हाइड्रोजन से सिंक्रोनस जनरेटर की शीतलन

संक्रमण जनित्रों के हाइड्रोजन शीतलन

हाइड्रोजन गैस को जनित्र केसिंग के अंदर शीतलन माध्यम के रूप में उपयोग किया जाता है क्योंकि इसकी अद्वितीय शीतलन गुणवत्ता होती है। हालांकि, यह महत्वपूर्ण है कि कुछ हाइड्रोजन और हवा के मिश्रण बहुत विस्फोटशील होते हैं। एक विस्फोटशील प्रतिक्रिया तब हो सकती है जब हाइड्रोजन - हवा मिश्रण में 6% हाइड्रोजन और 94% हवा से लेकर 71% हाइड्रोजन और 29% हवा तक का संयोजन हो। 71% से अधिक हाइड्रोजन वाले मिश्रण अग्निप्रवण नहीं होते हैं। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, बहुत बड़े टर्बो-अल्टर्नेटर्स में आमतौर पर 9:1 का हाइड्रोजन और हवा का अनुपात उपयोग किया जाता है।

हाइड्रोजन शीतलन के प्रमुख पहलू

हवा शीतलन की तुलना में फायदे

• उन्नत शीतलन प्रदर्शन: हाइड्रोजन गैस में हवा की तुलना में बहुत अधिक ऊष्मीय चालकता होती है। यह हवा की तुलना में 1.5 गुना ऊष्मा स्थानांतरण क्षमता रखता है, जिससे जनित्र के घटकों का बहुत तेजी से शीतलन होता है। यह तेजी से ऊष्मा विसर्जन ऑप्टिमल संचालन तापमान को बनाए रखने में मदद करता है और अतिताप के खतरे को कम करता है।

• सुधारित विन्डेज, दक्षता और कम शोर: एक ही तापमान और दाब पर, हाइड्रोजन का घनत्व लगभग हवा का 1/14 वां होता है। जब जनित्र के घूर्णन भाग इस कम घनत्व वाले हाइड्रोजन गैस वातावरण में काम करते हैं, तो विन्डेज नुकसान कम होता है। इस परिणामस्वरूप, मशीन की समग्र दक्षता बढ़ती है, और संचालन के दौरान उत्पन्न शोर कम होता है, जिससे एक अधिक दक्ष और शांत जनित्र प्राप्त होता है।

• कोरोना रोध: जब हवा को शीतलन माध्यम के रूप में उपयोग किया जाता है, तो जनित्र के अंदर कोरोना डिस्चार्ज हो सकता है। यह डिस्चार्ज ओजोन, नाइट्रोजन ऑक्साइड और नाइट्रिक अम्ल जैसे पदार्थों का उत्पादन करता है, जो जनित्र की अवरोधन को गंभीर रूप से क्षतिग्रस्त कर सकते हैं। इसके विपरीत, हाइड्रोजन शीतलन इफेक्टिव रूप से कोरोना प्रभाव को रोकता है, जिससे अवरोधन का जीवनकाल बढ़ता है और अक्सर रखरखाव और प्रतिस्थापन की आवश्यकता कम होती है।

सीमाएँ

• महंगा निर्माण: हाइड्रोजन-शीतलित अल्टर्नेटर्स को अधिक महंगे फ्रेम की आवश्यकता होती है। यह विस्फोट-प्रमाण निर्माण और गैस-सील शाफ्ट सील लागू करने की आवश्यकता के कारण है जो हाइड्रोजन रिसाव और संभावित विस्फोट को रोकता है। ये अतिरिक्त सुरक्षा विशेषताएँ जनित्र की समग्र निर्माण लागत में वृद्धि करती हैं।

• जटिल गैस प्रवेश प्रक्रिया: अल्टर्नेटर में हाइड्रोजन प्रवेश कराते समय विशेष सावधानी अपेक्षित होती है ताकि विस्फोटशील मिश्रणों का निर्माण न हो। दो सामान्य विधियाँ इस्तेमाल की जाती हैं:

• गैस प्रतिस्थापन: पहले, अल्टर्नेटर के अंदर की हवा को कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) से बदल दिया जाता है, और फिर हाइड्रोजन प्रवेश कराया जाता है। यह कदम-दर-कदम प्रक्रिया यह सुनिश्चित करती है कि हाइड्रोजन-हवा मिश्रणों का विस्फोटशील सीमा टाली जाती है।

• वैक्यूम पंपिंग: अल्टर्नेटर इकाई को वायुमंडलीय दाब के 1/5 वें तक वैक्यूम किया जाता है तब हाइड्रोजन प्रवेश कराया जाता है। यह हवा की उपस्थिति को कम करता है और हाइड्रोजन प्रवेश के दौरान विस्फोटशील प्रतिक्रिया का खतरा कम करता है।

• अतिरिक्त शीतलन आवश्यकताएँ: हाइड्रोजन से ऊष्मा को प्रभावी रूप से निकालने के लिए, जनित्र केसिंग के अंदर तेल या पानी वाहक शीतलन कोइल्स स्थापित किए जाने चाहिए। ये कोइल्स मशीन में घूमते हुए हाइड्रोजन के उचित तापमान को बनाए रखने के लिए आवश्यक होते हैं।

• क्षमता की सीमाएँ: अपने कई फायदों के बावजूद, 500 MW से अधिक क्षमता वाले बड़े अल्टर्नेटर्स के लिए हाइड्रोजन शीतलन पर्याप्त नहीं होता है। इन उच्च शक्ति वाली मशीनों द्वारा उत्पन्न ऊष्मा को नियंत्रित करने के लिए अधिक उन्नत शीतलन समाधान, जैसे सीधा पानी शीतलन, आवश्यक होते हैं ताकि विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित किया जा सके।

संचालन विवरण

विस्फोटशील हाइड्रोजन-हवा मिश्रणों के निर्माण को रोकने के लिए, जनित्र के अंदर हाइड्रोजन गैस को वायुमंडलीय दाब से अधिक दाब पर रखा जाता है। यह धनात्मक दाब हवा के आंतरिक रूप से घुसने से रोकता है, जो हाइड्रोजन को प्रदूषित कर सकता है और खतरनाक स्थिति पैदा कर सकता है। 1, 2, और 3 गुना वायुमंडलीय दाब पर हाइड्रोजन शीतलन जनित्र की दर को उसकी हवा-शीतलित दर की तुलना में क्रमशः 15%, 30% और 40% तक बढ़ा सकता है।

हाइड्रोजन शीतलन प्रणालियों को पूरी तरह से सील और कार्यक्षम परिपथन प्रणाली की आवश्यकता होती है। शाफ्ट और केसिंग के बीच विशेष तेल-सील ग्लैंड्स स्थापित किए जाते हैं। ये ग्लैंड्स हाइड्रोजन रिसाव और हवा के आगमन को रोकने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। क्योंकि ये ग्लैंड्स में तेल रिसाव वाले हाइड्रोजन और आगंतुक हवा को अवशोषित करता है, इसलिए इसकी प्रभावशीलता बनाए रखने के लिए इसे नियमित रूप से शुद्ध किया जाना चाहिए।

हाइड्रोजन गैस को जनित्र के रोटर और स्टेटर में ब्लाउर्स और फैन्स का उपयोग करके परिपथित किया जाता है। जनित्र के घटकों से गुजरने के बाद, गर्म हाइड्रोजन को केसिंग के अंदर स्थित शीतलन कोइल्स पर दिशित किया जाता है। ये कोइल्स, जो तेल या पानी से भरे जा सकते हैं, हाइड्रोजन से ऊष्मा अवशोषित करते हैं, इसे शीतल करते हैं ताकि यह जनित्र में फिर से परिपथित किया जा सके।

समग्र रूप से, हाइड्रोजन शीतलन हवा शीतलन की तुलना में कई महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है, जिसमें शीतलन दक्षता, मशीन के प्रदर्शन और अवरोधन के जीवनकाल की वृद्धि शामिल है। हालांकि, इसके साथ-साथ अपनी चुनौतियाँ और सीमाएँ भी आती हैं जिन्हें सुरक्षित और विश्वसनीय जनित्र के संचालन के लिए ध्यान से प्रबंधित किया जाना चाहिए।