उच्च वोल्टेज संचरण केबलों के निर्माण में कौन-सी तकनीकी कठिनाइयाँ होती हैं?

उच्च वोल्टेज संचरण केबल में मार्ग योजना और शहरी बुनियादी ढांचे की चुनौतियाँ

भूमिगत उच्च वोल्टेज संचरण केबल के लिए बढ़ती शहरी मांग

शहरी आबादी में वृद्धि और नवीकरणीय ऊर्जा के एकीकरण से भूमिगत संचरण केबल स्थापना में प्रतिवर्ष 14% की वृद्धि हो रही है (वैश्विक ऊर्जा रिपोर्ट 2023)। ये प्रणालियाँ दृश्य प्रभाव को कम करती हैं और ग्रिड की लचीलापन बढ़ाती हैं, लेकिन सघन शहरी बुनियादी ढांचे को कुशलतापूर्वक पार करने के लिए उन्नत योजना उपकरणों की आवश्यकता होती है।

केबल मार्ग योजना में मौजूदा बुनियादी ढांचे की सीमाएँ

पुराने यूटिलिटी कॉरिडोर में केबलों का पुनः निर्माण करते समय अक्सर गैस लाइनों, फाइबर ऑप्टिक्स और परिवहन नेटवर्क के साथ टकराव की स्थिति उत्पन्न हो जाती है। बर्लिन में 2022 में किए गए बुनियादी ढांचा लेखा परीक्षण में पाया गया कि योजित संचरण मार्गों में से 38% को अक्सर दस्तावेजीकृत पाइपलाइनों के कारण फिर से डिज़ाइन करना पड़ा, जिससे परियोजना के समय-सारणी में 6 से 9 महीने की देरी हुई।

केस स्टडी: लंदन की क्रॉसरेल परियोजना और केबल मार्ग परिवर्तन की जटिलता

क्रॉसरेल परियोजना के विकास के दौरान, इंजीनियरों ने 1.2 मिलियन निवासियों को बिजली आपूर्ति बाधित किए बिना 400 केवी केबलों के 52 किमी मार्ग को फिर से निर्देशित किया। 230 मिलियन डॉलर के इस प्रयास ने नवाचार के समाधानों के माध्यम से प्रमुख चुनौतियों का सामना किया:

चुनौती	समाधान	आउटपुट
सक्रिय रेल लाइनों के नीचे सुरंग निर्माण	अनुक्रमिक खंडित बंदी	शून्य सेवा अंतराय
थेम्स ood संरक्षित क्षेत्रों को पार करना	हाइड्रोशील्ड केबल कंडक्ट	50 वर्षीय बाढ़ संरक्षण प्रमाणन
17 उपयोगिता प्रदाताओं का समन्वय	साझा 4डी योजना मंच	पारंपरिक तरीकों की तुलना में 23% लागत बचत

भूमिगत और पनडुब्बी केबल स्थापना में सटीकता के लिए जीआईएस और बीआईएम का उपयोग

आधुनिक परियोजनाएं भूगोल सूचना प्रणालियों (जीआईएस) और भवन सूचना मॉडलिंग (बीआईएम) को थर्मल लोड और विद्युत चुंबकीय हस्तक्षेप का अनुकरण करने के लिए एकीकृत करती हैं। उत्तरी सागर की पनडुब्बी स्थापनाओं में इस दोहरे दृष्टिकोण से पारंपरिक योजना तरीकों की तुलना में केबल विफलताओं में 41% की कमी आई।

शहरी बिजली संचरण परियोजनाओं में हितधारक एकीकरण और 3डी मॉडलिंग का एकीकरण

वास्तविक समय 3डी दृश्यीकरण मंच अब उपयोगिताओं, नगर निगमों और ठेकेदारों को निर्माण शुरू होने से पहले संघर्षों को सहयोग से सुलझाने की अनुमति देते हैं। एम्स्टर्डम ग्रिड आधुनिकीकरण पहल ने इंटरएक्टिव भूमि मॉडलों का उपयोग करके जनता की शिकायतों में 67% की कमी की, जिन्होंने 2 डीबी/3% सटीकता सीमा के भीतर शोर और यातायात प्रभावों की भविष्यवाणी की।

भूमिगत उच्च वोल्टेज संचरण केबल में थर्मल प्रबंधन और ऊष्मा अपव्यय

उच्च वोल्टेज ट्रांसमिशन केबलों की सघन शहरी स्थापना में ओवरहीटिंग का जोखिम

शहरी वातावरण अपने साथ गर्मी से संबंधित एक विशिष्ट समस्याओं की श्रृंखला लाते हैं, विशेष रूप से जब भूमिगत स्तर पर हो रहा है तो। अध्ययनों से पता चलता है कि इन क्षेत्रों में भूमिगत प्रणालियाँ वास्तव में ग्रामीण क्षेत्रों की तुलना में लगभग 25% अधिक गर्म होती हैं, क्योंकि सभी कंक्रीट ऊष्मा को बनाए रखता है और पास की सुविधाएँ भी इसमें योगदान करती हैं (वांग एट अल ने 2019 में यह बात पाई थी)। बर्लिन या टोक्यो जैसे स्थानों पर विचार करें जहां उन दफन बिजली लाइनों के आसपास के तापमान अक्सर 45 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो जाता है। इस तरह की गर्मी वास्तव में विद्युत घटकों को उनके सुरक्षित रूप से संचालित करने के लिए डिज़ाइन किए गए स्तर से आगे धकेल देती है, जिसके कारण अनेक रखरखाव दल लगातार इन प्रणालियों में तनाव के संकेतों की जांच कर रहे हैं।

तापीय यांत्रिक मोड़ (टीएमबी) और तापमान में उतार-चढ़ाव के कारण केबल की गति

साइक्लिक थर्मल लोडिंग के कारण कॉपर-कोर केबल मीटर प्रति 15 मिमी से अधिक तक फैल जाते हैं, जिससे महत्वपूर्ण अक्षीय गति होती है - 1 किमी के मार्ग पर वार्षिक रूप से 15 मीटर तक। यह तनाव निश्चित बिंदुओं और तंग मोड़ों पर केंद्रित होता है, जहां मोड़ की त्रिज्या 1.2 मीटर से कम होती है, वहां इन्सुलेशन के पहनने की दर बढ़ जाती है।

केस स्टडी: पेपर-इन्सुलेटेड सिस्टम वाले जर्मन शहरी ग्रिड में थर्मल विफलता

म्यूनिख के 110 केवी नेटवर्क में 2018 की घटना ने पुराने पेपर-इन्सुलेटेड सिस्टम में कमजोरियों को उजागर किया:

• 72-घंटे का ओवरलोड : गर्मी के दौरान 18% करंट सर्ज
• इन्सुलेशन विघटन : 12 घंटों के भीतर आंशिक निर्वहन 150 पीसी तक पहुंच गया
• मरम्मत की लागत : 300 मीटर प्रतिस्थापन के लिए 2.4 मिलियन यूरो

दुर्घटना के बाद के विश्लेषण में दिखाया गया कि पेपर इन्सुलेशन 70 डिग्री सेल्सियस से अधिक तापमान पर स्थायी तापीय तनाव के तहत एक्सएलपीई की तुलना में तीन गुना तेजी से गिरावट आती है।

इन्सुलेशन और कूलिंग में प्रेसराइज्ड डाइलेक्ट्रिक ऑयल की भूमिका

तरल से भरे केबल 15 बार तक डाइलेक्ट्रिक ऑयल का उपयोग करते हैं, जो उत्कृष्ट प्रदर्शन प्रदान करता है:

• हीट ट्रांसफर : 25W/मीटर·K ऊष्मा चालकता (शुष्क इन्सुलेशन के मुकाबले 0.3W/मीटर·K)
• तापीय स्थिरता : -30°C से 105°C तक डायलेक्ट्रिक स्ट्रेंथ 2% भिन्नता के भीतर बनाए रखता है

: यह डुअल फंक्शन उच्च भार वाले वातावरण में विद्युत विश्वसनीयता और ऊष्मा अपव्यय दोनों को बढ़ाता है।

: उन्नत भराव सामग्री और वास्तविक समय थर्मल निगरानी समाधान

: 2023 में सिंगापुर में एक पायलट में बेंटोनाइट-संवर्धित थर्मल भराव (0.8W/मीटर·K चालकता) के साथ वितरित तापमान सेंसिंग (DTS) को जोड़ा गया, जिससे हॉटस्पॉट घटनाओं में 40% की कमी आई। जब इसे डायनेमिक थर्मल रेटिंग सिस्टम के साथ एकीकृत किया जाता है, तो यह ऑफ-पीक घंटों के दौरान स्थैतिक रेटिंग के 118% तक वास्तविक समय में एम्पेसिटी समायोजन की अनुमति देता है।

: उच्च वोल्टेज ट्रांसमिशन केबलों में इन्सुलेशन निम्नीकरण और सामग्री चयन

: तरल से भरे केबल सिस्टम में बुजुर्ग बुनियादी ढांचा और विश्वसनीयता समस्याएं

2023 की ग्रिड विश्वसनीयता ऑडिट के अनुसार, 1990 से पहले स्थापित तरल से भरे उच्च वोल्टेज केबलों में से 35% से अधिक में अब इन्सुलेशन गिरावट के संकेत दिखाई दे रहे हैं। आधुनिक ग्रिड में लोड में उतार-चढ़ाव के कारण इन प्रणालियों में तापीय चक्रण और नमी प्रवेश के प्रति संवेदनशीलता विशेष रूप से अधिक है, जिससे कागज-तेल इन्सुलेशन में डाइलेक्ट्रिक विफलता उत्पन्न हो सकती है।

डाइलेक्ट्रिक तेल की स्थिरता और लंबे समय तक इन्सुलेशन प्रदर्शन

डाइलेक्ट्रिक तेल इन्सुलेटर और कूलेंट दोनों के रूप में कार्य करता है, लेकिन लगातार तापीय तनाव के तहत इसके गुण खराब होते जाते हैं। 2023 में थर्मल एजिंग पर किए गए अध्ययन में पाया गया कि तेल की ब्रेकडाउन वोल्टेज प्रति दशक 12—18% तक कम हो जाती है, जबकि शहरी भूमिगत स्थापनाओं में अम्लता का स्तर ओवरहेड स्थापनाओं की तुलना में 300% तेजी से बढ़ता है।

कागज इन्सुलेशन बनाम XLPE: आधुनिक उच्च वोल्टेज केबलों में विश्वसनीयता की तुलना

संपत्ति	कागज इन्सुलेशन (तेल से भरा)	क्रॉस-लिंक्ड पॉलीएथिलीन (XLPE)
आयु (वर्षों में)	40-50	50-60
परियोजना बार-बार नहीं करना	छमाही तरल जांच	दशकीय निरीक्षण
असफलता दर (प्रति किमी)	0.8 घटनाएँ	0.2 घटनाएँ

XLPE की नमी के प्रतिरोध और कम रखरखाव आवश्यकताओं के कारण नए इंस्टॉलेशन के लिए यह आदर्श है, हालांकि पेपर-इंसुलेटेड सिस्टम पुराने बुनियादी ढांचे के साथ संगतता के कारण रेट्रोफिट परिदृश्यों में आम हैं।

उन्नत डाइलेक्ट्रिक गुणों के साथ नवोन्मेषी केबल डिज़ाइनों में संक्रमण

अगली पीढ़ी के केबलों में नैनो-फिल्ड पॉलीप्रोपीलीन (NFPP) डाइलेक्ट्रिक्स को शामिल किया गया है, जो हाल के परीक्षणों में XLPE की तुलना में 40% अधिक आंशिक निर्वहन प्रतिरोध दर्शाते हैं। ये सामग्री 22% पतली इन्सुलेशन के साथ 800kV DC ट्रांसमिशन को समर्थित करती हैं, जो अधिक सघन और कुशल डिज़ाइनों की अनुमति देती हैं।

उच्च वोल्टेज ट्रांसमिशन केबलों में केबल जोड़ना, समाप्ति और हैंडलिंग की चुनौतियां

उच्च वोल्टेज सिस्टम में जोड़ों और समाप्ति स्थलों पर उच्च विफलता दर

2023 से हाल की ग्रिड विश्वसनीयता रिपोर्टों के अनुसार, उच्च वोल्टेज संचरण प्रणालियों में लगभग 40% समस्याएं वास्तव में उन संयोजन बिंदुओं और समापन पर शुरू होती हैं। इन घटकों को इतना समस्याप्रधान क्यों बनाता है? वे कभी-कभी 525 किलोवोल्ट तक पहुंचने वाले विशाल विद्युत तनाव के साथ-साथ निरंतर यांत्रिक दबाव का सामना करते हैं। और जब भूमिगत केबलों की बात आती है, तो खराब सीलिंग लगभग दो तिहाई नमी संबंधी परावैद्युत विफलताओं के लिए जिम्मेदार होती है। क्षेत्र में असेंबल किए गए XLPE जॉइंट्स विशेष रूप से मुश्किल होते हैं क्योंकि उन्हें मामूली निर्वहन समस्याओं से बचने के लिए केवल एक मिलीमीटर के अंशों तक के संरेखण की आवश्यकता होती है, जो उपकरण की अपेक्षित आयु से पहले विफलता का एक प्रमुख कारण बना रहती है।

उच्च वोल्टेज केबल जॉइंटिंग और समापन में परिशुद्धता आवश्यकताएं

आधुनिक 400 kV सिस्टम के स्प्लाइसिंग के दौरान अत्यधिक स्वच्छ स्थितियों (<0.1 कण/सेमी³) की मांग करते हैं। ठंडा-सिकुड़ने वाला समापन ऊष्मा से होने वाले विरूपण से बचाता है, जबकि गैस-परिवेष्टित स्विचगियर (GIS) कनेक्शन के लिए ±0.05 मिमी संकेंद्रता की आवश्यकता होती है। कागज-परिवेष्टित से निष्कर्षित परावैद्युत केबल्स में स्थानांतरण 2018 के बाद से संयोजन विफलता की दर में 34% की कमी लाया है, भले ही स्थापना जटिलता में वृद्धि हुई हो।

केस स्टडी: पनडुब्बी HVDC केबल का उपयोग करके ऑफशोर विंड फार्म कनेक्शन

एक 1.4 GW उत्तरी सागर ऑफशोर विंड प्रोजेक्ट को अपने 320 kV HVDC एक्सपोर्ट केबल में बार-बार संयोजन विफलताओं का सामना करना पड़ा। पोस्ट-मॉर्टम विश्लेषण ने मुद्दे को ज्वारीय धाराओं से चक्रीय मोड़ से जोड़ा, जिससे 38% क्षेत्र संयोजन क्षतिग्रस्त हुए। वास्तविक समय 360° थर्मल इमेजिंग के साथ रोबोटिक संयोजन प्रणालियों को लागू करके वार्षिक ऑफशोर मरम्मत लागत में 12 मिलियन डॉलर की कमी आई।

स्थापना क्षति को कम करने के लिए स्वचालित संयोजन और कारखाना-तैयार समापन

अब प्रमुख निर्माता पूर्व-मोल्डेड, GIS-एकीकृत समापन प्रस्तुत कर रहे हैं, जिन्हें 650 केवी आवेग वोल्टेज का सामना करने के लिए परीक्षण किया गया है। अर्धचालक परत हटाने में 0.01 मिमी की सटीकता के साथ स्वचालित स्ट्रिपिंग मशीनें मैनुअल विधियों की तुलना में पांच गुना अधिक सटीक हैं। इन तकनीकी प्रगतियों के कारण हाल के अल्ट्रा-हाई वोल्टेज (UHV) तैनातियों में पहली बार कमीशनिंग सफलता दर 98% तक पहुंच गई है।

उच्च वोल्टेज संचरण केबलों की पर्यावरणीय परिस्थितियां और भविष्य के लिए अनुकूलन

मृदा अस्थिरता और लंबे समय तक केबल अखंडता पर इसका प्रभाव

मृदा संरचना और भूमि विस्थापन में भिन्नता दफन केबलों के लिए प्रमुख जोखिम पैदा करती है। भू-तकनीकी सर्वेक्षणों से पता चलता है कि गीले चक्र के दौरान मिट्टी में 12% तक फैलाव हो सकता है, जो कंड्यूट प्रणालियों पर 3,500 PSI से अधिक पार्श्व दबाव डालती है। यह तनाव 400 केवी+ XLPE केबलों में विशेष रूप से इन्सुलेशन थकान को तेज करता है।

परिवर्तनशील भूमि स्थितियों में संक्षारण और नमी प्रवेश का खतरा

तटीय और बाढ़ के मैदान के इंस्टॉलेशन को नमकीन पानी के रिसाव और इलेक्ट्रोकेमिकल संक्षारण से अधिक खतरा होता है। अध्ययनों से पता चलता है कि 15 वर्षों के बाद सीसा-आवरित केबलों में नमी प्रवेश से परावैद्युत शक्ति में 34% की कमी आती है। आधुनिक एलडीपीई (LDPE) संक्षारण-रोधी टेप 50 वर्षों की सेवा अवधि के समान त्वरित उम्र बढ़ने के परीक्षणों से सत्यापित 99.97% जल-अवरोधक दक्षता प्रदान करते हैं।

केस स्टडी: उत्तरी सागर में समुद्री एचवीडीसी (HVDC) केबलों पर तटीय अपरदन का प्रभाव

2022 में यूके और नीदरलैंड के बीच 525 केवी एचवीडीसी (HVDC) लिंक की विफलता ने यह दिखाया कि समुद्र तल का अपरदन—जो 2.3 मीटर/वर्ष की दर से मापा गया था—केबलों को मछली पकड़ने वाले ट्रॉलरों के नुकसान के लिए अनावृत कर सकता है। उत्तरी सागर संचरण संघ द्वारा विश्लेषण से पता चला कि मूल 2008 के डिज़ाइन ने ज्वार के वेग का 18% तक अंदाजा लगाया था, जिसके कारण स्थिरीकरण अपग्रेड में 74 मिलियन डॉलर की आवश्यकता पड़ी।

चुनौतीपूर्ण इंस्टॉलेशन के लिए भू-तकनीकी सर्वेक्षण और सुरक्षात्मक आवरण

उन्नत भूभौतिकीय मानचित्रण अब मार्ग योजना में 15 सेमी के रिज़ॉल्यूशन तक पहुंचता है, 98.7% सटीकता के साथ मिट्टी की असामान्यताओं की पहचान करता है। एचडीपीई और धातु के टेप के संयोजन से दो-परत कवरिंग सिमुलेटेड भूकंप की घटनाओं में एकल-परत डिजाइन की तुलना में 72% तक छिद्रण प्रतिरोध में सुधार करती है।

भविष्य के लिए तैयार बिजली संचरण के लिए एचवीडीसी और मॉड्यूलर डिजाइन का बढ़ता हुआ उपयोग

वैश्विक एचवीडीसी केबल बाजारों में 2033 तक लगभग 8.4 प्रतिशत की वार्षिक वृद्धि दर से विस्तार होने की उम्मीद है। इस वृद्धि को काफी हद तक न्यू यॉर्क राज्य में चैंपलेन हडसन पावर एक्सप्रेस जैसी परियोजनाओं द्वारा बढ़ावा दिया जा रहा है। जब स्थापना की बात आती है, तो पूर्वनिर्मित जोड़ों वाली मॉड्यूलर केबल प्रणाली स्थापना समय में लगभग 40 प्रतिशत की कमी कर सकती है। ये प्रणाली अभी भी 1,200 किलोमीटर से अधिक की दूरी पर भी लगभग 99.96 प्रतिशत की प्रभावशाली ट्रांसमिशन दक्षता बनाए रखने में कामयाब रहती हैं। इस तरह के प्रदर्शन से वे उन विशाल अपतटीय पवन फार्मों को शहर के बिजली ग्रिड से जोड़ने के लिए बिल्कुल महत्वपूर्ण हैं। हाल के क्षेत्र परीक्षणों में प्रेस पैक IGBT आधारित कन्वर्टर्स से पता चला है कि वे नुकसान पैदा करते हैं जो पारंपरिक थिरिस्टोर सिस्टम से देखने से केवल 0.2 प्रतिशत अंक कम हैं। यह छोटा लेकिन सार्थक सुधार पुराने एसी बुनियादी ढांचे से आगे बढ़कर अधिक आधुनिक समाधानों की ओर बढ़ने में मदद कर रहा है।

सामान्य प्रश्न अनुभाग

शहरी क्षेत्रों में भूमिगत उच्च वोल्टेज संचरण केबल्स की मांग को क्या प्रेरित कर रहा है?

बढ़ती शहरी आबादी और नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों का एकीकरण मुख्य ड्राइवर हैं, जिनका उद्देश्य दृश्य प्रभाव को कम करना और ग्रिड की स्थिरता में वृद्धि करना है।

उच्च वोल्टेज संचरण के लिए केबल मार्ग योजना में क्या मुख्य चुनौतियाँ हैं?

प्रमुख चुनौतियों में गैस पाइपलाइन और फाइबर ऑप्टिक्स जैसे मौजूदा बुनियादी ढांचे के साथ संघर्ष शामिल हैं, साथ ही नए कोड और अनुमतियों की पालना करना भी शामिल है, जिसके कारण पुनर्डिज़ाइन और देरी हो सकती है।

जीआईएस और बीआईएम केबल स्थापना में कैसे सहायता करते हैं?

वे पारंपरिक तरीकों की तुलना में थर्मल लोड और विद्युत चुंबकीय हस्तक्षेप का अनुकरण करके काफी हद तक केबल विफलताओं को कम करते हैं।

उच्च वोल्टेज सिस्टम में जॉइंट्स और टर्मिनेशन क्यों महत्वपूर्ण चिंता का विषय हैं?

इन्हें उच्च विद्युत और यांत्रिक तनाव का सामना करना पड़ता है और संरेखण समस्याओं के कारण वे अक्सर समय से पहले विफलता और अधिक रखरखाव लागत का कारण बनते हैं।

केबल की अखंडता को प्रभावित करने वाले पर्यावरणीय चुनौतियों के लिए क्या समाधान हैं?

उन्नत भू-तकनीकी सर्वेक्षण और डबल-लेयर शीथिंग मिट्टी की अस्थिरता और संक्षारण के खिलाफ बेहतर सुरक्षा प्रदान करते हैं, और मॉड्यूलर केबल डिज़ाइन दक्षता में सुधार और भविष्य के अनुकूलता में सहायता करते हैं।