ಹाय್-ವೋಲ್ಟ್ ವ್ಯಾಕ್ಯುಮ್ ಸರ್ಕ್ಯುಯಿಟ್ ಬ್ರೇಕರ್‌ಗಳ ಗತ ಮತ್ತು ನಿಂದನ ಚರಿತ್ರದ ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತ ಪರಿಚಯ

उच्च वोल्टेज वैक्यूम सर्किट ब्रेकर: एक सारांश

परिचय

उच्च वोल्टेज वैक्यूम सर्किट ब्रेकर (HV VCBs) ट्रेडिशनल SF6 गैस-इन्सुलेटेड सर्किट ब्रेकर के लिए एक व्यवहार्य विकल्प के रूप में उभरा है, विशेष रूप से उन अनुप्रयोगों में जहाँ आवर्ती स्विचिंग और कम रखरखाव की लागत महत्वपूर्ण 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 बंद करके 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 फ़ॉल्ट करंट और विभिन्न प्रकार के लोड को स्विच करने के लिए। मध्य वोल्टेज वर्ग (52 kV तक) में वैक्यूम स्विचिंग तकनीक की विश्वसनीयता और प्रदर्शन अद्वितीय रहा है, जिससे इसका वितरण प्रणालियों में आधिपत्य बना। हालाँकि, ट्रांसमिशन वोल्टेज स्तरों तक वैक्यूम स्विचिंग तकनीक को विस्तारित करने की कोशिशें 1960 के दशक से शुरू हो गईं, 1980 के आसपास जब जापान में पहले उच्च वोल्टेज वैक्यूम सर्किट ब्रेकर इनस्टॉल किए गए थे। 2010 तक, लगभग 10,000 HV VCBs प्राथमिक रूप से औद्योगिक सेटिंग्स में, लेकिन बिजली कंपनियों के अनुप्रयोगों में भी संचालन में थे। वैक्यूम तकनीक की SF6 की तुलना में अधिक आवर्ती स्विचिंग संचालनों और कम रखरखाव की आवश्यकताओं की क्षमता के कारण इसकी पसंद थी।

संयुक्त राज्य अमेरिका में, वैक्यूम कैपेसिटर बैंक स्विच 242 kV तक की वोल्टेज पर दशकों से उपयोग किया जा रहा है। 2008 के आसपास, चीन और यूरोप में तीव्र अनुसंधान और विकास (R&D) कार्यक्रम उच्च वोल्टेज वैक्यूम सर्किट ब्रेकर (HV VCBs) को विकसित करने के लिए लक्ष्य रखते थे, जिसका ध्यान SF6 के उपयोग को कम करने या उसे समाप्त करने पर केंद्रित था। यह 145 kV तक काम करने वाले उत्पादों के परिचय का कारण बना। चीन में, व्यावसायिक अनुप्रयोगों में HV VCBs की तेजी से ग्रहण की अपेक्षा है, जहाँ सैकड़ों यूनिट 126 kV तक की वोल्टेज स्तरों पर सेवा में हैं। यूरोप में, बाजार में प्रवेश से पहले प्रकार परीक्षण किए गए उपकरणों के प्रदर्शन को मान्यता देने के लिए क्षेत्रीय परीक्षण चल रहे हैं।

तकनीक और डिजाइन

सभी HV VCB उत्पाद मध्य वोल्टेज वैक्यूम इंटरप्टर तकनीक पर आधारित हैं, जिसे वर्षों से शुद्ध किया गया है। इस तकनीक को उच्च वोल्टेज स्तरों तक विस्तारित करने के लिए कोई मौलिक रूप से नई तकनीकी विशेषताएँ आवश्यक नहीं थीं। प्राथमिक चुनौती इंटरप्टर की ज्यामिति को उच्च वोल्टेज रेटिंग को समायोजित करने के लिए स्केलिंग करना है। उदाहरण के लिए, 52 kV से अधिक वोल्टेज संभालने के लिए व्यास और संपर्क गैप लंबाई बढ़ानी चाहिए। कुछ मामलों में, 126 kV से अधिक वोल्टेज के लिए, विश्वसनीय संचालन को सुनिश्चित करने के लिए दो वैक्यूम गैप श्रृंखला में उपयोग किए जाते हैं।

संचालन विशेषताएँ

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

• मॉनिटरिंग: SF6 सर्किट ब्रेकर में अवरोधन माध्यम की गुणवत्ता की निगरानी करना आसान है, क्योंकि HV VCBs में सेवा के दौरान वैक्यूम की मात्रा की व्यावहारिक रूप से निगरानी नहीं की जा सकती।

• स्विचिंग संचालन: वैक्यूम संपर्क प्रणाली की अधिक टिकाऊ गुणवत्ता के कारण, HV VCBs SF6 सर्किट ब्रेकर की तुलना में अधिक संख्या में स्विचिंग संचालन कर सकते हैं। यह वैक्यूम तकनीक को दैनिक संचालन जैसे आवर्ती स्विचिंग की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए विशेष आकर्षक बनाता है।

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

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

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

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

विद्युतीय विशेषताएँ

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

• ब्रेकडाउन सांख्यिकी: वैक्यूम गैप सिद्धांत रूप से बहुत उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज होती है, लेकिन अपेक्षाकृत मध्यम वोल्टेज पर ब्रेकडाउन की एक छोटी संभावना होती है। वैक्यूम गैप में विद्युत धारा अवरोधन के कई सैकड़ों मिलीसेकंड बाद विद्युत धारा अवरोधन के बाद स्वतः देर से ब्रेकडाउन हो सकता है। हालाँकि, इन घटनाओं के परिणाम सीमित होते हैं, क्योंकि वैक्यूम गैप तुरंत अपनी इन्सुलेशन को बहाल कर देता है। देर से ब्रेकडाउन के प्रणाली अनुसंधान अभी तक पूरी तरह से समझे नहीं गए हैं।

• इंडक्टिव लोड स्विचिंग: शंट रिएक्टर स्विचिंग जैसे इंडक्टिव लोड शामिल अनुप्रयोगों में, HV VCBs एक विद्युत धारा शून्य पर अधिक संख्या में बार-बार पुनर्ज्वलन का अनुभव कर सकते हैं। यह वैक्यूम की उच्च आवृत्ति वाले करंट को अवरोधित करने की क्षमता के कारण है, जो पुनर्ज्वलन के बाद आता है। इन पुनर्ज्वलन ट्रांसिएंट्स के प्रभावों पर अन्य उपकरणों, जैसे RC स्नबर्स और मेटल-ऑक्साइड अरेस्टर्स, पर वर्तमान में अनुसंधान चल रहा है।

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

भविष्य की प्रतिक्रियाएँ और बाजार की धारणा

उच्च वोल्टेज स्विचगियर के उपयोगकर्ताओं के बीच एक सर्वेक्षण द्वारा यह पता चला कि SF6 की अनुपस्थिति वैक्यूम स्विचगियर का प्राथमिक लाभ मानी जाती है, यदि बाहरी इन्सुलेशन भी SF6-मुक्त है। हालाँकि, ट्रांसमिशन वोल्टेज स्तरों पर व्यापक सेवा अनुभव की कमी HV VCBs के व्यापक अपनाव के लिए एक महत्वपूर्ण रोक है। इसके बावजूद, वैक्यूम तकनीक के पर्यावरणीय लाभ और संचालन लाभ इस क्षेत्र में निरंतर रुचि और विकास का नेतृत्व कर रहे हैं।

उच्च वोल्टेज वैक्यूम सर्किट ब्रेकर (HV VCBs) के संभावित उपयोगकर्ता अक्सर वर्तमान चोपिंग और स्विचिंग संचालन के दौरान X-रे उत्सर्जन की संभावना के कारण ओवरवोल्टेज के उत्पादन के बारे में चिंतित होते हैं। ये मुद्दे HV VCBs के सुरक्षित और विश्वसनीय संचालन के लिए महत्वपूर्ण हैं, विशेष रूप से ट्रांसमिशन वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए उन्हें विचार किया जा रहा है।

X-रे उत्सर्जन

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

पायलट परियोजनाएँ

अधिकांश प्रतियोगियों ने HV VCB तकनीक के साथ व्यावहारिक अनुभव प्राप्त करने के लिए पायलट परियोजनाओं की शुरुआत करने में एक मजबूत रुचि व्यक्त की। ऐसी परियोजनाएँ बिजली कंपनियों और प्रणाली ऑपरेटरों को वास्तविक स्थितियों में HV VCBs के प्रदर्शन, विश्वसनीयता और संचालन विशेषताओं का मूल्यांकन करने की अनुमति देगी। इन पायलट परियोजनाओं के लिए ठोस रूप से ग्राउंड किए गए नेटवर्क की सिफारिश की जाती है, क्योंकि मध्य वोल्टेज प्रणालियों में नेटवर्क की स्थितियाँ हमेशा ट्रांसमिशन वोल्टेज नेटवर्क की स्थितियों के साथ तुलनीय नहीं होती हैं, विशेष रूप से ग्राउंडिंग स्थितियों के लिए। यह दृष्टिकोण सुनिश्चित करेगा कि प्राप्ट अनुभव ट्रांसमिशन-स्तर के अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त और लागू होंगे।

मानकीकरण

वर्तमान IEC स