उच्च वोल्टेज बिजली प्रणालियों में जीआईएस के मुख्य लाभ क्या हैं?

उच्च वोल्टेज बिजली प्रणालियों में जीआईएस के मुख्य लाभ क्या हैं?

एक पारंपरिक वायु इन्सुलेटेड उप-केंद्र (एआईएस) 220 केवी पर लगभग 5,000 से 8,000 वर्ग मीटर के क्षेत्रफल को घेरता है। उसी वोल्टेज स्तर पर एक गैस इन्सुलेटेड स्विचगियर (जीआईएस) उप-केंद्र केवल 500 से 1,200 वर्ग मीटर में समायोजित हो जाता है—जो कि 85% या अधिक कम क्षेत्रफल है। यह एकमात्र आँकड़ा शहरों, समुद्री प्लेटफ़ॉर्मों, जलविद्युत गुफाओं और उन सभी स्थानों पर जीआईएस के अपनाए जाने का मुख्य कारण है, जहाँ भूमि की लागत या स्थान की सीमाएँ एआईएस को अव्यावहारिक बना देती हैं। किंतु क्षेत्रफल कम करना केवल सबसे दृश्यमान लाभ है।

विद्युतरोधी माध्यम: क्यों एसएफ6 सब कुछ बदल देता है

वायुमंडलीय दबाव पर वायु की पारद्युत शक्ति लगभग 3 किलोवोल्ट/मिमी होती है। सल्फर हेक्साफ्लुओराइड (SF₆) 4–6 बार गेज दबाव पर 25–30 किलोवोल्ट/मिमी प्राप्त करती है—जो लगभग 8–10 गुना अधिक है। इसी कारण 145 किलोवोल्ट GIS सर्किट ब्रेकर एक घरेलू गर्म पानी के हीटर के व्यास के बराबर आकार के आवरण में समायोजित हो जाता है, जबकि समतुल्य AIS ब्रेकर के लिए चरण-से-चरण स्पष्टता 1.5 मीटर और चरण-से-भूमि स्पष्टता 1.3 मीटर की आवश्यकता होती है।

SF₆ अणु रासायनिक रूप से निष्क्रिय, गैर-विषैला और 500°C तक ऊष्मीय रूप से स्थिर होता है। इसकी चाप-शमन क्षमता वायु की तुलना में लगभग 100 गुना अधिक है, क्योंकि SF₆ 2,000 K से अधिक चाप तापमान पर विघटित होकर प्रतिक्रियाशील प्रजातियों में बदल जाता है, जो इलेक्ट्रॉनों को अवशोषित करती हैं और धारा शून्य के बाद तीव्रता से पुनः संयोजित हो जाती हैं, जिससे 2–3 चक्रों के भीतर 63 किलोएम्पियर से अधिक दोष धाराओं का अंतरण संभव हो जाता है। प्रत्येक अंतरण के बाद गैस स्वतः पुनर्स्थापित हो जाती है—तेल के विपरीत, जो कार्बनीकृत हो जाता है और सीमित संख्या में दोष अंतरणों के बाद प्रतिस्थापन की आवश्यकता रखता है।

एसएफ₆ के चारों ओर पर्यावरणीय चिंता इसकी वैश्विक उष्मीय क्षमता से संबंधित है, जो १०० वर्ष की समय सीमा में सीओ₂ की तुलना में लगभग २३,५०० गुना अधिक है। आधुनिक जीआईएस डिज़ाइन इस समस्या का समाधान सील्ड-फॉर-लाइफ गैस कम्पार्टमेंट्स के माध्यम से करते हैं, जिनकी रिसाव दर प्रति कम्पार्टमेंट प्रति वर्ष ०.१% से कम होती है—जो आईईसी ६२२७१-२०३ द्वारा निर्दिष्ट अधिकतम ०.५% से काफी कम है। एकीकृत घनत्व मॉनिटर एससीएडीए इंटरफ़ेस के माध्यम से वास्तविक समय में गैस दबाव की रिपोर्ट करते हैं और किसी भी रिसाव के प्रवृत्ति के बारे में ऑपरेटरों को चेतावनी देते हैं, जिससे पहले कि वह अलार्म थ्रेशोल्ड के निकट पहुँचे।

रखरखाव अंतराल और जीवन चक्र लागत

एआईएस की नियमित सफाई की आवश्यकता होती है, विशेष रूप से तटीय, औद्योगिक या मरुस्थलीय वातावरण में, जहाँ नमक, चालक धूल या रेत के जमा होने से रिसाव दूरी कम हो जाती है और फ्लैशओवर का खतरा बढ़ जाता है। जीआईएस के बसबार और ब्रेकर पूरी तरह से संलग्न होते हैं—दूषण इन्सुलेशन सतहों तक पहुँच ही नहीं सकता। इससे रखरखाव का अंतराल वार्षिक एआईएस निरीक्षण से बढ़कर 5–10 वर्ष के जीआईएस निरीक्षण तक हो जाता है, जो सर्किट ब्रेकर और डिस्कनेक्टर द्वारा संचित यांत्रिक संचालनों की संख्या पर निर्भर करता है।

जीआईएस और एआईएस के बीच जीवन चक्र लागत की तुलना वोल्टेज स्तर और स्थान के साथ बदलती है। शहरी वातावरण में 72.5 केवी से 145 केवी तक के स्तर पर, भूमि लागत, सिविल कार्य और रखरखाव श्रम को शामिल करने पर, जीआईएस की लागत एआईएस के समान होने में 8–12 वर्ष लगते हैं। 245 केवी और उससे अधिक के स्तर पर, केवल भूमि की बचत ही अक्सर शहर के केंद्र में ऐसे अनुप्रयोगों में जीआईएस को कम प्रारंभिक लागत विकल्प बना देती है, जहाँ भूमि की कीमत 500 डॉलर प्रति वर्ग मीटर से अधिक होती है।

मॉड्यूलर निर्माण और कारखाने में परीक्षण

जीआईएस को कारखाने में असेम्बल किए गए, कारखाने में परीक्षणित बे के रूप में डिलीवर किया जाता है। एक पूर्ण १४५ केवी डबल-बस सिंगल-ब्रेकर बे—जिसमें सर्किट ब्रेकर, दो डिस्कनेक्टर्स, एक अर्थिंग स्विच, करंट ट्रांसफॉर्मर्स और वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर्स शामिल हैं—को २–३ परिवहन इकाइयों में भेजा जाता है और ऑन-साइट असेम्बली फ्लैंज्ड एसएफ₆ गैस कम्पार्टमेंट्स को जोड़कर और प्लग-इन नियंत्रण केबल कनेक्टर्स को लगाकर की जाती है। ऑन-साइट सिविल कार्यों में एक समतल कंक्रीट पैड और एक ग्राउंडिंग ग्रिड शामिल है; कोई स्टील सपोर्ट स्ट्रक्चर, कोई पोस्ट इन्सुलेटर्स और कोई ओवरहेड बसबार सिस्टम नहीं है।

एक पूर्ण बे का कारखाने में परीक्षण—जिसमें उच्च वोल्टेज सहनशीलता, आईईसी 62271-203 के अनुसार 5 पीसी (पिकोकूलॉम्ब) से कम आंशिक डिस्चार्ज मापन और यांत्रिक स्थायित्व परीक्षण शामिल हैं—उन साइट पर चालू करने के जोखिमों को समाप्त कर देता है जो एआईएस परियोजना चालू करने में होने वाली देरी का 30–40% हिस्सा हैं। एक जीआईएस बे जो कारखाने में आंशिक डिस्चार्ज परीक्षण में 2 पीसी से कम के साथ पास हो जाता है, आमतौर पर स्थापना के बाद अप्राप्य पीडी स्तर दिखाता है, बशर्ते साइट पर गैस हैंडलिंग प्रक्रियाओं का सही ढंग से पालन किया जाए।

उदाहरण: शहरी उप-केंद्र एक वाणिज्यिक भवन के नीचे फिट होता है

एक शहरी क्षेत्र की सेवा करने वाली उपयोगिता, जिसकी जनसंख्या घनत्व 12,000 निवासियों प्रति वर्ग किलोमीटर है, को शहर के केंद्र में एक नई 220/66 केवी उप-केंद्र की आवश्यकता थी। उपलब्ध एकमात्र स्थल एक नियोजित मिश्रित उपयोग वाणिज्यिक टावर का भूमितल था। एक पारंपरिक एआईएस के लिए 6,000 वर्ग मीटर की आवश्यकता होती—जो उपलब्ध भूमितल के क्षेत्रफल से तीन गुना से अधिक है। एक 220 केवी जीआईएस समाधान, जिसे 8 फीडर बे और 2 ट्रांसफॉर्मर बे के साथ डबल-बस व्यवस्था में कॉन्फ़िगर किया गया था, सभी शक्ति ट्रांसफॉर्मर, नियंत्रण कक्ष और सहायक प्रणालियों सहित केवल 800 वर्ग मीटर में फिट हो गया। जीआईएस उपकरण, जो एक एकीकृत विद्युत उपकरण निर्माता द्वारा आपूर्ति किए गए थे, को 6 बे असेंबलियों में कारखाने में परीक्षणित किया गया था और इसे 14 सप्ताहों में स्थापित किया गया—जो एआईएस निर्माण के साथ संभव नहीं था।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

क्या जीआईएस का बाहरी स्थापना के लिए उपयुक्त है?

हाँ। बाहरी GIS आवरणों को IP65-दर्जा प्राप्त नियंत्रण कैबिनेटों और संक्षारण-प्रतिरोधी एल्युमीनियम मिश्र धातु के आवरणों के साथ मौसम-प्रतिरोधी बनाया जाता है। बाहरी GIS के लिए किसी इमारत की आवश्यकता समाप्त हो जाती है, जिससे नागरिक निर्माण लागत और अधिक कम हो जाती है, और यह ७२.५–१४५ केवी श्रेणी में सामान्य है।

रखरखाव के दौरान SF₆ गैस का क्या प्रबंधन किया जाता है?

गैस कक्ष को खोलने वाले रखरखाव में गैस पुनर्प्राप्ति कार्ट का उपयोग किया जाता है, जो SF₆ को भंडारण सिलेंडरों में निकालते हैं, इसे विघटन उत्पादों से मुक्त करने के लिए फ़िल्टर करते हैं, और रखरखाव के बाद इसे कक्ष में वापस कर देते हैं। उचित रूप से किए गए रखरखाव प्रक्रिया में SF₆ को वातावरण में नहीं छोड़ा जाता है।

यदि SF₆ का रिसाव हो जाए, तो क्या होता है?

बे घनत्व निगरानी उपकरण पहले दहलीज पर, आमतौर पर नाममात्र भरण घनत्व के ९०% पर, कम दबाव की चेतावनी देता है। ८५% पर, लॉकआउट सर्किट ब्रेकर या डिस्कनेक्टर के संचालन को रोक देता है, ताकि कमजोर विद्युत रोधन के साथ संचालन से बचा जा सके। ऑपरेटरों को लॉकआउट की सीमा तक पहुँचने से पहले रिसाव का पता लगाने और उसकी मरम्मत करने के लिए भेजा जाता है।

क्या जीआईएस को प्रारंभिक स्थापना के बाद विस्तारित किया जा सकता है?

हाँ। मॉड्यूलर बे डिज़ाइन के कारण नए बे असेंबलियों को मौजूदा बसबार के समीप जोड़कर विस्तार किया जा सकता है, और विस्तार बसबार खंडों को एक नियोजित अवरोध के दौरान स्थापित किया जाता है। भविष्य के विस्तार पोर्ट्स आमतौर पर प्रारंभिक परियोजना के दौरान निर्दिष्ट किए जाते हैं ताकि बाद में विस्तार को सरल बनाया जा सके।

भूकंपीय प्रदर्शन के संदर्भ में जीआईएस की तुलना एआईएस से कैसे की जाती है?

जीआईएस का प्रदर्शन काफी बेहतर होता है, क्योंकि इसका कम गुरुत्वाकर्षण केंद्र—पूरी असेंबली ३ मीटर से कम ऊँची होती है—इसे एआईएस के पोस्ट इन्सुलेटरों की तुलना में स्वतः ही अधिक स्थिर बनाता है, जो ५–६ मीटर तक पहुँच सकते हैं। भूकंपीय क्षेत्रों में जीआईएस मानक है, जहाँ एआईएस के लिए महंगी आधार अलगाव प्रणाली की आवश्यकता होती है।

एक पूर्ण जीआईएस उप-केंद्र कहाँ से प्राप्त किया जा सकता है?

एकीकृत विद्युत उपकरण निर्माता, जो पूर्ण उप-केंद्र पैकेज—ट्रांसफॉर्मर, स्विचगियर, सुरक्षा और एससीएडीए—प्रदान करते हैं, टर्नकी जीआईएस समाधान प्रदान करते हैं। लियाओनिंग साइनोटेक ग्रुप जैसी कंपनियाँ अपनी उप-केंद्र उत्पाद लाइन के हिस्से के रूप में ७२.५ केवी से २४५ केवी तक की जीआईएस प्रदान करती हैं।