बिजली एक शक्तिशाली बल है जिसे सटीक रूप से नियंत्रित करना आवश्यक है। सबसे छोटी डेटा लाइन से लेकर उच्चतम वोल्टेज ट्रांसमिशन लिंक तक, हर केबल के केंद्र में एक महत्वपूर्ण, अक्सर अदृश्य घटक होता है: इन्सुलेशन। इसका एकमात्र उद्देश्य एक पूर्ण, नियंत्रित अवरोधक के रूप में कार्य करना है। इसे चालकों के बीच या ग्राउंड तक विद्युत प्रवाह को रोकना चाहिए, साथ ही साथ अत्यधिक विद्युत, तापीय और यांत्रिक तनाव को सहन करना चाहिए। प्रभावी इन्सुलेशन के बिना, केबल शॉर्ट-सर्किट हो जाएंगे, ऊर्जा का रिसाव होगा और खतरनाक बन जाएंगे। इसलिए, इन्सुलेशन सामग्री का विज्ञान आधुनिक केबल इंजीनियरिंग का आधार है, जो केबल की वोल्टेज रेटिंग, दक्षता, जीवनकाल और सुरक्षित परिचालन वातावरण निर्धारित करता है।
मुख्य कार्य: परावैद्युत सामर्थ्य और उससे आगे
इन्सुलेशन को उसकी परावैद्युत सामर्थ्य द्वारा परिभाषित किया जाता है—बिना टूटे (आर्क उत्पन्न किए) विद्युत क्षेत्र का सामना करने की उसकी क्षमता। लेकिन यह तो बस शुरुआत है। उच्च-प्रदर्शन इन्सुलेशन को कई जटिल आवश्यकताओं को पूरा करना होता है:
उच्च विद्युत प्रतिरोधकता: रिसाव धारा और ऊर्जा हानि को कम करने के लिए।
निम्न परावैद्युत स्थिरांक और हानि स्पर्शरेखा: संचार केबलों में कुशल सिग्नल संचरण सुनिश्चित करने और बिजली केबलों में, विशेष रूप से उच्च आवृत्तियों या वोल्टेज पर, ऊष्मा उत्पादन को कम करने के लिए।
तापीय स्थिरता: ठंडे तापमान से लेकर ओवरलोड की स्थिति तक, व्यापक परिचालन तापमान सीमा में इसके सभी गुणों को बनाए रखने के लिए।
यांत्रिक अखंडता: स्थापना के लिए पर्याप्त लचीला होने के साथ-साथ घर्षण, कुचलने और कटने से बचाने के लिए पर्याप्त मजबूत होना चाहिए।
पर्यावरण प्रतिरोध: नमी, रसायन, ओजोन और (कुछ सामग्रियों के लिए) विकिरण के संपर्क में आने पर भी खराब न होने की क्षमता।
पदार्थ विकास: प्राकृतिक से लेकर इंजीनियर पॉलिमर तक
केबल इन्सुलेशन का इतिहास पदार्थ विज्ञान में हुई प्रगति की कहानी है।
प्रारंभिक इन्सुलेटर: रबर और तेल से सने कागज दशकों तक मानक रहे। पीआईएलसी (पेपर इंसुलेटेड, लेड कवर्ड) केबलों में इस्तेमाल होने वाला कागज अच्छे विद्युत गुण प्रदान करता था, लेकिन यह नमी सोखने वाला था और इसके लिए एक वायुरोधी लेड आवरण की आवश्यकता होती थी।
थर्मोप्लास्टिक क्रांति:पॉलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी) अपने विद्युत गुणों, ज्वाला रोधक क्षमता (क्लोरीन के कारण), लचीलेपन और कम लागत के अच्छे संतुलन के कारण कम वोल्टेज वायरिंग के लिए सर्वव्यापी हो गया। वहीं, पॉलीइथिलीन (पीई) ने संचार केबलों के लिए बेहतर परावैद्युत गुण प्रदान किए।
थर्मोसेट क्रांति: क्रॉस-लिंकिंग की खोज ने उद्योग में क्रांति ला दी। पॉलिमर श्रृंखलाओं के बीच आणविक बंधन बनाकर, सामग्रियों को एक स्थायी, त्रि-आयामी नेटवर्क प्राप्त हुआ।
क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन (एक्स एल पी ई): आज मध्यम और उच्च वोल्टेज बिजली केबलों के लिए पीई (परमाणु) प्रमुख इन्सुलेशन सामग्री है। क्रॉस-लिंकिंग के कारण पीई का अधिकतम परिचालन तापमान लगभग 70°C से बढ़कर 90°C हो जाता है, ओवरलोड और शॉर्ट-सर्किट प्रतिरोध क्षमता में उल्लेखनीय सुधार होता है, और पर्यावरणीय तनाव दरारों के प्रति प्रतिरोधक क्षमता बढ़ती है। यह पुराने कागज आधारित प्रणालियों की तुलना में हल्का और स्थापित करने में आसान है।
एथिलीन प्रोपलीन रबर (ईपीआर/ईपीडीएम): एक अन्य थर्मोसेट, जो अपनी असाधारण लचीलता, ताप सहनशीलता और नमी व रिसाव प्रतिरोध के लिए प्रसिद्ध है। इसका उपयोग आमतौर पर पोर्टेबल कॉर्ड, खनन केबल और उच्च लचीलेपन की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में किया जाता है।
अत्यधिक कठिन परिस्थितियों के लिए विशेषीकृत इन्सुलेटर
सबसे चुनौतीपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए, उन्नत सामग्रियों का उपयोग किया जाता है:
सिलिकॉन रबर: यह असाधारण रूप से उच्च तापमान (180°C तक) पर काम करता है, उत्कृष्ट लचीलापन प्रदान करता है और कम विषैले धुएं के साथ ज्वाला रोधी क्षमता रखता है। इसका उपयोग उच्च ताप वाले क्षेत्रों, जहाज की वायरिंग और कुछ अग्निरोधी केबलों में किया जाता है।
फ्लोरोपॉलिमर (एफईपी, पीएफए): अत्यधिक कठिन परिस्थितियों के लिए यह एक उत्कृष्ट विकल्प है, जो बहुत उच्च तापमान सहनशीलता, लगभग सार्वभौमिक रासायनिक निष्क्रियता और उत्कृष्ट विद्युत गुणों की पेशकश करता है। इसका उपयोग एयरोस्पेस, सैन्य और उच्च-प्रदर्शन डेटा केबलों में किया जाता है।
खनिज इन्सुलेशन (मैग्नीशियम ऑक्साइड - एम जी ओ): खनिज इन्सुलेटेड (एमआई) केबलों में प्रयुक्त। एम जी ओ एक पूर्णतः अकार्बनिक पाउडर है जो असाधारण अग्नि प्रतिरोधकता प्रदान करता है (1000°C तक का तापमान सहन कर सकता है) और आग लगने पर भी परावैद्युत अखंडता बनाए रखता है, जिससे यह जीवन-सुरक्षा संबंधी महत्वपूर्ण परिपथों के लिए आदर्श बन जाता है।
अदृश्य शत्रु: आंशिक निर्वहन और जल वृक्षारोपण
सूक्ष्म स्तर की घटनाओं के कारण समय के साथ सर्वोत्तम इन्सुलेशन भी खराब हो सकता है।
आंशिक डिस्चार्ज (पीडी): मध्यम/उच्च वोल्टेज केबलों में, इन्सुलेशन के भीतर मौजूद छोटे-छोटे हवा के छिद्र या अशुद्धियाँ स्थानीय विद्युत ब्रेकडाउन का कारण बन सकती हैं, जिससे सूक्ष्म चिंगारियाँ उत्पन्न होती हैं। यह पी.डी. धीरे-धीरे लेकिन लगातार इन्सुलेशन को अंदर से बाहर की ओर नष्ट करता है, जैसे छोटे-छोटे विद्युत दीमक, जिससे अंततः पूर्ण विफलता होती है। आधुनिक एक्स एल पी ई को अत्यंत स्वच्छ परिस्थितियों में निर्मित किया जाता है ताकि यह पी.डी.-मुक्त हो।
जल वृक्षारोपण: नमी और विद्युत क्षेत्र की उपस्थिति में, पीई और यहां तक कि एक्सएलपीई इन्सुलेशन के भीतर धीरे-धीरे डेंड्राइट जैसी सूक्ष्म नलिकाएं विकसित हो सकती हैं। ये जल-वृक्ष परावैद्युत हानि को बढ़ाते हैं और विद्युत-वृक्षों के अग्रदूत बन सकते हैं, जिससे विफलता हो सकती है। केबल डिजाइन में मजबूत नमी अवरोधकों का यही मुख्य कारण है।
परीक्षण और गुणवत्ता आश्वासन: अवरोध को सिद्ध करना
कठोर परीक्षण के माध्यम से इन्सुलेशन की अखंडता को सत्यापित किया जाता है:
हाई-पोट (उच्च क्षमता) परीक्षण: यह निर्धारित वोल्टेज से काफी अधिक वोल्टेज लगाकर तत्काल खराबी या अत्यधिक रिसाव धारा की जांच करता है।
आंशिक डिस्चार्ज परीक्षण: यह आंतरिक पीडी गतिविधि की तीव्रता को मापता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि इन्सुलेशन हानिकारक रिक्त स्थानों या संदूषकों से मुक्त है।
टैन डेल्टा / अपव्यय कारक परीक्षण: यह इन्सुलेशन के भीतर परावैद्युत हानियों को मापता है। बढ़ता हुआ टैन डेल्टा मान इन्सुलेशन की उम्र बढ़ने, संदूषण या जल-संक्रमण की उपस्थिति को दर्शाता है।
इन्सुलेशन प्रतिरोध (आईआर) परीक्षण: गंभीर संदूषण या नमी के प्रवेश की मूलभूत जाँच।
केबल इन्सुलेशन है"engineered शून्य—यह सटीक रूप से डिज़ाइन किया गया गैर-चालक पदार्थ है जो सुरक्षित और कुशल विद्युत प्रवाह को संभव बनाता है। साधारण प्राकृतिक पदार्थों से लेकर परिष्कृत, क्रॉस-लिंक्ड और फ्लोरीनयुक्त पॉलिमर तक इसका विकास हमारे संपूर्ण विद्युतीकृत समाज की प्रगति को दर्शाता है। इन्सुलेशन सामग्री का चयन केबल की क्षमता को परिभाषित करने वाला पहला और सबसे महत्वपूर्ण निर्णय है, जो इसके वोल्टेज वर्ग, परिचालन वातावरण और अपेक्षित सेवा जीवन को निर्धारित करता है। एक अदृश्य लेकिन आवश्यक भूमिका में, इन्सुलेशन एक रक्षक के रूप में खड़ा है जो हमें आत्मविश्वास और सुरक्षा के साथ बिजली की शक्ति का उपयोग और निर्देशन करने की अनुमति देता है।
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एलवी और एचवी एक्सएलपीई इन्सुलेटेड पावर केबल
पीवीसी इन्सुलेटेड पावर केबल
कम धुआं, कम हैलोजन वाला अग्निरोधी केबल
अग्निरोधी केबल
एल्यूमीनियम मिश्र धातु केबल
लचीला कैबटायर केबल
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नियंत्रण केबल
सिलिकॉन रबर केबल
