आर्द्र वातावरण में प्लास्टिक इन्सुलेटेड पावर केबल्स के बूढ़े होने को रोकने का तरीका

आर्द्रता प्लास्टिक इन्सुलेटेड पावर केबल्स के बूढ़े होने को क्यों तेज करती है

लगातार नमी के संपर्क में PVC और XLPE इन्सुलेशन का जल अपघटन

पॉलिवाइनिल क्लोराइड (PVC) या क्रॉस-लिंक्ड पॉलीएथिलीन (XLPE) जैसे प्लास्टिक्स के साथ इन्सुलेटेड पावर केबल्स को नमी के उच्च स्तर के संपर्क में रहने पर समय के साथ घटित होने की प्रवृत्ति होती है। पानी वास्तव में प्लास्टिक की सामग्री में प्रवेश करता है, प्लास्टिकाइज़र्स के भीतर एस्टर समूहों और बहुलक श्रृंखलाओं के साथ-साथ अन्य कमजोर स्थलों पर पाए जाने वाले महत्वपूर्ण रासायनिक बंधन को तोड़ देता है। जब विशेष रूप से PVC केबल्स की बात आती है, तो नमी इन प्लास्टिकाइज़र्स को बाहर खींचती है जिससे वे कम लचीले हो जाते हैं और भंगुर होने और छोटे-छोटे दरारें विकसित करने जैसी समस्याएं उत्पन्न होती हैं। XLPE केबल्स को भी इसी तरह की समस्याओं का सामना करना पड़ता है, जहां पानी सामग्री के गैर-क्रिस्टलीय भागों में प्रवेश करता है और अणुओं के बीच के क्रॉस लिंक को कमजोर करना शुरू कर देता है। यह मूल रूप से उनकी विद्युत इन्सुलेशन क्षमता को कम कर देता है, कभी-कभी वास्तव में नम जगहों पर उनकी प्रभावशीलता लगभग 30% तक गिर जाती है। और दिलचस्प बात यह है कि यह पूरी तरह से विघटन तब तेजी से होता है जब तापमान बढ़ जाता है - सामान्य तौर पर, जब भी 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि होती है, तो इसकी दर दोगुनी हो जाती है। यदि नमी में नमक के कण या अम्लीय पदार्थ जैसे वायु प्रदूषक मिले हों, तो ये प्रतिक्रियाएं और भी बदतर हो जाती हैं, जिससे विद्युत रिसाव के मार्ग बन जाते हैं। यदि केबल्स लंबे समय तक ऐसे वातावरण में रहते हैं जहां आर्द्रता 70% से ऊपर बनी रहती है, तो उनका जीवनकाल पूरी तरह से शुष्क स्थितियों की तुलना में लगभग आधा रह जाता है। इससे स्पष्ट रूप से हमारे पूरे पावर ग्रिड सिस्टम में विफलताओं के होने की संभावना बढ़ जाती है।

आर्द्रता हीट और ऑक्सीजन के साथ सिंजी कैसे करती है पॉलिमर चेन सिसिजन को तेज करने के लिए

आर्द्रता यहाँ अकेले काम नहीं कर रही है। वास्तव में, गर्मी और ऑक्सीजन के साथ मिलकर यह एक बहुत ही हानिकारक साझेदारी बनाती है जो चीजों को बहुत तेजी से बूढ़ा बना देती है। जब जल वाष्प इंसुलेशन सामग्री में प्रवेश करती है, तो यह उनके माध्यम से ऑक्सीजन के संचरण में आसानी प्रदान करती है। इसके परिणामस्वरूप ऑक्सीकरण श्रृंखला विदलन (oxidative chain scission) होता है, जहाँ छोटे-छोटे मुक्त मूलक (free radicals) पॉलिमर श्रृंखलाओं को तोड़ना शुरू कर देते हैं। परिणाम? कार्बोनिल समूहों का निर्माण होता है, जो मूल रूप से आणविक संरचना पर तबाही मचा देते हैं। और तापमान की भूमिका को भी नजरअंदाज नहीं किया जा सकता। उच्च तापमान जल अपघटन (hydrolysis) और ऑक्सीकरण दोनों प्रक्रियाओं को घातांकी दर से तेज कर देता है। नमी गर्मी और अन्य प्रतिक्रियाशील पदार्थों के लिए एक प्रकार की वितरण प्रणाली की तरह काम करती है, जो उन्हें समय के साथ सामग्री में और अधिक गहराई तक धकेलती रहती है। आर्द्रता में बदलाव के कारण लगातार फैलाव और संकुचन सामग्री के भीतर यांत्रिक तनाव पैदा करता है। ये तनाव सूक्ष्म दरारें बनाते हैं जो आगे के विघटन के लिए संवेदनशील नई सतहों को खोल देते हैं। इन सभी कारकों के संयुक्त प्रभाव से तन्य ताकत में लगभग 40 प्रतिशत की कमी आ जाती है, जब इसकी तुलना केवल एक कारण से होने वाले प्रभाव से की जाती है। व्यवहार में हम यह देखते हैं कि उच्च आर्द्रता वाले वातावरण में सामग्री अपेक्षा से बहुत पहले भंगुर हो जाती हैं, इंसुलेशन सिकुड़ जाता है, डाइइलेक्ट्रिक हानि बढ़ जाती है, और अंततः विद्युत विफलताएँ होती हैं।

प्लास्टिक इन्सुलेटेड पावर केबल्स में आर्द्रता के कारण होने वाले अवनमन के प्रमुख संकेत

दृश्य और यांत्रिक संकेत: दरारें, रंग उड़ना और तन्य शक्ति में कमी

जब प्लास्टिक इन्सुलेशन वाले पावर केबल्स को लंबे समय तक उच्च आर्द्रता के संपर्क में रखा जाता है, तो उनमें क्षति के स्पष्ट संकेत दिखाई देते हैं। सतहों पर सूक्ष्म दरारें बनना शुरू हो जाती हैं क्योंकि नमी पॉलिमर श्रृंखलाओं की गतिशीलता में हस्तक्षेप करती है, जिससे सामग्री सामान्य से तेज़ी से भंगुर हो जाती है। रंग भी बदल जाता है—आमतौर पर पीलापन लिए हुए या चूने जैसी सफेद परत विकसित हो जाती है। ऐसा तब होता है जब पराबैंगनी (UV) प्रकाश सामग्री को तेजी से अपघटित कर देता है, खासकर जब पानी मौजूद हो। प्रयोगशाला के परीक्षण इसकी पुष्टि करते हैं कि गीला हुआ इन्सुलेशन अपनी मूल ताकत का लगभग 40% खो देता है। PVC और XLPE दोनों सामग्रियों में जल-अपघटन (hydrolysis) की प्रक्रिया के माध्यम से अणुओं के बीच के बंधन टूट जाते हैं। जैसे-जैसे ये केबल कमजोर होते हैं, वे स्थापना कार्य, संचालन के दौरान कंपन और अन्य पर्यावरणीय कारकों से उत्पन्न सामान्य तनाव का सामना करने में बहुत कम सक्षम हो जाते हैं। अंततः, आंतरिक चालक खुले रह जाते हैं और विफलता के जोखिम में आ जाते हैं।

विद्युत लक्षण: बढ़ी हुई परावैद्युत हानि, कम हुई विद्युतरोधन प्रतिरोधकता, और आंशिक निर्वहन की शुरुआत

नमी के प्रवेश के स्पष्ट प्रमाण विद्युत प्रदर्शन में कमी से मिलते हैं:

• डायएलेक्ट्रिक नुकसान 15–30% तक बढ़ जाती है, जिसे tan-डेल्टा परीक्षण द्वारा जांचा जा सकता है
• इंसुलेशन प्रतिरोध 1 MΩ/किमी से नीचे गिर जाता है—स्वस्थ मानक 1000+ MΩ/किमी की तुलना में काफी कम—जिससे लीकेज धाराएँ और तापीय असंयम के जोखिम संभव हो जाते हैं
• आंशिक निर्वहन (PD) आपेक्षिक आर्द्रता के स्तर 30% जितने कम पर भी शुरू हो सकता है, अक्सर श्रव्य फुटकार या आरएफ उत्सर्जन के साथ होता है

ये लक्षण नमी के कारण होने वाले आयनीकरण मार्गों से उत्पन्न होते हैं जो भंजन सीमा को कम कर देते हैं। सहयोगी-समीक्षित परावैद्युत अध्ययनों में दस्तावेजीकृत अनुसार, आर्द्र जलवायु में ऐसा त्रिवेणी अक्सर घातक विद्युतरोधन विफलता से पहले होता है।

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नमी-प्रतिरोधी केबल डिज़ाइन: बेहतर बाह्य आवरण, जल-विरोधी भराव सामग्री, और अवरोध पट्टिकाएँ

सामग्री इंजीनियरिंग पर्यावरणीय क्षरण के खिलाफ मुख्य सुरक्षा के रूप में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। XLPE बाह्य आवरण के लिए उपयोग की जाने वाली त्रिगुण संक्षेपण प्रक्रिया एक बहुत अधिक सघन अवरोध बनाती है, जो सामान्य PVC सामग्री की तुलना में जल वाष्प संचरण को लगभग 80% तक कम कर देती है। जल को रोकने के मामले में, जलविरोधी खनिज जैसे धूल वाला सिलिका (fumed silica) विद्युत रोधन में नमी के अवशोषण को रोकने में अद्भुत प्रभाव डालते हैं। वास्तव में मांग वाली परिस्थितियों में, जहां प्रदर्शन सबसे अधिक महत्वपूर्ण होता है, इंजीनियर लैमिनेटेड एल्युमीनियम पॉलिमर टेप का उपयोग करते हैं, जो केबल संरचना के अनुदैर्ध्य और अनुप्रस्थ दोनों दिशाओं में नमी के स्थानांतरण को वास्तविक रूप से रोक देते हैं। इन सभी संयुक्त विशेषताओं के कारण परावैद्युत सामर्थ्य 95% आर्द्रता वाली परिस्थितियों में 5,000 घंटे बिताने के बाद भी 15 kV/mm से अधिक बना रहता है। इन परिणामों की पुष्टि IEC 60811-504 और IEEE 532 दिशानिर्देशों में उल्लिखित मानक परीक्षण प्रक्रियाओं के माध्यम से की गई है, जो निर्माताओं को अपने उत्पाद की विश्वसनीयता के प्रति आत्मविश्वास प्रदान करती है।

स्थापना के उत्तम अभ्यास: सीलन, जल निकासी और ओस के जमाव को रोकना

क्षेत्र में कार्यान्वयन भी उतना ही महत्वपूर्ण है। संवेदनशील बिंदु—विशेष रूप से टर्मिनेशन, स्प्लाइस और कंड्यूइट प्रवेश बिंदु—को नमी के प्रवेश से बचाने के लिए सील करना चाहिए:

• स्थायी, जलरोधक बंधन बनाने के लिए टर्मिनेशन बिंदुओं पर स्व-एमल्गमेटिंग रबर टेप लगाएं
• पानी के इकट्ठा होने को रोकने के लिए ट्रे या डक्ट में केबल को 1–2° नीचे की ढलान पर मार्ग प्रदान करें
• ओस को कम करने के लिए तापमान में तेजी से बदलाव वाले क्षेत्रों (>5°C/घंटा) से दूर कंड्यूइट स्थापित करें
  कंड्यूइट प्रवेश बिंदुओं के लिए IP68-रेटेड कंप्रेशन ग्लैंड की आवश्यकता होती है, और जंक्शन बॉक्स में सिलिका जेल डेसिकेंट पैक शामिल होने चाहिए। औद्योगिक रखरखाव के आंकड़े दिखाते हैं कि ये अभ्यास आर्द्रता से संबंधित विफलताओं में 60% की कमी करते हैं।

पुनर्निर्माण अनुप्रयोगों के लिए सुरक्षात्मक कोटिंग्स और क्षेत्र में लगाई जाने वाली नमी बाधाएं

स्थापना के बाद लागू किए गए समाधानों से मौजूदा प्रणालियों को बहुत लाभ मिल सकता है, जिसका अक्सर अर्थ होता है लंबी संचालन आयु। उन जैकेट के खाली स्थानों में थिक्सोट्रॉपिक सिलिकॉन जेल डालने से वास्तव में कुछ आश्चर्यजनक बाधाएँ बनती हैं जो उन छोटी दरारों के फैलने को रोकती हैं और जल दबाव के खिलाफ स्थिर रहती हैं। दो-भाग वाला पॉलियूरेथेन पदार्थ भी बहुत अच्छा काम करता है, जो चिकनी परत बनाता है जो कठिन उष्णकटिबंधीय परिस्थितियों में भी आसानी से घिसती नहीं है, जहाँ उपकरणों पर बहुत अधिक दबाव पड़ता है। और यूवी क्यूर्ड एक्रिलेट्स के बारे में भी भूलें नहीं—वे अत्यंत तेजी से जम जाते हैं, कभी-कभी डेढ़ मिनट से भी कम समय में, और सतहों को 110 डिग्री से अधिक संपर्क कोण के साथ बहुत अधिक जल प्रतिरोधी बना देते हैं। जब तक सभी निर्माता द्वारा निर्देशों में दिए गए निर्देशों का पालन करते हैं, इस तरह के पुनर्उन्नयन आमतौर पर पूरे केबलों को बदलने से पहले अतिरिक्त आठ से बारह वर्षों तक सेवा जीवन बढ़ा देते हैं।

आर्द्रता-प्रतिरोधी प्लास्टिक इन्सुलेटेड पावर केबल्स का चयन और विनिर्देश

आर्द्र वातावरण के लिए प्लास्टिक इन्सुलेटेड पावर केबल निर्दिष्ट करते समय, जलीय अपक्षय और गीली-गर्मी तनाव के तहत दीर्घकालिक स्थिरता में उत्कृष्ट प्रतिरोध के कारण मानक पीवीसी की तुलना में क्रॉस-लिंक्ड पॉलीएथिलीन (XLPE) को प्राथमिकता दें। प्रमुख चयन मापदंडों में शामिल हैं:

• सामग्री संरचना : XLPE त्वरित बुजुर्गता प्रोटोकॉल IEEE 532 के अनुसार 90°C/85% RH पर 1,000 घंटे के बाद प्रारंभिक तन्य शक्ति का 85% बनाए रखता है
• बैरियर एकीकरण : अनुदैर्ध्य एल्युमीनियम-पॉलिमर नमी-अवरोधक टेप वाले केबल गैर-बैरियर डिज़ाइन की तुलना में जल प्रवेश को 97% तक कम कर देते हैं
• जैकेटिंग : मध्यम- या उच्च-घनत्व पॉलीएथिलीन (MDPE/HDPE) खोल आर्द्रता में निरंतर पीवीसी से बेहतर प्रदर्शन करता है—उष्णकटिबंधीय क्षेत्र में पांच वर्षों के अनुभव के बाद ढाई ऊर्जा क्षति में 40% कमी दर्शाता है

सत्यापन में शामिल होना चाहिए:

• UL 1277 (पावर केबल के लिए) या IEC 60502-2 (30 kV तक के रेटेड वोल्टेज के लिए) के अनुसार तृतीय-पक्ष प्रमाणन, जिसमें स्पष्ट रूप से गीले स्थान के प्रदर्शन की पुष्टि हो
• उष्णकटिबंधीय जलवायु में 20 वर्षों की सेवा के अनुकरण के लिए त्वरित बुढ़ापे के परीक्षण (उदाहरण के लिए, IEC 60068-2-30 के अनुसार 85°C/85% RH चक्रण)
• धारा वोल्टता पर 5 pC पर आंशिक निरावेश माप, जो इंसुलेशन और इंटरफेस की अखंडता की पुष्टि करता है

आर्द्रताग्राही भराव (उदाहरण के लिए, अनुपचारित मिट्टी या सेल्यूलोज) युक्त केबल से बचें। घनीभवन के प्रवण स्थानों पर समापन बिंदुओं पर कारखाने द्वारा लगाए गए सिलिकॉन जेल कोटिंग का निर्दिष्ट करें। पुनर्उपकरण के लिए, ASTM D3359 के अनुसार सतह तैयारी के बाद स्थान पर घुलकर लगाए गए पॉलीयूरेथेन कोटिंग पुरानी केबल में नमी प्रतिरोध को प्रभावी ढंग से बहाल कर सकते हैं।

सामान्य प्रश्न

आर्द्रता के प्रति कौन से प्रकार के प्लास्टिक इन्सुलेशन सबसे अधिक संवेदनशील होते हैं?

पॉलीविनाइल क्लोराइड (PVC) और क्रॉस-लिंक्ड पॉलीएथिलीन (XLPE) का उपयोग करने वाले प्लास्टिक इन्सुलेशन वाले पावर केबल सबसे अधिक आर्द्रता के प्रति संवेदनशील होते हैं क्योंकि लंबे समय तक नमी के संपर्क में रहने पर वे जलअपघटनीय अपक्षय के अधीन होते हैं।

उच्च आर्द्रता प्लास्टिक इन्सुलेशन वाले पावर केबल के जीवनकाल को कैसे प्रभावित करती है?

उच्च आर्द्रता प्लास्टिक इन्सुलेटेड पावर केबल्स के जीवनकाल को काफी हद तक कम कर सकती है, कभी-कभी शुष्क परिस्थितियों की तुलना में लगभग आधा कर देती है। नमी से होने वाला अपक्षय, तापमान और ऑक्सीजन के साथ मिलकर बहुलक श्रृंखला विघटन को तेज करता है, जिससे यांत्रिक और विद्युत विफलताएँ उत्पन्न होती हैं।

आर्द्रता से प्लास्टिक इन्सुलेटेड पावर केबल्स को बचाने के लिए कौन से रोकथाम उपाय किए जा सकते हैं?

रोकथाम उपायों में बढ़ी हुई बाह्य आवरण के साथ नमी-प्रतिरोधी केबल डिज़ाइन, जलविकर्षी भराव सामग्री और अवरोध टेप का उपयोग शामिल है। स्थापना के उत्तम अभ्यासों में खुले सिरों को सील करना और पानी के जमाव को रोकने के लिए उचित जल निकासी सुनिश्चित करना शामिल है। संरक्षित लेप और नमी अवरोधक मौजूदा प्रणालियों पर भी लगाए जा सकते हैं।

आर्द्र वातावरण में XLPE को PVC पर प्राथमिकता क्यों दी जानी चाहिए?

विस्तृत तन्यता सामर्थ्य के बाद भी लंबे समय तक गीली-गर्मी तनाव के तहत जल-अपघटन के प्रति उत्कृष्ट प्रतिरोध और बेहतर दीर्घकालिक स्थिरता बनाए रखने के कारण पीवीसी की तुलना में एक्सएलपीई को प्राथमिकता दी जानी चाहिए, जो प्रारंभिक तन्यता सामर्थ्य का लगभग 85% तक बनाए रखता है।