Miért vannak izoláltá kábelek?

Miért vannak elhárítva a kábelek?

A modern elektrikus rendszerekben, a villamosívrakosokon található, elektromos oszlopokra raktatott átmeneti kábelek kivételével, majdnem minden ma használt kábel elhárításra kerül. A kábel elhárításának ellenállása összetett módon kötődik a kábel előre megtervezett alkalmazáshoz. Az elhárítás több fontos funkciót is ellátja. Többletre a környezetre irányuló energia elvesztés minimalizálása mellett legfontosabb szerepe az emberi életek megvédése, az elektromossági sérülések elkerülése.

Az elektromosság jelentős veszélyt jelent. Egyetlen véletlen érintés egy élő kábellel halálos következményekkel járhat, nincs második esély. Testünk részleges vezetője az elektromosságnak. Amikor kapcsolatba kerülünk egy áramot vezető vezetékkel, az áram áthalad a vezetékből a testünkbe. Mivel a testünk korlátozott vezetőképességű, nem tudja hatékonyan lebontani a bejövő áramot. Ha az áram mennyisége meghaladja a testünk toleranciáját, halálos eredményhez tarthat.

Ezen tragikus balesetek elkerülése érdekében, otthoni és ipari környezetben, a kábel elhárítása alapvetően fontos lett. Az elhárítás akadályként működik, megakadályozza az áram elvesztését, és biztosítja, hogy az élő elektromos elemek ne legyenek hozzáférhetőek, így kiküszöbözi az elektromossági sérülések kockázatát.

Mi az elhárítóanyag?

Az elhárítóanyag olyan anyag vagy anyag, amely ellenáll a hő- és elektromossági áramlásnak. Ez az ellenállás a szabad mozgó elektronok hiányából ered. Amikor a vezetőket, például polivinilklór (PVC) ilyen elhárítóanyaggal borítják, akkor azt mondjuk, hogy elhárították őket. Ez a folyamat, amit elhárításnak nevezünk, annak célja, hogy megakadályozza az elektromos energiát és jeleket abban, hogy a környezetbe terjedjenek.

A hőmérséklet hatása az elhárítóanyagra

A hőmérséklet mélyen befolyásolja az elektromos tulajdonságokat különböző anyagoknál. A vezetők esetén a hőmérséklet emelkedése növeli az ellenállást. Ellenben a féligvezetők és elhárítóanyagok esetén a hőmérséklet emelkedése csökkenti az ellenállást. Szélsőséges hőmérsékleti körülmények között egy féligvezető jobb vezetővé válhat, és egy elhárítóanyag még féligvezető-szerű viselkedést is mutathat.

A kábel elhárítási ellenállása

A kábel vezetőit megfelelő vastagságú elhárítóanyaggal borítják, hogy megakadályozzák az áram elvesztését. Az elhárítóanyag vastagsága a kábel előre megtervezett használatától függ. Egy kábelben az áram elvesztési útvonala sugárirányú, és az elhárítóanyag sugárirányú ellenállást nyújt az áram teljes hosszúságú áramlásával szemben.

Rins = ρdr/2πrl

Egy egyszerteves kábel esetén, amelynek vezetőjének sugara r1, belső burkolata sugara r2, hossza l, és az elhárítóanyag ellenállási tényezője ρ, a vezető kerülete 2πr1. Az elhárítóanyag differenciális vastagsága dr. Az elhárítási ellenállás Rins a következőképpen fejezhető ki:

Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]

Megjegyzendő, hogy a Rins fordított arányban áll a kábel hosszával, ami ellentmond a vezető ellenállás R=ρl kapcsolatának, ahol ρ az ellenállási tényező, anyagspecifikus állandó.

Néhány kábel, mint például a koaxiális kábelek, több elhárító réteggel és több vezetővel rendelkezik. A koaxiális kábelek esetén a középső drótként szolgáló vezető a fő vezető. A további vezetők a földelésre és az elektromágneses hullámok és sugárzás menekülésének megelőzésére vannak tervezve. A koaxiális kábel egy belső vezetőből áll, amely általában réz, mivel alacsony ellenállása miatt (és néha javított teljesítmény érdekében felülről lapozott), amelyet több elhárító réteg vesz körül. Ezek a rétegek gyakran tartalmazzák a dielektrikus anyagot, az alumínium foliót vagy réz szálú pajzsot, valamint a külső PVC burkolatot. A külső burkolat védi a kábelet a környezeti tényezőkkel szemben. Amikor feszültséget adjunk a belső vezetőhöz, a pajzs negligeálható feszültségen van.

A koaxiális szerkezet jelentős előnyökkel jár. Bezárja az elektromos és mágneses mezőket a dielektrikus anyagban, minimalizálva a sugárzást a pajzsön kívül. A több rétegű elhárítás hatékonyan blokkolja a külső elektromágneses mezőket és sugárzásokat, megelőzve a zavarokat. Mivel a nagyobb átmérőjű vezetők alacsonyabb ellenállásúak és kevesebb elektromágneses sugárzást adnak ki, és a további elhárítás tovább csökkenti ezt a sugárzást, a több rétegű elhárítással rendelkező koaxiális kábelek ideálisak a zavartalanítandó gyenge jelek továbbításához.

Az elhárított kábel jellemzői

Mivel a kábel elhárítási ellenállása a tervezési céltól függ, az inženerek számos tényezőt figyelembe kell venniük a kábelek tervezésekor. Például a koaxiális kábelek esetén szükség van jelentős elhárításra, hogy megakadályozzák az áram elvesztését és az elektromágneses sugárzás menekülését, gyakran két, három, vagy akár négy rétegű elhárítással rendelkeznek. Különböző kábelek különböző alkalmazásokra vannak tervezve, de általában a következő kulcsfontosságú jellemzőket osztják meg:

• Hőmérséklet-ellenállás: Meg tudja állni a magas hőmérsékleteket anélkül, hogy romlandana.

• Magas elhárítási ellenállás: Minimális áram elvesztést biztosít, garantálva az elektromos biztonságot.

• Mechanikai tartóság: Vágás, szakadás és súrolódás ellenálló, hosszú távú megbízhatóságot biztosít.

• Kiemelkedő tulajdonságok: Kiváló mechanikai és elektromos jellemzőket mutat.

• Kémiai ellenállás: Olajok, oldószer és különböző kémiai anyagok ellenálló.

• Környezeti ellenállás: Ozon és időjárási körülmények ellenálló, belső és külső használatra is alkalmas.