बिजली गिरने के दौरान केबल जॉइंट के अंदर क्या होता है?

बिजली गिरना प्रकृति की सबसे शक्तिशाली और अप्रत्याशित शक्तियों में से एक है। एक ही बिजली के झटके में 200,000 एम्पीयर तक की धारा प्रवाहित हो सकती है, और तापमान 30,000 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकता है—जो सूर्य की सतह से पांच गुना अधिक गर्म है। जब ऐसी बिजली किसी बिजली की लाइन या उसके आसपास के क्षेत्र में गिरती है, तो ऊर्जा चालकों के माध्यम से प्रवाहित होती है, और केबल प्रणाली—जिसमें इसके जोड़ और टर्मिनल भी शामिल हैं—को इस भारी ऊर्जा प्रवाह को बिना किसी खराबी के सहन करना पड़ता है। लेकिन बिजली गिरने के दौरान केबल के जोड़ के अंदर वास्तव में क्या होता है? यह लेख इन महत्वपूर्ण कनेक्शनों की सुरक्षा करने वाले भौतिकी, जोखिमों और इंजीनियरिंग की पड़ताल करता है।

1. बिजली: खतरे का संक्षिप्त परिचय

बिजली एक तीव्र विद्युतस्थैतिक निर्वहन है जो बादलों के बीच या बादल और जमीन के बीच घटित होता है। जब यह किसी बिजली की तार या उसके पास की जमीन से टकराती है, तो यह एक अचानक, अत्यंत उच्च वोल्टेज और उच्च धारा का प्रवाह उत्पन्न करती है, जो चालक के साथ लगभग प्रकाश की गति से प्रवाहित होता है।

बिजली के कारण उत्पन्न होने वाले ऊर्जा उछाल की प्रमुख विशेषताएं:

• वोल्टेज: कई मिलियन वोल्ट तक (मुख्य स्ट्रोक के लिए आमतौर पर 1-10 मेगावोल्ट)।

• धारा: 10,000 से 200,000 एम्पीयर (सामान्यतः: 30,000 ए)।

• अवधि: बहुत कम—कुछ माइक्रोसेकंड से लेकर कुछ सौ माइक्रोसेकंड तक।

• बढ़ने का समय: अत्यंत तीव्र—धारा 1-10 माइक्रोसेकंड में अपने चरम पर पहुंच जाती है।

यह ऊर्जा का प्रवाह बिजली की लाइन के साथ-साथ सबस्टेशनों, ट्रांसफार्मरों और केबल प्रणालियों में प्रवेश करता है। यह किसी के साथ भेदभाव नहीं करता; यह केबल के कंडक्टर सहित किसी भी प्रवाहकीय मार्ग का अनुसरण करता है।

2. बिजली के उछाल का मार्ग: बिजली केबल प्रणाली में कैसे प्रवेश करती है

बिजली का झटका कई तरीकों से केबल सिस्टम में प्रवेश कर सकता है:

ए. ओवरहेड लाइन पर सीधा प्रहार
यदि किसी ओवरहेड लाइन पर बिजली सीधे गिरती है, तो बिजली की पूरी धारा कंडक्टर के साथ तब तक प्रवाहित होती है जब तक वह किसी टर्मिनेशन या जॉइंट तक नहीं पहुंच जाती, जहां से यह भूमिगत केबल में जा सकती है।

बी. ओवरहेड लाइन पर प्रेरित उछाल
यदि बिजली की लाइन पर सीधे बिजली न भी गिरे, तो भी पास में बिजली गिरने से विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के माध्यम से लाइन पर उच्च वोल्टेज का प्रवाह उत्पन्न हो जाता है।

सी. भू-विभव वृद्धि (चरणीय वोल्टेज)
सबस्टेशन या केबल टर्मिनेशन के पास जमीन पर बिजली गिरने से ग्राउंड पोटेंशियल बढ़ सकता है, जिससे बैकफ्लैश उत्पन्न हो सकता है - एक ऐसा सर्ज जो जमीन से उपकरण तक जाता है।

डी. ट्रांसफार्मर या स्विचगियर के माध्यम से
सबस्टेशनों पर लगे लाइटनिंग अरेस्टर अधिकांश ऊर्जा प्रवाह को मोड़ देते हैं, लेकिन फिर भी कुछ ऊर्जा केबलों तक पहुंच सकती है।

एक बार बिजली का प्रवाह केबल में प्रवेश कर जाता है, तो यह जोड़ तक जाता है - और यहीं से असली गतिविधि शुरू होती है।

3. जोड़ पर पड़ने वाले प्रभाव: वोल्टेज, करंट और तनाव

जब बिजली का झटका किसी केबल के जोड़ तक पहुँचता है, तो जोड़ पर एक साथ तीन प्रकार के तनाव पड़ते हैं:

ए. उच्च वोल्टेज (अति वोल्टेज)
यह वोल्टेज वृद्धि केबल के सामान्य परिचालन वोल्टेज से कई गुना अधिक हो सकती है। 66 केवी केबल के लिए, 350 केवी या उससे अधिक की वोल्टेज वृद्धि संभव है। यह अत्यधिक वोल्टेज जोड़ के भीतर एक तीव्र विद्युत क्षेत्र उत्पन्न करता है - जो सामान्य परिचालन तनाव से कहीं अधिक होता है।

बी. उच्च धारा (अतिरिक्त धारा)
अचानक उत्पन्न होने वाली तीव्र धारा कंडक्टर और कनेक्टर को गर्म कर देती है। एक मिलीसेकंड के अंश में ही, अत्यधिक धारा के कारण कंडक्टर का तापमान काफी बढ़ सकता है (लेकिन थोड़े समय के लिए)।

सी. परिवर्तन की उच्च दर (डि/डीटी)
धारा में तेजी से वृद्धि होने से एक मजबूत विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र बनता है, जो आसन्न घटकों में वोल्टेज उत्पन्न कर सकता है और यांत्रिक बल पैदा कर सकता है।

जोड़ के इन्सुलेशन, कनेक्टर और सीलिंग, तीनों को इस संयुक्त हमले का सामना करना होगा।

4. केबल जोड़ों की भेद्यता

बिजली गिरने से केबल के जोड़ केबल की तुलना में अधिक असुरक्षित होते हैं क्योंकि:

• इनमें इंटरफेस होते हैं - विभिन्न सामग्रियों (इंसुलेशन, स्ट्रेस कंट्रोल, कनेक्टर) के बीच संक्रमण ऐसे बिंदु बनाता है जहां विद्युत क्षेत्र केंद्रित हो सकता है।

• इन्हें कार्यस्थल पर ही असेंबल किया जाता है – स्थापना की गुणवत्ता भिन्न हो सकती है, जिससे रिक्त स्थान, संदूषण या अपूर्ण संपर्क जैसी समस्याएं उत्पन्न हो सकती हैं।

• इनमें कई घटक होते हैं – प्रत्येक घटक (स्ट्रेस कोन, कनेक्टर, इन्सुलेशन बॉडी) वोल्टेज और करंट के प्रति अपनी अलग प्रतिक्रिया देता है।

बिजली के झटके में, जोड़ का सबसे कमजोर बिंदु सबसे पहले टूट जाएगा।

5. पहले कुछ माइक्रोसेकंड: क्षेत्र विरूपण और आंशिक निर्वहन

जब विद्युत प्रवाह जोड़ में प्रवेश करता है, तो विद्युत क्षेत्र अस्थायी रूप से विकृत हो जाता है। शील्ड कट पर तनाव—जो पहले से ही सबसे अधिक तनावग्रस्त बिंदु है—और भी अधिक केंद्रित हो जाता है। वोल्टेज आंशिक डिस्चार्ज आरंभिक वोल्टेज (पीडीआईवी) से अधिक हो सकता है, और छोटी-छोटी चिंगारियां—आंशिक डिस्चार्ज—उत्पन्न होने लगती हैं।

पीडी के दौरान क्या होता है:

• प्रत्येक उत्सर्जन से थोड़ी मात्रा में ऊर्जा (गर्मी, यूवी, ओजोन) निकलती है।

• इन्सुलेशन की सतह पर निशान पड़ना शुरू हो सकते हैं—जिससे कार्बनयुक्त मार्ग बन सकता है।

• यह रिसाव फैल सकता है, जिससे इन्सुलेशन में पेड़ जैसी संरचना बन सकती है।

एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए जोड़ में, तनाव नियंत्रण प्रणाली (कोन, हाई-के या एनएलआर) इस क्षेत्र विरूपण को सीमित करती है, जिससे अचानक वृद्धि की स्थिति में भी पी.डी. को रोका जा सकता है। यदि तनाव नियंत्रण अपर्याप्त या गलत स्थिति में हो, तो पी.डी. तेजी से फ्लैशओवर में बदल सकता है।

6. फ्लैशओवर: चाप पथ

यदि क्षेत्र विरूपण बहुत अधिक गंभीर हो, तो डिस्चार्ज फ्लैशओवर में बदल सकता है—एक चाप जो कंडक्टर से शील्ड तक या एक फेज से दूसरे फेज तक फैलता है। फ्लैशओवर इन्सुलेशन का पूर्णतः टूट जाना है।

जोड़ों में फ्लैशओवर के प्रकार:

• आंतरिक फ्लैशओवर – जोड़ के भीतर ही चिंगारी उत्पन्न होती है, जिससे इन्सुलेशन जल जाता है।

• बाह्य फ्लैशओवर – आर्क जोड़ की सतह के साथ या इंटरफ़ेस पर उत्पन्न होता है।

• फेज़ों के बीच – एक त्रि-फेज़ जोड़ में, आर्क एक कंडक्टर से दूसरे कंडक्टर पर जा सकता है।

फ्लैशओवर से पलक झपकते ही अत्यधिक ऊर्जा निकलती है। इसके परिणामस्वरूप उत्पन्न दबाव तरंग जोड़ के आवरण को फाड़ सकती है, और चिंगारी कंडक्टर या कनेक्टर को वाष्पीकृत कर सकती है। जोड़ पूरी तरह नष्ट हो जाता है।

7. तापीय प्रभाव: उछाल की ऊष्मा

फ्लैशओवर न होने पर भी, सर्ज करंट कंडक्टर और कनेक्टर को गर्म कर देता है। तापमान में वृद्धि की गणना एडियाबेटिक हीटिंग सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है (यह मानते हुए कि संक्षिप्त सर्ज के दौरान कोई ऊष्मा हानि नहीं होती है)। थोड़े समय के लिए (जैसे, 20 माइक्रोसेकंड), कंडक्टर का तापमान कई दसियों डिग्री सेल्सियस तक बढ़ सकता है।

कनेक्टर का गर्म होना अधिक महत्वपूर्ण है क्योंकि कंडक्टर की तुलना में कनेक्टर का प्रतिरोध अधिक होता है (इसके पदार्थ और ज्यामिति के कारण)। यदि कनेक्टर को ठीक से क्रिम्प नहीं किया जाता है, तो इसका प्रतिरोध अधिक हो सकता है, जिससे एक गर्म स्थान बन सकता है जो कनेक्शन को पिघला या कमजोर कर सकता है।

ऊष्मीय विस्तार – तीव्र तापन के कारण कंडक्टर और कनेक्टर का विस्तार होता है। इससे कनेक्टर और आसपास के घटकों पर यांत्रिक तनाव उत्पन्न हो सकता है, जिससे तनाव क्षेत्र विस्थापित हो सकता है या सीलिंग क्षतिग्रस्त हो सकती है।

8. यांत्रिक प्रभाव: विस्फोटक बल

कंडक्टर के तेजी से गर्म होने और आर्क उत्पन्न होने (यदि ऐसा होता है) से जोड़ के अंदर दबाव की लहर पैदा होती है। जोड़ के आवरण को फटे बिना इस दबाव को सहन करना चाहिए। अधिकांश आधुनिक जोड़ों में फटने से बचाने वाला आवरण (उदाहरण के लिए, कांच के रेशों से प्रबलित पॉलिएस्टर से बना) होता है जो फ्लैशओवर के दबाव को सहन कर सकता है।

यांत्रिक बल – उच्च धारा के कारण प्रबल विद्युत चुम्बकीय बल भी उत्पन्न होते हैं जो चालकों को एक दूसरे से दूर धकेलने का प्रयास करते हैं। इससे कनेक्टर और केबल पर दबाव पड़ सकता है।

9. सर्ज अरेस्टर्स की भूमिका

बिजली गिरने से केबल जोड़ों की सुरक्षा के लिए, नेटवर्क में प्रमुख बिंदुओं पर सर्ज अरेस्टर (जिन्हें लाइटनिंग अरेस्टर भी कहा जाता है) स्थापित किए जाते हैं:

• सबस्टेशन के प्रवेश द्वार पर, विद्युत प्रवाह को जमीन की ओर मोड़ने के लिए।

• पोल पर लगे उन बिंदुओं पर, जहां केबल ओवरहेड लाइन से जुड़ती है।

• खुले स्थानों पर जोड़ों पर (उदाहरण के लिए, पवन ऊर्जा संयंत्रों में या ट्रांसमिशन लाइनों के साथ)।

सर्ज अरेस्टर एक नॉन-लीनियर रेसिस्टर होता है जिसका सामान्य वोल्टेज पर प्रतिरोध अधिक होता है, लेकिन उच्च वोल्टेज पर यह चालक बन जाता है और सर्ज करंट को ग्राउंड की ओर मोड़ देता है। जोड़ तक पहुंचने वाले वोल्टेज को सीमित करके, अरेस्टर फ्लैशओवर और क्षति के जोखिम को कम करते हैं।

10. बिजली गिरने से बचाव के लिए जोड़ों का डिजाइन तैयार करना

इंजीनियर बिजली गिरने से बचने के लिए केबल जोड़ों को डिजाइन करते समय कई रणनीतियों का उपयोग करते हैं:

ए. मजबूत तनाव नियंत्रण
तनाव नियंत्रण प्रणाली (कोन, हाई-के, एनएलआर) को पी.डी. को सक्रिय किए बिना सर्ज वोल्टेज को सहन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। आवेग वोल्टेज के साथ टाइप परीक्षण के दौरान इसकी पुष्टि की गई है।

बी. उच्च परावैद्युत शक्ति
इन्सुलेशन सामग्री (सिलिकॉन, ईपीडीएम, एक्सएलपीई) का चयन उच्च वोल्टेज सर्ज को सहन करने की उनकी क्षमता के आधार पर किया जाता है।

सी. यांत्रिक मजबूती
कनेक्टर और आवरण को बिजली के अचानक बढ़ने से उत्पन्न होने वाले तापीय और यांत्रिक बलों को सहन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

डी. सीलिंग और जल अवरोधन
सील करने से नमी का प्रवेश रुक जाता है, जिससे इन्सुलेशन की परावैद्युत क्षमता कम हो सकती है और फ्लैशओवर का खतरा बढ़ सकता है।

ई. आवेग विधि द्वारा टाइप परीक्षण
केबल जोड़ों की टाइप टेस्टिंग के हिस्से के रूप में उन पर बिजली के झटके का परीक्षण किया जाता है। इस परीक्षण में जोड़ पर एक वोल्टेज तरंग लगाई जाती है जो बिजली गिरने की स्थिति (आमतौर पर 1.2/50 µs का झटका) को दर्शाती है, और यह परीक्षण संबंधित मानक (जैसे, आईईसी 60840, आईईसी 62067) द्वारा निर्दिष्ट स्तर पर किया जाता है। जो जोड़ इस परीक्षण में सफल होता है, वह बिजली गिरने से सुरक्षित रहने की अपनी क्षमता प्रदर्शित करता है।

11. वास्तविक दुनिया: बिजली गिरने का परिदृश्य

कल्पना कीजिए कि एक 66 केवी का भूमिगत केबल एक सबस्टेशन से पवन ऊर्जा संयंत्र तक जा रहा है। बिजली गिरने से पास के एक खंभे पर बिजली गिरती है, और बिजली का एक तेज प्रवाह ऊपर से गुजर रही लाइन के साथ केबल में प्रवेश करता है। पहले जोड़ (खंभे से 100 मीटर की दूरी पर) पर यह प्रवाह पहुंचता है।

• 0–2 µs: शील्ड कट पर वोल्टेज तेजी से बढ़ता है। स्ट्रेस कोन अपना काम करता है, जिससे फील्ड फैल जाता है।

• 2–10 µs: वोल्टेज 350 केवी पर चरम पर पहुंचता है। स्ट्रेस कोन और इन्सुलेशन बॉडी तनाव को सहन करते हैं—कोई फ्लैशओवर नहीं होता।

• 10–50 माइक्रोसेकंड: सर्ज करंट कनेक्टर से होकर गुजरता है, जिससे वह थोड़ा गर्म हो जाता है। कनेक्टर फैलता है, लेकिन स्प्रिंग सिस्टम या इलास्टोमर का दबाव संपर्क बनाए रखता है।

• 50–200 माइक्रोसेकंड: उत्तेजना कम हो जाती है। जोड़ सामान्य रूप से काम करने लगता है।

यदि स्ट्रेस कोन गलत स्थिति में हो या इन्सुलेशन में कोई खाली जगह हो, तो फ्लैशओवर हो जाएगा, जिससे जोड़ नष्ट हो जाएगा और बिजली गुल हो जाएगी।

बिजली गिरने के दौरान केबल का जोड़ किसी किले की तरह सुरक्षित रहता है। इसे दस लाख वोल्ट के झटके, एक लाख एम्पीयर की धारा और उनसे उत्पन्न होने वाली तीव्र गर्मी और यांत्रिक बलों का सामना करना पड़ता है। जोड़ की तनाव नियंत्रण प्रणाली, इन्सुलेशन, कनेक्टर और आवरण सभी मिलकर इस हमले से सुरक्षित रहने के लिए काम करते हैं।

सावधानीपूर्वक डिजाइन, मजबूत सामग्री और कठोर परीक्षण के माध्यम से, केबल जोड़ों को बिजली गिरने से बचाने के लिए इंजीनियर किया गया है - यह सुनिश्चित करते हुए कि प्रकृति की सबसे शक्तिशाली शक्ति के सामने भी पावर ग्रिड विश्वसनीय बना रहे। अगली बार जब तूफान आए और बिजली जलती रहे, तो याद रखें: नेटवर्क में कहीं न कहीं, एक केबल जोड़ बिजली गिरने से बच गया है, और उसने बिना किसी आवाज के अपना काम किया है।