केबल चार्जिंग करंट क्या है?
चार्जिंग करंट को ट्रांसमिशन लाइन के शंट कैपेसिटेंस के माध्यम से बहने वाले करंट के रूप में परिभाषित किया जाता है और यह भूमिगत केबल और ओवरहेड लाइनों दोनों में मौजूद होता है। शंट कैपेसिटेंस और इसलिए भूमिगत केबलों के लिए चार्जिंग करंट ओवरहेड लाइनों की तुलना में 10-20 गुना बड़ा होता है । ध्यान दें कि ओवरहेड लाइनों के लिए, श्रृंखला प्रेरण भूमिगत केबलों की तुलना में 2-3 गुना बड़ा है [1]।
चार्जिंग करंट केबल की लंबाई के साथ रैखिक रूप से बढ़ता है और वोल्टेज स्तर के साथ भी बढ़ता है और लंबी केबल ट्रांसमिशन के लिए एक महत्वपूर्ण विचार बन जाता है; आमतौर पर 220 केवी से कम ट्रांसमिशन वोल्टेज के लिए 40 किमी या उससे अधिक और 220 केवी या उससे अधिक ट्रांसमिशन वोल्टेज के लिए 20 किमी या उससे अधिक [2]।
चार्जिंग करंट का प्रभाव यह है कि सक्रिय लोड की आपूर्ति के लिए, केबल कैपेसिटेंस की भरपाई के लिए स्रोत पर इंजेक्ट किए गए करंट को अधिक होना चाहिए। चार्जिंग करंट केबल में गर्मी का नुकसान पैदा करता है जो लंबी ट्रांसमिशन लाइनों के लिए केबल की थर्मल रेटिंग जितना अधिक हो सकता है।
ध्यान दें कि चार्जिंग करंट की घटना और अधिकतम ट्रांसमिशन लाइन की लंबाई पर इसके द्वारा लगाई गई सीमा केवल एसी केबल के लिए लागू होती है। एसी केबल के विपरीत, डीसी केबल में चार्जिंग करंट की अनुपस्थिति डीसी के माध्यम से लगभग असीमित ट्रांसमिशन दूरी की ओर ले जाती है।
चार्जिंग करंट समीकरण
चार्जिंग करंट (एसी केबलों के लिए) का समीकरण इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
- C = प्रति इकाई लंबाई धारिता (μF/किमी)
- ω = वोल्टेज की कोणीय आवृत्ति (s -1 )
- U = RMS लाइन वोल्टेज (फेज से फेज) (kV)
- एल = लंबाई (किमी)
- I C = चार्जिंग करंट (A)
- ε = इन्सुलेशन की सापेक्ष विद्युतशीलता (= 2.5 XLPE का उपयोग करके)
- D i = इन्सुलेशन का बाहरी व्यास (स्क्रीन को छोड़कर) (मिमी)
- d C = स्क्रीन सहित कंडक्टर का व्यास, यदि कोई हो (मिमी)
केबल की महत्वपूर्ण लंबाई
जैसे-जैसे केबल की लंबाई बढ़ती है, चार्जिंग करंट बढ़ने के कारण लोड को दिया जाने वाला करंट घटता जाता है। जिस लंबाई पर चार्जिंग करंट सप्लाई करंट के बराबर हो जाता है, उसे क्रिटिकल लंबाई के रूप में परिभाषित किया जाता है और यह वह बिंदु है जहाँ चार्जिंग करंट केबल में सभी हीट लॉस के लिए जिम्मेदार होता है। क्रिटिकल लंबाई के लिए समीकरण है:
- एल सी = महत्वपूर्ण लंबाई (किमी)
- I S = स्रोत या प्रेषक छोर से रेटेड आपूर्ति धारा (A)
- U = RMS लाइन वोल्टेज (फेज से फेज) (kV)
लोड द्वारा प्राप्त सक्रिय शक्ति की गणना
भूमिगत रेडियल लिंक के लिए लोड पॉइंट पर प्राप्त अधिकतम संचारित शक्ति आपूर्ति आवृत्ति और वोल्टेज, केबल की लंबाई, इन्सुलेशन में वोल्टेज और केबल कैपेसिटेंस [1] पर निर्भर करती है। ट्रांसमिशन लाइन की लंबाई के आधार पर लोड पर प्राप्त कुल सक्रिय शक्ति की गणना करने के लिए, निम्नलिखित समीकरण का उपयोग किया जा सकता है:
कहाँ:
- पी एल = लोड बिंदु पर सक्रिय शक्ति (पर)
- एस जी = स्रोत पर फीडिंग पावर (एमवीए)
- L = भूमिगत लिंक की लंबाई (किमी)
स्रोत पर स्पष्ट शक्ति एसजी की गणना 3-चरण विन्यास मानकर निम्नानुसार की जा सकती है:
कहाँ:
- पी एल = लोड बिंदु पर सक्रिय शक्ति (पर)
- एस जी = स्रोत पर फीडिंग पावर (एमवीए)
- L = भूमिगत लिंक की लंबाई (किमी)
स्रोत पर स्पष्ट शक्ति एसजी की गणना 3-चरण विन्यास मानकर निम्नानुसार की जा सकती है:
चार्जिंग करंट का मुआवजा
केबल कैपेसिटिव रिएक्शन की भरपाई के लिए, शंट इंडक्टिव रिएक्टर डाले जाते हैं। यह आमतौर पर लंबे केबल रूट के लिए आवश्यक होता है। एक नियम यह होगा कि अगर ट्रांसफरेबल एक्टिव पावर में लगभग 15% की कमी आई है, तो मुआवजे पर विचार किया जाना चाहिए [3]।
रिएक्टरों की रेटिंग में केबल सिस्टम की नो-लोड स्थितियों के लिए वोल्टेज डिप्स से निपटने की क्षमता के साथ-साथ फुल-लोड स्थितियों के लिए चार्जिंग करंट का मुआवजा प्रदान करने की क्षमता पर विचार किया जाना चाहिए। शंट रिएक्टरों को नियमित अंतराल पर रखा जा सकता है, लेकिन यह व्यवस्था महंगी साबित हो सकती है और इसलिए इष्टतम प्रदर्शन के लिए एक संपूर्ण सिस्टम विश्लेषण की आवश्यकता होती है। एक सरल सूत्र लागू किया जा सकता है जो भूमिगत केबलों की प्रतिक्रियाशील शक्ति आवश्यकताओं को सारांशित करता है [1]। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ये समीकरण केबल मुआवजे के लिए केवल एक बुनियादी संकेत प्रदान करते हैं और इनका उपयोग प्रारंभिक बिजली प्रणाली अध्ययन के लिए किया जाना चाहिए।
नीचे दिखाए गए सरल सूत्र का उपयोग करके प्रेरण मान का अनुमान लगाया जा सकता है:
- सबसे अधिक संभावना है कि ईमेल में बताए अनुसार समीकरण (6) और (7) को हटा दिया जाएगा।
कहाँ
- एल शंट = शंट प्रेरक (एच)
- क्यू केबल = केबल रिएक्टिव पावर (VAR)
- सी टी = संपूर्ण ट्रांसमिशन लंबाई पर कुल केबल कैपेसिटेंस (एफ)
महत्वपूर्ण लंबाई की जांच
उदाहरण 1 – 132 kV और 22 kV केबल दोनों 531 A ले जाते हैं
चित्र 1 में 132 kV केबल और 22 kV केबल के बीच तुलना परीक्षण दिखाया गया है। प्रत्येक केबल 22 kV के वोल्टेज पर 20.23 MW की आपूर्ति करती है और 531 A का करंट वहन करती है। उच्च रेटेड वोल्टेज केबल का उपयोग करके, कम कैपेसिटेंस रेटिंग के कारण महत्वपूर्ण लंबाई और बढ़ जाती है। कम कैपेसिटेंस रेटिंग केबल की इन्सुलेशन मोटाई में वृद्धि के कारण होती है और इसे (2) से गणना की जा सकती है।
जैसा कि चित्र 1 से देखा जा सकता है, जब दोनों केबल एक ही सक्रिय शक्ति की आपूर्ति कर रहे हैं, तो 132 kV केबल 928 किमी तक आगे बढ़ जाती है, जबकि 22 kV केबल केवल 386 किमी तक ही चलती है। 386 किमी के निशान पर, 132 kV केबल के लिए सक्रिय शक्ति 18.4 मेगावाट है। यह नाममात्र आपूर्ति रेटिंग से केवल 9% की कमी दर्शाता है और इसलिए, डिज़ाइनर की इच्छित ट्रांसमिशन लंबाई के लिए बिजली दक्षता में सुधार करने के लिए एक उच्च वोल्टेज रेटेड केबल का उपयोग किया जा सकता है।
उदाहरण 2 – विभिन्न आकारों के सिंगल कोर 132 केवी केबल
चित्र 2 में तीन अलग-अलग आकारों - 300 मिमी 2 , 630 मिमी 2 और 1200 मिमी 2 के एकल कोर 132 केवी केबल का उपयोग करके तुलनात्मक परीक्षण दिखाया गया है। प्रत्येक अलग-अलग क्रॉस-सेक्शनल केबल 132 केवी के वोल्टेज और 531 ए के करंट के साथ 121.4 मेगावाट बिजली की आपूर्ति करते हैं। प्रत्येक सर्किट में केबल एक-दूसरे को छू रहे हैं, ट्रेफॉइल में व्यवस्थित हैं और जमीन से 0.5 मीटर नीचे दफन हैं। जैसे-जैसे कंडक्टर का व्यास बढ़ता है, महत्वपूर्ण लंबाई घटती जाती है। हालाँकि सभी केबलों के लिए इन्सुलेशन की मोटाई समान रहती है, कंडक्टर के आकार में वृद्धि के कारण धारिता बढ़ जाती है।
उदाहरण 3 – 50 हर्ट्ज और 60 हर्ट्ज पर दफन 132 केवी केबल
चित्र 3 में अलग-अलग सिस्टम आवृत्तियों के साथ दो प्लॉट दिखाए गए हैं, जिसमें दोनों सर्किट 132 kV पर रेट किए गए हैं, 0.5 मीटर पर दबे हुए हैं, स्पर्श कर रहे हैं और 300 मिमी 2 के क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र के साथ ट्रेफ़ॉइल व्यवस्थित हैं। 60 हर्ट्ज (हरा) प्लॉट में 50 हर्ट्ज (नीला) प्लॉट की तुलना में कम महत्वपूर्ण लंबाई है। जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण लंबाई घटती जाती है और इसे (3) से देखा जा सकता है।
संदर्भ:
- CIGRE, “नेटवर्क में एक नए भूमिगत केबल सिस्टम के एकीकरण के लिए सामान्य दिशानिर्देश – कार्य समूह B1.19”, CIGRE, 2004. 12 सितंबर, 2020 को एक्सेस किया गया। [ऑनलाइन]। उपलब्ध: https://e-cigre.org/publication/250-technical-and-environmental-issues-regarding-the-integration-of-a-new-hv-underground-cable-system-in-the-network
- CIGRE, “लॉन्ग AC HV और EHV केबल सिस्टम का कार्यान्वयन – वर्किंग ग्रुप B1.47”, CIGRE, 2017. 14 सितंबर, 2020 को एक्सेस किया गया। [ऑनलाइन]। उपलब्ध: https://e-cigre.org/publication/680-implementation-of-long-ac-hv-and-ehv-cable-systems
- CIGRE, “इंसुलेटेड केबल्स की रेटिंग गणना के लिए एक गाइड – वर्किंग ग्रुप B1.35”, CIGRE, 2015. 12 सितंबर, 2020 को एक्सेस किया गया। [ऑनलाइन]। उपलब्ध https://e-cigre.org/publication/640-a-guide-for-rating-calculations-of-insulated-cables
- इलेक्ट्रिक केबल्स – करंट रेटिंग की गणना – भाग 1-1: करंट रेटिंग समीकरण (100% लोड फैक्टर) और नुकसान की गणना – सामान्य, IEC 60287-1-1:2014
- केबल हाई वोल्टेज सॉफ्टवेयर संस्करण 4.3 (2021)। इलेक्ट्रोटेक्निक।
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