विद्युत उपकरणों और बिजली आपूर्ति सर्किट में उपयोग की जाने वाली कुछ सामग्रियों में ढांकता हुआ गुण होते हैं, अर्थात उनमें करंट का उच्च प्रतिरोध होता है। यह क्षमता उन्हें करंट पास नहीं करने देती है, और इसलिए उनका उपयोग करंट-ले जाने वाले भागों के लिए इन्सुलेशन बनाने के लिए किया जाता है। विद्युत इन्सुलेट सामग्री को न केवल वर्तमान-वाहक भागों को अलग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, बल्कि विद्युत प्रवाह के खतरनाक प्रभावों से सुरक्षा बनाने के लिए भी बनाया गया है। उदाहरण के लिए, बिजली के उपकरणों के पावर कॉर्ड इंसुलेशन से ढके होते हैं।
विद्युत इन्सुलेट सामग्री और उनके अनुप्रयोग
विद्युत इन्सुलेट सामग्री का व्यापक रूप से उद्योग, रेडियो और उपकरण बनाने और विद्युत नेटवर्क के विकास में उपयोग किया जाता है। विद्युत उपकरण का सामान्य संचालन या बिजली आपूर्ति सर्किट की सुरक्षा काफी हद तक निर्भर करती हैडाइलेक्ट्रिक्स का इस्तेमाल किया। विद्युत इन्सुलेशन के लिए अभिप्रेत सामग्री के कुछ पैरामीटर इसकी गुणवत्ता और क्षमताओं को निर्धारित करते हैं।
इन्सुलेट सामग्री का उपयोग सुरक्षा नियमों के अधीन है। इन्सुलेशन की अखंडता विद्युत प्रवाह के साथ सुरक्षित कार्य की कुंजी है। क्षतिग्रस्त इन्सुलेशन वाले उपकरणों का उपयोग करना बहुत खतरनाक है। थोड़ा सा विद्युत प्रवाह भी मानव शरीर पर प्रभाव डाल सकता है।
डाइलेक्ट्रिक्स के गुण
विद्युत इन्सुलेट सामग्री में अपने कार्यों को करने के लिए कुछ गुण होने चाहिए। डाइलेक्ट्रिक्स और कंडक्टर के बीच मुख्य अंतर बड़ी मात्रा में प्रतिरोधकता (109-1020 ओम सेमी) है। डाइलेक्ट्रिक्स की तुलना में कंडक्टरों की विद्युत चालकता 15 गुना अधिक है। यह इस तथ्य के कारण है कि उनके स्वभाव से इंसुलेटर में कई गुना कम मुक्त आयन और इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो सामग्री की वर्तमान चालकता प्रदान करते हैं। लेकिन जब सामग्री को गर्म किया जाता है, तो उनमें से अधिक होते हैं, जो विद्युत चालकता में वृद्धि में योगदान देता है।
डाइलेक्ट्रिक्स के सक्रिय और निष्क्रिय गुणों के बीच भेद। इन्सुलेट सामग्री के लिए, निष्क्रिय गुण सबसे महत्वपूर्ण हैं। सामग्री का ढांकता हुआ स्थिरांक जितना संभव हो उतना कम होना चाहिए। यह आइसोलेटर को सर्किट में परजीवी कैपेसिटेंस को पेश नहीं करने की अनुमति देता है। एक संधारित्र के ढांकता हुआ के रूप में उपयोग की जाने वाली सामग्री के लिए, इसके विपरीत, ढांकता हुआ स्थिरांक जितना संभव हो उतना बड़ा होना चाहिए।
इन्सुलेशन विकल्प
मुख्य मापदंडों के लिएविद्युत इन्सुलेशन में विद्युत शक्ति, विद्युत प्रतिरोधकता, सापेक्ष पारगम्यता, ढांकता हुआ नुकसान कोण शामिल हैं। सामग्री के विद्युत इन्सुलेट गुणों का मूल्यांकन करते समय, विद्युत प्रवाह और वोल्टेज के परिमाण पर सूचीबद्ध विशेषताओं की निर्भरता को भी ध्यान में रखा जाता है।
इलेक्ट्रिकल इंसुलेटिंग उत्पादों और सामग्रियों में कंडक्टरों और अर्धचालकों की तुलना में अधिक विद्युत शक्ति होती है। ढांकता हुआ के लिए भी महत्वपूर्ण हीटिंग, वोल्टेज वृद्धि और अन्य परिवर्तनों के दौरान विशिष्ट मूल्यों की स्थिरता है।
ढांकता हुआ सामग्री का वर्गीकरण
कंडक्टर से गुजरने वाली धारा की शक्ति के आधार पर, विभिन्न प्रकार के इन्सुलेशन का उपयोग किया जाता है, जो उनकी क्षमताओं में भिन्न होता है।
विद्युत रोधन सामग्री को किन मापदंडों के अनुसार विभाजित किया जाता है? डाइलेक्ट्रिक्स का वर्गीकरण उनके एकत्रीकरण की स्थिति (ठोस, तरल और गैसीय) और उत्पत्ति (जैविक: प्राकृतिक और सिंथेटिक, अकार्बनिक: प्राकृतिक और कृत्रिम) पर आधारित है। सबसे आम प्रकार का ठोस डाइलेक्ट्रिक, जिसे घरेलू उपकरणों या किसी अन्य विद्युत उपकरण की डोरियों पर देखा जा सकता है।
ठोस और तरल डाइलेक्ट्रिक्स, बदले में, उपसमूहों में विभाजित हैं। ठोस डाइलेक्ट्रिक्स में वार्निश कपड़े, लैमिनेट्स और विभिन्न प्रकार के अभ्रक शामिल हैं। मोम, तेल और तरलीकृत गैसें तरल विद्युत रोधक सामग्री हैं। विशेष गैसीय डाइलेक्ट्रिक्स का उपयोग बहुत कम बार किया जाता है। इस प्रकार में भी शामिल हैप्राकृतिक विद्युत इन्सुलेटर हवा है। इसका उपयोग न केवल हवा की विशेषताओं के कारण होता है, जो इसे एक उत्कृष्ट ढांकता हुआ बनाता है, बल्कि इसकी अर्थव्यवस्था के लिए भी। इन्सुलेशन के रूप में हवा के उपयोग के लिए अतिरिक्त सामग्री लागत की आवश्यकता नहीं होती है।
ठोस डाइलेक्ट्रिक्स
सॉलिड इलेक्ट्रिकल इंसुलेटिंग मैटेरियल डाइइलेक्ट्रिक्स का सबसे व्यापक वर्ग है जो विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। उनके पास विभिन्न रासायनिक गुण हैं, और ढांकता हुआ स्थिरांक 1 से 50,000 तक होता है।
ठोस डाइलेक्ट्रिक्स को गैर-ध्रुवीय, ध्रुवीय और फेरोइलेक्ट्रिक्स में विभाजित किया गया है। उनके मुख्य अंतर ध्रुवीकरण के तंत्र में हैं। इन्सुलेशन के इस वर्ग में रासायनिक प्रतिरोध, ट्रैकिंग प्रतिरोध, वृक्ष के समान प्रतिरोध जैसे गुण हैं। रासायनिक प्रतिरोध विभिन्न आक्रामक वातावरण (अम्ल, क्षार, आदि) के प्रभाव का सामना करने की क्षमता में व्यक्त किया जाता है। अनुरेखण प्रतिरोध एक विद्युत चाप के प्रभावों का सामना करने की क्षमता निर्धारित करता है, और वृक्ष के समान प्रतिरोध डेन्ड्राइट के गठन को निर्धारित करता है।
ऊर्जा के विभिन्न क्षेत्रों में ठोस डाइलेक्ट्रिक्स का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, सिरेमिक विद्युत इन्सुलेट सामग्री का उपयोग आमतौर पर सबस्टेशनों में लाइन और बुशिंग इंसुलेटर के रूप में किया जाता है। कागज, पॉलिमर, फाइबरग्लास का उपयोग विद्युत उपकरणों के लिए इन्सुलेशन के रूप में किया जाता है। मशीनों और उपकरणों के लिए, वार्निश, कार्डबोर्ड, कंपाउंड का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है।
विभिन्न परिचालन स्थितियों में उपयोग के लिए, अलग-अलग संयोजन करके इन्सुलेशन को कुछ विशेष गुण दिए जाते हैंसामग्री: गर्मी प्रतिरोध, नमी प्रतिरोध, विकिरण प्रतिरोध और ठंढ प्रतिरोध। गर्मी प्रतिरोधी इंसुलेटर 700 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान का सामना करने में सक्षम हैं, इनमें ग्लास और उन पर आधारित सामग्री, ऑर्गोसिलाइट्स और कुछ पॉलिमर शामिल हैं। नमी प्रतिरोधी और उष्णकटिबंधीय प्रतिरोधी सामग्री फ्लोरोप्लास्टिक है, जो गैर-हीड्रोस्कोपिक और हाइड्रोफोबिक है।
परमाणु तत्वों वाले उपकरणों में विकिरण प्रतिरोधी इन्सुलेशन का उपयोग किया जाता है। इसमें अकार्बनिक फिल्में, कुछ प्रकार के पॉलिमर, फाइबरग्लास और अभ्रक आधारित सामग्री शामिल हैं। फ्रॉस्ट-प्रतिरोधी इन्सुलेशन हैं जो -90 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर अपने गुणों को नहीं खोते हैं। अंतरिक्ष या वैक्यूम स्थितियों में काम करने वाले उपकरणों के लिए विशेष आवश्यकताओं को इन्सुलेशन पर रखा गया है। इन उद्देश्यों के लिए, वैक्यूम-तंग सामग्री का उपयोग किया जाता है, जिसमें विशेष सिरेमिक शामिल हैं।
तरल डाइलेक्ट्रिक्स
तरल विद्युत रोधक सामग्री का उपयोग अक्सर विद्युत मशीनों और उपकरणों में किया जाता है। तेल एक ट्रांसफार्मर में इन्सुलेशन की भूमिका निभाता है। तरल डाइलेक्ट्रिक्स में तरलीकृत गैसें, असंतृप्त वैसलीन और पैराफिन तेल, पॉलीऑर्गेनोसिलोक्सेन, आसुत जल (लवण और अशुद्धियों से शुद्ध) शामिल हैं।
तरल डाइलेक्ट्रिक्स की मुख्य विशेषताएं ढांकता हुआ स्थिरांक, विद्युत शक्ति और विद्युत चालकता हैं। इसके अलावा, डाइलेक्ट्रिक्स के विद्युत पैरामीटर काफी हद तक उनके शुद्धिकरण की डिग्री पर निर्भर करते हैं। मुक्त आयनों और इलेक्ट्रॉनों की वृद्धि के कारण ठोस अशुद्धियाँ तरल पदार्थों की विद्युत चालकता को बढ़ा सकती हैं।आसवन, आयन एक्सचेंज आदि द्वारा तरल पदार्थों का शुद्धिकरण। सामग्री की विद्युत शक्ति में वृद्धि की ओर जाता है, जिससे इसकी विद्युत चालकता कम हो जाती है।
तरल डाइलेक्ट्रिक्स को तीन समूहों में बांटा गया है:
- पेट्रोलियम तेल;
- वनस्पति तेल;
- सिंथेटिक तरल पदार्थ।
सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले तेल पेट्रोलियम तेल हैं जैसे ट्रांसफार्मर, केबल और कैपेसिटर तेल। उपकरण इंजीनियरिंग में सिंथेटिक तरल पदार्थ (ऑर्गोसिलिकॉन और ऑर्गनोफ्लोरीन यौगिक) का भी उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, ऑर्गोसिलिकॉन यौगिक ठंढ-प्रतिरोधी और हीड्रोस्कोपिक हैं, इसलिए उन्हें छोटे ट्रांसफार्मर में एक इन्सुलेटर के रूप में उपयोग किया जाता है, लेकिन उनकी लागत पेट्रोलियम तेलों की कीमत से अधिक होती है।
वैद्युत इन्सुलेट तकनीक में वनस्पति तेलों का व्यावहारिक रूप से इन्सुलेट सामग्री के रूप में उपयोग नहीं किया जाता है। इनमें अरंडी, अलसी, भांग और तुंग का तेल शामिल हैं। ये सामग्री कमजोर रूप से ध्रुवीय डाइलेक्ट्रिक्स हैं और मुख्य रूप से पेपर कैपेसिटर्स को लगाने के लिए और विद्युत इन्सुलेटिंग वार्निश, पेंट्स और तामचीनी में फिल्म बनाने वाले एजेंट के रूप में उपयोग की जाती हैं।
गैस डाइलेक्ट्रिक्स
सबसे आम गैसीय डाइलेक्ट्रिक्स वायु, नाइट्रोजन, हाइड्रोजन और SF6 गैस हैं। विद्युत इन्सुलेट गैसों को प्राकृतिक और कृत्रिम में विभाजित किया गया है। प्राकृतिक हवा का उपयोग विद्युत लाइनों और विद्युत मशीनों के वर्तमान-वाहक भागों के बीच इन्सुलेशन के रूप में किया जाता है। एक इन्सुलेटर के रूप में, हवा में नुकसान होते हैं जो इसे सीलबंद उपकरणों में उपयोग करना असंभव बनाते हैं।ऑक्सीजन की उच्च सांद्रता की उपस्थिति के कारण, वायु एक ऑक्सीकरण एजेंट है, और अमानवीय क्षेत्रों में, हवा की कम विद्युत शक्ति दिखाई देती है।
पावर ट्रांसफार्मर और हाई-वोल्टेज केबल नाइट्रोजन का उपयोग इन्सुलेशन के रूप में करते हैं। हाइड्रोजन, विद्युत रूप से इन्सुलेट सामग्री होने के अलावा, मजबूर शीतलन भी होता है, यही कारण है कि इसका उपयोग अक्सर विद्युत मशीनों में किया जाता है। सीलबंद प्रतिष्ठानों में, SF6 का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। SF6 गैस भरने से उपकरण विस्फोट-सबूत हो जाता है। इसके चाप बुझाने वाले गुणों के कारण इसका उपयोग उच्च-वोल्टेज सर्किट ब्रेकर में किया जाता है।
जैविक डाइलेक्ट्रिक्स
जैविक ढांकता हुआ पदार्थ प्राकृतिक और सिंथेटिक में विभाजित हैं। प्राकृतिक कार्बनिक डाइलेक्ट्रिक्स का उपयोग वर्तमान में बहुत ही कम किया जाता है, क्योंकि सिंथेटिक वाले का उत्पादन अधिक से अधिक बढ़ रहा है, जिससे उनकी लागत कम हो रही है।
प्राकृतिक कार्बनिक डाइलेक्ट्रिक्स में सेल्यूलोज, रबर, पैराफिन और वनस्पति तेल (अरंडी का तेल) शामिल हैं। अधिकांश सिंथेटिक कार्बनिक डाइलेक्ट्रिक्स विभिन्न प्लास्टिक और इलास्टोमर हैं जिनका उपयोग अक्सर बिजली के घरेलू उपकरणों और अन्य उपकरणों में किया जाता है।
अकार्बनिक डाइलेक्ट्रिक्स
अकार्बनिक ढांकता हुआ पदार्थ प्राकृतिक और कृत्रिम में विभाजित हैं। प्राकृतिक सामग्री में सबसे आम अभ्रक है, जिसमें रासायनिक और थर्मल प्रतिरोध होता है। Phlogopite और muscovite का उपयोग विद्युत इन्सुलेशन के लिए भी किया जाता है।
कृत्रिम अकार्बनिक के लिएडाइलेक्ट्रिक्स में कांच और उस पर आधारित सामग्री, साथ ही चीनी मिट्टी के बरतन और चीनी मिट्टी की चीज़ें शामिल हैं। आवेदन के आधार पर, कृत्रिम ढांकता हुआ को विशेष गुण दिए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, झाड़ियों के लिए फेल्डस्पार सिरेमिक का उपयोग किया जाता है, जिसमें उच्च ढांकता हुआ नुकसान स्पर्शरेखा होती है।
रेशेदार विद्युत इन्सुलेट सामग्री
रेशेदार सामग्री का उपयोग अक्सर विद्युत उपकरण और मशीनों में इन्सुलेशन के लिए किया जाता है। इनमें पौधों की उत्पत्ति (रबर, सेल्युलोज, कपड़े), सिंथेटिक वस्त्र (नायलॉन, कैप्रॉन), साथ ही पॉलीस्टाइनिन, पॉलियामाइड, आदि से बनी सामग्री शामिल हैं।
कार्बनिक रेशेदार पदार्थ अत्यधिक हीड्रोस्कोपिक होते हैं, इसलिए उन्हें विशेष संसेचन के बिना शायद ही कभी उपयोग किया जाता है।
हाल ही में, कार्बनिक पदार्थों के बजाय, सिंथेटिक फाइबर इन्सुलेशन का उपयोग किया गया है, जिसमें उच्च स्तर की गर्मी प्रतिरोध होता है। इनमें ग्लास फाइबर और एस्बेस्टस शामिल हैं। इसके हाइड्रोफोबिक गुणों को बढ़ाने के लिए ग्लास फाइबर को विभिन्न वार्निश और रेजिन के साथ लगाया जाता है। एस्बेस्टस फाइबर में यांत्रिक शक्ति कम होती है, इसलिए इसमें अक्सर कपास फाइबर मिलाया जाता है।
