कई तरह के केबल उपलब्ध हैं – सही केबल का चुनाव कैसे करें? — (पावर केबल संस्करण)

विद्युत डिजाइन और स्थापना में केबल का चयन एक महत्वपूर्ण चरण है। गलत चयन से सुरक्षा संबंधी खतरे (जैसे अत्यधिक गर्मी या आग लगना), अत्यधिक वोल्टेज ड्रॉप, उपकरण क्षति या सिस्टम की कम दक्षता जैसी समस्याएं उत्पन्न हो सकती हैं। केबल का चयन करते समय निम्नलिखित मुख्य कारकों पर विचार करें:

1. मुख्य विद्युत पैरामीटर

(1) कंडक्टर का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल:

धारा वहन क्षमता: यह सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर है। केबल को सर्किट की अधिकतम निरंतर परिचालन धारा को उसके अनुमेय परिचालन तापमान से अधिक हुए बिना वहन करने में सक्षम होना चाहिए। प्रासंगिक मानकों (जैसे IEC 60287, NEC, GB/T 16895.15) में दी गई एम्पेसिटी तालिकाओं को देखें।

वोल्टेज में कमी: केबल से प्रवाहित होने वाली धारा के कारण वोल्टेज में कमी आती है। अत्यधिक लंबाई या अपर्याप्त अनुप्रस्थ काट के कारण लोड सिरे पर वोल्टेज कम हो सकता है, जिससे उपकरण के संचालन (विशेषकर मोटर के चालू होने) पर असर पड़ सकता है। विद्युत स्रोत से लोड तक कुल वोल्टेज में कमी की गणना करें और सुनिश्चित करें कि यह अनुमेय सीमा के भीतर हो (आमतौर पर प्रकाश व्यवस्था के लिए ≤3% और बिजली के लिए ≤5%)।

शॉर्ट सर्किट सहन क्षमता: सुरक्षा उपकरण के सक्रिय होने से पहले केबल को सिस्टम में संभव अधिकतम शॉर्ट सर्किट करंट को बिना किसी ऊष्मीय क्षति के सहन करना होगा (ऊष्मीय स्थिरता जांच)। बड़े अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल की सहन क्षमता अधिक होती है।

(2) रेटेड वोल्टेज:

केबल का रेटेड वोल्टेज (जैसे, 0.6/1kV, 8.7/15kV) सिस्टम के नॉमिनल वोल्टेज (जैसे, 380V, 10kV) और किसी भी संभावित अधिकतम ऑपरेटिंग वोल्टेज से कम नहीं होना चाहिए। सिस्टम वोल्टेज में उतार-चढ़ाव और ओवरवोल्टेज की स्थितियों का ध्यान रखें।

(3) चालक सामग्री:

तांबा: उच्च चालकता (~58 एमएस/मीटर), प्रबल धारा वहन क्षमता, अच्छी यांत्रिक शक्ति, उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध, जोड़ों को आसानी से संभालने की सुविधा, उच्च लागत। सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला तांबा।

एल्युमीनियम: कम चालकता (~35 एमएस/मीटर), समान क्षमता प्राप्त करने के लिए बड़े अनुप्रस्थ काट की आवश्यकता होती है, हल्का वजन, कम लागत, लेकिन कम यांत्रिक शक्ति, ऑक्सीकरण के प्रति संवेदनशील, जोड़ों के लिए विशेष उपकरणों और एंटीऑक्सीडेंट यौगिक की आवश्यकता होती है। अक्सर बड़े अनुप्रस्थ काट वाली ओवरहेड लाइनों या विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है।

2. स्थापना का वातावरण और शर्तें

(1) स्थापना विधि:

हवा में: केबल ट्रे, सीढ़ियाँ, डक्ट, पाइप, दीवारों के साथ सतह पर लगे उपकरण आदि। ऊष्मा अपव्यय की विभिन्न स्थितियाँ एम्पेसिटी को प्रभावित करती हैं (घने इंस्टॉलेशन के लिए डीरेटिंग आवश्यक है)।

भूमिगत: सीधे जमीन में गाड़कर या पाइप के माध्यम से बिछाकर बिछाया जा सकता है। मिट्टी की ऊष्मीय प्रतिरोधकता, गाड़ने की गहराई और अन्य ऊष्मा स्रोतों (जैसे भाप पाइपलाइन) से निकटता जैसे कारकों पर विचार करें। मिट्टी की नमी और संक्षारणशीलता आवरण के चयन को प्रभावित करती हैं।

पानी के अंदर: इसके लिए विशेष जलरोधी संरचनाओं (जैसे, सीसा आवरण, एकीकृत जल-अवरोधक परत) और यांत्रिक सुरक्षा की आवश्यकता होती है।

विशेष स्थापना: ऊर्ध्वाधर मार्ग (स्वयं के भार को ध्यान में रखते हुए), केबल ट्रेंच/सुरंगें आदि।

(2) परिवेश तापमान:

परिवेश का तापमान केबल की ऊष्मा अपव्यय को सीधे प्रभावित करता है। मानक एम्पेसिटी सारणी संदर्भ तापमानों (जैसे, हवा में 30°C, मिट्टी में 20°C) पर आधारित होती हैं। यदि वास्तविक तापमान संदर्भ तापमान से अधिक हो जाता है, तो एम्पेसिटी को समायोजित (घटाया) जाना आवश्यक है। उच्च तापमान वाले वातावरणों (जैसे, बॉयलर कक्ष, उष्णकटिबंधीय जलवायु) में विशेष ध्यान दें।

(3) अन्य केबलों से निकटता:

घनी केबल स्थापना से परस्पर तापन और तापमान में वृद्धि होती है। समानांतर रूप से स्थापित कई केबलों (विशेषकर बिना किसी अंतराल के या एक ही पाइप में) की रेटिंग उनकी संख्या और व्यवस्था (स्पर्शित/अस्पष्ट) के आधार पर कम की जानी चाहिए।

(4) यांत्रिक तनाव:

तन्यता भार: ऊर्ध्वाधर स्थापनाओं या लंबी दूरी तक खींचने के लिए, केबल के स्व-भार और खींचने वाले तनाव पर विचार करें; पर्याप्त तन्यता शक्ति वाले केबल चुनें (उदाहरण के लिए, स्टील वायर आर्मर्ड)।

दबाव/प्रभाव: सीधे जमीन में दबे केबल सतह पर चलने वाले यातायात के भार और खुदाई के जोखिमों को सहन करने में सक्षम होने चाहिए; ट्रे पर लगे केबल दब सकते हैं। आर्मरिंग (स्टील टेप, स्टील वायर) मजबूत यांत्रिक सुरक्षा प्रदान करती है।

केबल को स्थापित करते समय और घुमाते समय, इन्सुलेशन और शीथ को नुकसान से बचाने के लिए केबल को मोड़ने की त्रिज्या अनुमत न्यूनतम से कम नहीं होनी चाहिए।

(5) पर्यावरणीय खतरे:

रासायनिक संक्षारण: रासायनिक संयंत्रों, अपशिष्ट जल संयंत्रों, तटीय खारे कोहरे वाले क्षेत्रों में संक्षारण-प्रतिरोधी आवरण (जैसे, पीवीसी, एलएसजेडएच, पीई) और/या बाहरी परतों की आवश्यकता होती है। अधात्विक कवच (जैसे, ग्लास फाइबर) की भी आवश्यकता हो सकती है।

तेल संदूषण: तेल डिपो, मशीनिंग कार्यशालाओं को तेल-प्रतिरोधी आवरणों (जैसे, विशेष पीवीसी, सीपीई, सीएसपी) की आवश्यकता होती है।

यूवी किरणों का प्रभाव: बाहरी वातावरण में रखे जाने वाले केबलों के लिए यूवी-प्रतिरोधी आवरण (जैसे, काला पीई, विशेष पीवीसी) की आवश्यकता होती है।

चूहे/दीमक: कुछ क्षेत्रों में चूहे/दीमक-रोधी केबलों की आवश्यकता होती है (विकर्षक पदार्थों से युक्त आवरण, कठोर जैकेट, धातु कवच)।

नमी/जलमग्नता: नम या जलमग्न वातावरण में अच्छी नमी/जल-अवरोधक संरचनाओं (जैसे, रेडियल जल-अवरोधक, धातु आवरण) की आवश्यकता होती है।

विस्फोटक वातावरण: खतरनाक क्षेत्र विस्फोट-रोधी आवश्यकताओं को पूरा करना आवश्यक है (जैसे, ज्वाला-रोधी, LSZH, खनिज इन्सुलेटेड केबल)।

3. केबल संरचना और सामग्री चयन

(1) इन्सुलेशन सामग्री:

क्रॉस-लिंक्ड पॉलीइथिलीन (XLPE)उत्कृष्ट उच्च तापमान प्रदर्शन (90°C), उच्च एम्पेसिटी, अच्छे डाइइलेक्ट्रिक गुण, रासायनिक प्रतिरोध और अच्छी यांत्रिक मजबूती। मध्यम/निम्न वोल्टेज पावर केबलों के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। पहली पसंद।

पॉलीविनाइल क्लोराइड (PVC): कम लागत, परिपक्व प्रक्रिया, अच्छी ज्वाला मंदता, कम परिचालन तापमान (70°C), कम तापमान पर भंगुर, जलने पर जहरीली हैलोजन गैसें और घना धुआं उत्सर्जित करता है। अभी भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है लेकिन इस पर प्रतिबंध बढ़ता जा रहा है।

एथिलीन प्रोपलीन रबर (ईपीआर): इसमें अच्छी लचीलता, मौसम, ओजोन और रासायनिक प्रतिरोध होता है, यह उच्च परिचालन तापमान (90°C) पर काम करता है, और इसका उपयोग मोबाइल उपकरण, समुद्री और खनन केबलों में किया जाता है। हालांकि, इसकी लागत अधिक होती है।

अन्य: सिलिकॉन रबर (>180°C), खनिज इन्सुलेटेड (MI – मैग्नीशियम ऑक्साइड इन्सुलेशन के साथ तांबा कंडक्टर, उत्कृष्ट अग्नि प्रदर्शन) विशेष अनुप्रयोगों के लिए।

(2) आवरण सामग्री:

पीवीसी: अच्छी यांत्रिक सुरक्षा, अग्निरोधी, कम लागत, व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इसमें हैलोजन होता है, जलने पर जहरीला धुआं निकलता है।

पीई: उत्कृष्ट नमी और रासायनिक प्रतिरोध, सीधे जमीन में गाड़े जाने वाले केबल के बाहरी आवरणों के लिए सामान्य। कम अग्निरोधी क्षमता।

लो स्मोक जीरो हैलोजन (LSZH / LS0H / LSF)कम धुआं, गैर-विषाक्त (हैलोजन एसिड गैसों से मुक्त), जलने के दौरान उच्च प्रकाश संचरण। सार्वजनिक स्थानों (सबवे, मॉल, अस्पताल, ऊंची इमारतें) में अनिवार्य।

ज्वाला-रोधी पॉलीओलेफिन: विशिष्ट ज्वाला-रोधी आवश्यकताओं को पूरा करता है।
चयन करते समय पर्यावरणीय प्रतिरोध (तेल, मौसम, यूवी) और यांत्रिक सुरक्षा आवश्यकताओं को ध्यान में रखा जाना चाहिए।

(3) परिरक्षण परतें:

कंडक्टर शील्ड: मध्यम/उच्च वोल्टेज (>3.6/6kV) केबलों के लिए आवश्यक है, यह कंडक्टर की सतह के विद्युत क्षेत्र को संतुलित करता है।

इन्सुलेशन शील्ड: मध्यम/उच्च वोल्टेज केबलों के लिए आवश्यक है, पूर्ण फील्ड नियंत्रण के लिए कंडक्टर शील्ड के साथ काम करता है।

धातु का परिरक्षण/कवच: यह ईएमसी (एंटी-इंटरफेरेंस/उत्सर्जन कम करना) और/या शॉर्ट-सर्किट पथ (अर्थिंग आवश्यक) तथा यांत्रिक सुरक्षा प्रदान करता है। सामान्य प्रकार: कॉपर टेप, कॉपर वायर ब्रेड (परिरक्षण + शॉर्ट-सर्किट पथ), स्टील टेप कवच (यांत्रिक सुरक्षा), स्टील वायर कवच (तन्य + यांत्रिक सुरक्षा), एल्युमीनियम आवरण (परिरक्षण + रेडियल जल अवरोधन + यांत्रिक सुरक्षा)।

(4) कवच के प्रकार:

स्टील वायर आर्मर्ड (एसडब्ल्यूए): प्रत्यक्ष दफन या यांत्रिक सुरक्षा आवश्यकताओं के लिए उत्कृष्ट संपीडन और सामान्य तन्यता सुरक्षा प्रदान करता है।

गैल्वनाइज्ड वायर आर्मर्ड (जीडब्ल्यूए): उच्च तन्यता शक्ति, ऊर्ध्वाधर संचालन, बड़े विस्तार और पानी के नीचे की स्थापनाओं के लिए उपयुक्त।

गैर-धातु कवच: ग्लास फाइबर टेप, विशेष आवश्यकताओं के लिए गैर-चुंबकीय, हल्का और संक्षारण-प्रतिरोधी होने के साथ-साथ यांत्रिक शक्ति प्रदान करता है।

4. सुरक्षा एवं नियामक आवश्यकताएँ

(1) ज्वाला मंदता:

आग के जोखिम और निकासी की आवश्यकताओं के आधार पर, लागू अग्निरोधी मानकों (जैसे, एकल/समूह अग्निरोधी क्षमता के लिए IEC 60332-1/3, अग्नि प्रतिरोध के लिए BS 6387 CWZ, GB/T 19666) को पूरा करने वाले केबलों का चयन करें। सार्वजनिक और दुर्गम क्षेत्रों में LSZH अग्निरोधी केबलों का उपयोग अनिवार्य है।

(2) अग्नि प्रतिरोध:

महत्वपूर्ण सर्किटों के लिए जिन्हें आग के दौरान सक्रिय रहना आवश्यक है (अग्निशमन पंप, धुआं पंखे, आपातकालीन प्रकाश व्यवस्था, अलार्म), अग्निरोधी केबलों का उपयोग करें (जैसे, एमआई केबल, अभ्रक-टेप वाली कार्बनिक इन्सुलेट संरचनाएं) जिनका परीक्षण मानकों (जैसे, बीएस 6387, आईईसी 60331, जीबी/टी 19216) के अनुसार किया गया हो।

(3) हैलोजन-मुक्त और कम धुआं:

जिन क्षेत्रों में सुरक्षा और उपकरण संरक्षण की उच्च आवश्यकताएं होती हैं (परिवहन केंद्र, डेटा केंद्र, अस्पताल, बड़े सार्वजनिक भवन), वहां यह अनिवार्य है।

(4) मानकों और प्रमाणन का अनुपालन:

केबलों को परियोजना स्थल पर अनिवार्य मानकों और प्रमाणन का पालन करना होगा (उदाहरण के लिए, चीन में CCC, यूरोपीय संघ में CE, ब्रिटेन में BS, अमेरिका में UL)।

5. अर्थशास्त्र और जीवन चक्र लागत

प्रारंभिक निवेश लागत: केबल और सहायक उपकरण (जोड़, टर्मिनेशन) की कीमत।
स्थापना लागत: केबल के आकार, वजन, लचीलेपन और स्थापना में आसानी के आधार पर भिन्न होती है।
परिचालन हानि लागत: चालक प्रतिरोध के कारण I²R हानि होती है। बड़े चालक शुरू में अधिक महंगे होते हैं लेकिन दीर्घकालिक हानि को कम करते हैं।
रखरखाव लागत: विश्वसनीय और टिकाऊ केबलों की रखरखाव लागत कम होती है।
सेवा अवधि: उचित वातावरण में उच्च गुणवत्ता वाले केबल 30 वर्ष से अधिक समय तक चल सकते हैं। केवल प्रारंभिक लागत के आधार पर निम्न गुणवत्ता या कम गुणवत्ता वाले केबल चुनने से बचने के लिए व्यापक मूल्यांकन करें।

6. अन्य विचारणीय बातें

फेज अनुक्रम एवं अंकन: मल्टी-कोर केबलों या फेज-पृथक इंस्टॉलेशन के लिए, सही फेज अनुक्रम और रंग कोडिंग (स्थानीय मानकों के अनुसार) सुनिश्चित करें।
अर्थिंग और समविभव बंधन: सुरक्षा और परिरक्षण प्रदर्शन के लिए धात्विक ढालों और कवच को विश्वसनीय रूप से अर्थ किया जाना चाहिए (आमतौर पर दोनों सिरों पर)।

रिजर्व मार्जिन: भविष्य में संभावित लोड वृद्धि या रूटिंग परिवर्तनों पर विचार करें, आवश्यकता पड़ने पर क्रॉस-सेक्शन बढ़ाएं या अतिरिक्त सर्किट आरक्षित करें।
अनुकूलता: केबल के सहायक उपकरण (लग्स, जॉइंट्स, टर्मिनेशन) केबल के प्रकार, वोल्टेज और कंडक्टर के आकार से मेल खाने चाहिए।
आपूर्तिकर्ता की योग्यता और गुणवत्ता: स्थिर गुणवत्ता वाले प्रतिष्ठित निर्माताओं का चयन करें।

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