बसबार चैम्फरिंग और एज रेडियस

आयताकार बसबार मिल से समकोण कोनों के साथ निकलता है और शियर या पंच से उन्हीं कोनों पर बर लिए निकलता है। ज़्यादातर फ़ैब्रिकेटर उन एज को तोड़ते हैं। वजह पूछिए तो कई जवाब मिलते हैं: इंसुलेशन वालों ने माँगा था, ड्रॉइंग पर R3 लिखा है, इससे ऑपरेटर के हाथ नहीं कटते। तीनों सही हैं, और तीनों अलग-अलग रेडियस माँगते हैं।

पूरे उद्योग में काम की रेंज मोटे तौर पर R2 से R10 mm है, जो बार के आयाम, वोल्टेज क्लास और इंस्टॉलेशन परिवेश से चुनी जाती है। यह प्रथा का वर्णन है, कोई नॉर्मेटिव आवश्यकता नहीं, और यह भेद जितना लगता है उससे ज़्यादा मायने रखता है।

स्टैंडर्ड असल में क्या कहते हैं

कई मशीन और बसबार वेंडर पेज दावा करते हैं कि IEC 61439 "कॉपर बसबार को चैम्फर करना आवश्यक बनाता है", और कुछ इससे आगे जाकर 800 V से ऊपर के सिस्टम के लिए न्यूनतम R3 बताते हैं और उसका श्रेय IEC 61439 और UL 891, दोनों को देते हैं।

यह गलत है, और इस पर दो-टूक होना मायने रखता है, क्योंकि इंजीनियरों ने किसी सप्लायर की ब्लॉग पोस्ट के भरोसे इसे अपने आंतरिक स्पेसिफ़िकेशन में लिख लिया है।

IEC 61439-1 कहीं भी एज रेडियस का नाम नहीं लेता। वह जो करता है, वह है क्लीयरेंस और क्रीपेज की आवश्यकताएँ तय करना, जिसका आयाम-निर्धारण तर्क IEC 60664-1 इंसुलेशन कोऑर्डिनेशन से आता है, और फिर तैयार असेंबली से यह अपेक्षा करना कि वह डाइइलेक्ट्रिक विदस्टैंड टेस्ट झेल जाए। एज रेडियस उन प्रावधानों को संतुष्ट करने का एक इंजीनियरिंग ज़रिया है। यह कोई नामित आवश्यकता नहीं है, और इसके लिए उद्धृत करने लायक कोई क्लॉज़ संख्या मौजूद ही नहीं। UL 891 के बारे में भी यही सच है।

यह कोई शब्दजाल की बात नहीं है। अगर आप मानते हैं कि रेडियस अनिवार्य है, तो आप हर चीज़ पर एक-सा R3 लगा देंगे और सोचना बंद कर देंगे। अगर आप इसे एक ज़रिये के रूप में समझते हैं, तो जहाँ R2 काफ़ी है वहाँ R2 लगाएँगे, जहाँ फ़ील्ड की समस्या है वहाँ R8, और वहाँ कुछ भी नहीं जहाँ बार को टिन करके सपाट बोल्ट करना है और दोनों तरफ़ 25 mm हवा है।

फ़ील्ड की समस्या, स्टैंडर्ड की अपनी शब्दावली में

IEC 60664-1 सुरक्षा स्टैंडर्ड में इस मायने में असामान्य है कि यह इलेक्ट्रोड की ज्यामिति को सीधे स्वीकार करता है। क्लॉज़ 5.1.3 इस बात से शुरू होता है कि चालक भागों का आकार और व्यवस्था फ़ील्ड की समरूपता को प्रभावित करते हैं और नतीजे में उस क्लीयरेंस को भी जो किसी दिए वोल्टेज को झेलने के लिए चाहिए।

फिर यह क्लीयरेंस टेबल को दो मामलों में बाँटता है।

केस A असमरूप फ़ील्ड है। इसके लिए स्टैंडर्ड का अपना सबसे कठिन मॉडल 30 µm टिप रेडियस वाला बिंदु इलेक्ट्रोड है जो 1 m × 1 m के समतल के सामने है। केस A की क्लीयरेंस चालक भागों के आकार से बेपरवाह, और बिना किसी वोल्टेज विदस्टैंड टेस्ट के इस्तेमाल की जा सकती हैं। इसीलिए वे बड़ी हैं।

केस B समरूप फ़ील्ड है, जिसे मूलतः स्थिर वोल्टेज प्रवणता वाली फ़ील्ड के रूप में परिभाषित किया गया है, और उदाहरण के तौर पर दो ऐसे गोले लिए गए हैं जिनमें से हर एक की त्रिज्या उनके बीच के अंतराल से बड़ी हो। केस B की क्लीयरेंस छोटी हैं। इनकी अनुमति केवल वहाँ है जहाँ चालक भागों का आकार और व्यवस्था उसी स्थिर प्रवणता को हासिल करने के लिए डिज़ाइन की गई हो, और केस A मान से छोटी किसी भी क्लीयरेंस को वोल्टेज विदस्टैंड टेस्ट से वेरिफ़ाई करना होगा।

2.5 kV रेटेड इम्पल्स विदस्टैंड के लिए, दोनों मामलों का फ़र्क मोटे तौर पर 1.5 mm और मोटे तौर पर 0.6 mm हवा का फ़र्क है। ऐसी सघन असेंबली में जहाँ कैबिनेट की चौड़ाई पर बाध्यकारी बंदिश फ़ेज़ का अलगाव है, यह कोई राउंडिंग त्रुटि नहीं है।

फिर स्थायी-अवस्था क्लीयरेंस टेबल से जुड़ा नोट है: असमरूप फ़ील्ड की स्थितियों में पार्शियल डिस्चार्ज के बिना आयाम-निर्धारण संभव नहीं है। स्टैंडर्ड कहता है कि लगभग 2.5 kV शिखर से ऊपर, ब्रेकडाउन मानों के अनुसार आयाम-निर्धारण कोरोना-मुक्त संचालन नहीं दे सकता, ख़ासकर असमरूप फ़ील्ड के लिए, और आपको या तो बड़ी क्लीयरेंस लेनी होंगी या फ़ील्ड का वितरण सुधारना होगा।

फ़ील्ड का वितरण सुधारना ही वह काम है जो एज रेडियस करता है। क्लीयरेंस के विकल्प के रूप में नहीं, बल्कि उस चीज़ के रूप में जो आपको छोटा अंक इस्तेमाल करने देती है, और उस चीज़ के रूप में जो उसी ज्यामितीय दूरी पर आपको लगातार चलने वाले पार्शियल डिस्चार्ज से बाहर रखती है।

यह भी ध्यान दें कि क्रीपेज इस तरह काम नहीं करता। क्रीपेज कार्य वोल्टेज, प्रदूषण की श्रेणी और मटीरियल समूह से तय होता है, और कॉपर को गोल करने से ज़रूरी क्रीपेज पथ छोटा नहीं होता। तो बराबर क्रीपेज पर रेडियस आपको ज़्यादा एक समान फ़ील्ड और केस B क्लीयरेंस का एक मौक़ा खरीदकर देता है। सतह वाले पथ पर वह आपको कुछ नहीं देता।

कोरोना, और यह धीमी विफलता क्यों है

समुद्र-तल पर एक समान फ़ील्ड में हवा मोटे तौर पर 3 kV/mm पर आयनित होती है। नॉमिनल 0.1 mm एज ब्रेक वाला 90° कॉपर कोना फ़ील्ड को जिस गुणक से केंद्रित करता है वह अंतराल की ज्यामिति पर निर्भर है, पर गुणात्मक जवाब यह है कि कोने पर स्थानीय फ़ील्ड, अंतराल भर की औसत फ़ील्ड से बहुत पहले आयनन तक पहुँच जाती है।

नतीजा एक पार्शियल डिस्चार्ज है: छोटा, स्थानीय, अपने आप बुझ जाने वाला ब्रेकडाउन जो अंतराल को पार नहीं करता। कुछ भी ट्रिप नहीं होता। असेंबली पहले दिन अपना विदस्टैंड टेस्ट पास कर लेती है। इसके बजाय जो होता है वह यह कि डिस्चार्ज ओज़ोन और नाइट्रोजन ऑक्साइड बनाता है, जो नमी की मौजूदगी में कार्बनिक इंसुलेशन पर हमला करते हैं, और डिस्चार्ज खुद पॉलिमर सतहों को सीधे क्षरित करता है। विफलता कुछ साल बाद ट्रैकिंग फ़ॉल्ट के रूप में आती है जिसे कमीशनिंग के रिकॉर्ड से कोई समझा नहीं पाता।

मध्यम-वोल्टेज और नए 800 V से 1500 V DC सिस्टम पर रेडियस का तर्क यही है। बात टाइप टेस्ट की नहीं है। बात इसकी है कि असेंबली दो टाइप टेस्ट के बीच क्या कर रही है।

इंसुलेशन तेज़ कोना नहीं मुड़ सकता

यांत्रिक तर्क बिजली वाले तर्क से ज़्यादा ठोस है और ज़्यादातर निम्न-वोल्टेज पैनल बिल्डरों के लिए ज़्यादा तत्काल प्रासंगिक भी।

बसबार इंसुलेशन का हर आम तरीक़ा समकोण कोने पर अपने ही ख़ास ढंग से विफल होता है।

हीट-श्रिंक ट्यूबिंग त्रिज्यीय दिशा में सिकुड़ती है और 90° के भीतरी संक्रमण में बैठती नहीं। वह कोने पर पुल बना देती है। पुल के नीचे बार की लंबाई भर हवा की खाली जगह चलती रहती है, ठीक सबसे ऊँची फ़ील्ड वाले बिंदु पर। मोटी-दीवार वाली बसबार ट्यूबिंग इतनी मोटी भी होती है कि तेज़ किनारा सिकुड़ने के दौरान उसे काट दे या पतला कर दे।

एपॉक्सी पाउडर एनकैप्सुलेशन, चाहे स्थिरवैद्युत ढंग से लगे या फ़्लुइडाइज़्ड बेड से, वही सतह-तनाव वाली खिंचाव-पीछे की समस्या झेलता है जो किसी भी कार्बनिक कोटिंग को किसी किनारे पर होती है। फ़िल्म ठीक वहीं पतली होती है जहाँ आपको सबसे ज़्यादा मोटाई चाहिए।

बार पर लपेटी या लैमिनेट की गई पॉलीइमाइड फ़िल्म कोने का अनुसरण करने के बजाय उस पर तंबू-सा तान देती है, और सेवा में फ़िल्म का तनाव कोने पर केंद्रित हो जाता है।

ओवरमोल्डिंग कोने पर एक प्रवाह-छाया छोड़ती है, और ठंडा होने पर पॉलिमर का सिकुड़ना उसे सबसे तेज़ फ़ीचर से सबसे पहले खींच लेता है।

चारों मामलों में दोष एक ही है: ज्यामिति के सबसे ऊँची-फ़ील्ड वाले बिंदु पर गैस से भरी खाली जगह। उसके लिए यह सबसे बुरी संभव जगह है। लगभग 4 सापेक्ष विद्युतशीलता वाले ठोस में जड़ी 1 सापेक्ष विद्युतशीलता वाली खाली जगह में, उस खाली जगह की फ़ील्ड आसपास के ठोस की फ़ील्ड से कई गुना होती है, जबकि गैस की ब्रेकडाउन स्ट्रेंथ ठोस से कहीं कम। खाली जगह हर चक्र पर सबसे पहले डिस्चार्ज करती है, और डिस्चार्ज उसकी दीवार को तब तक क्षरित करता है जब तक दीवार बचे ही नहीं।

एपॉक्सी-इंप्रेग्नेटेड बसबार इंसुलेशन पर हुए काम ने ठीक यही क्रम पकड़ा है: किसी बुलबुले के दोष के भीतर पार्शियल डिस्चार्ज एपॉक्सी को विघटित करता है, गैस का दबाव चढ़ता है, और दबाव उसकी तन्यता से आगे जाते ही खाली जगह की दीवार टूट जाती है। शुरुआत की जगह वही दोष है, और दोष वहीं है जहाँ ज्यामिति ने इंसुलेशन के लिए बैठ पाना असंभव कर दिया था।

गोल किया गया कोना इंसुलेशन को बेहतर नहीं बनाता। वह इंसुलेशन के लिए इतना अच्छा होना संभव बनाता है जितना वह सपाट हिस्से पर होता है।

पाउडर कोट और पेंट का किनारे से खिंचना

कोटिंग उद्योग ने यह बहस दशकों पहले तय कर ली थी और एक अंक लिख दिया था।

जब कोई पॉलिमर कोटिंग किसी तेज़ किनारे पर लगती है, चाहे पाउडर हो या तरल, तो बहाव और क्योरिंग के दौरान सतह-तनाव मटीरियल को किनारे से दूर खींच लेता है। किनारे पर सूखी फ़िल्म की मोटाई बगल के सपाट हिस्से की मोटाई का एक अंश रह सकती है, यही वजह है कि पेंट किए हुए स्टील पर संक्षारण किनारों से शुरू होकर भीतर की ओर फैलता है, उल्टा नहीं।

ISO 8501-3 किनारों, वेल्ड और सतह की खामियों के लिए तैयारी के तीन ग्रेड परिभाषित करता है। ग्रेड P3, जो सबसे पूरा है, माँगता है कि सारे किनारे कम से कम 2 mm रेडियस पर गोल किए जाएँ। फिर ISO 12944-3

संक्षारकता श्रेणी C4 और उससे ऊपर में उच्च और बहुत उच्च टिकाऊपन के लिए, तथा निमज्जन श्रेणियों Im1 से Im4 के लिए P3 को अनिवार्य बनाता है।

बचाव-योग्य न्यूनतम रेडियस असल में उसी 2 mm से आता है, और वह किसी बिजली के नहीं, कोटिंग के स्टैंडर्ड से आता है। अगर कोई ग्राहक आपसे R2 को उचित ठहराने को कहे, तो IEC 61439 नहीं, ISO 8501-3 का हवाला दें।

एक चेतावनी, ताकि इसे बढ़ा-चढ़ाकर न बेचा जाए। Progress in Organic Coatings में छपे एक व्यवस्थित अध्ययन ने पॉलिश किए गए धातुकर्मीय अनुप्रस्थ काट पर गोल किए गए स्टील किनारों पर सूखी फ़िल्म की मोटाई नापी और जिन सिस्टम को परखा, उन पर कोटिंग की कवरेज पर एज रेडियस का कोई सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण असर नहीं पाया। वह काम कॉपर बसबार पर नहीं, संरचनात्मक स्टील पर था, और वह क्रियाविधि को उलटता नहीं, पर यह याद दिलाता है कि गोल करने की प्रक्रिया और कोटिंग सिस्टम भी उतना ही मायने रख सकते हैं जितना रेडियस का अंक। किनारे को गोल करना ज़रूरी है। अकेला वह पर्याप्त नहीं है।

चैम्फर या रेडियस

ये एक चीज़ नहीं हैं और यह फ़र्क ड्रॉइंग के चरण पर दो मिनट सोचने लायक है।

चैम्फर एक सपाट बेवल है। 1 mm × 45° का चैम्फर एक 90° कोने की जगह दो 135° कोने रख देता है। यह बर हटाता है, हैंडलिंग के खतरे में से तेज़ी निकालता है, और कोटिंग की थोड़ी मदद करता है। बिजली के लिहाज़ से यह लोगों की धारणा से कहीं कम मदद करता है, क्योंकि सतह में अब भी दो असातत्य बचे हैं और फ़ील्ड अब भी उन पर केंद्रित होती है, बस कम गंभीरता से।

रेडियस एक सच्चा चाप है, दोनों फ़ेस से स्पर्शरेखीय, जिसमें कोई असातत्य है ही नहीं। फ़ील्ड को वही चाहिए और हीट-श्रिंक तथा ओवरमोल्डिंग को भी वही।

हैंडलिंग की सुरक्षा के लिए और उस बार के लिए जिसे बोल्ट करके खुला छोड़ना है, चैम्फर ठीक है और वह बनाने में तेज़ भी है। जिस चीज़ पर इंसुलेशन चढ़ेगा, जिसे एनकैप्सुलेट किया जाएगा, या जो कुछ सौ वोल्ट से ऊपर कसे हुए फ़ेज़ अंतराल पर चलेगी, उसके लिए रेडियस स्पेसिफ़ाई करें और ड्रॉइंग पर वही लिखें, क्योंकि "chamfer 1 mm" और "R1" अलग टूलिंग से बनेंगे और एक जैसा प्रदर्शन नहीं करेंगे।

कॉपर में इसकी लागत

गोल करना अनुप्रस्थ काट हटाता है, और अनुप्रस्थ काट ही एम्पैसिटी है।

हर कोने पर हटने वाला क्षेत्रफल R²(1 − π/4) है, यानी लगभग 0.215 R²। 1000 mm² वाले 100 × 10 mm बार पर R5 के चार कोने मोटे तौर पर 21.5 mm² हटाते हैं, यानी 2% से थोड़ा ज़्यादा। 60 × 10 mm बार पर R3 पर यह लगभग 1.3% है। उसी 100 × 10 बार पर 1 mm × 45° का चैम्फर 2 mm², यानी 0.2% हटाता है।

कंडक्टर का दो प्रतिशत विनाशकारी नहीं है, पर बिना किसी मार्जिन के साइज़ किए गए बार पर यह कुछ भी नहीं भी नहीं है, और यह उस डीरेटिंग के साथ जुड़ता है जो आप एनक्लोज़र और समूहन के लिए पहले ही ले चुके हैं। अगर आप सीमा के क़रीब हैं, तो भारी भार वाले बार पर बड़ा रेडियस तय करने से पहले ज्यामिति को कोने के नुकसान के साथ और उसके बिना बसबार एम्पैसिटी कैलकुलेटर में चला लें।

हाथ, दस्ताने, और वह वजह जिससे ज़्यादातर शॉप असल में यह करती हैं

0.2 mm बर वाली शियर की हुई कॉपर एज आर्क-फ़्लैश दस्ताने को फाड़ देगी। वह हाथ भी फाड़ देगी। बसबार भारी है, असेंबली के दौरान उसे बार-बार पकड़ा जाता है, और अक्सर उसे जगह पर बैठाने में फ़िटर अपना पूरा वज़न लगाता है।

यही वजह है कि उन असेंबली पर भी एज ट्रीटमेंट स्पेसिफ़ाई होता है जहाँ फ़ील्ड-केंद्रण का कोई तर्क है ही नहीं, और यह पूरी तरह अच्छी वजह है। संयोग से यही वह वजह भी है जिसे नापा जाता है, क्योंकि दस्तानों की खपत और प्राथमिक चिकित्सा के रिकॉर्ड ऐसी चीज़ें हैं जिन्हें प्लांट मैनेजर पहले से ट्रैक करता है।

इसे दोहराने लायक ढंग से बनाना

बसबार पर एज रेडियस को कई शॉप में वैकल्पिक क्यों माना जाता है, इसकी वजह यह है कि पहले यह रेती या डाई ग्राइंडर से किया जाने वाला हाथ का काम था, जिसका मतलब था असंगत, धीमा और अप्रिय।

मशीनों की दो श्रेणियाँ इसे संभालती हैं। चैम्फरिंग फ़ॉर्म टूल वाले मिलिंग स्पिंडल से बार के किनारे पर एक निश्चित चैम्फर या रेडियस काटती है, जिसमें पंच किए गए होल के किनारे और सिरे भी शामिल हैं। EMAC-XT चैम्फरिंग मशीन छह-स्थिति वाले स्वचालित टूल चेंजर के साथ BT40 स्पिंडल को 6000 rpm तक चलाती है, 3 से 15 mm मोटा और 30 से 230 mm चौड़ा बार संभालती है, और पोज़िशनिंग तथा दोहरावशीलता पर ±0.05 mm रखती है। टूल चेंजर यहाँ मायने रखता है: एक ही प्रोग्राम पर चैम्फर टूल, रेडियस फ़ॉर्म टूल और होल-एज टूल होने का मतलब है कि ऑपरेटर मशीन पर खड़ा होकर फ़ीचर बदलने के लिए कॉलेट नहीं बदलता रहेगा।

डीबरिंग अलग मक़सद वाला अलग ऑपरेशन है। यह बर हटाती है और एक ही पास में हर चीज़ पर, होल के किनारों समेत, एक छोटा, अनियंत्रित एज ब्रेक डाल देती है। BND800-2 डीबरिंग मशीन 0.5 से 50 mm मोटा और 100 से 800 mm चौड़ा बार 5 से 30 m/min पर लेती है। वही थ्रूपुट केवल चिह्नित बार के बजाय हर बार को डीबर करना व्यवहार्य बनाता है।

पकड़े रखने लायक भेद यह है: डीबरिंग बार को पकड़ने के लिए सुरक्षित बनाती है और वह उठी हुई धातु हटाती है जो वरना बोल्टेड जॉइंट में दो मिलने वाले फ़ेस के बीच बैठ जाती। यह कोई नियंत्रित रेडियस नहीं बनाती। अगर ड्रॉइंग R3 माँगती है और कोई बार को डीबरिंग लाइन से गुज़ारकर खाना टिक कर देता है, तो आप जो इंसुलेशन की समस्या हल करने चले थे वह अब भी वहीं है।