पावर केबल की धारा वहन क्षमता की गणना कैसे करें

बिजली केबल की धारा वहन क्षमता, जिसे अक्सर एम्पेसिटी कहा जाता है, वह अधिकतम विद्युत धारा है जिसे वह अपने तापमान रेटिंग से अधिक हुए बिना लगातार प्रवाहित कर सकती है। इस सीमा से अधिक होने पर केबल अत्यधिक गर्म हो जाती है, जिससे इन्सुलेशन खराब हो जाता है, केबल का जीवनकाल कम हो जाता है और खराबी या आग लग सकती है।

एम्पेसिटी की गणना करना केवल एक सूत्र नहीं है—यह एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें केबल की संरचना, स्थापना विधि और उसके आसपास का वातावरण सभी कारकों पर विचार किया जाता है। यह मार्गदर्शिका इसके सिद्धांतों, इसमें शामिल प्रमुख कारकों और उन्हें लागू करने के तरीके के बारे में बताती है।

1. मूल सिद्धांत: तापीय संतुलन

चालक में प्रतिरोध (I²R हानि) के कारण धारा प्रवाहित होने पर केबल गर्म हो जाती है। तापमान तब तक बढ़ता है जब तक उत्पन्न ऊष्मा आसपास के वातावरण में उत्सर्जित ऊष्मा के बराबर न हो जाए।

अतः अधिकतम धारा एक सरल तापीय संतुलन द्वारा निर्धारित की जाती है:

• उत्पन्न ऊष्मा = I² × R (जहाँ I धारा है और R प्रतिरोध है)

• ऊष्मा क्षय = ΔT / आरटीएच (जहाँ ΔT चालक और परिवेश के बीच तापमान का अंतर है, और आरटीएच चालक से परिवेश तक कुल ऊष्मीय प्रतिरोध है)

जब कंडक्टर का तापमान उसकी अधिकतम अनुमत सीमा तक पहुँच जाता है (उदाहरण के लिए, एक्स एल पी ई इन्सुलेशन के लिए 90°C), तब केबल की एम्पेसिटी प्राप्त हो जाती है।एम्पेसिटी की गणना करने के लिए, हमें केबल के थर्मल प्रतिरोध और ऊष्मा अपव्यय को प्रभावित करने वाले सभी कारकों को जानना आवश्यक है।

2. आईईसी 60287 थर्मल सर्किट मॉडल

केबल की एम्पेसिटी की गणना के लिए अंतर्राष्ट्रीय मानक आईईसी 60287 है। यह केबल और उसके वातावरण को थर्मल प्रतिरोधों की एक श्रृंखला के रूप में मॉडल करता है।:

• T1: केबल के इन्सुलेशन का ऊष्मीय प्रतिरोध।

• T2: बिस्तर या आंतरिक आवरण का ऊष्मीय प्रतिरोध।

• T3: बाहरी आवरण या कवच का ऊष्मीय प्रतिरोध।

• T4: आसपास के माध्यम (हवा, मिट्टी या डक्ट) का ऊष्मीय प्रतिरोध.

मानक के सतत धारा रेटिंग (I) की गणना करने का मूल सूत्र एक जटिल समीकरण है जो इन सभी ऊष्मीय अवरोधों और आंतरिक ऊष्मा स्रोतों को ध्यान में रखता है।:

I = √((θ_max - θ_a - डब्ल्यूडी × [0.5T1 + (T2 + T3 + T4)]) / (R × T1 + R × n × (1 + λ1) × T2 + R × n × (1 + λ1 + λ2) × (T3 + T4)))

कहाँ:

• I = धारा वहन क्षमता (A)

• θ_max = चालक का अधिकतम अनुमेय तापमान (उदाहरण के लिए, एक्स एल पी ई के लिए 90°C)

• θ_a = परिवेश तापमान

• डब्ल्यूडी = प्रति इकाई लंबाई परावैद्युत हानि

• R = चालक का परिचालन तापमान पर एसी प्रतिरोध

• n = चालकों की संख्या

• λ1, λ2 = आवरण और कवच हानि कारक

यह थर्मल सर्किट मॉडल अत्यधिक सटीक गणना प्रदान करता है। व्यवहार में, इंजीनियर इस मानक से व्युत्पन्न सॉफ़्टवेयर या सरलीकृत विधियों का उपयोग करते हैं।

3. व्यावहारिक विधि: एम्पेसिटी सारणी और डिरेटिंग कारक

अधिकांश वास्तविक अनुप्रयोगों के लिए, पारंपरिक विधि आईईसी 60364 जैसे मानकों से प्रकाशित एम्पेसिटी तालिकाओं का उपयोग करती है।एनईसी या बीएस 7671। ये सारणियाँ संदर्भ स्थितियों के तहत केबलों के लिए आधार धारा रेटिंग देती हैं, जो इस प्रकार हैं:

• एक विशिष्ट परिवेश तापमान: हवा में मौजूद केबलों के लिए 30°C, जमीन में दबे केबलों के लिए 20°C.

• एक एकल, पृथक परिपथ (कोई समूह नहीं).

• एक परिभाषित स्थापना विधि (जैसे, सीधे काटकर, नाली में, सीधे जमीन में गाड़कर).

चूंकि वास्तविक इंस्टॉलेशन शायद ही कभी इन संदर्भ स्थितियों से पूरी तरह मेल खाते हैं, इसलिए बेस एम्पेसिटी को डिरेटिंग (सुधार) कारकों को लागू करके समायोजित किया जाना चाहिए।.

प्रभावी धारा वहन क्षमता (इज़) के लिए सामान्य समीकरण इस प्रकार है::

इज़ = इटाब × सीए × तटरक्षक × सीआई × सी × सीडी

कहाँ:

• इज़ = वास्तविक परिस्थितियों में प्रभावी धारा वहन क्षमता (A)

• इटाब = मानकों से सारणीबद्ध वर्तमान रेटिंग (A)

• सीए = परिवेश तापमान सुधार कारक

• तटरक्षक = समूहीकरण (पारस्परिक तापन) सुधार कारक

• सीआई = तापीय इन्सुलेशन सुधार कारक

• सी = मिट्टी की ऊष्मीय प्रतिरोधकता सुधार कारक (दबे हुए केबलों के लिए)

• सीडी = दफन की गहराई का सुधार कारक (दबे हुए केबलों के लिए)

यदि स्थापना की स्थितियाँ संदर्भ की तुलना में कम अनुकूल हैं, तो कारक 1.0 से कम होते हैं, जिससे केबल की क्षमता कम हो जाती है।यदि परिस्थितियाँ अधिक अनुकूल हों (उदाहरण के लिए, परिवेश का तापमान कम हो), तो कारक 1.0 से अधिक हो सकते हैं।.

4. प्रमुख रेटिंग घटाने वाले कारक

ए. परिवेश तापमान सुधार (सीए)

परिवेश का तापमान जितना अधिक होगा, केबल के लिए अपनी ऊष्मा को बाहर निकालने की क्षमता उतनी ही कम होगी, इसलिए उसे कम धारा प्रवाहित करनी होगी। सुधार कारक की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जाती है।:

सीए = √((T_max - T_actual) / (T_max - T_ref))

कहाँ:

• T_max = चालक का अधिकतम अनुमेय तापमान

• T_actual = वास्तविक परिवेश तापमान

• T_ref = संदर्भ परिवेश तापमान (हवा के लिए 30°C, जमीन के लिए 20°C)

उदाहरण के लिए, 40°C के परिवेश तापमान में 90°C एक्स एल पी ई केबल के लिए, कारक सीए 0.91 है (आईईसी 60364)।50°C पर, एक्स एल पी ई के लिए यह कारक घटकर लगभग 0.89 हो जाता है।यानी केबल की क्षमता में 11% की कमी आई है।

बी. समूहीकरण (पारस्परिक तापन) सुधार (सीजी)

जब कई केबल एक दूसरे के करीब लगाए जाते हैं, तो वे एक दूसरे को गर्म करते हैं। समूहीकरण कारक (तटरक्षक) इस पारस्परिक तापन को ध्यान में रखते हुए एम्पेसिटी को कम कर देता है।

उदाहरण के लिए, मानक चार केबलों को एक साथ बांधने के लिए 0.85 के फैक्टर की सिफारिश कर सकते हैं।अधिक सर्किट या सघन बंडलिंग के परिणामस्वरूप फैक्टर कम हो जाता है।

सी. मृदा तापीय प्रतिरोधकता सुधार (सीएस) [दबे हुए केबल]

जमीन में दबे केबल से ऊष्मा को दूर ले जाने की मिट्टी की क्षमता अत्यंत महत्वपूर्ण है। उच्च तापीय प्रतिरोधकता वाली मिट्टी (जैसे सूखी रेत) ऊष्मा की खराब चालक होती है और इसके लिए तापीय प्रतिरोधकता कम करने वाले कारक की आवश्यकता होती है। मिट्टी की संरचना और नमी की मात्रा केबल की तापीय क्षमता को प्रभावित करने वाले प्रमुख मापदंड हैं।

डी. तापीय इन्सुलेशन सुधार (सीआई)

यदि कोई केबल थर्मल इन्सुलेशन के संपर्क में है (उदाहरण के लिए, दीवार के भीतरी भाग में), तो इन्सुलेशन गर्मी को रोक लेता है, जिससे केबल की धारा वहन क्षमता में काफी कमी आ जाती है।

5. केबल का आकार निर्धारित करने के लिए चरण-दर-चरण मार्गदर्शिका

डिरेटिंग विधि का उपयोग करके केबल का सही आकार निर्धारित करने के लिए:

• डिजाइन करंट (आईबी) निर्धारित करें: सर्किट के अधिकतम लोड करंट की गणना करें।.

• सुरक्षा उपकरण रेटिंग (इंच में) चुनें: सर्किट की सुरक्षा के लिए उपयुक्त रेटिंग वाला फ्यूज या सर्किट ब्रेकर चुनें।.

• स्थापना विधि की पहचान करें: यह निर्धारित करें कि केबल को ठीक से कैसे स्थापित किया जाएगा (उदाहरण के लिए, पाइप में, सीधे जमीन में दबाकर, सतह से चिपकाकर) और मानकों में संबंधित संदर्भ विधि का पता लगाएं।.

• सारणीबद्ध एम्पेसिटी (इटाब) ज्ञात करें: स्थापना विधि और कंडक्टर प्रकार का उपयोग करके, मानक की सारणियों से आधार एम्पेसिटी ज्ञात करें।.

• सभी अवमूल्यन कारकों को लागू करें: सारणीबद्ध समता को सभी लागू सुधार कारकों (सीए, तटरक्षक, सी, सीआई, आदि) से गुणा करके प्रभावी धारा वहन क्षमता (इज़) प्राप्त करें।.

• जाँच करें: क्या इज़ ≥ में ​​है? केबल की प्रभावी क्षमता सुरक्षा उपकरण रेटिंग के बराबर या उससे अधिक होनी चाहिए।यदि नहीं, तो एक बड़ा कंडक्टर चुनें और प्रक्रिया को दोहराएं।

कई अवमूल्यन कारकों को एक साथ गुणा किया जाता है, और उनके प्रभाव जटिल हो जाते हैं।उदाहरण के लिए, 0.80 के दो गुणनखंडों का संयुक्त गुणनखंड 0.64 होता है।

बिजली केबल की धारा वहन क्षमता की गणना करना सुरक्षित और विश्वसनीय विद्युत प्रतिष्ठानों को सुनिश्चित करने के लिए एक आवश्यक कार्य है। हालांकि सटीक गणना आईईसी 60287 जैसे जटिल मानकों द्वारा नियंत्रित होती है।व्यावहारिक विधि में, संदर्भ स्थितियों के अंतर्गत प्रकाशित एम्पेसिटी तालिकाओं से शुरुआत करना और फिर वास्तविक स्थापना वातावरण को ध्यान में रखते हुए कई डीरेटिंग कारकों को लागू करना शामिल है। इस व्यवस्थित दृष्टिकोण का पालन करके, आप केबलों का सही आकार निर्धारित कर सकते हैं ताकि ओवरहीटिंग को रोका जा सके, सिस्टम की विश्वसनीयता बनी रहे और सेवा जीवन लंबा हो।