ਮਿਡਿਅਮ ਵੋਲਟੇਜ਼ ਡੀਸੀ ਸਰਕਿਟ ਬ੍ਰੇਕਰ ਦੇ ਪ੍ਰਕਾਰ ਅਤੇ ਉਪਯੋਗ

ریاں ولٹ جاریہ سسٹم کے لئے میڈیم ولٹ ڈی سی سرکٹ بریکرز ملکیت، شہری میٹرو، برقی قطاریں، مائیکروگرڈ (برقی رفتاری)، پھیلی ہوئی تولید (سورجی توانائی)، اور بیٹری مبنی سسٹمز (ڈیٹا سنٹرز) کے لئے مناسب ہیں۔

ڈی سی کیس میں نسبتاً کم سرکٹ کا امپیڈنس زیادہ اینٹیوٹی کے شارٹ سرکٹ کی وجہ بنتا ہے۔ علاوہ ازیں، ڈی سی سسٹمز میں ٹرانسفر کے ونڈنگز کل وقت کے دائمی کے لئے کوئی مدد نہیں دیتے ہیں، جس کے نتیجے میں کل وقت کا دائمی کم ہو جاتا ہے اور ایک شارٹ سرکٹ کے اٹار ٹائم کچھ ملی سیکنڈ کے اندر ہو سکتے ہیں۔ ولٹ کی فشلی کا بھی ہونا ممکن ہے جہاں نامی ڈی سی ولٹ کے کم از کم 80% کو برقرار رکھنا ولٹ سروس کنورٹر (VSC) اسٹیشن کے درست کام کرنے کی شرط ہوتی ہے۔

کنورٹر کے آپریشن کی خرابی کو کم کرنے کے لئے، فالٹ کو کچھ ملی سیکنڈ کے اندر کلیر کرنا ضروری ہے، خاص طور پر ایسے اسٹیشن کے لئے جو فالٹ والی لائن یا کیبل سے منسلک نہیں ہوتے ہیں۔

بازار میں موجود میڈیم ولٹ ڈی سی سرکٹ بریکرز کی قسمیں:
LVDC اور MVDC بازار میں سرکٹ بریکرز کی تین اہم قسمیں ہیں: سلڈ-سٹیٹ سرکٹ بریکرز (SSCBs)، مکانیکل سرکٹ بریکرز (MCBs)، اور ہائبرڈ سرکٹ بریکرز (HCBs) جو SSCB کے ساتھ الٹرا فاسٹ مکانیکل سوئچ (UFMS) کے ساتھ مل کر بناتے ہیں۔

معمولی ہوا اور SF6-مبنی LV اور MV AC MCBs کی کچھ کلومولٹ اور کچھ ایمپیئرز تک محدود ڈی سی انٹرپٹنگ صلاحیت ہوتی ہے۔

سلڈ-سٹیٹ میڈیم ولٹ ڈی سی سرکٹ بریکرز:
SSCBs کی ٹاپولوجی عام طور پر ایک معینہ تعداد کے انٹیگریٹڈ گیٹ کمیوٹیٹڈ تھریسٹر (IGCTs)، گیٹ ٹرن آف تھریسٹر (GTOs)، یا انسلیٹڈ گیٹ بائی پولر ٹرانزسٹرز (IGBTs) سیریز میں جڑی ہوتی ہے۔ اگرچہ جواب کا وقت بہت تیز ہوتا ہے، لیکن ایک کمزوری یہ ہے کہ اسٹیٹ کے لوگز عموماً VSC اسٹیشن کے لوگز کا 15-30% ہوتے ہیں۔

عالي قیمت کے کمپوننٹس، جیل وینک گیلیک ازولیشن کی کمی، اور ناکافی گرمائش کی کشش کی صلاحیت دیگر کمزوریاں ہیں۔

فیگر 1 کچھ قسم کے سلڈ-سٹیٹ میڈیم ولٹ ڈی سی سرکٹ بریکر ڈیزائن کو ظاہر کرتا ہے:

فیگر 1: a) IGCT مبنی میڈیم ولٹ بائی-ڈائریکشنل سلڈ-سٹیٹ سرکٹ بریکر، (b) IGCT مبنی میڈیم ولٹ بائی-ڈائریکشنل سلڈ-سٹیٹ سرکٹ بریکر، (c) GTO مبنی بائی-ڈائریکشنل سلڈ-سٹیٹ سرکٹ بریکر

کئی SSCB ٹاپولوجیز کا پیشکش کیا گیا ہے۔ لیکن، ان میں سے زیادہ تر ولٹیجز ≤ 1 kV کے لئے ہیں، خصوصاً کم کرنٹ ≤ 1000 A کے لئے۔ یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ SSCB ٹیکنالوجی کا سب سے چیلنجنگ پہلو ہیں بال اسٹیٹ لوگز اور، اگرچہ کچھ مقالات MV SSCB کو MV ولٹ کے سطح کے مطابق 6-15 kV کی تسکین کرتے ہیں، وہ عام طور پر نامی کرنٹ کم از کم 1000 A کے لئے ہوتے ہیں، لیکن مطلوبہ پاور ہینڈلنگ کی صلاحیت کچھ MWs سے کچھ ڈزن MWs کے درمیان ہوتی ہے کم از کم 3 پیرالل ماڈیول (3P:3*3.72 MW) کے ساتھ۔

اس لئے، مستقبل کی MVDC آرکیٹیکچرز کے لئے 10 MW سے کم نامی پاور کے ساتھ ایک ڈی سی سرکٹ بریکر کو تیار کرنا تقریباً بے فائدہ ہو جاتا ہے۔ موجودہ پاور سمی کانڈکٹر ٹیکنالوجیاں ایسے پاور ریٹنگ کو پورا نہیں کرسکتی ہیں؛ نتیجے میں، مستقبل کی MVDC آرکیٹیکچرز کے لئے SSCBs کا استعمال کسی بھی کم کلفتی موثر ڈیزائن کو نہیں لے جائے گا۔ اس حوالے سے، نسبتاً بڑے ہوا کے بلوزر جن کی صلاحیت شاید چھ ہزار کیوبک فٹ فی منٹ کے قریب ہو اور/یا ایکٹو کولنگ کی ضرورت ہوگی کیونکہ کچھ کلومولٹ کی سطح پر بال اسٹیٹ لوگز کی توقع کی جاتی ہے۔

ہائبرڈ میڈیم ولٹ ڈی سی سرکٹ بریکرز (HCBs):
ہائبرڈ میڈیم ولٹ ڈی سی سرکٹ بریکرز میں ایک کرنٹ کنڈکشن پاتھ اور ایک کرنٹ انٹرپشن پاتھ شامل ہوتا ہے۔

ایک ہائبرڈ بریکر میں پیور الٹرا فاسٹ سوئچ کے بہت کم فاروارڈ لوگز اور سلڈ-سٹیٹ بریکر کے تیز کارکردگی کا مجموعہ ہوتا ہے۔ میئن بریکر پیرالل پاتھ پر رکھا جاتا ہے اور سیریز اور پیرالل سلڈ-سٹیٹ سوئچز کے سیریز میں جڑا ہوتا ہے۔

ایک مودیولر HCB تیار کیا گیا ہے اور ایک مودیول فیگر 2 میں دکھایا گیا ہے جس کی نامی ولٹیج اور کرنٹ 6.2 kV، اور 600 A ہیں۔

یہ ذکر کیا جانا چاہئے کہ الٹرا فاسٹ سوئچ کے آرک چیمبر کو صرف کافی ولٹیج تیار کرنے کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ کرنٹ کو مواصلہ کیا جا سکے اور مودیولز کی پیرالل فلسفہ کو فasilate کیا جا سکے۔ تمام SSCB اور HCB ڈیزائن میں، ریزیڈیول کرنٹ ڈسکنیکٹر (RCD) اور کرنٹ کی میپنگ کے لئے ایک شنٹ ریزسٹر کی ضرورت ہوتی ہے جس کو فیگر 2 میں دکھایا گیا ہے۔ جب کرنٹ کم از کم قیمت تک ڈیکریس ہوتا ہے جسے میٹل آکسائڈ ویریسٹر (MOV) کی لیکیج کرنٹ سے متعین کیا گیا ہے، تو ڈسکنیکٹر کھلتا ہے، سسٹم کو الگ کرتا ہے اور کسی بھی لیکیج کرنٹ کو سمی کانڈکٹر اور MOV سے روک دیتا ہے۔

فیگر 2: ہائبرڈ میڈیم ولٹ ڈی سی سرکٹ بریکر

میئن پاتھ کے UFMS کو صرف کافی ولٹیج تیار کرنے کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ کرنٹ کو پیرالل فل IGBT بریکر کو مواصلہ کیا جا سکے۔ ایکسیلیئری ڈی سی بریکر کی ریزسٹنس Rdson at 2 kA، اور فاسٹ مکانیکل سوئچ کی ضرورت کم از کم 20 mW ہوتی ہے تاکہ الیکٹرو مکانیکل سرکٹ بریکر کی مشابہ خصوصیات ہوں۔ UFMS کو میئن پاتھ میں استعمال کرنے سے بال اسٹیٹ لوگز اور فاروارڈ ولٹیج کم ہوتا ہے جس سے مکمل SSCB کی نسبت۔

پیش کردہ ڈیزائن ABB اور Alstom کے ذریعہ تیار کردہ عالي ولٹ HCBs پر فائدہ ہوسکتا ہے کیونکہ (1) کوئی بال اسٹیٹ سمی کانڈکٹر لوگز نہیں ہوتا ہے، (2) اس کا کنٹرول سرکٹ آسان ہوتا ہے، اور (3) میئن پاتھ میں مہنگا "پاور الیکٹرونک سوئچ" سے بچا جا سکتا ہے۔ حقیقت میں، صرف ایک UFMS ہی ABB کے ذریعہ میئن پاتھ کے لئے پیش کردہ "پاور الیکٹرونک سوئچ" اور فاسٹ ڈسکنیکٹر دونوں کو تبدیل کر سکتا ہے۔

لیکن یہ یقینی بنانے کی ضرورت ہے کہ UFMS کا کنٹیکٹ ریزسٹنس مساوی الیکٹرو مکانیکل کنٹیکٹس سے زیادہ نہ ہو اور یہ 4.45×10-7 I2 N (یعنی > 178 N for 10x in-rush at 2 kA rated with safety factor 2x or 356 N) کی تحمل کرنے کی صلاحیت رکھے۔

میڈیم ولٹ ہائبرڈ ڈی سی سرکٹ بریکر میں الٹرا فاسٹ مکانیکل سوئچ:
ذکر شدہ فلسفہ کو عملی بنانے کے لئے کچھ چیلنج ہیں: (1) کیا ایسے الٹرا فاسٹ سوئچ MV سطح کے لئے تیار کیے جا سکتے ہیں، (2) کیا آرک ولٹیج کا بھاو کافی ہوگا تاکہ کرنٹ کو مواصلہ کیا جا سکے، (3) کیا RCB کے لئے ایک ہی ڈیزائن ممکن ہے۔ نیچے بحث کی گئی ہے کہ تمام سوالات کے جواب ہاں ہو سکتے ہیں۔

الیکٹرو میگنیٹک Thomson کoil (TC) ایکچوئٹرز جو کرنٹ کرینگ کنڈکٹرز کے درمیان ایٹریکٹو یا ریپلسیو فورس پر کام کرتے ہیں، تیز سوئچنگ کے لئے بہت مناسب ہیں کیونکہ وہ پریسیزن کنٹرول کے ذریعے بال اسٹیٹ کے ذریعے کام کرتے ہیں۔ اب تک، دو ٹیکنیک TC پر مبنی پیش کی گئی ہیں اور الٹرا فاسٹ مکانیکل سوئچ کے لئے بہت وضاحت سے بیان کی گئی ہیں، جہاں سیریز کوائل والی ٹیکنیک انڈکشن پر مبنی ٹیکنیک کے مقابلے میں کارکردگی کے لحاظ سے بہتر ثابت ہوئی ہے۔ یہ دو ٹیکنیک ملٹی فزیکس فنائٹ ایلیمینٹ مڈلنگ کے ذریعے بھی تشریح کی گئی ہیں۔

ایک سنگل فیز 12 kV (نامی ولٹیج) اور 2 kA (نامی کرنٹ) / 20 kA (شارٹ سرکٹ) فالٹ-کرنٹ لیمنٹنگ سرکٹ بریکر (FCLCB) اور 24 kV، 3 kA / 40 kA FCLCB جس میں آرک کو کسی بھی مجبور کردہ آرک کولنگ کے بغیر 100-300 مکرو سیکنڈ کے اندر ختم کرنے کی توانائی ہے، تیار کیا گیا اور بنایا گیا ہے۔

ایک 7 kA کی نامی کرنٹ والے انڈکشن مبنی فاسٹ سوئچ ~2 kg کے HCB کنٹیکٹ کو ~44,900 m/s2 کی ابتدائی تیزی سے تیز کرتا ہے جس کے نتیجے میں ~422 مکرو سیکنڈ کے بعد 4 mm کا کنٹیکٹ سیپریشن ہوتا ہے، جو 3 kV کی نامی سوئچ ولٹیج کو برداشت کرنے کے لئے کافی ہوتا ہے۔

یہ تیز حرکت سفر کے آخر میں دامپ کرنی چاہئے تاکہ اوور-ٹریول، باؤنڈ، فیٹیگ، اور دیگر غیر مطلوبہ اثرات کو روکا جا سکے۔