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केबल शीथ बॉन्डिंग का उद्देश्य
हाई-वोल्टेज पावर केबल में एक बाहरी संकेंद्रित कंडक्टर होता है जो धातु की स्क्रीन और/या धातु की म्यान के रूप में होता है जो मुख्य कंडक्टर और इन्सुलेशन परत को घेरता है। धातु की स्क्रीन और धातु की म्यान को सामूहिक रूप से म्यान कहा जाता है। म्यान में केबल में कोई भी धातु कवच परत भी शामिल है। केबल मेटल म्यान के उद्देश्यों में फॉल्ट करंट रिटर्न पथ, प्रेरित कैपेसिटिव चार्ज धाराओं के लिए रिटर्न पथ, मानव सुरक्षा के लिए पृथ्वी (शून्य स्पर्श वोल्टेज या उसके आसपास) क्षमता और केबल इन्सुलेशन के लिए नमी अवरोध प्रदान करना शामिल है।
लगभग 500 ए से अधिक ले जाने वाले उच्च-वोल्टेज केबल सर्किट के लिए, शीथ बॉन्डिंग व्यवस्था को शीथ करंट नुकसान (अक्सर काफी हद तक) को कम करने के लिए लागू किया जाता है। जबकि बॉन्डिंग व्यवस्था उपकरण और रखरखाव के लिए अतिरिक्त लागत के साथ आती है, वे अक्सर समान लोड धाराओं की आपूर्ति के लिए उपयोग किए जाने वाले काफी छोटे केबल आकारों का परिणाम देंगे। उच्च-वोल्टेज केबल सिस्टम के लिए चुनी गई धातु शीथ बॉन्डिंग व्यवस्था का केबल करंट रेटिंग पर दूसरा सबसे अधिक प्रभाव पड़ता है, जो केबल के बाहरी थर्मल प्रतिरोध (स्थापित वातावरण) के बाद दूसरे स्थान पर है। उच्च वोल्टेज केबल करंट रेटिंग की गणना IEC 60287 मानक श्रृंखला का उपयोग करके की जाती है।
शीथ बॉन्डिंग सिस्टम का उपयोग सामान्य संचालन के दौरान विभिन्न केबल सिस्टम घटकों के इन्सुलेशन की सुरक्षा के साथ-साथ बिजली, स्विचिंग और फॉल्ट सर्ज से होने वाले क्षणिक ओवरवोल्टेज से बचाने के लिए किया जाता है। इसके अलावा, शीथ बॉन्डिंग व्यवस्था सुरक्षा के दृष्टिकोण से भी महत्वपूर्ण है।
इस रिपोर्ट में हम निम्नलिखित प्रकारों की व्याख्या करते हैं: ठोस बंधन , एकल-बिंदु बंधन , क्रॉस-बॉन्डिंग और प्रतिबाधा बंधन ।
सेक्शनाइज्ड क्रॉस-बॉन्डिंग एचवी और ईएचवी ट्रांसमिशन लाइनों के लिए सबसे आम विशेष बॉन्डिंग व्यवस्था है, सिवाय इसके कि यदि लाइन की लंबाई कम है तो सिंगल-पॉइंट बॉन्डिंग का अधिकतर उपयोग किया जाता है।
पृथ्वी निरंतरता कंडक्टर (ईसीसी) डिजाइन, आवरण वोल्टेज सीमक (एसवीएल) चयन, और बॉन्डिंग लीड चयन के लिए अलग-अलग लेख देखें।
केबल आवरण में हानियाँ
केबल के मुख्य कंडक्टरों में करंट फ्लो से उत्पन्न होने वाला चुंबकीय क्षेत्र एक "ट्रांसफार्मर" प्रभाव बनाता है जो आवरण में करंट को प्रेरित करता है। आवरण में इन प्रेरित धाराओं के कारण दो प्रकार के नुकसान हो सकते हैं: परिसंचारी करंट नुकसान और भंवर करंट नुकसान । आवरण में करंट नुकसान की उपस्थिति केबल के अंदर अतिरिक्त हीटिंग का कारण बनती है जिसके परिणामस्वरूप केबल कंडक्टर की करंट ले जाने की क्षमता कम हो जाती है।
भंवर धाराएँ केबल शीथ के रेडियल और अनुदैर्ध्य रूप से परिचालित होती हैं; और त्वचा और निकटता प्रभाव के समान सिद्धांतों पर उत्पन्न होती हैं। भंवर धाराएँ आम तौर पर परिसंचारी धारा की तुलना में छोटे परिमाण की होती हैं और वे सिंगल कोर केबल की बॉन्डिंग प्रणाली की परवाह किए बिना केबल शीथ में उत्पन्न होती हैं।
यदि परिसंचारी धाराएं आवरण में मौजूद हैं (आवरण बंधन व्यवस्था पर निर्भर करते हुए) तो उनकी धारा परिमाण आमतौर पर भँवर धाराओं की तुलना में बहुत अधिक होती है।
सिंगल कोर केबल और मल्टीकोर केबल के सॉलिड बॉन्डिंग के लिए म्यान में परिसंचारी धाराएँ होती हैं, जहाँ प्रत्येक कंडक्टर कोर के चारों ओर एक अलग म्यान होता है। सिंगल-पॉइंट या क्रॉस-बॉन्डेड म्यान के लिए कोई परिसंचारी धाराएँ नहीं होती हैं, हालाँकि एडी करंट लॉस अभी भी होता है।
म्यान बंधन डिजाइन
ठोस संबंध
तरीका
चित्र 1. ठोस बंधित केबल प्रणाली
चित्र 2. मध्यवर्ती भूसंपर्कन बिंदुओं के साथ ठोस बंधन प्रणाली
आवेदन
लाभ
- सरल एवं कम लागत वाला समाधान.
- कंडक्टर धाराओं के संबंध में विपरीत आवरण धारा दिशा के कारण केबल के बाहरी चुंबकीय क्षेत्र कम होता है।
- न्यूनतम रखरखाव की आवश्यकता है।
- आवरण का वोल्टेज प्रत्येक बिंदु पर पृथ्वी के विभव पर माना जाता है।
नुकसान
- केबल कंडक्टरों में प्रवाहित धारा, आवरणों में प्रवाहित धारा को प्रेरित करेगी जो कंडक्टर धारा का 80% तक हो सकती है।
- परिसंचारी विद्युत प्रवाह द्वारा जूल हानि के माध्यम से उत्पन्न ऊष्मा अतिरिक्त तापन का कारण बनेगी, जो केबल प्रणाली की गति को कम कर देगी और ठोस बंधन व्यवस्था के लिए केबल का आकार बड़ा कर देगी।
डिज़ाइन संबंधी विचार
- वियोग की संभावना को कम करने के लिए प्रत्येक बंधन बिंदु (अंत या मध्य) पर दो स्वतंत्र समानांतर पृथ्वी बंधन लीड का उपयोग करें।
- भू-संपर्क बिंदुओं पर बंधन तारों को दोष धाराओं को झेलने में सक्षम होना चाहिए।
- लंबाई और अन्य मापदंडों के आधार पर, मध्यवर्ती भूसंपर्क बिंदु शामिल किए जा सकते हैं।
- परिसंचारी धारा का परिमाण परिपथ की लम्बाई से स्वतंत्र होता है।
एकल-बिंदु बंधन
तरीका
चित्र 3. एकल-बिंदु बंधित केबल प्रणाली
चित्र 4. अनुभागीय एकल-बिंदु बंधित केबल प्रणाली
आवेदन
लाभ
- एकल बिंदु बॉन्डिंग से केबल की धारा रेटिंग में सुधार होता है, क्योंकि आवरण में प्रेरित परिसंचारी धारा की हानि समाप्त हो जाती है।
- केबल की केवल एक लंबाई की आवश्यकता होती है जो एकल-बिंदु बंधन को एक किफायती समाधान बनाती है।
- धारा म्यान के साथ अनुदैर्ध्य रूप से प्रवाहित नहीं होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि म्यान के लिए कोई निरंतर बंद-लूप विद्युत पथ नहीं है। परिणामस्वरूप, म्यान परिसंचारी धारा हानियाँ समाप्त हो जाती हैं। (ध्यान दें कि म्यान भंवर हानियाँ अभी भी मौजूद रहेंगी)।
नुकसान
- इस विधि से केबल की लंबाई के साथ वोल्टेज बढ़ता है और ये वोल्टेज कंडक्टर करंट और केबल की लंबाई के समानुपातिक होते हैं। सिंगल-कोर केबल के लिए यह वोल्टेज अलग-अलग फेज स्पेसिंग के साथ बढ़ता है।
- इस वोल्टेज को कम करने के लिए एक ईसीसी स्थापित की जाती है जो केबलों के समानांतर चलती है और इससे केबल प्रणाली की लागत में काफी वृद्धि होती है
- प्रेरित वोल्टेज से खतरे से बचने के लिए मुक्त छोर पर आवरण को इन्सुलेट करने का ध्यान रखा जाना चाहिए।
डिज़ाइन संबंधी विचार
एकल बिंदु बंधी केबल प्रणाली में संचालन के दौरान केबल के आवरण पर वोल्टेज प्रेरित होता है, जो पृथ्वी से जुड़े बिंदु से दूरी के साथ उत्तरोत्तर बढ़ता जाता है। यह प्रेरित वोल्टेज पृथ्वी से जुड़े सिरे से सबसे दूर के बिंदु पर अधिकतम तक पहुँचता है। इसलिए, केबल सेक्शन की अधिकतम लंबाई पृथक सिरे पर अनुमत आवरण स्थायी वोल्टेज द्वारा नियंत्रित होती है।
सुरक्षा कारणों से म्यान पर प्रेरित वोल्टेज की गणना स्वीकार्य स्पर्श वोल्टेज सीमा से अधिक नहीं होनी चाहिए। अधिकांश देशों में एक राष्ट्रीय मानक होता है जो बिजली आवृत्तियों पर अनुमत अधिकतम स्थायी वोल्टेज को नियंत्रित करता है, क्योंकि यह एक महत्वपूर्ण मुद्दा है, विशेष रूप से रखरखाव श्रमिकों के लिए, और ये वोल्टेज सीमाएँ आमतौर पर देश और लागू नियमों के आधार पर 35-400 V की सीमा में होती हैं ।
पृथ्वी से जुड़े सिरे से सबसे दूर के बिंदुओं पर, केबल सिस्टम के जीवन के लिए म्यान को पृथ्वी से प्रभावी रूप से इंसुलेट किया जाना चाहिए। यदि प्रत्याशित सर्ज वोल्टेज स्तर म्यान इन्सुलेटर के मूल इन्सुलेशन स्तर (बीआईएल) के 75% से अधिक है, तो हमेशा एक म्यान वोल्टेज लिमिटर (एसवीएल) का उपयोग किया जाना चाहिए। स्विचिंग, लाइटिंग या दोषों के कारण होने वाले क्षणिक परिवर्तनों के दौरान केबल म्यान को ओवरवोल्टेज से बचाने के लिए एसवीएल को आमतौर पर ओपन-एंडेड म्यान और पृथ्वी बिंदु के बीच जोड़ा जाता है।
ईसीसी को सिंगल-पॉइंट बॉन्डेड सिस्टम के केबल के समानांतर स्थापित किया जाता है, सिवाय इसके कि जहां केबल के दोनों छोर एक सामान्य अर्थिंग सिस्टम साझा करते हैं। चरण कंडक्टरों के संबंध में ईसीसी के सापेक्ष स्थान पर सावधानीपूर्वक विचार किया जाना चाहिए और ईसीसी को केबल सिस्टम के बीच में स्थानांतरित किया जाना चाहिए।
पार संबंध
तरीका
चित्र 5. ट्रांसपोज़िशन के बिना क्रॉस-बॉन्डेड केबल
चित्र 6. ट्रांसपोज़िशन के साथ क्रॉस-बॉन्डेड केबल
प्रकार
सतत प्रकार का क्रॉस-बॉन्डिंग
अनुभागीयकृत क्रॉस-बॉन्डिंग
प्रत्यक्ष क्रॉस-बॉन्डिंग
छोटी लाइनों की क्रॉस-बॉन्डिंग
सुरंग स्थापना में क्रॉस-बॉन्डिंग
हालाँकि इस व्यवस्था में क्रॉस-बॉन्डिंग लीड्स सर्ज करंट नहीं ले जाती हैं, लेकिन इन लीड्स को सिस्टम शॉर्ट सर्किट करंट ले जाने के लिए आकार दिया जाना चाहिए। नियमित क्रॉस-बॉन्डिंग की तुलना में जहाँ SVL को स्टार व्यवस्था में जोड़ा जाता है, टनल इंस्टॉलेशन में SVL को डेल्टा व्यवस्था में जोड़ा जाता है। सामान्य और क्षणिक स्थितियों के दौरान उच्च प्रेरित वोल्टेज के कारण, इस प्रकार की स्थापना में SVL के लिए उच्च रेटेड वोल्टेज की आवश्यकता होती है।
अनुप्रयोग
लाभ
- एकल-बिंदु बंधन की तुलना में, क्रॉस-बंधित विन्यास का लाभ यह है कि इसकी लंबाई सीमित नहीं होती।
- परिसंचारी धाराएं काफी कम हो जाती हैं, जिसके परिणामस्वरूप आवरण क्षति कम होती है और केबल धारा रेटिंग अधिक होती है।
- सामान्य संतुलित लोड संचालन के दौरान शीथ धाराओं को बाधित करने के अलावा, शीथ केबल सर्किट के अंत से अंत तक एक सतत पथ बनाते हैं और दोनों सिरों पर ग्राउंडेड होते हैं। इसलिए, ग्राउंड फॉल्ट के दौरान, शीथ धाराएँ पूरी लंबाई में प्रवाहित हो सकती हैं, इस प्रकार एक अलग ECC की आवश्यकता समाप्त हो जाती है।
- ईसीसी को खत्म करने के माध्यम से अर्थव्यवस्था के अलावा, केबल शीथ समानांतर ईसीसी की तुलना में पृथ्वी दोषों के दौरान स्क्रीनिंग कंडक्टर के रूप में अधिक प्रभावी ढंग से कार्य करते हैं। इसलिए, समानांतर केबल, संचार लाइनों, पाइपलाइनों, बाड़ों आदि में प्रेरित वोल्टेज, एक समान एकल-बिंदु बंधुआ प्रणाली की तुलना में क्रॉस-बॉन्डेड सिस्टम में पृथ्वी दोषों के दौरान कम हो जाते हैं।
नुकसान
- महंगा और जटिल.
- शीथ की क्रॉस-बॉन्डिंग शीथ में परिसंचारी करंट को काफी हद तक कम कर देती है। हालाँकि, यह सुनिश्चित करना एक चुनौती है कि सभी सेक्शन एक ही लंबाई के हों।
डिज़ाइन संबंधी विचार
प्रत्येक अनुभाग की लंबाई और केबल के बीच की दूरी प्रेरित वोल्टेज स्तरों और आवरणों और भूसंपर्कन बिंदुओं के बीच वोल्टेज अंतर द्वारा सीमित होती है।
क्रॉस-बॉन्डेड केबल सर्किट के लिए सबसे ज़्यादा शीथ-टू-अर्थ वोल्टेज दो और तीन-चरणीय दोषों के कारण होता है। यदि क्रॉस-बॉन्डेड केबल सर्किट को ओवरहेड लाइन के बीच में डाला जाता है, तो सिंगल-फ़ेज़ दोष सबसे ज़्यादा शीथ-टू-अर्थ वोल्टेज उत्पन्न करते हैं जो पृथ्वी प्रतिबाधा के साथ बढ़ते हैं।
प्रतिबाधा बंधन
तरीका
ट्रांसफार्मर शीथ बॉन्डिंग में, प्रत्येक केबल शीथ के दोनों सिरों को विद्युत रूप से तीन-चरण शीथ बॉन्डिंग ट्रांसफार्मर से जोड़ा जाता है जैसा कि चित्र 7 में दिखाया गया है।
चित्र 7. शीथ बॉन्डिंग ट्रांसफॉर्मर के माध्यम से प्रतिबाधा बॉन्डिंग
आवेदन
लाभ
- बॉन्डिंग ट्रांसफार्मर योजना प्रेरित आवरण धाराओं को सीमित करने में प्रभावी है, भले ही केबल वाल्टों के बीच की दूरी समान हो या असमान।
नुकसान
- अतिरिक्त तिजोरी स्थान की आवश्यकता है।
- प्रतिबाधा उपकरण अपेक्षाकृत महंगे होते हैं क्योंकि उन्हें दोष धाराओं का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए
- सामान्य परिचालन के दौरान, तीसरे हार्मोनिक्स को आवरण में प्रेरित किया जा सकता है, और ये पास की दूरसंचार लाइनों पर हस्तक्षेप पैदा कर सकते हैं।
- ग्राउंडिंग के माध्यम से प्रवेश करने वाली प्रत्यक्ष धाराएं लौह कोर की संतृप्ति का कारण बन सकती हैं और रिएक्टरों या ट्रांसफार्मरों के संचालन को बाधित कर सकती हैं।
डिज़ाइन संबंधी विचार
निष्कर्ष
शीथ बॉन्डिंग सबसे महत्वपूर्ण डिज़ाइन पहलुओं में से एक है, जिस पर उच्च वोल्टेज पावर केबल ट्रांसमिशन के लिए सावधानीपूर्वक विचार करने की आवश्यकता होती है। केबल शीथ बॉन्डिंग कई उद्देश्यों को पूरा करती है और सिस्टम की समग्र लागत और केबलों की वर्तमान रेटिंग पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालती है।
