क्यों ऊपरी विद्युत लाइनें विद्युत पोल और टावर पर ढीली होती हैं

क्यों ऊपरी विद्युत पंक्तियाँ बिजली के स्तंभों और प्रसारण टावरों पर ढीली होती हैं?

आजकल के तेजी से तकनीकी प्रगति के युग में, लोगों, सामान और सेवाओं का परिवहन बहुत आसान हो गया है। भौगोलिक दूरी अब एक बड़ी बाधा नहीं रही है। जैसे-जैसे इन दृश्यमान पदार्थों को लंबी दूरी पर आसानी से भेजा जा सकता है, वैसे ही बिजली को भी लंबी दूरी पर पहुंचाना आवश्यक है। हालांकि, भौतिक सामान की तुलना में, बिजली के लिए अपनी यात्रा के लिए एक माध्यम की आवश्यकता होती है।

आपने शायद बार-बार देखा होगा कि बिजली के स्तंभों और प्रसारण टावरों से लटकी ऊपरी विद्युत पंक्तियाँ ढीली दिखती हैं, बल्कि उन्हें अच्छी तरह से बांधा नहीं जाता। यह दृश्य अक्सर यह प्रश्न उठाता है: क्यों इन पंक्तियों को अधिक मजबूती से बांधा नहीं जाता?

इस अन्वेषण में, हम बिजली के स्तंभों पर विद्युत पंक्तियों की ढीलापन के पीछे कारणों और वितरण और प्रसारण पंक्तियों में साग (sag) की आवश्यकता को खोलेंगे। विस्तृत स्पष्टीकरणों में प्रवेश करने से पहले, चलिए कुछ महत्वपूर्ण बिंदुओं की समीक्षा करें, जो इस विद्युत इंजीनियरिंग घटना की हमारी समझ को बढ़ाएंगे।

पावर प्रसारण: सिद्धांत, हानि और घटक

पावर प्रसारण की बुनियादी बातें

पावर काम करने की दर को दर्शाता है। विद्युत के संदर्भ में, काम तब होता है जब विद्युत ऊर्जा किसी दूरी को पार करती है। इस प्रकार, पावर को प्रति इकाई समय में प्रदान की गई ऊर्जा के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। लंबी दूरी पर विद्युत को पहुंचाने के लिए, पावर लाइन्स इस स्थानांतरण के लिए आवश्यक माध्यम के रूप में कार्य करते हैं।

सक्रिय पावर, विद्युत पावर का वह घटक जो उपयोगी काम करता है, आमतौर पर वाट में मापा जाता है। जब पावर प्रसारण की बात आती है, तो ऊर्जा संरक्षण के लिए उच्च-वोल्टेज प्रसारण पसंद किया जाता है। इसका कारण यह है कि चालक में प्रवाहित होने वाली विद्युत धारा गर्मी उत्पन्न करती है, जो बहुत हानिकारक हो सकती है। गर्मी विद्युत लाइनों को समय के साथ नष्ट करती है, जिससे प्रारंभिक खराबी और संभावित विफलता हो सकती है। ऊर्जा हानियों को कम करने और प्रसारित पावर को संरक्षित करने के लिए, लाइनों में प्रवाहित होने वाली विद्युत धारा को कम करना और वोल्टेज को बढ़ाना अधिक प्रभावी होता है। यह दृष्टिकोण, जिसे उच्च-वोल्टेज पावर प्रसारण कहा जाता है, प्रसारण लाइनों में गर्मी के रूप में नष्ट होने वाले पावर को प्रभावी रूप से कम करता है।

चालन और पावर हानि

पावर प्रसारण प्रक्रिया के दौरान, कुछ विद्युत पावर अनिवार्य रूप से आसपास के वातावरण में खो जाता है। यह मुख्य रूप से इसलिए होता है क्योंकि प्रसारण लाइनें पूरी तरह से अलग नहीं होती हैं, जिससे गर्मी का विसर्जन और विद्युत रिसाव होता है। ओहम के नियम के अनुसार, एक चालक का प्रतिरोध (R) उसकी लंबाई (L) के अनुक्रमानुपाती होता है। इस परिणामस्वरूप, जैसे-जैसे प्रसारण लाइन की लंबाई बढ़ती है, उसका प्रतिरोध भी बढ़ता है। इसके अलावा, वायु, जो प्रसारण लाइनों के चारों ओर होती है, एक खराब चालक है और लाइनों से प्रवाहित होने वाली विद्युत धारा द्वारा उत्पन्न गर्मी को प्रभावी रूप से विसर्जित नहीं कर सकती।

इन मुद्दों को दूर करने के लिए, विद्युत लाइनें बड़े व्यास के साथ डिजाइन की जाती हैं। यह डिजाइन चुनाव इस तथ्य पर आधारित है कि एक चालक का प्रतिरोध (R) उसके क्रॉस-सेक्शन क्षेत्रफल के व्युत्क्रमानुपाती होता है। चालक के व्यास को बढ़ाकर, इसका क्रॉस-सेक्शन क्षेत्रफल बढ़ता है, जिससे प्रतिरोध में कमी होती है। इस प्रतिरोध में कमी के परिणामस्वरूप, प्रसारण लाइनों में गर्मी उत्पादन के कारण होने वाली पावर हानियाँ कम हो जाती हैं।

विद्युत तार और केबल

विद्युत केबल और तार वह चालक हैं जिनके माध्यम से विद्युत यात्रा करती है, और वे अपनी उत्कृष्ट विद्युत चालकता के कारण मुख्य रूप से तांबे से बने होते हैं। हालांकि, ये चालक शुद्ध तांबे से नहीं बने होते। अपनी यांत्रिक गुणों, जैसे शक्ति और दीर्घावधि, को सुधारने के लिए तांबे को अन्य तत्वों के साथ मिश्रित किया जाता है। इन तत्वों के जोड़ने से तांबे की विद्युत चालकता को कम नहीं किया जाता है। बल्कि, वे चालक के यांत्रिक विशेषताओं को सुधारते हैं, जिससे यह सुनिश्चित किया जा सकता है कि यह स्थापना और संचालन की कठिनाइयों को सहन कर सकता है और विद्युत को प्रभावी रूप से प्रसारित कर सकता है।

जूल का विद्युत गर्मीकरण का नियम

वास्तव में, कोई धातु वास्तव में शुद्ध नहीं होती; किसी भी धातु की शुद्धता हमेशा 100% से कम होती है। इस परिणामस्वरूप, सभी धातुएँ आंतरिक प्रतिरोध रखती हैं। जब एक विद्युत धारा एक चालक में प्रवाहित होती है, तो ऊर्जा गर्मी के रूप में विसर्जित होती है। उत्पन्न होने वाली गर्मी की मात्रा जूल के विद्युत गर्मीकरण के नियम का उपयोग करके गणना की जा सकती है, जो विद्युत परिपथों में विद्युत धारा, प्रतिरोध और गर्मी उत्पादन के बीच संबंध की मौलिक समझ प्रदान करता है।

जूल के नियम के अन्य रूप

जूल का नियम और पर्यावरणीय कारकों का विद्युत लाइनों पर प्रभाव

जूल के विद्युत गर्मीकरण के नियम के अनुसार, चालक में प्रवाहित होने वाले इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पन्न गर्मी (P) प्रतिरोध (R), समय (t) और धारा I^2 के वर्ग के सीधे अनुक्रमानुपाती होती है। जब एक विद्युत धारा एक चालक को पार करती है, तो उसे उस सामग्री के भीतर के प्रतिरोध को पार करना पड़ता है। यह प्रतिरोध इलेक्ट्रॉनों के आंदोलन का बाधक कारक के रूप में कार्य करता है, जिससे धारा अपनी ऊर्जा को आसपास के वातावरण में गर्मी के रूप में विसर्जित कर देती है।

मौसम और तापमान का विद्युत लाइनों पर प्रभाव

एक चालक का प्रतिरोध तापमान से बहुत प्रभावित होता है। जैसे-जैसे चालक का तापमान बढ़ता है, उसका प्रतिरोध भी बढ़ता है। यह घटना इसलिए होती है क्योंकि बढ़ते तापमान से चालक के भीतर के इलेक्ट्रॉनों को अतिरिक्त गतिज ऊर्जा मिलती है, जिससे उनका आंदोलन अधिक अनियमित और यादृच्छिक हो जाता है। ये ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन चालक सामग्री के परमाणुओं के साथ अक्सर टकराते हैं, जिससे गर्मी उत्पन्न होती है।

चालक द्वारा उत्पन्न अत्यधिक गर्मी गंभीर खतरा पैदा कर सकती है, जिससे वह पिघल सकता है और प्रणाली की विफलता हो सकती है। गर्म मौसम की शर्तों में, चालक थर्मल विस्तार के कारण फैल जाते हैं, जिससे ऊपरी तार ढीले हो जाते हैं। इसके विपरीत, ठंडे मौसम में, चालक संकुचित हो जाते हैं, जो उनकी यांत्रिक तंत्रिका और विद्युत प्रदर्शन पर भी प्रभाव डाल सकता है।

विद्युत लाइनों में तनाव

तनाव एक बल है जो तार या केबल पर दो विपरीत बलों के प्रभाव से उत्पन्न होता है। ऊपरी विद्युत लाइनों के मामले में, जो बिजली के स्तंभों या प्रसारण टावरों के बीच लटकी रहती हैं, तनाव हमेशा मौजूद होता है। अगर तारों को अत्यधिक जोर से बांधा जाता, तो तनाव में बहुत बढ़ोतरी हो जाती है। यह बढ़ा हुआ तनाव तारों को नुकसान के लिए अधिक संवेदनशील बनाता है, क्योंकि तापमान परिवर्तन या यांत्रिक तनाव के कारण होने वाली भले ही छोटी संकुचन या विस्तार भी उन्हें टूटने के लिए प्रवृत्त कर सकते हैं।

वितरण और प्रसारण लाइनों में साग (sag) की आवश्यकता

प्रसारण लाइनों में साग (sag) स्तंभों या टावरों जैसे समर्थन संरचनाओं के बीच केबलों का दृश्यमान नीचे का घुमाव या झुकाव होता है। यह घुमाव तार के वजन और उस पर कार्यरत तनाव के संयोजित प्रभावों का प्राकृतिक परिणाम है।

ऊपरी विद्युत लाइनों की ढीलापन और साग (sag) का विद्युत प्रसारण में महत्व

विद्युत के लंबी दूरी पर प्रसारण और वितरण के दौरान, गर्मी का विसर्जन अनिवार्य है। उच्च-वोल्टेज प्रसारण एक रणनीतिक उपाय के रूप में इस्तेमाल किया जाता है ताकि चालकों के भीतर उत्पन्न होने वाली गर्मी को कम किया जा सके। यह इसलिए है क्योंकि विद्युत इंजीनियरिंग के सिद्धांतों के अनुसार, धारा को कम करना (वोल्टेज को बढ़ाकर) जूल के नियम P = I^2R के अनुसार गर्मी के रूप में नष्ट होने वाले पावर को बहुत कम करता है। इसके अलावा, मौसम की शर्तें और तारों के आंतरिक तापमान के परिवर्तन ऐसी आवश्यकता बनाते हैं कि ऊपरी विद्युत लाइनों को एक निश्चित मात्रा में ढीला रखा जाए।

अगर विद्युत लाइनें तंग तानी जाती, तो ठंडा मौसम प्रसारण लाइनों में संकुचन का कारण बन सकता है। यह संकुचन लाइनों में तनाव में बहुत बढ़ोतरी का कारण बन सकता है। यह बढ़ा हुआ तनाव तारों और केबलों को गंभीर नुकसान पहुंचा सकता है, जिससे बिजली की विफलता, सुरक्षा की खतरनाक स्थितियाँ और महंगे ठीक-ठाक काम भी हो सकते हैं। इन दुष्प्रभावों से बचने के लिए, विद्युत लाइनों को उचित ढीले रखा जाता है। यह डिजाइन तापमान के परिवर्तनों के साथ तारों को संकुचित या फैलने की अनुमति देता है बिना उन्हें अत्यधिक तनाव का सामना करने के, जिससे विद्युत ढांचे की संपूर्णता की सुरक्षा होती है।

साग (sag), प्रसारण लाइन चालकों के बीच समर्थन संरचनाओं के बीच नीचे का घुमाव, सिर्फ एक आकारिक विशेषता नहीं है बल्कि विद्युत प्रसारण प्रणालियों का आवश्यक और महत्वपूर्ण घटक है। यह उच्च-तापमान की स्थितियों में तारों को फैलने के लिए पर्याप्त जगह प्रदान करके अतिरिक्त प्रतिरोध और उसके परिणामस्वरूप गर्मी उत्पादन को