케이블이 왜 절연되는가
왜 케이블은 절연되어 있나요?
현대 전기 시스템에서 전기 기둥에 설치된 공중 전력 송전 케이블을 제외하고는 거의 모든 케이블이 절연되어 있습니다. 케이블의 절연 저항 정도는 그 사용 목적과 밀접하게 연결되어 있습니다. 절연은 여러 중요한 기능을 수행합니다. 주변으로의 에너지 손실을 최소화하는 것 외에도 가장 중요한 역할은 감전으로 인한 인명 사고를 방지하는 것입니다.
전기는 상당한 위험을 가지고 있습니다. 실수로 생선 케이블에 접촉하는 경우 치명적인 결과를 초래할 수 있으며, 두 번째 기회가 없습니다. 우리의 몸은 부분적으로 전기를 전도합니다. 전류를 운반하는 도체와 접촉하면 전류가 도체에서 우리 몸으로 흐릅니다. 우리 몸의 전도성이 제한적이므로 들어오는 전류를 효과적으로 분산할 수 없습니다. 전류 양이 우리 몸의 허용 범위를 초과하면 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다.
가정 및 산업 환경에서 이러한 비극적인 사고를 예방하기 위해 케이블 절연은 필수적 요건이 되었습니다. 절연은 장벽 역할을 하여 전류 누출을 방지하고 활성 전기 부품이 접근할 수 없도록 함으로써 감전 위험을 제거합니다.
절연체란 무엇인가요?
절연체는 열과 전기의 흐름을 저항하는 물질 또는 물질입니다. 이 저항은 물질 내부에 자유롭게 움직이는 전자가 부족하기 때문입니다. 도체가 폴리비닐 클로라이드(PVC)와 같은 절연 재료로 덮혀 있을 때, 이를 절연이라고 합니다. 이 과정은 절연이라고 불리며, 전기 에너지와 신호가 주변 환경으로 소산되는 것을 방지합니다.
온도가 절연 재료에 미치는 영향
온도는 다양한 재료의 전기적 특성에 큰 영향을 미칩니다. 도체에서는 온도 상승으로 인해 저항이 증가합니다. 반면, 반도체와 절연체는 온도가 상승할수록 저항이 감소합니다. 극단적인 온도 조건에서 반도체는 더 나은 도체로 변할 수 있고, 절연체는 반도체와 유사한 행동을 보일 수도 있습니다.
케이블의 절연 저항
C케이블 도체는 전류 누출을 방지하기 위해 적절한 두께의 절연재로 둘러싸여 있습니다. 절연재의 두께는 케이블의 사용 목적에 따라 결정됩니다. 케이블에서 전류 누출 경로는 방사형이며, 절연재는 전체 길이에 걸쳐 방사형 저항을 제공합니다.
Rins = ρdr/2πrl
반경 r1의 도체, 내부 셔트 반경 r2, 길이 l, 저항률 ρ의 절연 재료를 가진 단일 코어 케이블의 경우, 도체의 둘레는 2πr1입니다. 절연재의 차등 두께는 dr로 표시됩니다. 절연 저항 Rins는 다음과 같이 표현될 수 있습니다:
Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]
특히, Rins는 케이블의 길이 l에 반비례하며, 이는 도체 저항 R=ρl 관계와 대조되며, 여기서 ρ는 재료별 상수인 저항률을 나타냅니다.
동축 케이블과 같은 일부 케이블은 여러 개의 절연층과 다중 코어를 갖추고 있습니다. 동축 케이블에서 중앙 선은 주 도체 역할을 합니다. 추가 코어는 접지 용도와 전자기파 및 방사선의 탈출 방지를 위해 설계되었습니다. 동축 케이블은 저저항성을 가지는 구리를 주로 사용하여 만들어진 내부 도체, 종종 성능 향상을 위해 도금된 내부 도체, 일련의 절연층으로 구성됩니다. 이러한 층에는 디일렉트릭 재료, 알루미늄 호일 또는 구리 스트랜드 쉴드, 그리고 외부 PVC 셔트가 포함될 수 있습니다. 외부 셔트는 케이블을 외부 환경 요인으로부터 보호합니다. 내부 도체에 전압이 가해지면, 쉴드는 거의 무시할 수 있는 전압을 유지합니다.
동축 설계는 중요한 장점을 제공합니다. 디일렉트릭 내부에 전기 및 자기장을 가두어 쉴드 외부로의 누출을 최소화합니다. 여러 개의 절연층은 외부 전자기장 및 방사선을 효과적으로 차단하여 간섭을 방지합니다. 직경이 큰 도체는 저항이 낮고 전자기 누출이 적으며, 추가 절연은 이러한 누출을 더욱 줄입니다. 따라서 다중 절연층을 가진 동축 케이블은 간섭에 취약한 약한 신호를 전송하기에 이상적입니다.
절연 케이블의 특징
케이블의 절연 저항이 설계 목적에 따라 결정되기 때문에 엔지니어들은 케이블 설계 시 여러 요소를 고려해야 합니다. 예를 들어, 동축 케이블은 전력 누출과 전자기파 탈출을 방지하기 위해 광범위한 절연이 필요하며, 종종 두 개, 세 개, 심지어 네 개의 절연층을 갖추고 있습니다. 다른 케이블은 다양한 용도로 설계되었지만, 일반적으로 다음과 같은 주요 특징을 공유합니다:
내열성: 높은 온도에서도 변질되지 않음.
높은 절연 저항: 전류 누출을 최소화하고 전기 안전을 보장함.
기계적 내구성: 잘라짐, 찢어짐, 마모에 강하므로 장기적인 신뢰성을 보장함.
우수한 특성: 뛰어난 기계적 및 전기적 특성을 보임.
화학적 저항성: 기름, 용매, 다양한 화학물질에 저항적임.
환경적 내구성: 오존과 날씨 조건에 견디며, 실내외 모두 사용 가능함.
