सबस्टेशनों पर पोर्सिलेन इंसुलेटर का भूकंपीय प्रदर्शन

सबस्टेशनों पर पोर्सिलेन इंसुलेटर का भूकंपीय प्रदर्शन पोर्सिलेन इंसुलेटर एक सदी से भी अधिक समय से अपनी कठोरता के कारण बिजली प्रणालियों का एक अभिन्न अंग रहे हैं, जो सबस्टेशन उपकरणों में घटकों के संरेखण को सुनिश्चित करता है। इसके अलावा, हाल के वर्षों में सबस्टेशनों पर ऐसे इंसुलेटरों को प्रभावित करने वाली भूकंपीय घटनाओं को समझने में काफी प्रगति हुई है। इन घटनाओं से उत्पन्न गुंजयमान आवृत्तियाँ अत्यधिक गतिशील ताकतों का कारण बन सकती हैं और, अपने वजन और भंगुर प्रकृति के कारण, चीनी मिट्टी के बरतन विनाशकारी हार्मोनिक आवृत्तियों के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं। लेकिन अच्छे डिजाइन अभ्यास, उन्नत सामग्री और आधुनिक विनिर्माण विधियों के साथ, चीनी मिट्टी के बरतन इंसुलेटर अभी भी भूकंपीय सेवा वातावरण में इन्सुलेशन का एक भरोसेमंद रूप साबित हो सकते हैं। ऐसे गतिशील बलों के तहत उपकरण डिजाइन में सामग्री की विशेषताएं एक प्रमुख भूमिका निभाती हैं और, जबकि स्टील और एल्यूमीनियम लचीले होते हैं और अनुमानित ताकत प्रदान करते हैं, चीनी मिट्टी के बरतन गैर-लचीला होते हैं और ताकत में काफी भिन्न हो सकते हैं। इसलिए पोर्सिलेन इंसुलेटर के भूकंपीय प्रदर्शन को अधिकतम ताकत और वजन कम करके बढ़ाया जा सकता है। इन दिनों यह भी बेहतर समझा जाता है कि इंसुलेटर एक जटिल सरणी में एक घटक है जो सबस्टेशन में पाए जाने वाले किसी भी उपकरण को बनाता है। इसलिए, संपूर्ण डिवाइस का मूल्यांकन करने की आवश्यकता है. उदाहरण के लिए, इंसुलेटर अक्सर कंक्रीट या स्टील संरचनाओं पर लगाए जाते हैं और वास्तविक उपकरण को सहारा देते हैं जबकि झाड़ियाँ आमतौर पर उपकरण के शीर्ष पर पाई जाती हैं। इसलिए इनपुट आवृत्तियों पर उपकरण और उसके उप-घटकों की प्रतिक्रिया इन और अन्य कारकों पर निर्भर करेगी। जब उपकरण के एक टुकड़े की प्राकृतिक आवृत्ति इनपुट आवृत्ति से निकटता से मेल खाती है, तो प्रतिध्वनि उत्पन्न होती है, जिससे परिणामी गतिशील गति और त्वरण प्रतिक्रिया बढ़ जाती है। आवश्यक प्रतिक्रिया स्पेक्ट्रम (आरआरएस) विशिष्ट भूकंपीय घटनाओं में आयाम, आवृत्तियों और ऊर्जा का अनुकरण करता है। 1.1 से 8 हर्ट्ज़ प्राकृतिक आवृत्तियों वाले उपकरण आरआरएस में सबसे अधिक कवर किए गए हैं।

विशिष्ट प्रकार के उच्च वोल्टेज उपकरणों में कई विशेषताएं होती हैं जो उन्हें भूकंपीय इनपुट के प्रति अधिक संवेदनशील बनाती हैं। लंबे और भारी होने के कारण, वे आमतौर पर भूकंपीय घटनाओं में पाए जाने वाली प्राकृतिक आवृत्ति के निचले स्तर को प्रदर्शित करते हैं। जब दो वस्तुएं एक ही प्राकृतिक आवृत्ति पर कंपन करती हैं, तो बढ़ी हुई गति देखी जाती है और बड़े ब्रैकट भार को प्रेरित करती है। सिरेमिक सामग्री की ताकत और कमजोरी की तुलना में एक इन्सुलेटर पर लगने वाली ताकतों को समझना एक महत्वपूर्ण पहला कदम है। इन्सुलेटर मैकेनिकल रेटिंग में शामिल हैं: a. कैंटिलीवर/झुकने वाले क्षण; बी। मरोड़; सी। तनाव; और डी. संपीड़न. ब्रैकट भार कोर व्यास और इस प्रकार वजन निर्धारित करते हैं।

कहा पे: डी - कोर व्यास; एफ - आवश्यक ताकत (न्यूनतम टूटना भार); एल - लंबाई; चीनी मिट्टी के बरतन की विशिष्ट शक्ति. सिरेमिक सामग्रियों में उच्च संपीड़न रेटिंग और कम तनाव रेटिंग होती है। झुकने वाले क्षण संपीड़न और तनाव तनाव को प्रेरित करते हैं और तन्य तनाव इन्सुलेटर ऊंचाई की लीवर क्रिया द्वारा बढ़ जाता है (जैसा कि चित्र में है)।

चित्र. 1.

अधिक बल और/या लम्बे इंसुलेटर के साथ झुकने के क्षण बढ़ जाते हैं (चित्र के अनुसार. 2)। गतिशील गति के मामले में, बल निम्न पर आधारित होता है: 1. इन्सुलेटर द्रव्यमान और इन्सुलेटर के ऊपर लगा द्रव्यमान; और 2. भूकंपीय घटना के कारण त्वरण।

चित्र. 2.

यह सुनिश्चित करने के लिए डिज़ाइन में बदलाव करने की कोशिश करना कि उपकरण की प्राकृतिक आवृत्ति का एक टुकड़ा भूकंपीय घटना की आवृत्ति से बाहर रहे, अक्सर संभव नहीं होता है। चूंकि भूकंपीय घटना के दौरान उपकरण में लगने वाले बल/ऊर्जा की गणना करते समय वजन एक महत्वपूर्ण कारक होता है, इसलिए चुनौती डिजाइन को अनुकूलित करने और वजन के अनुपात में ताकत को अधिकतम करने की होती है।

वजन में कमी

दी गई ताकत के चीनी मिट्टी के इंसुलेटर के वजन को कम करने के तरीके मौजूद हैं। सबसे पहले, इंसुलेटर को आदर्श रूप से आवश्यकता के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किया जाना चाहिए। इसके अलावा, सेक्शन की लंबाई अधिकतम करने से मल्टी-स्टैक इंसुलेटर पर वजन कम करने में मदद मिलती है। निर्माताओं के पास ऐसी सामग्री के विकल्प भी हैं जो उच्च मजबूती प्रदान करते हैं और सख्त गुणवत्ता आश्वासन मानकों को बनाए रखने से समग्र ताकत में और वृद्धि हो सकती है।

डिज़ाइन का अनुकूलन　

एक इन्सुलेटर के डिज़ाइन को भूकंपीय परिस्थितियों में इसके अनुप्रयोग को ध्यान में रखना आवश्यक है। अक्सर, सबस्टेशनों पर उपयोग किए जाने वाले इंसुलेटर विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में प्रदर्शन करने के उद्देश्य से मानक डिज़ाइन पर आधारित होते हैं। एक उदाहरण एक समान बेलनाकार कोर वाला एक इन्सुलेटर है जिसे सीधा लगाया जा सकता है लेकिन नीचे लटकाए जाने पर यह काफी भारी होता है। जबकि एचवी अनुप्रयोगों में टेपर्ड इंसुलेटर का तेजी से उपयोग किया जा रहा है, इष्टतम टेपर का निर्धारण करना महत्वपूर्ण है। जब उपकरण के किसी भी टुकड़े को भूकंपीय परिस्थितियों में आवेदन के लिए माना जाता है, तो संपूर्ण इकट्ठे और माउंट किए गए ढांचे का मूल्यांकन लागू सॉफ्टवेयर का उपयोग करके किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, परिमित तत्व विश्लेषण (एफईए) किसी भी कॉन्फ़िगरेशन में उच्च तनाव वाले क्षेत्रों की पहचान करेगा। कम तनाव वाले क्षेत्रों की भी पहचान की जाएगी। उपकरण डिजाइनर/सलाहकार को इंसुलेटर निर्माता के साथ मिलकर काम करना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि सभी क्षेत्रों में समान सुरक्षा मार्जिन हो। वास्तव में, इन्सुलेटर के साथ दिए गए स्थानों पर ताकत में सभी इष्टतम वृद्धि और कमी की पूरी तरह से पहचान करने में कई पुनरावृत्तियों की आवश्यकता हो सकती है। जब भी निचले तनाव वाले क्षेत्रों की पहचान की जाती है और उनका उपचार किया जाता है, तो उस क्षेत्र में वजन कम किया जा सकता है और शीर्ष वर्गों में वजन कम करने से निचले वर्गों में आवश्यक ताकत कम हो सकती है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप कम द्रव्यमान, द्रव्यमान के कारण कम गति और कम समग्र तनाव होता है। बड़े सबस्टेशन उपकरणों के लिए शेकर टेबल परीक्षण की लागत बहुत महंगी है। एक सक्षम भूकंपीय विशेषज्ञ द्वारा गहन मूल्यांकन पुनः परीक्षण की आवश्यकता से बचकर ऐसी लागतों को नियंत्रित कर सकता है। किसी भी उपकरण में इंसुलेटर का स्थान भी मौलिक रूप से महत्वपूर्ण है। कई मामलों में, इंसुलेटर उपकरण के भारी टुकड़ों को सहारा देते हैं। यदि उपकरण को शीर्ष के पास द्रव्यमान के संदर्भ में अधिक कॉम्पैक्ट बनाया जाता है, तो बहुत कम झुकने वाला तनाव होता है

चित्र. 3.

यदि उपकरण में गुरुत्वाकर्षण का उच्च केंद्र है और द्रव्यमान इन्सुलेटर के ठीक ऊपर स्थित है, तो शीर्ष फिटिंग बहुत अधिक झुकने वाले तनाव के अधीन होगी और इस शीर्ष भाग के लिए अधिक मजबूत डिजाइन आवश्यक होगा। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, उदाहरण के लिए, इन्सुलेटर का शीर्ष अधिकतम झुकने वाले भार के 50% के अधीन है।

चित्र. 4.

इन्सुलेटर के शीर्ष पर द्रव्यमान का झुकाव प्रभाव सबसे अधिक होता है। उदाहरण के लिए, पूरी तरह से विस्तारित मस्तूल के साथ खुली स्थिति में एयर ब्रेक स्विच के मामले में, इन्सुलेटर के शीर्ष पर उच्च झुकने वाले क्षण होते हैं (चित्र देखें . 5)।

चित्र. 5: 500 केवी स्विच, मस्तूल खुला।

एक विशिष्ट 500 केवी एयर ब्रेक स्विच को एक संरचना पर 4.6 मीटर ऊपर लगाया जाता है और खुली स्थिति में स्विच 9.75 मीटर हो सकता है, यानी जमीनी स्तर से मस्तूल के शीर्ष तक कुल दूरी 14.35 मीटर है। एक इन्सुलेटर के शीर्ष पर आवश्यक ताकत का अनुकूलन एक महत्वपूर्ण सामग्री कटौती क्षेत्र साबित हो सकता है क्योंकि वजन में कमी वह जगह है जहां द्रव्यमान झुकने वाले क्षण से सबसे दूर होता है।

शेडवेट

शेड प्रोफाइल क्रीपेज दूरी बढ़ाने का एक साधन है, फिर भी शेड एक इन्सुलेटर में वजन का योगदान करते हैं। अतीत में, शेड आमतौर पर कोर पर 19 मिमी तक के होते थे और सिरे पर 12 मिमी तक पतले हो जाते थे। बेहतर सामग्री विज्ञान के साथ, शेड का आकार कम किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप शेड के वजन में 20% की कमी हो सकती है।

कम किए गए अनुभाग

इंसुलेटर एक साथ बोल्ट किए गए एकल या एकाधिक खंडों से बने होते हैं। इंसुलेटर आमतौर पर 750 केवी बीआईएल तक एकल टुकड़ा निर्माण होते हैं। हाई वोल्टेज इंसुलेटर वोल्टेज स्तर के आधार पर कई खंडों से बने हो सकते हैं। तनाव सांद्रता उन जोड़ों पर पाई जाती है जहां कच्चे लोहे की फिटिंग को चीनी मिट्टी के बरतन पर सीमेंट किया जाता है। केंद्रित तनाव के स्तर के कारण फिटिंग में चीनी मिट्टी के बरतन का व्यास बढ़ जाता है। अनुभागों की संख्या कम करने से उच्च तनाव वाले स्थानों के साथ-साथ अतिरिक्त फिटिंग का वजन भी कम हो जाएगा (चित्र देखें. 6)।

चित्र. 6.

सामग्री

पोर्सिलेन इंसुलेटर तकनीकी सिरेमिक हैं जिनमें काओलिन, एल्यूमिना, फेल्डस्पार और सिलिका (क्वार्ट्ज) का मिश्रण होता है। आईईसी 60672-3 तीन मुख्य प्रकारों को संदर्भित करता है: सी-110, सी-120 और सी-130। सी-110 को क्वार्ट्ज पोर्सिलेन के रूप में जाना जाता है जबकि सी-120 और सी-130 एल्यूमिना पोर्सिलेन हैं। सी-120 में 20%-30% एल्यूमिना होता है जबकि सी-130 में सामान्यतः 30% से अधिक एल्यूमिना होता है। ताकत में वृद्धि वजन के अनुपात में उच्चतम ताकत में तब्दील हो जाती है। तालिका 1 में दिखाए गए शक्ति मान न्यूनतम हैं और इन्हें बहुत अधिक बढ़ाया जा सकता है। न्यूनतम स्तर से अधिक के सी-130 क्ले से निर्मित इंसुलेटर वजन में 40% तक की कमी प्रदान कर सकते हैं।

तालिका 1: आईईसी 60672-3 1984

उत्पादन प्रक्रिया

मिट्टी की सामग्रियों के निर्माण में परिणामी भौतिक शक्तियों की स्वाभाविक रूप से विस्तृत श्रृंखला होती है। इस तरह की भिन्नता एक बैच के भीतर या बैचों के बीच हो सकती है। लगातार शरीर की ताकत हासिल करना मुश्किल है, खासकर अगर प्रक्रियाओं को कसकर नियंत्रित नहीं किया जाता है। वास्तव में, यह प्रदर्शित किया गया है कि सिरेमिक सामग्रियों की ताकत में 35% से अधिक मानक विचलन हो सकता है। विचलन जितना बड़ा होगा, निर्दिष्ट यांत्रिक भार (एसएमएल) को पूरा करना सुनिश्चित करने के लिए इंसुलेटर का डिज़ाइन उतना ही भारी होगा। मानक विचलन को कम करने से किसी भी निर्माता के डिज़ाइन मापदंडों का वजन सीधे कम हो जाता है। उदाहरण के लिए, 10 केएन और एसटीडी के एसएमएल के साथ इन्सुलेटर का डिज़ाइन। देव. 3.5 kN का मतलब है कि डिज़ाइन ऐसा होना चाहिए कि औसत 17 kN हो। दूसरी ओर, यदि एसटीडी. देव. केवल 1 kN है, डिज़ाइन औसतन 12 kN पर आधारित हो सकता है। इसके परिणामस्वरूप इंसुलेटर वजन में लगभग 40% की कमी हो सकती है (चित्र 7 और 8 देखें)।

चित्र. 7: बड़ा मानक विचलन।

चित्र. 8: छोटा मानक विचलन।

शरीर की ताकत में भिन्नता के संभावित कारणों को बेहतर ढंग से समझने के लिए, चीनी मिट्टी के बरतन इंसुलेटर का उत्पादन कैसे किया जाता है, इसके बारे में अधिक जानना आवश्यक है। कई का निर्माण गीली या प्लास्टिक विधि द्वारा किया जाता है, जिसके तहत मिट्टी के व्यंजनों को मापा जाता है और आधार सामग्री बनाने के लिए पानी के साथ मिलाया जाता है, जिसे स्लिप कहा जाता है। एक बॉल मिल उचित कण आकार सुनिश्चित करने के लिए स्लिप को पीसती है और इसमें लगभग 50% पानी होता है। फिर मिट्टी में पाए जाने वाले प्राकृतिक संदूषकों, चाहे वे कार्बनिक हों या लौह, को हटाने के लिए स्लिप को फ़िल्टर किया जाता है। फिर स्लिप को लगभग 22% नमी पर फिल्टर केक में दबाया जाता है और इन्हें काटकर ब्लॉकों में निकाल दिया जाता है। अंत में, बेलनाकार रिक्त स्थान या पग बाहर निकाले जाते हैं। 5 से 6 सप्ताह की अवधि में, रिक्त स्थान को पलट दिया जाता है और 1% से कम नमी की मात्रा तक सुखाया जाता है। शरीर की लगातार ताकत बनाए रखने के लिए, तैयार उत्पाद तक पहुंचने वाले इन सभी चरणों को भी लगातार प्रबंधित किया जाना चाहिए। कण आकार, रासायनिक संरचना, फिल्टर केक की जल सामग्री, रिक्त स्थान की कठोरता और सुखाने की तकनीक सभी शरीर की ताकत की भविष्यवाणी निर्धारित करेंगे। गीली मिट्टी को सुखाने के कई चरण - फिल्टर केक को दबाने से लेकर फायरिंग के लिए इंसुलेटर तैयार करने वाले ड्रायर के उपयोग तक - चीनी मिट्टी के इंसुलेटर के लिए प्रमुख उत्पादन चरण हैं, शायद सुखाने में सबसे महत्वपूर्ण है गीली मिट्टी को 18% नमी सामग्री से 1% से कम तक ले जाना। ऐसा इसलिए है क्योंकि पतले शेड और मोटे कोर को एक ही दर से सूखने की आवश्यकता होती है, भले ही अपेक्षाकृत पतले शेड से पानी निकलने की संभावना अधिक होती है। किसी इंसुलेटर को धीरे-धीरे सुखाने में 6 सप्ताह तक का समय लग सकता है और कई निर्माताओं के पास इसे सुनिश्चित करने के लिए उचित नियंत्रण होते हैं। अभी भी कुशल कर्मचारी और विस्तार पर निरंतर ध्यान आवश्यक है।

प्लास्टिक/गीली प्रक्रिया द्वारा बनाए गए पोर्सिलेन इंसुलेटर को मोड़ना (दाएं फोटो) और सुखाना।

पोर्सिलेन इंसुलेटर के लिए एक वैकल्पिक विनिर्माण विधि विकसित की गई है और ऊपर चर्चा की गई सुखाने की प्रक्रिया में कई चरणों को समाप्त कर दिया गया है। प्रस्तावित एक महत्वपूर्ण लाभ कहीं अधिक सुसंगत प्रक्रिया है जो भौतिक ताकत में संभावित भिन्नता के जोखिम को कम करने में मदद करती है। यह विधि, जिसे आइसोस्टैटिक कहा जाता है, स्लिप को बारीक पाउडर में सुखाने से शुरू होती है, जिसे बाद में सूखे सिलेंडर में बड़े बल के साथ दबाया जाता है। अंतर्निहित लाभ अपेक्षाकृत कम समय में सूखे बेलनाकार रिक्त स्थान का उत्पादन करने में सक्षम होना है। वास्तव में, आइसोस्टैटिक विधि का उपयोग करके उत्पादित इंसुलेटर का उत्पादन समय दो सप्ताह से कम होता है जबकि गीले/प्लास्टिक उत्पादन के लिए 6 या अधिक सप्ताह की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, मोड़ को सूखा कर किया जाता है। यह गीले बने प्रोफाइलों से सूखे/फायरिंग के लिए तैयार अवस्था में सिकुड़न को समाप्त करता है और सख्त सहनशीलता में परिणत होता है। सूखे दबाए गए रिक्त स्थान में कोई विशेष अनाज अभिविन्यास नहीं होता है, जैसा कि गीले निकाले गए रिक्त स्थान में पाया जाता है। चूंकि गीले शरीर को एक्सट्रूडर गले के माध्यम से बाहर निकाला जाता है, मिट्टी और एक्सट्रूडर दीवार के बीच घर्षण के कारण दीवारों के साथ मिट्टी का प्रवाह बहुत धीमा हो सकता है। रिक्त स्थान के अंदर, कतरनी होगी जिससे आंतरिक तनाव पैदा होगा, जिससे भट्ठे में विफलता हो सकती है और यांत्रिक शक्ति कम हो सकती है। इस पर निर्भर करते हुए कि रिक्त स्थान में इंसुलेटर कहां से आता है, ये कतरनी क्षेत्र सतह के निकट समाप्त हो सकते हैं। एक उल्लेखनीय विशेषता वह ऊँट है जो सूखने पर चीनी मिट्टी के इन्सुलेटर के रूप में बनती है।

निष्कर्ष

भूकंपीय सेवा शर्तों के तहत चीनी मिट्टी के इंसुलेटर के प्रदर्शन में सुधार मुख्य रूप से वजन घटाने के तरीकों के माध्यम से संभव है। उच्च शक्ति सामग्री का उपयोग करके विशिष्ट वास्तविक अनुप्रयोग के आधार पर डिज़ाइन को अनुकूलित करने के साथ-साथ एक सुसंगत विनिर्माण प्रक्रिया को बनाए रखने से सर्वोत्तम प्रदर्शन सुनिश्चित होगा।