पावर सिस्टम में इंसुलेटर्स के प्रमुख उपयोग क्या हैं?

पावर सिस्टम में इंसुलेटर्स की मूलभूत भूमिका और विशेषताएं

पावर सिस्टम में विद्युत इंसुलेटर्स के कार्य और उद्देश्य

विद्युत इन्सुलेटर लाइव पार्ट्स और भूमि संरचनाओं के बीच बाधाएं बनाकर एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, जिससे बिजली के अवांछित प्रवाह को रोका जा सके जो उपकरण विफलता का कारण बन सकता है या खतरनाक स्थितियां पैदा कर सकता है। ये सामग्री 500 किलोवोल्ट से अधिक वोल्टेज होने पर भी बिजली को सुचारु रूप से चलाने में मदद करती हैं, और IEEE मानकों के अनुसार 2021 में प्रकाशित एक अध्ययन के अनुसार, ये विद्युत रिसाव धाराओं को प्रति किलोमीटर लगभग 10 माइक्रोएम्पियर से नीचे रखने में सक्षम हैं। आज के पावर नेटवर्क को इन्सुलेशन सामग्री की आवश्यकता होती है जो कठिन परिस्थितियों का सामना करने के लिए पर्याप्त मजबूत हों। बर्फ का जमाव और गंदगी का जमाव वास्तविक समस्याएं हैं, विशेष रूप से तटरेखा के पास जहां ये कारक 2022 में CIGRE द्वारा प्रकाशित एक अध्ययन के अनुसार सतह प्रतिरोध को आधे से तीन-चौथाई तक कम कर सकते हैं।

कोर इन्सुलेटर गुण: प्रतिरोधकता, परावैद्युत सामर्थ्य, और यांत्रिक स्थायित्व

तीन मुख्य विशेषताएं इन्सुलेटर के प्रदर्शन निर्धारित करती हैं:

1. प्रतिरोधक : प्रतिरोधकता: मजबूत कांच जैसी उच्च-प्रदर्शन सामग्री 25°C तापमान पर 1×10¹³ Ω·cm से अधिक की थोक प्रतिरोधकता प्राप्त कर सकती है।
2. डाइलेक्ट्रिक ताकत : पॉलिमर संयुक्त पदार्थ विद्युत क्षेत्र का सामना 30 kV/mm तक कर सकते हैं, फिर भी विद्युत भंजन से पहले
3. यांत्रिक भार क्षमता : निलंबन इन्सुलेटर तारों ऊर्ध्वाधर भार का समर्थन करते हैं जो 160 kN से अधिक होता है और न्यूनतम विरूपण (<0.5%)

चक्रीय भार के तहत सिरेमिक इन्सुलेटर पॉलिमर प्रकार की तुलना में 30-40% अधिक भेदन प्रतिरोध प्रदान करते हैं, लेकिन आधुनिक संयुक्त पदार्थ प्रदूषित और आर्द्र परिस्थितियों में उत्कृष्ट फ्लैशओवर प्रदर्शन प्रदान करते हैं (EPRI ग्रिड रिपोर्ट 2023)।

उच्च-वोल्टेज संचरण लाइनों में निलंबन इन्सुलेटर

लंबे-फैले संचरण नेटवर्क में ओवरहेड कंडक्टर का समर्थन करना

निलंबन इन्सुलेटर लंबी दूरी की ट्रांसमिशन प्रणालियों में ऊपर वाली बिजली की लाइनों को स्थिर रखने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। ये घटक 70 किलोन्यूटन से अधिक बल जैसे काफी भारी यांत्रिक तनाव का सामना करने के साथ-साथ अपने विद्युत इन्सुलेशन गुणों को बनाए रखने में सक्षम होने चाहिए। इनके बिना चालक तार समर्थन टावरों को छू सकते हैं, जो खंभों के बीच की लंबी छत्र में विशेष रूप से समस्याग्रस्त हो जाता है। इन छत्रों में झुकाव (सैग) को कुल छत्र लंबाई के लगभग 3% से कम रखा जाना चाहिए ताकि खतरनाक फ्लैशओवर को रोका जा सके। अधिकांश आधुनिक डिज़ाइन में मॉड्यूलर डिस्क व्यवस्था का उपयोग किया जाता है, जो उपयोगिता कंपनियों को क्रीपेज दूरी को वोल्टेज आवश्यकताओं (जो 1,100 केवी एसी तक जा सकती है) और परिवेश के वातावरण की गंदगी के आधार पर समायोजित करने देता है। 2024 हाई वोल्टेज इन्सुलेटर रिपोर्ट के नवीनतम बाजार प्रवृत्तियों की जांच करने पर, बड़े अंतर-क्षेत्रीय एचवीडीसी ट्रांसमिशन कॉरिडोर के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए निलंबन इन्सुलेटर की मांग में काफी वृद्धि हुई है, जो उद्योग विश्लेषकों के अनुसार प्रति वर्ष लगभग 12% की दर से बढ़ रही है।

विश्वसनीयता के लिए स्ट्रिंग कॉन्फ़िगरेशन और डिज़ाइन अनुकूलन

यह निर्धारित करने के लिए कि एक इन्सुलेटर स्ट्रिंग की लंबाई कितनी होनी चाहिए, इंजीनियर इस मूल गणना का उपयोग करते हैं: इकाइयों की संख्या, सुरक्षा कारक से गुणा किए गए सिस्टम वोल्टेज को प्रति डिस्क वहन किए जा सकने वाले वोल्टेज से विभाजित करके प्राप्त की जाती है। अधिकांश बिजली लाइनों में 230 केवी सिस्टम के लिए लगभग 8 डिस्क होते हैं, लेकिन 765 केवी की उच्च वोल्टेज संचरण लाइनों के लिए एक साथ जुड़े 24 से अधिक व्यक्तिगत इन्सुलेटर्स की आवश्यकता हो सकती है। ग्रेडिंग रिंग्स को जोड़ने से भी काफी फर्क पड़ता है। ये रिंग्स स्ट्रिंग पर विद्युत क्षेत्र को अधिक समान रूप से फैलाती हैं, जिससे आर्द्रता का स्तर अधिक होने पर विशेष रूप से कोरोना डिस्चार्ज की समस्या में कमी आती है। हम एक प्रवृत्ति देख रहे हैं जहां आजकल सेंसर तकनीक इन्सुलेटर डिज़ाइन के मानक भाग के रूप में शामिल हो रही है। कंपनियां ऐसे उपकरणों को एम्बेड कर रही हैं जो ±2% सहिष्णुता के भीतर यांत्रिक तनाव की निगरानी करते हैं और लीकेज करंट को मापते हैं। इस प्रकार की निगरानी से संयंत्र ऑपरेटरों को नियमित निरीक्षण के दौरान समस्याओं के गंभीर होने से पहले संभावित मुद्दों का पता लगाने में मदद मिलती है।

आधुनिक ग्रिड में कॉम्पोजिट और पॉलिमर निलंबन इन्सुलेटर्स के लाभ

• वजन कम करना मिट्टी के बर्तनों की तुलना में 60% हल्का, टावर संरचनात्मक आवश्यकताओं को कम करना
• दूषण प्रतिरोध सिलिकॉन रबर शेड्स नमक और प्रदूषण के निर्माण का प्रतिरोध करते हैं, तटीय क्षेत्रों के लिए आदर्श
• जलविरोधी सतह स्व-सफाई गुण 70% तक मरम्मत की आवृत्ति को कम करते हैं, सीरेमिक की तुलना में
• कंपन अवमंदन पॉलिमर मैट्रिक्स एयोलियन कंपनों को सोखते हैं, कंडक्टर के जीवन को 15-20 वर्षों तक बढ़ाना

उपस्टेशन अनुप्रयोगों में पोस्ट और सपोर्ट इन्सुलेटर्स

बसबार, सर्किट ब्रेकर, और दृढ़ कंडक्टर समर्थन प्रणालियों में महत्वपूर्ण उपयोग

पोस्ट इंसुलेटर सबस्टेशन वातावरण में बिजली को सुरक्षित रखते हुए आवश्यक संरचनात्मक सहायता प्रदान करते हैं। ये घटक उन दृढ़ बसबारों को सहारा देते हैं जो ट्रांसफार्मरों को सर्किट ब्रेकरों से जोड़ते हैं, चालक भागों के बीच आवश्यक अंतर पैदा करते हैं ताकि बिजली के झटकों के समय खतरनाक फ्लैशओवर न हों। लगभग 500 केवी की अधिकांश उच्च वोल्टेज स्थापनाओं को सुविधा भर में फैले इनमें से लगभग चालीस से साठ इंसुलेटर्स की आवश्यकता होगी। पारंपरिक सिरेमिक्स या नए पॉलिमर यौगिकों से बने आधुनिक पोस्ट इंसुलेटर चार हजार एम्पियर तक के स्थिर धारा प्रवाह को नियंत्रित कर सकते हैं बिना समय के साथ ऊष्मा क्षति के लक्षण दिखाए। सामग्री का चुनाव अक्सर विभिन्न क्षेत्रों में स्थानीय जलवायु परिस्थितियों और रखरखाव वरीयताओं पर निर्भर करता है।

उपकेंद्र विन्यासों में यांत्रिक भार और पर्यावरणीय तनाव का प्रबंधन

ये इंसुलेटर अत्यधिक पवन गति (>150 किमी/घंटा) और -40°C से +80°C तक के तापमान में भी स्थायित्व रखते हैं। तटीय स्थापनों में उनकी संक्षारण प्रतिरोध के कारण कॉम्पोजिट पॉलिमर डिज़ाइन प्रमुख हैं; सिलिकॉन रबर के संस्करण चीनी मिट्टी की तुलना में नमकीन कोहरे से होने वाली विफलताओं को 72% तक कम कर देते हैं। पर्यावरण के अनुसार डिज़ाइन पर विचार भिन्न होता है:

चीनी मिट्टी बनाम सिलिकॉन रबर: प्रदर्शन और रखरखाव तुलना

हालांकि पोर्सिलेन डायलेक्ट्रिक शक्ति (30-40 kV/सेमी) के लिए विश्वसनीय प्रदान करता है, सिलिकॉन रबर कॉम्पोजिट में काफी फायदे हैं:

• 45% कम वजन जिससे हैंडलिंग और इंस्टॉलेशन आसान हो जाता है
• तीन गुना अधिक फ्रैक्चर टफनेस
• हाइड्रोफोबिक, स्व-सफाई वाली सतहें

2022 CIGRE के अध्ययन में पाया गया कि प्रदूषित परिस्थितियों में पॉलिमर इंसुलेटर को पोर्सिलेन की तुलना में 60% कम रखरखाव की आवश्यकता होती है। हालांकि, अल्ट्रा-हाई-वोल्टेज एप्लिकेशन (>800 kV) के लिए पोर्सिलेन को प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि इसके स्थिर थर्मल एक्सपेंशन गुण होते हैं।

डेड-एंड और हाई-टेंशन इंस्टॉलेशन के लिए स्ट्रेन इंसुलेटर

लाइन टर्मिनेशन और शार्प रूट डिविएशन में कंडक्टर्स का एंकरिंग

स्ट्रेन इंसुलेटर लाइन टर्मिनेशन और दिशा में तीव्र परिवर्तन पर कंडक्टर्स को सुरक्षित करते हैं, 50 kN से अधिक टेंसाइल बल का सामना करते हैं और विद्युत रिसाव को रोकते हैं। आधुनिक कॉम्पोजिट संस्करण पोर्सिलेन समकक्षों की तुलना में 40% हल्के होते हैं और 150 kV/मीटर से अधिक डायलेक्ट्रिक शक्ति बनाए रखते हैं, जो शहरी क्षेत्रों में डेड-एंड पोल्स के लिए उपयुक्त बनाता है।

चुनौतीपूर्ण स्थलों में उपयोग: नदी पारगमन और पर्वतीय क्षेत्र

तनाव इन्सुलेटर्स चुनौतीपूर्ण स्थलों जैसे पर्वतीय मार्गों और नदी घाटियों में बिजली लाइनों की रक्षा में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, जहां वे भारी बर्फ के जमाव, तेज हवाओं, और यहां तक कि भूकंपों के खतरों का सामना करते हैं। पिछले वर्ष प्रकाशित शोध के अनुसार, बहुलक इन्सुलेटर्स समुद्र तटीय क्षेत्रों में पारंपरिक कांच विकल्पों की तुलना में सेवा बाधाओं को लगभग दो तिहाई तक कम कर देते हैं। बाजार के रुझानों को देखते हुए, वैश्विक इन्सुलेटर क्षेत्र तेजी से बढ़ रहा है, जो हाल के पूर्वानुमानों के अनुसार अब 2 बिलियन डॉलर से अधिक का मूल्यांकन कर रहा है। यह वृद्धि पर्यावरणीय तनाव सहने वाली सामग्रियों की बढ़ती मांग के साथ-साथ दूषित पदार्थों के जमाव का प्रतिरोध करने में सक्षम सामग्रियों की मांग के साथ जुड़ी हुई है, विशेष रूप से दूरस्थ या चरम स्थानों पर स्थित बुनियादी ढांचे के लिए महत्वपूर्ण है।

मल्टी-यूनिट तनाव असेंबली में भार वितरण और संरचनात्मक अखंडता

मल्टी डिस्क स्ट्रिंग डिज़ाइन मैकेनिकल तनाव को कई इकाइयों में फैला देता है, ताकि पूरा सिस्टम भी तब तक कार्यात्मक बना रहे जब तक कि समय के साथ कुछ हिस्से पहने न हों। हाल के विकासों में फाइबर से सुदृढ़ित कोर शामिल हैं, जो वास्तव में पारंपरिक स्टील से सुदृढ़ित संस्करणों की तुलना में लगभग तीस प्रतिशत तक भार वहन करने की शक्ति में वृद्धि करते हैं। परीक्षणों से पता चला है कि ये सिस्टम काफी तीव्र परिस्थितियों के तहत भी विश्वसनीय काम करते हैं, ये 765 किलोवोल्ट तक के विद्युत तनाव और 15 किलोन्यूटन प्रति मीटर तक के यांत्रिक भार को संभालते हैं। इसलिए ये उन लंबी दूरी की बिजली लाइन कनेक्शन के लिए विशेष रूप से मूल्यवान हैं, जहां विफलता का कोई विकल्प नहीं होता।

ट्रांसफार्मर और स्विचगियर बुशिंग: विशेष इन्सुलेटर एप्लीकेशन

ट्रांसफार्मर इन्सुलेशन और विद्युत अखंडता में बुशिंग की भूमिका

उच्च वोल्टेज बुशिंग्स लाइव ट्रांसफॉर्मर टर्मिनलों और बाहरी कंडक्टरों के बीच महत्वपूर्ण कनेक्शन के रूप में काम करती हैं, जो उच्च वोल्टेज वाले भागों और भू-संपर्कित टैंक के बीच इन्सुलेशन को बनाए रखती हैं। हाल के अध्ययनों के अनुसार, सभी ट्रांसफॉर्मर समस्याओं में से लगभग एक तिहाई वास्तव में इंसुलेशन विफलता या केवल पुराने यांत्रिक पहनावा के कारण खराब हुई बुशिंग्स से उत्पन्न होती है (पावर सिस्टम रिलायबिलिटी रिपोर्ट ने 2023 में यह रोचक तथ्य पाया था)। इन दिनों, निर्माता उन्नत सिरेमिक्स के साथ-साथ तेल से स्नात लगी पेपर जैसी बेहतर सामग्री का उपयोग करके बुशिंग्स बना रहे हैं, जो उन्हें 500 किलोवोल्ट से अधिक वोल्टेज को संभालने में सक्षम बनाता है। यह अपग्रेड विद्युत इंजीनियरों के लिए कई सिरदर्द पैदा करने वाले आंशिक निर्वहन को कम करने में मदद करता है जो पावर सिस्टम पर काम कर रहे होते हैं।

उच्च वोल्टेज बुशिंग्स में संधारित्र ग्रेडिंग और विद्युत क्षेत्र नियंत्रण

बहु-स्तरीय छल्लों के माध्यम से संधारित्र ग्रेडिंग विद्युत क्षेत्र वितरण को अनुकूलित करती है, तनाव सांद्रता को कम करके 40-60% पारंपरिक डिज़ाइनों की तुलना में। यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है 800 kV+ सिस्टम में, जहां असमान ढाल डाइलेक्ट्रिक विफलता को भड़का सकते हैं। सटीक धारिता संतुलन - चालक और विद्युतरोधी परतों को बदलकर प्राप्त - सुरक्षित सीमा के भीतर विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को प्रभावी रूप से नियंत्रित करता है।

तेल से भरे बुशिंग से शुष्क-प्रकार एपॉक्सी बुशिंग तक का विकास: विश्वसनीयता और सुरक्षा

तेल से भरे बुशिंग से साइक्लोएलिफैटिक एपॉक्सी राल बुशिंग में संक्रमण प्रमुख संचालन समस्याओं का समाधान करता है:

• आग का खतरा ज्वलनशील तेल को समाप्त करके 89% तक कम कर दिया गया
• रखरखाव जटिलता शुष्क-प्रकार की इकाइयों के उपयोग से 75% कम निरीक्षण की आवश्यकता
• पर्यावरण प्रदूषण 2015 से शून्य तेल रिसाव डिज़ाइन के माध्यम से रोका गया

क्षेत्र से प्राप्त डेटा 15,000 स्थापित इकाइयों शुष्क-प्रकार के बुशिंग्स द्वारा प्राप्त 98.3% संचालन विश्वसनीयता दस वर्ष बाद - तेल से भरे समकक्षों की तुलना में 22% अधिक।

सामान्य प्रश्न

विद्युत शक्ति प्रणालियों में विद्युत रोधकों का क्या कार्य है?

विद्युत रोधक आकस्मिक बिजली प्रवाह को रोकने के लिए बाधाएं उत्पन्न करते हैं, उच्च वोल्टेज और लीकेज धाराओं के प्रबंधन द्वारा प्रणाली की अखंडता बनाए रखते हैं और सुरक्षित एवं कुशल संचालन सुनिश्चित करते हैं।

विद्युत इन्सुलेटर्स के मुख्य गुण क्या हैं?

प्रतिरोधकता, परावैद्युत सामर्थ्य और यांत्रिक भार क्षमता मुख्य गुण हैं जो विद्युत इन्सुलेटर्स के प्रदर्शन और प्रभावशीलता निर्धारित करते हैं।

उच्च वोल्टेज संचरण लाइनों में सस्पेंशन इन्सुलेटर्स क्यों महत्वपूर्ण हैं?

सस्पेंशन इन्सुलेटर्स ओवरहेड कंडक्टर्स को सहारा देते हैं, यांत्रिक तनाव का प्रबंधन करते हैं, और लंबी अवधि वाली संचरण प्रणालियों में विद्युत इन्सुलेशन सुनिश्चित करते हैं।

कॉम्पोज़िट सस्पेंशन इन्सुलेटर्स क्या लाभ प्रदान करते हैं?

कॉम्पोज़िट इन्सुलेटर्स वजन में कमी, प्रदूषण प्रतिरोध, जल-प्रतिकूल सतहों और कंपन अवशोषण की पेशकश करते हैं, जो उन्हें आधुनिक ग्रिड के लिए लाभप्रद बनाता है।