बिजली सुरक्षा ग्राउंडिंग प्रणाली अनुप्रयोगों में एनेमल तार का प्रदर्शन कैसा होता है?

एमेल्ड तार और विद्युत प्रणालियों में इसकी भूमिका की व्याख्या

विद्युत प्रणालियों में एमेल्ड तांबे के तार के अनुप्रयोग

आज के विद्युत प्रणालियों में एनामल तार की एक वास्तव में महत्वपूर्ण भूमिका होती है, जो छोटे मोटरों, ट्रांसफॉर्मरों और प्रेरकों के निर्माण को संभव बनाता है जो बेहतर ढंग से काम करते हैं। इन तारों पर विद्युतरोधन की पतली परत इंजीनियरों को बिना घुमावों के बीच लघुपथ की चिंता किए उन्हें अधिक कसकर साथ-साथ व्यवस्थित करने की अनुमति देती है, जो विशेष रूप से विमान के इलेक्ट्रॉनिक्स या एमआरआई मशीनों के अंदर की तरह स्थान सीमित होने पर बहुत महत्वपूर्ण होता है। बिजली सुरक्षा में भी हम अधिक अनुप्रयोग देख रहे हैं, जहाँ एनामल चालक आगमन सुरक्षक और त्रुटि धारा सीमक जैसी चीजों में दिखाई देते हैं। विद्युतरोधन को नियंत्रित करने का तरीका वास्तव में विद्युत ग्रिड में बार-बार होने वाली अचानक की बिजली की चोटों के दौरान अवांछित ऊर्जा के बचाव को रोकता है।

बिजली सुरक्षा प्रणालियों में सामग्रियों की विद्युत चालकता

LPS कंडक्टर्स के मामले में, तांबा अभी भी मानक स्थापित करता है क्योंकि इसकी 100% IACS रेटिंग पर उत्कृष्ट विद्युत चालकता होती है और अधिकांश सामग्रियों की तुलना में यह सर्ज को संभालने की बेहतर क्षमता रखता है। एल्युमीनियम की चालकता केवल लगभग 61% IACS तक सीमित रहती है जबकि स्टील लेपित विकल्प भी पिछड़ जाते हैं। 2023 में EMP शील्डिंग अध्ययनों से प्राप्त हालिया शोध में एक दिलचस्प बात सामने आई है—तांबे के कोर वाले एनेमल तार वास्तव में तड़ित आघात के समय संक्रमणकालीन ऊर्जा को लगभग 42 प्रतिशत तेज़ी से दूर कर देते हैं। इसका व्यावहारिक अर्थ क्या है? इसका अर्थ यह है कि उन ग्राउंडिंग इलेक्ट्रोड्स में प्रतिरोधक तापन समस्याओं के विकसित होने की संभावना कम हो जाती है जिन पर हम इतना अधिक निर्भर रहते हैं। यहां तक कि औद्योगिक सेटिंग्स में शिखर धाराएं 200 किलोएम्पीयर से अधिक हो जाने पर भी, तांबा विश्वसनीय ढंग से काम करता रहता है जहां अन्य सामग्रियां विफल हो सकती हैं।

एनेमल तार के निरोधन गुण और परावैद्युत सामर्थ्य: भंगाव होने से रोकथाम

विद्युत इन्सुलेशन की बात आने पर, पॉलीयूरिथेन और पॉलिएस्टर एनामेल कोटिंग कुछ विशेष प्रदान करते हैं। ये सामग्री लगभग 12 kV प्रति मिलीमीटर तक के ढांकता हुआ बल (डाइइलेक्ट्रिक स्ट्रेंथ) को सहन कर सकते हैं, जो वास्तव में मानक PVC इन्सुलेटेड केबल्स के सामान्यतः देखे जाने वाले स्तर से लगभग आठ गुना बेहतर है। इसे वास्तव में महत्वपूर्ण बनाता है यह तथ्य है कि जब कंडक्टर नम भूमि की स्थिति में स्थित होते हैं, तो ये कोटिंग उन उपद्रवपूर्ण चापों (आर्क्स) के निर्माण को रोकती हैं। हम सभी ने देखा है कि जब ग्राउंडिंग ग्रिड्स को ऐसी समस्याओं से सुरक्षित रखने के लिए उचित सुरक्षा नहीं मिलती, तो क्या होता है। इसके अलावा, ये एनामेल परतें तब भी मजबूत बनी रहती हैं जब तापमान 150 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच जाता है। और यहाँ एक और दिलचस्प तथ्य है: वे सूक्ष्म सेकंड में मापे जाने वाले अल्पकालिक क्षणों के लिए 10 kV से अधिक की आवेग वोल्टेज (सर्ज वोल्टेज) का सामना कर सकते हैं। इस तरह की सहनशीलता का अर्थ है कि अप्रत्याशित वोल्टेज स्पाइक्स आने पर भी सिस्टम विश्वसनीय ढंग से काम करता रहता है।

बिजली के तूफान सुरक्षा प्रणालियों में एनामेल कंडक्टर्स के लिए सामग्री का चयन

LPS में तांबा, एल्युमीनियम और लेपित चालकों की तुलना

तड़ित सुरक्षा प्रणालियों के लिए तांबा अभी भी पसंदीदा विकल्प बना हुआ है क्योंकि कमरे के तापमान पर इसकी चालकता का स्तर लगभग 59.6 मेगा सीमेंस प्रति मीटर के आसपास होता है, साथ ही यह उच्च स्तर की आवेग धाराओं को बिना किसी समस्या के संभाल सकता है। हालाँकि एल्युमीनियम में भी कुछ फायदे हैं - यह तांबे की तुलना में लगभग 40 प्रतिशत हल्का होता है और लागत लगभग 65 प्रतिशत कम होती है, जो कि पिछले वर्ष के IEC मानकों के अनुसार है। लेकिन बाहरी उपयोग के लिए एल्युमीनियम के उपयोग में एक समस्या है क्योंकि जब तक विशेष लेप न लगाया जाए, संक्षारण एक वास्तविक समस्या बन जाता है। हाल ही में 'जर्नल ऑफ इलेक्ट्रोस्टैटिक्स' में 2023 में प्रकाशित एक अध्ययन में भी एक दिलचस्प बात सामने आई। उन्होंने पॉलिमर लेपित एनामल तारों का अध्ययन किया और पाया कि तटीय क्षेत्रों के पास लगे सामान्य खुले चालकों की तुलना में नमकीन हवा के कारण तीव्र अपक्षय होता है, जबकि इन तारों ने ऑक्सीकरण दर में लगभग तीन-चौथाई तक की कमी की। इसलिए भले ही तांबा बेहतर चालन करता हो, फिर भी यह लेपित विकल्प कठोर परिस्थितियों के खिलाफ अच्छी तरह से टिकाऊ है, जिससे कुछ अनुप्रयोगों के लिए इस पर विचार करना उचित हो जाता है।

भू-संपर्कन में इन्सुलेटेड और बेयर कंडक्टर्स के बीच प्रदर्शन के लाभ-हानि

बेयर कंडक्टर्स मिट्टी के साथ बेहतर संपर्क बनाने के रुझान रखते हैं, जो आयनों के प्रभावी ढंग से घूमने में मदद करता है और आवेग के समय कम प्रतिरोध वाले भू-संपर्कन का निर्माण करता है। दूसरी ओर, एनेमल तार के उपयोग से आसपास के अलग-अलग धातु भागों के बीच अवांछित संपर्क रुक जाता है। वास्तव में, 2022 के NEMA आंकड़ों के अनुसार, इससे उन परेशान करने वाली ग्राउंड लूप समस्याओं में लगभग तीन चौथाई की कमी आती है। फिर भी, एक महत्वपूर्ण बात याद रखनी चाहिए - एनेमल कोटिंग वाले तांबे के तार 100 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति के आसपास अपने बेयर समकक्षों की तुलना में लगभग 12 से 18 प्रतिशत अधिक प्रतिरोध दर्शाते हैं। उच्च आवृत्ति संकेतों को संभालने की आवश्यकता वाली प्रणालियों पर काम कर रहे इंजीनियरों को अपने डिज़ाइन में इस अंतर को ध्यान में रखना वास्तव में आवश्यक है।

एनेमल तार की वोल्टेज सहन क्षमता और आवेग प्रतिरोध

आज के पॉलियुरेथेन लेपित तार 25 kV प्रति मिलीमीटर तक के परावैद्युत तनाव को सहन कर सकते हैं, जो आईईईई 2023 के मानकों के अनुसार 5 से 10 kV पर उत्पन्न होने वाली अधिकांश बिजली की चमक की घटनाओं की तुलना में काफी अधिक है। डबल परत एनामल लेप के मामले में, परीक्षणों से पता चलता है कि 8/20 माइक्रोसेकंड तरंगरूप पैटर्न के साथ 10 किलोएम्पीयर पर पचास बार बिजली गिरने के सिमुलेशन के बाद भी उनकी धारा के झटकों को सुचालित करने की क्षमता के लगभग 98% तक बनाए रखते हैं। ऐसी स्थितियों में जहां विश्वसनीयता सर्वोच्च प्राथमिकता होती है, 200 डिग्री सेल्सियस रेटिंग वाले विशेष एनामल तार उपलब्ध होते हैं जो विद्युत झटकों के दौरान ऊर्जा के विघटन से उत्पन्न 150 डिग्री सेल्सियस तक के बार-बार तापमान उछाल के बावजूद उचित विद्युत रोधन प्रदान करते रहते हैं।

बिजली के झटकों का व्यवहार और विद्युतरोधी चालकों के साथ भू-संपर्क प्रणाली का डिज़ाइन

आधुनिक बिजली संरक्षण प्रणालियों को उन कंडक्टरों की आवश्यकता होती है जो प्रभावी सर्ज अवशोषण और निरोधन विश्वसनीयता के बीच संतुलन बनाए रखें। बिजली गिरने के दौरान अस्थायी वोल्टेज 100 kV से अधिक हो सकता है, जिसमें अचानक विद्युत तनाव का सामना करने और स्थिर भू-संपर्कन प्रदर्शन बनाए रखने में सक्षम सामग्री की आवश्यकता होती है (LSP Global 2023)।

बिजली के आघात के दौरान भू-संपर्कन नेटवर्क में सर्ज धारा वितरण

बिजली के झटकों का प्रवाह संबद्ध भू-इलेक्ट्रोड के माध्यम से न्यूनतम प्रतिबाधा के मार्ग का अनुसरण करता है। शोध से पता चलता है कि एनेमल तार की निरोधित डिज़ाइन अनेक मार्गों के पार अधिक समान धारा वितरण को सक्षम करती है, जो बिना निरोधन वाले कंडक्टरों की तुलना में प्रेरक युग्मन को 18-22% तक कम कर देती है। यह प्रकीर्णन मृदा-इलेक्ट्रोड अंतरापृष्ठ पर स्थानीय तापन को कम करता है, जिससे प्रणाली की आयु बढ़ जाती है।

कंडक्टर का आकार और अस्थायी अति वोल्टेज के तहत विद्युत प्रदर्शन

पैरामीटर	खुला तांबा (6 AWG)	एनेमल तांबा (6 AWG)
वोल्टेज बाध्यता	0 kV	2.5-15 kV
अधिकतम सर्ज संभालन	200 kA (एकल मार्ग)	40-50 kA (प्रति मार्ग)
संक्षारण प्रतिरोध	मध्यम	उच्च (क्लास H एनेमल)

निरंतर धारा और अस्थायी अतिभार स्थितियों दोनों को ध्यान में रखते हुए चालक का उचित आकार निर्धारित करना आवश्यक है। एनेमल इन्सुलेशन 15 kV/mm तक की परावैद्युत शक्ति प्रदान करता है, जिससे वितरित निर्वहन मार्गों के माध्यम से समतुल्य आघात ऊर्जा को प्रबंधित करने के लिए छोटे अनुप्रस्थ काट का उपयोग संभव होता है।

चयनित रूप से इन्सुलेटेड एनेमल तार का उपयोग करके ग्राउंड लूप और हस्तक्षेप को कम करना

ग्राउंडिंग नेटवर्क में इन्सुलेशन ब्रेक के रणनीतिक उपयोग से आपस में जुड़े सिस्टम के बीच परिसंचरण धाराओं को रोका जाता है। डेटा केंद्र के अर्थिंग अनुप्रयोगों में किए गए क्षेत्र परीक्षणों में दर्शाया गया है कि एनेमल तार का उपयोग करने वाले संकर विन्यास पूर्णतः बंधे बेयर कंडक्टरों की तुलना में विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को 54% तक कम कर देते हैं। यह चयनित अलगाव समविभव बॉन्डिंग को बनाए रखता है, जबकि हार्मोनिक फीडबैक लूप को अवरुद्ध करता है।

केस अध्ययन: संवेदनशील सुविधा ग्राउंडिंग अनुप्रयोगों में एनेमल तार का उपयोग

संकर चालक समाधानों का उपयोग करके डेटा केंद्रों में ग्राउंडिंग इलेक्ट्रोड सिस्टम डिजाइन

आधुनिक डेटा केंद्रों को अर्थिंग प्रणालियों की आवश्यकता होती है जो ANSI/TIA-942 मानकों के अनुसार लगभग 2 ओम के आसपास कम प्रतिरोध स्तर प्रदान करते हैं, साथ ही सर्ज के खिलाफ अच्छी सुरक्षा भी देते हैं। 2023 में बड़े पैमाने पर सुविधाओं पर किए गए अनुसंधान ने संकर अर्थिंग दृष्टिकोण के बारे में एक दिलचस्प बात दिखाई। जब इंजीनियरों ने प्रणाली के ऊर्ध्वाधर भागों के लिए एनामल तांबे को क्षैतिज खंडों के लिए सामान्य बेले तांबे के साथ जोड़ा, तो पारंपरिक सभी बेले तांबे की व्यवस्था की तुलना में विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप में लगभग 40% की कमी देखी गई। इसके इतना अच्छा काम करने का कारण एनामल कोटिंग की कम से कम 50 kV प्रति मिलीमीटर की उल्लेखनीय परावैद्युत शक्ति है। इससे पड़ोसी चालकों के बीच विद्युत रिसाव नहीं होता है, और तांबे की चालकता में भी ज्यादा कमी नहीं आती है, लगभग 98.5% दक्षता बनाए रखते हुए। एक और बड़ा लाभ यह है कि ये संकर प्रणाली विभिन्न सामग्रियों के मिलने वाले संयोजन बिंदुओं पर गैल्वेनिक संक्षारण की समस्याओं को कैसे संभालती हैं। वर्षों से डेटा केंद्र के बुनियादी ढांचे में विफलताओं के लिए इस तरह के संक्षारण को जिम्मेदार माना गया है।

उच्च विश्वसनीयता वाली अर्थिंग प्रणालियों में एनामल तार का क्षेत्र प्रदर्शन

तेल रिफाइनरियों जैसे कठोर वातावरण में, एनामल तार ने पांच वर्ष की सेवा अवधि के दौरान 99.2% अपटाइम प्रदर्शित किया है (इंडस्ट्रियल सेफ्टी जर्नल, 2022)। क्षरणकारक मिट्टी में इसके इन्सुलेशन के कारण महत्वपूर्ण लाभ मिलते हैं:

1. pH प्रतिरोध 4.5 से 9.2 तक
2. आर्द्रता अवशोषण 95% सापेक्ष आर्द्रता पर <0.1%
3. दोष के दौरान 180°C तक तापीय स्थिरता

46 दूरसंचार स्थलों पर परीक्षण से पता चला कि 10,000 सर्ज घटनाओं के बाद भी एनामल चालक <5 mΩ प्रतिरोध अंतर बनाए रखते हैं, जो आयु के मामले में पॉलिमर-लेपित विकल्पों से 27% बेहतर है। बिजली के झटकों के डिज़ाइन करते समय इंजीनियरों को 100 kA से अधिक के लिए तार के 15-20% अधिक तापीय द्रव्यमान को ध्यान में रखना चाहिए।

LPS डिज़ाइन में एनामल तार के लिए सर्वोत्तम प्रथाएं और भविष्य के रुझान

बिजली सुरक्षा अर्थिंग अनुप्रयोगों में एनामल तार का उपयोग कब करें

एलपीएस में एनामल तार तब आदर्श होता है जब नियंत्रित धारा पथ आवश्यक होते हैं। निम्नलिखित परिदृश्यों में इसका उपयोग करें:

• संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ इंटरफ़ेस
• नमी या क्षरणकारक रसायनों के संपर्क में आना
• आसन्न घटकों से विद्युत अलगाव की आवश्यकताएँ

उदाहरण के लिए, डेटा केंद्र अक्सर ग्राउंड लूप से बचने के लिए एनामल चालक को एम्बेड करते हैं, जबकि सर्ज अवशोषण क्षमता को बरकरार रखते हैं। 3-5 kV/mm की विशिष्ट परावैद्युत ताकत के साथ, इन्सुलेशन संक्रमणकालीन ओवरवोल्टेज के दौरान अखंडता सुनिश्चित करता है।

उच्च सर्ज और उच्च आवृत्ति वाले वातावरण के लिए एनामल इन्सुलेशन में उन्नयन

नए पॉलिमर-आधारित एनामल सूत्र 100 kA/μs से अधिक की सर्ज धारा को बिना खंडन के सहन कर सकते हैं। 2024 एल्युमीनियम एनामल वायर मार्केट रिपोर्ट ड्यूल-लेयर पॉलिएमाइड-इमाइड कोटिंग्स की उपलब्धि दर्शाती है:

संपत्ति	पारंपरिक	उन्नत कोटिंग
सर्ज प्रतिरोध	25 kV	40 kV
आवृत्ति रेंज	≤ 1 MHz	≤ 10 MHz

ये सुधार 5G बुनियादी ढांचे और अर्धचालक निर्माण में LPS के तैनाती का समर्थन करते हैं, जहां उच्च-आवृत्ति ट्रांज़िएंट प्रचलित हैं।

आधुनिक LPS चालक चयन में चालकता, निरोधन और लागत का संतुलन

इन पर विचार करके एनेमल वायर के उपयोग को अनुकूलित करें:

1. सामग्री अर्थशास्त्र : अधिकतम चालकता (5.96×10⁷ S/m) के लिए तांबा चुनें या लागत-संवेदनशील परियोजनाओं के लिए एल्युमीनियम
2. आंशिक निरोधन : इलेक्ट्रोड-मिट्टी इंटरफेस पर बेलोड़ चालक और उपकरणों के निकट एनेमल खंडों का उपयोग करें
3. आजीवन लागत अनुमान : जंगरोधी निरोधन से होने वाली दीर्घकालिक रखरखाव बचत को ध्यान में रखें

उन क्षेत्रों में एनेमल विविधताओं को प्राथमिकता दें जहां मिट्टी की कवर की मोटाई 300 mm से कम हो या जहां अनावश्यक धारा हस्तक्षेप 50 mA/m² से अधिक हो।

विद्युत प्रणालियों में एनामल तार पर अतिरिक्त अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

एनामल तारों का उपयोग आमतौर पर किस लिए किया जाता है?

एनामल तारों का उपयोग मुख्य रूप से छोटे मोटरों, ट्रांसफार्मरों और प्रेरकों में उनकी उत्कृष्ट स्थान दक्षता और लघु परिपथ को रोकने की क्षमता के कारण किया जाता है। इनका उपयोग बिजली सुरक्षा प्रणालियों में भी बढ़ती मात्रा में किया जा रहा है।

एनामल तार, सामान्य तार से कैसे भिन्न होता है?

एनामल तार पर रोधक आवरण की एक पतली परत होती है जो इसकी परावैद्युत शक्ति में वृद्धि करती है और मोड़ों के बीच विद्युत लघु परिपथ को रोकती है, जो आम तौर पर सामान्य तारों में मौजूद नहीं होती है।

बिजली सुरक्षा प्रणालियों में एनामल तारों के लिए तांबे को क्यों प्राथमिकता दी जाती है?

तांबे को इसकी उत्कृष्ट विद्युत चालकता और आभासी धाराओं को प्रभावी ढंग से संभालने की क्षमता के कारण प्राथमिकता दी जाती है, जिससे प्रतिरोधक तापन के जोखिम कम होते हैं और विद्युत आवेग के दौरान प्रणाली की विश्वसनीयता में सुधार होता है।

भू-संपर्क प्रणालियों में एनामल तार के उपयोग के क्या लाभ हैं?

एनामेल वायर ग्राउंड लूप की समस्याओं को कम करने में सहायता करता है, उत्कृष्ट परावैद्युत शक्ति प्रदान करता है और विद्युत रिसाव को रोकता है, जिससे ग्राउंडिंग प्रणालियों की दक्षता में सुधार होता है जबकि संपर्कता बनी रहती है।

एनामेल वायर प्रौद्योगिकी में कौन से अद्यतन हो रहे हैं?

हाल की प्रगति में ड्यूल-लेयर एनामेल कोटिंग्स का विकास शामिल है जो उच्च आवेग धाराओं और विस्तृत आवृत्ति सीमा का सामना कर सकती हैं, जिससे उन्हें उच्च-आवेग और उच्च-आवृत्ति वाले वातावरण के लिए उपयुक्त बनाया जा सके।