तेल और गैस से भरे उच्च वोल्टेज केबलों का डिजाइन और अनुप्रयोग

भूमिगत उच्च वोल्टेज केबलों का उपयोग कई वर्षों से बिजली संचारित करने के लिए किया जाता रहा है और कई अलग-अलग तकनीकों को वर्षों में विकसित किया गया है।

अछूता गैस और तेल पाइपलाइनों में तकनीकी, पर्यावरणीय और परिचालन विशेषताएं होती हैं जो सीमित स्थान में उच्च वोल्टेज संचरण की आवश्यकता होने पर उन्हें एक बहुत अच्छा विकल्प बनाती हैं, उदाहरण के लिए जब इसका उपयोग करना असंभव हो ओवरहेड बिजली लाइनें.

वोल्टेज 400 केवी के लिए स्पेन में उच्च वोल्टेज केबल

गैस और ऑयल इंसुलेटेड ट्रांसमिशन केबल (हाई प्रेशर गैस और ऑयल केबल) ओवरहेड लाइनों के लिए एक सुरक्षित और लचीला विकल्प हैं और समान पावर ट्रांसमिशन प्रदान करते हुए बहुत कम जगह लेते हैं।

चूंकि उनका परिदृश्य पर बहुत कम या कोई प्रभाव नहीं पड़ता है और उनके न्यूनतम विद्युत चुम्बकीय उत्सर्जन का मतलब है कि उनका उपयोग इमारतों के करीब या यहां तक ​​कि किया जा सकता है, तेल और गैस से भरे उच्च वोल्टेज केबलों को अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए माना जा सकता है।

ऐसी संरचना के पास मापा जा सकने वाला चुंबकीय संकेत बी बहुत कम है, समतुल्य ओवरहेड लाइन की तुलना में बहुत कम है। पाइप से 5 मीटर की दूरी पर यह 1 μT से कम है।

वे भूमिगत ओवरहेड लाइनों की निरंतरता प्रदान करने, बिजली स्टेशनों को पावर ग्रिड से जोड़ने या बड़े औद्योगिक संयंत्रों को सामान्य ग्रिड से जोड़ने के एक कॉम्पैक्ट तरीके के रूप में उपयुक्त हैं।

जब उच्च दबाव वाले केबलों में उपयोग किया जाता है, तो केबल इन्सुलेशन की ढांकता हुआ ताकत काफी बढ़ जाती है, और इसकी मोटाई और, तदनुसार, लागत कम हो जाती है। तेल या गैस से भरे केबलों में बढ़ा हुआ दबाव केबल के साथ एक खोखले कोर या अन्य नाली के माध्यम से इन्सुलेशन के अंदर उत्पन्न होता है और यदि केबल को स्टील नाली में रखा जाता है तो इन्सुलेशन के बाहर लगाया जाता है।

हाई-वोल्टेज गैस से भरे केबल के साथ केबल लाइन का निर्माण

गैस से भरे केबल एक घटिया परत के साथ जल-कार्यान्वित इन्सुलेशन का उपयोग करते हैं, जिसकी परत में दबाव में एक अक्रिय गैस होती है, जिसमें अच्छी विद्युत विशेषताएँ और उच्च तापीय चालकता (नाइट्रोजन, SF6 गैस, आदि) होती हैं। हवा को नाइट्रोजन या SF6 गैस से बदलने से इन्सुलेशन के ऑक्सीकरण से बचा जाता है।

दबाव के परिमाण के अनुसार, केबल निम्न (0.7 - 1.5 एटीएम), मध्यम (3 एटीएम तक) और उच्च (12 - 15 एटीएम) दबाव के साथ प्रतिष्ठित होते हैं। पहले दो प्रकार के केबल मुख्य रूप से 10-35 केवी के लिए तीन-चरण से बने होते हैं, और उच्च दबाव वाले केबल 110-330 केवी के लिए एकल-चरण होते हैं।

110 केवी के लिए सिंगल-कोर तेल से भरे केबल खोखले कोर के केंद्र में एक तेल-संचालन चैनल के साथ और वोल्टेज 500 केवी के लिए - कोर में एक केंद्रीय चैनल और सुरक्षात्मक म्यान के तहत चैनलों के साथ बनाए जाते हैं।

तीन चरण तेल से भरे डिजाइन

दबाव में वृद्धि के लिए इसके ऊपर मजबूत धातु की पट्टियों को लगाकर सुरक्षात्मक खोल को मजबूत करने की आवश्यकता होती है, जो उपयुक्त कोटिंग्स के साथ-साथ जस्ती स्टील के तारों के कवच द्वारा जंग से सुरक्षित होते हैं।

तेल से भरे केबल से बनी आधुनिक उच्च वोल्टेज लाइन का एक बड़ा नुकसान बहुत महंगे और जटिल सहायक उपकरण की आवश्यकता है, जैसे: आपूर्ति टैंक, दबाव टैंक, स्टॉप, कप्लर्स और एंड कनेक्टर।

आपूर्ति टैंक और एक दबाव टैंक से युक्त आपूर्ति उपकरणों का उपयोग करके संसेचन संरचना की मात्रा में परिवर्तन का मुआवजा किया जाता है। फीड टैंक यह सुनिश्चित करते हैं कि दबाव में थोड़े बदलाव के साथ बड़ी मात्रा में तेल केबल में या बाहर डाला जाता है, और दबाव टैंक तेल की मात्रा में किसी भी बदलाव के साथ केबल में दबाव बनाए रखता है।

तेल धारावाही तार के केंद्रीय चैनल के साथ-साथ केबल के साथ चलता है। केबल लाइन को अलग-अलग मेक-अप भागों में झाड़ियों को सीमित करके विभाजित किया गया है।

तेल से भरे केबल का सबसे मजबूत प्रतियोगी दबाव वाली गैस केबल है। तेल से भरे उच्च वोल्टेज गैस से भरे केबल की तुलना में, इसे कम लाइन निर्माण लागत की आवश्यकता होती है, इसके लिए जटिल सहायक उपकरण की आवश्यकता नहीं होती है, और यह स्थापना और संचालन दोनों में बहुत सरल है।

गैस से भरे केबलों के साथ तीन चरण वाली लाइन की स्थापना

तेल से भरे केबलों की तुलना में गैस से भरे केबलों का मुख्य लाभ गैस के साथ केबल लाइन की आपूर्ति की सादगी है, केबल को खड़ी झुकाव और ऊर्ध्वाधर मार्गों पर बिछाने की संभावना है।

गैस से भरे केबलों का व्यापक रूप से वोल्टेज 10-35 केवी के लिए उपयोग किया जाता है।110 kV और उससे अधिक के वोल्टेज पर, तेल से भरे केबल की तुलना में गैस से भरे केबल में कम आवेग शक्ति और उच्च तापीय प्रतिरोध होता है। इसलिए, हमारे देश में 110 kV और उससे अधिक के वोल्टेज पर इन केबलों का उपयोग शायद ही कभी किया जाता है।

यूरोपीय देशों में, इसके विपरीत, तेल से भरे केबल (तेल से भरे केबल) गैस से भरे केबल (गैस-इन्सुलेटेड ट्रांसमिशन लाइन, GIL) की तुलना में कम बार उपयोग किए जाते हैं।

यह तकनीक लगभग 70 के दशक में यूरोप में लागू होने लगी थी। यह विशेष रूप से शहरी वातावरण में उच्च वोल्टेज नेटवर्क को दफनाने की संभावना प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वर्तमान में, 500 kV तक के वोल्टेज के लिए गैस से भरे केबलों का उपयोग करने वाली कई पूर्ण परियोजनाएँ हैं।

दबाव में आपातकालीन गिरावट की स्थिति में गैस से भरे केबलों का लाभ अपेक्षाकृत सुरक्षा का एक बड़ा मार्जिन है, जो दबाव गिरने पर उन्हें तुरंत डिस्कनेक्ट नहीं करने देता है।

गैस से भरे केबल डिजाइन

प्रेशर ऑयल के तहत एक स्टील पाइपलाइन में केबल तीन सिंगल-कोर केबल होते हैं, जिनमें मिनरल या सिंथेटिक ऑयल (बिना लेड शीथ) के पेपर इंसुलेशन होते हैं, जो 15 एटीएम तक प्रेशर ऑयल के साथ स्टील पाइपलाइन में स्थित होते हैं।

आमतौर पर, अधिक चिपचिपे तेलों का उपयोग इन्सुलेशन को लगाने के लिए किया जाता है, और पाइपलाइन को भरने के लिए कम चिपचिपे तेलों का उपयोग किया जाता है। दबाव वाले तेल के साथ स्टील पाइपलाइनों में ऐसी केबल लाइनें 110-220 केवी के वोल्टेज के लिए उपयोग की जाती हैं।

इन्सुलेशन धातुयुक्त कागज या छिद्रित तांबे की पट्टियों से बनी एक स्क्रीन से ढका होता है, जिस पर एक सीलिंग कोटिंग लगाई जाती है - एक पॉलीइथाइलीन म्यान जो परिवहन के दौरान नमी को केबल में प्रवेश करने से रोकता है।

दो या तीन अर्ध-वृत्ताकार कांस्य या तांबे के तारों को सीलिंग कोटिंग पर सर्पिल रूप से लगाया जाता है, जिसे केबल को नाली में खींचने की सुविधा के लिए डिज़ाइन किया गया है, इसके अलावा, वे चरणों को एक दूसरे से एक निश्चित दूरी पर रखते हैं, जिससे सुधार होता है तेल का संचलन और पाइपलाइन के साथ केबल स्क्रीन के विद्युत संपर्क को सुनिश्चित करता है।

स्टील ट्यूब, जो केबल में दबाव बनाए रखती है, यांत्रिक क्षति के खिलाफ एक विश्वसनीय सुरक्षा है। इन्सुलेशन पर तेल का दबाव पॉलीइथाइलीन म्यान के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है।

ओवरहेड टू केबल ट्रांजिशन

एक उच्च-वोल्टेज केबल का कमजोर बिंदु आमतौर पर कनेक्टर्स होते हैं। उच्च-वोल्टेज केबल लाइनों के विकास में मुख्य कार्यों में से एक कनेक्टर का निर्माण है जो स्थापना के लिए सुविधाजनक है और इसकी विद्युत शक्ति केबल से कम नहीं है।

अंत कनेक्टर केबल लाइन के सिरों पर स्थापित होते हैं, और सेमी-स्टॉप कनेक्टर लाइन के प्रत्येक 1-1.5 किमी पर स्थापित होते हैं (वे पाइपलाइन के आसन्न वर्गों के बीच तेल के मुक्त आदान-प्रदान को रोकते हैं)।

पाइपलाइन में पूर्व निर्धारित तेल के दबाव को स्वचालित रूप से संचालित इकाई द्वारा बनाए रखा जाता है जो दबाव कम होने पर पाइपलाइन को तेल की आपूर्ति करता है और दबाव बढ़ने पर अतिरिक्त तेल को हटा देता है।

तेल से भरे केबलों के कनेक्टर्स में करंट ले जाने वाले तारों का विद्युत कनेक्शन और केबल के तेल चैनलों का कनेक्शन होता है।

कोर को एक साथ दबाया जाता है और तेल चैनल की निरंतरता एक खोखले स्टील ट्यूब द्वारा सुनिश्चित की जाती है (तेल की उपस्थिति के कारण वेल्डिंग या ब्रेज़िंग की अनुमति नहीं है)।

झाड़ी की पूरी लंबाई के साथ एक ग्राउंड शील्ड (टिनयुक्त तांबे की चोटी) लगाया जाता है, और झाड़ी के बाहर एक धातु आवास में संलग्न होता है।

तेल से भरे हाई वोल्टेज केबल की केबल बुशिंग

एक दबाव वाली गैस स्टील पाइपलाइन में केबल्स पिछले डिज़ाइन से केवल खनिज या सिंथेटिक तेल के बजाय भिन्न होते हैं, पाइपलाइन एक संपीड़ित निष्क्रिय गैस से भरा होता है, आमतौर पर नाइट्रोजन लगभग 12-15 एटीएम के दबाव में होता है। ऐसे केबलों का लाभ लाइन आपूर्ति प्रणाली का एक महत्वपूर्ण सरलीकरण और लागत में कमी है।

केबल इन्सुलेशन न केवल औद्योगिक आवृत्ति वोल्टेज के निरंतर संपर्क के लिए, बल्कि आवेग वोल्टेज के लिए भी उजागर होता है, क्योंकि केबल सीधे ओवरहेड लाइनों या खुले सबस्टेशनों के विद्युत उपकरण और प्रभाव को समझने वाले स्विचगियर से जुड़े होते हैं। वायुमंडलीय तरंगें. 

तेल से भरे केबल की आवेग शक्ति गैस से भरे केबल की तुलना में अधिक होती है, भले ही उनमें तेल या गैस का दबाव मान कुछ भी हो। किसी भी प्रकार के केबल के लिए, पेपर स्ट्रिप्स की मोटाई को कम करके इम्पल्स ब्रेकडाउन वोल्टेज को बढ़ाया जा सकता है, अर्थात। उनके बीच की दूरियों को कम करके। बाहरी गैस के दबाव में तेल से भरे केबल या केबल, जहां इन्सुलेशन में अंतराल एक संसेचन यौगिक से भरे होते हैं, में उच्चतम ब्रेकडाउन वोल्टेज होता है।

एक भूमिगत मैनिफोल्ड (सुरंग) में गैस से भरे उच्च-वोल्टेज केबल आसानी से केबलों के बीच ले जाया जा सकता है, लेकिन इस प्रकार की स्थापना के लिए लगभग कोई रखरखाव की आवश्यकता नहीं होती है

हाई-प्रेशर गैस और ऑयल-इंसुलेटेड केबल पाइपलाइनों ने पहले ही कई दशकों तक अपनी तकनीकी विश्वसनीयता साबित कर दी है, क्योंकि वे अपनी बहुत अच्छी ट्रांसमिशन विशेषताओं के अलावा संचालन में असाधारण सुरक्षा प्रदान करते हैं और यहां तक ​​कि ब्रेकडाउन की स्थिति में भी।

ऑपरेशन के दौरान केबल लाइनों के इन्सुलेशन की स्थिति को निवारक परीक्षणों के माध्यम से जांचा जाता है, जिससे इन्सुलेशन की अखंडता के सकल उल्लंघन और उसमें दोष (फेज ग्राउंडिंग, वायर ब्रेक आदि) की पहचान करना संभव हो जाता है, साथ ही साथ इन्सुलेशन प्रतिरोध, रिसाव धाराओं, ढांकता हुआ नुकसान कोण आदि को मापें।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि केबल लाइनों के इन्सुलेशन के लिए, निवारक परीक्षण इन्सुलेशन में दोषपूर्ण धब्बे का पता लगाने का एकमात्र तरीका है, क्योंकि केबल लाइन निरीक्षण और निवारक मरम्मत के लिए दुर्गम है। इसलिए, केबल लाइनों के इन्सुलेशन के निवारक परीक्षण से केबलों के इन्सुलेशन में दोषों की शीघ्र पहचान होनी चाहिए और इसलिए नेटवर्क की आपात स्थिति को कम करना चाहिए।

लेख के अतिरिक्त- सीमेंस एक गैस ट्रांसमिशन लाइन विकसित कर रहा है

नई लाइन को प्रति सिस्टम पांच गीगावाट (GW) तक बिजली संचारित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। जर्मनी का संघीय आर्थिक मामलों और ऊर्जा मंत्रालय इस विकास परियोजना के लिए 3.78 मिलियन यूरो का अनुदान दे रहा है।

प्रत्यक्ष वर्तमान विद्युत तार मौजूदा गैस-इंसुलेटेड ट्रांसमिशन लाइन (टीएल) की तकनीक पर आधारित होगी, जिसमें दो संकेंद्रित एल्यूमीनियम पाइप होते हैं। गैसों का मिश्रण एक इन्सुलेट माध्यम के रूप में उपयोग किया जाता है। अब तक, गैस-इन्सुलेटेड केबल लाइनें केवल प्रत्यावर्ती धारा के लिए उपलब्ध थीं।

ट्रांसमिशन नेटवर्क का विस्तार आवश्यक है यदि जर्मनी की 80% बिजली की मांग को 2050 तक नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों से पूरा किया जाना है।

बिजली उत्पन्न पवन वाली टर्बाइन देश के उत्तरी भाग में और जर्मनी के तट के साथ, जर्मनी के दक्षिणी भाग में माल केंद्रों तक यथासंभव कुशलता से पहुँचाया जाना होगा।एसी ट्रांसमिशन की तुलना में कम बिजली के नुकसान के कारण डीसी ट्रांसमिशन इसके लिए सबसे उपयुक्त है।

ओवरहेड ट्रांसमिशन लाइनों और कुछ क्षेत्रों में भूमिगत रखी गई गैस-इन्सुलेटेड डायरेक्ट करंट ट्रांसमिशन लाइनों का उपयोग करके हाई वोल्टेज डायरेक्ट करंट (HVDC) का उपयोग करके नेटवर्क विकास को तीन-चरण प्रौद्योगिकी की तुलना में काफी कम संसाधनों का उपयोग करके महसूस किया जा सकता है।

"जर्मनी के एक नए बिजली ढांचे में परिवर्तन के लिए भूमिगत प्रत्यक्ष वर्तमान संचरण आवश्यक है, क्योंकि इसका विकास शुरू में जर्मनी में होगा। बाद में, यूरोपीय संघ के अन्य देशों या दुनिया भर के अन्य देशों से पूछताछ काफी संभव होगी। किसी भी मामले में, डायरेक्ट करंट गैस ट्रांसमिशन लाइन के विकास के साथ, जर्मनी भविष्य की ट्रांसमिशन सिस्टम के डिजाइन में अग्रणी भूमिका निभाएगा," सीमेंस एनर्जी मैनेजमेंट में गैस ट्रांसमिशन सिस्टम के लिए जिम्मेदार डेनिस इमामोविक ने कहा।