মধ্যম ভোল্টেজ ডিসি সার্কিট ব্রেকারের প্রকারভেদ এবং প্রয়োগ
মধ্যম ভোল্টেজ ডিসি সার্কিট ব্রেকারগুলি জাহাজ, শহরী মেট্রো, ইলেকট্রিক ট্রেন, মাইক্রোগ্রিড (ইলেকট্রিক গাড়ি), ছড়িয়ে থাকা উৎপাদন (সৌর শক্তি) এবং ব্যাটারি ভিত্তিক সিস্টেম (ডেটা সেন্টার) এর প্রয়োগের জন্য উপযুক্ত।
ডিসি ক্ষেত্রে সার্কিটের অপেক্ষাকৃত কম প্রতিরোধের ফলে শর্ট সার্কিটের আয়তন বেশি হয়। আরও, ডিসি সিস্টেমে ট্রান্সফরমারের ওয়াইন্ডিং সমগ্র সময় ধ্রুবকে অবদান রাখে না, ফলে সমগ্র সময় ধ্রুবক কমে যায় এবং শর্ট সার্কিটের উত্থান সময় কয়েক মিলিসেকেন্ডের মধ্যে ঘটতে পারে। ভোল্টেজ সংকুচিত হওয়াও ঘটতে পারে, যেখানে নামমাত্র ডিসি ভোল্টেজের কমপক্ষে ৮০% রক্ষা করা ভোল্টেজ সোর্স কনভার্টার (VSC) স্টেশনের স্বাভাবিক কাজের জন্য একটি পূর্বশর্ত।
কনভার্টারের কাজে বাধা কমাতে, দোষটি কয়েক মিলিসেকেন্ডের মধ্যে পরিষ্কার করা দরকার, বিশেষ করে দোষী লাইন বা কেবলের সাথে সংযুক্ত নয় এমন স্টেশনের জন্য।
বাজারে উপলব্ধ মধ্যম ভোল্টেজ ডিসি সার্কিট ব্রেকারের প্রকারভেদ:
LVDC এবং MVDC বাজারে সার্কিট ব্রেকারের তিনটি প্রধান প্রকার হল সলিড-স্টেট সার্কিট ব্রেকার (SSCBs), মেকানিক্যাল সার্কিট ব্রেকার (MCBs) এবং হাইব্রিড সার্কিট ব্রেকার (HCBs) যা SSCB এবং একটি অত্যন্ত দ্রুত মেকানিক্যাল সুইচ (UFMS) এর সমান্তরাল সংযোগ।
সাধারণ বায়ু এবং SF6-ভিত্তিক LV এবং MV AC MCBs এর কিছু কিলোভোল্ট এবং কিছু আম্পিয়ার পর্যন্ত ডিসি বিচ্ছিন্নকরণ ক্ষমতা আছে।
মধ্যম ভোল্টেজ ডিসি সালিড-স্টেট সার্কিট ব্রেকার:
SSCBs এর টপোলজি সাধারণত একটি নির্দিষ্ট সংখ্যক ইন্টিগ্রেটেড গেট কমিউটেটেড থ্রিস্টর (IGCTs), গেট টার্ন-অফ থ্রিস্টর (GTOs) বা ইনসুলেটেড গেট বাইপোলার ট্রানজিস্টর (IGBTs) সিরিজে সংযুক্ত হয়। যদিও প্রতিক্রিয়া সময় অত্যন্ত দ্রুত, একটি দুর্বলতা হল বিশেষ ক্ষেত্রে VSC স্টেশনের ক্ষতির ১৫-৩০% পর্যন্ত বিশেষ ক্ষেত্রে ক্ষতি হয়।
উচ্চ উপাদান খরচ, গ্যালভানিক বিচ্ছেদের অভাব এবং অপর্যাপ্ত তাপ শোষণ ক্ষমতা অন্যান্য দুর্বলতা।
চিত্র ১ এ একটি প্রকারের মধ্যম ভোল্টেজ ডিসি সালিড-স্টেট সার্কিট ব্রেকার ডিজাইন দেখানো হল:
চিত্র ১: a) IGCT-ভিত্তিক মধ্যম ভোল্টেজ দ্বিদিকগামী সালিড-স্টেট সার্কিট ব্রেকার, (b) IGCT-ভিত্তিক মধ্যম ভোল্টেজ দ্বিদিকগামী সালিড-স্টেট সার্কিট ব্রেকার, (c) GTO-ভিত্তিক দ্বিদিকগামী সালিড-স্টেট সার্কিট ব্রেকার
বিভিন্ন SSCB টপোলজি প্রস্তাব করা হয়েছে। তবে, তার বেশিরভাগ ভোল্টেজ ≤ ১ কিলোভোল্ট, বিশেষ করে কম বিদ্যুৎপ্রবাহ ≤ ১০০০ আম্পিয়ারের জন্য। এটি লক্ষ্য করা দরকার যে, SSCB প্রযুক্তির সবচেয়ে চ্যালেঞ্জিং দিকগুলির মধ্যে একটি হল উচ্চ অন-স্টেট ক্ষতি এবং, যদিও কিছু নিবন্ধ এমভি ভোল্টেজ স্তরের যেমন ৬-১৫ কিলোভোল্ট পূরণ করা MV SSCB সম্পর্কে রিপোর্ট করে, তারা সাধারণত রেটেড বিদ্যুৎপ্রবাহ ১০০০ আম্পিয়ারের চেয়ে কম, কিন্তু প্রয়োজনীয় পাওয়ার হ্যান্ডলিং ক্ষমতা কিছু MWs থেকে কয়েক দশক এমডব্লিউস পর্যন্ত হবে কমপক্ষে ৩টি সমান্তরাল মডিউল (৩P:৩*৩.৭২ এমডব্লিউ) দিয়ে।
এইভাবে, ভবিষ্যতের MVDC আর্কিটেকচারের জন্য ১০ এমডব্লিউ এর কম রেটেড পাওয়ার সঙ্গে ডিসি CB উন্নয়ন করা প্রায় ব্যর্থ হয়। বর্তমান পাওয়ার সেমিকনডাক্টর প্রযুক্তি এমন পাওয়ার রেটিং পূরণ করতে পারে না; ফলে, ভবিষ্যতের MVDC আর্কিটেকচারের জন্য SSCBs উচ্চ দক্ষতার কস্ট-ইফেক্টিভ কম্প্যাক্ট ডিজাইন উন্নয়ন করবে না। এই বিষয়ে, বহু কিলোওয়াট স্তরের অন-স্টেট ক্ষতির জন্য প্রত্যাশিত উচ্চ বিদ্যুৎপ্রবাহের জন্য প্রায় ছয় হাজার ঘনফুট প্রতি মিনিট এবং/অথবা সক্রিয় জল শীতলীকরণ প্রয়োজন।
মধ্যম ভোল্টেজ ডিসি হাইব্রিড সার্কিট ব্রেকার (HCBs):
মধ্যম ভোল্টেজ ডিসি হাইব্রিড সার্কিট ব্রেকার বিদ্যুৎপ্রবাহ পথ এবং বিদ্যুৎপ্রবাহ বিচ্ছিন্নকরণ পথ দুটি রয়েছে।
একটি হাইব্রিড ব্রেকার একটি পূর্ণ সালিড-স্টেট ব্রেকারের সমান্তরাল পথে একটি পূর্ণ অত্যন্ত দ্রুত সুইচের খুব কম অগ্রগামী ক্ষতি এবং দ্রুত পরিণতি সমন্বয় করে। প্রধান ব্রেকার সমান্তরাল পথে অবস্থিত এবং এটি সিরিজ এবং সমান্তরাল সালিড-স্টেট সুইচ দ্বারা গঠিত যা সিরিজে সংযুক্ত হয়।
একটি উন্নত মডিউলার HCB এবং একটি মডিউল যেমন চিত্র ২ এ দেখানো হয়েছে, যার রেটেড ভোল্টেজ এবং বিদ্যুৎপ্রবাহ যথাক্রমে ৬.২ কিলোভোল্ট এবং ৬০০ আম্পিয়ার, এবং বিদ্যুৎপ্রবাহ বিচ্ছিন্নকরণ ক্ষমতা ৬.২ কিলোভোল্ট, ৬০০ আম্পিয়ার।
লক্ষ্যণীয় যে, অত্যন্ত দ্রুত সুইচের আর্ক চেম্বার শুধুমাত্র বিদ্যুৎপ্রবাহ পরিচালনা এবং মডিউলের সমান্তরাল দর্শন উপায়ে যথেষ্ট ভোল্টেজ উৎপাদন করতে পারে। সকল SSCB এবং HCB ডিজাইনে, একটি অবশিষ্ট বিদ্যুৎপ্রবাহ বিচ্ছিন্নকারী (RCD) এবং বিদ্যুৎপ্রবাহ পরিমাপ করার জন্য একটি শান্ট রেজিস্টর (চিত্র ২ এ দেখানো হয়েছে) প্রয়োজন। যখন বিদ্যুৎপ্রবাহ মেটাল অক্সাইড ভ্যারিস্টর (MOV) এর লিকেজ বিদ্যুৎপ্রবাহ দ্বারা নির্দিষ্ট করা একটি কম মানে পড়ে, বিচ্ছিন্নকারী খোলা হয়, যা সিস্টেমকে বিচ্ছিন্ন করে এবং সেমিকনডাক্টর এবং MOV দিয়ে কোন লিকেজ বিদ্যুৎপ্রবাহ প্রতিরোধ করে।
চিত্র ২: মধ্যম ভোল্টেজ ডিসি হাইব্রিড সার্কিট ব্রেকার
প্রধান পথের UFMS শুধুমাত্র সমান্তরাল পূর্ণ IGBT ব্রেকারে বিদ্যুৎপ্রবাহ পরিচালনা করার জন্য যথেষ্ট ভোল্টেজ উৎপাদন করতে হবে। সহায়ক DC ব্রেকারের রোধ, ২ kA এ Rdson এবং দ্রুত মেকানিক্যাল সুইচের রোধ ২০ mW এর কম হতে হবে যাতে একটি ইলেকট্রোমেকানিকাল সার্কিট ব্রেকারের মতো বৈশিষ্ট্য থাকে। UFMS এর ব্যবহার প্রধান পথে সম্পূর্ণ SSCB এর তুলনায় কম অন-স্টেট ক্ষতি এবং অগ্রগামী ভোল্টেজ উৎপাদন করে।
প্রস্তাবিত ডিজাইন ABB এবং Alstom দ্বারা তৈরি উচ্চ ভোল্টেজ HCBs এর উপর লাভজনক হতে পারে, কারণ (১) এতে কোন অন-স্টেট সেমিকনডাক্টর ক্ষতি নেই, (২) এর নিয়ন্ত্রণ সার্কিট সহজ হবে, এবং (৩) মূল পথে ব্যয়বহুল "Power Electronic Switch" এড়ানো যায়। সত্যিই, একটি UFMS একটি "Power Electronic Switch" এবং ABB দ্বারা প্রস্তাবিত মূল পথের দ্রুত বিচ্ছিন্নকারী উভয়কেই প্রতিস্থাপন করতে পারে।
তবে, নিশ্চিত করতে হবে যে UFMS এর সংযোগ রোধ সমতুল্য ইলেকট্রোমেকানিকাল সংযোগের চেয়ে বেশি নয় এবং ৪.৪৫×১০-৭ I2 N (অর্থাৎ ২ kA রেটেড সঙ্গে ২x বা ৩৫৬ N নিরাপত্তা গুণাঙ্ক) ধারণ ক্ষমতা রয়েছে।
মধ্যম ভোল্টেজ হাইব্রিড ডিসি সার্কিট ব্রেকারে অত্যন্ত দ্রুত মেকানিক্যাল সুইচ:
উল্লিখিত দর্শন বাস্তবায়নের জন্য চ্যালেঞ্জগুলি হল (১) এমভি স্তরের জন্য এমন অত্যন্ত দ্রুত সুইচ উন্নয়ন করা যায় কিনা, (২) কমিউটেশনের জন্য আর্ক ভোল্টেজের বিল্ডআপ যথেষ্ট উচ্চ কিনা, এবং (৩) RCB এর জন্য একই ডিজাইন সম্ভব কিনা। নিচে আলোচনা করা হল যে সব প্রশ্নের জন্য উত্তর হল হ্যাঁ।
বিদ্যুৎপ্রবাহ বহনকারী তারের মধ্যে আকর্ষণ বা বিকর্ষণ শক্তির উপর ভিত্তি করে কাজ করা ইলেকট্রোম্যাগনেটিক থমসন কয়েল (TC) অ্যাকচুয়েটর দ্রুত সুইচিংয়ের জন্য অত্যন্ত উপযুক্ত, কারণ তারা নির্ভুল নিয়ন্ত্রণ দ্বারা উচ্চ ত্বরণ অর্জন করতে পারে। এখন পর্যন্ত, TC ভিত্তিক দুটি প্রযুক্তি প্রস্তাব করা হয়েছে এবং অত্যন্ত দ্রুত মেকানিক্যাল সুইচের জন্য ভালভাবে বিবৃত করা হয়েছে, যেখানে সিরিজ কয়েল ভিত্তিক পদ্ধতি আবেগ ভিত্তিক পদ্ধতির তুলনায় দক্ষতার দিক থেকে বেশি উন্নত ছিল। এই দুটি পদ্ধতি মাল্টিফিজিক্স ফাইনাইট এলিমেন্ট মডেলিং দ্বারা তুলনা করা হয়েছে।
একটি একক পর্যায় ১২ কিলোভোল্ট (নামমাত্র ভোল্টেজ) এবং ২ কিলোঅ্যাম্পিয়ার (নামমাত্র বিদ্যুৎপ্রবাহ) / ২০ কিলোঅ্যাম্পিয়ার (শর্ট সার্কিট) ফল্ট-কারেন্ট লিমিটিং সার্কিট ব্রেকার (FCLCB) এবং ২৪ কিলোভোল্ট, ৩ কিলোঅ্যাম্পিয়ার / ৪০ কিলোঅ্যাম্পিয়ার FCLCB ডিজাইন করা এবং নির্মিত হয়েছে, যা কোন বাধ্য আর্ক শীতলীকরণ ছাড়াই ১০০-৩০০ মাইক্রোসেকেন্ডের মধ্যে আর্ক নির্মূল করতে পারে।
