प्रारंभिक केबल विफलता के सामान्य कारण और उन्हें कैसे रोकें

औद्योगिक, वाणिज्यिक और नगरपालिका विद्युत वितरण के लिए प्रयुक्त बिजली केबलों को निम्न वोल्टेज (0.6/1 kV) और मध्यम वोल्टेज (3.6/6 kV, 6/10 kV, 8.7/15 kV) प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है।विद्युत तनाव में अंतर के कारण, इन्सुलेशन आवश्यकताओं, और स्थापना सहिष्णुता मानकों, उनके प्रारंभिक चरण की खराबी के पीछे के तंत्र काफी भिन्न होते हैंः

• कम वोल्टेज केबल (0.6/1 kV): दोष मुख्य रूप से यांत्रिक क्षति, थर्मल अधिभार, खराब साइट सील, और पर्यावरण संक्षारण के कारण होते हैं।बहुत ही कम ही एकांत में स्वतः टूटना होता है; अधिकांश दोष अनुचित स्थापना प्रथाओं और मामूली अधिभार स्थितियों में लंबे समय तक संचालन से उत्पन्न होते हैं।
• मध्यम वोल्टेज केबल (3.6 kV15 kV): दोष मुख्य रूप से आंशिक डिस्चार्ज, पानी के पेड़ के कारण इन्सुलेशन की गिरावट, अपर्याप्त संयुक्त निर्माण और अत्यधिक विद्युत तनाव के कारण होते हैं।निरंतर उच्च वोल्टेज वाले विद्युत क्षेत्रों के प्रभाव में स्थापना के मामूली दोष भी धीरे-धीरे बिगड़ सकते हैं, अंततः अपरिवर्तनीय टूटने और ट्रिपिंग की ओर ले जाता है।

फील्ड इंस्टॉलेशन के आंकड़ों से पता चलता है कि प्रारंभिक चरण के 85% से अधिक केबल दोषों को रोका जा सकता है और कच्चे माल के दोषों के परिणामस्वरूप नहीं बल्कि मानव कारकों के कारण होता है।मानकीकृत स्थापना, पैरामीटर-संचालित कार्यप्रणाली और लक्षित पर्यावरण संरक्षण उपाय इस तरह के दोषों को रोकने के लिए प्रमुख रणनीतियां हैं।

परिवहन, बिछाने और बैकफिलिंग के दौरान होने वाले यांत्रिक क्षति सभी प्रारंभिक चरण के केबल विफलताओं के 42% के लिए जिम्मेदार हैं। कई स्थापना टीमें झुकने की त्रिज्या के बारे में विनिर्देशों की अनदेखी करती हैं,खींचने के तनाव, और बाहरी सुरक्षा उपाय, जिसके परिणामस्वरूप गुप्त आंतरिक क्षति; जबकि ऐसी क्षति तत्काल विफलता का कारण नहीं बन सकती है,यह अक्सर संचालन के एक से तीन वर्षों के बाद केबल के टूटने का कारण बनता है.

प्रमुख गैर-अनुपालन प्रथाएंः

• अत्यधिक झुकना: न्यूनतम झुकने की त्रिज्या के मानकों का उल्लंघन करने से इन्सुलेशन परत के संपीड़न और आंतरिक सूक्ष्म दरारों का गठन होता है।सूक्ष्म दरारें युक्त एमवी केबल आर्द्र वातावरण में आंशिक डिस्चार्ज और पानी के पेड़ की उम्र बढ़ने के लिए अत्यधिक संवेदनशील हैं.
• अत्यधिक खींचना: कंडक्टर के अधिकतम अनुमेय खींचने के तनाव से अधिक होने से स्ट्रैन्डेड कंडक्टरों का विकृति और इन्सुलेशन परत का विघटन होता है।
• अपर्याप्त बैकफिलिंग सुरक्षाः कठोर चट्टानें या तेज मिट्टी के कण सीधे केबल के बाहरी आवरण को संपीड़ित करते हैं, जिससे आवरण टूट जाता है और नमी प्रवेश करती है।

प्रत्येक केबल इन्सुलेशन सामग्री का एक विशिष्ट अधिकतम दीर्घकालिक कार्य तापमान होता है। यदि कार्य तापमान लगातार इस मानक सीमा से अधिक होता है,यह पोलीमर आणविक श्रृंखलाओं के क्षरण को तेज करता है, इन्सुलेशन प्रतिरोध को कम करता है, और इन्सुलेशन उम्र बढ़ने और डाइलेक्ट्रिक टूटने का कारण बनता है।क्रॉस-लिंक्ड पॉलीएथिलीन (XLPE) और पॉलीविनाइल क्लोराइड (PVC) 低压 (LV) और मध्यम वोल्टेज (MV) केबलों के लिए सबसे आम इन्सुलेशन सामग्री प्रत्येक में स्पष्ट रूप से परिभाषित तापमान सीमाएं हैं.

अत्यधिक परिवेश तापमान, केबल ट्रे के भीतर अनुचित स्टैकिंग और लंबे समय तक अधिभार संचालन के कारण केबल अपने नामित तापमान से ऊपर काम कर सकते हैं।केवल 10 से 15 डिग्री सेल्सियस के लगातार तापमान से अधिक होने से केबल का जीवनकाल 60% से अधिक कम हो सकता है.

खराब समापन, निम्न गुणवत्ता वाले मध्यवर्ती जोड़ों और बाहरी आवरण की क्षति से नमी इन्सुलेशन परत में प्रवेश कर सकती है।एमवी केबलों में विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में, पानी के अणु "पानी के पेड़" के रूप में जाने जाने वाले डेंड्रिटिक प्रवाहकीय मार्ग बनाते हैं; ये मार्ग धीरे-धीरे फैलते हैं, अंततः इन्सुलेशन टूटने का कारण बनते हैं। While the electric field strength in LV cables is lower—making water tree aging less pronounced—moisture ingress in damp environments can still reduce insulation resistance and trigger short-circuit faults.

केबल ज्वाइंट्स और टर्मिनेशन बिजली वितरण सर्किट के कमजोर बिंदु हैं, जो कि मध्यम वोल्टेज केबलों में समय से पहले विफलता के 35% के लिए जिम्मेदार हैं।आम मुद्दों में असंगत स्ट्रिपिंग गहराई शामिल हैं, अछूता सतहों की अधूरी सफाई, अपर्याप्त क्रिमिंग और अपर्याप्त सील। ये दोष स्थानीय विद्युत क्षेत्र विकृति, आंशिक डिस्चार्ज और गर्मी संचय का कारण बन सकते हैं,अंततः बर्नआउट और dielectric टूटने के लिए अग्रणी.

केबल के शीट्स तेजी से पुराने हो जाते हैं जब वे बाहर, रासायनिक प्रसंस्करण सुविधाओं में दफन या तटीय क्षेत्रों में स्थापित होते हैं जहां नमक छिड़काव होता है।लंबे समय तक यूवी के संपर्क में आने से मानक पीवीसी/पीई शीट्स में दरारें होती हैं, जबकि अम्लीय या क्षारीय मिट्टी और नमक छिड़काव धातु कवच और कंडक्टरों को क्षय करते हैं, जिससे स्थानीय अति ताप और कंडक्टर टूट जाता है।

इस तालिका में सामान्य 0.6/1 kV निम्न वोल्टेज (LV) और 8.7/15 kV मध्यम वोल्टेज (MV) केबलों के लिए मानकीकृत स्थापना और परिचालन मापदंडों का सारांश दिया गया है।यह आईईसी 60502 और जीबी/टी 12706 मानकों के अनुरूप है और साइट पर स्थापना निरीक्षण करने वाले इंजीनियरों और ठेकेदारों के लिए एक संदर्भ के रूप में कार्य करता है.

परियोजना की पृष्ठभूमि: एक विनिर्माण पार्क ने अपनी कार्यशाला बिजली वितरण प्रणाली में 0.6/1 kV पीवीसी से अछूता निम्न वोल्टेज केबलों का उपयोग किया। हालांकि केबलों को 25 साल के सेवा जीवन के लिए डिज़ाइन किया गया था,एकाधिक सर्किटों में त्रुटियां हुईं, जिसमें इन्सुलेशन की उम्र भी शामिल है।, शॉर्ट सर्किट ट्रिपिंग, और शीट क्रैकिंग 5 से कम वर्षों के संचालन के भीतर।

मूल कारण विश्लेषण:

• कार्यशाला का परिवेश तापमान लगातार 42°C से 48°C के बीच था, फिर भी स्थापना के दौरान कोई वर्तमान सहन करने की क्षमता का अवमूल्यन नहीं किया गया था।पीवीसी केबल जो 70 डिग्री सेल्सियस के नामित तापमान से अधिक की स्थितियों में निरंतर काम करते हैं.
• केबलों को केबल ट्रे में तीन परतों तक गहराई तक ढेर किया गया था, जिसके परिणामस्वरूप खराब गर्मी अपव्यय और स्थानीय तापमान 85 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच गया था।
• बाहरी केबल खंडों के लिए मानक पीवीसी आवरण का उपयोग किया गया था; यूवी प्रतिरोध की कमी के कारण, केबल तेजी से बूढ़े और फटे हुए थे।

समाधान और निवारक उपाय:

• उच्च तापमान वाले क्षेत्रों में पीवीसी केबलों को 90 डिग्री सेल्सियस रेटेड क्रॉस-लिंक्ड पॉलीथीन (एक्सएलपीई) केबलों से बदल दिया गया और उच्च तापमान वाले वातावरण को ध्यान में रखते हुए 0.93 का अवमूल्यन कारक लागू किया गया।
• केबल ट्रे के लेआउट को दो परतों या उससे कम तक स्टैकिंग ऊंचाई को सीमित करके और गर्मी फैलाव के लिए पर्याप्त दूरी सुनिश्चित करके अनुकूलित किया गया।
• सभी आउटडोर केबलों के लिए यूवी प्रतिरोधी पीई आवरण का उपयोग किया गया, जो बाहरी पर्यावरणीय कारकों के कारण होने वाली उम्र बढ़ने की समस्याओं को प्रभावी ढंग से हल करता है।

परियोजना की पृष्ठभूमि: एक नगरपालिका 10kV (8.7/15kV) भूमिगत केबल परियोजना में चार वर्षों के संचालन के बाद अचानक इन्सुलेशन ब्रेकडाउन और बिजली काटे जाने का अनुभव हुआ।दोष विश्लेषण ने केबल इन्सुलेशन परत में विशिष्ट पानी के पेड़ की उम्र बढ़ने का पता लगाया.

मूल कारण विश्लेषण:

• परिवहन और स्थान पर भंडारण के दौरान केबल के छोरों को थर्मल सिकुड़ने वाले टोपी से सील नहीं किया गया था, जिससे बारिश का पानी और नम हवा प्रवेश कर सकती थी।
• मध्यवर्ती जोड़ों के लिए कारीगरी अपर्याप्त थी, अपर्याप्त जलरोधक और सील के साथ, नमी के प्रवेश के लिए मार्ग बनाते हैं।
• स्थापना की झुकने की त्रिज्या बख्तरबंद मध्यम वोल्टेज केबलों के लिए 20D की मानक आवश्यकता से केवल 10D से बहुत कम थी, जिससे इन्सुलेशन परत के भीतर सूक्ष्म दरारें हुईं।

समाधान और निवारक उपाय:

• सील करने का व्यापक प्रबंधन लागू करेंः स्थापना के दौरान केबल काटने के तुरंत बाद केबल के छोरों को सील किया जाना चाहिए।
• मध्यम वोल्टेज केबल जोड़ों को स्थापित करने के लिए योग्य तकनीशियनों को सौंपना, यह सुनिश्चित करना कि पूरी प्रक्रिया वीडियो रिकॉर्ड की जाती है और पूरा होने पर आंशिक डिस्चार्ज परीक्षण का पालन किया जाता है।
• आंतरिक सूक्ष्म क्षति को रोकने के लिए बख्तरबंद मध्यम वोल्टेज केबल बिछाने के लिए 20D की न्यूनतम झुकने की त्रिज्या की आवश्यकता का कड़ाई से पालन करें।

कम विनिर्देशों से बचने के लिए केबल विनिर्देशों को वोल्टेज रैंकिंग और ऑपरेटिंग वातावरण से मेल करें:

• उच्च तापमान कार्यशालाएं और सर्किट लंबे समय तक अधिभार से ग्रस्तः मानक पीवीसी केबलों की तुलना में एक्सएलपीई (क्रॉस-लिंक्ड पॉलीथीन) अछूता केबलों (90 डिग्री सेल्सियस पर निरंतर संचालन के लिए निर्धारित) को प्राथमिकता दें।
• आउटडोर, डायरेक्ट-बर्न और तटीय परियोजनाएंः यूवी प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध और बख्तरबंद आवरण वाले केबलों को निर्दिष्ट करें।
• मध्यम वोल्टेज वितरण सर्किट: राष्ट्रीय या अंतर्राष्ट्रीय मानकों को पूरा करने वाले XLPE केबलों का सख्ती से चयन करें।अस्थिर इन्सुलेशन गुणों के साथ पुनर्नवीनीकरण सामग्री से बने केबलों के उपयोग पर प्रतिबंध.

मानव त्रुटि के कारण होने वाले नुकसान को समाप्त करने के लिए पैरामीटर-संचालित स्थापना पर ध्यान देंः

• विनिर्देशों के अनुसार झुकने की त्रिज्या और खींचने के तनाव को सख्ती से नियंत्रित करें; असभ्य खींचने या तेज झुकने पर प्रतिबंध लगाएं।
• सीधे दफनाने के लिए खाई में बारीक रेत लगाएं, सुरक्षात्मक ढक्कन लगाएं और बारीक मिट्टी भरें ताकि यांत्रिक कुचलने से नुकसान न हो।
• संयुक्त और समापन असेंबली को मानकीकृत करें: स्वच्छ इन्सुलेशन सतहों, सटीक स्ट्रिपिंग आयामों, सुरक्षित क्रिमिंग और तंग जलरोधी सील सुनिश्चित करें।

• लंबे समय तक अतिभार के कारण होने वाले अतिताप को रोकने के लिए उच्च परिवेश तापमान की स्थिति में तापमान आधारित डीरेटिंग लागू करें।
• नियमित रूप से केबल ट्रे, केबल सुरंगों और सीधे दफन क्षेत्रों की जांच करें ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि गर्मी फैलने के रास्ते अवरुद्ध न रहें।
• अचानक भार वृद्धि के कारण विद्युत तनाव क्षति को रोकने के लिए महत्वपूर्ण मध्यम वोल्टेज (एमवी) सर्किट पर वास्तविक समय भार निगरानी उपकरण स्थापित करें।

• कम वोल्टेज (LV) केबल: त्रैमासिक पृथक्करण प्रतिरोध परीक्षण करें और शीट अखंडता और जोड़ों के तापमान की जांच करें।
• मध्यम वोल्टेज (MV) केबल:जल वृक्षों और सूक्ष्म-निर्वहन जैसे संभावित दोषों की पहचान और प्रारंभिक चरण में सुधार के लिए वार्षिक आंशिक निर्वहन का पता लगाने और इन्सुलेशन प्रतिरोध परीक्षण करना.
• जोड़ों और केबलों में स्थानीय अति ताप का पता लगाने के लिए आवधिक तापमान निगरानी के लिए इन्फ्रारेड थर्मोग्राफी का उपयोग करें।

निम्न और मध्यम वोल्टेज केबलों में प्रारंभिक चरण की विफलताएं लगभग पूरी तरह से पूर्वानुमानित और रोकथाम योग्य हैं।रोकथाम मानक स्थापना प्रथाओं और थर्मल वातावरण के नियंत्रण पर केंद्रित हैमध्यम वोल्टेज केबलों के लिए, विश्वसनीयता सटीक सीलिंग तकनीकों, मानकीकृत संयुक्त असेंबली और विद्युत मापदंडों के सख्त नियंत्रण पर निर्भर करती है।विद्युत ठेकेदारों और फील्ड इंजीनियरों के लिएअनुभव आधारित तरीकों से दूर होकर केबल स्थापना और रखरखाव प्रक्रियाओं को अपनाने के लिए, जो पैरामीटर, मानकीकृत हैं,और पूरी तरह से नियंत्रित किया जाता है, प्रारंभिक चरण की विफलताओं से बचने की कुंजी है, परियोजना के रखरखाव की लागत को कम करना और बिजली वितरण प्रणालियों के दीर्घकालिक, स्थिर संचालन को सुनिश्चित करना।