שלו הוא להגן על חיי אדם למנוע פגיעה חשמלית.

חשמל מהווה סכנה משמעותית. מגע אקראי עם כבל חי יכול להוביל לתוצאות קטלניות, ללא מקום לשני סיכויים. גופנו הוא מוליך חלקי של חשמל. כשהוא בא במגע עם מוליך נושא זרם, הזרם החשמלי יזרום מהמוליך לגוף שלנו. בהתחשב בעובדה שהנשאיות החשמלית של גוף האדם מוגבלת, הוא אינו מסוגל להפנות את הזרם הנכנס בצורה יעילה. כאשר כמות הזרם עולה מעל הסף שאדם יכול לספוג, זה יכול להוביל לתוצאה קטלנית.

כדי למנוע תאונות טראגיות כאלו במרחבים שטחיים ותעשייתיים, המבודד של הכבלים הפך לדרישה חיונית. המבודד פועל כמחסום, למנוע דליפות זרם ומבטיח כי חלקים חשמליים חיים אינם נגישים, ובכך מפחית את הסיכון לפגיעה חשמלית.

מהו מבודד?

מבודד הוא חומר או חומר שמגנה על זרימת חום ואלקטריקות. ההתנגדות הזו מגיעה מיעדר אלקטרונים חופשיים בתנועה בחומר. כשמוליכים מכוסים בחומרים מבודדים, כגון פוליויניל כלוריד (PVC), הם נקראים מבודדים. תהליך זה, המוכר כמבודד, משמש למנוע מאנרגיה חשמלית והודעות להתפזר לסביבה.

השפעת הטמפרטורה על חומרים מבודדים

הטמפרטורה יש לה השפעה עמוקה על התכונות החשמליות של חומרים שונים. במוליכים, עלייה בטמפרטורה מובילה לעלייה בהתנגדות. לעומת זאת, מוליכים חציים ומבודדים מראים ירידה בהתנגדות ככל שהטמפרטורה עולה. בתנאי טמפרטורה קיצוניים, מוליך חצי יכול להפוך למוליך טוב יותר, ומבודד עשוי להפגין התנהגות דומה לזו של מוליך חצי.

התנגדות למבודד של כבל

מוליכי כבלים מוחזקים במבודד בעובי מתאים כדי למנוע דליפות זרם. העובי של המבודד נקבע לפי הייעוד של הכבל. בכבל, מסלול הדליפה של הזרם הוא רדיאלי, והמבודד מציג התנגדות רדיאלית לזרימת הזרם לאורך כל אורכו.

Rins = ρdr/2πrl

עבור כבל חד-צינור עם מוליך ברדיוס r1, מעטפת פנימית ברדיוס r2, אורך l, וחומר מבודד עם 저ומתיות ρ, ההיקף של המוליך הוא 2πr1. העובי הדיפרנציאלי של המבודד מסומן כ dr. ההתנגדות למבודד Rins יכולה להיות מוצגת כ:

Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]

חשוב לציין כי Rins היא הפוכה לאורך l של הכבל, בניגוד לקשר R=ρl להתנגדות מוליך, שם ρ מייצגת את 저ומתיות, קבוע ספציפי לחומר.

כמה כבלים, כמו כבלים ציריים, כוללים שכבות מבודדות מרובות וניצבים מרובים. בכבלים ציריים, הסיב המרכזי משמש כמוליך ראשי. הניצבים נוספים מתוכנים למטרה של חיבור לאדמה ולמנוע מיציאה של גלי אלקטרומגנטיות וקרינה. כבל צירי כולל מוליך פנימי, בדרך כלל עשוי נחושת בשל ההתנגדות הנמוכה שלו (ולפעמים מצופה לשיפור הביצועים), מוחזק בתוך סדרה של שכבות מבודדות. השכבות הללו כוללות לעיתים חומר דייאלקטרי, מגן של פוליאלומיניום או קשתות נחושת, ושכבה חיצונית של PVC. השכבה החיצונית מגנה על הכבל מגורמים סביבתיים חיצוניים. כאשר מפעילים מתח על המוליך הפנימי, המגן נשאר במתח זניח.

עיצוב הציר מציע יתרונות משמעותיים. הוא מגביל שדות חשמליים ומגנטיים בתוך הדייאלקטרי, מזער דליפות מחוץ למגן. השכבות הרבות של המבודד מבלכות secara efektif medan elektromagnetik dan radiasi eksternal, mencegah interferensi. Karena konduktor dengan diameter yang lebih besar memiliki resistansi yang lebih rendah dan mengeluarkan kebocoran elektromagnetik yang lebih sedikit, dan isolasi tambahan lebih lanjut mengurangi kebocoran tersebut, kabel koaksial dengan beberapa lapisan isolasi sangat ideal untuk mentransmisikan sinyal lemah yang rentan terhadap interferensi.

מאפייני כבל מבודד

בהינתן שהתנגדות המבודד של כבל נקבעת על ידי מטרת העיצוב שלו, מהנדסים צריכים לשקול מספר גורמים בעתراح כבלים. למשל, כבלים ציריים דורשים מבודד נרחב למנוע הן דליפות חשמל והן יציאת קרינה אלקטרומגנטית, לעיתים כולל שניים, שלושה או אפילו ארבעה שכבות של מבודד. כבלים שונים מתוכננים עבור יישומים מגוונים, אך הם חולקים בדרך כלל את המאפיינים הבאים:

• עמידות לחום: מסוגל לעמוד בטמפרטורות גבוהות מבלי להתדרדר.

• התנגדות גבוהה למבודד: מזער דליפות זרם ומספק ביטחון חשמלי.

• עמידות מכנית: עמיד בפני חיתוכים, טריזים וגירודים, מבטיח אמינות ארוכת טווח.

• תכונות יוצאות מן הכלל: מציג תכונות מכניות וחשמליות מצוינות.

• עמידות כימית: עמיד בפני שמן, מסיסים וכימיקלים שונים.

• עמידות סביבתית: עמיד בפני אוזון ותנאי מזג אוויר, מתאים לשימוש בתוך ומחוץ לבית.