I. सबसे अक्सर पूछे जाने वाला प्रश्न

केबल चयन और उपयोग में, एक प्रश्न बार-बार पूछा जाता है:

"यह केबल अधिकतम कितना करंट झेल सकता है?"

ये सवाल ही ग़लत है.

सही प्रश्न यह है:

"किसी दिए गए ओवरलोड करंट के तहत, केबल कितनी देर तक सुरक्षित रूप से काम कर सकती है?"

किसी केबल की अल्पकालिक अधिभार क्षमता समय और करंट दोनों से निर्धारित होती है, अकेले करंट से नहीं। समय आयाम की अनदेखी करते हुए अधिभार क्षमता पर चर्चा करना इंजीनियरिंग में अर्थहीन है।

द्वितीय. ओवरलोड के तहत केबलों की थर्मल प्रक्रिया

करंट प्रवाहित करते समय केबल जूल ऊष्मा उत्पन्न करते हैं। उत्पन्न ऊष्मा की मात्रा निम्नलिखित सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है:

Q = I² × R × t
जहां Q उत्पन्न ऊष्मा है, I विद्युत धारा है, R चालक प्रतिरोध है, और t समय है।

धारा वर्ग संबंध से उत्पन्न ऊष्मा को प्रभावित करती है। धारा को दोगुना करने से उत्पन्न ऊष्मा चौगुनी हो जाती है।

हालाँकि, मुख्य बिंदु यह है: यदि समय काफी कम है, तो बड़े प्रवाह के साथ भी, उत्पन्न होने वाली कुल गर्मी बहुत कम हो सकती है।

केबल फ़्यूज़ नहीं है. फ़्यूज़ को मिलीसेकंड के भीतर पिघलने के लिए डिज़ाइन किया गया है। केबल महत्वपूर्ण तापीय जड़ता वाले सिस्टम हैं - कंडक्टर और इन्सुलेशन सामग्री दोनों को खतरनाक तापमान तक पहुंचने के लिए समय की आवश्यकता होती है।

एक अल्पकालिक उच्च-धारा उछाल के कारण तापमान में केवल कुछ डिग्री सेल्सियस की वृद्धि हो सकती है। हालाँकि, लंबे समय तक छोटे ओवरलोड से थर्मल एजिंग या यहां तक ​​कि इन्सुलेशन का थर्मल टूटना हो सकता है।

तृतीय. विफलता अनुक्रम: कंडक्टर से पहले इन्सुलेशन

एक आम ग़लतफ़हमी यह है कि केबल ओवरलोड से "तांबे के तार जल जाएंगे।"

ये ग़लत है.

वास्तविक अधिभार परिदृश्यों में, इन्सुलेशन परत पहले विफल होती है, कंडक्टर नहीं।

तांबे के कंडक्टरों का गलनांक लगभग 1085°C होता है। एक्सएलपीई इन्सुलेशन का दीर्घकालिक स्वीकार्य ऑपरेटिंग तापमान केवल 90 डिग्री सेल्सियस है, और यहां तक ​​कि अल्पकालिक अधिभार पर विचार करते हुए भी, इसका झेलने वाला तापमान 250 डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं होता है। पीवीसी इन्सुलेशन का दीर्घकालिक स्वीकार्य ऑपरेटिंग तापमान 70 डिग्री सेल्सियस है, और इसका अल्पकालिक झेलने वाला तापमान लगभग 160 डिग्री सेल्सियस है।

इन आंकड़ों की तुलना करने से स्पष्ट रूप से पता चलता है कि तांबे के कंडक्टर के पिघलने बिंदु तक पहुंचने से पहले, इन्सुलेशन सामग्री पहले से ही थर्मल नरमी, कार्बोनाइजेशन, या इन्सुलेशन प्रदर्शन के पूर्ण नुकसान से गुजर चुकी है।

एक बार जब इन्सुलेशन विफल हो जाता है, तो कंडक्टरों के बीच एक शॉर्ट सर्किट होता है, जिससे एक विद्युत चाप उत्पन्न होता है और उच्च तापमान स्थानीयकृत होता है - केवल तभी तांबे का कंडक्टर पिघल सकता है। हालाँकि, यह एक द्वितीयक विफलता है, अधिभार का प्रत्यक्ष परिणाम नहीं।

इसलिए, इंजीनियरिंग में केबल अधिभार क्षमता पर चर्चा करने का मतलब अनिवार्य रूप से चर्चा करना है: किस अवधि के लिए, कंडक्टर हीटिंग के कारण इन्सुलेशन तापमान इसकी कम समय की झेलने की सीमा से अधिक नहीं होगा?

चतुर्थ. की अल्पकालीन अधिभार क्षमताएक्सएलपीई इंसुलेटेड केबल

आईईसी 60364-5-54 और इंजीनियरिंग अभ्यास में थर्मल डायनेमिक गणना के आधार पर, एक्सएलपीई इंसुलेटेड कॉपर कंडक्टर केबल के लिए, 90 डिग्री सेल्सियस (पूर्ण लोड सामान्य स्थिति) के प्रारंभिक तापमान के आधार पर, कम समय की अधिभार क्षमता लगभग इस प्रकार है:

जब अधिभार गुणक 150% होता है, तो केबल आमतौर पर कई मिनटों से लेकर दसियों मिनट तक का सामना कर सकती है। यह समय सीमा मुख्य रूप से इन्सुलेशन सामग्री में गर्मी संचय की दर पर निर्भर करती है।

जब ओवरलोड गुणक 200% होता है, तो केबल दसियों सेकंड से लेकर कई मिनटों तक का सामना कर सकती है। यहां सीमित कारक मुख्य रूप से इन्सुलेशन सतह पर तापमान वृद्धि की दर है।

जब ओवरलोड गुणक 300% होता है, तो केबल कई सेकंड से लेकर दस सेकंड से अधिक तक का सामना कर सकता है। इस बिंदु पर, कंडक्टर-इन्सुलेशन इंटरफ़ेस पर तापमान तेजी से बढ़ता है, जो प्राथमिक सीमित कारक बन जाता है।

जब अधिभार 500% या अधिक तक पहुँच जाता है, तो केबल केवल 1 से 5 सेकंड तक ही इसका सामना कर सकता है। इन परिस्थितियों में, इन्सुलेशन सामग्री तेजी से कार्बनीकृत हो जाएगी, जिससे लगभग कोई सुरक्षा मार्जिन नहीं बचेगा।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि उपरोक्त मान केवल इंजीनियरिंग अनुमान हैं। सटीक मान केबल क्रॉस-सेक्शन, बिछाने की विधि, प्रारंभिक तापमान और इन्सुलेशन सामग्री के विशिष्ट फॉर्मूलेशन पर निर्भर करते हैं। प्रारंभिक तापमान जितना कम होगा, झेलने में उतना ही अधिक समय लगेगा—गर्म शुरुआत की तुलना में ठंडी शुरुआत अधिक सुरक्षित होती है। बेहतर ताप अपव्यय से झेलने का समय भी बढ़ जाता है - वायु-रखी स्थापना नाली स्थापना से बेहतर है।

V. डायरेक्ट मोटर स्टार्ट-अप के लिए केबल ओवरलोड जांच

उदाहरण के तौर पर 132kW की मोटर लें। इसका रेटेड करंट लगभग 240A (400V सिस्टम में) है। डायरेक्ट स्टार्ट-अप के दौरान, शुरुआती करंट रेटेड करंट का लगभग 6 गुना यानी 1440A होता है। आरंभिक अवधि आम तौर पर 6 सेकंड होती है।

मैचिंग केबल 95mm² XLPE कॉपर केबल है। नाली स्थापना स्थितियों के तहत 40°C वातावरण में इस केबल की रेटेड वर्तमान वहन क्षमता लगभग 300A है।

सत्यापन प्रक्रिया इस प्रकार है:

सबसे पहले, प्रारंभिक तापमान निर्धारित करें। मान लें कि केबल कुछ समय से रेटेड लोड के तहत चल रही है, जिसका प्रारंभिक तापमान लगभग 90°C है।

फिर स्टार्टअप के दौरान उत्पन्न गर्मी की गणना करें। उत्पन्न ऊष्मा, समय से गुणा किए गए प्रतिरोध से गुणा की गई धारा के वर्ग के बराबर होती है, अर्थात, 1440² × आर × 6।

इस मान की तुलना रेटेड परिचालन स्थितियों के तहत उत्पन्न गर्मी से करें। रेटेड परिस्थितियों में, 1 घंटे (3600 सेकंड) के लिए 300A के करंट के साथ, उत्पन्न गर्मी 300² × R × 3600 है।

वास्तविक गणना परिणाम बताते हैं कि 6-सेकंड की स्टार्टअप प्रक्रिया के दौरान उत्पन्न गर्मी रेटेड परिस्थितियों में उत्पन्न केवल 15 से 20 सेकंड की गर्मी के बराबर है। यह लगभग 15 से 20°C तापमान वृद्धि के अनुरूप है।

यह तापमान वृद्धि एक्सएलपीई इन्सुलेशन की कम समय की सहन तापमान सीमा (लगभग 250 डिग्री सेल्सियस) से काफी कम है। इसलिए, स्टार्टअप प्रक्रिया से इन्सुलेशन क्षति नहीं होगी।

यही कारण है कि कई डायरेक्ट-स्टार्ट मोटर अनुप्रयोगों में, शुरुआती करंट के कारण केबल विनिर्देश को बढ़ाने की आवश्यकता नहीं होती है - बशर्ते स्टार्टअप समय काफी कम हो, आमतौर पर 5 से 8 सेकंड के भीतर।

VI. इंजीनियरिंग प्रैक्टिस में तीन निर्णय मानदंड

सबसे पहले, स्थिर-अवस्था अधिभार और क्षणिक अधिभार के बीच अंतर करें।

स्थिर-अवस्था अधिभार उस स्थिति को संदर्भित करता है जहां करंट रेटेड मूल्य से अधिक हो जाता है और कई मिनट या उससे अधिक समय तक रहता है। इस प्रकार के अधिभार का मुख्य जोखिम इन्सुलेशन थर्मल एजिंग है, जिससे दीर्घकालिक संचयी क्षति हो सकती है।

क्षणिक अधिभार उस स्थिति को संदर्भित करता है जहां करंट रेटेड मूल्य से कई गुना अधिक होता है लेकिन केवल कुछ सेकंड तक रहता है। इस प्रकार का अधिभार आमतौर पर केबल द्वारा झेला जा सकता है जब तक कि यह बार-बार न हो।

दूसरा, विफलता मानदंड के रूप में इन्सुलेशन तापमान का उपयोग करें।

यह निर्धारित करने का आधार कि क्या कोई केबल अतिभारित है, "क्या तांबा जल गया है" नहीं है, बल्कि "क्या इन्सुलेशन तापमान कम समय की सहन सीमा से अधिक है।" एक्सएलपीई इन्सुलेशन के लिए, कंडक्टर तापमान के आधार पर, कम समय तक झेलने वाला तापमान आमतौर पर 250 डिग्री सेल्सियस के रूप में लिया जाता है।

तीसरा, संचयी प्रभाव पर विचार करें.

यदि उपकरण को बार-बार चालू और बंद किया जाता है, जैसे कि क्रेन या रिसीप्रोकेटिंग कंप्रेसर, तो प्रत्येक शुरुआत से तापमान में वृद्धि होगी। इस मामले में, केवल एक शुरुआत के तापमान वृद्धि को देखना पर्याप्त नहीं है; थर्मल साइक्लिंग के तहत संचयी तापमान वृद्धि प्रभाव की गणना करने की आवश्यकता है।

सातवीं. चयन सिफ़ारिशें
उच्च शुरुआती धारा वाले उपकरणों, जैसे मोटर, ट्रांसफार्मर और वेल्डिंग मशीनों के लिए, चार सामान्य मुकाबला रणनीतियाँ हैं।

पहली विधि केबल विशिष्टता को बढ़ाना है। यह विधि लंबे स्टार्ट-अप समय (10 सेकंड से अधिक) या बार-बार शुरू होने वाले परिदृश्यों के लिए उपयुक्त है। हालाँकि, यह अधिक महंगा है, खासकर लंबी दूरी की बिछाने के लिए।

दूसरी विधि सॉफ्ट स्टार्टर स्थापित करना है। यह विधि मध्यम स्टार्ट-अप समय (3 से 10 सेकंड) वाले परिदृश्यों के लिए उपयुक्त है और जहां वर्तमान वृद्धि में कमी की आवश्यकता है। लागत मध्यम है.

तीसरी विधि आवृत्ति कनवर्टर स्थापित करना है। यह विधि उन परिदृश्यों के लिए उपयुक्त है जहां बहुत बार शुरुआत होती है या जहां सटीक गति नियंत्रण की आवश्यकता होती है। यह सबसे व्यापक कार्यक्षमता प्रदान करता है लेकिन सबसे महंगा भी है।

चौथी विधि यह है कि इसे वैसे ही छोड़ दिया जाए और मूल विनिर्देश का उपयोग किया जाए। यह विधि बहुत कम स्टार्ट-अप समय (5 सेकंड से अधिक नहीं) और दुर्लभ शुरुआत वाले परिदृश्यों के लिए उपयुक्त है। लागत शून्य है, लेकिन यह सुरक्षा की पुष्टि पर निर्भर है।

स्टार्ट-अप ओवरलोड को संभालने के लिए केबल विनिर्देश को आँख बंद करके बढ़ाना एक सामान्य इंजीनियरिंग गलती है। यह अक्सर इष्टतम समाधान नहीं होता है. सही तरीका यह है कि पहले स्टार्ट-अप के दौरान उत्पन्न वास्तविक गर्मी की गणना की जाए। कई मामलों में, गणना से पता चलता है कि मौजूदा केबल पर्याप्त है।

यदि सत्यापन की आवश्यकता है, तो निम्नलिखित पैरामीटर तैयार किए जाने चाहिए: केबल क्रॉस-सेक्शन, सामग्री और इन्सुलेशन प्रकार; उपकरण निर्माता द्वारा प्रदान किया गया स्टार्ट-अप वर्तमान-समय वक्र; और बिछाने की विधि और प्रारंभिक तापमान।

आठवीं. मुख्य निष्कर्ष

सबसे पहले, केबल की अल्पकालिक अधिभार क्षमता समय और वर्तमान दोनों द्वारा निर्धारित की जाती है। यह पूछते हुए कि "यह कितना करंट झेल सकता है?" अर्थहीन है; किसी को यह भी पूछना चाहिए कि "यह कब तक झेल सकता है?"

दूसरा, अधिभार के तहत, इन्सुलेशन पहले विफल हो जाता है, कंडक्टर नहीं। इन्सुलेशन की तापमान सीमा तांबे के पिघलने बिंदु से काफी नीचे है।

तीसरा, प्रारंभिक तापमान और गर्मी अपव्यय स्थितियों के आधार पर, एक्सएलपीई इंसुलेटेड केबल आमतौर पर 200% ओवरलोड के तहत दसियों सेकंड से लेकर कई मिनट तक का सामना कर सकते हैं।

चौथा, प्रत्यक्ष मोटर स्टार्टिंग से अल्पकालिक प्रभावों के लिए, ज्यादातर मामलों में, केबल विनिर्देश को बढ़ाना आवश्यक नहीं है, बशर्ते कि स्टार्टिंग समय 5 से 8 सेकंड से अधिक न हो और दुर्लभ हो।

पांचवां, इंजीनियरिंग निर्णय गणना पर आधारित होना चाहिए, न कि अंतर्ज्ञान पर। आँख बंद करके केबल विनिर्देशों को बढ़ाने से लागत बर्बाद होती है, जबकि सत्यापन की उपेक्षा करने से छिपे हुए खतरे पैदा हो सकते हैं।