ओवरहेड पावर लाइन्स एंड टावर्स: प्रकार, डिज़ाइन एंड सुरक्षा

उच्च-स्तरीय विद्युत एसी सबस्टेशनों के अलावा, हम अक्सर विद्युत प्रसारण और वितरण लाइनों से संबंधित मुद्दों से भी सामना करते हैं। ऊँचे टावर आवेशों को ले जाते हैं जो पहाड़ों और समुद्रों पर छलांग लगाते हुए, दूर तक फैलते हैं और शहरों और गाँवों तक पहुँचते हैं। यह भी एक दिलचस्प विषय है—आज हम प्रसारण लाइनों और उनके समर्थक टावरों के बारे में जानकारी लेंगे।

विद्युत प्रसारण और वितरण

पहले, विद्युत कैसे दिया जाता है, इसको समझें। विद्युत उद्योग मुख्य रूप से चार चरणों से गुजरता है: विद्युत उत्पादन, प्रसारण, (सबस्टेशन) वितरण, और उपभोग।

• उत्पादन विभिन्न प्रकार के विद्युत उत्पादकों से संबंधित है—पारंपरिक जैसे कोयला और जलविद्युत संयंत्र, और आधुनिक स्रोत जैसे पवन और सौर ऊर्जा। सभी इन्हें उत्पादन श्रेणी में शामिल किया जाता है।

• प्रसारण प्रसारण लाइनों और टावरों पर निर्भर करता है।

• सबस्टेशन (या ट्रांसफॉरमेशन) मुख्य रूप से ट्रांसफॉर्मरों का उपयोग करता है। विद्युत संयंत्रों में वोल्टेज बढ़ाने वाले ट्रांसफॉर्मर दूरी पर प्रभावी प्रसारण के लिए वोल्टेज बढ़ाते हैं, जबकि वितरण तरफ वोल्टेज कम करने वाले ट्रांसफॉर्मर क्षेत्रीय वितरण नेटवर्क और अंतिम उपयोगकर्ताओं के लिए उपयुक्त वोल्टेज तक कम करते हैं।

• वितरण उपभोक्ता तरफ विभिन्न वोल्टेज कम करने वाले ट्रांसफॉर्मर, मध्यम और निम्न वोल्टेज उपकरण, स्विचगियर, और तारीकरण से संबंधित है।

• उपभोग घरों में विद्युत उपकरणों, नगरीय बुनियादी ढांचे, इमारतों, औद्योगिक संस्थाओं, और अन्य अनुप्रयोगों में विद्युत का उपयोग से संबंधित है।

संरचना के दृष्टिकोण से, प्रसारण लाइनों को दो मुख्य प्रकारों में विभाजित किया जाता है: ओवरहेड प्रसारण लाइनें और केबल लाइनें। नीचे विद्युत प्रसारण प्रणाली का एक योजनात्मक आरेख दिया गया है:

दूरी पर विद्युत प्रसारण के लिए कौन से वोल्टेज स्तर उपयुक्त हैं? प्रसारण नुकसान को कम करने और दक्षता को बढ़ाने के लिए, आम तौर पर 500 किलोवोल्ट और उससे अधिक एसी वोल्टेज का उपयोग प्रसारण के लिए किया जाता है। 500 किलोवोल्ट से 750 किलोवोल्ट तक की वोल्टेज को एक्सट्रा हाइ वोल्टेज (EHV) एसी प्रसारण के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, जबकि 1000 किलोवोल्ट एसी प्रणालियों को अल्ट्रा हाइ वोल्टेज (UHV) एसी प्रसारण के रूप में जाना जाता है। इसके विपरीत, मध्यम वोल्टेज से 110 किलोवोल्ट-330 किलोवोल्ट तक कार्य करने वाली लाइनों को आम तौर पर वितरण लाइनों के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। ध्यान दें कि ये वर्गीकरण बढ़ती शक्ति की मांग, प्रणाली की क्षमता, और क्षेत्रीय ऊर्जा वितरण पैटर्न के साथ बदल सकते हैं।

वोल्टेज स्तर लाइन-से-लाइन वोल्टेज को संदर्भित करते हैं—यानी, तीन फेज (A, B, और C) में से किन्हीं दो के बीच की वोल्टेज। घरों में उपयोग की जाने वाली 220 वोल्ट फेज वोल्टेज है, जो किसी एक फेज और ग्राउंड के बीच की वोल्टेज है। वास्तव में, आवासीय विद्युत आपूर्ति 380 वोल्ट लाइन वोल्टेज प्रणाली से आती है। केवल इमारत के प्रवेश द्वार पर तीन फेज (A, B, और C) को अलग-अलग किया जाता है—प्रत्येक फेज एक आवासीय इमारत के अलग-अलग इकाइयों को आपूर्ति कर सकता है। जो आप शहरों या आवासीय समुदायों में आमतौर पर देखते हैं, वह एक वर्गाकार, बॉक्स जैसी संरचना है—यह एक पैड-माउंटेड (या बॉक्स-टाइप) सबस्टेशन है (नीचे दिए गए आरेख में दिखाया गया है)।

बॉक्स-टाइप सबस्टेशन मध्यम वोल्टेज उपकरण, ट्रांसफॉर्मर, और निम्न वोल्टेज वितरण उपकरणों को एकीकृत करता है। यह शहरी मध्यम वोल्टेज वितरण नेटवर्क (आमतौर पर 10 किलोवोल्ट या 20 किलोवोल्ट) को 380 वोल्ट विद्युत में बदलता है, जो आवासीय या नगरीय उपयोग के लिए उपयुक्त है। आप तारीकरण नहीं देख सकते, क्योंकि आज के चीन के शहरी वितरण नेटवर्क अधिकांशतः भूमिगत केबलों का उपयोग करते हैं। हालांकि, कुछ पुराने आवासीय क्षेत्रों या ग्रामीण क्षेत्रों में, आप अभी भी ओवरहेड लाइनों को देख सकते हैं, जो ट्रांसफॉर्मरों से जुड़े होते हैं और फिर इमारतों या व्यक्तिगत उपभोक्ताओं तक जाते हैं।

खुले क्षेत्रों में, जिन ओवरहेड प्रसारण लाइनों को हम आमतौर पर देखते हैं, वे टावरों और आवेशों से बनी होती हैं। टावरों के विभिन्न प्रकार होते हैं, और प्रसारण लाइनें निरंतर धारा (DC) या वैकल्पिक धारा (AC) के रूप में वर्गीकृत होती हैं।

चीन का विद्युत उत्पादन और उपभोग भौगोलिक रूप से असंतुलित है। कोयला, पवन, सौर, और जलविद्युत जैसे उर्जा संसाधन विशाल पश्चिमी क्षेत्रों में संकेंद्रित हैं, जबकि प्रमुख लोड केंद्र हजारों किलोमीटर दूर मध्य और पूर्वी क्षेत्रों में स्थित हैं। यह भौगोलिक असंगति दूरी पर विद्युत प्रसारण को एक आवश्यक समाधान बना देती है।

हाल के वर्षों में, बड़े पैमाने पर पवन और सौर ऊर्जा आधारों के तेजी से विकास के साथ, दूरी पर विद्युत प्रसारण की मांग लगातार बढ़ रही है। विद्युत आपूर्ति के रूप में यह रिक्त स्तंभ, अत्यधिक विद्युत ग्रिड (UHV) के निर्माण की गति बढ़ गई है, जो चीन के ऊर्जा संक्रमण और टिकाऊ विकास के लिए मजबूत गति प्रदान करता है। इन सभी दूरी पर प्रसारण प्रणालियों का निर्भर करना टावरों और ओवरहेड लाइनों पर होता है, जो ग्रिड को जोड़ते हैं।

ओवरहेड प्रसारण लाइनें

एक ओवरहेड प्रसारण लाइन आवेशों से बनी होती है, जो टावरों पर इन्सुलेटर और हार्डवेयर का उपयोग करके झुलसी होती है, जिससे आवेशों और जमीन या इमारतों के बीच सुरक्षित दूरी बनी रहती है। प्रसारण लाइन का मुख्य कार्य विद्युत ऊर्जा का प्रसारण, विद्युत संयंत्रों और सबस्टेशनों को जोड़ना, समानांतर संचालन करना, और विद्युत प्रणाली को एक संयुक्त नेटवर्क में एकीकृत करना है।

ओवरहेड लाइनों के लाभ निम्न हैं: कम निवेश, तेजी से निर्माण, सरल और सुविधाजनक स्थापना, दोषों और संभावित खतरों की सरल पहचान, और सरल रखरखाव और मरम्मत। दूरी पर प्रसारण के लिए, ओवरहेड लाइनों का उपयोग उनकी उच्च शक्ति क्षमता के कारण प्रमुख रूप से किया जाता है। प्रसारण दूरी जितनी लंबी होती है, उतना ही अधिक वोल्टेज स्तर की आवश्यकता होती है।

हालांकि, ओवरहेड लाइनें व्यापक रूप से वितरित होती हैं और बाहरी वातावरण में लगातार काम करती हैं, इसलिए वे आसपास की स्थितियों और प्राकृतिक कारकों से अक्सर प्रभावित होती हैं। इससे विभिन्न संचालन दोषों का उद्भव होता है, जिनमें बिजली की चार्ज, हवा का नुकसान, बर्फ का जमना, प्रदूषण फ्लैशओवर, बाहरी हस्तक्षेप, आवेशों का गैलोपिंग, और पक्षियों से संबंधित घटनाएं शामिल हैं।

इसके अलावा, उच्च वोल्टेज स्विचगियर के साथ काम करते समय, इंजीनियर आमतौर पर उच्च वोल्टेज (HV), अत्यधिक उच्च वोल्टेज (EHV), और अत्यधिक उच्च वोल्टेज (UHV) प्रणालियों के साथ काम करते हैं, जिनमें से अधिकांश ओवरहेड लाइनों के माध्यम से जुड़े होते हैं। इसलिए, उच्च वोल्टेज उपकरणों की तकनीकी आवश्यकताएं लाइन की स्थिति—जैसे संचालन वातावरण और सेवा स्थितियों—के साथ घनिष्ठ रूप से जुड़ी होती हैं। ओवरहेड लाइनों की विशेषताओं और दोष व्यवहारों को समझना उच्च वोल्टेज उपकरणों की तकनीकी विशेषताओं को समझने के लिए आवश्यक है।

ओवरहेड प्रसारण लाइनों के घटक

ओवरहेड प्रसारण लाइन के मुख्य घटक निम्नलिखित हैं: आधार, टावर, आवेश, इन्सुलेटर, हार्डवेयर (फिटिंग्स), बिजली की रक्षा उपकरण (जैसे ओवरहेड ग्राउंड वायर और सर्ज आरेस्टर), और ग्राउंडिंग प्रणाली। आधुनिक लाइनों में ऑप्टिकल ग्राउंड वायर (OPGW) और पावर लाइन कैरियर संचार प्रणाली जैसे अधिकारी घटक भी शामिल हो सकते हैं।

(1) आवेश

आवेश धारा को प्रसारित करते हैं और विद्युत ऊर्जा देते हैं। मानक लाइनों के लिए प्रत्येक फेज के लिए एकल आवेश सामान्य होता है। हालांकि, EHV और उच्च क्षमता वाली प्रसारण लाइनों के लिए, बंडल आवेश—दो, तीन, चार, या अधिक उप-आवेश (आमतौर पर गोलाकार व्यवस्था में)—का उपयोग आमतौर पर किया जाता है। यह कोरोना डिस्चार्ज, शक्ति की हानि, और रेडियो, टेलीविजन, और अन्य संचार सिग्नलों के साथ हस्तक्षेप को कम करता है।

(2) शील्ड (ग्राउंड) वायर और ग्राउंडिंग प्रणाली

शील्ड वायर प्रसारण टावरों के शीर्ष पर झुलसे होते हैं और प्रत्येक टावर पर ग्राउंडिंग प्रणाली से डाउन कंडक्टरों के माध्यम से जुड़े होते हैं। बिजली की चार्ज के दौरान, शील्ड वायर—फेज आवेशों के ऊपर स्थित—बिजली को ग्राउंडिंग प्रणाली के माध्यम से भूमि में सुरक्षित रूप से विसरित करता है। यह आवेशों पर बिजली की चार्ज की संभावना को कम करता है, लाइन इन्सुलेशन को ओवरवोल्टेज के नुकसान से सुरक्षित करता है, और विश्वसनीय संचालन को सुनिश्चित करता है। शील्ड वायर आमतौर पर 110 किलोवोल्ट और उससे अधिक रेटेड लाइनों के पूरे लंबाई पर स्थापित किए जाते हैं और आमतौर पर गैल्वनाइज्ड स्टील स्ट्रैंड से बने होते हैं।

(3) टावर (पायलन)

टावर आवेशों और शील्ड वायर को साथ साथ संबंधित हार्डवेयर का समर्थन करते हैं, आवेशों, टावर, जमीन, और किसी भी क्रॉस-ओवर संरचनाओं या इमारतों के बीच सुरक्षित विद्युत दूरी बनाते हैं।

(4) इन्सुलेटर और इन्सुलेटर स्ट्रिंग्स

इन्सुलेटर प्रसारण लाइन के मुख्य इन्सुलेशन घटक हैं। वे आवेशों का समर्थन या झुलसाव करते हैं, जबकि उन्हें टावर से विद्युत रूप से अलग करते हैं, विश