Zašto su kablovi izolovani

Zašto su kablusi izolovani? 

U modernim električnim sistemima, osim nadzemnih vodova visokog napona montiranih na električne stubove, skoro svi današnji kablusi u upotrebi su izolovani. Nivo otpora izolacije u kablu je složno povezan sa njegovom namenom. Izolacija služi mnogo ključnih funkcija. Pored smanjenja gubitaka energije okolišu, njen najvažniji zadatak je zaštita ljudskih života sprječavanjem elektrotrenja.

Elektricitet predstavlja značajan opasnost. Jedan slučajan kontakt sa živim vodom može imati fatale posljedice, ne ostavljajući prostor za drugi šansu. Naše tijela su djelomični vodiči elektriciteta. Kada dodirnemo vodilac - nosač struje, električna struja će teći iz vodioca u naše tijelo. S obzirom na ograničenu vodljivost našeg tijela, ne može efektivno raspršiti dolaznu struju. Kada količina struje premaši toleranciju našeg tijela, može dovesti do smrtnog ishoda.

Da bi se takve tragične nesreće sprečile u kućanstvu i industriji, izolacija kablusa postala je neophodan zahtjev. Izolacija djeluje kao barijera, sprječavajući curenje struje i osiguravajući da živi električni komponenti nisu dostupni, time eliminirajući rizik od elektrotrenja.

Šta je izolator?

Izolator je materijal ili supstanca koja otpire protoku topline i elektriciteta. Ova otpornost potječe od odsustva slobodno kretanja elektrona unutar materijala. Kada su vodilci pokriveni izolacionim materijalima, poput polivinil hlorida (PVC), kažemo da su izolovani. Ovaj proces, poznat kao izolacija, služi da spreči disipaciju električne energije i signala u okoliš.

Efekat temperature na izolacione materijale

Temperatura ima dubok uticaj na električna svojstva različitih materijala. U vodilcima, porast temperature dovodi do porasta otpora. Naprotiv, poluvodiči i izolatori pokazuju smanjenje otpora kako temperatura raste. Pod ekstremnim temperaturnim uvjetima, poluvodič može se pretvoriti u bolji vodilac, a izolator može čak pokazati ponašanje slično poluvodiču.

Otpor izolacije kablusa

Vodilci u kablusu su obloženi izolacijom odgovarajuće debljine kako bi se spriječilo curenje struje. Debljina izolacije određuje se namenom kablusa. U kablusu, put curenja struje je radijalni, a izolacija pruža radijalni otpor protoku struje duž cijele dužine.

Rins = ρdr/2πrl

Za jednosječivan kabel sa vodilcem poluprečnika r1, unutrašnjom omotnjom poluprečnika r2, dužinom l, i izolacionim materijalom s otpornostiom ρ, opseg vodilca je 2πr1. Diferencijalna debljina izolacije označena je kao dr. Otpor izolacije Rins može se izraziti kao:

Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]

Napomena, Rins je obrnuto proporcionalan dužini l kablusa, što se razlikuje od odnosa R=ρl za otpor vodilaca, gdje ρ predstavlja specifičnu konstantu materijala - otpornost.

Neki kablusi, poput koaksijalnih kablusa, imaju više slojeva izolacije i više jezgra. U koaksijalnim kablusima, centralni žice služi kao glavni vodilac. Dodatna jezgra dizajnirana su za svrhu zemljenja i zaštite od pobegla elektromagnetskih valova i zračenja. Koaksijalni kabel sastoji se od unutrašnjeg vodilca, obično od bakra zbog njegove niske vodljivosti (i ponekad plakiran za poboljšanu performansu), koji je obložen serijom izolacionih slojeva. Ovi slojevi često uključuju dielektrični materijal, foliju od aluminija ili mrežu od bakra, te vanjsku omotnicu od PVC. Vanjska omotnica štiti kabel od vanjskih faktora okruženja. Kada se napon primijeni na unutrašnji vodilac, štit ostaje na zanemarljivom naponu.

Koaksijalni dizajn nudi značajne prednosti. On ograničava električna i magnetna polja unutar dielektrika, minimizirajući curenje van štita. Višestruki slojevi izolacije efektivno blokiraju vanjska elektromagnetska polja i zračenja, sprečavajući interferenciju. Budući da vodilci većeg prečnika imaju niži otpor i emitiraju manje elektromagnetsko curenje, a dodatna izolacija dalje smanjuje takvo curenje, koaksijalni kablusi sa više slojeva izolacije su idealni za prijenos slabi signala koji su osjetljivi na interferenciju.

Osobine izolovanog kablusa

S obzirom da se otpor izolacije kablusa određuje njegovom dizajnerskom svrhom, inženjeri moraju uzeti u obzir nekoliko faktora prilikom dizajniranja kablusa. Na primjer, koaksijalni kablusi zahtijevaju ekstenzivnu izolaciju kako bi se spriječilo curenje snage i pobeg elektromagnetskog zračenja, često imaju dva, tri ili čak četiri sloja izolacije. Različiti kablusi su dizajnirani za različite primjene, ali općenito dele sledeće ključne osobine:

• Otpornost na toplinu: Mogućnost izdržavanja visokih temperatura bez degradacije.

• Visoki otpor izolacije: Minimizira curenje struje i osigurava električnu sigurnost.

• Mehanička otpornost: Otporna na rez, povrede i abraziju, osiguravajući dugoročnu pouzdanost.

• Izvanredne osobine: Pokazuje odlična mehanička i električna karakteristike.

• Hemijska otpornost: Otporna na ulje, rastvoritelje i razne hemikalije.

• Otpornost na okoliš: Neprovaljiva za ozon i vremenske uvjete, pogodna za upotrebu unutra i vani.