Чому кабелі ізольовані

Чому кабелі ізольовані?

У сучасних електричних системах, за винятком підвісних ліній електропередач, що монтується на електричних стовпах, майже всі кабелі, які використовуються сьогодні, ізольовані. Ступінь опору ізоляції кабелю тісно пов'язана з його призначенням. Ізоляція виконує кілька важливих функцій. Окрім мінімізації втрат енергії до оточення, її найважливіша роль полягає у забезпеченні безпеки людських життів, запобігаючи електротравматизмам.

Електрика становить значну небезпеку. Одна невипадкова дотик до живого кабелю може мати летальні наслідки, не залишаючи місця для другого шансу. Наші тіла є частковими провідниками електрики. Коли ми дотикаємося до провідника, що переносить струм, електричний струм потече з провідника в наш організм. З урахуванням обмеженої провідності нашого тіла, воно не може ефективно розповсюджувати надходящий струм. Коли кількість струму перевищує терпимість нашого тіла, це може призвести до летального результату.

Для запобігання таких трагічних випадків в домашніх та промислових умовах, ізоляція кабелів стала важливим вимогам. Ізоляція діє як бар'єр, запобігаючи витоку струму та забезпечуючи, що живі електричні компоненти недоступні, таким чином, елімінується ризик електротравматизмів.

Що таке ізолятор?

Ізолятор - це матеріал або речовина, що протистоять потоку тепла та електрики. Цей опір виникає через відсутність вільно переміщуваних електронів у матеріалі. Коли провідники покриваються ізоляційними матеріалами, такими як поліхлорвинил (ПХВ), кажуть, що вони ізольовані. Цей процес, відомий як ізоляція, служить для запобігання розсіюванню електроенергії та сигналів в оточуюче середовище.

Вплив температури на ізоляційні матеріали

Температура має глибокий вплив на електричні властивості різних матеріалів. У провідників зростання температури призводить до збільшення опору. Навпаки, напівпровідники та ізолятори демонструють зменшення опору зі зростанням температури. При екстремальних температурних умовах напівпровідник може перетворитися на кращий провідник, а ізолятор може навіть проявляти поведінку, подібну до напівпровідника.

Опор ізоляції кабелю

Кондуктори кабелів огортаються ізоляцією відповідної товщини, щоб запобігти витоку струму. Товщина ізоляції визначається призначенням кабелю. У кабелі, шлях витоку струму радіальний, і ізоляція надає радіальний опір потоку струму вздовж всього його довжини.

Rins = ρdr/2πrl

Для одноядерного кабелю з кондуктором радіуса r1, внутрішнім шаром радіуса r2, довжиною l, і матеріалом ізоляції з опором ρ, периметр кондуктора становить 2πr1. Диференційна товщина ізоляції позначена як dr. Опор ізоляції Rins може бути виражений як:

Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]

Зазначимо, що Rins зворотньо пропорційний довжині l кабелю, що контрастує зі співвідношенням R=ρl для опору провідника, де ρ представляє опір, специфічний для матеріалу.

Деякі кабелі, такі як коаксіальні кабелі, мають кілька ізоляційних шарів і кілька ядер. У коаксіальних кабелях, центральний дріт служить основним провідником. Додаткові ядра призначені для заземлення та захисту від втечі електромагнітних хвиль та радіації. Коаксіальний кабель складається з внутрішнього провідника, зазвичай зробленого з міді через її низький опір (і іноді плакований для покращення продуктивності), огорнутого рядом ізоляційних шарів. Ці шари часто включають діелектричний матеріал, алюмінієву фольгу або медну стрічкову екрану, та зовнішню ПХВ оболонку. Зовнішня оболонка захищає кабель від зовнішніх факторів середовища. Коли на внутрішній провідник застосовується напруга, екран залишається на мізерному напрузі.

Коаксіальний дизайн має значні переваги. Він обмежує електричні та магнітні поля всередині діелектрика, мінімізуючи втечу поза екраном. Кілька шарів ізоляції ефективно блокують зовнішні електромагнітні поля та радіацію, запобігаючи інтерференції. Оскільки провідники з більшим діаметром мають нижчий опір та випромінюють менше електромагнітної втечі, а додаткова ізоляція ще більше зменшує таку втечу, коаксіальні кабелі з кількома шарами ізоляції є ідеальними для передачі слабких сигналів, які вразливі до інтерференції.

Особливості ізольованого кабелю

Оскільки опір ізоляції кабелю визначається його проектуванням, інженери повинні враховувати кілька факторів при проектуванні кабелів. Наприклад, коаксіальні кабелі потребують розширеної ізоляції, щоб запобігти втечі електроенергії та електромагнітного випромінювання, часто маючи два, три або навіть чотири шари ізоляції. Різні кабелі проектуються для різноманітних застосувань, але вони загалом мають наступні ключові особливості:

• Термостійкість: Здатність витривати високі температури без вироблення.

• Високий опір ізоляції: Мінімізує виток струму та забезпечує електричну безпеку.

• Механічна стійкість: Стійкий до різання, розривів та абразивних впливів, забезпечуючи довготривалу надійність.

• Надзвичайні властивості: Володіє відмінними механічними та електричними характеристиками.

• Хімічна стійкість: Стійкий до масел, растворителів та різних хімічних речовин.

• Стійкість до навколишнього середовища: Не проникливий до озону та погодних умов, придатний для використання як в приміщеннях, так і на вулиці.