Kāpēc kabeļi ir izolēti?

Kāpēc kabeļi ir izolēti?

Mūsdienu elektriskajos sistēmās, izņemot elektro enerģijas pārnesanas kabeles, kas ierīkotas uz elektro stabiņiem, gandrīz visi šobrīd izmantotie kabeļi ir izolēti. Kabela izolācijas režģa pakāpe tieši saistīta ar tā paredzēto lietojumu. Iisolācija veic vairākas svarīgas funkcijas. Pārāk daudz enerģijas zaudējumi apkārtējā vidē, tā galvenais lomu ir cilvēku dzīvību aizsardzība, novēršot elektro šokus.

Elektrība rada nozīmīgu briesmu. Vienkārša neliela saskarsme ar darbības kabeli var radīt nāves sekas, neatstājot otru iespēju. Mūsu ķermenis ir daļējs elektrības vedējs. Kad mēs nonākam saskarē ar strāvas vedēju, elektriskā strāva plūs notiek no vedēja uz mūsu ķermeni. Ņemot vērā mūsu ķermeņa ierobežoto veduma spēju, tas nevar efektīvi sadalīt ieplūsto strāvu. Ja strāvas daudzums pārsniedz mūsu ķermeņa toleranci, tas var radīt nāves sekas.

Lai novērstu šādas tragiskas negadījumus mājsaimniecībās un rūpniecībā, kabeļu izolācija ir kļuvusi par būtisku prasību. Iisolācija darbojas kā barjera, novēršot strāvas izplešanos un nodrošinot, ka darbības elektriskie komponenti nav pieejami, tādējādi likvidējot elektro šoku risku.

Kas ir izolators?

Iisolators ir materiāls vai viela, kas pretojas siltuma un elektrības plūsmas gāšanai. Šis pretodrs ir saistīts ar brīvi kustīgāku elektronu trūkumu materiālā. Kad vedēji tiek apklāti ar izolējošiem materiāliem, piemēram, polivinilhlorīdu (PVC), tos sauc par izolētiem. Šis process, zināms kā izolācija, palīdz novērst elektriskās enerģijas un signālu izplešanos apkārtējā vidē.

Temperatūras ietekme uz izolētiem materiāliem

Temperatūra ievērojami ietekmē dažādu materiālu elektriskās īpašības. Vedējos temperatūras paaugstināšanās rada režģa palielināšanos. Savukārt pusvedēji un izolatori parāda režģa samazināšanos, kad temperatūra paaugstinās. Ekstrēmās temperatūras apstākļos pusvedējs var pārveidoties labākā vedējā, un izolatoris var pat parādīt pusvedēja raksturīgās īpašības.

Kabela izolācijas režģis

Kabeļu vedēji ir apklāti ar atbilstošu biezumu izolāciju, lai novērstu strāvas izplešanos. Iisolācijas biezums tiek noteikts atkarībā no kabela paredzētā lietojuma. Kabelī strāvas izplešanās ceļš ir radiālis, un izolācija piedāvā radiālo pretestību strāvas plūsmai visā tā garumā.

Rins = ρdr/2πrl

Vienkārša kodola kabelim ar vedēju, kam ir rādiuss r1, iekšējam mantai ar rādiusu r2, garums l un izolācijas materiāls ar režģa ρ, vedēja perimetrs ir 2πr1. Izolācijas diferenciālais biezums ir apzīmēts kā dr. Iisolācijas režģis Rins var tikt izteikts kā:

Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]

Jāatzīmē, ka Rins ir inversproporcionalā sakarība ar kabela garumu l, kas kontrastē ar attiecību R=ρl vedēja režģim, kur ρ apzīmē režģa, materiāla specifisku konstanti.

Daži kabeļi, piemēram, koaksialie kabeļi, ietver vairākus izolācijas slāņus un vairākus kodolus. Koaksialos kabeļos centrālais draudzis darbojas kā primārais vedējs. Papildu kodoli ir izstrādāti aizsargāšanas nolūkos un lai aizsargātu pret elektromagnētisko plūsmu un starojumu izplešanos. Koaksialais kabelis sastāv no iekšēja vedēja, parasti izgatavots no meda tā zema režģa dēļ (un dažreiz apmetināts, lai uzlabotu veiktspēju), kas ielemts vairākos izolācijas slāņos. Šie slāņi bieži ietver dielektrikālo materiālu, alūminija foliju vai meda virpes aizsargslāni un ārējo PVC mantu. Ārējā manta aizsargā kabeli no ārējiem vides faktoriem. Kad uz iekšējo vedēju tiek piestiprināts spriegums, aizsargslānis paliek ar mazu spriegumu.

Koaksialais dizains piedāvā nozīmīgas priekšrocības. Tas ierobežo elektriskos un magnētiskos laukus dielektrika iekšpusē, minimāli samazinot izplešanos aiz aizsargslāņa. Vairāki izolācijas slāņi efektīvi bloķē ārējos elektromagnētiskos laukus un starojumus, novēršot interferenci. Tā kā lielāka diametra vedējiem ir zemāks režģis un mazāk elektromagnētiska izplešanās, un papildu izolācija turpmāk samazina šo izplešanos, koaksialie kabeļi ar vairākiem izolācijas slāņiem ir ideāli vājiem signāliem, kas ir jūtīgi pret interferenci.

Iisolēta kabela īpašības

Ņemot vērā, ka kabela izolācijas režģis ir noteikts tā dizaina nolūkā, inženieri, izstrādājot kabeles, jāņem vērā vairāki faktori. Piemēram, koaksialie kabeļi prasa plašu izolāciju, lai novērstu gan enerģijas, gan elektromagnētisko starojumu izplešanos, parasti ietverot divus, trīs vai pat četrus izolācijas slāņus. Dažādi kabeļi ir izstrādāti dažādiem mērķiem, bet vispārīgi tie dalījas šādos galvenajos aspektos:

• Siltuma noturība: Spēj izturēt augstu temperatūru bez degradācijas.

• Augsts izolācijas režģis: Minimizē strāvas izplešanos un nodrošina elektrisko drošību.

• Mehāniskā ilgstošība: Spēj izturēt griešanos, straujumus un miers, nodrošinot ilgtermiņa uzticamību.

• Labas īpašības: Parāda lieliskas mehāniskas un elektriskas īpašības.

• Ķīmiskā noturība: Spēj izturēt naftas, solventus un dažādas ķīmiskas vielas.

• Vides noturība: Nepārtraukts pret ozonu un laika apstākļiem, piemērots gan iekšdarbībai, gan ārdarbībai.