सर्किट ब्रेकर में प्रतिरोध स्विचिंग

प्रतिरोध स्विचिंग

प्रतिरोध स्विचिंग एक निश्चित प्रतिरोध को सर्किट ब्रेकर के संपर्क अंतराल या आर्क के समानांतर जोड़ने के अभ्यास को संदर्भित करता है। यह तकनीक मुख्य रूप से संपर्क स्थान में उच्च पोस्ट-आर्क प्रतिरोध वाले सर्किट ब्रेकरों में लागू की जाती है, जिसका मुख्य उद्देश्य फिर से जलने वाले वोल्टेज और अस्थायी वोल्टेज सर्ज को कम करना होता है।

विद्युत प्रणालियों में गंभीर वोल्टेज उतार-चढ़ाव दो मुख्य परिस्थितियों से होता है: कम मात्रा के संधारित धाराओं को रोकने और धारितीय धाराओं को टूटने से। ऐसे ओवरवोल्टेज सिस्टम के संचालन के लिए खतरा पैदा करते हैं, लेकिन इन्हें सर्किट ब्रेकर के संपर्कों पर एक प्रतिरोध जोड़कर प्रतिरोध स्विचिंग के माध्यम से प्रभावी ढंग से प्रबंधित किया जा सकता है।

इस सिद्धांत का मूल सिद्धांत यह है कि समानांतर प्रतिरोध अवरोधन के दौरान धारा का एक हिस्सा अलग करता है, जिससे धारा बदलाव की दर (di/dt) और अस्थायी पुनर्प्राप्ति वोल्टेज की वृद्धि को सीमित किया जाता है। यह न केवल आर्क फिर से जलने की संभावना को कम करता है, बल्कि आर्क ऊर्जा को भी अधिक प्रभावी ढंग से विसर्जित करता है। प्रतिरोध स्विचिंग विशेष रूप से एक्स्ट्रा-हाई-वोल्टेज (EHV) सिस्टमों में जहाँ स्विचिंग ओवरवोल्टेज के लिए संवेदनशील अनुप्रयोग होते हैं, जैसे बिना लोड वाली प्रसारण लाइनों को ऊर्जा-रहित करना या कैपेसिटर बैंकों को स्विच करना, इसकी आवश्यकता विशेष रूप से महत्वपूर्ण होती है।

जब कोई दोष होता है, तो सर्किट ब्रेकर के संपर्क खुलते हैं, जिससे उनके बीच एक आर्क शुरू होता है। जैसे-जैसे आर्क प्रतिरोध R द्वारा शंट किया जाता है, आर्क धारा का एक भाग प्रतिरोध R के माध्यम से विस्थापित होता है, जिससे आर्क धारा कम होती है और आर्क चैनल के डीआयऑनाइजेशन दर में वृद्धि होती है।

यह एक स्व-समर्थित चक्र को ट्रिगर करता है: जैसे-जैसे आर्क प्रतिरोध बढ़ता है, अधिक धारा शंट प्रतिरोध R के माध्यम से प्रवाहित होती है, जिससे आर्क को ऊर्जा से वंचित कर दिया जाता है। यह प्रक्रिया जारी रहती है जब तक धारा आर्क संरक्षण के लिए आवश्यक महत्वपूर्ण सीमा से नीचे नहीं गिर जाती (जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है), इस समय आर्क बुझ जाता है और सर्किट ब्रेकर सर्किट को सफलतापूर्वक अवरोधित कर देता है।

यह तंत्र शंट प्रतिरोध द्वारा धारा वितरण को गतिशील रूप से नियंत्रित करने पर निर्भर करता है, जो आर्क चैनल में "धारा की कमी → त्वरित डीआयऑनाइजेशन → आर्क प्रतिरोध में वृद्धि" के दुष्प्रभावी चक्र में बाध्य करता है। यह आर्क चैनल में डाइएलेक्ट्रिक शक्ति की तेज वापसी की सुविधा प्रदान करता है, जो अक्सर धारा शून्य पारित होने से पहले ही होती है, जिससे उच्च आवृत्ति फिर से जलने वाले ओवरवोल्टेज को दबाने में यह विशेष रूप से प्रभावी होता है। ऐसा कार्य EHV सर्किट ब्रेकरों में धारितीय धारा अवरोधन या छोटी संधारित धाराओं को टूटने के दौरान महत्वपूर्ण होता है।

वैकल्पिक रूप से, प्रतिरोध को अक्षीय ब्लास्ट सर्किट ब्रेकरों में देखा जा सकता है, जहाँ आर्क को मुख्य संपर्कों से प्रोब संपर्कों पर स्थानांतरित करके स्वचालित रूप से जोड़ा जा सकता है, जो बहुत कम समय में होता है। आर्क पथ को धातु के पथ से प्रतिस्थापित करके, प्रतिरोध के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा सीमित की जाती है, जिससे आसानी से अवरोधन किया जा सकता है।

शंट प्रतिरोध फिर से जलने वाले वोल्टेज ट्रांजिएंट्स के दोलनात्मक विकास को दबाने में भी एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। गणितीय रूप से, सिद्ध किया जा सकता है कि दिखाए गए सर्किट में दोलनों की प्राकृतिक आवृत्ति (fn) नियंत्रित की जाती है: एक प्रतिरोधी तत्व जोड़ने से सर्किट के डैम्पिंग विशेषताओं में सुधार होता है, दोलन की आयाम कम होती है और वोल्टेज वृद्धि दर कम होती है। यह LC दोलनात्मक लूप में एक विसर्जन शाखा शामिल करने के समान है, जो अनडैम्प्ड दोलनों को घटने वाले दोलनों में बदल देता है और सर्किट ब्रेकर के अवरोधन स्थिरता में महत्वपूर्ण सुधार करता है।

अक्षीय ब्लास्ट विन्यास में, तेज आर्क स्थानांतरण सुनिश्चित करता है कि प्रतिरोध धारा शून्य से पहले ही सक्रिय हो जाता है, जो ट्रांजिएंट प्रक्रिया की शुरुआत में डैम्पिंग नियंत्रण प्रदान करता है। यह डिजाइन विशेष रूप से EHV अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है, जहाँ स्विचिंग ओवरवोल्टेज सीमित करने की आवश्यकता होती है, क्योंकि प्रतिरोध और आर्क का सहसंयोजी प्रभाव अवरोधन के दौरान विद्युत चुंबकीय ऊर्जा के व्यवस्थित विसर्जन की सुविधा प्रदान करता है।

प्रतिरोध स्विचिंग के कार्यों का सारांश

सारांश में, सर्किट ब्रेकर के संपर्कों पर एक प्रतिरोध निम्नलिखित फलों में से एक या एक से अधिक का कार्य कर सकता है:

सर्किट ब्रेकर पर RRRV (फिर से जलने वाले वोल्टेज की दर) को कम करता है

आर्क धारा को अलग करके और आर्क चैनल के डीआयऑनाइजेशन की दर को तेज करके, प्रतिरोध अस्थायी पुनर्प्राप्ति वोल्टेज (TRV) वृद्धि को दबाता है, जिससे सर्किट ब्रेकर के अवरोधक पर डाइएलेक्ट्रिक शक्ति की पुनर्प्राप्ति की बोझ रहित हो जाती है।

इंडक्टिव/कैपेसिटिव लोड स्विचिंग के दौरान उच्च आवृत्ति फिर से जलने वाले वोल्टेज ट्रांजिएंट्स को कम करता है

जब इंडक्टिव धाराओं (जैसे, बिना लोड वाले ट्रांसफॉर्मर) या कैपेसिटिव धाराओं (जैसे, चार्जिंग केबल) को अवरोधित किया जाता है, तो शंट प्रतिरोध ऊर्जा विसर्जन के माध्यम से दोलनात्मक ओवरवोल्टेज आयाम को सीमित करता है, जिससे अवरोधन जोखिम रोका जाता है।

 मल्टी-ब्रेक सर्किट ब्रेकर में TRV वितरण को समान बनाता है

कई अवरोधक अंतराल वाले ब्रेकरों में, प्रतिरोध संपर्क अंतरालों पर TRV का समान वितरण वोल्टेज विभाजन के माध्यम से सुनिश्चित करता है, जिससे किसी एक अंतराल में वोल्टेज केंद्रित होने के कारण फिर से जलने की स्थिति से बचा जाता है।

प्रतिरोध स्विचिंग की अनावश्यक स्थितियाँ

संपर्क स्थान में निम्न पोस्ट-आर्क प्रतिरोध वाले पारंपरिक सर्किट ब्रेकर (जैसे, मध्यम/कम वोल्टेज एयर ब्रेकर) को अतिरिक्त शंट प्रतिरोधों की आवश्यकता नहीं होती। उनके आर्क चैनल प्राकृतिक रूप से इतनी तेजी से डीआयऑनाइज होते हैं कि बाहरी प्रतिरोध के बिना ही अवरोधन की आवश्यकताओं को पूरा कर लेते हैं।

तकनीकी सिद्धांत विश्लेषण

प्रतिरोध स्विचिंग का मुख्य मूल्य "आंतरिक प्रतिरोध-ऊर्जा विसर्जन-दोलन डैम्पिंग" के सहसंयोजी तंत्र में है, जो उपकरणों की सहनशीलता सीमाओं के भीतर स्विचिंग ट्रांजिएंट्स को नियंत्रित करता है। यह तकनीक विशेष रूप से EHV सिस्टमों (110kV और ऊपर) में महत्वपूर्ण है, जहाँ यह प्रभावी रूप से निम्नलिखित को संबोधित करता है:

• छोटी धारा अवरोधन के दौरान धारा चोपिंग ओवरवोल्टेज

• कैपेसिटिव धारा टूटने के दौरान फिर से जलने वाले ओवरवोल्टेज

ये समाधान पारंपरिक आर्क निर्मोचन विधियों की सीमाओं को ट्रांजिएंट ओवरवोल्टेज नियंत्रण में दूर करते हैं।