ऊर्जा वितरण के लिए उपयोग किए जाने वाले खंभों और संचरण टावरों पर ऊपरी बिजली लाइनें क्यों ढीली होती हैं?

आपने शायद देखा होगा कि विद्युत खंभों पर लटकी हुई बिजली संचरण लाइनें ढीली होती हैं। आपने सोचा होगा कि ये लाइनें खंभों से क्यों कसकर बँधी नहीं होतीं?

आइए जानें कि विद्युत खंभों पर बिजली लाइनें क्यों ढीली होती हैं और वितरण और संचरण लाइनों में सैग (झुकाव) की आवश्यकता क्यों होती है। लेकिन इसमें गहराई से जाने से पहले, आइए कुछ महत्वपूर्ण सुझावों पर एक नज़र डालते हैं जो हमारी समझ को बेहतर बनाने में सहायता करेंगे।

विद्युत पारेषण

शक्ति यह वह दर है जिस पर कार्य किया जाता है। जब विद्युत ऊर्जा किसी दूरी को तय करती है, तो कार्य किया जाता है। इससे हम निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि शक्ति प्रति इकाई समय में प्रदान की गई ऊर्जा की मात्रा है। विद्युत को बिजली के तारों के माध्यम से लंबी दूरी तक परिवहित किया जा सकता है, जो इसके परिवहन के लिए माध्यम के रूप में कार्य करते हैं।

सक्रिय शक्ति को आमतौर पर वाट में मापा जाता है। शक्ति के संचरण के दौरान, ऊर्जा बचत के लिए उच्च-वोल्टेज संचरण को वरीयता दी जाती है। विद्युत धारा ऊष्मा उत्पन्न करती है, जो हानिकारक हो सकती है क्योंकि यह विद्युत लाइनों के क्षरण और विफलता का कारण बनती है। संचरित शक्ति को संरक्षित करने के लिए, वह विद्युत धारा जो ऊष्मा उत्पन्न करती है और लाइन क्षरण में योगदान देती है, को छोटी मात्रा में परिवहित किया जाना चाहिए, जबकि वोल्टेज को बड़ी मात्रा में परिवहित किया जाना चाहिए। इस दृष्टिकोण को उच्च-वोल्टेज शक्ति संचरण कहा जाता है।

चालन और संबंधन

विद्युत शक्ति के संचरण के दौरान, संचरण लाइनें इन्सुलेटेड न होने के कारण कुछ विद्युत शक्ति हमारे आसपास के वातावरण में नष्ट हो जाती है। ओम के नियम के अनुसार, प्रतिरोध (R) चालक की लंबाई (L) के सीधे आनुपातिक होता है, अर्थात् जैसे-जैसे चालक की लंबाई बढ़ती है, उसका प्रतिरोध भी बढ़ता है। वायु एक अच्छा चालक नहीं है, इसलिए यह विद्युत लाइनों द्वारा उत्पन्न ऊष्मा को दक्षतापूर्ण रूप से अपशिष्ट नहीं कर सकती है।

इसीलिए विद्युत लाइनों को बड़े व्यास के साथ डिज़ाइन किया जाता है, जिससे विद्युत धारा के प्रवाह के प्रतिरोध में कमी आती है। प्रतिरोध (R) चालक के क्षेत्रफल के व्युत्क्रमानुपाती होता है, अतः चालक का व्यास जितना बड़ा होगा, प्रतिरोध उतना ही कम होगा, और इसके विपरीत।

विद्युत तार और केबल

विद्युत केबल और तार चालक होते हैं, जो अधिकांशतः तांबे के तारों से बने होते हैं, जिनके माध्यम से विद्युत का संचरण किया जाता है। हालाँकि, ये तार केवल तांबे से नहीं बने होते हैं। यांत्रिक गुण प्रदान करने के लिए, चालकों को किसी अन्य तत्व के साथ मिश्रित किया जाता है। इस अन्य तत्व के मिश्रण से चालक की चालकता प्रभावित नहीं होती है। बल्कि, यह अन्य तत्व तांबे के यांत्रिक गुणों को बिना उसकी चालकता को प्रभावित किए बढ़ाता है।

जूल का विद्युत तापन नियम

शुद्ध धातु का कोई अस्तित्व नहीं होता है। किसी भी धातु की शुद्धता की मात्रा कभी भी 100% नहीं होती है, और इसलिए वे आंतरिक प्रतिरोध रखते हैं। जब धारा किसी चालक से प्रवाहित होती है, तो व्यय की गई ऊर्जा या उत्पन्न ऊष्मा की गणना जूल के विद्युत तापन नियम के अनुसार निम्नानुसार की जाती है:

• P = VI.t
• P = I ²Rt.

जूल के नियम के अन्य रूप

• P = I²Rt
• P = VI.t … (R = V/I)
• P = W.t … (P = W = VI)
• P = V²t/R …. (I = V/R) ओम के नियम का उपयोग करके

ऊपर दिए गए समीकरण से स्पष्ट है कि गतिमान इलेक्ट्रॉनों द्वारा उत्पन्न ऊष्मा (P) प्रतिरोध (R), समय (t) और धारा के वर्ग (I²) के समानुपाती होती है। जब विद्युत धारा किसी चालक से प्रवाहित होती है, तो यह अपने चारों ओर के वातावरण में ऊष्मा के रूप में विद्युत ऊर्जा का क्षय करती है, क्योंकि यह इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह के मार्ग में अवरोध के रूप में कार्य करने वाले प्रतिरोध को पार करती है।

विद्युत लाइनों पर मौसम और तापमान का प्रभाव

किसी चालक का प्रतिरोध तापमान में वृद्धि के साथ बढ़ जाता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि जब चालक का तापमान बढ़ता है, तो चालक के भीतर इलेक्ट्रॉनों को अधिक ऊर्जा प्राप्त होती है और वे अधिक यादृच्छिक रूप से गति करने लगते हैं, जिससे अन्य परमाणुओं के साथ टक्करें होती हैं, जिसके परिणामस्वरूप अंततः ऊष्मा का उत्पादन होता है।

चालक द्वारा उत्पन्न अत्यधिक ऊष्मा उसे पिघला सकती है। गर्म मौसम में, चालक के प्रसार के कारण तार ढीले हो जाते हैं, जबकि ठंडे मौसम में तार सिकुड़ जाते हैं।

लाइनों में तनाव

तनाव एक बल है जो तार में तब उत्पन्न होता है जब उस पर विपरीत दिशाओं में कार्य करने वाले दो बलों का प्रभाव पड़ता है। अतः, एक खंभे पर लटका हुआ तार तनाव की स्थिति में होता है और यदि तारों को अधिक तना दिया जाए, तो तनाव और भी अधिक हो जाएगा, जिससे तारों में हल्के संकुचन या प्रसार के दौरान आसानी से कटने की संभावना बढ़ जाती है।

वितरण और संचरण लाइनों में सैग (झुकाव) क्यों आवश्यक है?

संचरण लाइनों में सैग (झुकाव) से तात्पर्य सहारा देने वाली संरचनाओं (खंभों या टावरों) के बीच केबलों का गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव के कारण नीचे की ओर झुकाव या वक्रता से है। यह तार के भार और तनाव के प्राकृतिक परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है।

लंबे तारों के माध्यम से विद्युत के संचरण और वितरण के दौरान ऊष्मा का क्षय होता है। चालक द्वारा उत्पन्न ऊष्मा को उच्च-वोल्टेज संचरण के माध्यम से न्यूनतम किया जाता है। मौसम की स्थितियाँ और तार का आंतरिक तापमान इस बात को आवश्यक बनाते हैं कि तार लाइनों को कुछ हद तक ढीला छोड़ा जाए।

यदि बिजली की लाइनों को कस दिया गया हो और मौसम ठंडा हो गया हो, तो इससे ट्रांसमिशन लाइनों के सिकुड़ने की संभावना हो सकती है, जिससे लाइनों में अधिक तनाव उत्पन्न हो सकता है, जो लाइनों और केबलों को क्षति पहुँचा सकता है। अतः तारों को जानबूझकर ढीला छोड़ा जाता है ताकि यदि सिकुड़न हो भी जाए, तो तारों और केबलों को क्षति पहुँचाने वाला अत्यधिक तनाव न उत्पन्न हो सके।

ट्रांसमिशन लाइन के चालकों में सैग (झुकाव) अत्यावश्यक है ताकि अत्यधिक गर्मी और तनाव को रोका जा सके। यह विद्युत ट्रांसमिशन प्रणाली की सुरक्षा, विश्वसनीयता और दीर्घायु को सुनिश्चित करता है। यह प्रणाली के उचित कार्य को बनाए रखने तथा दुर्घटनाओं और क्षति को रोकने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।