केबल क्यों इन्सुलेटेड होते हैं
केबल क्यों इन्सुलेटेड होते हैं?
आधुनिक विद्युत प्रणालियों में, विद्युत स्तंभों पर स्थापित ओवरहेड पावर ट्रांसमिशन केबलों को छोड़कर, आज का लगभग सभी केबल इन्सुलेटेड होते हैं। केबल में इन्सुलेशन प्रतिरोध की डिग्री उसके उद्देश्य पर निर्भर करती है। इन्सुलेशन कई महत्वपूर्ण कार्यों का निर्वाह करता है। आसपास के क्षेत्र में ऊर्जा की हानि को कम करने के अलावा, इसका सबसे महत्वपूर्ण काम विद्युत संयोग से लोगों की जान की सुरक्षा करना है।
विद्युत एक महत्वपूर्ण खतरा है। एक जीवित केबल से दुर्घटनाजनित संपर्क फ़ातल परिणाम हो सकता है, जिसमें दूसरा मौका नहीं मिलता। हमारे शरीर विद्युत के आंशिक चालक हैं। जब हम विद्युत धारा वाहक चालक से संपर्क करते हैं, तो विद्युत धारा चालक से हमारे शरीर में प्रवेश करती है। हमारे शरीर की सीमित चालकता के कारण, यह प्राप्त धारा को प्रभावी रूप से विसर्जित नहीं कर सकता। जब धारा की मात्रा हमारे शरीर की सहनशीलता से अधिक हो जाती है, तो यह फ़ातल परिणाम हो सकता है।
घरेलू और औद्योगिक सेटिंग में ऐसे दुखद दुर्घटनाओं को रोकने के लिए, केबल इन्सुलेशन एक आवश्यक आवश्यकता बन गई है। इन्सुलेशन एक बाधा के रूप में कार्य करता है, धारा रिसाव को रोकता है और सुनिश्चित करता है कि जीवित विद्युत घटक अप्राप्य हैं, इस प्रकार विद्युत संयोग के खतरे को दूर करता है।
इन्सुलेटर क्या है?
इन्सुलेटर एक सामग्री या पदार्थ है जो गर्मी और विद्युत के प्रवाह का प्रतिरोध करता है। इस प्रतिरोध का कारण सामग्री में आज़ाद चलने वाले इलेक्ट्रॉनों की कमी है। जब चालकों को पॉलीविनिल क्लोराइड (PVC) जैसी इन्सुलेटिंग सामग्रियों से ढँका जाता है, तो उन्हें इन्सुलेटेड कहा जाता है। इस प्रक्रिया, जिसे इन्सुलेशन कहा जाता है, विद्युत ऊर्जा और संकेतों को आसपास के वातावरण में विसर्जित होने से रोकने का काम करती है।
तापमान का इन्सुलेटेड सामग्रियों पर प्रभाव
तापमान विभिन्न सामग्रियों के विद्युतीय गुणों पर गहरा प्रभाव डालता है। चालकों में, तापमान में वृद्धि के साथ प्रतिरोध में वृद्धि होती है। इसके विपरीत, सेमीकंडक्टर्स और इन्सुलेटर्स में तापमान के बढ़ने से प्रतिरोध में कमी आती है। अत्यधिक तापमान की स्थितियों में, एक सेमीकंडक्टर एक बेहतर चालक में बदल सकता है, और एक इन्सुलेटर सेमीकंडक्टर-जैसी व्यवहार दिखा सकता है।
केबल का इन्सुलेशन प्रतिरोध
केबल चालक उचित मोटाई के इन्सुलेशन में ढँके जाते हैं ताकि धारा रिसाव से रोका जा सके। इन्सुलेशन की मोटाई केबल के उद्देश्य पर निर्भर करती है। एक केबल में, धारा रिसाव का मार्ग त्रिज्यात्मक होता है, और इन्सुलेशन धारा के प्रवाह के लिए अपनी पूरी लंबाई के लिए त्रिज्यात्मक प्रतिरोध प्रदान करता है।
Rins = ρdr/2πrl
एक एकल-कोर केबल के लिए, जिसका चालक त्रिज्या r1, आंतरिक शीथ r2, लंबाई l, और इन्सुलेशन सामग्री का प्रतिरोधकता ρ है, चालक का परिधि 2πr1 है। इन्सुलेशन की अंतर से मोटाई dr द्वारा दर्शाई जाती है। इन्सुलेशन प्रतिरोध Rins को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
Rins = ρ/2πl[loge r2 /r2 ]
ध्यान दें, Rins केबल की लंबाई l के विपरीत आनुपातिक है, जो चालक प्रतिरोध R=ρl के संबंध ρl के साथ विपरीत है, जहाँ ρ प्रतिरोधकता है, जो एक सामग्री-विशिष्ट स्थिरांक है।
कुछ केबल, जैसे कोअक्सियल केबल, एक से अधिक इन्सुलेशन लेयर और एक से अधिक कोर वाले होते हैं। कोअक्युल केबल में, केंद्रीय तार मुख्य चालक का काम करता है। अतिरिक्त कोर ग्राउंडिंग के लिए डिज़ाइन किए गए होते हैं और इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगों और विकिरण के निकलने से रोकने के लिए। एक कोअक्सियल केबल में एक आंतरिक चालक, जो अक्सर तांबे से बना होता है क्योंकि इसकी प्रतिरोधकता कम होती है (और कभी-कभी बेहतर प्रदर्शन के लिए प्लेटिंग की जाती है), इन्सुलेशन लेयर्स के एक श्रृंखला में ढँका रहता है। ये लेयर अक्सर एक डाइइलेक्ट्रिक सामग्री, एल्यूमिनियम फोइल या तांबे की डिबिया शील्ड, और बाहरी PVC शीथ शामिल होते हैं। बाहरी शीथ केबल को बाहरी पर्यावरणीय कारकों से सुरक्षित करता है। जब आंतरिक चालक पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो शील्ड नगण्य वोल्टेज पर रहता है।
कोअक्सियल डिज़ाइन में महत्वपूर्ण फायदे हैं। यह डाइइलेक्ट्रिक के भीतर इलेक्ट्रिक और मैग्नेटिक क्षेत्रों को सीमित करता है, जिससे शील्ड के बाहर रिसाव कम होता है। इन्सुलेशन के अनेक लेयर बाहरी इलेक्ट्रोमैग्नेटिक क्षेत्रों और विकिरण को रोकते हैं, जिससे हस्तक्षेप रोका जाता है। क्योंकि बड़े व्यास वाले चालक निम्न प्रतिरोध और कम इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रिसाव उत्पन्न करते हैं, और अतिरिक्त इन्सुलेशन इस रिसाव को और कम करता है, कोअक्सियल केबल जो कमजोर संकेतों को वहन करने के लिए उपयुक्त होते हैं, जो हस्तक्षेप के लिए अत्यधिक संवेदनशील होते हैं।
इन्सुलेटेड केबल की विशेषताएं
चूंकि एक केबल का इन्सुलेशन प्रतिरोध उसके डिज़ाइन उद्देश्य पर निर्भर करता है, इंजीनियरों को केबल डिज़ाइन करते समय कई कारकों पर विचार करना पड़ता है। उदाहरण के लिए, कोअक्शियल केबलों में शक्ति रिसाव और इलेक्ट्रोमैग्नेटिक विकिरण के निकलने से रोकने के लिए व्यापक इन्सुलेशन की आवश्यकता होती है, जो अक्सर दो, तीन, या यहाँ तक कि चार लेयर्स के इन्सुलेशन वाले होते हैं। विभिन्न केबल विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए इंजीनियरिंग किए जाते हैं, लेकिन वे सामान्य रूप से निम्नलिखित महत्वपूर्ण विशेषताओं को साझा करते हैं:
ताप प्रतिरोध: उच्च तापमान पर विघटित होने के बिना सहन करने की क्षमता।
उच्च इन्सुलेशन प्रतिरोध: धारा रिसाव को कम करता है और विद्युत सुरक्षा सुनिश्चित करता है।
मैकेनिकल टफ़नेस: कटाव, टूटन, और खराबी से प्रतिरोधी, लंबी अवधि की विश्वसनीयता सुनिश्चित करता है।
उत्कृष्ट गुण: उत्कृष्ट मैकेनिकल और विद्युत विशेषताएं प्रदर्शित करता है।
रासायनिक प्रतिरोध: तेल, द्रव, और विभिन्न रसायनों से प्रतिरोधी।
पर्यावरणीय टफ़नेस: ओजोन और मौसम की स्थितियों से अप्रभावित, आंतरिक और बाहरी उपयोग के लिए उपयुक्त।
