अधिकतम विश्वसनीयता के लिए सबस्टेशन की डिजाइन कैसे करें?

उपकेंद्र डिज़ाइन के मूल सिद्धांत और उपकरण चयन

विश्वसनीय उपकेंद्र नियोजन के लिए इंजीनियरिंग सिद्धांत

अच्छी सबस्टेशन योजना की शुरुआत विद्युत भारों का आकलन करने और सबसे पहले त्रुटि स्तरों का पता लगाने से होती है। ये अध्ययन इंजीनियरों को बताते हैं कि उन्हें किस प्रकार के उपकरण निर्दिष्ट करने चाहिए और संरक्षण प्रणालियों को उचित ढंग से कैसे स्थापित करना चाहिए। सबस्टेशन के डिजाइन के दौरान, इंजीनियरों को वर्तमान मांग पर विचार करना चाहिए, लेकिन यह भी योजना बनानी चाहिए कि समय के साथ भार में वृद्धि कैसे होगी। त्रुटि के दौरान प्रणाली की स्थिरता एक और बड़ी चिंता का विषय है, इसलिए इस पर सावधानीपूर्वक विचार करने की आवश्यकता होती है। सही वोल्टेज स्तरों का चयन करना भी महत्वपूर्ण है। उन्हें ट्रांसमिशन पक्ष पर पहले से मौजूद चीजों के अनुरूप होना चाहिए और भविष्य में विस्तार के लिए जगह छोड़नी चाहिए। यांत्रिक डिजाइन पर्यावरणीय कारकों को भी नजरअंदाज नहीं कर सकते। भूकंप जैसी चीजें और यह बात कि तकनीशियन वास्तव में रखरखाव जांच के लिए अंदर जा सकते हैं या नहीं, यह सुनिश्चित करने के महत्वपूर्ण हिस्से हैं कि सब कुछ वर्षों तक विश्वसनीय ढंग से चले। अधिकांश अनुभवी योजनाकार जानते हैं कि आरंभ में पैसे बचाने का प्रयास अक्सर विफल हो जाता है, अगर इसका तात्पर्य विश्वसनीयता पर समझौता करना है। आखिरकार, किसी को यह नहीं चाहिए कि डिजाइन चरण में कोने काटने के कारण उनकी रोशनी बंद हो जाए।

GIS बनाम AIS: पर्यावरणीय और संचालन विश्वसनीयता के लिए सही सबस्टेशन प्रकार का चयन

गैस इन्सुलेटेड स्विचगियर (GIS) और एयर इन्सुलेटेड स्विचगियर (AIS) के बीच चयन करना केवल एक और तकनीकी निर्णय नहीं है—यह पर्यावरणीय प्रभाव से लेकर उपकरणों के दिन-प्रतिदिन विश्वसनीय तरीके से चलने तक सब कुछ प्रभावित करता है। GIS पारंपरिक विकल्पों की तुलना में बहुत कम जगह लेता है, जो शहरों या उन स्थानों के लिए उचित है जहां अतिरिक्त जगह का अभाव होता है। ये प्रणालियाँ कठोर परिस्थितियों के खिलाफ भी बेहतर ढंग से टिकती हैं और बहुत कम बार रखरखाव की आवश्यकता होती है, हालाँकि इनकी प्रारंभिक लागत अधिक होती है। दूसरी ओर, जहाँ बजट सबसे महत्वपूर्ण होता है और पर्याप्त जगह उपलब्ध होती है, वहाँ AIS अभी भी अच्छा काम करता है। तकनीशियन नियमित जाँच और मरम्मत के लिए इन प्रणालियों में बहुत आसानी से पहुँच सकते हैं, और स्थापना लागत समग्र रूप से कम रहती है। अधिकांश इंजीनियर उन परियोजनाओं के लिए GIS का चयन करते हैं जो घनी आबादी वाले क्षेत्रों या संरक्षित पारिस्थितिक तंत्र के पास स्थित होती हैं, जहाँ विश्वसनीयता का महत्व केवल स्प्रेडशीट पर अंकों से कहीं अधिक होता है।

महत्वपूर्ण उपकरण चयन: ट्रांसफार्मर, सर्किट ब्रेकर और स्विचगियर की विश्वसनीयता पर प्रभाव

ट्रांसफॉर्मर मूल रूप से उपकेंद्रों का मुख्य घटक होते हैं, इसलिए इंजीनियरों को उनकी क्षमता रेटिंग, वोल्टेज परिवर्तन अनुपात और ऊष्मा अपव्यय को संभालने की क्षमता जैसी चीजों पर गहन ध्यान देने की आवश्यकता होती है। सही ट्रांसफॉर्मर का चयन करने का निर्णय वास्तव में यह निर्धारित करता है कि किस प्रकार की नींव का निर्माण किया जाए और किन अग्नि सुरक्षा सावधानियों को अपनाया जाए, जो अंततः पूरी प्रणाली की विश्वसनीयता को प्रभावित करता है। परिपथ ब्रेकरों के लिए, उनका उचित आकार चुनना सुनिश्चित करता है कि वे अधिकतम दोष धाराओं को सुरक्षित रूप से काट सकें और समस्याओं की त्वरित पहचान तथा उनके अलगाव की अनुमति भी दे सकें जब वे उत्पन्न होती हैं। आज के स्विचगियर उपकरण में अंतर्निहित सुरक्षा रिले और नियंत्रण तंत्र होते हैं जो विफलताओं को पूरे विद्युत प्रणाली में फैलने से रोकने के लिए समन्वय करते हैं। स्थापित उद्योग दिशानिर्देशों का पालन करने से यह सुनिश्चित होता है कि नियमित संचालन और अप्रत्याशित उछाल दोनों के लिए इन सभी घटकों का उचित आयामन किया गया है, जिससे उपकरणों की आयु बढ़ती है और बिजली ग्रिड को स्थिर रखा जा सकता है, चाहे सब कुछ सुचारु रूप से चल रहा हो या कहीं न कहीं कोई खराबी हो रही हो।

इष्टतम उपस्टेशन लेआउट और विद्युत कॉन्फ़िगरेशन

पहुंच, रखरखाव और सुरक्षा दूरी के लिए रणनीतिक लेआउट डिजाइन

उपकेंद्रों की व्यवस्था कैसे की जाती है, इसका उनकी विश्वसनीयता पर बहुत प्रभाव पड़ता है, खासकर उपकरणों तक पहुँच, रखरखाव कार्य को कुशलता से करने और सभी आवश्यक सुरक्षा आवश्यकताओं को पूरा करने जैसी बातों के संदर्भ में। उपकरणों की स्थापना करते समय इंजीनियरों को केवल इसलिए नहीं, बल्कि इसलिए भी IEEE और IEC क्लीयरेंस दिशानिर्देशों का पालन करना चाहिए क्योंकि वास्तविक लोगों को सुरक्षित रूप से काम करने और निरीक्षण ठीक से करने के लिए स्थान की आवश्यकता होती है। आम नियम यह है कि प्रत्येक उपकरण के चारों ओर कम से कम 1.5 मीटर की मुक्त जगह रखी जाए ताकि कर्मचारी अपने उपकरणों के साथ आराम से घूम सकें। लेकिन इसके लिए केवल भौतिक स्थान ही नहीं बल्कि स्विचिंग संचालन के दौरान होने वाले संभावित उछाल को भी ध्यान में रखते हुए सुरक्षा मार्जिन की आवश्यकता होती है। 2024 की हालिया उद्योग रिपोर्टों को देखने पर पता चलता है कि उचित दूरी के अभ्यास से उन घनघोर व्यवस्थाओं की तुलना में दोष फैलने के जोखिम में लगभग एक तिहाई की कमी आती है, जहाँ सब कुछ एक साथ ठूँस दिया गया होता है। इन व्यवस्थाओं की योजना बनाते समय ध्यान में रखने के लिए कई महत्वपूर्ण कारक हैं, जिनमें शामिल हैं...

• बुशिंग और कनेक्शन का दृश्य निरीक्षण करने की अनुमति देने के लिए उपकरणों की व्यवस्था
• आपातकालीन प्रतिक्रिया वाहनों के लिए समर्पित पहुँच मार्ग
• लाइव कार्य परमिटिंग प्रक्रियाओं का समर्थन करने हेतु अलगाव क्षेत्र

बसबार और वितरण व्यवस्था: अतिरिक्तता और दोष सहिष्णुता सुनिश्चित करना

बसबार विन्यास सिस्टम उपलब्धता को काफी प्रभावित करता है—डबल बस व्यवस्था 99.85% के मुकाबले 99.98% उपलब्धता प्रदान करती है। अतिरिक्त विन्यास बिना सेवा बाधा के रखरखाव की अनुमति देते हैं और खंडीकरण के माध्यम से दोष के प्रभाव को सीमित करते हैं। आधुनिक डिज़ाइन में शामिल हैं:

• महत्वपूर्ण भार के लिए मुख्य और ट्रांसफर बस व्यवस्था
• निर्बाध आपूर्ति बनाए रखने के लिए स्वचालित बस ट्रांसफर योजनाएँ
• प्रतिवर्ती घटनाओं के कारण एक साथ विफलता को रोकने के लिए समानांतर बस रन के बीच भौतिक अलगाव

विफलता के प्रसार को रोकने के लिए प्राथमिक और माध्यमिक सर्किट का अलगाव

प्राथमिक शक्ति परिपथों और द्वितीयक नियंत्रण प्रणालियों के बीच भौतिक और विद्युत अलगाव विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप और दोष स्थानांतरण को रोकता है। आईईसी 61850-3 वोल्टेज वर्ग के आधार पर न्यूनतम अलगाव दूरी की मांग करता है, जिसमें 400kV स्थापनाओं के लिए प्राथमिक और द्वितीयक केबल ट्रे के बीच 4 मीटर के अलगाव की आवश्यकता होती है। प्रभावी रणनीतियों में शामिल हैं:

• सुरक्षा परिपथों के लिए समर्पित केबल मार्ग
• महत्वपूर्ण संकेतों के लिए शील्डेड नियंत्रण वायरिंग
• ग्राउंड स्तर वृद्धि के स्थानांतरण से बचने के लिए अलग ग्राउंडिंग प्रणाली

अतिवोल्टेज सुरक्षा, विद्युतरोधन और बिजली सुरक्षा

स्थानांतरित झटकों को सहने के लिए अतिवोल्टेज और विद्युतरोधन समन्वय का प्रबंधन

प्रभावी अत्यधिक वोल्टता सुरक्षा विद्युत रोधन समन्वय पर निर्भर करती है—उपकरणों की रोधन शक्ति को अपेक्षित वोल्टता भार के अनुरूप ढालना। आकाशीय बिजली या स्विचिंग संचालन के कारण अकस्मात उत्पन्न वोल्टता लहरें सामान्य संचालन वोल्टता के 6–8 गुना तक पहुँच सकती हैं, जिसके कारण दृढ़ सुरक्षा उपायों की आवश्यकता होती है। आगमन धारा रोधक और अन्य सुरक्षा उपकरणों को रोधन विफलता से पहले कार्य करना चाहिए, ताकि विघटन के दौरान उपस्थान की अखंडता बनी रहे।

उपकरण सुरक्षा के लिए परावैद्युत समन्वय और विद्युत रिक्तता मानक

डाइलेक्ट्रिक समन्वय के बारे में बात करते समय, हम मूल रूप से उचित वायु अंतराल के साथ-साथ सही इन्सुलेशन स्तर का चयन करने की बात कर रहे हैं ताकि कहीं भी आर्किंग न हो या कुछ भी क्षतिग्रस्त न हो। उद्योग मानक जैसे IEC 60071 यहाँ काफी अच्छे मार्गदर्शन प्रदान करते हैं, विशेष रूप से उनके द्वारा 'बेसिक इम्पल्स लेवल' या BIL कही जाने वाली चीज़ के संबंध में, साथ ही वोल्टेज रेटिंग और उपकरण की वास्तविक स्थिति जैसे कारकों के आधार पर घटकों के बीच अनुशंसित दूरी के बारे में। इस समन्वय को सही ढंग से करने का अर्थ है सुनिश्चित करना कि भागों के बीच वायु अंतराल और वास्तविक ठोस इन्सुलेशन सामग्री न केवल दैनिक वोल्टेज को संभाल सकें बल्कि समय-समय पर होने वाली अनियमित वोल्टेज चोटियों को भी सहन कर सकें। उचित व्यवस्था के बिना, एक छोटी सी विफलता भविष्य में बड़ी समस्याओं का कारण बन सकती है, जिससे कोई भी निपटना नहीं चाहता जब चीजें पहले से ही गर्म चल रही हों।

तड़ित सुरक्षा प्रणाली: प्रत्यक्ष प्रहार से सुरक्षा के लिए मस्तूल और ओवरहेड ग्राउंड तार

अधिकांश बिजली गिरने से सुरक्षा व्यवस्था महत्वपूर्ण विद्युत उपकरणों के चारों ओर सुरक्षा क्षेत्र बनाने के लिए ऊँचे मस्तूलों और उन ओवरहेड ग्राउंड वायर्स (OHGW) का उपयोग करती है। इंजीनियर आमतौर पर इन घटकों को रणनीतिक रूप से लगाते समय 'रोल्ड स्फियर विधि' का उपयोग करते हैं, ताकि बिजली के सीधे प्रहार को ट्रांसफार्मर या स्विचगियर पैनल जैसे संवेदनशील उपकरणों तक पहुँचने से पहले ही पकड़ा जा सके। उचित ग्राउंडिंग भी बहुत आवश्यक है - आमतौर पर स्थल की स्थिति के आधार पर लगभग 200 से 300 मीटर की दूरी पर स्थापित की जाती है। यह व्यवस्था विशाल सर्ज ऊर्जा को सुरक्षित ढंग से जमीन में प्रवाहित कर देती है, बजाय इसके कि यह बुनियादी ढांचे को नुकसान पहुँचाए। आईईईई दिशानिर्देशों के अनुसार निर्मित प्रणालियाँ आमतौर पर उत्कृष्ट सुरक्षा स्तर प्रदान करती हैं, जो क्षेत्र के अनुभव के अनुसार अधिकांश मामलों में सीधे प्रहार की संभावना को लगभग 95% या उससे अधिक कम कर देती है।

सुरक्षा और स्थिरता के लिए ग्राउंडिंग प्रणाली का डिज़ाइन

खराबी के दौरान प्रणाली की स्थिरता बनाए रखने के लिए प्रभावी अर्थिंग डिज़ाइन

उपकेंद्रों को विश्वसनीय ढंग से चलाए रखने के लिए अच्छी अर्थिंग प्रणाली वास्तव में महत्वपूर्ण है। मूल रूप से, ये पृथ्वी के माध्यम से कम प्रतिबाधा वाले मार्ग बनाकर दोष धाराओं को सुरक्षित जगह देते हैं। अधिकांश इंजीनियर भू-प्रतिरोध को 5 ओम से कम रखने का लक्ष्य रखते हैं क्योंकि इससे धारा को उचित ढंग से फैलाने में मदद मिलती है और साइट पर खतरनाक वोल्टेज अंतर कम हो जाता है। मुख्य घटकों में आमतौर पर तांबे के चालक होते हैं जो किसी भी दोष धारा को संभाल सकते हैं, साथ ही अंतर्संबद्ध ग्रिड जो यह सुनिश्चित करते हैं कि सभी चीजें समान विद्युत क्षमता पर बनी रहें। सभी धातु भागों को आपस में जोड़ना भी न भूलें। जब इसे सही तरीके से किया जाता है, तो ये प्रणाली तब सुरक्षित रहती हैं जब कुछ गलत होता है, महंगे उपकरणों की रक्षा करती हैं और आपातकाल के दौरान सर्किट ब्रेकर और अन्य सुरक्षा उपकरणों को अपने उद्देश्य के अनुसार काम करने में मदद करती हैं।

कर्मचारी सुरक्षा: रखरखाव और दोष की स्थिति के दौरान अर्थिंग प्रथाएँ

उचित अर्थिंग प्रथाएं श्रमिकों की रक्षा करती हैं जब वे रखरखाव कर रहे हों या विद्युत दोषों से निपट रहे हों। उपकरणों पर काम शुरू करने से पहले, जो बंद कर दिए गए हों, सबसे पहले अस्थायी सुरक्षात्मक अर्थिंग लगाई जानी चाहिए। इससे एक समान विभव क्षेत्र बनता है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि यदि कुछ गलती से फिर से लाइव हो जाए, तो किसी को झटका न लगे। जब सिस्टम में दोष होते हैं, तो उचित अर्थिंग उन खतरनाक वोल्टेज को पर्याप्त रूप से कम रखती है कि लोग जमीन को छूने या विभिन्न बिंदुओं के बीच कदम रखने पर भी उन्हें महसूस नहीं कर पाते। राष्ट्रीय विद्युत नियमानुसार, उपकरणों को आपस में बॉन्ड करने, अर्थ प्रतिरोध की नियमित जांच करने और यह सुनिश्चित करने के लिए कि समय के साथ सभी निरीक्षण होते रहें ताकि श्रमिक सुरक्षित रहें, इस संबंध में कई तरह के नियम हैं।

त्वरित दोष प्रबंधन के लिए सुरक्षा प्रणाली और स्विचगियर

त्वरित दोष का पता लगाने और अलग करने के लिए विश्वसनीय स्विचगियर और सुरक्षा रिले

उपकेंद्रों की विश्वसनीयता वास्तव में उन उन्नत सुरक्षा प्रणालियों पर निर्भर करती है जो कुछ ही मिलीसेकंड में दोषों का पता लगाकर उन्हें काट सकती हैं। आज के स्विचगियर डिजिटल रिले के साथ-साथ विभिन्न सेंसरों को एक साथ लाते हैं, जो अतिधारा की स्थिति या ग्राउंड फॉल्ट जैसी समस्याओं को घटित होते ही पकड़ लेते हैं। सामान्यतः इस पूरी प्रक्रिया में तीन मुख्य चरण होते हैं—पहले रिले द्वारा कुछ गड़बड़ी का पता लगाया जाता है, फिर सर्किट ब्रेकर घटनाक्रम को बाधित करने में कूदता है, और अंत में विशिष्ट उपकरणों के माध्यम से प्रभावित क्षेत्र को अलग कर दिया जाता है। इस सबको इतना प्रभावी बनाने वाली बात है चयनात्मक समन्वय (सिलेक्टिव कोऑर्डिनेशन), जिसका अर्थ यह है कि केवल उस समस्या के निकट स्थित उपकरण ही प्रतिक्रिया करता है, जिससे बिजली का प्रवाह अन्य स्थानों पर बिना रुकावट के जारी रहता है। इस दृष्टिकोण से उपकरणों को होने वाली संभावित क्षति और बंद होने के समय (डाउनटाइम) दोनों को कम किया जाता है। इन प्रणालियों पर काम कर रहे इंजीनियरों के लिए रिले और ब्रेकर के लिए सही विनिर्देशों का चयन करना बहुत महत्वपूर्ण है—उन्हें वोल्टेज स्तर, धारा संभालने की क्षमता और नेटवर्क में लघुपथ क्षमता के संदर्भ में प्रणाली की मांगों के साथ सब कुछ सही ढंग से संरेखित करने की आवश्यकता होती है ताकि सब कुछ सुचारु रूप से काम कर सके।

उच्च लघु-परिपथ धारा की स्थितियों में सर्किट ब्रेकर का प्रदर्शन

अच्छे सर्किट ब्रेकर को बड़ी त्रुटि धाराओं को रोकना चाहिए, बिना किसी गड़बड़ी के। जब डिब्बे के अंदर बहुत अधिक गर्मी होती है, तो ये उपकरण गंभीर विद्युत चुम्बकीय बलों और प्रमुख तापीय तनाव का सामना करते हैं जो इन्हें तेजी से क्षतिग्रस्त कर सकते हैं। नए मॉडल अक्सर वैक्यूम तकनीक या SF6 गैस का उपयोग करते हैं क्योंकि वे त्रुटि के बाद विद्युत आर्क को बुझाने और त्वरित रूप से विद्युतरोधन बहाल करने में बेहतर काम करते हैं। अधिकांश मध्यम वोल्टेज प्रणालियों के लिए, हम 40 से 63 किलोएम्पियर के बीच विच्छेदन क्षमता की तलाश कर रहे हैं, जिसमें साफ करने का समय आमतौर पर 3 से 5 चक्र लगता है। निर्माता आंतरिक आर्क के लिए विशेष वर्गीकरण भी बनाते हैं, साथ ही दबाव राहत सुविधाएं जो खतरनाक फ्लैशओवर को सीमित रखती हैं और उपकरणों के पूरी तरह से फटने से रोकती हैं। ब्रेकर पर सही रेटिंग प्राप्त करना भी आवश्यक है क्योंकि यह शक्ति प्रणालियों को स्थिर रखने और डाउनस्ट्रीम जुड़े सभी उपकरणों को क्षति से बचाने में मदद करता है।

शिखर भार और अतिधारा परिदृश्यों के लिए घटकों का आकार निर्धारित करना

उच्च बिजली मांग और अप्रत्याशित दोषों के समय सही आकार के घटक प्राप्त करना बहुत महत्वपूर्ण होता है। प्रणालियों के डिज़ाइन के दौरान, इंजीनियरों को यह निर्धारित करना होता है कि अधिकतम संभावित भार क्या होगा, लघुपथन संख्याओं की जाँच करनी होती है, और फिर स्विचगियर व सुरक्षा उपकरण चुनने से पहले संभावित दोष धाराओं की गणना करनी होती है जो इस सभी भार को सहन कर सकें। अतिधारा रिले के बीच समन्वय तब सबसे अच्छा काम करता है जब समय-धारा वक्रों (TCCs) पर विचार किया जाता है, जिससे अनावश्यक ट्रिपिंग रोकी जा सके और समस्याओं को पर्याप्त तेज़ी से दूर किया जा सके ताकि प्रणाली सुचारु रूप से काम करती रहे। भविष्य की आवश्यकताओं को भी न भूलें। घटकों में बढ़ती मांग के साथ बढ़ने के लिए पर्याप्त स्थान होना चाहिए, और यह यह भी सुनिश्चित करना चाहिए कि वे ठीक से काम करें, भले ही उन्हें गर्म या ऊँचाई वाले स्थानों पर स्थापित किया गया हो जहाँ प्रदर्शन प्राकृतिक रूप से कम हो जाता है। उचित आकार निर्धारण केवल पेपर पर विनिर्देशों को पूरा करने के बारे में नहीं है। इससे प्रणालियों में विफलताओं के प्रति अधिक मजबूती आती है, बाद में होने वाली महंगी मरम्मत कम होती है, और आम तौर पर उपकरणों का जीवनकाल बढ़ जाता है।

सामान्य प्रश्न

उपकेंद्रों में जीआईएस और एआईएस के बीच क्या अंतर है?

जीआईएस (गैस इन्सुलेटेड स्विचगियर) कम स्थान घेरता है और शहरी क्षेत्रों में प्राथमिकता दी जाती है, जबकि एआईएस (एयर इन्सुलेटेड स्विचगियर) अधिक किफायती और रखरखाव में आसान है लेकिन अधिक स्थान की आवश्यकता होती है।

उपकेंद्र भू-तारण (ग्राउंडिंग) क्यों महत्वपूर्ण है?

ग्राउंडिंग उपकरणों और कर्मचारियों की सुरक्षा करती है जो दोष धाराओं को सुरक्षित ढंग से भूमि में विघटित करके और लघु परिपथ की घटनाओं के दौरान प्रणाली की स्थिरता बनाए रखकर सुरक्षा प्रदान करती है।

उपकेंद्रों के लिए ट्रांसफार्मर का चयन करते समय कौन से कारकों पर विचार किया जाता है?

इंजीनियर ट्रांसफार्मर को प्रणाली की विश्वसनीयता आवश्यकताओं के अनुरूप सुनिश्चित करने के लिए क्षमता रेटिंग, वोल्टेज रूपांतरण अनुपात और ऊष्मा अपव्यय पर विचार करते हैं।

उपकेंद्रों में बिजली सुरक्षा प्रणाली कैसे काम करती है?

बिजली सुरक्षा मीनारों और ऊपरी भू-तारों पर निर्भर करती है जो प्रहार ऊर्जा को सुरक्षित ढंग से भूमि में प्रेषित करके संवेदनशील उपकरणों को क्षति से बचाती है।