तार और केबल: संरचना, सामग्री और प्रमुख घटक

तार और केबल उत्पादों के संरचनात्मक घटकों को सामान्यतः चार मुख्य भागों में विभाजित किया जा सकता है: चालक, इन्सुलेशन परतें, परिरक्षण परतें और आवरण, साथ ही भराव तत्व और तन्यता तत्व आदि। उत्पादों की उपयोग आवश्यकताओं और अनुप्रयोग परिदृश्यों के अनुसार, कुछ उत्पादों की संरचना अत्यंत सरल होती है, जिनमें केवल एक संरचनात्मक घटक, तार होता है, जैसे ओवरहेड नंगे तार, कैटेनरी तार, तांबा-एल्यूमीनियम बसबार आदि। इन उत्पादों का बाहरी विद्युत इन्सुलेशन स्थापना और बिछाने के दौरान इन्सुलेटर और स्थानिक दूरी (अर्थात, वायु इन्सुलेशन का उपयोग करके) द्वारा सुनिश्चित किया जाता है।

अधिकांश तार और केबल उत्पादों का अनुप्रस्थ काट आकार (विनिर्माण त्रुटियों को छोड़कर) बिल्कुल एक जैसा होता है और ये लंबी पट्टियों के रूप में होते हैं। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि इनका उपयोग प्रणालियों या उपकरणों में सर्किट या कॉइल बनाने के लिए किया जाता है। इसलिए, केबल उत्पादों की संरचनात्मक संरचना का अध्ययन और विश्लेषण करते समय, केवल उनके अनुप्रस्थ काट का अवलोकन और विश्लेषण करना ही पर्याप्त होता है।

केबल संरचना की संरचना और केबल सामग्री का विस्तृत विश्लेषण निम्नलिखित है:

1. केबल संरचना संरचना: कंडक्टर

विद्युत धारा या विद्युत चुम्बकीय तरंग सूचना संचारित करने के कार्य को पूरा करने वाले उत्पादों के लिए तार सबसे मूलभूत और अपरिहार्य मुख्य घटक हैं। तार, चालक कोर का संक्षिप्त रूप है।

केबल कंडक्टरों में कौन-कौन सी सामग्रियां शामिल होती हैं? कंडक्टरों की सामग्रियां आम तौर पर तांबा और एल्युमीनियम जैसी उत्कृष्ट विद्युत चालकता वाली अलौह धातुओं से बनी होती हैं। पिछले तीन दशकों में तेजी से विकसित हुए ऑप्टिकल संचार नेटवर्क में उपयोग होने वाले ऑप्टिकल केबलों में कंडक्टर के रूप में ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग किया जाता है।

2. केबल संरचना संरचना: इन्सुलेशन परत

इंसुलेटिंग परत तार के बाहरी हिस्से को ढकने वाला एक घटक है जो विद्युत अवरोधक के रूप में कार्य करता है। इसका अर्थ है कि यह सुनिश्चित करता है कि संचारित धारा या विद्युत चुम्बकीय तरंगें, प्रकाश तरंगें केवल तार के अनुदिश ही प्रवाहित हों और बाहर की ओर प्रवाहित न हों। यह चालक पर विभव (अर्थात आसपास की वस्तुओं के सापेक्ष विभवांतर, यानी वोल्टेज) को अलग करता है। इसका अर्थ है कि यह तार के सामान्य संचरण कार्य और बाहरी वस्तुओं एवं व्यक्तियों की सुरक्षा दोनों को सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है। तार और इंसुलेशन परतें केबल उत्पादों (नंगे तारों को छोड़कर) के निर्माण के लिए आवश्यक दो मूलभूत घटक हैं।

केबल इन्सुलेशन सामग्री क्या हैं: आज के तारों और केबलों में, केबल इन्सुलेशन सामग्री का वर्गीकरण मुख्य रूप से दो श्रेणियों में आता है: प्लास्टिक और रबर। पॉलिमर सामग्री प्रमुख हैं, जिससे विभिन्न उपयोगों और पर्यावरणीय आवश्यकताओं के लिए उपयुक्त तारों और केबलों की एक विस्तृत विविधता का निर्माण होता है। तारों और केबलों के लिए सामान्य इन्सुलेशन सामग्री में पॉलीविनाइल क्लोराइड (PVC) शामिल है।क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन (XLPE)फ्लोरोप्लास्टिक्स, रबर यौगिक, एथिलीन प्रोपाइलीन रबर यौगिक और सिलिकॉन रबर इन्सुलेशन सामग्री।

3. केबल संरचना संरचना: आवरण

जब तार और केबल उत्पादों को विभिन्न वातावरणों में स्थापित और संचालित किया जाता है, तो ऐसे घटक आवश्यक होते हैं जो पूरे उत्पाद, विशेष रूप से इन्सुलेशन परत की सुरक्षा करते हैं। इसे आवरण कहते हैं। चूंकि इन्सुलेटिंग सामग्रियों में सभी प्रकार के उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन गुण होने चाहिए, इसलिए सामग्रियों की अत्यधिक शुद्धता और अत्यंत कम अशुद्धता की आवश्यकता होती है। अक्सर, बाहरी वातावरण से इसकी सुरक्षात्मक क्षमता को ध्यान में रखना संभव नहीं होता है। इसलिए, विभिन्न सुरक्षात्मक संरचनाओं को बाहरी यांत्रिक बलों (जैसे स्थापना, उपयोग स्थल और उपयोग के दौरान) का सामना करने, वायुमंडलीय वातावरण के प्रति प्रतिरोधक क्षमता, रसायनों या तेलों के प्रति प्रतिरोधक क्षमता, जैविक क्षति की रोकथाम और आग के खतरों को कम करने के लिए जिम्मेदार होना चाहिए। केबल आवरण के मुख्य कार्य जलरोधक, ज्वाला मंदक, अग्निरोधक और संक्षारण रोकथाम हैं। कई केबल उत्पाद जो विशेष रूप से अच्छे बाहरी वातावरणों (जैसे स्वच्छ, शुष्क और यांत्रिक बाहरी बलों से मुक्त आंतरिक वातावरण) के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, या वे जिनमें इन्सुलेशन सामग्री में स्वाभाविक रूप से एक निश्चित यांत्रिक शक्ति और मौसम प्रतिरोधक क्षमता होती है, सुरक्षात्मक परत घटक के बिना भी काम कर सकते हैं।

केबल आवरण सामग्री कितने प्रकार की होती हैं? मुख्य केबल आवरण सामग्रियों में रबर, प्लास्टिक, कोटिंग, सिलिकॉन और विभिन्न प्रकार के फाइबर उत्पाद आदि शामिल हैं। रबर और प्लास्टिक सुरक्षात्मक परत की विशेषता कोमलता और हल्कापन है, और इनका व्यापक रूप से मोबाइल केबलों में उपयोग किया जाता है। हालांकि, रबर और प्लास्टिक दोनों सामग्रियों में कुछ हद तक जल पारगम्यता होती है, इसलिए इनका उपयोग केवल तभी किया जा सकता है जब उच्च नमी प्रतिरोधक क्षमता वाली उच्च बहुलक सामग्री का उपयोग केबल इन्सुलेशन के रूप में किया जाए। ऐसे में कुछ उपयोगकर्ता पूछ सकते हैं कि बाजार में सुरक्षात्मक परत के रूप में प्लास्टिक का उपयोग क्यों किया जाता है? प्लास्टिक आवरणों की तुलना में, रबर आवरणों में उच्च लोच और लचीलापन होता है, और ये उम्र बढ़ने के प्रति अधिक प्रतिरोधी होते हैं, लेकिन इनकी निर्माण प्रक्रिया अपेक्षाकृत अधिक जटिल होती है। प्लास्टिक आवरणों में बेहतर यांत्रिक गुण और जल प्रतिरोधक क्षमता होती है, और ये संसाधनों में प्रचुर मात्रा में उपलब्ध होते हैं, इनकी कीमत कम होती है और इन्हें संसाधित करना आसान होता है। इसलिए, इनका बाजार में अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उद्योग जगत के साथियों को यह ध्यान रखना चाहिए कि एक अन्य प्रकार का धातु आवरण भी होता है। धातु आवरणों में न केवल यांत्रिक सुरक्षा कार्य होते हैं, बल्कि नीचे उल्लिखित परिरक्षण कार्य भी होते हैं। इनमें संक्षारण प्रतिरोध, संपीडन और तन्यता शक्ति तथा जल प्रतिरोध जैसे गुण भी होते हैं, जो नमी और अन्य हानिकारक पदार्थों को केबल इन्सुलेशन के अंदर प्रवेश करने से रोकते हैं। इसलिए, इनका उपयोग कम नमी प्रतिरोध वाले तेल-युक्त कागज इन्सुलेटेड पावर केबलों के आवरण के रूप में व्यापक रूप से किया जाता है।

4. केबल संरचना संरचना: परिरक्षण परत

विद्युतचुंबकीय क्षेत्र पृथक्करण प्राप्त करने के लिए केबल उत्पादों में परिरक्षण परत एक महत्वपूर्ण घटक है। यह न केवल आंतरिक विद्युतचुंबकीय संकेतों को बाहर निकलने और बाहरी उपकरणों, मीटरों या अन्य लाइनों में हस्तक्षेप करने से रोकती है, बल्कि युग्मन के माध्यम से बाहरी विद्युतचुंबकीय तरंगों को केबल प्रणाली में प्रवेश करने से भी रोकती है। संरचनात्मक रूप से, परिरक्षण परत न केवल केबल के बाहरी भाग पर लगाई जाती है, बल्कि मल्टी-कोर केबलों में तारों के युग्मों या समूहों के बीच भी मौजूद होती है, जिससे बहु-स्तरीय "विद्युतचुंबकीय पृथक्करण स्क्रीन" बनती है। हाल के वर्षों में, उच्च-आवृत्ति संचार केबलों और हस्तक्षेप-रोधी आवश्यकताओं में वृद्धि के साथ, परिरक्षण सामग्री पारंपरिक धातुयुक्त कागज और अर्धचालक कागज टेपों से विकसित होकर अधिक उन्नत मिश्रित सामग्री जैसे किएल्यूमीनियम फ़ॉइल मायलर टेपकॉपर फ़ॉइल, माइलर टेप और कॉपर टेप जैसी सामान्य शील्डिंग संरचनाएं हैं। इनमें चालक पॉलिमर या अर्धचालक टेप से बनी आंतरिक शील्डिंग परतें, साथ ही कॉपर टेप की अनुदैर्ध्य रैपिंग और बुनी हुई कॉपर मेश जैसी बाहरी शील्डिंग परतें शामिल हैं। इनमें से, बुनी हुई परत में जंग प्रतिरोध बढ़ाने के लिए ज्यादातर टिन-प्लेटेड कॉपर का उपयोग किया जाता है। विशेष अनुप्रयोग परिदृश्यों के लिए, जैसे कि कॉपर टेप + कॉपर वायर कंपोजिट शील्डिंग का उपयोग करने वाले वेरिएबल-फ़्रीक्वेंसी केबल, एल्युमीनियम फ़ॉइल की अनुदैर्ध्य रैपिंग + स्ट्रीमलाइन डिज़ाइन का उपयोग करने वाले डेटा केबल, और उच्च-कवरेज सिल्वर-प्लेटेड कॉपर बुनी हुई परतों की आवश्यकता वाले मेडिकल केबल। 5G युग के आगमन के साथ, एल्युमीनियम-प्लास्टिक कंपोजिट टेप और टिन-प्लेटेड कॉपर वायर वीविंग की हाइब्रिड शील्डिंग संरचना उच्च-फ़्रीक्वेंसी केबलों के लिए मुख्य समाधान बन गई है। उद्योग में प्रचलित अनुभव से पता चलता है कि शील्डिंग परत एक सहायक संरचना से केबल के एक स्वतंत्र मुख्य घटक के रूप में विकसित हुई है। इसके लिए सामग्री का चयन करते समय विभिन्न अनुप्रयोग परिदृश्यों की विद्युत चुम्बकीय संगतता आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए आवृत्ति विशेषताओं, बेंडिंग प्रदर्शन और लागत कारकों पर व्यापक रूप से विचार करना आवश्यक है।

5. केबल संरचना संरचना: भरी हुई संरचना

कई तार और केबल उत्पाद बहु-कोर होते हैं। उदाहरण के लिए, अधिकांश कम वोल्टेज बिजली केबल चार या पांच कोर वाले होते हैं (तीन-फेज सिस्टम के लिए उपयुक्त), और शहरी टेलीफोन केबल 800 जोड़े, 1200 जोड़े, 2400 जोड़े से लेकर 3600 जोड़े तक के पैक में आते हैं। इन इन्सुलेटेड तार कोर या जोड़ों को केबलिंग करने (या समूहों में कई बार केबलिंग करने) के बाद दो समस्याएं आती हैं: एक तो यह कि आकार गोल नहीं होता, और दूसरी यह कि इन्सुलेटेड तार कोर के बीच बड़े अंतराल रह जाते हैं। इसलिए, केबलिंग के दौरान एक फिलिंग संरचना जोड़ना आवश्यक होता है। फिलिंग संरचना केबलिंग के बाहरी व्यास को अपेक्षाकृत गोल बनाती है, जिससे आवरण को लपेटना और दबाना आसान हो जाता है, और केबल की संरचना स्थिर और आंतरिक भाग मजबूत बनता है। उपयोग के दौरान (निर्माण और बिछाने के दौरान खींचने, दबाने और मोड़ने पर), बल समान रूप से लगता है, जिससे केबल की आंतरिक संरचना को कोई नुकसान नहीं पहुंचता। इसलिए, हालांकि भराई संरचना एक सहायक संरचना है, यह आवश्यक भी है, और इसके लिए सामग्री चयन और आकार डिजाइन पर विस्तृत नियम मौजूद हैं।

केबल भरने की सामग्री: आम तौर पर, केबलों में भरने के लिए पॉलीप्रोपाइलीन टेप, नॉन-वोवन पीपी रस्सी, भांग की रस्सी या पुनर्चक्रित रबर से बनी अपेक्षाकृत सस्ती सामग्री का उपयोग किया जाता है। केबल भरने की सामग्री के रूप में उपयोग किए जाने के लिए, इसमें इन्सुलेटेड केबल कोर पर प्रतिकूल प्रभाव न डालने, स्वयं नमी सोखने की क्षमता न होने, सिकुड़ने की प्रवृत्ति न होने और जंग न लगने जैसी विशेषताएं होनी चाहिए।

6. केबल संरचना संरचना: तन्यता तत्व

परंपरागत तार और केबल उत्पाद बाहरी तनाव बलों या अपने स्वयं के भार के कारण उत्पन्न तनाव बलों का सामना करने के लिए आवरण की कवच ​​परत पर निर्भर करते हैं। आम तौर पर स्टील टेप और स्टील वायर से कवच बनाया जाता है (उदाहरण के लिए, पनडुब्बी केबलों के लिए, 8 मिमी व्यास के मोटे स्टील तारों का उपयोग किया जाता है और उन्हें मोड़कर कवच परत बनाई जाती है)। हालांकि, ऑप्टिकल फाइबर को मामूली तनाव बलों से बचाने और संचरण क्षमता को प्रभावित करने वाले फाइबर के हल्के विरूपण को रोकने के लिए, ऑप्टिकल फाइबर केबल संरचना में प्राथमिक और द्वितीयक आवरण के साथ-साथ विशेष तनाव बल घटक भी लगाए जाते हैं। इसके अलावा, यदि मोबाइल फोन के हेडफोन केबल में महीन तांबे के तार या पतले तांबे के टेप को सिंथेटिक फाइबर फिलामेंट्स के चारों ओर लपेटा जाता है और बाहर की तरफ एक इन्सुलेट परत चढ़ाई जाती है, तो यह सिंथेटिक फाइबर फिलामेंट ही तनाव तत्व होता है। संक्षेप में, हाल के वर्षों में विकसित विशेष, छोटे और लचीले उत्पादों में, जिन्हें कई बार मोड़ने और घुमाने की आवश्यकता होती है, तनाव तत्व महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

केबल के तन्यता घटकों में कौन-कौन सी सामग्रियां शामिल हैं: स्टील स्ट्रिप्स, स्टील वायर और स्टेनलेस स्टील फॉइल?