विद्युत् संवाहक

विद्युत् संवाहक: विद्युत् प्रवाह वाहून नेण्यासाठी वापरण्यात येणाऱ्या धातूच्या तारा, केबली [⟶केबल], दंड, नलिका व संगम दांडे (बसबार) यांना विद्युत् संवाहक म्हणतात. जरी कोणतीही धातूची संरचना वा जोडणी विद्युत् संवहन करू शकत असली, तरी विद्युत् प्रवाह नेणाऱ्या मंडलाच्या वा प्रणालीच्या घटक भागांसाठीच ‘विद्युत् संवाहक’ ही संज्ञा सामान्यपणे वापरण्यात येते. विद्युत् शक्ती प्रेषणात व वितरणात, ⇨विद्युत् जनित्र (यांत्रिक शक्ती वापरून विद्युत् शक्ती निर्माण करणारे साधन), ⇨विद्युत् चलित्र (विद्युत् शक्तीचा उपयोग करून यांत्रिक शक्ती निर्माण करणारे साधन मोटार), ⇨रोहित्र (विद्युत् दाबात बदल करणारे साधन) इ. साधनांतील ⇨गुंडाळ्यांमध्ये, संदेशवहनासाठी वापरण्यात येणाऱ्या दूरध्वनी, तारायंत्र वगैरे निरनिराळ्या साधनांत विविध प्रकारचे विद्युत् संवाहक वापरावे लागतात. निरनिराळ्या धन, द्रव व वायरूप पदार्थामधून कमी-अधिक प्रमाणात ⇨विद्युत् संवहन होत असेल, तरी केवळ विद्युत् प्रवाह वाहून नेण्यासाठी ज्या धातवीय घटकांचा मंडलांत व व प्रणालींत उपयोग करण्यात येतो त्यांनाच विद्युत् संवाहक असे प्रस्तुत नोंदीत संबोधलेले आहे.

प्रकार : विद्युत् संवाहकाचे सर्वांत सामान्य प्रचारात असलेले प्रकार म्हणजे तारा, केबली व संगम दांडे हे होत.

तारा: विद्युत् संवाहक म्हणून वापरण्यात येणाऱ्या तारा धातूच्या बारीक सळ्यांच्या अथवा तंतूंच्या आकाराच्या आणि बहुधा मऊ व लवचिक असतात. त्या उघड्या किंवा निरोधक (विद्युत् संवहन न करणाऱ्या) द्रव्याने आच्छादिलेल्या असतात. त्या बहुधा वर्तुळळाकार काटच्छेदाच्या असतात पण काही खास उपयोगांसाठी चौरस अथवा आयताकार काटच्छेदाच्या, फितीसारख्या किंवा इतर आकाराच्याही वापरतात. संवाहक हा भरीव किंवा बहुपदरी म्हणजे अनेक लहान भरीव संवाहकांच्या दोरासारख्या जुळवणीने किंवा सर्पिल (पिळाकार) मांडणीने बनलेला असतो. आ. १. मध्ये अशा बहुपदरी गोल संवाहकाची उदाहरणे दाखविली आहेत.

केबली: मोठ्या आकारमानाच्या निरोधित बहुपदरी संवाहकांना केबली म्हणतात. दोन अगर अधिक निरोधित तारांच्या अथवा केबलींच्या समाईक वेष्टनातील जुळणीस बहुसंवाहकी केबली म्हणतात [⟶केबल].

संगम दांडे: हे दृढ, भरीव संवाहक असून आयताकार, दंडाकार, नलिकाकार व पोकळ चौरसकार अशा विविध आकारांचे असतात.संगम दांडे हे एकेक संवाहक म्हणून (प्रत्येक कलेसाठी एक संगम दांडा) अथवा बहुसंवाहक म्हणून (प्रत्येक कलेसाठी दोन अगर अधिक संगम दांडे) वापरता येतात. (‘कला’ या संज्ञेच्या स्पष्टीकरणासाठी ‘प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाह’ ही नोंद पहावी).

संवाहक द्रव्ये : सर्व धातूंमध्ये चांदीची विद्युत् संवाहकता [⟶विद्युत् संवहन] सर्वांत जास्त आहे [६६X१०^४ (ओहम-सेंमी)^-१] परंतु तिची किंमत फारच जास्त असल्याने तिचा संवाहकांसाठी उपयोग करणे अव्यवहार्य ठरते. यामुळे तिच्या खालोखाल संवाहकता असलेल्या व किंमतीने कमी असलेल्या तांबे [६४·५X१०^४ (ओहम-सेंमी.^-१] व ॲल्युमिनियम [४०X१०^४ (ओहम सेंमी.)^-१] यांसारख्या इतर धातूंचा सर्वसाधारणपणे उपयोग केला जातो. शुद्ध तांबे, शुद्ध ॲल्युमिनियम, ॲल्युमिनियमाच्या णिश्रधातू, तांब्याचे थर चढविलेले पोलाद, लोखंड, जस्त व पोलाद अशा बऱ्याच धातू व मिश्रधातू संवाहक म्हणून वापरतात. तथापि बहुतांशी तारा, केबली व संगम दांडे तांब्याचे अथवा ॲल्युमिनियमाचे बनवितात. तांबे व ॲल्युमिनियम या दोन्ही धातू वाकविता येतात. त्यांना सहजपणे आकार देता येतो तसेच लहान आकारमानात व बहुपदरी रचनेत त्यांना चांगली लवचिकता असते. ॲल्युमिनियमाचा विद्युत् रोध तांब्यापेक्षा जास्त असल्याने दिलेल्या काटच्छेद क्षेत्रफळसाठी त्याची विद्युत् प्रवाह वाहून नेण्याची क्षमता कमी असते. तथापि त्याची कमी किंमत व वजनाने हलके (त्याच घनफळाचा तांब्याच्या फक्त ३०%) असल्याने संगम दांडे, प्रेषण तारा व मोठी निरोधित-केबल अधिष्ठापने यांसाठी त्याचा मोठ्या प्रमाणावर उपयोग करतात.

संवाहक तारांची वर्गवारी मानक (प्रमाणभूत) तारमापकाच्या साहाय्याने केली जाते. मापक तारमापक अंक जितका कमी तितका तारेचा व्यास जास्त व त्यामुळे विद्युत् संवाहकता जास्त असते. विविध तार संवाहकांसाठी मानक तारमापक अंक, तारेचा व्यास, तिची संवाहकता वगैरे माहिती दर्शविणारी कोष्टके विद्युत् संबंधीच्या मानक संस्थांनी प्रसिद्ध केलेल्या सर्व निदेश-ग्रंथांत दिलेली असतात.

उघडे संवाहक : उघड्या तारा व केबली बहुधा केवळ बाह्यविद्युत् शक्ती प्रेषण व वितरण मार्गासाठी वापरण्यात येतात. हे संवाहक निरोधकावर अथवा त्यांच्यापासून आधारलेले असतात. असे निरोधक सामान्यतः पोर्सलिनापासून बनविलेले असून संवाहक मार्गाचा विद्युत् दाब व अंतर्भूत असलेल्या यांत्रिक बाबी यांनुसार त्यांचे अभिकल्प (आराखडे) व रचना केलेल्या असतात. [⟶ निरोधन विद्युत्].

उघडे संगम दांडे बाह्य शक्ति- उपकेंद्राच्या रचनेत, स्विच फलकांत आणि ⇨विद्युत् विलेपन व ⇨विद्युत् विच्छेदन प्रक्रियांत मोठ्या प्रमाणावर वापरतात. उघड्या संगम दांड्यांना निरोधकांचा आधार दिलेला असतो व उपयोगात आणणयात येणाऱ्या विद्युत् दाबाला योग्य असा या निरोधकांचा अभिकल्प केलेला असतो.

निरोधित संवाहक: निरोधित विद्युत् संवाहकांना लवचिक निरोधक द्रव्याचे अखंडित आवरण बसविलेले असते. यामुळे संवाहकांना आधार देऊन ते इतर पदार्थापासून अलग ठेवता येतात. विशिष्ट गरजांनुसार व उपयोगांनुसार निरोधक द्रव्यांचे विविध प्रकार आणि रचना विकसित आलेल्या आहेत. पोर्सलीन, काच, रबर, अभ्रक,ॲस्ब्रेस्टस, पॉलिव्हिनिल क्लोराइड (पीव्हीसी), कागद वगैरै निरोधक द्रव्यांची उदाहरणे आहेत. योग्य निरोधक द्रव्याची निवड ही मंडलातील विद्युत् दाब, कार्य चालू असतानाचे तापमान, उभारणीस व कार्यान्वित असताना करावी लागणारी हाताळणी आणि होणारी झीज, तसेच आर्द्रता, तेले व रसायने यांच्या परिणामांना उघडे राहण्यासारख्या बाबी व पाळणे आवश्यक असणारी संहिता व मानके यांच्यावर अवलंबून असते. [⟶ निरोधन, विद्युत्].

उपरी विद्युत् शक्तिप्रेषण संवाहक मार्ग: यासाठी खांबावरून न्यावयाच्या तारा साधारणपणे भरीव, वर्तुळकार छेदाच्या व एकेरी असतात. किंवा विद्युत् प्रवाह जास्त असेल, तर बहुपदरी दोराच्या असतात. याकरिता पूर्वी तांब्याच्या तारा वापरीत पण आता ॲल्युमिनियमाच्या जास्त प्रमाणात उपयोग करतात. तथापि ॲल्युमिनियमाच्या तारांचे ताणबल फारच कमी असल्याने अशा तारांच्या आधारासाठी वापरलेले खांब खूपच जवळ उभारावे लागतात आणि त्यामुळे प्रेषण यंत्रणेचा एकूण खर्च फारच वाढतो. म्हणून खांबामधील अंतर जास्त ठेवण्यासाठी ॲल्युमिनियम संवाहक तारांना पोलादी तारांची जोड देऊन त्यांची मजबुती वाढवितात. यासाठी गाभ्यात एक किंवा अधिक पोलादी तारांचे पदर ठेवून त्याच्या भोवती विद्युत् प्रतीच्या ॲल्युमिनियमाच्या तारांच्या पदरांची संयुक्त रचना करतात. अशा रचनेस पोलाद प्रबलित ॲल्युमिनियम संवाहक म्हणतात. दुसऱ्या एका रचनेत उच्च बलाच्या ॲल्युमिनियम मिश्रधातूच्या तारांच्या पदरांनी बनलेल्या गाभ्याभोवती तयारकेलेल्या ॲल्युमिनियमाच्या तारांची संयुक्त रचना वापरण्यात येते.

दूरध्वनिकरिता लागणारा विद्युत् प्रवाह अत्यअल्प असतो म्हणून तो वाहून नेणाऱ्या तारा मजबुतीसाठी साधारणपणे पोलादाच्या किंवा लोखंडाच्या करतात आणि गंज चढू नये म्हणून त्यांच्यावर जस्ताचे किंवा तांब्याचे लेप चढविलेले असतात. 

विद्युत् रेल्वेगाडीला किंवा ट्रामगाडीला शक्तिचा पुरवठा करण्यासाठी शुद्ध तांब्याची अथवा कॅडमियमयुक्त तांब्याची भरीव तार किंवा पोलादी तारेवर तांब्याच्या तारांचे पदर वळून तयार केलेला दोर वापरतात. बऱ्याच वेळा संवाहक तारेला येणारा झोळ टाळण्यासाठी तसेच तिचे ताणबल वाढविण्यासाठी मुख्य आधार म्हणून लोखंडी तार वापरतात आणि संवाहक तार तिला वेगवेगळ्या ठिकाणी छोट्या छोट्या तारांच्या तुकड्यांनी निरोधकांचा उपयोग करून टांगलेली असते. अशा वेळी तांब्याच्या तारेचा काटच्छेद वर्तुळकार असतो व तिच्या वरच्या भागात दोन अनुदैर्ध्य (संवाहकाच्या लांबीच्या दिशेने) खाचा पाडलेल्या असतात. या खाचांमुळे तांब्याची तार वरच्या लोखंडी  तारेस टांगण्यासाठी आवश्यक घट्ट पकड मिळू शकते.

शक्ती केबली: विद्युत् शक्ती वितरणासाठी या प्रकारच्या विद्युत् संवाहकांचा उपयोग करण्यात येतो. या केबली जमिनीखालील वाहिन्यांत व नळ्यांत बसविण्यात येतात. त्यांच्यावर विशेष संरक्षक आवरण चढविलेले असते. अशा केबलीमध्ये एकदिश प्रवाहासाठी दोन स्वतंत्र संवाहक तारा आणि प्रत्यावर्ती त्रिकला प्रवाहासाठी तीन किंवा चार संवाहक तारा असतात. विद्युत् प्रवाह जास्त असतो. त्यावेळी प्रत्येक संवाहक बहुपदरी तारांचा मिळून बनविलेला असतो. या प्रत्येक संवाहकाभोवती निरोधक पदार्थाचे आवरण असून या सर्व संवाहकांभोवती एकत्रित असे निरोधक आवरण असते. शक्ती केबलींसाठी सामान्यपणे उपयोगात असलेले निरोधक पदार्थ म्हणजे रबर, कागद, व्हार्निशयुक्त केंब्रिक कापड, ॲस्बेस्टस व ऊष्मामृदू (तापविल्याने मऊ व प्रवाही बनणे आणि थंड झाल्यावर अप्रवाही व कडक बनणे हे बदल पुनःपुन्हा करता येणारे) प्लॅस्टिक हे होत. शक्ती केबलींचा उपयोगऔद्योगिक संयंत्रातील व मोठ्या इमारतींतील विद्युत् शक्ती प्रणालीमध्येही करतात.[⟶केबल]. 

विद्युत् जनित्र, चलित्र व रोहित्र यांमधील संवाहक: विद्युत् जनित्र, चलित्र, रोहित्र व इतर विद्युत् चुंबकीय प्रयुक्तींमधील गुंडाळ्यांसाठी संवाहक म्हणून तांब्याच्या तारेचाच जास्तीत जास्त उपयोग केला जातो (क्वचित प्रसंगी ॲल्युमिनियम वापरले जाते). या संवाहकांसाठी सापेक्षतः पातळ निरोधन वापरतात. आकारमानाच्या जनित्रांत चलित्रांत व रोहित्रांत त्यांतून वहनाऱ्या प्रवाहानुसार वर्तुळाकार काटच्छेदाच्या ताराच वापरल्या जातात आणि त्यांवर एनॅमल केलेले असते. थोड्या मोठ्या आकारमानाच्या संवाहकावर सुताचे वेष्टन करतात. फार मोठ्या आकारमानाच्या जनित्रांत, चलित्रात अथवा रोहित्रात जागा वाचविण्यासाठी संवाहक म्हणून चौरस किंवा चपट्या आकाराच्या पट्ट्या वापरतात. त्यांच्याभोवती जाड एनॅमल, सिलिकॉन व्हार्निश किंवा काचेच्या तंतूंचे वेष्टन केलेले असते. 

जनित्र, चलित्र व रोहित्र यांमध्ये वापरलेल्या संवाहक तारांमधून विद्युत् प्रवाह असताना त्या तापून त्यांचे तापमान वाढते.तारांच्या भोवतालचे  निरोधक वेष्टन या वाढलेल्या तापमानातही टिकून राहणे आवश्यक असते. यासाठी निरोधक तापमानानुसार वर्गवारी ठरविलेली आहे. उदा., एनॅमल किंवा सुताचे वेष्टन ११०^०से.तापमानापर्यंत (A वर्ग वेष्टन), जाड एनॅमल व काचेच्या तंतूंचे वेष्टन १४५^० से.पर्यंत (B वर्ग वेष्ट), तर सिलिकॉन व्हार्निश व काचेच्या तंतूंचे वेष्टन १८०^० से. पर्यंत (H वर्ग वेष्टन)वापरता येते. यापेक्षा जास्त तापमानासाठी खनिज अभ्रकासारख्या इतर पदार्थांचे  वेष्टन जाते.

वेगवेगळ्या जनित्रांतून आलेले विद्युत् प्रवाह एकत्र करून ते पुढे जरूरीप्रमाणे अनेक शाखांमध्ये वितरित करण्यासाठी संगम दांड्यांचा उपयोग करतात यासाठी संवाहक म्हणून वर्तुळाकार काटच्छेदाच्या अथवा चपट्या तांब्याच्या पट्ट्या वापरतात. काही वेळा यासाठी पोकळ नळ्यांचाही वापर केला जातो. विशेषतः त्रिकला मंडलांत संगम दांडा हा अनेक पट्ट्या एकाच पातळीत एकमेकींजवळ ठेवून बनविलेला असतो. अशा वेळी पट्ट्यांतून विद्युत् प्रवाह वाहत असताना उत्पन्न होणारी उष्णता बाहेर पडण्यास योग्य तेवढे क्षेत्रफळ पट्ट्यांचे तापमानमर्यादित राहील अशा रीतीने पट्ट्यांची रचना केलेली असते.

संवाहकाचे आकारमान: संवाहकातून विद्युत् प्रवाह वाहत असताना  त्यातील काही ऊर्जेचे उष्णतेत रूपांतर होते व तेवढी ऊर्जा वाया जाते. संवाहकाचा विद्युत् रोध त्याच्या काटच्छेदाच्या क्षेत्रफळाशी व्यस्त प्रमाणात असल्याने काटच्छेदाचे क्षेत्रफळ जेवढे वाढवावे तितका रोध कमी होतो आणि रोधामुळे होणारा ऊर्जाक्षय कमी करता येतो परंतु संवाहकाच्या काटच्छेदाचे क्षेत्रफळ वाढल्यानेत्याचे वजन आणि किंमतही वाढते. या दोन परस्परविरोधी गोष्टींचा विचार करून सर्वसाधारणपणे संवाहकाच्या रोधामुळे होणारा ऊर्जेचा क्षय त्यातून जाणाऱ्या एकूण ऊर्जेच्या ५ टक्कयांहून कमी होईल अशा बेताने संवाहकाच्या काटच्छेदाचे क्षेत्रफळ व व्यास ठरविले जातात. अशा तऱ्हेने तांब्याच्या संवाहक तारेसाठी वापरण्यात येणारे कोष्टक येथे दिले आहे. तारेचा व्यास समजला म्हणजे दुसऱ्या कोष्टकावरून तारेचा मानक तारमापक अंक पाहता येतो.

तांब्याच्या संवाहक तारेतून वहनारा विद्युत् प्रवाह व तारेच्या काटच्छेदाचे क्षेत्रफळ 

संवाहकातील विद्युत् दाबपात : विद्युत् मंडलातील संवाहकांचा रोध व (प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाहाच्या बाबतीत) अवरोध यांच्यामुळे भाराच्या ठिकाणी उपलब्ध असलेल्या विद्युत् दाबात घट होते. संवाहक मार्ग व भार रोध हे एकसरीत असल्याने उद्गगम विद्युत् दाब त्या प्रमाणात विभागला जातो. उद्गगम विद्युत् दाब व भारापाशी असणारा विद्युत् दाब यांच्यातील फरकाला विद्युत् दाबपात म्हणतात.  

सर्व प्रकारची विद्युत् उपकरणे एका विशिष्ट दाबाला किंवा विद्युत् दाबांच्या एका अरूंद कक्षेत चालतील अशा प्रकारे अभिकल्पित केलेली असतात. ही उपकरणे ळक्षणीय इतक्या कमी विद्युत् दाबाला चालविली, तर त्यांच्या  कार्यमानावर व कार्यक्षमतेवर अनिष्ट परिणाम होतो.  

संवाहक मार्गाच्या रोधामुळे निर्माण होणारा विद्युत् मंडलातील दाबपात हा शक्तिव्ययच असून तो संवाहकात उष्णतेच्या रूपात आढळून येतो. टोकाच्या परिस्थितीत उष्णतेमुळे निरोधक जलद गतीने खराब किंवा नष्ट होऊ शकतो. यामुळे विद्युत् शक्तिप्रेषक प्रणालीतील संवाहक हे विद्युत् दाबपाताचे मूल्य स्वीकार्य राहील इतपत आकारमानाने मोठे असले पाहिजेत किंवा मग प्रणालीतील ⇨शक्तिगुणक सुधारणाऱ्या प्रयुक्त्या बसविणे आवश्यक ठरते.  

इमारतींमध्ये वापरण्यात येणाऱ्या विद्युत् संवाहकासंबंधीची माहिती विद्युत् वाहक तारकाम या नोंदीत दिलेली आहे. 

पहा: केबल निरोधन, विद्युत् रोधक वितरण पद्धति विद्युत् संवहन शक्तिप्रेषण, विद्युत्. 

संदर्भ:1. Carr, C. C., Ed., Crofr’s American’s Handbook, New York, 1961.

        2. Fink, D. G. Carroll, J., Ed. Standard Handbook for Electrical Engineers, New York, 1978.

ओक, वा.रा. कोळेकर, श. वा.

“