एक हाइब्रिड डीसी सर्किट ब्रेकर

अधिकांश डीसी मोल्डेड-केस सर्किट ब्रेकर प्राकृतिक हवा के आर्क विनाश का उपयोग करते हैं, और आमतौर पर दो आर्क विनाश विधियाँ होती हैं: एक तो सामान्य खोलना और बंद करना, जहाँ संपर्क बिंदु आर्क को अक्षीय रूप से फैलाते हैं, जबकि चालक परिपथ एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है जो आर्क को मोड़ता और लंबाता है, इसे आर्क अक्ष के लंबवत लंबाई में खींचता है। यह आर्क की लंबाई न केवल बढ़ाता है बल्कि भागीय गति भी प्रेरित करता है, जिससे हवा के ठंडे होने से आर्क विनाश होता है।

दूसरी विधि में आर्क को अपने चुंबकीय बल या चुंबकीय ब्लाउट कोइल से उत्पन्न क्षेत्र द्वारा आर्क चूट में चुंबकीय रूप से ले जाया जाता है, जिससे आर्क का तेजी से विनाश होता है। जब धारा किसी निश्चित मान (क्रिटिकल लोड धारा) से कम हो जाती है, तो सामान्य खोलने के दौरान आर्क का विनाश प्रभावी ढंग से नहीं हो पाता। इस समय, चुंबकीय ब्लाउट बल कमजोर होता है, जो आर्क के आंदोलन के लिए पर्याप्त बल नहीं प्रदान करता, जिससे आर्क आर्क चूट में प्रवेश नहीं कर पाता। इस परिणामस्वरूप, आर्क चूट अप्रभावी हो जाती है, जिससे आर्क लंबे समय तक निरंतर जलता रहता है, जो टूटने के समय को बहुत बढ़ाता है या तोड़ने की विफलता का कारण बनता है। इसलिए, क्रिटिकल लोड धारा पर टूटने के दौरान तकनीकी विकास की आवश्यकता होती है ताकि आर्क का तेजी से विनाश सुनिश्चित किया जा सके।

उपयोगिता मॉडल सामग्री

प्रस्तुत उपयोगिता मॉडल अस्थायी तकनीक की कमियों, विशेष रूप से क्रिटिकल लोड धारा पर टूटने के दौरान आर्क के लंबे समय तक जलने को दूर करने के लिए, एक हाइब्रिड डीसी सर्किट ब्रेकर प्रदान करता है। यह उपकरण टूटने के दौरान स्वतः ही यह निर्धारित कर सकता है कि लोड धारा क्रिटिकल स्तर पर है या नहीं, और यदि हाँ, तो आर्क को तेजी से विनाश करने के लिए धारा कम्युटेशन तकनीक का उपयोग करता है जो क्रिटिकल लोड धारा से उत्पन्न होता है।

प्रस्तुत उपयोगिता मॉडल उपरोक्त समस्या को सुलझाने के लिए निम्नलिखित तकनीकी समाधान अपनाता है: एक हाइब्रिड डीसी सर्किट ब्रेकर जिसमें मुख्य परिपथ में श्रृंखलित रूप से जोड़ा गया पहला यांत्रिक स्विच, पहले यांत्रिक स्विच के साथ समान्तर जोड़ा गया कम्युटेशन परिपथ, और ऊर्जा देने पर कम्युटेशन परिपथ को सक्रिय करने के लिए ड्राइव परिपथ। हाइब्रिड डीसी सर्किट ब्रेकर और यह शामिल करता है:

• एक स्विचिंग पावर सप्लाई, जिसके दो इनपुट टर्मिनल पहले यांत्रिक स्विच के दोनों सिरों से जुड़े होते हैं;

• एक डिले परिपथ, जो स्विचिंग पावर सप्लाई के आउटपुट और ड्राइव परिपथ के इनपुट के बीच श्रृंखलित रूप से जुड़ा होता है, हार्डवेयर द्वारा लागू किया जाता है, ताकि स्विचिंग पावर सप्लाई के आउटपुट को एक निर्धारित पहले डिले समय तक रोका जा सके और फिर ड्राइव परिपथ को भेजा जा सके; पहले डिले समय और स्विचिंग पावर सप्लाई के स्थापना समय का योग ड्राइव डिले समय बनाता है, जो गैर-क्रिटिकल लोड धारा की स्थिति में हाइब्रिड डीसी सर्किट ब्रेकर के आर्किंग समय से अधिक होता है;

• एक दूसरा यांत्रिक स्विच, मुख्य परिपथ में पहले यांत्रिक स्विच के साथ श्रृंखलित रूप से जोड़ा गया। दूसरा यांत्रिक स्विच पहले स्विच से यांत्रिक रूप से जुड़ा होता है, लेकिन पहले स्विच के सापेक्ष एक निर्धारित समय लग के संचालित होता है। यह निर्धारित समय ड्राइव डिले समय और गैर-क्रिटिकल लोड धारा आर्किंग समय के अंतर से कम होता है।

इसके अलावा, डिले परिपथ का उपयोग स्विचिंग पावर सप्लाई के आउटपुट को ड्राइव परिपथ को भेजने और इसे दूसरे डिले समय तक बनाए रखने के बाद ड्राइव परिपथ को ऊर्जा आपूर्ति रोकने के लिए भी किया जाता है। पसंदीदा रूप से, डिले परिपथ दो आरसी डिस्चार्ज सर्किटों से बना होता है जो एक ऑप्टोकूपलर द्वारा जुड़े होते हैं।

पिछली तकनीक की तुलना में, प्रस्तुत उपयोगिता मॉडल के तकनीकी समाधान के निम्नलिखित लाभ हैं: डीसी सर्किट ब्रेकर में क्रिटिकल लोड धारा पर आर्क विनाश की चुनौती को लेकर, प्रस्तुत उपयोगिता मॉडल विद्यमान आर्क विनाश योजना में एक कम्युटेशन परिपथ जोड़ता है, और एक शुद्ध हार्डवेयर आधारित दृष्टिकोण से, टूटने के दौरान उपकरण को स्वतः ही यह निर्धारित करने की क्षमता प्रदान करता है कि लोड धारा क्रिटिकल स्तर पर है या नहीं। क्रिटिकल लोड धारा पर संचालन के दौरान, यह उपकरण स्वतः ही कम्युटेशन तकनीक का उपयोग करता है ताकि ऐसी स्थितियों में उत्पन्न होने वाले आर्क को तेजी से और चयनात्मक रूप से विनाश किया जा सके।

चित्र 3 में दिखाए गए अनुसार, इस उदाहरण में हाइब्रिड डीसी सर्किट ब्रेकर का संचालन प्रक्रिया और सिद्धांत निम्नलिखित है:

• समय 0 से T₀ तक, सिस्टम सामान्य संचालन में होता है। पहला यांत्रिक स्विच और दूसरा यांत्रिक स्विच बंद होते हैं। स्विचिंग पावर सप्लाई परिपथ ऊर्जा नहीं लेता, और कम्युटेशन परिपथ निष्क्रिय होता है।

• समय T₀ से, पहले यांत्रिक स्विच के गतिशील और स्थिर संपर्क बिंदुओं का शारीरिक विभाजन शुरू होता है, जिससे इसके सिरों पर एक आर्क उत्पन्न होता है। स्विचिंग पावर सप्लाई आर्क वोल्टेज को अपना इनपुट ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग करता है और अपना आउटपुट स्थापित करना शुरू करता है। यदि सर्किट ब्रेकर इस समय गैर-क्रिटिकल लोड धारा को टूट रहा हो, तो आर्किंग का समय T₀ से T₁ तक होता है, और आर्क वोल्टेज वेवफॉर्म Uarc₁ होती है। यदि सर्किट ब्रेकर क्रिटिकल लोड धारा को टूट रहा हो, तो आर्किंग का समय T₀ से T₂ तक बढ़ जाता है, और आर्क वोल्टेज वेवफॉर्म Uarc₂ होती है।

इस उपयोगिता मॉडल में उपयोग किया गया कम्युटेशन परिपथ केवल कम-धारा क्रिटिकल लोड की स्थितियों में सक्रिय होता है। इसलिए, इसके लिए उच्च रेटेड-धारा कम्युटेशन घटकों की आवश्यकता नहीं होती, जिससे कम्युटेशन परिपथ का निर्माण लागत कम होती है। इसके अलावा, कम्युटेशन नियंत्रण पूरी तरह से हार्डवेयर परिपथों द्वारा लागू किया जाता है, जिससे लॉजिक नियंत्रण यूनिट या जटिल नियंत्रण एल्गोरिदम की आवश्यकता नहीं होती।