SF6 फ्लोर टैंक सर्किट ब्रेकर में आंशिक डिसचार्ज की पहचान तकनीक और विश्लेषण विधि पर शोध

फ्लोर-माउंटेड टैंक-प्रकार का सर्किट ब्रेकर उपस्टेशनों और विद्युत प्रणालियों में एक महत्वपूर्ण नियंत्रण और सुरक्षा उपकरण है। इसका मुख्य उपयोग लाइनों में सामान्य लोड धाराओं को अवरुद्ध करने, बंद करने और वहन करने, और प्रणाली विफलताओं के दौरान छोटे-सर्किट धाराओं को काटने के लिए किया जाता है। अवरुद्धक तत्व, इन्सुलेटिंग बुशिंग्स, बुशिंग-प्रकार के विद्युत धारा ट्रांसफॉर्मर, आर्क-एक्सटिंगुइशिंग चेम्बर, ऑपरेटिंग मेकेनिज्म, और ग्राउंडिंग केसिंग जैसे घटकों से बना, फ्लोर-माउंटेड टैंक-प्रकार के सर्किट ब्रेकर का आर्क-एक्सटिंगुइशिंग चेम्बर एक ग्राउंडिंग धातु के केसिंग के भीतर स्थित होता है।

SF₆ टैंक-प्रकार के सर्किट ब्रेकरों के लिए दोनों इन्सुलेशन और आर्क-एक्सटिंगुइशिंग मीडियम के रूप में कार्य करता है। एक समान विद्युत क्षेत्र में, इसकी इन्सुलेशन क्षमता हवा की लगभग तीन गुना होती है, और इसकी आर्क-एक्सटिंगुइशिंग क्षमता हवा की लगभग 100 गुना होती है। इस परिणामस्वरूप, SF₆ सर्किट ब्रेकरों की एक संकुचित संरचना और छोटा फुटप्रिंट होता है। इसके अलावा, फ्लोर-माउंटेड टैंक-प्रकार के सर्किट ब्रेकरों में निम्नलिखित फायदे होते हैं: उपकरण का केंद्र गुरुत्व कम, स्थिर संरचना, अच्छा भूकंप प्रदर्शन, बिल्ट-इन विद्युत धारा ट्रांसफॉर्मर, ग्राहक दूषण के लिए शक्तिशाली प्रतिरोध, और सुविधाजनक रखरखाव।

हालांकि, टैंक-प्रकार के सर्किट ब्रेकरों के निर्माण, संघटन, परिवहन, और संचालन के दौरान, गंधकीय प्रक्रिया, टक्कर, प्रहार, और स्विचिंग ऑपरेशन जैसे कारकों के कारण इन्सुलेशन दोष हो सकते हैं। आम इन्सुलेशन दोषों में विद्युत चालक या केसिंग पर उभरे हुए धातु वस्तुएं, तैरती इलेक्ट्रोड, और मुक्त धातु कण शामिल हैं। जब इन्सुलेशन दोष पर एकत्रित विद्युत क्षेत्र की ताकत परीक्षण वोल्टेज या निर्धारित वोल्टेज के क्षेत्र में विद्युत तोड़ने की ताकत तक पहुंचती है, तो आंशिक डिस्चार्ज (PD) होता है। आंशिक डिस्चार्ज सर्किट ब्रेकरों में इन्सुलेशन की गिरावट का मुख्य कारण है और इन्सुलेशन विफलताओं का पूर्व संकेतक है। इसलिए, आंशिक डिस्चार्ज सिग्नलों की ऑनलाइन निगरानी एक विफलता होने से पहले इन्सुलेशन दोषों की पहचान कर सकती है, जो फ्लोर-माउंटेड टैंक-प्रकार के सर्किट ब्रेकरों और विद्युत प्रणाली के सुरक्षित और स्थिर संचालन की एक महत्वपूर्ण विधि है।

डिस्चार्ज के दौरान उत्पन्न भौतिक सिग्नलों के आधार पर, सर्किट ब्रेकरों के लिए मुख्य आंशिक डिस्चार्ज निगरानी विधियाँ पल्स धारा विधि, अल्ट्रासोनिक विधि (AE), ट्रांजिएंट अर्थ वोल्टेज विधि (TEV), और अत्यधिक उच्च आवृत्ति विधि (UHF) [2 - 3] हैं। यह लेख प्रयोगशाला और ऑन-साइट अनुभव को संयोजित करके, SF₆ फ्लोर-माउंटेड टैंक-प्रकार के सर्किट ब्रेकरों के लिए विभिन्न आंशिक डिस्चार्ज निगरानी और विश्लेषण तकनीकों की समीक्षा करता है और प्रत्येक विधि की विशेषताओं का सारांश प्रस्तुत करता है।

पल्स धारा विधि

जब आंशिक डिस्चार्ज होता है, तो आवेशों का गतिशील होना एक पल्स धारा उत्पन्न करता है, जिसे परीक्षण परिपथ में जोड़े गए कप्लिंग उपकरण या धारा सेंसर द्वारा निर्णयित किया जा सकता है। पल्स धारा विधि IEC 60270 और संबंधित मानकों में आंशिक डिस्चार्ज की मात्रात्मक माप के लिए निर्दिष्ट एकमात्र विधि है। अन्य विधियाँ मुख्य रूप से आंशिक डिस्चार्ज की निगरानी या स्थानांतरण के लिए उपयोग की जाती हैं। पल्स धारा विधि उच्च संवेदनशीलता की गरिमा रखती है, लेकिन यह ऑन-साइट वैद्युत चुंबकीय हस्तक्षेप के प्रति बहुत संवेदनशील है। इसलिए, निर्णयित सिग्नलों से धीमे डिस्चार्ज सिग्नलों को निकालना आवश्यक है। आंशिक डिस्चार्ज की ताकत को प्रतिनिधित्व करने वाली भौतिक मात्रा दृश्यमान आवेश q है, जो निम्नलिखित सूत्र से प्राप्त की जा सकती है।

सूत्र में, i(t ) आंशिक डिस्चार्ज की पल्स धारा, Um(t) पल्स वोल्टेज, Rm निर्णयित इम्पीडेंस मान, और q दृश्यमान आवेश, जिसकी इकाई pC (पिकोकूलंब) है।

धारा सेंसरों पर आधारित पल्स धारा विधि ऑनलाइन आंशिक डिस्चार्ज निगरानी के लिए उपयुक्त है। उच्च-आवृत्ति धारा सेंसर आमतौर पर 16 kHz से 30 MHz की आवृत्ति क्षेत्र में संचालित होते हैं और क्लैंप-ऑन संरचना में डिजाइन किए गए होते हैं, जो फ्लोर-माउंटेड टैंक-प्रकार के सर्किट ब्रेकरों के ग्राउंडिंग छोर पर उनकी स्थापना को सुविधाजनक बनाता है।

अल्ट्रासोनिक विधि

आंशिक डिस्चार्ज तीव्र अणु संघर्ष का कारण बनता है, जो अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्पादन करता है जो सर्किट ब्रेकर के भीतर फैलती हैं। सर्किट ब्रेकर केसिंग पर स्थापित अल्ट्रासोनिक सेंसर आंशिक डिस्चार्ज सिग्नल निर्णयित कर सकते हैं। अल्ट्रासोनिक सेंसरों के अंदर निहित पायेजोइलिक तत्व आंशिक डिस्चार्ज द्वारा उत्पन्न अल्ट्रासोनिक सिग्नलों को वोल्टेज सिग्नलों में परिवर्तित करते हैं, जो फिर निर्णयित परिपथ में प्रसारित किए जाते हैं। अल्ट्रासोनिक विधि के लिए निर्णयित परिपथ मुख्य रूप से डिकप्लर (विद्युत सप्लाई सिग्नलों को अल्ट्रासोनिक सिग्नलों से अलग करने के लिए उपयोग किया जाता है), सिग्नल विस्तारक, और फिल्टर से बना होता है।

फ्लोर-माउंटेड टैंक-प्रकार के सर्किट ब्रेकरों के भीतर आंशिक डिस्चार्ज से उत्पन्न अल्ट्रासोनिक तरंगों के समय-डोमेन और आवृत्ति-डोमेन सिग्नल चित्र 2 में दिखाए गए हैं, जिनकी आवृत्ति क्षेत्र मुख्य रूप से 50 से 250 kHz के बीच वितरित है। अल्ट्रासोनिक विधि के लाभ निम्नलिखित हैं: कम लागत, आसान स्थापना, विद्युत चुंबकीय हस्तक्षेप के प्रति शक्तिशाली प्रतिरोध, और आंशिक डिस्चार्ज स्थानांतरण के लिए उपयुक्त। हालांकि, सर्किट ब्रेकरों की आंतरिक इन्सुलेशन संरचना जटिल है, और अल्ट्रासोनिक तरंगें SF₆ गैस में धीमी गति से यात्रा करती हैं और उनमें विशेष रूप से कमजोरी होती है, जिसके कारण एक अनुकूल निर्णयित स्थिति की पहचान करना आवश्यक होता है।

अत्यधिक उच्च आवृत्ति (UHF) विधि

आंशिक डिस्चार्ज द्वारा उत्पन्न धारा पल्सों का ऊर्ध्वाधर समय और अवधि नैनोसेकंड के पैमाने पर होता है, जो 300 MHz से 3 GHz की अत्यधिक उच्च आवृत्ति क्षेत्र में तुल्य आवृत्ति के विद्युत चुंबकीय तरंगों को प्रेरित करता है। वर्तमान में, बाजार पर उपलब्ध अधिकांश UHF सेंसरों की निर्णयित आवृत्ति क्षेत्र 300 MHz से 1.5 GHz है। इन सिग्नलों की कमजोर और उच्च आवृत्ति के कारण, UHF विधि के लिए इनपुट सिग्नलों को फिल्टरिंग सर्किट, विस्तारक सर्किट, और इंटीग्रेटिंग सर्किट के माध्यम से संशोधित करना आवश्यक होता है, ताकि उन्हें डेटा अधिग्रहण कार्ड पर प्रसारित किया जा सके और उनका उत्तरोत्तर विश्लेषण किया जा सके।

इसके साथ-साथ, UHF विधि का उपयोग करते समय, सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर दोनों पहलुओं से संचार सिग्नल और प्रकाश सप्लाई सिग्नल जैसी शोरों को दूर करना आवश्यक होता है। UHF विधि उच्च संवेदनशीलता, मजबूत हस्तक्षेप प्रतिरोधी क्षमता, और आंशिक डिस्चार्ज स्थानांतरण के लिए उपयुक्त है। उतार-चढ़ाव आधारित आंशिक डिस्चार्ज (PRPD) पैटर्न, जो चित्र 3 में दिखाया गया है, डिस्चार्ज की तीव्रता, चरण, और घटनाओं की संख्या की जानकारी सम्मिलित करता है।

ट्रांजिएंट अर्थ वोल्टेज (TEV) विधि

जब आंशिक डिस्चार्ज द्वारा उत्पन्न विद्युत चुंबकीय तरंगें फ्लोर-माउंटेड टैंक-प्रकार के सर्किट ब्रेकर के धातु के आवरण तक पहुंचती हैं, तो आवरण की सतह पर एक उत्पन्न धारा उत्पन्न होती है, जिसके परिणामस्वरूप ग्राउंडिंग शरीर के तरंग इम्पीडेंस पर एक ट्रांजिएंट अर्थ वोल्टेज होता है। TEV सेंसर का कार्य तंत्र एक क्षमता वोल्टेज विभाजक के समान होता है। यह सेंसर इलेक्ट्रोड और इन्सुलेटिंग लेयर के बीच के तुल्य संधारित्र पर वोल्टेज को निर्णयित करके आंशिक डिस्चार्ज की घटना का निर्धारण करता है। चित्र 4 में SF₆ सर्किट ब्रेकर के भीतर आंशिक डिस्चार्ज के ट्रांजिएंट अर्थ वोल्टेज सिग्नल दिखाए गए हैं, जिनकी मुख्य आवृत्ति क्षेत्र 1-100 MHz है। TEV विधि की विशेषताएं आसान उपयोग और अतिरिक्त निर्णयित परिपथ की आवश्यकता की अनुपस्थिति हैं।

आंशिक डिस्चार्ज विश्लेषण विधियाँ

आंशिक डिस्चार्ज विश्लेषण विधियाँ डिस्चार्ज के जोखिम स्तर का मूल्यांकन, सिग्नलों में शोर को कम करना, और दोष प्रकार वर्गीकरण के लिए डिस्चार्ज विशेषताओं को निकालने के लिए उपयोग की जाती हैं। ये विधियाँ मुख्य रूप से पल्स वेवफॉर्म विधि, चरण-संबंधित आंशिक डिस्चार्ज (PRPD) पैटर्न विधि, तीन-चरण अम्प्लीट्यूड संबंधित पैटर्न विधि, समय-आवृत्ति पैटर्न विधि, और समय-आधारित सांख्यिकीय विशेषता विधि शामिल हैं।

पल्स वेवफॉर्म विधि एकल डिस्चार्ज वेवफॉर्म का विश्लेषण उठाने के समय, गिरावट के समय, पल्स चौड़ाई, कर्टोसिस, और स्क्यूनेस जैसे पैरामीटरों के आधार पर करती है। PRPD पैटर्न विधि AC विद्युत-आवृत्ति वोल्टेज के तहत आंशिक डिस्चार्ज सिग्नलों को इकट्ठा करके डिस्चार्ज की चरण, अम्प्लीट्यूड, और घटनाओं की संख्या के वितरण विशेषताओं को प्राप्त करती है। इसलिए, इसे \(\varphi -q -n\) पैटर्न विधि भी कहा जाता है। तीन-चरण अम्प्लीट्यूड संबंधित पैटर्न विधि तीन-चर