Tại sao dây cáp được cách điện?
Tại sao Dây dẫn Cần được Cách điện?
Trong các hệ thống điện hiện đại, ngoại trừ các dây dẫn truyền điện trên không được lắp đặt trên cột điện, hầu hết tất cả các dây dẫn đang được sử dụng ngày nay đều được cách điện. Độ kháng cách điện của một dây dẫn liên quan chặt chẽ đến mục đích sử dụng của nó. Cách điện có nhiều chức năng quan trọng. Ngoài việc giảm thiểu tổn thất năng lượng ra môi trường xung quanh, vai trò quan trọng nhất của nó là bảo vệ mạng sống con người bằng cách ngăn chặn nguy cơ bị điện giật.
Điện mang lại mối nguy hiểm đáng kể. Một lần tiếp xúc vô tình với dây dẫn có điện có thể dẫn đến hậu quả tử vong, không cho phép có cơ hội thứ hai. Cơ thể chúng ta là chất bán dẫn điện. Khi chúng ta tiếp xúc với dây dẫn mang dòng điện, dòng điện sẽ chảy từ dây dẫn vào cơ thể. Do khả năng dẫn điện hạn chế của cơ thể, nó không thể phân tán hiệu quả dòng điện đi vào. Khi lượng điện vượt quá khả năng chịu đựng của cơ thể, điều này có thể dẫn đến kết cục chết người.
Để ngăn chặn những tai nạn bi thảm như vậy trong các môi trường gia đình và công nghiệp, cách điện dây dẫn đã trở thành yêu cầu thiết yếu. Cách điện hoạt động như một rào cản, ngăn chặn sự rò rỉ dòng điện và đảm bảo rằng các bộ phận điện có điện không thể tiếp cận, do đó loại bỏ nguy cơ bị điện giật.
Cách điện Là Gì?
Cách điện là vật liệu hoặc chất chống lại sự truyền nhiệt và điện. Sự kháng cự này bắt nguồn từ sự thiếu hụt các electron tự do di chuyển trong vật liệu. Khi các dây dẫn được bọc bởi các vật liệu cách điện, như polyvinyl clorua (PVC), chúng được gọi là được cách điện. Quá trình này, được gọi là cách điện, nhằm ngăn chặn năng lượng điện và tín hiệu thoát ra môi trường xung quanh.
Tác động của Nhiệt độ lên Vật liệu Cách điện
Nhiệt độ có tác động sâu sắc đến các tính chất điện của các vật liệu khác nhau. Trong các dây dẫn, sự tăng nhiệt độ dẫn đến sự tăng kháng. Ngược lại, các bán dẫn và cách điện thể hiện sự giảm kháng khi nhiệt độ tăng. Trong điều kiện nhiệt độ cực đoan, một bán dẫn có thể biến thành một dây dẫn tốt hơn, và một cách điện có thể thậm chí thể hiện hành vi giống bán dẫn.
Kháng Cách điện của Dây dẫn
Dây dẫn được bọc trong cách điện có độ dày phù hợp để ngăn chặn sự rò rỉ dòng điện. Độ dày của cách điện được xác định bởi mục đích sử dụng của dây dẫn. Trong một dây dẫn, đường đi của dòng điện rò rỉ là theo hướng kính, và cách điện cung cấp kháng theo hướng kính cho dòng điện dọc theo toàn bộ chiều dài của nó.
Rins = ρdr/2πrl
Đối với một dây dẫn đơn lõi có bán kính r1, vỏ bên trong có bán kính r2, chiều dài l, và vật liệu cách điện có điện trở suất ρ, chu vi của dây dẫn là 2πr1. Độ dày vi phân của cách điện được ký hiệu là dr. Kháng cách điện Rins có thể biểu diễn như sau:
Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]
Đáng chú ý, Rins tỷ lệ nghịch với chiều dài l của dây dẫn, trái ngược với mối quan hệ R=ρl cho kháng dây dẫn, trong đó ρ đại diện cho điện trở suất, một hằng số đặc trưng cho vật liệu.
Một số dây dẫn, như dây dẫn đồng trục, có nhiều lớp cách điện và nhiều lõi. Trong dây dẫn đồng trục, dây dẫn trung tâm đóng vai trò là dây dẫn chính. Các lõi bổ sung được thiết kế để nối đất và che chắn chống sự thoát ra của sóng điện từ và bức xạ. Một dây dẫn đồng trục bao gồm một dây dẫn nội bộ, thường làm bằng đồng do có điện trở suất thấp (và đôi khi được mạ để tăng cường hiệu suất), được bọc trong một loạt các lớp cách điện. Những lớp này thường bao gồm một vật liệu điện môi, một lá nhôm hoặc lưới đồng che chắn, và một vỏ PVC bên ngoài. Vỏ bên ngoài bảo vệ dây dẫn khỏi các yếu tố môi trường bên ngoài. Khi áp dụng điện áp cho dây dẫn nội bộ, lớp che chắn giữ ở mức điện áp rất nhỏ.
Thiết kế đồng trục mang lại nhiều lợi ích. Nó giới hạn các trường điện và từ trong vật liệu điện môi, giảm thiểu sự rò rỉ ra bên ngoài lớp che chắn. Nhiều lớp cách điện hiệu quả chặn các trường điện từ và bức xạ bên ngoài, ngăn chặn sự nhiễu. Vì các dây dẫn có đường kính lớn hơn có kháng thấp hơn và phát ra ít bức xạ điện từ hơn, và cách điện bổ sung giảm thêm sự rò rỉ, dây dẫn đồng trục có nhiều lớp cách điện là lý tưởng để truyền tín hiệu yếu dễ bị nhiễu.
Đặc điểm của Dây dẫn Cách điện
Do kháng cách điện của dây dẫn được xác định bởi mục đích thiết kế, các kỹ sư phải xem xét nhiều yếu tố khi thiết kế dây dẫn. Ví dụ, dây dẫn đồng trục yêu cầu cách điện rộng rãi để ngăn ngừa cả sự rò rỉ điện và sự thoát ra của bức xạ điện từ, thường có hai, ba hoặc thậm chí bốn lớp cách điện. Các dây dẫn khác nhau được thiết kế cho các ứng dụng đa dạng, nhưng chúng thường chia sẻ các đặc điểm chính sau:
Kháng nhiệt: Có khả năng chịu được nhiệt độ cao mà không bị thoái hóa.
Kháng cách điện cao: Giảm thiểu sự rò rỉ dòng điện và đảm bảo an toàn điện.
Độ bền cơ học: Chống chịu với các vết cắt, rách và mài mòn, đảm bảo độ tin cậy lâu dài.
Tính chất ưu việt: Thể hiện các đặc tính cơ học và điện xuất sắc.
Kháng hóa chất: Chống chịu với dầu, dung môi và các hóa chất khác.
Khả năng chịu đựng môi trường: Không thấm nước, ozone và điều kiện thời tiết, phù hợp cho cả sử dụng trong nhà và ngoài trời.
