ইনসুলেটর কিভাবে বৈদ্যুতিক ব্যর্থতা প্রতিরোধ করে

ইনসুলেটরের মূল বৈদ্যুতিক বিচ্ছেদ ব্যবস্থা

উচ্চ রোধাঙ্ক এবং ব্যান্ডগ্যাপ গঠনের মাধ্যমে বর্তমান প্রবাহ অবরুদ্ধ করা

ইনসুলেটরগুলি তাদের প্রাকৃতিক উপাদান বৈশিষ্ট্যের মাধ্যমে বর্তমান প্রবাহকে অবরুদ্ধ করে বৈদ্যুতিক ব্যর্থতা রোধ করে। এই উপাদানগুলির বৈদ্যুতিক রোধাঙ্ক খুবই উচ্চ—সাধারণত ১০^১০ ওহম-মিটারের বেশি—যা ইলেকট্রনগুলিকে এদের মধ্য দিয়ে সঞ্চালিত হওয়ার জন্য অত্যন্ত কঠিন করে তোলে। এটি ঘটে একটি ইলেকট্রনিক ব্যান্ডগ্যাপ নামক ঘটনার কারণে, যার প্রস্থ সাধারণত ৫ ইলেকট্রন ভোল্টের বেশি হয়। এই গ্যাপ বিদ্যমান থাকলে, সাধারণ কার্যকরী ভোল্টেজের অধীনে যোজন ব্যান্ডের ইলেকট্রনগুলি পরিবহন ব্যান্ডে লাফ দিতে পারে না, ফলে আধানগুলি মূলত আটকে যায় এবং চারদিকে সঞ্চালিত হয় না। কঠিন কোরযুক্ত পোর্সেলেন ইনসুলেটর এবং বিভিন্ন পলিমার ধরনের ইনসুলেটর ঠিক এই নীতির উপর ভিত্তি করে কাজ করে, যা দীর্ঘ সময় ধরে ভোল্টেজ চাপের সম্মুখীন হলেও লিকেজ কারেন্টকে নিয়ন্ত্রণে রাখে। কার্যকারিতা আরও উন্নত করতে, উৎপাদকরা সিরামিক উপাদানগুলিতে ঘন ক্রিস্টাল গঠন তৈরি করেন অথবা আয়নগুলির চলাচলকে সীমিত করে এমন ক্রস-লিঙ্কড পলিমার ব্যবহার করেন। তুলনার জন্য উল্লেখ্য যে, তামার রোধাঙ্ক প্রায় ১০^-৮ ওহম-মিটার। অর্থাৎ, ইনসুলেটিং উপাদানগুলি বিদ্যুৎ প্রবাহ বাধা দেওয়ায় প্রাকৃতিকভাবে প্রায় ১৮ ঘরের (অর্ডার) বেশি কার্যকর।

ডাইইলেকট্রিক শক্তি এবং ভাঙনের সীমা দ্বারা ভোল্টেজ চাপ সহ্য করা

ভালো অপরিবাহী উপকরণগুলি হঠাৎ ভোল্টেজ চূড়ান্ত বৃদ্ধির মোকাবিলা করতে পারে, কারণ এদের যা বলা হয় 'উচ্চ ডাই-ইলেকট্রিক শক্তি' রয়েছে। এটি মূলত উপকরণটি সম্পূর্ণরূপে ব্যর্থ হওয়ার আগে কতটুকু বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের চাপ (কিলোভোল্ট প্রতি মিলিমিটার এককে পরিমাপ করা হয়) সহ্য করতে পারে তা নির্দেশ করে। কাচ ও সিলিকন রাবারের মতো সাধারণ উপকরণগুলি সাধারণত ১০ থেকে ৪০ কিলোভোল্ট/মিমি পর্যন্ত সহ্য করতে পারে, যা মাত্র প্রায় ৩ কিলোভোল্ট/মিমি সহ্য করতে পারা সাধারণ বাতাসের চেয়ে অনেক বেশি। যখন ভোল্টেজ এই সীমার নিচে থাকে, তখন ছোট ছোট বৈদ্যুতিক ডিসচার্জ ঘটতে পারে, কিন্তু সাধারণত এগুলি কোনো সমস্যা সৃষ্টি করে না। তবে একবার এই সীমা অতিক্রম করা হলে, অবস্থা দ্রুত খারাপ হয়ে যায়—আয়নগুলি অনিয়ন্ত্রিতভাবে বহুগুণিত হতে থাকে যতক্ষণ না উপকরণটি চূড়ান্তভাবে বিঘ্নিত হয়ে যায়। এই কারণেই প্রকৌশলীরা অপরিবাহী ব্যবস্থা নকশা করার সময় সর্বদা অতিরিক্ত সুরক্ষা ব্যবস্থা যুক্ত করেন, সাধারণত উপকরণের সর্বোচ্চ সহ্যক্ষমতার প্রায় অর্ধেক মাত্রায় কাজ করার লক্ষ্য রাখা হয়। এতে বজ্রপাত বা বিদ্যুৎ জালের ওঠানামা সহ অপ্রত্যাশিত ঘটনাগুলির জন্য পর্যাপ্ত সুযোগ-সুবিধা থাকে। আর উপকরণগুলির কথা বলতে গেলে, এদের গুণগত মানও অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। পৃষ্ঠে এমনকি অতি সামান্য পরিমাণ আর্দ্রতা, ধাতব কণা বা ধূলিকণা থাকলেও ডাই-ইলেকট্রিক শক্তি ২/৩ অংশ পর্যন্ত কমে যেতে পারে, ফলে অপরিবাহী ব্যবস্থার বয়স ত্বরান্বিত হয় এবং প্রত্যাশিত সময়ের আগেই ব্যর্থ হয়।

পৃষ্ঠের ফ্ল্যাশওভার রোধ করা: ক্রিপেজ, দূষণ এবং জলবিকর্ষীতা

পৃষ্ঠের লিকেজ পথ বাড়ানোর জন্য ক্রিপেজ দূরত্ব নকশা

ক্রিপেজ ডিসট্যান্স (Creepage Distance) শব্দটি মূলত বিভিন্ন চার্জযুক্ত উপাদানগুলির মধ্যে একটি ইনসুলেটরের পৃষ্ঠ বরাবর সবচেয়ে ছোট দূরত্বকে বোঝায়। ইঞ্জিনিয়াররা যখন এই পথগুলি নকশা করেন, তখন তারা অবাঞ্ছিত লিকেজ কারেন্ট গঠন রোধ করার চেষ্টা করেন। এই পথটিকে দীর্ঘতর করলে আমরা আসলে পৃষ্ঠের রোধ বৃদ্ধি করি এবং বিদ্যুৎ যেহেতু আরও রোধায়মান দূষণ স্তরের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হতে হয়, ফলে সম্ভাব্য ফ্ল্যাশওভার ধীর হয়ে যায়। আইইসি ৬০৮১৫ (IEC 60815) এর মতো মান প্রতিষ্ঠানগুলি কোনো নির্দিষ্ট স্থানের দূষণের মাত্রা অনুযায়ী ন্যূনতম গ্রহণযোগ্য দূরত্ব নির্ধারণ করে। গভীর রিব (rib) বিশিষ্ট কিছু বিশেষ কুয়াশা-আকৃতির ডিজাইন সাধারণ মসৃণ পৃষ্ঠের তুলনায় প্রকৃত পৃষ্ঠ ক্ষেত্রফলকে প্রায় ৩০ থেকে ৪০ শতাংশ পর্যন্ত বৃদ্ধি করতে পারে। সমুদ্রের পাশে অবস্থিত সাবস্টেশনগুলির ক্ষেত্রে, যেখানে লবণ সর্বত্র ছড়িয়ে থাকে, প্রয়োজনীয় ক্রিপেজ দূরত্বের মান প্রায়শই প্রতি কিলোভোল্টে ৩১ মিলিমিটার বা তার বেশি হয়। এটি সরঞ্জামের আকারকে নিয়ন্ত্রণে রেখে ভালো কার্যকারিতা বজায় রাখতে সাহায্য করে।

জলবিমুখী পৃষ্ঠ এবং পরিবাহী দূষণ স্তরের দমন

জল বিকর্ষণ বৈশিষ্ট্যটি অন্তরক পৃষ্ঠে অবিরত পরিবাহী ফিল্ম গঠনকে বাধা দেয়। উদাহরণস্বরূপ, সিলিকন রাবারের পৃষ্ঠে নিম্ন-শক্তির মিথাইল গ্রুপগুলি থাকে, যা ৯০ ডিগ্রির বেশি যোগাযোগ কোণ তৈরি করে। এই কারণে, জল উপাদানটির উপর ছড়িয়ে পড়ে না, বরং বিন্দুর আকার ধারণ করে। যখন জল ছড়ায় না, তখন দূষণকারী পদার্থগুলি দ্রবীভূত হয়ে তড়িৎবিশ্লেষ্য পথে চলাচল করতে পারে না। বরং, এই দূষণকারী পদার্থগুলি পৃথক কণা হিসেবে থাকে এবং ইলেকট্রোডগুলির মধ্যে সংযোগ স্থাপন করে না। আর্দ্রতা বা দূষণ সমস্যার মোকাবিলায় পলিমার অন্তরকগুলি ঐতিহ্যগত পোর্সেলেন উপকরণের তুলনায় অনেক ভালো কাজ করে। কিছু অত্যন্ত জল বিকর্ষণকারী চিকিৎসা পদ্ধতি ১৫০ ডিগ্রির বেশি যোগাযোগ কোণ বজায় রাখে। সমুদ্রতীরের কাছাকাছি ক্ষেত্র পরীক্ষায় দেখা গেছে যে, এই চিকিৎসা পদ্ধতিগুলি দূষণজনিত ফ্ল্যাশওভারের ঝুঁকিকে প্রায় দুই তৃতীয়াংশ পর্যন্ত কমিয়ে দেয়। সুতরাং, জলবিকর্ষণ বৈশিষ্ট্যগুলি আণবিক স্তরে কাজ করে এবং ভৌতিক নকশা উন্নতির সমন্বয়ে অন্তরণ ক্ষমতা বৃদ্ধি করে।

ইনসুলেটর ক্ষয়পাথ এবং প্রারম্ভিক ব্যর্থতার সূচক

তাপীয় বয়স্কতা, আংশিক ডিসচার্জ ক্ষয় এবং রাসায়নিক দূষণের প্রভাব

ইনসুলেটর উপকরণগুলি সময়ের সাথে সাথে একাধিক সংযুক্ত প্রক্রিয়ার মাধ্যমে বিঘ্নিত হয়: তাপজনিত ক্ষতি, আংশিক ডিসচার্জ কারণে ক্ষয়, এবং পৃষ্ঠে রাসায়নিক সঞ্চয়। এই সমস্ত উপাদান একত্রে কাজ করে ইনসুলেটরগুলির বৈদ্যুতিক বৈশিষ্ট্যকে দুর্বল করে। যখন তাপমাত্রা প্রায় ৮০ ডিগ্রি সেলসিয়াসের উপরে ওঠে, তখন উপকরণটি দ্রুত বিঘ্নিত হতে শুরু করে। প্রতি অতিরিক্ত ৮ থেকে ১০ ডিগ্রি তাপমাত্রা বৃদ্ধির ফলে পলিমার ইনসুলেশনের আয়ু অর্ধেক হয়ে যায়, কারণ অণুগুলি ভেঙে যায় এবং ভঙ্গুর হয়ে ওঠে। আংশিক ডিসচার্জ ঘটলে ইনসুলেশনের ভিতরে ক্ষুদ্র ক্ষুদ্র চ্যানেল সৃষ্টি করে যখন স্থানীয়ভাবে ছোট ছোট স্পার্ক হয়। খারাপ পরিস্থিতিতে, এটি মাত্র কয়েক মাসের মধ্যে ভোল্টেজ প্রতিরোধ করার ক্ষমতাকে ৭০ থেকে ৯০ শতাংশ পর্যন্ত হ্রাস করতে পারে। কারখানা থেকে উৎপন্ন সালফেট, উপকূলীয় অঞ্চল থেকে আসা লবণ এবং অ্যাসিডিক বৃষ্টির জলের মতো শিল্প দূষণকারী পদার্থগুলি পৃষ্ঠে পরিবাহী স্তর তৈরি করে যা লিকেজ কারেন্ট বৃদ্ধি করে এবং শুষ্ক স্থানগুলির মধ্যে বিপজ্জনক আর্কিং-এর সৃষ্টি করে। প্রাথমিক সতর্কতা সংকেতগুলির মধ্যে রয়েছে ৫০০ মাইক্রোঅ্যাম্পিয়ারের বেশি লিকেজ কারেন্ট, পৃষ্ঠে কার্বন ট্র্যাক দেখা দেওয়া এবং যন্ত্রপাতি থেকে অদ্ভুত ক্র্যাকলিং শব্দ শোনা যাওয়া। এই সংকেতগুলির প্রতি নজর রাখলে ব্যর্থতা ঘটার আগেই মেরামত করা সম্ভব হয়, যা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ—বিশেষ করে যেসব স্থানে আর্দ্রতা বা দূষণ অধিক থাকে, যেখানে সমস্ত কিছু সাধারণ পরিস্থিতির তুলনায় ৫ থেকে ১০ গুণ দ্রুত বিঘ্নিত হয়।

সক্রিয় ইনসুলেটর বিশ্বস্ততা ব্যবস্থাপনা

যখন কোম্পানিগুলি সক্রিয় বিশ্বস্ততা ব্যবস্থাপনা কৌশল গ্রহণ করে, তখন তারা পণ্য জীবনচক্র জুড়ে অপ্রত্যাশিত সরঞ্জাম ব্যর্থতার উল্লেখযোগ্য হ্রাস এবং সামগ্রিক খরচের কমিও লক্ষ্য করে। সরঞ্জাম ভেঙে যাওয়ার অপেক্ষায় না থেকে অংশগুলি প্রতিস্থাপন করার পদ্ধতি থেকে সরে আসা মানে হল তাপ সমস্যা চিহ্নিত করতে ইনফ্রারেড স্ক্যান বাস্তবায়ন করা, বৈদ্যুতিক সমস্যা খুঁজে বার করতে অলট্রাসাউন্ড যন্ত্রপাতি ব্যবহার করা এবং ভৌগোলিক তথ্য ব্যবস্থা (GIS) এর মাধ্যমে দূষণ মানচিত্র তৈরি করা। PAS 55 মানদণ্ড অনুসরণ করা হলে একটি পদ্ধতিগত নিরীক্ষণ পদ্ধতি প্রতিষ্ঠিত হয়, যেখানে প্রযুক্তিবিদরা মাসিক ভিত্তিতে পৃষ্ঠের ক্ষয় বা ফাটলের লক্ষণগুলি পরীক্ষা করেন এবং বিদ্যুৎ রোধক উপকরণগুলির ত্রৈমাসিক পরীক্ষা চালিয়ে নিশ্চিত করেন যে সেগুলি এখনও কার্যকরভাবে কাজ করছে। ARC অ্যাডভাইজরি গ্রুপ-এর ২০২২ সালের গবেষণা অনুসারে, এই ধরনের পদ্ধতি অপরিকল্পিত বন্ধ হওয়ার সময়কে প্রায় তিন-চতুর্থাংশ পর্যন্ত কমিয়ে দিতে পারে। সরঞ্জামগুলি দীর্ঘস্থায়ী হয় যখন রক্ষণাবেক্ষণের সময়সূচি সাধারণ সময়সীমার পরিবর্তে সরঞ্জামের বাস্তব অবস্থার সাথে মেল খায়। বিশ্বস্ততা-কেন্দ্রিক রক্ষণাবেক্ষণ ব্যবস্থায় ইনসুলেটরগুলির সেন্সর ডেটা অন্তর্ভুক্ত করা হলে, উপাদানগুলির মধ্য দিয়ে রেখে যাওয়া বিদ্যুৎ প্রবাহ বা তাপমাত্রা পরিবর্তনের মতো বাস্তব-সময়ের পরিমাপগুলি অনেক বেশি কার্যকর হয়ে ওঠে। সুবিধা ব্যবস্থাপকদের স্পষ্ট তথ্য পাওয়া যায় যা তাদের অনুমানের পরিবর্তে বাস্তব পরিস্থিতির ভিত্তিতে ঠিক কখন মেরামতের প্রয়োজন হবে তা নির্দেশ করে।