उच्च-वोल्टेज लाइनों के लिए सही इन्सुलेटर कैसे चुनें?

उच्च-वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए प्रमुख इंसुलेटर प्रकार और सामग्री विकल्पों को समझें

सस्पेंशन, पोस्ट, लॉन्ग रॉड और स्ट्रेन इंसुलेटर: एचवी सिस्टम में कार्य और संरचनात्मक भूमिकाएँ

उच्च वोल्टेज संचरण प्रणालियों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने वाले चार मुख्य प्रकार के इन्सुलेटर होते हैं। निलंबन इन्सुलेटर अलग-अलग डिस्क की डोरियों के माध्यम से चालकों के भार को सहन करके काम करते हैं। यह व्यवस्था इंजीनियरों को विभिन्न आकारों में टावर बनाने की अनुमति देती है और उन स्थितियों में आसानी प्रदान करती है जहाँ लाइनों को जटिल भूभाग का अनुसरण करने की आवश्यकता होती है। खंभा इन्सुलेटर (पोस्ट इन्सुलेटर) एक अलग दृष्टिकोण अपनाते हैं, जो उपस्थापनों में पाए जाने वाले मोटे बसबार के लिए मजबूत सहारा प्रदान करते हैं। इन्हें सैकड़ों किलोवोल्ट तक के वोल्टेज का सामना करने के लिए मजबूती से बनाया जाता है। लंबी छड़ इन्सुलेटर (लॉन्ग रॉड इन्सुलेटर) इसलिए अलग दिखाई देते हैं क्योंकि ये या तो पोर्सिलेन या संयुक्त सामग्री के एक लगातार टुकड़े से बने होते हैं। ये गंदगी के जमाव को रोकने में विशेष रूप से अच्छे होते हैं, जिसी कारण से इन्हें EHV अनुप्रयोगों में बहुत अधिक देखा जाता है, जहाँ लंबे सतहों के कारण घटकों के बीच खतरनाक फ्लैशओवर को रोका जा सकता है। फिर तनाव इन्सुलेटर (स्ट्रेन इन्सुलेटर) संचरण लाइनों के सिरों पर स्थापित किए जाते हैं ताकि ऊंचाई में परिवर्तन, भारी बर्फ के जमाव या प्राकृतिक भूभाग पर तेज हवाओं जैसे विभिन्न बलों के बावजूद सब कुछ एक साथ बना रहे। प्रत्येक प्रकार को विभिन्न चुनौतियों जैसे पवन दबाव, बर्फ के जमाव और यहां तक कि भूकंप से निपटने के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया है। दिलचस्प बात यह है कि शोध से पता चलता है कि पुराने डिस्क डोरी डिज़ाइन की तुलना में लगातार तनाव के तहत लंबी छड़ इन्सुलेटर लगभग 30 प्रतिशत अधिक समय तक चल सकते हैं, जिससे वे कई आधुनिक स्थापनाओं के लिए एक समझदारी भरा विकल्प बन जाते हैं।

पोर्सिलेन, कांच और संयुक्त इंसुलेटर: प्रदर्शन, स्थायित्व और अनुप्रयोग फिट

उच्च वोल्टेज स्थितियों में उपकरणों के प्रदर्शन और उनके द्वारा कितने समय तक काम करने की बात आती है, तो यह बहुत मायने रखता है कि किस प्रकार की सामग्री का उपयोग किया जाता है। मिट्टी के बरतन (पोर्सिलेन) का उपयोग बहुत समय से किया जा रहा है क्योंकि यह बिजली को अच्छी तरह से संभालता है, जिसमें प्रति फुट 150 kV से अधिक की परावैद्युत शक्ति होती है, और तापमान में बदलाव होने पर भी स्थिर रहता है। समस्या यह है? अगर कुछ इस पर टकराता है तो यह आसानी से टूट जाता है, जो उन स्थानों पर वास्तविक चिंता का विषय है जहां रखरखाव हमेशा आसान या सुरक्षित नहीं होता। टेम्पर्ड ग्लास इंसुलेटर्स स्वतः सफाई कर लेते हैं और पूरी तरह से खराब होने से पहले दरार दिखाते हैं, जो सुरक्षा कारणों से अच्छा है। लेकिन ये ग्लास वाले समुद्र तटों के पास जहां हवा में नमक अधिक होता है, उतने अच्छे नहीं झेल पाते, जिसके कारण उनकी सतह समय के साथ क्षरण का शिकार हो जाती है। संयुक्त पॉलिमर इंसुलेटर्स की लोकप्रियता हाल के दिनों में बढ़ी है, खासकर गंदे या नम वातावरण में। इनके अंदर फाइबरग्लास होता है और बाहरी आवरण सिलिकॉन रबर का होता है, और इनके पानी को धकेलने के गुण उन्हें नियमित सामग्री की तुलना में लगभग 40% तेजी से गंदगी और मैल हटाने में मदद करते हैं। कुछ क्षेत्र रिपोर्ट्स में सुझाव दिया गया है कि शुष्क जलवायु में इन संयुक्त इंसुलेटर्स के उपयोग से पारंपरिक पोर्सिलेन विकल्पों की तुलना में लगभग 15 वर्ष अतिरिक्त तक चल सकते हैं। फिर भी, सूर्य के पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश के अधीन कई वर्षों के बाद, उनके तेजी से क्षरण को रोकने के लिए विशेष सूत्र विकसित करने की आवश्यकता होती है। अति उच्च वोल्टेज प्रणालियों में वर्तमान में जो कुछ हो रहा है, उसे देखते हुए, हम नए संकर दृष्टिकोण देखने लगे हैं जो ग्लास या पोर्सिलेन कोर के सर्वोत्तम भागों को लेते हैं और उन्हें संयुक्त आवरण के मौसम-प्रतिरोधी गुणों के साथ जोड़ते हैं।

विद्युत और यांत्रिक प्रदर्शन आवश्यकताओं का आकलन करें

परावैद्युत सामर्थ्य और वोल्टेज रेटिंग: इंसुलेटर्स को 110 kV-UHV और HVDC सिस्टम के साथ मिलाना

सही इन्सुलेटर सामग्री का चयन करने के लिए प्रणाली वोल्टेज और वास्तविक विद्युत तनाव दोनों पर सावधानीपूर्वक विचार करने की आवश्यकता होती है। 110kV से 800kV के बीच के AC प्रणालियों के लिए, मानक पोर्सिलेन इन्सुलेटर आमतौर पर प्रति सेंटीमीटर लगभग 10 से 12 kV को संभालते हैं। लेकिन जब हम अल्ट्रा हाई वोल्टेज (UHV) और हाई वोल्टेज डायरेक्ट करंट (HVDC) अनुप्रयोगों में प्रवेश करते हैं, तो आवश्यकताएँ काफी बढ़ जाती हैं। इन प्रणालियों को कम से कम 15 kV प्रति सेमी की सहनशीलता वाली सामग्री की आवश्यकता होती है क्योंकि विद्युत क्षेत्र बहुत अधिक मजबूत हो जाते हैं। HVDC के साथ काम करने से कुछ अतिरिक्त समस्याएँ भी उत्पन्न होती हैं। विद्युत क्षेत्रों का वितरण ध्रुवीयता पर निर्भर करता है, और इन प्रणालियों में अन्य प्रणालियों की तुलना में सतही दूषित पदार्थों का जमाव तेजी से होता है। यह दूषण समस्या वास्तव में उम्र बढ़ने की प्रक्रिया को तेज कर देती है और समय के साथ उच्च लीकेज धाराओं का कारण बनती है। अधिकांश इंजीनियर आमतौर पर उन अस्थायी वोल्टेज स्पाइक्स के खिलाफ सुरक्षा के लिए प्रणाली द्वारा सामान्य रूप से अनुभव किए जाने वाले स्तर से लगभग 20 से 30 प्रतिशत अतिरिक्त क्षमता को शामिल करते हैं। UHV इन्सुलेटर को उदाहरण के रूप में लें—उन्हें अक्सर दबाव में टिके रहने की जाँच के लिए पूरी एक मिनट के लिए 1800kV पर कठोर परीक्षण से गुजारा जाता है। कई कंपनियाँ अब HVDC कार्य के लिए संयुक्त पॉलिमर इन्सुलेटर की ओर रुख कर रही हैं। ये सतहों पर विद्युत क्षेत्र को अधिक समान रूप से वितरित करते हैं और धूल और प्रदूषण के कारण होने वाले फ्लैशओवर के खिलाफ पारंपरिक विकल्पों की तुलना में बेहतर प्रतिरोध प्रदान करते हैं।

यांत्रिक भार क्षमता: पवन, बर्फ, तनाव और भूभाग की चुनौतियों का सामना करना

कठोर परिस्थितियों में विश्वसनीय संचालन के लिए यांत्रिक प्रदर्शन महत्वपूर्ण है। उच्च वोल्टेज इन्सुलेटर्स निम्न का सामना करने में सक्षम होने चाहिए:

• पवन और बर्फ के भार : बर्फ जमाव वाले क्षेत्रों में 345 kV लाइनों के लिए 70 kN से अधिक कैंटिलीवर शक्ति
• चालक तनाव : लाइन दोष या चरम मौसम के दौरान श्रृंखलाबद्ध विफलता को रोकने के लिए 120 kN से अधिक तन्य शक्ति
• भूकंपीय और भूभाग तनाव : भूकंप प्रवण क्षेत्रों में कंपन अवमंदकों और पहाड़ी या खुले भूभाग में एंटी-गैलपिंग डिज़ाइन का उपयोग
  संयुक्त इन्सुलेटर्स 500 MPa से अधिक की उत्कृष्ट तन्य शक्ति प्रदान करते हैं, जो चीनी मिट्टी के बरतन के लगभग 40 MPa की तुलना में होती है, जबकि सिलिकॉन रबर आवास बर्फ के निकास के प्रदर्शन में सुधार करते हैं। तटीय क्षेत्रों में, लवण-प्रेरित ट्रैकिंग का प्रतिरोध करने के लिए इन्सुलेटर्स को 25-30 मिमी/केवी की उत्पीड़न दूरी और जल-विरोधी सतहों की आवश्यकता होती है। IEC 61109 और ANSI C29.11 मानकों के साथ अनुपालन वास्तविक परिस्थितियों के तहत यांत्रिक और विद्युत प्रदर्शन सुनिश्चित करता है, जो दशकों तक विश्वसनीय सेवा का समर्थन करता है।

कठोर परिस्थितियों में पर्यावरणीय प्रतिरोध और दीर्घकालिक विश्वसनीयता का आकलन करें

तटीय, औद्योगिक और शुष्क जलवायु में उत्पीड़न दूरी और प्रदूषण प्रदर्शन

इन्सुलेटरों के प्रदर्शन और उनके आयु काल को उनके परिवेशी वातावरण से बहुत अधिक निर्भरता होती है। जब बात क्रीपेज दूरी की आती है—जो दो इलेक्ट्रोड के बीच इन्सुलेटर की सतह के अनुदिश वास्तविक सबसे छोटा मार्ग होता है—तो खतरनाक फ्लैशओवर से बचने के लिए उच्च प्रदूषण स्तर वाले स्थानों पर इसमें समायोजन की आवश्यकता होती है। तटीय क्षेत्र विशेष समस्याएँ लाते हैं क्योंकि नमक समय के साथ जमा होकर सतहों पर चालक परतें बना देता है। इसीलिए अब कई निर्माता जलप्रतिकर्षी सिलिकॉन रबर कंपोजिट्स की ओर रुख कर रहे हैं, जो महत्वपूर्ण घटकों से नमी और धूल को दूर रखने में बहुत अच्छा काम करते हैं, जिससे हम सभी को कम करना चाहिए वह चिड़चिड़ा लीकेज धारा कम हो जाती है। औद्योगिक क्षेत्र एक अन्य चुनौतियाँ प्रस्तुत करते हैं क्योंकि इन्सुलेटरों पर सल्फर यौगिकों और सीमेंट धूल जैसे रासायनिक प्रदूषकों की बमबारी होती है। ये पदार्थ गीले होने पर चालक मार्ग बनाने के लिए प्रवृत्त होते हैं, लेकिन रिब्ड प्रोफाइल डिज़ाइन के साथ-साथ नियमित सफाई प्रक्रियाएँ इस समस्या को हल करने में बहुत मदद करती हैं। रेगिस्तान भी अपनी विशिष्ट कठिनाइयाँ प्रस्तुत करता है—सामग्री पर लगातार रेत का क्षरण होता है और तीव्र पराबैंगनी किरणें उन्हें और अधिक नष्ट कर देती हैं। अध्ययनों से पता चलता है कि कठोरीकृत कांच पारंपरिक पोर्सिलेन विकल्पों की तुलना में इन कठोर परिस्थितियों के प्रति लगभग 30 प्रतिशत अधिक प्रतिरोधी होता है। प्रदूषित वातावरण में उचित संचालन सुनिश्चित करने के लिए, इंजीनियर लीकेज धाराओं की निकटता से निगरानी करते हैं और उच्च आर्द्रता की अवधि के दौरान थर्मल रनअवे को रोकने के लिए उन्हें 50 mA की सीमा से नीचे रखने का लक्ष्य रखते हैं। परीक्षण प्रोटोकॉल में तीव्र उम्र बढ़ने के सिमुलेशन शामिल होते हैं जो ऋण 40 डिग्री सेल्सियस से लेकर धन 80 डिग्री सेल्सियस तक चरम तापमान में उतार-चढ़ाव के दशकों के अनुभव की नकल करते हैं, जिससे निर्माताओं को समय के साथ सामग्री की टिकाऊपन के बारे में आत्मविश्वास मिलता है। और हाँ, अनुशंसित क्रीपेज दूरियों में वह परिवर्तन होता है जहाँ इन इन्सुलेटरों को स्थापित किया जाता है।

जलवायु-अनुकूलित प्रोफाइल वाले इन्सुलेटर्स का चयन करने से 25+ वर्षों तक विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित होता है, जो सतह प्रतिरोध, जल-विरोधी गुण और स्वयं-सफाई क्षमता को संतुलित करता है।

वोल्टेज और अनुप्रयोग आधारित चयन ढांचा लागू करें

33 kV-345 kV AC बनाम UHV/HVDC के लिए इंसुलेटर्स का चयन: स्ट्रिंग विन्यास, प्रति kV इकाइयाँ, और विश्वसनीयता मानक

सही इंसुलेटर चुनना इस बात पर भारी हद तक निर्भर करता है कि हम किस वोल्टेज स्तर के साथ काम कर रहे हैं और क्षेत्र में उनका वास्तविक उपयोग कैसे किया जाएगा। 33 kV से लेकर 345 kV तक के AC सिस्टम के साथ काम करते समय, अनुकूलनीय स्ट्रिंग विन्यास और प्रदूषण निर्माण के प्रति अच्छी प्रतिरोधक क्षमता की आवश्यकता होती है। आमतौर पर 100 kV के लिए 8 से 10 चीनी मिट्टी या ग्लास यूनिट पर्याप्त काम करते हैं, जहाँ पर्यावरणीय स्थितियाँ बहुत कठोर नहीं होती हैं। लेकिन अत्यधिक उच्च वोल्टेज (UHV) और उच्च वोल्टेज डायरेक्ट करंट (HVDC) सिस्टम को देखते समय स्थिति बदल जाती है। ऐसे इंस्टालेशन के लिए अधिक मजबूत चीजों की आवश्यकता होती है, जो आमतौर पर संयुक्त पॉलिमर इंसुलेटर होते हैं, जो प्रति kV 25 mm से अधिक लंबी क्रीपेज दूरी प्रदान करते हैं और गंदगी जमा होने के खिलाफ बेहतर सुरक्षा देते हैं। इन सिस्टम में विद्युत क्षेत्र को ठीक से संभालने के लिए लगभग AC सेटअप की तुलना में 1.5 गुना अधिक इंसुलेटर यूनिट की आवश्यकता होती है। यहाँ विश्वसनीयता मानक भी काफी कठोर होते हैं, जहाँ अधिकांश UHV परियोजनाएँ वार्षिक विफलता 0.05% से कम रखने का लक्ष्य रखती हैं। और यांत्रिक शक्ति के बारे में भी मत भूलें, खासकर उन स्थानों में जहाँ भारी बर्फ जमाव या तेज हवाओं के कारण इंसुलेटर 50 kN से अधिक स्थैतिक तनाव का सामना कर सकते हैं। उद्योग के पेशेवर आमतौर पर IEC 60383 के दिशानिर्देशों का पालन करते हैं जो रिसाव दूरी के लिए होते हैं और यांत्रिक भार के लिए ANSI C29 विनिर्देशों का पालन करते हैं ताकि समय के साथ सब कुछ सुचारू रूप से चलता रहे और पूरे ग्रिड की स्थिरता बनी रहे।

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