Varför är kabler isolerade?

Varför är kablarna isolerade?

I moderna elektriska system, med undantag för överbryggande strömföringskabler monterade på elstolpar, är nästan alla idag använda kablar isolerade. Isoleringens resistans i ett kabel är noga kopplat till dess avsedda användning. Isolering har flera viktiga funktioner. Utöver att minimera energiförluster till omgivningen, är dess mest kritiska roll att skydda mänskliga liv genom att förhindra elektrisk stöt.

Elström utgör en betydande fara. En enda oavsiktlig kontakt med en live kabel kan ha dödlig konsekvens, utan möjlighet till andra chanser. Våra kroppar är delvis ledande för el. När vi kommer i kontakt med en strömbärande ledare, flödar elström från ledaren in i vår kropp. Givet vår kropps begränsade ledningsförmåga, kan den inte effektivt sprida den inkommande strömmen. När mängden ström överskrider vår kropps tolerans, kan det leda till en dödlig utfall.

För att förhindra sådana tragiska olyckor i hemmets och industrins miljö har kabelisolering blivit en nödvändig krav. Isolering fungerar som en barriär, förhindrar strömflöde och säkerställer att live elektriska komponenter inte är tillgängliga, vilket eliminerar risken för elektrisk stöt.

Vad är en isolator?

En isolator är ett material eller ämne som motstår värme- och elektricitetsflöde. Denna motståndskraft kommer från brist på fritt rörliga elektroner i materialet. När ledare täcks med isolerande material, såsom polyvinylklorid (PVC), sägs de vara isolerade. Denna process, känd som isolering, syftar till att förhindra att elektrisk energi och signaler sprids till omgivningen.

Temperaturens effekt på isolerade material

Temperatur har en djupgående påverkan på olika materials elektriska egenskaper. I ledare leder en temperaturökning till en ökad resistans. I motsats till detta visar halvledare och isolatorer en minskad resistans vid temperaturökning. Under extrema temperaturförhållanden kan en halvledare transformeras till en bättre ledare, och en isolator kan till och med visa halvledarliknande beteende.

Kabelns isoleringsresistans

Kabelledare är omgivna av isolering av lämplig tjocklek för att förhindra strömflöde. Tjockleken på isoleringen bestäms av kablens avsedda användning. I en kabel är strömflödets väg radiell, och isoleringen erbjuder radiell resistans mot strömflödet längs hela dess längd.

Rins = ρdr/2πrl

För en enkärslig kabel med en ledare av radie r1, en inre skiva av radie r2, längd l, och ett isolerande material med resistivitet ρ, är ledarens omkrets 2πr1. Den differentiella tjockleken av isoleringen betecknas dr. Isoleringsresistansen Rins kan uttryckas som:

Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]

Noterbart är att Rins är omvänt proportionell mot kablens längd l, vilket kontrasterar med förhållandet R=ρl för ledarresistans, där ρ representerar resistivitet, en materialspecifik konstant.

Vissa kablar, som coaxialkablar, har flera isoleringslager och flera kärnor. I coaxialkablar fungerar den centrala tråden som den primära ledaren. De ytterligare kärnorna är utformade för jordningsändamål och för att skydda mot flykt av elektromagnetiska vågor och strålning. En coaxialkabel består av en inre ledare, vanligtvis gjord av koppar på grund av dess låga resistivitet (och ibland belagt för förbättrad prestanda), insvept i en serie av isoleringslager. Dessa lager inkluderar ofta ett dielektriskt material, ett aluminiumfolie- eller koppartråds-skydd, och en yttre PVC-skiva. Den yttre skivan skyddar kabeln från externa miljöfaktorer. När spänning appliceras på den inre ledaren hålls skydden vid en försumbar spänning.

Coaxialdesignen erbjuder betydande fördelar. Den begränsar elektriska och magnetiska fält inom det dielektriska, vilket minimerar läckage utanför skydden. De flera isoleringslagen blockerar effektivt externa elektromagnetiska fält och strålning, vilket förhindrar interferens. Eftersom ledare med större diameter har lägre resistans och ger mindre elektromagnetisk läckage, och ytterligare isolering ytterligare minskar sådan läckage, är coaxialkablar med flera isoleringslager idealiska för att överföra svaga signaler som är känsliga för interferens.

Egenskaper hos en isolerad kabel

Eftersom isoleringsresistansen hos en kabel bestäms av dess designsyfte, måste ingenjörer ta hänsyn till flera faktorer när de utformar kablar. Coaxialkablar, till exempel, kräver omfattande isolering för att förhindra både energiläckage och flykt av elektromagnetisk strålning, och har ofta två, tre eller till och med fyra isoleringslager. Olika kablar är konstruerade för olika tillämpningar, men de delar generellt följande nyckelegenskaper:

• Hållbarhet mot höga temperaturer: Kan uthärda höga temperaturer utan att degraderas.

• Hög isoleringsresistans: Minimerar strömflöde och säkerställer elektrisk säkerhet.

• Mekanisk hållfasthet: Motståndskraft mot snitt, revor och nötning, vilket garanterar långsiktig tillförlitlighet.

• Utmärkta egenskaper: Visar utmärkta mekaniska och elektriska egenskaper.

• Kemisk resistans: Motståndskraft mot oljor, lösningsmedel och olika kemikalier.

• Miljöresiliens: Obegriplig för ozon och väderförhållanden, lämplig för både inomhus- och utomhusanvändning.