Por que os cabos são isolados?

Por que os cabos são isolados?

Nos sistemas elétricos modernos, com exceção dos cabos de transmissão aéreos montados em postes elétricos, praticamente todos os cabos em uso hoje são isolados. O grau de resistência ao isolamento em um cabo está intimamente ligado à sua aplicação pretendida. O isolamento serve múltiplas funções críticas. Além de minimizar as perdas de energia para o ambiente, seu papel mais crucial é proteger vidas humanas, prevenindo eletrocuções.

A eletricidade representa um perigo significativo. Um único contato acidental com um cabo vivo pode ter consequências fatais, não deixando margem para uma segunda chance. Nossos corpos são condutores parciais de eletricidade. Quando entramos em contato com um condutor portador de corrente, a corrente elétrica fluirá do condutor para nosso corpo. Dada a baixa condutividade do nosso corpo, ele não consegue dissipar efetivamente a corrente entrante. Quando a quantidade de corrente excede a tolerância do nosso corpo, pode resultar em um desfecho fatal.

Para prevenir tais acidentes trágicos em ambientes domésticos e industriais, o isolamento de cabos se tornou um requisito essencial. O isolamento atua como uma barreira, impedindo o vazamento de corrente e garantindo que os componentes elétricos vivos não sejam acessíveis, eliminando assim o risco de eletrocução.

O que é um Isolante?

Um isolante é um material ou substância que resiste ao fluxo de calor e eletricidade. Esta resistência decorre da ausência de elétrons livres no material. Quando os condutores são cobertos com materiais isolantes, como cloridrato de polivinila (PVC), diz-se que estão isolados. Este processo, conhecido como isolamento, serve para prevenir a dissipação de energia e sinais elétricos no ambiente circundante.

Efeito da Temperatura nos Materiais Isolantes

A temperatura tem um impacto profundo nas propriedades elétricas de diferentes materiais. Nos condutores, um aumento na temperatura leva a um aumento na resistência. Em contraste, semicondutores e isolantes apresentam uma diminuição na resistência à medida que a temperatura aumenta. Sob condições de temperatura extrema, um semicondutor pode transformar-se em um condutor melhor, e um isolante pode até exibir comportamento semicondutor.

Resistência ao Isolamento de um Cabo

Os condutores de cabos são revestidos com isolamento de espessura adequada para prevenir o vazamento de corrente. A espessura do isolamento é determinada pela finalidade do cabo. Em um cabo, o caminho do vazamento de corrente é radial, e o isolamento oferece resistência radial ao fluxo de corrente ao longo de todo o seu comprimento.

Rins = ρdr/2πrl

Para um cabo monofilar com um condutor de raio r1, uma capa interna de raio r2, comprimento l, e um material de isolamento com resistividade ρ, a circunferência do condutor é 2πr1. A espessura diferencial do isolamento é denotada como dr. A resistência ao isolamento Rins pode ser expressa como:

Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]

Notavelmente, Rins é inversamente proporcional ao comprimento l do cabo, o que contrasta com a relação R=ρl para a resistência do condutor, onde ρ representa a resistividade, uma constante específica do material.

Alguns cabos, como os cabos coaxiais, possuem múltiplas camadas de isolamento e múltiplos núcleos. Nos cabos coaxiais, o fio central serve como o condutor principal. Os núcleos adicionais são projetados para fins de aterramento e para proteger contra a fuga de ondas eletromagnéticas e radiação. Um cabo coaxial consiste em um condutor interno, geralmente feito de cobre devido à sua baixa resistividade (e às vezes revestido para melhor desempenho), encoberto por uma série de camadas de isolamento. Essas camadas frequentemente incluem um material dielétrico, uma folha de alumínio ou um escudo de fios de cobre, e uma capa externa de PVC. A capa externa protege o cabo de fatores ambientais externos. Quando uma tensão é aplicada ao condutor interno, o escudo permanece em uma tensão negligenciável.

O design coaxial oferece vantagens significativas. Ele confina os campos elétricos e magnéticos dentro do dielétrico, minimizando o vazamento fora do escudo. As múltiplas camadas de isolamento bloqueiam efetivamente os campos eletromagnéticos e a radiação externa, prevenindo interferências. Como condutores com maiores diâmetros têm menor resistência e emitem menos vazamento eletromagnético, e o isolamento adicional reduz ainda mais esse vazamento, cabos coaxiais com múltiplas camadas de isolamento são ideais para transmitir sinais fracos que são vulneráveis a interferências.

Características de um Cabo Isolado

Dado que a resistência ao isolamento de um cabo é determinada por seu propósito de design, os engenheiros devem considerar vários fatores ao projetar cabos. Por exemplo, cabos coaxiais requerem isolamento extenso para prevenir tanto o vazamento de energia quanto a fuga de radiação eletromagnética, frequentemente apresentando duas, três ou até quatro camadas de isolamento. Diferentes cabos são projetados para diversas aplicações, mas geralmente compartilham as seguintes características-chave:

• Resistência ao Calor: Capaz de suportar altas temperaturas sem degradar.

• Alta Resistência ao Isolamento: Minimiza o vazamento de corrente e garante a segurança elétrica.

• Durabilidade Mecânica: Resistente a cortes, rasgos e abrasão, garantindo confiabilidade a longo prazo.

• Propriedades Superiores: Exibe excelentes características mecânicas e elétricas.

• Resistência Química: Resistente a óleos, solventes e diversos produtos químicos.

• Resiliência Ambiental: Imune a ozônio e condições climáticas, adequado para uso interno e externo.