35kV एक्स एल पी ई केबलों में खराबी के कारणों और मरम्मत तकनीकों का व्यापक विश्लेषण

1. केबल टर्मिनेशन दोषों के कारण होने वाली खराबी

केबल टर्मिनेशन और जॉइंट इन्सुलेशन में कमजोर बिंदु होते हैं, और इनकी इंस्टॉलेशन गुणवत्ता परिचालन सुरक्षा को सीधे प्रभावित करती है। एक बिजली आपूर्ति कंपनी की 2023 की दोष रिपोर्ट के आंकड़ों से पता चलता है कि 72% टर्मिनेशन विफलताएं निम्नलिखित समस्याओं के कारण हुईं:

(1) स्ट्रेस कोन इंस्टॉलेशन विफलता
कोल्ड-श्रिंक टर्मिनेशन में स्ट्रेस कोन संरचनाओं का उपयोग करके विद्युत क्षेत्र वितरण को संशोधित करके शील्ड कट-ऑफ बिंदु पर क्षेत्र की तीव्रता को कम किया जाता है। निर्माण स्थल पर होने वाली सामान्य त्रुटियों में शामिल हैं:
① सेमीकॉन कट-ऑफ बिंदु से 5 मिमी से अधिक तनाव शंकु का गलत संरेखण (विनिर्देश आवश्यकता: ±2 मिमी), जिसके कारण विद्युत क्षेत्र विरूपण और स्थानीयकृत क्षेत्र तीव्रता 25 केवी/मिमी तक पहुंच जाती है (सामान्य: ≤12 केवी/मिमी)।
2. कॉपर शील्ड के कट-ऑफ बिंदु को अपर्याप्त रूप से चिकना करने से बर्र रह जाते हैं जो टिप डिस्चार्ज उत्पन्न करते हैं (टिप्स पर मापी गई क्षेत्र तीव्रता 3-5 गुना बढ़ सकती है)।
③ स्थापना के दौरान अत्यधिक खींचने की गति (50 मिमी/सेकंड), जिससे तनाव शंकु में झुर्रियाँ पड़ जाती हैं और हवा के अंतराल बन जाते हैं (आंशिक निर्वहन स्तर 10 पीसी)।

(2) सेमीकंडक्टर परत का अनुचित प्रबंधन
एक इस्पात संयंत्र में 35 केवी केबल के टूटने के मामले में, जांच से मुख्य इन्सुलेशन सतह पर 0.3 मिमी गहरी खरोंचें पाई गईं (चित्र 2 देखें)। यह खरोंच सेमीकंडक्टर परत को हटाते समय एक चाकू को बहुत अधिक झुकाव (लगभग 45°) पर इस्तेमाल करने के कारण हुई थी। जीबी50150 में स्पष्ट रूप से सेमीकंडक्टर परत को हटाने के लिए विशेष स्ट्रिपिंग टूल के उपयोग की आवश्यकता बताई गई है, जिसमें कट-ऑफ पर 15° का हल्का ढलान होना चाहिए और खरोंच की गहराई 0.1 मिमी से अधिक नहीं होनी चाहिए।

(3) सीलिंग/जलरोधन की विफलता
वर्षा वाले क्षेत्रों के आंकड़ों से पता चलता है कि 43% टर्मिनेशन विफलताओं का कारण नमी का प्रवेश है। सामान्य त्रुटियों में शामिल हैं:
① ट्रिपल-सील्ड प्रक्रिया (बाहरी आवरण, तांबे की ढाल, अर्धचालक परत) का पालन करने में विफलता।
2. अपर्याप्त सीलिंग यौगिक की मोटाई (<2 मिमी) और निरंतर-बल स्प्रिंग्स का अपर्याप्त संपीड़न (संपीड़न मूल लंबाई के 1/3 तक पहुंचना चाहिए)।
③ कोल्ड-श्रिंक ट्यूबिंग और केबल बॉडी के बीच अंतराल (फीलर गेज निरीक्षण से 0.05 मिमी या उससे अधिक का अंतराल नहीं दिखना चाहिए)।

2. मुख्य इन्सुलेशन के क्षरण की प्रक्रिया

(1) विद्युत वृक्ष निर्धारण आयु निर्धारण
स्थानीय क्षेत्र की तीव्रता 10kV/मिमी से अधिक होने पर एक्स एल पी ई इन्सुलेशन विद्युत वृक्ष के विकास को प्रेरित कर सकता है। एक अनुसंधान केंद्र में किए गए त्वरित आयु परीक्षण से यह प्रदर्शित होता है:
① तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के लिए, वृक्षों की वृद्धि दर 2.3 गुना बढ़ जाती है।
2. नमी की उपस्थिति में, वृक्ष चैनल प्रसार 3-5 गुना तेज हो जाता है (विशेष रूप से जब नमी की मात्रा 0.02% होती है)।
③ अशुद्धता कण (>50µm) क्षेत्र सांद्रता का कारण बनते हैं और आसानी से वृक्ष आरंभिक बिंदु बन जाते हैं।

(2) तापीय अपक्षय विफलता
जब केबलों पर लगातार ओवरलोड पड़ता है (रेटिंग का 120% से अधिक करंट), जिससे इन्सुलेशन का तापमान 90°C से अधिक हो जाता है, तो एक्स एल पी ई आणविक श्रृंखलाएं टूट जाती हैं:
① ऑक्सीकरण प्रेरण समय (ओआईटी) 30 मिनट से घटकर 5 मिनट से कम हो जाता है (जीबी/टी 11026.1 के लिए ≥20 मिनट की आवश्यकता होती है)।
2. अपव्यय कारक (tanδ) 0.002 से बढ़कर 0.01 से ऊपर हो जाता है (20°C पर मापा गया)।
③ तन्यता सामर्थ्य में 25% से अधिक की कमी आती है, और विखंडन पर बढ़ाव 40% तक कम हो जाता है।

(3) संचयी यांत्रिक क्षति
स्थापना के दौरान होने वाली सामान्य यांत्रिक क्षति में निम्नलिखित शामिल हैं:

• अपर्याप्त बेंडिंग त्रिज्या (सिंगल-कोर केबल: ≥20× बाहरी व्यास; मल्टी-कोर: ≥15×)।

• अत्यधिक खिंचाव तनाव (तांबे के केबल: ≤3kN; एल्युमीनियम: ≤2kN)।

• क्षतिग्रस्त बाहरी आवरणों की मरम्मत न होने के कारण नमी अंदर प्रवेश कर जाती है (त्रिज्यीय नमी प्रवेश दर: ~0.1 मिमी/दिन)।

3. बाह्य पर्यावरणीय कारकों का प्रभाव

(1) ओवरवोल्टेज सर्ज
बिजली गिरने और बिजली के झटके लगने के प्रमुख कारण हैं:

• बिजली गिरने से सीधे तौर पर 200kV तक का वोल्टेज उत्पन्न हो सकता है, जो 35kV केबल के 32kV के रेटेड इम्पल्स विदस्टैंड वोल्टेज से कहीं अधिक है।

• वैक्यूम ब्रेकर्स द्वारा करंट चॉपिंग से 3.5 गुना फेज वोल्टेज तक का ओवरवोल्टेज उत्पन्न हो सकता है।

• सिस्टम में सिंगल-फेज-टू-ग्राउंड फॉल्ट के दौरान, स्वस्थ फेज वोल्टेज लाइन वोल्टेज तक बढ़ जाता है (35kV सिस्टम के लिए: 60.6kV)।

(2) रासायनिक संक्षारण
औद्योगिक क्षेत्रों में किए गए मापों से पता चलता है कि मिट्टी का पीएच <4 या 9 होता है:

• बाहरी आवरण के क्षरण की दर 0.2 मिमी/वर्ष तक पहुंच जाती है (सामान्य मिट्टी में यह दर 0.05 मिमी/वर्ष होती है)।

• स्टील टेप की सुरक्षात्मक परत 5 साल के भीतर छिद्रित हो सकती है, जिससे नमी सीधे इन्सुलेशन तक पहुंच सकती है।

• सूक्ष्मजीवों द्वारा उत्पन्न संक्षारण से कार्बनिक अम्ल एक्स एल पी ई की परावैद्युत सामर्थ्य को प्रतिवर्ष 5% तक कम कर देते हैं।

(3) तापमान चक्र तनाव
बाहरी सतहों में दैनिक तापमान अंतर (लगभग 15°C) के साथ आवधिक तापीय विस्तार/संकुचन होता है:

• इंटरफेस पर अपरूपण तनाव 1.2 एमपीए तक पहुंच जाता है (जो ईपीडीएम सामग्री की थकान सीमा से अधिक है)।

• सीलिंग कंपाउंड में सूक्ष्म दरारें बन जाती हैं (सूक्ष्मदर्शी के नीचे 0.5 मिमी तक की गहराई देखी गई)।

• धातु के उपकरणों और इन्सुलेशन के बीच 0.1 मिमी से अधिक के अंतराल बन जाते हैं, जिससे आंशिक रिसाव शुरू हो जाता है।

खराबी का निदान और स्थानीयकरण प्रौद्योगिकी

1. दोष का लक्षण वर्णन और मूल्यांकन

1. (1) इन्सुलेशन प्रतिरोध परीक्षण
   2500V मेगाओहममीटर का उपयोग करना:
   • इंटर-फेज इन्सुलेशन प्रतिरोध < 1000 एमΩ या ग्राउंड इन्सुलेशन प्रतिरोध < 500 एमΩ गंभीर दोषों का संकेत देता है।
   • अवशोषण अनुपात (R60s/R15s) < 1.3 नमी के प्रवेश का संकेत देता है।
   • ध्रुवीकरण सूचकांक (R10min/R1min) < 2.0 इन्सुलेशन की उम्र बढ़ने का संकेत देता है।

2. (2) आंशिक निर्वहन का पता लगाना
   अल्ट्रा-हाई फ्रीक्वेंसी (यूएचएफ) और अल्ट्रासोनिक विधियों का संयुक्त उपयोग:
   • टर्मिनेशन पर डिस्चार्ज का परिमाण 5 पीसी (1.73U₀ पर) होने पर तत्काल कार्रवाई की आवश्यकता है।
   • विशिष्ट निर्वहन पैटर्न: टिप निर्वहन में बिखरे हुए पल्स आयाम दिखाई देते हैं; शून्य निर्वहन में नियमित पल्स समूह दिखाई देते हैं।

3. (3) परावैद्युत हानि कारक (टैन δ) मापन
   10 केवी परीक्षण वोल्टेज पर:
   • सामान्य केबल टैन δ < 0.005; 0.01 से अधिक मान गंभीर इन्सुलेशन क्षरण का संकेत देते हैं।
   • बढ़ते वोल्टेज के साथ टैन δ में महत्वपूर्ण वृद्धि (Δtan δ श्श्श 0.002/केवी) दोषों की उपस्थिति का संकेत देती है।

2. सटीक स्थानीयकरण प्रौद्योगिकियाँ

1. (1) समय डोमेन रिफ्लेक्टोमेट्री (टीडीआर) स्थानीयकरण
   पल्स रिफ्लेक्टोमीटर का उपयोग करना (न्यूनतम रिज़ॉल्यूशन 0.5 मीटर):
   • दोष दूरी सूत्र: L = v × t / 2 (v = तरंग वेग, एक्स एल पी ई केबलों के लिए 172 m/μs)।
   • कम प्रतिरोध वाले दोष (< 100 Ω) के लिए कम वोल्टेज पल्स विधि का उपयोग किया जाता है; उच्च प्रतिरोध वाले दोषों के लिए डीसी उच्च वोल्टेज फ्लैशओवर विधि का उपयोग किया जाता है।
   • तरंगरूप की विशेषताएँ: परावर्तित स्पंद की ध्रुवीयता आपतित स्पंद की ध्रुवीयता के विपरीत (कम प्रतिरोध) या समान (उच्च प्रतिरोध) होती है।

2. (2) ध्वनिक-चुंबकीय समकालिक स्थानीयकरण
   दोष बिंदु पर आवेगी उच्च वोल्टेज (U₀ का 3-5 गुना) लगाना:
   • कॉइल के माध्यम से चुंबकीय क्षेत्र के संकेतों का पता लगाया जाता है; पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर के माध्यम से ध्वनिक संकेत प्राप्त होते हैं।
   • समय-अंतर स्थानीयकरण: Δt = ΔS / v (v = 340 m/s), स्थानीयकरण त्रुटि < 0.5 m के साथ।
   • कम परिवेशी शोर (< 40 dB रात में) में सर्वोत्तम प्रदर्शन; शोर-निवारक हेडफ़ोन की अनुशंसा की जाती है।

3. (3) वितरित ऑप्टिकल फाइबर निगरानी
   डिस्ट्रीब्यूटेड टेम्परेचर सेंसिंग (डीटीएस) सिस्टम का उपयोग करना:
   • स्थानिक रिज़ॉल्यूशन: 1 मीटर; तापमान सटीकता: ±0.5°C।
   • दोष बिंदुओं पर तापमान में असामान्य वृद्धि (सामान्य भागों की तुलना में 5-10 डिग्री सेल्सियस अधिक)।
   • कंपन संवेदन फाइबर के साथ संयुक्त रूप से, बाहरी क्षति बिंदुओं का पता लगा सकता है (5 हर्ट्ज की कंपन आवृत्ति पर अलार्म बजता है)।

35kV केबल खराबी मरम्मत तकनीकी विनिर्देश

1. केबल टर्मिनेशन और री-टर्मिनेशन प्रक्रिया
35kV कोल्ड-श्रिंक टर्मिनेशन (मॉडल डब्ल्यूएलएस-35/1×300) को उदाहरण के तौर पर लेते हुए, मुख्य चरण इस प्रकार हैं:

(1) पूर्व-उपचार चरण

• केबल को सीधा करना: सीधापन त्रुटि < 1‰ सुनिश्चित करने के लिए एक समर्पित सीधा करने वाली मशीन (2-3 kN तनाव लागू करते हुए) का उपयोग करें।

• बाहरी आवरण को छीलना: सिरे से 550 मिमी की दूरी पर एक वलय काटें, 30 मिमी कवच ​​को बरकरार रखें, 80-ग्रिट सैंडपेपर का उपयोग करके आवरण के कटे हुए भाग से 50 मिमी क्षेत्र को खुरदरा करें।

• कॉपर शील्ड ट्रीटमेंट: 20 मिमी कॉपर शील्ड को बरकरार रखें, नंबर 0 सैंडक्लॉथ का उपयोग करके कट-ऑफ को एक चिकने आर्क ट्रांजिशन (R ≥ 2 मिमी) में पॉलिश करें।

(2) सेमीकॉन परत उपचार

• स्ट्रिपिंग की लंबाई: बाहरी सेमीकंडक्टर परत को 15 मिमी तक बरकरार रखें, एक विशेष स्ट्रिपिंग चाकू (15° कोण) का उपयोग करके रिंग-कट करें, मुख्य इन्सुलेशन को नुकसान पहुंचाने से सख्ती से बचें।

• चैम्फरिंग: मुख्य इन्सुलेशन सिरे को सेमीकॉन कट-ऑफ किनारे (आर = 1 मिमी) के चारों ओर 45° के कोण (0.5 मिमी की गहराई) पर चैम्फर करें।

• सफाई प्रक्रिया: निर्जल इथेनॉल (शुद्धता ≥ 99.7%) में भिगोए हुए लिंट-फ्री कपड़े से एक ही दिशा में पोंछें, हर 100 मिमी पर कपड़ा बदलें।

(3) स्ट्रेस कोन इंस्टॉलेशन

• सिलिकॉन ग्रीस लगाना: सेमीकंडक्टर कट-ऑफ के 5 मिमी के भीतर विशेष सिलिकॉन ग्रीस (टैन δ < 0.001) लगाएं, मोटाई 0.2 मिमी।

• पोजीशनिंग मार्क: सेमीकंडक्टर के कट-ऑफ से 75 मिमी की दूरी पर 10 मिमी चौड़ाई वाली पोजीशनिंग टेप लपेटें।

• कोल्ड-श्रिंक ऑपरेशन: कोर लाइनर को 50 मिमी/सेकंड की स्थिर गति से खींचें, सिकुड़ने के दौरान टर्मिनेशन को घुमाने से बचें।

(4) सीलिंग प्रक्रिया

• ट्रिपल वॉटरप्रूफिंग: अर्ध-चालक जल-अवरोधक टेप (25% ओवरलैप), सीलिंग कंपाउंड (मोटाई ≥ 2 मिमी), और स्टेनलेस-स्टील हाउसिंग को क्रमिक रूप से लपेटें।

• ग्राउंड कनेक्शन: 25 मिमी² तांबे के केबल का उपयोग करें, निरंतर बल स्प्रिंग संपीड़न मूल लंबाई के 1/3 तक पहुंचता है, बंधन रिक्ति ≤ 10 मिमी।

• फेज पहचान: फेज-रंग की हीट-श्रिंक ट्यूबिंग (पीला फेज ए, हरा फेज बी, लाल फेज सी) लगाएं, लंबाई 100 मिमी।

2. इन्सुलेशन मरम्मत की मुख्य तकनीक
स्थानीय इन्सुलेशन खराबी (क्षेत्रफल < 5 सेमी²) के लिए, पेटेंट तकनीक (पेटेंट संख्या ZL202210666205.8) का उपयोग करके मरम्मत करें:

(1) दोष बिंदु उपचार

• रिंग-कट इन्सुलेशन: टूटने वाले बिंदु पर केंद्रित 1:5 ढलान के साथ एक डम्बल के आकार का खांचा (व्यास 50 मिमी, गहराई 20 मिमी) बनाएं।

• सतह उपचार: 200 ग्रिट वाले सैंडपेपर से चारों ओर से तब तक रगड़ें जब तक कि ताजा इन्सुलेशन (बिना कार्बनयुक्त परत के) दिखाई न दे।

• स्वच्छता जांच: कण प्रतिक्षता मानक का उपयोग करके कक्षा 100 की स्वच्छता सुनिश्चित करें (< 3500 कण/मी³ कणों के लिए ≥ 0.5μm)।

(2) नैनो-मरम्मत तरल जलसेक

• सामग्री अनुपात: 15% नैनो-SiO₂ (50nm कण आकार), 75% एपॉक्सी राल मैट्रिक्स, 10% क्यूरिंग एजेंट (वजन के अनुसार)।

• वैक्यूम डीगैसिंग: बुलबुले हटाने के लिए -0.09 एमपीए पर 30 मिनट तक प्रक्रिया करें (बुलबुले का व्यास < 5μm)।

• दबावयुक्त जलसेक: यह सुनिश्चित करने के लिए कि मरम्मत तरल पदार्थ की प्रवेश गहराई ≥ 10 मिमी हो, 2 घंटे के लिए 0.3 एमपीए का दबाव लगाएं।

(3) उपचार और परिष्करण

• चरणबद्ध उपचार: 60°C/2 घंटे + 80°C/4 घंटे + 100°C/2 घंटे, स्थानीय अतिभार से बचें (तापन दर ≤ 5°C/मिनट)।

• सतह परिष्करण: डायमंड ग्राइंडिंग व्हील (400-ग्रिट) का उपयोग करके मूल इन्सुलेशन के साथ समतल रूप से पीसें (विचलन < 0.1 मिमी)।

• शील्ड की मरम्मत: 0.1 मिमी मोटी तांबे की टेप को लैप-विंड करें (20% ओवरलैप), सोल्डर से सील करें (सोल्डर जोड़ की लंबाई ≥ 30 मिमी)।

3. जोड़ प्रतिस्थापन प्रक्रिया
जब केबल के मध्य में खराबी हो, तो 35kV के पूर्वनिर्मित सीधे जोड़ (मॉडल जेएलएस-35/1×400) का उपयोग करके इसे बदलें:

(1) केबल पूर्व-उपचार

• दोषपूर्ण भाग को काटें: प्रत्येक सिरे पर 1.5 मीटर मजबूत केबल रखें, सुनिश्चित करें कि इन्सुलेशन सतह पर कोई खरोंच न हो (एडी करंट फ्लॉ डिटेक्टर से जांच करें)।

• कंडक्टर कनेक्शन: एक संपीड़न मोल्ड (षट्भुजाकार) का उपयोग करें, केंद्र से बाहर की ओर संपीड़ित करें, संपीड़न कारक ≥ 0.9।

• इन्सुलेशन स्टेपिंग: 1:10 का टेपर्ड स्टेप (लंबाई 50 मिमी) बनाएं, सतह की खुरदरापन आरए ≤ 0.8μm।

(2) संयुक्त सभा

• सेमीकंडक्टर शील्ड की मरम्मत: मूल सेमीकंडक्टर (संपर्क प्रतिरोध < 50 mΩ) के साथ विश्वसनीय संपर्क सुनिश्चित करने के लिए सेमीकंडक्टर टेप (चौड़ाई 50 मिमी) को लपेटें।

• इन्सुलेशन घटक स्थापना: पूर्वनिर्मित इन्सुलेटर को 70°C तक गर्म करें, इसे स्लाइड करके लगाएं, 30 मिनट के लिए 5kN अक्षीय दबाव लागू करें।

• मेटल हाउसिंग सील: दोहरे ओ-रिंग (फ्लोरोरबर सामग्री) का उपयोग करें, संपीड़न को 25%-30% तक नियंत्रित करें।

(3) शील्ड और ग्राउंडिंग

• कॉपर शील्ड बॉन्डिंग: 35 मिमी² कॉपर ब्रेडेड का उपयोग करें, बोल्ट कनेक्शन (टॉर्क 25 एन·मी)।

• ग्राउंडिंग सिस्टम: डबल-एंड ग्राउंडिंग को अपनाएं, ग्राउंड वायर क्रॉस-सेक्शन ≥ 50 मिमी², ग्राउंड प्रतिरोध < 10 Ω।

• संक्षारण रोधी उपचार: हाउसिंग पर एपॉक्सी प्राइमर (सूखी फिल्म की मोटाई 80μm) + पॉलीयुरेथेन टॉपकोट (सूखी फिल्म की मोटाई 120μm) की परत चढ़ाएं।

35kV एक्स एल पी ई केबल में खराबी की रोकथाम और निवारण में "पहले रोकथाम, फिर मरम्मत" के सिद्धांत का पालन करना आवश्यक है। निम्नलिखित क्षेत्रों में प्रबंधन को मजबूत करने की अनुशंसा की जाती है:

• सामग्री नियंत्रण: आपूर्तिकर्ता श्वेतसूची प्रणाली स्थापित करें और कोल्ड-श्रिंक टर्मिनेशन के लिए आने वाली सामग्रियों का निरीक्षण लागू करें (डाइइलेक्ट्रिक हानि, आंशिक डिस्चार्ज और सीलिंग प्रदर्शन का परीक्षण करें)।

• प्रक्रिया अनुकूलन: सेमीकंडक्टर परत हटाने और स्ट्रेस कोन लगाने जैसी महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं को स्वचालित करने के लिए बुद्धिमान निर्माण रोबोटों के उपयोग को बढ़ावा देना।

• स्थिति निगरानी: 15 वर्षों से अधिक समय से सेवा में मौजूद केबलों पर शेष जीवनकाल का आकलन करने के लिए इन्सुलेशन निदान (परावैद्युत हानि, tanδ, आंशिक निर्वहन) करें।

• आपातकालीन प्रतिक्रिया क्षमता: ध्वनिक-चुंबकीय लोकेटर, उच्च-वोल्टेज परीक्षण वाहन और अन्य उपकरणों से लैस पेशेवर आपातकालीन मरम्मत टीमों का गठन करें ताकि 2 घंटे के भीतर दोष का पता लगाया जा सके और 24 घंटे के भीतर बहाली सुनिश्चित की जा सके।

इस लेख में वर्णित तकनीकी विधियाँ 35kV केबल की खराबी की दर को प्रभावी ढंग से कम कर सकती हैं। इस तकनीकी प्रणाली को लागू करने के बाद, एक पावर ग्रिड कंपनी ने 2024 में केबल की खराबी की मरम्मत का औसत समय 48 घंटे से घटाकर 12 घंटे कर दिया। भविष्य में, नैनो-मरम्मत सामग्री और बुद्धिमान निगरानी प्रौद्योगिकियों में प्रगति के साथ, केबल मरम्मत सटीक स्थान निर्धारण, न्यूनतम हस्तक्षेप और स्थिति जागरूकता की ओर विकसित होगी।