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आकाशीय बिजली के दौरान विद्युत सर्ज की भौतिकी

जब बिजली गिरती है, तो वह एक बिलियन वोल्ट बिजली को माइक्रोसेकंड में जारी करती है, जिससे कोएक्सियल केबल्स जैसी सुचालक सामग्रियों के साथ यात्रा करने वाली अचानक वोल्टेज स्पाइक्स बनती हैं। जो होता है, वास्तव में काफी सीधा है। बिजली के प्रहार से चुंबकीय क्षेत्र के कारण तारों और अन्य सुचालकों में धारा प्रवाहित होती है, और यह अक्सर नियमित इन्सुलेशन और इलेक्ट्रॉनिक घटकों को भारित कर देता है। NEMA द्वारा पिछले साल प्रकाशित शोध के अनुसार, भले ही बिजली कुछ भी सीधे प्रहार न करे, बस इतना करीब होना अभी भी 10,000 वोल्ट से अधिक वोल्टेज उत्पन्न कर सकता है। अधिकांश घरेलू इलेक्ट्रॉनिक्स केवल 1,000 से 3,000 वोल्ट तक संभालने के लिए बनी होती हैं, उससे अधिक होने पर वे खराब होने लगती हैं। इसलिए पावर लाइनों या संचार प्रणालियों से जुड़ी किसी भी चीज़ के लिए उचित सर्ज सुरक्षा बहुत महत्वपूर्ण है।

उच्च-वोल्टेज संक्रमण को निर्देशित करने में भूमि संपर्कन की भूमिका

ग्राउंडिंग किट्स विद्युत सर्ज के लिए एक मार्ग बनाकर काम करती हैं, जिसमें बहुत कम प्रतिरोध होता है, आमतौर पर IEEE 1100 मार्गदर्शन के अनुसार 25 ओम से कम। जब हम उन कोएक्सियल केबल शील्ड को कम से कम 10 AWG के आकार के तांबे के ग्राउंडिंग तारों से जोड़ते हैं, तो अधिकांश सर्ज ऊर्जा सुरक्षित रूप से जमीन में पहुंच जाती है। UL 1449 मानकों के तहत किए गए परीक्षणों से पता चलता है कि ये सिस्टम हमारे उपकरणों से खतरनाक बिजली का 95% से अधिक वास्तव में पुनर्निर्देशित कर सकते हैं। इसका अर्थ है कि सर्किट बोर्डों को होने वाला महंगा नुकसान, जहां ट्रेस वाष्पित हो सकते हैं या अर्धचालक अपने संधि पर खराब हो सकते हैं, बहुत कम संभावना वाला बन जाता है।

सर्ज के दौरान सिस्टम क्षमता को स्थिर करने में ग्राउंडिंग कैसे मदद करती है

उचित भू-संपर्कन (ग्राउंडिंग) करने से उपकरणों और जमीन के बीच खतरनाक वोल्टेज अंतर को कम करने में मदद मिलती है, जिससे घटकों के माध्यम से हानिकारक विद्युत आर्क बनने से रोका जा सके। हमने पिछले साल फ्लोरिडा में परीक्षण के दौरान यह देखा था कि उचित ढंग से भू-संपर्कित प्रणालियों ने तड़ित गिरने पर भी वोल्टेज को लगभग 500 वोल्ट पर नियंत्रित रखा था। वहीं, भू-संपर्कित नहीं किए गए उपकरणों में वोल्टेज 8,200 वोल्ट तक बढ़ गया था! आज के उच्च-रिज़ॉल्यूशन वीडियो उपकरणों और नेटवर्क हार्डवेयर में मौजूद संवेदनशील सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट्स की रक्षा की बात आने पर ऐसे अंतर का काफी महत्व होता है। अच्छी भू-संपर्कन प्रथाओं के बिना, ये महंगे तकनीकी उपकरण प्रकृति की विद्युत शक्ति का सामना करने में सक्षम नहीं होंगे।

कोएक्सियल केबल्स कैसे उपकरणों तक तड़ित-प्रेरित वोल्टेज सर्ज का संचालन करते हैं

कोएक्सियल लाइनों के माध्यम से तड़ित-प्रेरित वोल्टेज सर्ज के मार्ग

कोएक्सियल केबल्स अपने धातु के शील्ड के कारण बिजली के सर्ज के लिए अप्रत्याशित संवाहक बन सकते हैं। स्थापना के पास बिजली गिरने से शक्तिशाली विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न होते हैं जो कभी-कभी 100 किलोवोल्ट से अधिक तक पहुंचने वाले वोल्टेज को इन केबलों के माध्यम से धकेलते हैं। यह वोल्टेज केबल के साथ ठीक उस उपकरण की ओर बढ़ता है जो दूसरे सिरे पर जुड़ा होता है। केबल की बाहरी परत मूल रूप से इस ऊर्जा के लिए एक राजमार्ग की तरह काम करती है जब तक कि कुछ इसे रोक नहीं देता। यहीं पर उचित भू-संपर्कन (ग्राउंडिंग) की आवश्यकता होती है। उच्च गुणवत्ता वाली भू-संपर्कन प्रणाली इन खतरनाक सर्ज को पकड़ लेगी और उन्हें सुरक्षित रूप से जमीन में भेज देगी, बजाय इसके कि वे संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स को नष्ट कर दें।

केस स्टडी: टीवी और नेटवर्किंग उपकरणों को सर्ज से हुआ नुकसान

दिसंबर 2023 में, फ्लोरिडा के टैंपा में एक घर पर बिजली गिरने से कोएक्सियल केबलों के माध्यम से जुड़े इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को काफी नुकसान हुआ। विद्युत सर्ज टीवी के एचडीएमआई इनपुट पर रुकने के बजाय सैटेलाइट डिश कनेक्शन के माध्यम से घर के अंदर तक पहुंचा, जिससे होम थिएटर सेटअप को तो नुकसान पहुंचा ही, साथ ही वाई-फाई राउटर के ईथरनेट पोर्ट की भी पूरी तरह से बर्बादी हो गई। इस एक तूफानी घटना से हुए नुकसान की भरपाई के लिए मकान मालिकों को दो हजार आठ सौ डॉलर से अधिक का खर्च वहन करना पड़ा। यह वास्तविक जीवन की घटना इस बात की चेतावनी दाता है कि कोएक्सियल केबल स्थापना के दौरान उचित भू-संपर्कन (ग्राउंडिंग) कितना आवश्यक है, विशेष रूप से तब जब क्षेत्र में खराब मौसम की भविष्यवाणी हो रही हो।

इलेक्ट्रॉनिक घटकों को नुकसान पहुंचाने वाली वोल्टेज सीमाएं

औसत उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक उपकरण 1,000 वोल्ट से अधिक वोल्टेज का सामना नहीं कर सकते, लेकिन बिजली के झटके सामान्य रूप से 10,000 वोल्ट से अधिक की ताकत के होते हैं। तूफानों के दौरान हमारे गैजेट्स के लिए यह गंभीर समस्या पैदा करता है। केबल मॉडेम 900 से 1,200 वोल्ट के बीच में आ जाने पर खराब हो जाते हैं, जबकि टीवी ट्यूनर लगभग 800 वोल्ट पर और भी अधिक संवेदनशील होते हैं। इस स्थिति में वास्तविक मजबूत उपकरण? एथरनेट स्विच अपने एकीकृत सर्किट के साथ हैं, जो लगभग 1,500 वोल्ट तक चलते हैं, उसके बाद खराब हो जाते हैं। भू-तार व्यवस्था इन खतरनाक वोल्टेज उछालों को विशेष पथों के माध्यम से दूर करके हमारी सहायता करती है, जो वोल्टेज स्तर को 100 वोल्ट से कम तक लाते हैं। ये सुरक्षा उपाय आसमानी तूफानों के दौरान महंगे उपकरणों को खराब होने से बचाते हैं।

एक समाक्षीय केबल भू-तार किट के घटक और डिज़ाइन

भू-तार किट घटकों का विवरण: ब्लॉक, क्लैंप और कनेक्टर

समाक्षीय केबल भू-संपर्कन किट में आमतौर पर तीन मुख्य भाग शामिल होते हैं: एक भू-संपर्कन ब्लॉक, कोई तरह का क्लैंप, और विभिन्न कनेक्टर। भू-संपर्कन ब्लॉक मूल रूप से समाक्षीय केबल के बाहरी शील्ड को जो भू-संपर्कन प्रणाली लगाई गई है, उससे जोड़ने वाला एक चालक मार्ग बनाता है। इसी समय क्लैंप यांत्रिक रूप से सबको एक साथ पकड़ने के साथ-साथ विद्युत संपर्क को भी बनाए रखता है। कनेक्टर्स के मामले में, गुणवत्ता बहुत महत्वपूर्ण होती है क्योंकि उन्हें प्रतिबाधा को ठीक से मिलाना होता है। यह सिग्नल नुकसान को कम करने में मदद करता है जो तब बहुत महत्वपूर्ण हो जाता है जब कभी वोल्टेज में उछाल आता है। अच्छा प्रतिबाधा मिलान नहीं होने पर डेटा विद्युत विक्षोभों के दौरान क्षतिग्रस्त या पूरी तरह से खो सकता है।

समाक्षीय केबल और भू-संपर्कन किट के बीच कनेक्शन की व्याख्या

सही स्थापना के लिए, समाक्षीय केबल के बाहरी हिस्से को ग्राउंडिंग ब्लॉक से संपीड़न कनेक्टर के साथ जोड़ना होता है। यह कनेक्शन एक ऐसा मार्ग बनाता है जो विद्युत तरंगों को हमारे कीमती इलेक्ट्रॉनिक्स से सुरक्षित रूप से बहने देता है उन्हें क्षतिग्रस्त करने के बजाय। एक प्रणाली में कई उपकरणों के साथ काम करते समय, अधिकांश लोग ग्राउंडिंग ब्लॉक को घर में प्रवेश करने वाली केबलों के साथ ही ओवरज सुरक्षा के साथ स्थापित करेंगे। यह संयोजन टीवी, इंटरनेट मॉडेम और वायरलेस राउटर जैसी चीजों को एक साथ उन अप्रत्याशित बिजली के तूफानों के दौरान सुरक्षित रखने के लिए बहुत अच्छा काम करता है जो कभी-कभी हमें मिलते हैं।

उचित ग्राउंडिंग वायर आकार का महत्व (उदाहरण के लिए, 10 AWG कॉपर)

तांबे के ग्राउंडिंग तारों को एनईसी अनुच्छेद 810 के मानकों को पूरा करना चाहिए, 10 AWG यह निवासी स्थापन के लिए अनुशंसित न्यूनतम आकार है। व्यावसायिक प्रणालियों में अधिक विद्युत धारा के निपटान की आवश्यकता होती है, इसलिए बड़े व्यास (उदाहरण के लिए, 6 AWG) की आवश्यकता होती है। छोटे आकार के तारों से प्रतिबाधा बढ़ जाती है, जिससे UL 467 परीक्षण प्रोटोकॉल के अनुसार भार में कमी लगभग 60% तक हो सकती है।

बाहरी स्थापन में सामग्री मानक और स्थायित्व

उच्च गुणवत्ता वाले भू-संपर्कन किट्स में आमतौर पर ऐसी सामग्री का उपयोग किया जाता है जो संक्षारण का विरोध करती है, जैसे टिन की हुई तांबे की वायरिंग और स्टेनलेस स्टील के कनेक्टर्स, जिन्हें यूवी किरणों और नम परिस्थितियों दोनों का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। जब आप बाजार में दुकान लगा रहे हों, तो यह जांच लें कि क्या सामान UL 467 प्रमाणन के साथ आता है जो भू-संपर्कन सुरक्षा मानकों को शामिल करता है, या फिर दूरसंचार स्थापना के लिए विशेष रूप से ANSI/TIA-607 के अनुपालन की तलाश करें। ऐसे स्पेक्स के अनुसार बनाए गए किट्स आमतौर पर कठिन परिस्थितियों के सामने आने पर भी बीस साल से अधिक तक चलते हैं। हम बात कर रहे हैं तटरेखा के पास के खारे हवा से लेकर ऐसी जगहों तक जहां तापमान -40 डिग्री फारेनहाइट से लेकर 150 डिग्री फारेनहाइट तक के तेज उतार-चढ़ाव के साथ असफल होने के बिना रहता है।

कोएक्सियल केबल भू-संपर्कन किट की स्थापना के लिए सर्वोत्तम प्रथाएं

कोएक्सियल सर्ज प्रोटेक्टर की स्थापना के लिए चरण-दर-चरण मार्गदर्शिका

भवन में केबल के प्रवेश बिंदु से लगभग 12 से 18 इंच दूर समाक्षीय केबल काटकर शुरू करें। एक अच्छी गुणवत्ता वाले समाक्षीय संपीड़न उपकरण को लें और प्रत्येक सिरे पर मौसम प्रतिरोधी एफ-कनेक्टर लगाएं। भू-संपर्कन ब्लॉक स्थापित करने के भाग को न भूलें। बाहरी दीवार और उस उपकरण के बीच इसे लगाएं जो भीतर स्थित है, यह सुनिश्चित करते हुए कि यह किसी उचित रूप से भू-संपर्कित वस्तु, जैसे मिट्टी में धंसी धातु की छड़ या भूमिगत दीवारों से होकर जाने वाली पुरानी ठंडी पानी की पाइप, से ठोस संपर्क में है। सभी कनेक्शनों को कसते समय, मानक क्लैंप के बजाय जंगरोधी क्लैंप का उपयोग करें। बाहरी जोड़ों को सील करने के लिए, हार्डवेयर स्टोर पर बिकने वाली यूवी प्रतिरोधी सिलिकॉन सामग्री का उपयोग करें। बस इतना लगाएं कि एक अच्छी बाधा बन जाए और बाद में गड़बड़ी न हो।

ऐंटीना मस्तूल और छत स्थापन के लिए भू-संपर्कन विधियाँ

ऐंटीना मस्तूल को कोएक्सियल केबल की सेवा देने वाली भू-संपर्क प्रणाली के साथ उचित रूप से जोड़ना चाहिए। छतों पर स्थापित करते समय, मस्तूल के पास जमीन में कम से कम छह फीट नीचे तक 8 फीट लंबे तांबे के भू-इलेक्ट्रोड डालना सर्वोत्तम प्रथा है। मस्तूल और इलेक्ट्रोड के बीच एक अच्छा संपर्क स्प्लिट बोल्ट क्लैंप के साथ 10 AWG तांबे के तार का उपयोग करके बनाया जा सकता है। हालांकि चट्टानी इलाकों में यह काम थोड़ा मुश्किल हो जाता है। ऐसे स्थानों पर भूमि की सतह से लगभग तीस इंच नीचे समतल रूप से लगाए गए भू-प्लेट बेहतर काम करती हैं। यह विद्युत प्रतिरोध को नियंत्रित रखने में मदद करता है, जो राष्ट्रीय विद्युत नियम (अनुभाग 250.52) के अनुसार 25 ओम से कम होना चाहिए। यहां का उद्देश्य केवल नियमों का पालन करना नहीं बल्कि बिजली के धारा के लिए एक सुरक्षित मार्ग बनाना भी है।

कोएक्सियल केबल पर वोल्टेज सर्ज सुरक्षा और सर्ज प्रोटेक्टर पर पोर्ट

समर्पित कोएक्सियल पोर्ट्स (RG6/RG11) वाले सर्ज प्रोटेक्टर जमीन पर गिरने वाली बिजली के कारण होने वाली धारा को जमीन में स्थानांतरित कर देते हैं, बशर्ते कि ग्राउंडिंग सिस्टम ठीक से बंधा हो। ≥5kA सर्ज क्षमता और 500V से कम क्लैम्पिंग वोल्टेज वाले उपकरणों की तलाश करें।

पोर्ट प्रकार	क्लैम्पिंग वोल्टेज	सर्ज रेटिंग
RG6 (टीवी)	≥ 500V	5kA
RG11 (नेटवर्क)	≥ 400V	10kA

हाल की एक उद्योग विश्लेषण के अनुसार, अनग्राउंडेड सर्ज प्रोटेक्टर 1kV से अधिक अस्थायी वोल्टेज के 92% को कम करने में विफल रहते हैं। हमेशा मल्टीमीटर का उपयोग करके प्रोटेक्टर के ग्राउंड टर्मिनल और प्राथमिक ग्राउंडिंग इलेक्ट्रोड के बीच निरंतरता सुनिश्चित करें।

अपर्याप्त या लापता ग्राउंडिंग की सीमाएं और जोखिम

बिजली की घटनाओं के दौरान अनग्राउंडेड सर्ज प्रोटेक्टर के जोखिम

अगर कोएक्सियल केबल्स को उन विशेष ग्राउंडिंग किट्स का उपयोग करके उचित ढंग से ग्राउंड नहीं किया जाता, तो बिजली गिरने पर वे एक बड़ी समस्या बन जाते हैं। अधिकांश लोग इस बात को नहीं समझते, लेकिन 2023 में NEMA के आंकड़ों के अनुसार, बिजली की लगभग 60 प्रतिशत ऊर्जा सर्ज प्रोटेक्टर्स से पूरी तरह से निकल जाती है जब ग्राउंडिंग नहीं होती। इसके बाद क्या होता है? जुड़े हुए इलेक्ट्रॉनिक्स को भारी वोल्टेज स्पाइक्स का सामना करना पड़ता है, जो कभी-कभी 15,000 वोल्ट से भी अधिक तक पहुंच जाते हैं। बची हुई बिजली बस गायब नहीं हो जाती। यह राउटर बोर्ड्स और टेलीविज़न घटकों को आश्चर्यजनक रूप से तेज़ी से पिघला देती है। फ़ील्ड परीक्षणों से पता चला है कि लगभग 8 में से 10 बार, प्रारंभिक सर्ज उत्पन्न होने के केवल तीन मिलियनवें सेकंड के भीतर इस तरह की विफलताएं होती हैं।

ख़राब ग्राउंडिंग के कारण उपकरण विफलता पर उद्योग आंकड़े

2021 के एक IEEE अध्ययन में 12,000 से अधिक सर्ज घटनाओं की जांच करने पर शोधकर्ताओं ने पाया कि लगभग 10 में से 7 उपकरण खराबियां खराब भू-संपर्कन तकनीकों के कारण हुई थीं। उन उपकरणों में जहां 14 AWG तारों वाले भू-संपर्कन किट का उपयोग किया गया था, वहां अक्सर खराबी आती रहती थी, जो उचित 10 AWG तांबे के भू-संपर्कित तारों वाले सेटअप की तुलना में लगभग 2.5 गुना अधिक थी। बिना उचित भू-संपर्कन वाले सिस्टम में समस्याओं को ठीक करने में व्यवसायों को प्रत्येक बार लगभग 1,200 डॉलर का खर्च आता है, जबकि उचित रूप से भू-संपर्कित सिस्टम की मरम्मत कराने में औसतन लगभग 180 डॉलर का ही खर्च आता है। इससे समय के साथ रखरखाव बजट पर काफी अंतर पड़ता है।

क्या भू-संपर्कन के बिना सर्ज प्रोटेक्टर काम कर सकते हैं? मिथकों का खंडन करें

एक अच्छा भू-संपर्कन किट (grounding kit) सिर्फ कोई अतिरिक्त चीज़ नहीं है, यह वास्तव में किसी भी उचित ओवरवोल्टेज सुरक्षा व्यवस्था के सबसे महत्वपूर्ण हिस्सों में से एक है। प्रयोगशाला में किए गए परीक्षण काफी स्पष्ट रूप से दर्शाते हैं कि क्या होता है जब भू-संपर्कन (grounding) की अनुपस्थित में कुछ हो। इसके बिना, लगभग 90 प्रतिशत तड़ित आघात की ऊर्जा उन सभी जुड़ी हुई गैजेट्स पर जा पहुँचती है जहाँ यह नहीं होनी चाहिए। लेकिन यदि सब कुछ भू-संपर्कन के लिए NFPA 780 मानकों का पालन करता है, तो यह संख्या घटकर लगभग 8% के करीब हो जाती है। और आइए स्वीकार करें कि यहाँ तक कि महंगे सर्ज प्रोटेक्टर भी मूल रूप से बस एक सामान्य पावर स्ट्रिप में बदल जाते हैं जैसे ही उनका उचित भू-संपर्कन प्रणालियों से संपर्क टूट जाता है। संख्याएँ इसकी पुष्टि भी करती हैं, ये महंगे मॉडल भी दो बड़े सर्ज हमलों के बाद लगभग उसी दर से विफल होने लगते हैं जैसे पूरी तरह से असुरक्षित उपकरण।

सामान्य प्रश्न

तड़ित घटनाओं के दौरान विद्युत् सर्ज किस कारण से होते हैं?

बिजली गिरने की घटनाओं के दौरान विद्युत् सर्ज एक अचानक एक अरब वोल्ट बिजली के छूटने से होता है, जो समाक्षीय केबल जैसी चालक सामग्रियों के साथ वोल्टेज स्पाइक्स पैदा करता है।

बिजली से होने वाले सर्ज से बचाव के लिए भू-संपर्कन (ग्राउंडिंग) कैसे मदद करता है?

भू-संपर्कन (ग्राउंडिंग) विद्युत् सर्ज के लिए एक कम प्रतिरोधक का मार्ग प्रदान करता है, जो खतरनाक बिजली को जमीन में भेज देता है और संवेदनशील उपकरणों को होने वाले नुकसान को कम करता है।

समाक्षीय केबल के लिए उचित भू-संपर्कन (ग्राउंडिंग) क्यों महत्वपूर्ण है?

उचित भू-संपर्कन (ग्राउंडिंग) बिजली से उत्पन्न सर्ज को समाक्षीय केबल के माध्यम से जुड़े उपकरणों में जाने से रोकता है, जिससे महत्वपूर्ण क्षति से बचा जा सके।

समाक्षीय केबल भू-संपर्कन (ग्राउंडिंग) किट के प्रमुख घटक क्या हैं?

समाक्षीय केबल भू-संपर्कन (ग्राउंडिंग) किट में आमतौर पर एक भू-संपर्कन ब्लॉक, क्लैंप और कनेक्टर्स शामिल होते हैं, जो सर्ज को सुरक्षित रूप से जमीन तक पहुंचने के लिए एक मार्ग बनाते हैं।

क्या सर्ज प्रोटेक्टर्स भू-संपर्कन (ग्राउंडिंग) के बिना काम कर सकते हैं?

नहीं, अर्थिंग के बिना सर्ज प्रोटेक्टर काफी कम प्रभावी होते हैं, क्योंकि अतिरिक्त वोल्टेज को जुड़े उपकरणों से सुरक्षित दूर भेजने के लिए अर्थिंग महत्वपूर्ण है।