इन्सुलेटर (विद्युत)
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एक विद्युत इन्सुलेटर एक पदार्थ है जिसमें विद्युत प्रवाह स्वतंत्र रूप से प्रवाहित नहीं होता है। इन्सुलेटर के परमाणुओं में कसकर बंधे हुए इलेक्ट्रॉन होते हैं जो आसानी से नहीं चल सकते हैं। अन्य पदार्थ - अर्धचालक और विद्युत कंडक्टर - विद्युत प्रवाह को अधिक आसानी से संचालित करते हैं। एक इन्सुलेटर को भिन्न करने वाली संपत्ति इसकी प्रतिरोधकता है; इन्सुलेटर में अर्धचालक या कंडक्टर की तुलना में अधिक प्रतिरोधकता होती है। सबसे सामान्य उदाहरण हैं अधातु | अधातु।
एक आदर्श इन्सुलेटर उपस्थित नहीं है क्योंकि इंसुलेटर में भी कम संख्या में मोबाइल चार्ज (चार्ज कैरियर्स) होते हैं जो करंट ले जा सकते हैं। इसके अतिरिक्त , सभी इंसुलेटर विद्युत प्रवाहकीय हो जाते हैं जब पर्याप्त रूप से बड़े वोल्टेज को लागू किया जाता है जिससे विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को परमाणुओं से दूर कर देता है। इसे एक इन्सुलेटर के ब्रेकडाउन वोल्टेज के रूप में जाना जाता है। कुछ पदार्थ जैसे कांच, विद्युत इन्सुलेशन पेपर और पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन, जिनमें उच्च प्रतिरोधकता होती है, बहुत अच्छे विद्युत इन्सुलेटर होते हैं। सामग्रियों का एक बहुत बड़ा वर्ग, यदि उनके पास कम थोक प्रतिरोधकता हो, फिर भी सामान्य रूप से उपयोग किए जाने वाले वोल्टेज पर महत्वपूर्ण प्रवाह को बहने से रोकने के लिए पर्याप्त है, और इस प्रकार तारों और विद्युत केबल के लिए इन्सुलेशन के रूप में नियोजित किया जाता है। उदाहरणों में रबर जैसे पॉलिमर और अधिकांश प्लास्टिक सम्मलित हैं जो प्रकृति में थर्मोसेटिंग पॉलिमर या थर्मोप्लास्टिक हो सकते हैं।
विद्युत उपकरण में इंसुलेटर का उपयोग विद्युत विद्युत कंडक्टर को स्वयं के माध्यम से करंट की अनुमति के बिना समर्थन और भिन्न करने के लिए किया जाता है। विद्युत केबल्स या अन्य उपकरणों को लपेटने के लिए थोक में उपयोग की जाने वाली इन्सुलेट पदार्थ को 'इन्सुलेशन' कहा जाता है। 'इन्सुलेटर' शब्द का प्रयोग विशेष रूप से विद्युत विद्युत वितरण या विद्युत विद्युत पारेषण लाइनों को उपयोगिता खंभों और पारेषण टावरों से जोड़ने के लिए उपयोग किए जाने वाले इन्सुलेट समर्थनों को संदर्भित करने के लिए किया जाता है। वे टावर के माध्यम से जमीन पर प्रवाहित होने की अनुमति के बिना निलंबित तारों के वजन का समर्थन करते हैं।
ठोस पदार्थों में चालन का भौतिकी
विद्युत इन्सुलेशन विद्युत चालन की अनुपस्थिति है। इलेक्ट्रॉनिक इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना (भौतिकी की एक शाखा) तय करती है कि यदि राज्य उपलब्ध हैं तो एक चार्ज प्रवाहित होता है जिसमें इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित किया जा सकता है। यह इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा प्राप्त करने की अनुमति देता है और इस तरह धातु जैसे कंडक्टर के माध्यम से आगे बढ़ता है। यदि ऐसा कोई राज्य उपलब्ध नहीं है, तो पदार्थ एक इन्सुलेटर है।
अधिकांश (चूंकि सभी नहीं, मॉट इंसुलेटर देखें) इंसुलेटर में एक बड़ा बैंड गैप होता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि उच्चतम ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों वाला वैलेंस बैंड भरा हुआ है, और एक बड़ा ऊर्जा अंतराल इस बैंड को इसके ऊपर के अगले बैंड से भिन्न करता है। हमेशा कुछ वोल्टेज होता है (जिसे ब्रेकडाउन वोल्टेज कहा जाता है) जो इलेक्ट्रॉनों को इस बैंड में उत्तेजित होने के लिए पर्याप्त ऊर्जा देता है। एक बार जब यह वोल्टेज पार हो जाता है तो पदार्थ एक इन्सुलेटर बनना बंद कर देती है, और चार्ज इसके माध्यम से निकलना प्रारंभ हो जाता है। चूंकि , यह सामान्यतः भौतिक या रासायनिक परिवर्तनों के साथ होता है जो पदार्थ के इन्सुलेट गुणों को स्थायी रूप से नीचा दिखाते हैं।
जिन सामग्रियों में इलेक्ट्रॉन चालन की कमी होती है, वे इन्सुलेटर होते हैं यदि उनमें अन्य मोबाइल चार्ज भी नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, यदि किसी तरल या गैस में आयन होते हैं, तो आयनों को विद्युत प्रवाह के रूप में प्रवाहित किया जा सकता है, और पदार्थ एक कंडक्टर है। इलेक्ट्रोलाइट्स और प्लाज्मा (भौतिकी) में आयन होते हैं और कंडक्टर के रूप में कार्य करते हैं चाहे इलेक्ट्रॉन प्रवाह सम्मलित हो या नहीं।
टूटना
जब पर्याप्त उच्च वोल्टेज के अधीन, इंसुलेटर विद्युत टूटने की घटना से पीड़ित होते हैं। जब किसी इंसुलेटिंग पदार्थ पर लगाया गया विद्युत क्षेत्र किसी भी स्थान पर उस पदार्थ के लिए थ्रेशोल्ड ब्रेकडाउन फ़ील्ड से अधिक हो जाता है, तो इंसुलेटर अचानक एक कंडक्टर बन जाता है, जिससे पदार्थ के माध्यम से करंट, एक इलेक्ट्रिक आर्क में बड़ी वृद्धि होती है। विद्युत टूटना तब होता है जब पदार्थ में विद्युत क्षेत्र मुक्त चार्ज वाहक (इलेक्ट्रॉनों और आयनों, जो हमेशा कम सांद्रता में उपस्थित होते हैं) को तेज करने के लिए पर्याप्त रूप से मजबूत होता है, जब वे परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को मारते हैं, जब वे परमाणुओं से टकराते हैं, तो परमाणुओं को आयनित करते हैं। ये मुक्त इलेक्ट्रॉन और आयन बदले में त्वरित होते हैं और अन्य परमाणुओं से टकराते हैं, एक श्रृंखला प्रतिक्रिया में अधिक चार्ज वाहक बनाते हैं। तेजी से इन्सुलेटर मोबाइल चार्ज वाहक से भर जाता है, और इसका विद्युत प्रतिरोध और चालन निम्न स्तर तक गिर जाता है। एक ठोस में, ब्रेकडाउन वोल्टेज बैंड गैप ऊर्जा के समानुपाती होता है। जब कोरोना डिस्चार्ज होता है, तो एक हाई-वोल्टेज कंडक्टर के आसपास के क्षेत्र में हवा टूट सकती है और करंट में भयावह वृद्धि के बिना आयनित हो सकती है। चूंकि , यदि हवा के टूटने का क्षेत्र एक भिन्न वोल्टेज पर दूसरे कंडक्टर तक फैलता है, तो यह उनके बीच एक प्रवाहकीय पथ बनाता है, और एक बड़ा प्रवाह हवा के माध्यम से प्रवाहित होता है, जिससे एक विद्युत चाप बनता है। यहां तक कि एक वैक्यूम भी एक प्रकार का टूटना झेल सकता है, लेकिन इस स्थिति में ब्रेकडाउन या वैक्यूम आर्क में वैक्यूम द्वारा उत्पादित होने के अतिरिक्त धातु इलेक्ट्रोड की सतह से निकाले गए चार्ज सम्मलित होते हैं।
इसके अतिरिक्त , सभी इंसुलेटर बहुत उच्च तापमान पर कंडक्टर बन जाते हैं क्योंकि वैलेंस इलेक्ट्रॉनों की तापीय ऊर्जा उन्हें चालन बैंड में रखने के लिए पर्याप्त होती है।[1][2] कुछ कैपेसिटर में, लागू विद्युत क्षेत्र कम होने पर ढांकता हुआ टूटने के कारण बनने वाले इलेक्ट्रोड के बीच शॉर्ट्स गायब हो सकते हैं।[3][4][5][relevant?]
उपयोग
एक इन्सुलेटर का एक बहुत ही लचीला कोटिंग अधिकांशतः बिजली के तार और केबल पर लगाया जाता है; इस असेंबली को इंसुलेटेड वायर कहा जाता है। तार कभी-कभी एक इन्सुलेट कोटिंग का उपयोग नहीं करते हैं, बस हवा, क्योंकि एक ठोस (जैसे प्लास्टिक) कोटिंग अव्यावहारिक हो सकती है। चूंकि , तार जो एक दूसरे को छूते हैं, क्रॉस कनेक्शन, शॉर्ट सर्किट और आग के खतरे उत्पन्न करते हैं। समाक्षीय केबल में केंद्र कंडक्टर को ईएम तरंग परावर्तन को रोकने के लिए खोखले ढाल के बीच में ठीक से समर्थित होना चाहिए। अंत में, तार जो 60 V . से अधिक वोल्टेज को उजागर करते हैं[citation needed] मानव सदमे और बिजली के झटके के खतरे उत्पन्न कर सकता है। इन्सुलेट कोटिंग्स इन सभी समस्याओं को रोकने में मदद करती हैं।
कुछ तारों में एक यांत्रिक आवरण होता है जिसमें कोई वोल्टेज रेटिंग नहीं होती है[citation needed]-जैसे: सर्विस-ड्रॉप, वेल्डिंग, डोरबेल, थर्मोस्टेट वायर। एक अछूता तार या केबल में वोल्टेज रेटिंग और अधिकतम कंडक्टर तापमान रेटिंग होती है। इसमें एम्पैसिटी (धारा -वहन क्षमता) रेटिंग नहीं हो सकती है, क्योंकि यह आसपास के वातावरण (जैसे परिवेश का तापमान) पर निर्भर है।
इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में, मुद्रित सर्किट बोर्ड एपॉक्सी प्लास्टिक और फाइबरग्लास से बनाए जाते हैं। गैर-प्रवाहकीय बोर्ड तांबे के पन्नी कंडक्टर की परतों का समर्थन करते हैं। इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, छोटे और नाजुक सक्रिय घटक गैर-प्रवाहकीय एपॉक्सी या फेनोलिक राल प्लास्टिक, या बेक्ड ग्लास या सिरेमिक कोटिंग्स के भीतर एम्बेडेड होते हैं।
सेमीकंडक्टर डिवाइस जैसे ट्रांजिस्टर और इंटीग्रेटेड सर्किट में, सिलिकॉन पदार्थ सामान्यतः डोपिंग के कारण एक कंडक्टर होती है, लेकिन इसे आसानी से गर्मी और ऑक्सीजन के उपयोग से एक अच्छे इंसुलेटर में बदल दिया जा सकता है। ऑक्सीकृत सिलिकॉन क्वार्ट्ज है, अर्थात सिलिकॉन डाइऑक्साइड, कांच का प्राथमिक घटक।
ट्रांसफॉर्मर और कैपेसिटर वाले उच्च वोल्टेज सिस्टम में, तरल इन्सुलेटर तेल आर्क को रोकने के लिए उपयोग की जाने वाली विशिष्ट विधि है। तेल उन जगहों में हवा की जगह लेता है जो बिना बिजली के टूटने के महत्वपूर्ण वोल्टेज का समर्थन करना चाहिए। अन्य उच्च वोल्टेज सिस्टम इन्सुलेशन पदार्थ में सिरेमिक या ग्लास वायर होल्डर, गैस, वैक्यूम, और बस तारों को इतना दूर रखना सम्मलित है कि इन्सुलेशन के रूप में हवा का उपयोग किया जा सके।
विद्युत उपकरण में इन्सुलेशन
सबसे महत्वपूर्ण इन्सुलेशन पदार्थ हवा है। विद्युत उपकरण में विभिन्न प्रकार के ठोस, तरल और ढांकता हुआ गैस इंसुलेटर का भी उपयोग किया जाता है। छोटे ट्रांसफार्मर, विद्युत जनरेटर और इलेक्ट्रिक मोटर्स में, तार कॉइल पर इन्सुलेशन में बहुलक वार्निश फिल्म की चार पतली परतें होती हैं। फिल्म-इन्सुलेटेड चुंबक तार एक निर्माता को उपलब्ध स्थान के भीतर अधिकतम संख्या में घुमाव प्राप्त करने की अनुमति देता है। मोटे कंडक्टरों का उपयोग करने वाले वाइंडिंग को अधिकांशतः पूरक फाइबरग्लास इंसुलेटिंग टेप से लपेटा जाता है। कोरोना डिस्चार्ज को रोकने और चुंबकीय रूप से प्रेरित तार कंपन को कम करने के लिए वाइंडिंग को इन्सुलेट वार्निश के साथ लगाया जा सकता है। बड़े बिजली ट्रांसफार्मर वाइंडिंग अभी भी ज्यादातर विद्युत इन्सुलेशन पेपर, लकड़ी, वार्निश और खनिज तेल से अछूता है; चूंकि इन सामग्रियों का उपयोग 100 से अधिक वर्षों से किया जा रहा है, फिर भी वे अर्थव्यवस्था और पर्याप्त प्रदर्शन का एक अच्छा संतुलन प्रदान करते हैं। स्विचगियर में बसबार और सर्किट ब्रेकर को ग्लास-प्रबलित प्लास्टिक इन्सुलेशन के साथ अछूता किया जा सकता है, जिसे कम लौ फैलाने के लिए इलाज किया जाता है और पदार्थ में करंट की ट्रैकिंग को रोकने के लिए किया जाता है।
1970 के दशक की शुरुआत तक बने पुराने उपकरणों में, संपीड़ित अभ्रक से बने बोर्ड पाए जा सकते हैं; जबकि यह बिजली आवृत्तियों पर एक पर्याप्त इन्सुलेटर है, एस्बेस्टस पदार्थ को संभालने या मरम्मत करने से खतरनाक फाइबर हवा में निकल सकते हैं और इसे सावधानी से किया जाना चाहिए। फेल्टेड एस्बेस्टस के साथ इंसुलेटेड वायर का उपयोग 1920 के दशक से उच्च तापमान और ऊबड़-खाबड़ अनुप्रयोगों में किया गया था। इस प्रकार के तार को जनरल इलेक्ट्रिक द्वारा डेल्टाबेस्टन के व्यापारिक नाम से बेचा गया था।[6] 20वीं सदी के प्रारंभिक हिस्से तक लाइव-फ्रंट स्विचबोर्ड स्लेट या संगमरमर से बने होते थे। कुछ उच्च वोल्टेज उपकरण सल्फर हेक्साफ्लोराइड जैसे उच्च दबाव इन्सुलेटिंग गैस के भीतर संचालित करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। अत्यधिक ढांकता हुआ अपव्यय से हीटिंग के कारण, इन्सुलेशन पदार्थ जो बिजली और कम आवृत्तियों पर अच्छा प्रदर्शन करती है, रेडियो आवृत्ति पर असंतोषजनक हो सकती है।
विद्युत तारों को पॉलीइथाइलीन, क्रॉसलिंक्ड पॉलीइथाइलीन (या तो इलेक्ट्रॉन बीम प्रसंस्करण या रासायनिक क्रॉसलिंकिंग के माध्यम से), पॉलीविनाइल क्लोराइड, केप्टन, रबर जैसे पॉलिमर, तेल संसेचित कागज, पॉलीटेट्राफ्लुओरोएथिलीन, सिलिकॉन, या संशोधित एथिलीन टेट्राफ्लुओरोएथिलीन (ETFE) के साथ अछूता किया जा सकता है। आवेदन के आधार पर बड़े बिजली के केबल खनिज-इन्सुलेटेड कॉपर-क्लैड केबल का उपयोग कर सकते हैं।
पॉलीविनाइल क्लोराइड | पीवीसी (पॉलीविनाइल क्लोराइड) जैसी लचीली इन्सुलेट पदार्थ का उपयोग सर्किट को इन्सुलेट करने और 'लाइव' तार के साथ मानव संपर्क को रोकने के लिए किया जाता है - एक जिसमें 600 वोल्ट या उससे कम का वोल्टेज होता है। यूरोपीय संघ की सुरक्षा और पीवीसी को कम आर्थिक बनाने वाले पर्यावरण कानून के कारण वैकल्पिक पदार्थ का तेजी से उपयोग होने की संभावना है।
मोटर, जनरेटर और ट्रांसफार्मर जैसे विद्युत उपकरण में, विभिन्न इन्सुलेशन सिस्टम का उपयोग किया जाता है, स्वीकार्य परिचालन जीवन प्राप्त करने के लिए उनके अधिकतम अनुशंसित कार्य तापमान द्वारा वर्गीकृत किया जाता है। पदार्थ उन्नत प्रकार के कागज से लेकर अकार्बनिक यौगिकों तक होती है।
कक्षा I और कक्षा II इन्सुलेशन
सभी पोर्टेबल या हाथ से पकड़े जाने वाले विद्युत उपकरण अपने उपयोगकर्ता को हानिकारक झटके से बचाने के लिए अछूता रहता है।
क्लास I इंसुलेशन के लिए आवश्यक है कि मेटल बॉडी और डिवाइस के अन्य एक्सपोज़्ड मेटल पार्ट्स को ग्राउंडिंग वायर के माध्यम से पृथ्वी से जोड़ा जाए जो कि मुख्य सर्विस पैनल पर अर्थ (बिजली) एड है - लेकिन कंडक्टरों पर केवल मौलिक इन्सुलेशन की आवश्यकता होती है। इस उपकरण को ग्राउंडिंग कनेक्शन के लिए पावर प्लग पर एक अतिरिक्त पिन की आवश्यकता होती है।
क्लास II इंसुलेशन का मतलब है कि डिवाइस डबल इंसुलेटेड है। इसका उपयोग कुछ उपकरणों जैसे इलेक्ट्रिक शेवर, हेयर ड्रायर और पोर्टेबल पावर टूल्स पर किया जाता है। डबल इन्सुलेशन के लिए आवश्यक है कि उपकरणों में मौलिक और पूरक दोनों इन्सुलेशन हों, जिनमें से प्रत्येक बिजली के झटके को रोकने के लिए पर्याप्त है। सभी आंतरिक विद्युत ऊर्जा वाले घटक पूरी तरह से एक अछूता शरीर के भीतर संलग्न हैं जो जीवित भागों के साथ किसी भी संपर्क को रोकता है। यूरोपीय संघ में, डबल इंसुलेटेड उपकरण सभी को दो वर्गों के प्रतीक के साथ चिह्नित किया जाता है, एक दूसरे के अंदर।[7]
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टेलीग्राफ और पावर ट्रांसमिशन इंसुलेटर
हाई-वोल्टेज इलेक्ट्रिक पॉवर ट्रांसमिशन के लिए ओवरहेड कंडक्टर नंगे होते हैं, और आसपास की हवा से अछूता रहता है। बिजली वितरण में कम वोल्टेज के लिए कंडक्टर में कुछ इन्सुलेशन हो सकता है लेकिन अधिकांशतः नंगे भी होते हैं। इंसुलेटर कहे जाने वाले इंसुलेटिंग सपोर्ट की आवश्यकता उन बिंदुओं पर होती है जहां वे यूटिलिटी पोल या ट्रांसमिशन टावरों द्वारा समर्थित होते हैं। इंसुलेटर की भी आवश्यकता होती है जहां तार इमारतों या बिजली के उपकरणों में प्रवेश करता है, जैसे कि ट्रांसफार्मर या सर्किट ब्रेकर, स्थिति से तार को इन्सुलेट करने के लिए। ये खोखले इंसुलेटर जिनके अंदर एक कंडक्टर होता है, बुशिंग (इलेक्ट्रिकल) कहलाते हैं।
सामग्री
उच्च-वोल्टेज विद्युत संचरण के लिए उपयोग किए जाने वाले इंसुलेटर कांच, चीनी मिट्टी के बरतन या मिश्रित पदार्थ से बने होते हैं। चीनी मिट्टी के बरतन इन्सुलेटर मिट्टी, क्वार्ट्ज या एल्यूमिना और फेल्डस्पार से बने होते हैं, और पानी को बहा देने के लिए एक चिकनी शीशे का आवरण से ढके होते हैं। एल्युमिना से भरपूर पोर्सिलेन से बने इंसुलेटर का उपयोग किया जाता है जहां उच्च यांत्रिक शक्ति एक मानदंड है। चीनी मिट्टी के बरतन की ढांकता हुआ ताकत लगभग 4-10 kV/mm है।[8] ग्लास में उच्च ढांकता हुआ ताकत होती है, लेकिन यह संक्षेपण को आकर्षित करती है और इंसुलेटर के लिए आवश्यक मोटी अनियमित आकृतियों को आंतरिक तनाव के बिना डालना कठिन होता है।[9] कुछ इन्सुलेटर निर्माताओं ने 1960 के दशक के अंत में सिरेमिक पदार्थ पर स्विच करते हुए ग्लास इंसुलेटर बनाना बंद कर दिया।
हाल ही में, कुछ विद्युत उपयोगिताओं ने कुछ प्रकार के इन्सुलेटरों के लिए बहुलक समग्र पदार्थ पदार्थ में परिवर्तित करना प्रारंभ कर दिया है। ये सामान्यतः फाइबर प्रबलित प्लास्टिक से बने केंद्रीय रॉड और सिलिकॉन या एथिलीन प्रोपीलीन डायन मोनोमर रबड़ (ईपीडीएम रबड़) से बने बाहरी मौसम के बने होते हैं। कम्पोजिट इंसुलेटर कम खर्चीले, वजन में हल्के होते हैं और इनमें उत्कृष्ट हाइड्रोफोब क्षमता होती है। यह संयोजन उन्हें प्रदूषित क्षेत्रों में सेवा के लिए आदर्श बनाता है। चूंकि , इन सामग्रियों में अभी तक कांच और चीनी मिट्टी के बरतन का दीर्घकालिक सिद्ध सेवा जीवन नहीं है।
डिजाइन
अत्यधिक वोल्टेज के कारण एक इन्सुलेटर का विद्युत ब्रेकडाउन वोल्टेज दो विधियों में से एक में हो सकता है:
- एक पंचर चाप इन्सुलेटर की पदार्थ का टूटना और चालन है, जिससे इन्सुलेटर के इंटीरियर के माध्यम से एक विद्युत चाप उत्पन्न होता है। चाप से उत्पन्न गर्मी सामान्यतः इन्सुलेटर को अपूरणीय रूप से नुकसान पहुंचाती है। पंचर वोल्टेज इंसुलेटर में वोल्टेज है (जब सामान्य तरीके से स्थापित किया जाता है) जो एक पंचर चाप का कारण बनता है।
- फ्लैशओवर आर्क इंसुलेटर की सतह के आसपास या आसपास हवा का टूटना और चालन है, जिससे इंसुलेटर के बाहर एक आर्क होता है। इंसुलेटर सामान्यतः बिना किसी नुकसान के फ्लैशओवर का सामना करने के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं। फ्लैशओवर वोल्टेज वह वोल्टेज है जो फ्लैश-ओवर आर्क का कारण बनता है।
अधिकांश उच्च वोल्टेज इंसुलेटर पंचर वोल्टेज की तुलना में कम फ्लैशओवर वोल्टेज के साथ डिज़ाइन किए गए हैं, इसलिए क्षति से बचने के लिए वे पंचर होने से पहले फ्लैश करते हैं।
एक उच्च वोल्टेज इन्सुलेटर की सतह पर गंदगी, प्रदूषण, नमक और विशेष रूप से पानी इसके पार एक प्रवाहकीय पथ बना सकता है, जिससे रिसाव धाराएं और फ्लैशओवर हो सकते हैं। इंसुलेटर गीला होने पर फ्लैशओवर वोल्टेज को 50% से अधिक कम किया जा सकता है। बाहरी उपयोग के लिए उच्च वोल्टेज इंसुलेटर को इन रिसाव धाराओं को कम करने के लिए सतह के साथ एक छोर से दूसरे छोर तक रिसाव पथ की लंबाई को अधिकतम करने के लिए आकार दिया जाता है, जिसे क्रीपेज लंबाई कहा जाता है।[10] इसे पूरा करने के लिए सतह को गलियारों या संकेंद्रित डिस्क आकृतियों की एक श्रृंखला में ढाला जाता है। इनमें सामान्यतः एक या अधिक शेड सम्मलित होते हैं; नीचे की ओर कप के आकार की सतहें जो यह सुनिश्चित करने के लिए छतरियों के रूप में कार्य करती हैं कि 'कप' के नीचे सतह रिसाव पथ का हिस्सा गीले मौसम में सूखा रहता है। न्यूनतम क्रीपेज दूरी 20-25 मिमी/केवी है, लेकिन उच्च प्रदूषण या वायुजनित समुद्री-नमक वाले क्षेत्रों में इसे बढ़ाया जाना चाहिए।
इंसुलेटर के प्रकार
ये इंसुलेटर के सामान्य वर्ग हैं:[citation needed]
- पिन इंसुलेटर - जैसा कि नाम से पता चलता है, पिन टाइप इंसुलेटर पोल पर क्रॉस-आर्म पर पिन पर लगाया जाता है। इन्सुलेटर के ऊपरी सिरे पर एक नाली होती है। कंडक्टर इस खांचे से गुजरता है और कंडक्टर के समान पदार्थ के एनीलिंग (धातु विज्ञान) तार के साथ इन्सुलेटर से जुड़ा होता है। पिन प्रकार के इंसुलेटर का उपयोग संचार के संचरण और वितरण के लिए और 33 kV तक के वोल्टेज पर विद्युत शक्ति के लिए किया जाता है। 33 kV और 69 kV के बीच ऑपरेटिंग वोल्टेज के लिए बनाए गए इंसुलेटर बहुत भारी होते हैं और हाल के वर्षों में अलाभकारी हो गए हैं।
- पोस्ट इंसुलेटर - 1930 के दशक में एक प्रकार का इंसुलेटर जो पारंपरिक पिन-टाइप इंसुलेटर की तुलना में अधिक कॉम्पैक्ट है और जिसने 69 kV तक की लाइनों पर कई पिन-टाइप इंसुलेटर को तेजी से बदल दिया है और कुछ कॉन्फ़िगरेशन में ऑपरेशन के लिए बनाया जा सकता है। 115 केवी।
- सस्पेंशन इंसुलेटर - 33 kV से अधिक वोल्टेज के लिए, निलंबन प्रकार के इंसुलेटर का उपयोग करना एक सामान्य प्रथा है, जिसमें स्ट्रिंग के रूप में धातु लिंक द्वारा श्रृंखला में जुड़े कई ग्लास या पोर्सिलेन डिस्क सम्मलित होते हैं। कंडक्टर को इस स्ट्रिंग के निचले सिरे पर निलंबित कर दिया जाता है जबकि ऊपर का सिरा टॉवर के क्रॉस-आर्म से सुरक्षित होता है। उपयोग की जाने वाली डिस्क इकाइयों की संख्या वोल्टेज पर निर्भर करती है।
- स्ट्रेन इंसुलेटर - एक डेड एंड या एंकर पोल या टॉवर का उपयोग किया जाता है जहां लाइन का एक सीधा खंड समाप्त होता है, या दूसरी दिशा में बंद हो जाता है। इन ध्रुवों को तार के लंबे सीधे खंड के पार्श्व (क्षैतिज) तनाव का सामना करना पड़ता है। इस लेटरल लोड को सपोर्ट करने के लिए स्ट्रेन इंसुलेटर का उपयोग किया जाता है। कम वोल्टेज लाइनों (11 kV से कम) के लिए, हथकड़ी इंसुलेटर का उपयोग स्ट्रेन इंसुलेटर के रूप में किया जाता है। चूंकि , उच्च वोल्टेज ट्रांसमिशन लाइनों के लिए, क्षैतिज दिशा में क्रॉसआर्म से जुड़े कैप-एंड-पिन (निलंबन) इंसुलेटर के तारों का उपयोग किया जाता है। जब लाइनों में तनाव का भार बहुत अधिक होता है, जैसे कि लंबी नदी के फैलाव में, दो या दो से अधिक तार समानांतर में उपयोग किए जाते हैं।
- हथकड़ी इन्सुलेटर - प्रारंभिक दिनों में, झोंपड़ी इंसुलेटर का उपयोग स्ट्रेन इंसुलेटर के रूप में किया जाता था। लेकिन आजकल, उनका उपयोग अधिकांशतः कम वोल्टेज वितरण लाइनों के लिए किया जाता है। ऐसे इंसुलेटर का उपयोग या तो क्षैतिज स्थिति में या ऊर्ध्वाधर स्थिति में किया जा सकता है। उन्हें बोल्ट या क्रॉस आर्म के साथ सीधे पोल पर लगाया जा सकता है।
- झाड़ी (विद्युत) - एक या कई कंडक्टरों को दीवार या टैंक जैसे विभाजन से गुजरने में सक्षम बनाता है, और इससे कंडक्टरों को इन्सुलेट करता है।[11]
- लाइन पोस्ट इन्सुलेटर
- स्टेशन पोस्ट इंसुलेटर
- कट आउट
म्यान इन्सुलेटर
एक इंसुलेटर जो बॉटम-कॉन्टैक्ट थर्ड रेल#सेफ्टी की पूरी लंबाई की सुरक्षा करता है।
![[icon]](/wiki/File:Wiki_letter_w_cropped.svg){kind=small} | This section needs expansion. You can help by adding to it. (April 2021) |
सस्पेंशन इंसुलेटर
| Line voltage (kV) |
Discs |
|---|---|
| 34.5 | 3 |
| 69 | 4 |
| 115 | 6 |
| 138 | 8 |
| 161 | 11 |
| 230 | 14 |
| 287 | 15 |
| 345 | 18 |
| 360 | 23 |
| 400 | 24 |
| 500 | 34 |
| 600 | 44 |
| 750 | 59 |
| 765 | 60 |
पिन-प्रकार के इंसुलेटर लगभग 69 kV लाइन-टू-लाइन से अधिक वोल्टेज के लिए अनुपयुक्त हैं। उच्च संचरण वोल्टेज निलंबन इन्सुलेटर स्ट्रिंग्स का उपयोग करते हैं, जो कि स्ट्रिंग में इन्सुलेटर तत्वों को जोड़कर किसी भी व्यावहारिक ट्रांसमिशन वोल्टेज के लिए बनाया जा सकता है।[13] उच्च वोल्टेज ट्रांसमिशन लाइनें सामान्यतः मॉड्यूलर सस्पेंशन इंसुलेटर डिजाइन का उपयोग करती हैं। तारों को समान डिस्क-आकार के इंसुलेटर के 'स्ट्रिंग' से निलंबित कर दिया जाता है जो एक दूसरे से धातु की क्लिविस पिन या बॉल-एंड-सॉकेट लिंक से जुड़ते हैं। इस डिजाइन का लाभ यह है कि विभिन्न लाइन वोल्टेज के साथ उपयोग के लिए भिन्न -भिन्न ब्रेकडाउन वोल्टेज के साथ इन्सुलेटर स्ट्रिंग्स का निर्माण मूल इकाइयों की विभिन्न संख्याओं का उपयोग करके किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त , यदि स्ट्रिंग में इन्सुलेटर इकाइयों में से एक टूट जाता है, तो इसे पूरे स्ट्रिंग को हटाए बिना बदला जा सकता है।
प्रत्येक इकाई एक धातु की टोपी के साथ एक सिरेमिक या कांच की डिस्क से निर्मित होती है और विपरीत दिशा में पिन की जाती है। दोषपूर्ण इकाइयों को स्पष्ट करने के लिए, ग्लास इकाइयों को डिज़ाइन किया गया है जिससे कि एक ओवरवॉल्टेज फ्लैशओवर के अतिरिक्त कांच के माध्यम से एक पंचर चाप का कारण बनता है। कांच को हीट-ट्रीटेड किया जाता है इसलिए यह टूट जाता है, जिससे क्षतिग्रस्त इकाई दिखाई देती है। चूंकि इकाई की यांत्रिक शक्ति अपरिवर्तित है, इसलिए इन्सुलेटर स्ट्रिंग एक साथ रहती है।
मानक निलंबन डिस्क इन्सुलेटर इकाइयां हैं 25 centimetres (9.8 in) व्यास में और 15 cm (6 in) लंबा, के भार का समर्थन कर सकता है 80–120 kilonewtons (18,000–27,000 lbf), में लगभग 72 kV का ड्राई फ्लैशओवर वोल्टेज होता है, और 10-12 kV के ऑपरेटिंग वोल्टेज पर रेट किया जाता है।[14] चूँकि , एक स्ट्रिंग का फ्लैशओवर वोल्टेज उसके घटक डिस्क के योग से कम होता है, क्योंकि विद्युत क्षेत्र स्ट्रिंग में समान रूप से वितरित नहीं होता है, लेकिन कंडक्टर के निकटतम डिस्क पर सबसे मजबूत होता है, जो पहले चमकता है। कभी-कभी उच्च वोल्टेज के अंत में डिस्क के चारों ओर धातु ग्रेडिंग के छल्ले जोड़े जाते हैं, जिससे कि उस डिस्क में विद्युत क्षेत्र को कम किया जा सके और फ्लैशओवर वोल्टेज में सुधार किया जा सके।
अति उच्च वोल्टेज लाइनों में इंसुलेटर कोरोना के छल्ले से घिरा हो सकता है।[15] इनमें सामान्यतः लाइन से जुड़ी एल्यूमीनियम (सबसे अधिक) या तांबे की टयूबिंग के टोरस होते हैं। वे उस बिंदु पर विद्युत क्षेत्र को कम करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं जहां इंसुलेटर लाइन से जुड़ा हुआ है, कोरोना डिस्चार्ज को रोकने के लिए, जिसके परिणामस्वरूप बिजली की हानि होती है।
इतिहास
इन्सुलेटर का उपयोग करने वाली पहली विद्युत प्रणालियां टेलीग्राफ लाइनें थीं; लकड़ी के खंभों से तारों का सीधा जुड़ाव बहुत खराब परिणाम देने वाला पाया गया, विशेष रूप से नम मौसम के दौरान।
बड़ी मात्रा में उपयोग किए जाने वाले पहले ग्लास इंसुलेटर में एक अनथ्रेडेड पिनहोल था। कांच के इन टुकड़ों को एक पतला लकड़ी के पिन पर रखा गया था, जो पोल के क्रॉसआर्म से ऊपर की ओर फैला हुआ था (सामान्यतः केवल दो इंसुलेटर एक पोल पर और संभवतः एक पोल के ऊपर ही)। इन थ्रेडलेस इंसुलेटर से बंधे तारों के प्राकृतिक संकुचन और विस्तार के परिणामस्वरूप इंसुलेटर अपने पिन से भिन्न हो गए, जिसके लिए मैनुअल रीसेटिंग की आवश्यकता होती है।
सिरेमिक इंसुलेटर का उत्पादन करने वाली पहली कंपनियों में यूनाइटेड किंगडम की कंपनियां थीं, जिनमें स्टिफ और रॉयल डॉल्टन 1840 के दशक के मध्य से स्टोनवेयर का उपयोग कर रहे थे, जोसेफ बॉर्न (बाद में इसका नाम बदलकर डेनबी पॉटरी कंपनी रखा गया) 1860 के आसपास और बुलर 1868 से उत्पादन कर रहे थे। पेटेंट नंबर [http ://reference.insulators.info/patents/detail/?patent=48906&type=U 48,906] 25 जुलाई 1865 को लुई ए कोवेट को थ्रेडेड पिनहोल के साथ इंसुलेटर बनाने की प्रक्रिया के लिए प्रदान किया गया था: पिन-टाइप इंसुलेटर अभी भी थ्रेडेड हैं पिनहोल
सस्पेंशन-टाइप इंसुलेटर के आविष्कार ने हाई-वोल्टेज पॉवर ट्रांसमिशन को संभव बनाया। जैसे ही ट्रांसमिशन लाइन वोल्टेज 60,000 वोल्ट तक पहुंच गया और पारित हो गया, इंसुलेटर की आवश्यकता बहुत बड़ी और भारी हो गई, 88,000 वोल्ट के सुरक्षा मार्जिन के लिए बनाए गए इंसुलेटर विनिर्माण और स्थापना के लिए व्यावहारिक सीमा के बारे में हैं। दूसरी ओर, सस्पेंशन इंसुलेटर को लाइन के वोल्टेज के लिए आवश्यक होने तक स्ट्रिंग्स में जोड़ा जा सकता है।
टेलीफोन, टेलीग्राफ और पावर इंसुलेटर की एक विशाल विविधता बनाई गई है; कुछ लोग उन्हें अपने ऐतिहासिक हित के लिए और कई इन्सुलेटर डिजाइन और फिनिश की सौंदर्य गुणवत्ता के लिए इकट्ठा करते हैं। एक संग्राहक संगठन यूएस नेशनल इंसुलेटर एसोसिएशन है, जिसमें 9,000 से अधिक सदस्य हैं।[16]
एंटेना का इन्सुलेशन
अधिकांशतः एक प्रसारण रेडियो एंटीना एक मस्तूल रेडिएटर के रूप में बनाया जाता है, जिसका अर्थ है कि संपूर्ण मस्तूल संरचना उच्च वोल्टेज से सक्रिय होती है और इसे जमीन से अछूता होना चाहिए। स्टीटाइट माउंटिंग का उपयोग किया जाता है। उन्हें न केवल मास्ट रेडिएटर के जमीन पर वोल्टेज का सामना करना पड़ता है, जो कुछ एंटेना पर 400 kV तक के मूल्यों तक पहुंच सकता है, बल्कि मस्तूल निर्माण और गतिशील बलों का वजन भी होता है। आर्किंग हॉर्न और लाइटनिंग अरेस्टर आवश्यक हैं क्योंकि मस्तूल पर बिजली गिरना सामान्य है।
ऐन्टेना मास्ट का समर्थन करने वाले गाय के तारों में सामान्यतः केबल रन में स्ट्रेन इंसुलेटर डाला जाता है, जिससे एंटीना पर शॉर्ट सर्किटिंग से जमीन पर उच्च वोल्टेज रखने या शॉक का खतरा उत्पन्न होता है। अधिकांशतः पुरुष केबल्स में कई इंसुलेटर होते हैं, जो केबल को लंबाई में तोड़ने के लिए रखे जाते हैं जो लड़के में अवांछित विद्युत अनुनाद को रोकते हैं। ये इंसुलेटर सामान्यतः सिरेमिक और बेलनाकार या अंडे के आकार के होते हैं (चित्र देखें)। इस निर्माण का यह फायदा है कि सिरेमिक तनाव के अतिरिक्त संपीड़न के अधीन है, इसलिए यह अधिक भार का सामना कर सकता है, और यदि इन्सुलेटर टूट जाता है, तो केबल के सिरे अभी भी जुड़े हुए हैं।
इन इंसुलेटरों को भी ओवरवॉल्टेज सुरक्षा उपकरणों से लैस किया जाना चाहिए। पुरुष इन्सुलेशन के आयामों के लिए, लोगों पर स्थिर शुल्क पर विचार करना होगा। उच्च मस्तूलों के लिए, ये ट्रांसमीटर के कारण होने वाले वोल्टेज से बहुत अधिक हो सकते हैं, जिसके लिए उच्चतम मास्ट पर कई वर्गों में इंसुलेटर द्वारा विभाजित लोगों की आवश्यकता होती है। इस स्थिति में, जो लोग एक कॉइल के माध्यम से एंकर बेसमेंट पर आधारित होते हैं - या यदि संभव हो तो सीधे - बेहतर विकल्प होते हैं।
रेडियो उपकरण, विशेष रूप से ट्विन लीड प्रकार से एंटेना को जोड़ने वाली फीडलाइन को अधिकांशतः धातु संरचनाओं से दूरी पर रखा जाना चाहिए। इस उद्देश्य के लिए उपयोग किए जाने वाले इंसुलेटेड सपोर्ट को स्टैंडऑफ इंसुलेटर कहा जाता है।
यह भी देखें
- Stephen Gray
- विद्युत कंडक्टर
- ढांकता हुआ सामग्री
- इलेक्ट्रिकल कंडक्टीविटी
टिप्पणियाँ
- ↑ S. L. Kakani (1 January 2005). Electronics Theory and Applications. New Age International. p. 7. ISBN 978-81-224-1536-0.
- ↑ Waygood, Adrian (19 June 2013). An Introduction to Electrical Science. Routledge. p. 41. ISBN 978-1-135-07113-4.
- ↑ Klein, N.; Gafni, H. (1966). "The maximum dielectric strength of thin silicon oxide films". IEEE Trans. Electron Devices. 13 (2): 281. Bibcode:1966ITED...13..281K. doi:10.1109/T-ED.1966.15681.
- ↑ Inuishi, Y.; Powers, D.A. (1957). "Electric breakdown and conduction through Mylar films". J. Appl. Phys. 58 (9): 1017–1022. Bibcode:1957JAP....28.1017I. doi:10.1063/1.1722899.
- ↑ Belkin, A.; et., al. (2017). "Recovery of Alumina Nanocapacitors after High Voltage Breakdown". Scientific Reports. 7 (1): 932. Bibcode:2017NatSR...7..932B. doi:10.1038/s41598-017-01007-9. PMC 5430567. PMID 28428625.
- ↑ Bernhard, Frank; Bernhard, Frank H. (1921). EMF Electrical Year Book. Electrical Trade Pub. Co. p. 822.
- ↑ "Understanding IEC Appliance Insulation Classes: I, II and III". Fidus Power. 6 July 2018.
- ↑ "Electrical Porcelain Insulators" (PDF). Product spec sheet. Universal Clay Products, Ltd. Retrieved 2008-10-19.
- ↑ Cotton, H. (1958). The Transmission and Distribution of Electrical Energy. London: English Univ. Press. copied on Insulator Usage, A.C. Walker's Insulator Information page
- ↑ Holtzhausen, J.P. "High Voltage Insulators" (PDF). IDC Technologies. Archived from the original (PDF) on 2014-05-14. Retrieved 2008-10-17.
- ↑ IEC 60137:2003. 'Insulated bushings for alternating voltages above 1,000 V.' IEC, 2003.
- ↑ Diesendorf, W. (1974). Insulation Coordination in High Voltage Power Systems. UK: Butterworth & Co. ISBN 0-408-70464-0. reprinted on Overvoltage and flashovers, A. C. Walker's Insulator Information website
- ↑ Donald G. Fink, H. Wayne Beaty (ed).,Standard Handbook for Electrical Engineers, 11th Edition, McGraw-Hill, 1978, ISBN 0-07-020974-X, pages 14-153, 14-154
- ↑ Grigsby, Leonard L. (2001). The Electric Power Engineering Handbook. USA: CRC Press. ISBN 0-8493-8578-4.
- ↑ Bakshi, M (2007). Electrical Power Transmission and Distribution. Technical Publications. ISBN 978-81-8431-271-3.
- ↑ "Insulators : National Insulator Association Home Page". www.nia.org. Retrieved 2017-12-12.
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संदर्भ
- Taylor, Sue (May 2003). Bullers of Milton. ISBN 978-1-897949-96-2.
- Function of Grading rings to Composite Insulator
- General Overview on Glass Insulators
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