Mengapa Kabel Diperlukan Isolasi

Mengapa Kabel Diperlukan Isolasi?

Dalam sistem listrik modern, kecuali kabel transmisi tenaga listrik yang dipasang di tiang listrik, hampir semua kabel yang digunakan saat ini diberi isolasi. Tingkat resistansi isolasi dalam kabel sangat terkait dengan aplikasi yang dimaksud. Isolasi memiliki beberapa fungsi kritis. Selain meminimalkan kerugian energi ke lingkungan, peran paling pentingnya adalah melindungi nyawa manusia dengan mencegah sengatan listrik.

Listrik menimbulkan bahaya yang signifikan. Kontak tidak sengaja dengan kabel hidup dapat berakibat fatal, tanpa memberikan kesempatan kedua. Tubuh kita adalah konduktor listrik parsial. Ketika kita bersentuhan dengan konduktor yang membawa arus, arus listrik akan mengalir dari konduktor ke tubuh kita. Mengingat konduktivitas tubuh kita yang terbatas, tidak dapat secara efektif mendispersikan arus masuk. Ketika jumlah arus melebihi toleransi tubuh, hal ini dapat mengakibatkan hasil yang fatal.

Untuk mencegah kecelakaan tragis seperti itu di lingkungan domestik dan industri, isolasi kabel telah menjadi persyaratan yang penting. Isolasi bertindak sebagai penghalang, mencegah kebocoran arus dan memastikan bahwa komponen listrik hidup tidak dapat diakses, sehingga menghilangkan risiko sengatan listrik.

Apa itu Isolator?

Isolator adalah bahan atau zat yang menolak aliran panas dan listrik. Ketahanan ini berasal dari ketiadaan elektron bebas yang bergerak dalam bahan tersebut. Ketika konduktor ditutupi dengan bahan isolasi, seperti polivinil klorida (PVC), dikatakan bahwa mereka terisolasi. Proses ini, yang dikenal sebagai isolasi, bertujuan untuk mencegah energi listrik dan sinyal didispersikan ke lingkungan sekitar.

Pengaruh Suhu pada Bahan Terisolasi

Suhu memiliki dampak yang signifikan pada sifat listrik bahan yang berbeda. Pada konduktor, peningkatan suhu menyebabkan peningkatan resistansi. Sebaliknya, semikonduktor dan isolator menunjukkan penurunan resistansi seiring dengan meningkatnya suhu. Dalam kondisi suhu ekstrem, semikonduktor dapat berubah menjadi konduktor yang lebih baik, dan isolator bahkan dapat menunjukkan perilaku seperti semikonduktor.

Resistansi Isolasi Kabel

Konduktor kabel dibungkus dengan isolasi dengan ketebalan yang sesuai untuk mencegah kebocoran arus. Ketebalan isolasi ditentukan oleh tujuan penggunaan kabel. Dalam kabel, jalur kebocoran arus adalah radial, dan isolasi memberikan resistansi radial terhadap aliran arus sepanjang seluruh panjangnya.

Rins = ρdr/2πrl

Untuk kabel satu inti dengan konduktor berjari-jari r1, selubung internal berjari-jari r2, panjang l, dan bahan isolasi dengan resistivitas ρ, keliling konduktor adalah 2πr1. Ketebalan diferensial isolasi dinyatakan sebagai dr. Resistansi isolasi Rins dapat dinyatakan sebagai:

Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]

Perlu dicatat, Rins berbanding terbalik dengan panjang l kabel, yang berbeda dengan hubungan R=ρl untuk resistansi konduktor, di mana ρ mewakili resistivitas, konstanta spesifik bahan.

Beberapa kabel, seperti kabel koaksial, memiliki lapisan isolasi dan inti ganda. Pada kabel koaksial, kawat pusat berfungsi sebagai konduktor utama. Inti tambahan dirancang untuk tujuan grounding dan untuk melindungi terhadap pelarian gelombang elektromagnetik dan radiasi. Kabel koaksial terdiri dari konduktor dalam, biasanya terbuat dari tembaga karena resistivitasnya rendah (dan terkadang dilapisi untuk kinerja yang lebih baik), yang dibungkus dalam serangkaian lapisan isolasi. Lapisan-lapisan ini sering termasuk bahan dielektrik, pelindung aluminium foil atau kawat tembaga, dan selubung PVC luar. Selubung luar melindungi kabel dari faktor lingkungan eksternal. Ketika tegangan diterapkan pada konduktor dalam, pelindung tetap pada tegangan yang sangat kecil.

Desain koaksial menawarkan keuntungan yang signifikan. Ia membatasi medan listrik dan magnetik dalam dielektrik, meminimalkan kebocoran di luar pelindung. Lapisan isolasi ganda secara efektif memblokir medan elektromagnetik dan radiasi eksternal, mencegah gangguan. 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 lapisan isolasi ganda sangat ideal untuk mentransmisikan sinyal lemah yang rentan terhadap gangguan.

Fitur Kabel Terisolasi

Mengingat resistansi isolasi kabel ditentukan oleh tujuan desainnya, insinyur harus mempertimbangkan beberapa faktor saat merancang kabel. Misalnya, kabel koaksial memerlukan isolasi yang luas untuk mencegah kebocoran daya dan pelarian radiasi elektromagnetik, sering kali memiliki dua, tiga, atau bahkan empat lapisan isolasi. Kabel-kabel yang berbeda dirancang untuk aplikasi yang beragam, tetapi umumnya memiliki fitur-fitur kunci berikut:

• Tahan Panas: Mampu menahan suhu tinggi tanpa mengalami degradasi.

• Resistansi Isolasi Tinggi: Meminimalkan kebocoran arus dan memastikan keselamatan listrik.

• Ketahanan Mekanis: Tahan terhadap pemotongan, sobekan, dan abrasi, memastikan keandalan jangka panjang.

• Sifat Superior: Menunjukkan karakteristik mekanis dan listrik yang luar biasa.

• Tahan Kimia: Tahan terhadap minyak, pelarut, dan berbagai bahan kimia.

• Ketahanan Lingkungan: Tidak terpengaruh oleh ozon dan kondisi cuaca, cocok untuk penggunaan indoor dan outdoor.