उच्च तापमान की स्थितियों में पावर कैपेसिटर्स की प्रदर्शन गिरावट की विशेषताएँ और जीवन भविष्यवाणी

उच्च तापमान की स्थितियों में पावर कैपसिटरों के प्रदर्शन की गिरावट और जीवन-अनुमान

पावर सिस्टमों के लगातार विस्तार और बढ़ती लोड मांग के साथ, इलेक्ट्रिकल उपकरणों के ऑपरेटिंग वातावरण ने अधिक जटिल होना शुरू कर दिया है। वातावरणीय तापमान में वृद्धि पावर कैपसिटरों के विश्वसनीय ऑपरेशन को प्रभावित करने वाला एक प्रमुख कारक बन गया है। पावर ट्रांसमिशन और डिस्ट्रिब्यूशन सिस्टमों में महत्वपूर्ण घटकों के रूप में, पावर कैपसिटरों के प्रदर्शन की गिरावट सीधे ग्रिड की सुरक्षा और स्थिरता पर प्रभाव डालती है। उच्च तापमान की स्थितियों में, कैपसिटरों के भीतरी डाइएलेक्ट्रिक सामग्रियाँ तेजी से पुरानी हो जाती हैं, जिससे विद्युत प्रदर्शन में महत्वपूर्ण गिरावट, सेवा जीवन की कमी और संभावित रूप से सिस्टम फेलर होता है।

1. प्रदर्शन गिरावट विशेषताओं पर अध्ययन
1.1 प्रयोगात्मक सेटअप

10 किलोवोल्ट की रेटेड वोल्टेज और 100 किलोवार की क्षमता वाले पैरालल पावर कैपसिटरों को परीक्षण नमूनों के रूप में चुना गया, जो GB/T 11024.1–2019, 1000 V से ऊपर की रेटेड वोल्टेज वाले एसी पावर सिस्टमों के लिए शंट कैपसिटर – भाग 1: सामान्य की आवश्यकताओं को पूरा करते हैं। परीक्षण सिस्टम में एक OMICRON CP TD1 कैपेसिटेंस टेस्टर और एक ME632 डाइएलेक्ट्रिक लॉस एनालाइजर शामिल था, जिसका तापमान KSP-015 उच्च-तापमान एजिंग चेम्बर द्वारा नियंत्रित किया गया था। तीन तापमान स्तर - 70 °C, 85 °C, और 100 °C - निर्धारित किए गए, प्रत्येक स्तर पर पांच नमूनों का परीक्षण किया गया। परीक्षण प्रक्रिया IEC 60871-2 का पालन करती थी, जिसमें एजिंग के दौरान लगातार रेटेड वोल्टेज लगाया गया था ताकि वास्तविक ऑपरेटिंग स्थितियों का सिमुलेशन किया जा सके।

1.2 डाइएलेक्ट्रिक लॉस गिरावट व्यवहार

उच्च तापमानों पर, डाइएलेक्ट्रिक लॉस (tanδ) ने तापमान पर निर्भरता का प्रदर्शन किया। 70 °C पर, tanδ समय के साथ धीमी गति से बढ़ा, ऑपरेशनल सीमाओं के भीतर रहकर, स्थिर इन्सुलेशन प्रदर्शन का संकेत दिया। 85 °C पर, वृद्धि की दर तेज हो गई, वक्र की ढलान अधिक खड़ी हो गई; कुछ नमूने बाद के चरणों में मानक सीमाओं से पार हो गए। 100 °C पर, tanδ एक तेज वक्र के साथ तेजी से बढ़ा, थर्मल एजिंग के विशिष्ट लक्षण दिखाते हुए।

1.3 क्षमता विकार विशेषताएँ

तापमान में वृद्धि ने क्षमता स्थिरता पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाला, स्पष्ट चरण-निर्भर व्यवहार दिखाया। निम्न तापमानों पर, क्षमता विकार स्वीकार्य सीमाओं के भीतर रहा, अच्छी स्थिरता दिखाता हुआ। मध्य तापमान वाले विस्तार में, क्षमता ने स्पष्ट रूप से घटना शुरू की, विकार ऑपरेशनल सीमाओं के करीब पहुंच गया। उच्च तापमानों पर, क्षमता तेजी से घटी, स्वीकार्य विकार से अधिक हो गई, जिससे तेजी से गिरावट का संकेत मिला।

2. जीवन-अनुमान मॉडल विकास
2.1 प्रदर्शन गिरावट डेटा विश्लेषण

विभिन्न तापमान स्तरों पर गिरावट दरों की तुलना करके, तापमान और त्वरण गुणक के बीच का संबंध विश्लेषित किया गया। डाइएलेक्ट्रिक लॉस, क्षमता विकार, और इन्सुलेशन रेजिस्टेंस जैसे महत्वपूर्ण पैरामीटरों के आधार पर एक व्यापक फेलर मानदंड स्थापित किया गया। परिणाम दिखाते हैं कि उच्च तापमानों पर प्रदर्शन गिरावट तेजी से तेज हो गई, तापमान और त्वरण गुणक के बीच एक घातांकीय संबंध है। डेटा फिटिंग ने एक उच्च सहसंबंध गुणांक का प्रदर्शन किया, जो मजबूत सांख्यिकीय महत्व की पुष्टि करता है। अर्रेनियस समीकरण का उपयोग त्वरण गुणक की गणना के लिए किया गया, जिसमें प्रयोग से प्राप्त एक्टिवेशन ऊर्जा और बोल्ट्जमैन का स्थिरांक शामिल था, इस प्रकार एक मात्रात्मक तापमान-त्वरण संबंध स्थापित किया गया।

2.2 अर्रेनियस मॉडल का उपयोग

चित्र 1 में दिखाया गया है, प्रयोगात्मक डेटा को लॉग-जीवनकाल विरुद्ध तापमान के व्युत्क्रम (1/T) निर्देशांक प्रणाली में फिट किया गया, जिससे एक मजबूत रैखिक सहसंबंध प्राप्त हुआ। फिटेड लाइन की ढलान एक्टिवेशन ऊर्जा EaEa (किलोजूल/मोल में) को दर्शाती है, जो एजिंग प्रक्रिया का ऊर्जा बाधा है, और सैद्धांतिक अपेक्षाओं के साथ अच्छी तरह से मेल खाती है। एक उच्च सहसंबंध गुणांक प्रयोगात्मक डेटा और अर्रेनियस मॉडल के बीच अच्छी सहमति की पुष्टि करता है। 95% विश्वास अंतराल विश्लेषण सांख्यिकीय रूप से विश्वसनीय अनुमानों को दिखाता है। प्रयोगात्मक परिणाम दिखाते हैं कि, परीक्षण किए गए तापमान वाले विस्तार में, प्रदर्शन गिरावट की दर तापमान के साथ तेजी से घातांकीय रूप से संबंधित है। विभिन्न तापमान बिंदुओं पर जीवन-डेटा के आधार पर, तापमान और सेवा जीवन के बीच संबंध का एक गणितीय मॉडल स्थापित किया गया।

2.3 जीवन-अनुमान का लागू करना
जीवन-अनुमान संचयित नुकसान सिद्धांत पर आधारित है, जो विभिन्न तापमान स्थितियों के नुकसान प्रभावों को सुपरिमित करता है। अनुमान विधि सामग्रियों की एजिंग दर, वातावरणीय तापमान की उतार-चढाव, और लोड के बदलाव जैसे कारकों को समग्र रूप से ध्यान में रखती है। ऑपरेटिंग चक्र को n समय अंतरालों में विभाजित किया जाता है, जहाँ प्रत्येक अंतराल में नुकसान ऑपरेटिंग तापमान और अवधि पर निर्भर करता है। तापमान डेटा एक ऑनलाइन मॉनिटरिंग सिस्टम द्वारा 1 घंटे के नमूना अंतराल से प्राप्त किया जाता है, जिससे डेटा की निरंतरता और सटीकता सुनिश्चित होती है। मापे गए तापमानों को अर्रेनियस समीकरण में डालकर प्रत्येक अंतराल के लिए समतुल्य ऑपरेटिंग समय की गणना की जाती है। सभी अंतरालों में संचयित नुकसान से अनुमानित शेष सेवा जीवन प्राप्त होता है [4]। त्वरित एजिंग परीक्षण परिणामों का उपयोग करके अनुमानित सटीकता की पुष्टि की जाती है, जहाँ मॉडल गणनाओं और प्रयोगात्मक डेटा के बीच औसत विचलन ±8% के भीतर रखा जाता है।

3. अनुप्रयोग और सत्यापन
3.1 अनुमानित सटीकता विश्लेषण

अनुमानित मॉडल का सत्यापन त्वरित एजिंग परीक्षणों और वास्तविक ऑपरेशनल डेटा के संयोजित दृष्टिकोण से किया गया। विभिन्न सेवा अवधियों वाले अनेक बैचों के पावर कैपसिटरों को प्रदर्शन परीक्षण के लिए चुना गया, और परिणामों की मॉडल अनुमानों के साथ तुलना की गई। जैसा कि सारणी 1 में दिखाया गया है, 5-वर्षीय ऑपरेशनल समूह के लिए, मापा गया औसत जीवन 4.8 वर्ष है और अनुमानित मान 5.2 वर्ष है, जिससे सापेक्ष त्रुटि 7.7% प्राप्त होती है; 8-वर्षीय समूह के लिए, मापा गया मान 7.6 वर्ष है और अनुमानित मान 8.3 वर्ष है, जिससे सापेक्ष त्रुटि 8.4% प्राप्त होती है; 10-वर्षीय समूह के लिए, मापा गया मान 9.5 वर्ष है और अनुमानित मान 10.2 वर्ष है, जिससे सापेक्ष त्रुटि 6.9% प्राप्त होती है। त्रुटि स्रोत विश्लेषण दिखाता है कि वातावरणीय तापमान की उतार-चढाव अनुमानित सटीकता पर प्रभाव डालने वाला प्रमुख कारक है। जब दैनिक तापमान विचरण 20 °C से अधिक होता है, तो मॉडल अनुमान त्रुटि 12% तक बढ़ जाती है। इसके अलावा, लोड विचरण द्वारा उत्पन्न तापमान उतार-चढाव अनुमान त्रुटि में 4.2% की वृद्धि का योगदान देता है।

3.2 इंजीनियरिंग अनुप्रयोग सिफारिश

जैसा कि सारणी 2 में दिखाया गया है, जब वातावरणीय तापमान 75 °C से नीचे रखा जाता है, तो उपकरणों के जीवन-काल की गिरावट 58% घट जाती है। प्रत्येक 5 °C की घटना पर स्थापना स्थान के तापमान में उपकरणों का अपेक्षित जीवन-काल 18.5% बढ़ जाता है। वेंटिलेशन को सुधारकर, परीक्षण स्थान पर वातावरणीय तापमान को औसतन 7.2 °C तक कम किया गया, जिससे कैपसिटर प्रदर्शन पैरामीटरों की स्थिरता में 32% की सुधार हुई। ऑनलाइन मॉनिटरिंग सिस्टम से प्राप्त तापमान डेटा दिखाता है कि बुद्धिमत्ता-परिचालित वेंटिलेशन के लागू के बाद, उपकरण के आसपास का अधिकतम तापमान 11.3 °C और औसत तापमान 8.7 °C कम हो गया। जीवन-अनुमान मॉडल को एक 500 kV उपस्टेशन में एक वर्ष के लिए लागू किया गया, जिसमें छह संभावित फेलर के लिए पूर्व संकेत जारी किए गए, जिससे निवारक रखरखाव की दक्षता 43% बढ़ गई। रखरखाव डेटा विश्लेषण दिखाता है कि मॉडल अनुमानों पर आधारित रखरखाव और प्रतिस्थापन के निर्णय 87% की सटीकता दर प्राप्त की, जो पारंपरिक समय-आधारित रखरखाव से 35% सुधार है। मॉडल-निर्देशित उपकरण प्रबंधन रणनीति ने रखरखाव लागत को 27% कम किया और उपकरणों की उपलब्धता 15% बढ़ाई।

4. निष्कर्ष

सिस्टेमेटिक त्वरित एजिंग परीक्षणों और डेटा विश्लेषण के माध्यम से, यह अध्ययन उच्च तापमान वाले वातावरणों पर पावर कैपसिटरों के प्रदर्शन गिरावट का प्रभाव खोलता है और अर्रेनियस समीकरण पर आधारित एक जीवन-अनुमान मॉडल स्थापित करता है। प्रयोगात्मक परिणाम दिखाते हैं कि वातावरणीय तापमान कैपसिटर जीवन-काल पर प्रभाव डालने वाला एक प्रमुख कारक है: प्रत्येक 10 °C की वृद्धि पर, सेवा जीवन 42.5% ± 2.5% तक कम हो जाता है। डाइएलेक्ट्रिक लॉस, क्षमता, और इन्सुलेशन रेजिस्टेंस जैसे महत्वपूर्ण प्रदर्शन पैरामीटर तापमान में वृद्धि के साथ महत्वपूर्ण गिरावट दिखाते हैं। विकसित जीवन-अनुमान मॉडल 90% से अधिक सटीकता प्राप्त करता है, जो पावर कैपसिटरों के रखरखाव और प्रतिस्थापन निर्णयों के लिए वैज्ञानिक आधार प्रदान करता है।