उल्ट्रा-हाई-वोल्टेज गैस-इनसुलेटेड ट्रांसमिशन उपकरणों पर शोध

विद्युत उद्योग के विकास की आवश्यकताओं को सक्रिय रूप से प्रतिक्रिया देने के लिए, हमारी कंपनी ने एक निश्चित क्षेत्र में ग्रिड निर्माण दोषों की जांच को तीव्र किया है और उच्च-उच्चाव इलाकों में DC UHV प्रसारण और ट्रांसफार्मर परियोजनाओं के ऑपरेशन और मेंटेनेंस समर्थन प्रदान किया है, UHV प्रसारण उपकरण डिजाइन योजनाओं को स्थापित और अनुकूलित करके। निर्माण स्थल का कुल भू-क्षेत्रफल 2,541.22 मी² है, जिसमें 2,539.22 मी² निर्धारित भू-क्षेत्रफल है। निर्माण स्थल पर भू-स्तर, ऊपर से नीचे तक, लोइस-जैसी मिट्टी, लोइस, पुरानी मिट्टी, और बालू-मिट्टी—चार स्तर की फाउंडेशन मिट्टी से बना है। भू-संरचना जटिल है और लंबे समय से उच्च-उच्चाव प्रभावों का सामना कर रही है, जो प्रसारण लाइनों की विफलताओं का कारण बन सकती है।

इस संदर्भ में, हमारी कंपनी ने परियोजना की गणना की और निर्धारित किया कि परियोजना का बिल्डिंग कोईफ़िशिएंट 61.48% है, और भू-जल स्तर 8.8 से 8.9 मीटर के बीच है, जो परियोजना में कंक्रीट संरचनाओं के लिए एक निश्चित स्तर तक अपघटन कर सकता है। हमारी कंपनी मुख्य रूप से 110 kV प्रसारण और ट्रांसफार्मर परियोजना पर केंद्रित है, और निर्माण का पैमाना टेबल 1 में दिखाया गया है।

टेबल 1: UHV गैस-आइसोलेटेड प्रसारण परियोजना का निर्माण पैमाना

इसके अलावा, हमारी कंपनी को यूएचवी गैस-आइसोलेटेड प्रसारण उपकरणों की दबाव सहनीय श्रेणी पर और भी ज्यादा ध्यान देने की आवश्यकता है और पोस्ट इन्सुलेटर और बेसिन-टाइप इन्सुलेटर का प्रयोग तर्कसंगत रूप से करना चाहिए ताकि ट्रांसफार्मरों का लंबे समय तक स्थिर संचालन सुनिश्चित किया जा सके।

1. संपर्क प्रतिरोध मॉडल का विकास
क्योंकि यह परियोजना के संचालन के दौरान धारा-वहन करने वाले चालकों के माध्यम से ओवरलोडिंग धारा का उत्पन्न होना संभव है, इसलिए इसे रोकना आवश्यक है। यह धारा घटक बिंदुओं के निर्माण को रोकने के लिए बिंदु क्षेत्र की समझ को बढ़ावा देकर और धारा पथों के संकुचन व्यवहार को पकड़कर लाभान्वित हो सकता है [1]। इस प्रकार, इस स्थल पर अवलोकन को तीव्र करके आसपास की धारा रेखाओं के परिवर्तनों को समझने से, भू सतह, ग्राउंडिंग धारा, ऊर्जा स्रोत, और दूरस्थ वायरलेस बिंदुओं के वितरण को एक अत्यल्प स्तर पर विश्लेषित किया जा सकता है, जिससे संपर्क सतहों पर होने वाली असमानता की समस्याओं को गहराई से समझा जा सकता है, जैसा कि आकृति 1 में दिखाया गया है।

संपर्क मॉडल की स्थापना करके, यह शोधपत्र, यूएचवी गैस-आइसोलेटेड प्रसारण उपकरणों के अनुप्रयोग के संयोजन में, एकल संपर्क बिंदु के वास्तविक संकुचन प्रतिरोध को निम्न रूप में परिभाषित करता है:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / 4α,
जहाँ: Re एकल संपर्क बिंदु का संकुचन प्रतिरोध दर्शाता है; ρ₁ और ρ₂ संपर्क करने वाली सामग्रियों के प्रतिरोधकता हैं; और α संपर्क बिंदु की त्रिज्या है।

इस प्रकार, संपर्क प्रतिरोध के परिमाण को स्ट्रैप-टाइप संपर्क फिंगर्स के रूपरेखा पर आधारित एक संशोधन विधि के माध्यम से शुद्ध रूप से विश्लेषित किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, संपर्क क्षेत्र में इन्सुलेशन प्रसारण उपकरणों के सामग्री पैरामीटरों की जांच करके, यह निर्धारित किया जा सकता है कि किस सामग्री का उपयोग कनेक्शन के लिए किया जाना चाहिए, जैसा कि टेबल 2 में दिखाया गया है।

UHV गैस-इन्सुलेटेड ट्रांसमिशन उपकरण की दबाव सहन सीमा 1,000 kV है, जिसकी अधिकतम सहन वोल्टेज 1,683 kV है, जो बिजली संचरण की सुरक्षा सुनिश्चित करता है। इसकी संचरण क्षमता 500 kV EHV संचरण की तुलना में 2.4 से 5 गुना तक पहुँच सकती है। इन्सुलेटिंग माध्यम के रूप में शुद्ध SF₆ गैस का उपयोग किया जाता है, जिसका भराव दबाव 0.3–0.4 MPa होता है। दूसरी पीढ़ी के GIL (गैस-इन्सुलेटेड लाइन) के साथ, आयतन अंश के अनुसार 20% SF₆ और 80% N₂ के मिश्रण को इन्सुलेटिंग माध्यम के रूप में उपयोग किया जाता है, जिसका भराव दबाव 0.7–0.8 MPa होता है। वैकल्पिक रूप से, सूखी और साफ संपीड़ित वायु माध्यम के रूप में उपयोग की जा सकती है, जिसका भराव दबाव 1–1.5 MPa होता है। इसलिए, इन्सुलेटिंग गैस के चयन को परियोजना में UHV गैस-इन्सुलेटेड ट्रांसमिशन उपकरण के स्थिर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए स्थलीय स्थितियों के अनुसार निर्धारित किया जाना चाहिए। संचालन गैस दबाव को उचित ढंग से बढ़ाया भी जा सकता है, और ओवरहेड स्थापना विधियों को अपनाया जा सकता है ताकि उपकरण वर्तमान UHV वोल्टेज स्तर के लिए उपयुक्त हो।

कर्मचारियों को UHV गैस-इन्सुलेटेड ट्रांसमिशन उपकरण में मुख्य सामग्री जोड़ों की संयोजन स्थिति पर भी निकट ध्यान देना चाहिए ताकि उनकी भार-वहन क्षमता बढ़ सके। मुख्य संरचनात्मक सदस्यों के लिए लंबाई-व्यास अनुपात की भी गणना की जानी चाहिए:
λ₀ = kL₀ / r,
जहाँ: λ₀ संबद्ध मुख्य सदस्य का लंबाई-व्यास अनुपात दर्शाता है; k सुधार गुणांक है; L₀ UHV गैस-इन्सुलेटेड ट्रांसमिशन उपकरण के मुख्य सदस्य की लंबाई है; और r मुख्य सदस्य का घूर्णन त्रिज्या है।

2.UHV गैस-इन्सुलेटेड ट्रांसमिशन उपकरण के लिए अनुप्रयोग उपाय

2.1 बस डक्ट और कंडक्टर तनाव का सत्यापन
UHV गैस-इन्सुलेटेड ट्रांसमिशन उपकरण के अनुप्रयोग के दौरान, पाइप-प्रकार के बस डक्ट की तनाव स्थिति पर भी विचार किया जाना चाहिए। आंतरिक दबाव 0.6 MPa है, और बस डक्ट की केंद्र ऊंचाई 7.7 m है। मौजूदा बाहरी संचरण प्रणाली में, दो समर्थनों के बीच अधिकतम अंतर 12 m है। कंडक्टर पर लगने वाला बाह्य बल भी 0.6 MPa है, और दोनों घटकों के लिए अनुमत तनाव 110 MPa है। इसके अतिरिक्त, संचरण प्रणाली त्रि-आयामी समर्थन इन्सुलेटरों और कंडक्टरों के माध्यम से स्थिर है।

सबसे पहले, बस डक्ट का बाहरी व्यास 500 mm है, और कंडक्टर का बाहरी व्यास 160 mm है। यदि आंतरिक दबाव मौजूद है, तो बाहरी व्यास अपरिवर्तित रहना चाहिए, और दीवार की मोटाई उचित ढंग से बढ़ाई जानी चाहिए—5 mm से 20 mm तक। प्राथमिक तनाव के तनाव-मोटाई परिवर्तन वक्र के आधार पर, बस डक्ट का प्रारंभिक तनाव 18.45 MPa पाया जाता है, जो सामग्री के अनुमत तनाव का 16.71% है; कंडक्टर का प्रारंभिक तनाव 3.45 MPa है, जो उसके अनुमत तनाव का 3.71% है। इससे पता चलता है कि, जब बाहरी व्यास स्थिर रहता है, तो दीवार की मोटाई दबाव प्रतिक्रिया को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करती है, विशेष रूप से पाइप के पहले प्रमुख तनाव को प्रभावित करती है। आंतरिक दबाव पाइपलाइन संरचना के तनाव मानों को बदल देता है—विशेष रूप से पतली-दीवार वाले पाइप के लिए—और GIL मूल्यांकन विधियों का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है कि क्या दबाव बस डक्ट और कंडक्टर को प्रभावित करता है।

दूसरा, UHV गैस-इन्सुलेटेड ट्रांसमिशन उपकरण में दबाव-सहन पाइपलाइन—जैसे दबाव पाइपलाइन और उच्च-वोल्टेज राइजर—संचालन प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं। पतली-दीवार वाली दबाव-सहन पाइपलाइन संरचनाओं के तनाव विश्लेषण को निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके पाइप के अनुदैर्ध्य अनुप्रस्थ काट पर परिधीय सामान्य तनाव σₜ की गणना करके किया जाना चाहिए:
σₜ = ρD / (2δ),
जहाँ: ρ पाइप का आंतरिक दबाव है; D पाइप का आंतरिक व्यास है; और δ पाइप की दीवार की मोटाई है। जैसे-जैसे वोल्टेज स्तर बदलता है, उच्च वोल्टेज स्तरों के लिए बड़े-व्यास वाले बुशिंग को प्राथमिकता दी जाती है, जबकि कम वोल्टेज स्तरों के लिए छोटे-व्यास वाले बुशिंग पर्याप्त होते हैं।

2.2 गैस विद्युत संपर्क विशेषताओं को स्पष्ट करना
UHV गैस-इन्सुलेटेड ट्रांसमिशन उपकरण के लिए, उपयोग की जाने वाली प्राथमिक गैसों में SF₆, नाइट्रोजन-ऑक्सीजन मिश्रण और N₂ शामिल हैं। इन गैसों में विद्युत संपर्क विशेषताओं में अंतर को समझने के लिए इनके अनुसंधान को मजबूत किया जाना चाहिए। पट्टी-प्रकार के संपर्क उंगलियों के लिए, SF₆ को इन्सुलेटिंग माध्यम के रूप में उपयोग किया जा सकता है ताकि इसके उत्कृष्ट चाप-निवारण और इन्सुलेशन गुणों का पूरा लाभ उठाया जा सके। धारावाही संरचनाओं के विद्युत व्यवहार का वर्णन करने के लिए कुल संपर्क प्रतिरोध (Rₜ) का उपयोग किया जाता है:
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
जहाँ: Rₚ बल्क प्रतिरोध है; R꜀₁ ऊपरी इलेक्ट्रोड का संपर्क प्रतिरोध है; और R꜀₂ निचले इलेक्ट्रोड का संपर्क प्रतिरोध है। इस प्रकार यह समझा जा सकता है कि SF₆ की परावैद्युत शक्ति गैस दबाव पर निर्भर करती है—दबाव जितना अधिक होगा, परावैद्युत शक्ति उतनी ही अधिक होगी।

2.3 विद्युत क्षेत्र अंतराल डिजाइन का अनुकूलन
इस परियोजना में, आंतरिक विद्युत क्षेत्र थोड़ा असमान है, जिसका असमानता गुणांक लगभग 1.7 है। यदि क्षेत्र में बिजली के आघात सहन वोल्टेज की स्थिति मौजूद है, तो यह संचरण लाइनों पर तनाव बढ़ाएगा, जिसका आघात गुणांक 1.25 है। सबसे पहले, क्षेत्र में शक्ति आवृत्ति और बिजली के आघात सहन वोल्टेज की स्थिति के आधार पर, शिखर मान 1.6–1.7 की सीमा के भीतर पुष्टि की जानी चाहिए ताकि UHV गैस-इन्सुलेटेड ट्रांसमिशन उपकरण का निर्बाध संचालन सुनिश्चित किया जा सके।

समकेंद्रिक बेलनाकार संरचना को समझते हुए, क्षेत्र में विद्युत क्षेत्र ताकत E(x) की गणना की जा सकती है ताकि अनुकूलन की आवश्यकता वाले परिदृश्यों की पहचान की जा सके:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
जहाँ: x कंडक्टर और आवरण के बीच की दूरी है; U इलेक्ट्रोड पर लगाई गई वोल्टेज है; R आवरण की आंतरिक त्रिज्या है; और r केंद्रीय कंडक्टर की बाहरी त्रिज्या है। इससे यह मूल्यांकन किया जा सकता है कि क्या अधिकतम क्षेत्र ताकत के तहत केंद्रीय कंडक्टर की सतह क्षतिग्रस्त हो सकती है। विद्युत क्षेत्र सुरक्षा को निय

अंत में, यूएचवी गैस-इन्सुलेटेड उपकरणों की विशिष्ट स्थितियों पर आधारित, चालक रॉड का बाहरी व्यास 130 मिमी और आवरण का आंतरिक व्यास 480 मिमी होना चाहिए। प्लग-इन खंड पर भी ध्यान देना चाहिए: दीवार की मोटाई 30-40 मिमी होनी चाहिए, और अंतराल <1 मिमी होना चाहिए। यदि प्लग-इन क्षेत्र के बाहरी चामड़ा की त्रिज्या 5 मिमी रखी जाए, तो विद्युत क्षेत्र की ताकत के परिवर्तन को बेहतर ढंग से समझा जा सकता है—चामड़े के पास अधिक ताकत बड़ी त्रिज्या के साथ और कम ताकत छोटी त्रिज्या के साथ संबंधित होती है। स्थानीय विद्युत क्षेत्र संकेंद्रण को नियंत्रित करने के लिए, अंतराल में अत्यधिक ताकत को रोकना आवश्यक है, जिससे यूएचवी गैस-इन्सुलेटेड उपकरणों के लिए प्रारंभिक विद्युत कनेक्शन डिजाइन किया जा सके और विद्युत क्षेत्र सिग्नल वितरण की आवश्यकताओं को पूरा किया जा सके।

2.4 तर्कसंगत इन्सुलेटर डिजाइन
चूंकि यूएचवी गैस-इन्सुलेटेड उपकरणों में इन्सुलेटर जमीन के साथ काम करते हैं, इनका फ्लैशओवर वोल्टेज अंतराल ब्रेकडाउन वोल्टेज से कम होता है, जिससे वे विद्युत इन्सुलेशन का एक कमजोर बिंदु बन जाते हैं। इसलिए, अंतराल के विचारों को मजबूत किया जाना चाहिए, और बिजली की चाप शर्तों के तहत क्षेत्र की ताकत को समझना चाहिए ताकि इन्सुलेटिंग घटकों का ठीक डिजाइन किया जा सके।

2.4.1 इन्सुलेटर क्षेत्र ताकत का बढ़ा हुआ नियंत्रण
परियोजना निर्माण की स्थितियों पर आधारित, हमारी कंपनी ने इन्सुलेटर सतह पर फ्लैशओवर घटनाओं का अध्ययन किया, जिसमें इन्सुलेटर सामग्री, संरचना, और सतह आवेश के प्रभाव शामिल हैं। धातु के कणों के प्रदूषण से बचना भी आवश्यक है। SF₆ गैस, इन्सुलेटिंग सामग्रियों, और एम्बेडेड घटकों को जोड़कर यूएचवी गैस-इन्सुलेटेड उपकरणों की तर्कसंगत संरचना सुनिश्चित की जाती है। पिछले इन्सुलेटर डिजाइन अनुभवों से लेकर, ऑपरेशन के दौरान क्षेत्र की ताकत नॉर्मल ऑपरेशन विद्युत क्षेत्र अंतराल की आधी सीमित की जा सकती है। शुद्ध SF₆-इन्सुलेटेड उपकरणों के लिए, ऑपरेशन गैस दबाव 0.4-0.5 MPa तक बनाया जा सकता है।

शीर्ष से नीचे की ओर विद्युत क्षेत्र की ताकत (Eₛ) की गणना इस प्रकार की जा सकती है:
Eₛ = 45.5p + 1.7,
जहाँ p गैस दबाव है। इस प्रकार, उपकरण की टिकाऊ वोल्टेज पर निर्भर, केंद्रीय चालक सतह पर डिजाइन क्षेत्र ताकत 19.9-24.5 kV/mm तक नियंत्रित की जा सकती है, जबकि इन्सुलेटर सतह की क्षेत्र ताकत 10 kV/mm से अधिक नहीं होनी चाहिए। इन्सुलेटरों को विद्युत क्षेत्र के भीतर एम्बेड करने से यूएचवी के प्रभाव के तहत अचानक क्षेत्र ताकत की वृद्धि से बचा जा सकता है, जिससे इन्सुलेशन विफलता का जोखिम कम होता है और यूएचवी गैस-इन्सुलेटेड ट्रांसमिशन उपकरणों का परियोजना में लंबे समय तक उपयोग संभव होता है।

2.4.2 बेसिन-टाइप इन्सुलेटर डिजाइन का इष्टतमीकरण
परियोजना की जटिल भूगोलिक स्थिति और विद्युत क्षेत्र सिमुलेशन की आवश्यकता के आधार पर, बेसिन-टाइप इन्सुलेटर डिजाइन को मजबूत किया जाना चाहिए—विशेष रूप से शील्डिंग इलेक्ट्रोडों को छोड़कर। यह संरचना इन्सुलेटर के उच्च-वोल्टेज चालक पक्ष के पास विद्युत क्षेत्र तीव्रता को देखने की अनुमति देती है। यदि क्षेत्र ताकत उच्च है, तो उभारी सतह पर अधिकतम मान 12.7 kV/mm और अवतल सतह पर 13 kV/mm पाया जाता है; ये सीमाएं पार होने पर असामान्य संचालन होता है। जब इन्सुलेटर के पास विद्युत क्षेत्र तीव्रता उच्च होती है, तो अधिकतम विद्युत आवृत्ति संचालन वोल्टेज 3.4 kV/mm से कम रखी जानी चाहिए। बेसिन-टाइप इन्सुलेटरों पर शील्डिंग इलेक्ट्रोडों को स्थापित करके विद्युत क्षेत्र का और इष्टतमीकरण और सिमुलेशन किया जा सकता है।

पिछले विद्युत कनेक्शन तरीकों का अनुसरण करते हुए, शील्डिंग इलेक्ट्रोड का आकार ध्यान से नियंत्रित किया जाना चाहिए, और विद्युत प्लग-इन कनेक्टर को बेसिन-टाइप इन्सुलेटर के चामड़े पर स्थित किया जाना चाहिए, जिससे इसका इलेक्ट्रोड शील्डिंग प्रभाव बढ़ाया जा सके, जिससे यूएचवी गैस-इन्सुलेटेड ट्रांसमिशन उपकरणों का विद्युत क्षेत्र वितरण सुधार होता है।

3. निष्कर्ष
बिजली कंपनियों की समग्र विकास की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, हमारी कंपनी को यूएचवी गैस-इन्सुलेटेड ट्रांसमिशन उपकरणों पर शोध को और मजबूत करना चाहिए। विशिष्ट संचालन स्थितियों पर आधारित, समस्याओं का विश्लेषण और समाधान एक संपर्क रिजिस्टेंस मॉडल स्थापित करने, बस डक्ट और चालक तनाव की जांच, गैस विद्युत संपर्क विशेषताओं को स्पष्ट करने, विद्युत क्षेत्र अंतराल डिजाइन को इष्टतम करने, और इन्सुलेटरों को तर्कसंगत रूप से डिजाइन करने जैसे तरीकों द्वारा किया जाना चाहिए—जिससे उपकरणों की उपयोग की अवधि बढ़ती है।