Hvorfor er kabler isolert?

Hvorfor er kabler isolert?

I moderne elektriske systemer, unntatt overføringskabler i luft montert på elektriske stolper, er nesten alle kabler i bruk i dag isolert. Grad av isolasjonsmotstand i en kabel er nøye knyttet til dens bestemmelse. Isolasjon har flere viktige funksjoner. I tillegg til å minimere energitap til omgivelsene, er den mest kritiske rolle å beskytte menneskeliv ved å forhindre elektriske støt.

Elektrisitet utgjør en betydelig fare. En eneste uhellaktig kontakt med en live kabel kan ha dødelige konsekvenser, uten rom for andre sjanser. Våre kropper er delvis ledere av elektrisitet. Når vi kommer i kontakt med en strømfører, vil elektrisk strøm flyte fra lederen inn i kroppen vår. Gitt vår kropps begrenset ledeevne, kan den ikke effektivt spre den innkomne strømmen. Når mengden strøm overstiger vår kropps toleranse, kan det føre til en dødelig utgang.

For å forhindre slike tragiske ulykker i hjemlige og industrielle miljøer, har kabelforhold blitt et essensielt krav. Isolasjon fungerer som en barriere, forhindrer strømlekasje og sikrer at live elektriske komponenter ikke er tilgjengelige, dermed eliminere risikoen for elektriske støt.

Hva er en isolator?

En isolator er et materiale eller stoff som motsetter seg varme- og elektrisitetsflyt. Denne motstanden skyldes mangel på frie bevegelige elektroner i materialet. Når ledere dekkes med isolerende materialer, som polyvinylklorid (PVC), sies de å være isolerte. Denne prosessen, kjent som isolering, bidrar til å forhindre at elektrisk energi og signaler spres ut i omgivelsene.

Effekten av temperatur på isolerte materialer

Temperatur har en betydelig innvirkning på de elektriske egenskapene til ulike materialer. I ledere fører en økning i temperatur til en økning i motstand. Imidlertid viser halvledere og isolatorer en reduksjon i motstand når temperaturen stiger. Under ekstreme temperaturforhold kan en halvleder transformeres til en bedre leder, og en isolator kan endog vise halvleder-lignende egenskaper.

Isolasjonsmotstand hos en kabel

Kableledere er omsluttet av isolasjon av passende tykkelse for å forhindre strømlekasje. Tykkelsen på isolasjonen fastsettes av kablenes bestemmelse. I en kabel er strømlekasjeveien radiell, og isolasjonen gir radiell motstand mot strømflyt langs hele lengden.

Rins = ρdr/2πrl

For en enkorkabel med en leder med radius r1, en indre skall med radius r2, lengde l, og et isoleringsmateriale med resistivitet ρ, er omkretsen av lederen 2πr1. Differensialtykkelsen av isolasjonen angis som dr. Isolasjonsmotstanden Rins kan uttrykkes som:

Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]

Merkverdig er Rinss motsatt proporsjonal med lengden l av kabelen, noe som skiller seg fra forholdet R=ρl for ledermotstand, hvor ρ representerer resistivitet, en materiale-spesifikk konstant.

Noen kabler, som koaksialkabler, har flere isolerende lag og flere kjerner. I koaksialkabler fungerer den sentrale tråden som hovedleder. De ytterligere kjernene er designet for jordningsformål og for å skjerme mot slipp av elektromagnetiske bølger og stråling. En koaksialkabel består av en indre leder, ofte laget av kobber på grunn av sin lave resistivitet (og noen ganger belagt for forbedret ytelse), innskrevet i en rekke isolerende lag. Disse lagene inkluderer ofte et dielektrisk materiale, en aluminiumsfolie eller kobbertrådskjede, samt en ytre PVC-skall. Den ytre skallen beskytter kabelen mot eksterne miljøfaktorer. Når en spenning settes på den indre ledaren, holder skjermen seg ved en ubetydelig spenning.

Koaksialdesignet gir betydelige fordeler. Det inneholder elektriske og magnetiske felt innenfor dielektrikum, minimerer lekkasje utenfor skjermen. De flere isoleringslagene blokkerer effektivt eksterne elektromagnetiske felt og stråling, forebygger interferens. Ettersom ledere med større diameter har lavere motstand og slipper mindre elektromagnetisk lekkasje, og ekstra isolasjon videre reduserer slik lekkasje, er koaksialkabler med flere isoleringslag ideelle for overføring av svake signaler som er sårbare for interferens.

Egenskaper ved en isolert kabel

Ettersom isolasjonsmotstanden til en kabel er bestemt av dens designformål, må ingeniører ta hensyn til flere faktorer når de designer kabler. Koaksialkabler, for eksempel, krever omfattende isolasjon for å forhindre både strømlekasje og slipp av elektromagnetisk stråling, ofte med to, tre eller selv fire isoleringslag. Forskjellige kabler er designet for diverse formål, men de deler generelt følgende nøkkelfunksjoner:

• Varmestabilitet: Kan tåle høye temperaturer uten å degradere.

• Høy isolasjonsmotstand: Minimerer strømlekasje og sikrer elektrisk sikkerhet.

• Mekanisk holdbarhet: Motstandsdyktig mot klipp, revner og slitasje, sikrer langtidsholdbarhet.

• Superior egenskaper: Viser fremragende mekaniske og elektriske egenskaper.

• Kjemisk motstand: Motstandsdyktig mot oljer, løsemidler og ulike kjemikalier.

• Miljøbestandighet: Tetter mot ozon og værforhold, egnet for både innendørs og utendørs bruk.