एसी ब्रेकडाउन वोल्टेज टेस्ट के लिए केबल टर्मिनेशन का डिजाइन

इंजीनियरिंग में, आर्थिक, तकनीकी, व्यावहारिक और पर्यावरणीय सीमाओं के कारण एक आदर्श समाधान या परियोजना स्थापित की जानी चाहिए। विद्युत पारेषण या वितरण लाइनों के डिजाइन और निर्माण में, दो प्रकार के केबल का उपयोग किया जा सकता है, अर्थात् ओवरहेड या भूमिगत केबल [1]। उच्च-वोल्टेज भूमिगत केबलों का व्यापक रूप से विभिन्न अनुप्रयोगों में विद्युत कंडक्टर के रूप में उपयोग किया जाता है जैसे कि मध्यम-वोल्टेज औद्योगिक सुविधाएं, भूमिगत और पनडुब्बी संचरण कनेक्शन, नवीकरणीय ऊर्जा संयंत्र [1], आवासीय भवनों और शहरी केंद्रों की फीडिंग, साथ ही सुविधाओं में जहां पर्यावरण और दृश्य पहलुओं के लिए भूमिगत केबलों के उपयोग की आवश्यकता होती है। हालांकि, ओवरहेड केबल्स [1,2] के आवेदन की तुलना में भूमिगत केबल्स की स्थापना एक महत्वपूर्ण वित्तीय व्यय का प्रतिनिधित्व करती है।

 इसके अलावा, भूमिगत केबलों की जटिल निर्माण प्रक्रिया और उत्पादों और निर्माताओं की विविधता से कम-प्रदर्शन वाले केबलों का व्यावसायीकरण हो सकता है। भूमिगत अनुप्रयोगों के लिए अच्छे प्रदर्शन वाले केबलों का उपयोग आवश्यक है, क्योंकि केबल अपने जीवनकाल के दौरान कई तनावों के अधीन होते हैं, जैसे कि विद्युत (ऑपरेशन वोल्टेज, ओवरवॉल्टेज सर्जेस और अन्य के कारण), थर्मल (चूंकि केबल असामान्य तापमान के अधीन होते हैं) उगता है, थर्मल विस्तार, और संकुचन), यांत्रिक (जैसे बाहरी नुकसान, पार्श्व प्रभाव, और दबाव असामान्यताएं), और पर्यावरण (आर्द्रता, ऑक्सीकरण, सौर विकिरण और अन्य घटनाओं के कारण)

इसलिए, उपरोक्त तनावों के तहत संचालन सुनिश्चित करने और बिजली आपूर्ति की विश्वसनीयता और निरंतरता में सुधार करने के लिए, केबलों को नियमित रूप से उजागर किया जाना चाहिए और गारंटी के लिए विद्युत परीक्षण टाइप करना चाहिए, अनिवार्य रूप से, इन्सुलेशन सामग्री के ढांकता हुआ प्रदर्शन और कम करना, परिणामस्वरूप, वित्तीय नुकसान बिजली उपयोगिताओं और उद्योगों के लिए। सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में से एक क्रॉस-लिंक्ड पॉलीथीन (एक्सएलपीई) है।

यद्यपि एक पावर केबल में अधिकांश विफलताएँ इसके जंक्शनों और समाप्ति पर होती हैं, केबल इन्सुलेशन सामग्री का मूल्यांकन अत्यंत आवश्यक है। इस मूल्यांकन के लिए आवश्यक परीक्षणों में से एक केबल ब्रेकडाउन वोल्टेज निर्धारण है। अंतर्राष्ट्रीय मानक आईईसी 60229 और आईईसी 60520-2 [6,7] उच्च-वोल्टेज केबलों के लिए परीक्षण आवश्यकताओं को स्थापित करते हैं। ब्राजील में, मानक एनबीआर 10299 और एनबीआर 16132 [8,9] 15 केवी से अधिक वोल्टेज वाले सिस्टम के लिए केबलों में पंचर विद्युत क्षेत्र की ताकत के सांख्यिकीय वितरण के लिए परीक्षणों के संबंध में विनिर्देश प्रदान करते हैं। एनबीआर 10299 का लक्ष्य स्थापित केबल लंबाई के आधार पर न्यूनतम विफलता दर निर्धारित करना है। आम तौर पर स्वीकृत मान 6.7 × 10−4 विफलता/(वर्ष × किमी) है

निर्धारित परीक्षण कम से कम 3 मीटर प्रभावी लंबाई के एक नमूने का उपयोग करके किया जाना चाहिए, अर्थात दोनों पक्षों की समाप्ति पर विचार किए बिना। बाहरी परिरक्षण को आधार बनाया जाता है और आंतरिक टूटने तक केबल पर बढ़ते एसी वोल्टेज को लागू किया जाता है। प्रायोगिक सेटअप को प्रभावी लंबाई केबल पर टूटने की घटना को सुनिश्चित करना चाहिए। यह देखते हुए कि परीक्षण केबल को सामान्य ऑपरेशन वोल्टेज से 5 से 10 गुना अधिक के मूल्यों के साथ ओवरवॉल्टेज के अधीन कर सकते हैं, परीक्षणों के दौरान मुख्य समस्या केबल सिरों पर विद्युत क्षेत्र विरूपण है, जो बाहरी टूटना का कारण बनता है और मूल्यांकन को रोकता है आंतरिक इन्सुलेट सामग्री। इंसुलेटेड केबल्स में फील्ड या ब्रेकडाउन वोल्टेज टेस्ट में इंस्टॉलेशन करने के लिए, केबल इंसुलेशन के एक हिस्से को हटाना जरूरी है। जबकि प्रभावी लंबाई के अंदर विद्युत क्षेत्र में एक रेडियल दिशा और लॉगरिदमिक व्यवहार [1,2,10] के साथ अनुमानित वितरण होता है, केबल सिरों पर एक महान क्षेत्र तीव्रता होती है। ढाल अंत के आसपास के विद्युत क्षेत्र को चित्र 1 में चित्रित किया गया है। इस प्रकार, सफल परीक्षणों की अनुमति देने के लिए इस तरह के अनुमानित वितरण की गारंटी दी जानी चाहिए।

केबल एंड में हवा के अलावा एक कंडक्टर, सेमीकंडक्टर लेयर्स, इंसुलेटिंग लेयर और शील्डिंग के लिए कंडक्टिव टेप होते हैं। विभिन्न विद्युत विशेषताओं, ढांकता हुआ ताकत और सापेक्ष पारगम्यता वाली सामग्रियों की विविधता अक्षीय और स्पर्शरेखा क्षेत्र घटकों दोनों के साथ अत्यधिक गैर-समान विद्युत क्षेत्र प्रदान करती है। स्पर्शरेखा विद्युत क्षेत्र टर्मिनलों [12,13] में विफलताओं के मुख्य कारणों में से एक है। केबल के अंत में क्षेत्र वृद्धि हवा में सतह और बाहरी डिस्चार्ज पैदा करती है, जिसे ठीक से डिज़ाइन किए गए टर्मिनेशन [1,9,10,14] का उपयोग करके रोका जा सकता है। इस अर्थ में, [12-19] द्वारा विभिन्न विशेषताओं वाली व्यवस्थाओं का अध्ययन किया गया।

हाई-वोल्टेज केबल टर्मिनेशन में इलेक्ट्रिक फील्ड डिस्ट्रीब्यूशन से जुड़े ज्यादातर अध्ययन टर्मिनेशन, जॉइंट्स या स्ट्रेस रिलीफ कोन के विश्लेषण और/या डिजाइन के उद्देश्य से फाइनाइट एलिमेंट मेथड (फेम) पर आधारित कमर्शियल सॉफ्टवेयर का इस्तेमाल करते हैं। [12,15,16] में, उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स (एचटीएस) के आधार पर तनाव शंकु के डिजाइन में सहायता के लिए सिमुलेशन का उपयोग किया गया था। [16] के लेखकों ने विद्युत क्षेत्र वितरण में सुधार के लिए एक एपॉक्सी/जेएनओ प्रवाहकीय परत के उपयोग का प्रस्ताव दिया। अन्य अध्ययनों ने केबलों के लिए विभिन्न सामग्रियों और फील्ड ग्रेडिंग विकल्पों की तुलना की। [13] में, उदाहरण के लिए, 36 केवी पेपर-इंसुलेटेड लेड केबल्स (पीआईएलसी) और क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथाइलीन (एक्स एल पी ई) केबल्स के लिए विभिन्न प्रकार के फील्ड ग्रेडिंग विकल्पों की तुलना की गई थी। [17] में, केबल जोड़ों पर दोषों के प्रभाव का विश्लेषण किया गया था, और [18] क्षणिक तनाव से गुजर रहे एक केबल टर्मिनेशन में विद्युत क्षेत्र का अध्ययन किया। समाप्ति के परियोजना चरण के दौरान, एक अन्य संभावित उद्देश्य उन क्षेत्रों का अनुमान लगाना है जो दोषों के प्रति अधिक संवेदनशील हैं और इस प्रकार प्रोटोटाइप में सुधार करते हैं। इस संबंध में, [19] एफईएम का उपयोग करके 110 केवी केबल के लिए एक स्लीव में विद्युत क्षेत्र की गणना की, ताकि ढांकता हुआ ब्रेकडाउन के लिए अतिसंवेदनशील क्षेत्रों का अनुमान लगाया जा सके और इस प्रकार एक स्लीव प्रोटोटाइप में सुधार किया जा सके।

उपरोक्त अध्ययनों में से कुछ ने तनाव शंकु अवधारणा के आधार पर समाप्ति परियोजनाओं को प्रस्तुत किया, और विद्युत क्षेत्र वितरण या विभिन्न सामग्रियों के प्रभाव का विश्लेषण किया। हालांकि, ओवरवॉल्टेज टेस्ट या ब्रेकडाउन वोल्टेज टेस्ट के दौरान समाप्ति प्रदर्शन से संबंधित अध्ययनों की कमी है। इसके अलावा, कुछ प्रस्तावित प्रोटोटाइप के लिए महंगी सामग्री की आवश्यकता होती है। इसलिए, इस पत्र में एक व्यवहार्य समाप्ति की अवधारणा, ड्राइंग और इलेक्ट्रोस्टैटिक सिमुलेशन के लिए एक पद्धति की सूचना दी गई है। समाप्ति को केबलों पर ओवरवॉल्टेज परीक्षणों को पूरा करने में सक्षम होना चाहिए। प्रस्तावित प्रक्रिया का उपयोग अनुकूलित केबल समाप्ति के डिजाइन के लिए भी किया जा सकता है। इस तरह की समाप्ति आमतौर पर जिम्मेदार होती है, उदाहरण के लिए, विभिन्न ट्रांसमिशन लाइनों के बीच जोड़ने के लिए, कनेक्टर्स के रूप में कार्य करना। समाप्ति पर विद्युत तनाव के विश्लेषण के लिए, कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन परिमित तत्व विधि और एक एकल-चरण 35 केवी केबल मॉडल के आधार पर एक वाणिज्यिक सॉफ्टवेयर का उपयोग करके किया गया था, जिसे नमूने के रूप में इस्तेमाल किया गया था। परियोजना में परंपरागत सामग्रियों पर विचार किया गया था, जो संभावित लागत में कमी का प्रतिनिधित्व करता है।