उच्च वोल्टता वैक्यूम सर्किट ब्रेकर के भूतकाल और वर्तमान का संक्षिप्त इतिहास

उच्च वोल्टेज वैक्यूम सर्किट ब्रेकर: एक सारांश

परिचय

उच्च वोल्टेज वैक्यूम सर्किट ब्रेकर (HV VCBs) आजकल पारंपरिक SF6 गैस-अनुकूलित सर्किट ब्रेकर के लिए एक व्यवहार्य विकल्प के रूप में उभरा है, विशेष रूप से उन अनुप्रयोगों में जहाँ अक्सर विद्युत स्विचिंग और कम रखरखाव की लागत ज़रूरी होती है। 2014 से, HV VCBs उच्च वोल्टेज गैस सर्किट ब्रेकर के विकल्प के रूप में अधिक से अधिक अपनाए जा रहे हैं, SF6, एक शक्तिशाली ग्रीनहाउस गैस का उपयोग रोककर एक हरित और टिकाऊ समाधान प्रदान करते हैं।

वैक्यूम स्विचगियर तीन दशक से अधिक समय से वितरण प्रणालियों में व्यापक रूप से उपयोग किया जा रहा है, मुख्य रूप से दोष धाराओं को बनाने और तोड़ने और विभिन्न प्रकार की लोड स्विचिंग के लिए। मध्य वोल्टेज परिसर (52 kV तक) में वैक्यूम स्विचिंग प्रौद्योगिकी की विश्वसनीयता और प्रदर्शन असाधारण रहा है, जिससे इसका वितरण प्रणालियों में आधिपत्य बन गया है। हालाँकि, ट्रांसमिशन वोल्टेज स्तरों तक वैक्यूम स्विचिंग प्रौद्योगिकी को विस्तारित करने के प्रयास 1960 के दशक से शुरू हुए थे, जब 1980 के आसपास जापान में पहले उच्च वोल्टेज वैक्यूम सर्किट ब्रेकर स्थापित किए गए थे। 2010 तक, लगभग 10,000 HV VCBs प्रचालन में थे, मुख्य रूप से औद्योगिक सेटिंग में लेकिन बिजली उपयोग में भी। वैक्यूम प्रौद्योगिकी की SF6 की तुलना में अधिक अक्सर स्विचिंग ऑपरेशन और कम रखरखाव की आवश्यकता को संभालने की क्षमता ने इसकी पसंद को बढ़ावा दिया।

संयुक्त राज्य अमेरिका में, वैक्यूम कैपेसिटर बैंक स्विच लगभग दो दशक से 242 kV तक के वोल्टेज पर उपयोग किए जा रहे हैं। 2008 के आसपास, चीन और यूरोप में तीव्र शोध और विकास (R&D) कार्यक्रम उच्च वोल्टेज वैक्यूम सर्किट ब्रेकर (HV VCBs) को विकसित करने के लिए लक्ष्य रखे, जिनका ध्यान विशेष रूप से SF6 के उपयोग को कम करने या उसे समाप्त करने पर केंद्रित था। यह 145 kV तक कार्य करने योग्य उत्पादों के परिचय का मार्ग प्रशस्त किया। चीन में, व्यावसायिक अनुप्रयोगों में HV VCBs की तेजी से ग्रहण की अपेक्षा की जा रही है, जहाँ सैकड़ों यूनिट 126 kV तक के वोल्टेज स्तरों पर सेवा में हैं। यूरोप में, फील्ड टेस्ट चल रहे हैं ताकि बाजार में प्रवेश से पहले प्रकार-परीक्षित उपकरणों के प्रदर्शन की पुष्टि की जा सके।

प्रौद्योगिकी और डिजाइन

सभी HV VCB उत्पाद मध्य वोल्टेज वैक्यूम इंटरप्टर प्रौद्योगिकी पर आधारित हैं, जिन्हें वर्षों से बेहतर बनाया गया है। इस प्रौद्योगिकी को उच्च वोल्टेज स्तरों तक विस्तारित करने के लिए कोई मौलिक रूप से नई तकनीकी विशेषताएं आवश्यक नहीं थीं। मुख्य चुनौती इंटरप्टर के ज्यामिति को उच्च वोल्टेज रेटिंग से संबंधित बनाने में है। उदाहरण के लिए, 52 kV से अधिक वोल्टेज संभालने के लिए व्यास और संपर्क गैप लंबाई बढ़ानी होती है। कुछ मामलों में, 126 kV से अधिक वोल्टेज के लिए, विश्वसनीय संचालन की सुनिश्चितता के लिए श्रृंखला में दो वैक्यूम गैप का उपयोग किया जाता है।

संचालन विशेषताएं

• सामान्य धारा संभालन: 2,500 A तक की सामान्य धाराओं के लिए, HV VCBs और SF6 सर्किट ब्रेकर में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं है। हालाँकि, HV VCBs में 2,500 A से अधिक की धारा रेटिंग (उच्च धारा रेटिंग) प्राप्त करना चुनौतीपूर्ण है, क्योंकि संपर्क संरचना से उत्पन्न गर्मी और इंटरप्टर की सीमित गर्मी ट्रांसफर क्षमता के कारण।

• मॉनिटरिंग: SF6 सर्किट ब्रेकर में अवरोधन माध्यम की गुणवत्ता की निगरानी करना आसान होता है, क्योंकि HV VCBs में सेवा के दौरान वैक्यूम की डिग्री को व्यावहारिक रूप से मॉनिटर नहीं किया जा सकता है।

• स्विचिंग ऑपरेशन्स: HV VCBs में वैक्यूम संपर्क प्रणाली की अधिक दीर्घायु के कारण अधिक संख्या में स्विचिंग ऑपरेशन किए जा सकते हैं, जो दैनिक ऑपरेशन जैसे अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से आकर्षक बनाता है।

• ड्राइव ऊर्जा: एक आम 72.5 kV रेटिंग पर, वैक्यूम सर्किट ब्रेकर के लिए आवश्यक ड्राइव ऊर्जा लगभग 20% होती है, जो एक समतुल्य SF6 सर्किट ब्रेकर की तुलना में बहुत कम है। दोनों प्रकार के उपकरणों के भौतिक आकार तुलनीय हैं।

• इंटरप्टर कॉन्फ़िगरेशन: 145 kV से ऊपर, HV VCBs के लिए श्रृंखला में एक से अधिक इंटरप्टर की आवश्यकता हो सकती है, जबकि SF6 प्रौद्योगिकी 1994 से 550 kV तक के एकल-ब्रेक सर्किट ब्रेकर को सफलतापूर्वक लागू किया गया है, जो कई देशों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

• आर्क विशेषताएं: HV VCBs में आर्क वोल्टेज SF6 सर्किट ब्रेकर की तुलना में बहुत कम होती है, आमतौर पर दहाई के वोल्ट की तुलना में सैकड़ों वोल्ट। इसके अलावा, दोष स्विचिंग के दौरान आर्क की अवधि वैक्यूम स्विचगियर में छोटी होती है, जिसमें न्यूनतम आर्किंग समय 5-7 मिलीसेकंड होता है, जबकि SF6 सर्किट ब्रेकर में 10-15 मिलीसेकंड होता है। यह HV VCBs के लिए अधिक संख्या में संभव स्विचिंग ऑपरेशन का परिणाम होता है।

• X-रे उत्सर्जन: 145 kV तक की रेटिंग वाले HV VCBs नॉर्मल संचालन स्थितियों में 5 µSv/h की मानकीकृत सीमा के भीतर X-रे उत्सर्जित करते हैं। SF6 सर्किट ब्रेकर X-रे नहीं उत्सर्जित करते हैं।

विद्युतीय विशेषताएं

• दोष धारा अवरोधन: HV VCBs अत्यधिक तीव्र ट्रांसिएंट रिकवरी वोल्टेज (TRV) की दर के साथ दोष धाराओं को अवरोधित करने में उत्कृष्ट हैं, क्योंकि उनकी डाइएलेक्ट्रिक रिकवरी SF6 सर्किट ब्रेकर की तुलना में तेज होती है।

• ब्रेकडाउन सांख्यिकी: यद्यपि वैक्यूम गैप सैद्धांतिक रूप से बहुत उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज होते हैं, लेकिन अपेक्षाकृत मध्यम वोल्टेज पर ब्रेकडाउन की एक छोटी संभावना होती है। वैक्यूम गैप में स्वतः देरी से ब्रेकडाउन भी हो सकता है, जो धारा अवरोधन के बाद कई सैकड़ों मिलीसेकंड तक हो सकता है। हालाँकि, ऐसी घटनाओं का परिणाम सीमित होता है, क्योंकि वैक्यूम गैप तुरंत अपनी अवरोधन क्षमता को बहाल कर देता है। देरी से ब्रेकडाउन के प्रणाली प्रभाव पूरी तरह से समझ में नहीं आए हैं।

• इंडक्टिव लोड स्विचिंग: शंट रिएक्टर स्विचिंग जैसे इंडक्टिव लोड अनुप्रयोगों में, HV VCBs एक विद्युत आवृत्ति धारा शून्य पर अधिक संख्या में बार-बार री-इग्निशन का अनुभव कर सकते हैं। यह वैक्यूम की उच्च आवृत्ति धाराओं को री-इग्निशन के बाद अवरोधित करने की क्षमता के कारण होता है। इन री-इग्निशन ट्रांसिएंट्स के परिणामों पर RC स्नबर्स और मेटल-ऑक्साइड आरेस्टर्स जैसे इंटरैक्टिंग उपकरणों पर वर्तमान में शोध चल रहा है।

• कैपेसिटर बैंक स्विचिंग: कैपेसिटर बैंक स्विचिंग के दौरान, बहुत उच्च इनरश करंट को रोकना आवश्यक है, क्योंकि वे प्री-स्ट्राइक आर्क के माध्यम से संपर्क प्रणाली की डाइएलेक्ट्रिक गुणवत्ता को नष्ट कर सकते हैं। यह चुनौती HV VCBs और SF6 सर्किट ब्रेकर दोनों के लिए लागू होती है। नियंत्रित स्विचिंग या श्रृंखला रिएक्टर का उपयोग रोकथाम रणनीतियों में शामिल है, हालाँकि HV VCBs के लिए नियंत्रित स्विचिंग का फील्ड अनुभव सीमित है।

भविष्य की प्रतिक्रियाएं और बाजार की धारणा

उच्च वोल्टेज स्विचगियर के उपयोगकर्ताओं में आयोजित एक सर्वेक्षण से पता चला कि वैक्यूम स्विचगियर का प्रमुख लाभ SF6 की अनुपस्थिति है, यदि बाहरी अवरोधन भी SF6-मुक्त हो। हालाँकि, ट्रांसमिशन वोल्टेज स्तरों पर व्यापक सेवा अनुभव की कमी उच्च वोल्टेज वैक्यूम सर्किट ब्रेकर (HV VCBs) के व्यापक अपनाव के लिए एक महत्वपूर्ण अड़चन बनी हुई है। इसके बावजूद, वैक्यूम प्रौद्योगिकी के पर्यावरणीय लाभ और संचालन लाभ इस क्षेत्र में निरंतर रुचि और विकास को बढ़ावा दे रहे हैं।

उच्च वोल्टेज वैक्यूम सर्किट ब्रेकर (HV VCBs) के संभावित उपयोगकर्ता अक्सर विद्युत धारा कटाव के कारण ओवरवोल्टेज के उत्पादन और स्विचिंग ऑपरेशन के दौरान X-रे उत्सर्जन की संभावना के बारे में चिंता व्यक्त करते हैं। ये मुद्दे HV VCBs के सुरक्षित और विश्वसनीय संचालन के लिए महत्वपूर्ण हैं, विशेष रूप से जैसे वे ट्रांसमिशन वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए अधिक से अधिक मान्यता प्राप्त कर रहे हैं।

X-रे उत्सर्जन

एकल-ब्रेक उपकरणों के लिए, 145 kV तक और उससे कम रेटिंग वाले HV VCBs से X-रे उत्सर्जन नॉर्मल संचालन स्थितियों में 5 µSv/h की मानकीकृत सीमा से बहुत कम रहता है। बहु-ब्रेक उपकरण X-रे उत्सर्जन के और भी कम स्तर प्रदर्शित करते हैं। यह नियमावली पालन और सुरक्षा के लिए एक महत्वपूर्ण मामला है, क्योंकि यह सुनिश्चित करता है कि HV VCBs को व्यक्तियों या पर्यावरण के लिए महत्वपूर्ण रेडिएशन जोखिम के बिना तैनात किया जा सकता है।

पायलट परियोजनाएं

अधिकांश प्रतिदानदाताओं ने HV VCB प्रौद्योगिकी के साथ व्यावहारिक अनुभव प्राप्त करने के लिए पायलट परियोजनाओं की शुरुआत करने में एक मजबूत रुचि व्यक्त की। ऐसी परियोजनाएं बिजली कंपनियों और प्रणाली ऑपरेटरों को वास्तविक शर्तों में HV VCBs के प्रदर्शन, विश्वसनीयता और संचालन विशेषताओं का मूल्यांकन करने की अनुमति देंगी। मध्य वोल्टेज प्रणालियों में नेटवर्क की स्थितियाँ हमेशा ट्रांसमिशन वोल्टेज नेटवर्क की स्थितियों के समान नहीं होती, विशेष रूप से ग्राउंडिंग स्थितियों के संदर्भ में। यह दृष्टिकोण यह सुनिश्चित करेगा कि प्राप्त अनुभव ट्रांसमिशन-स्तरीय अनुप्रयोगों के लिए योग्य और लागू होंगे।

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