सर्किट ब्रेकरों द्वारा छोटे प्रेरकीय धाराओं के अवरोधन में अस्थायी आवृत्ति विक्षेप (TRV)
सुपरपोजिशन के सिद्धांत का उपयोग करके रैखिक प्रणालियों में ट्रांसिएंट घटनाओं का विश्लेषण
रैखिक प्रणालियों में स्विचिंग ऑपरेशन के कारण होने वाली ट्रांसिएंट घटनाओं के विश्लेषण में, सुपरपोजिशन का सिद्धांत एक शक्तिशाली उपकरण है। ऑपन-सर्किट ऑपरेशन से पहले मौजूद था स्थिर-अवस्था समाधान, शॉर्ट-सर्किट वोल्टेज सोर्स और ऑपन-सर्किट करंट सोर्स द्वारा प्रेरित ट्रांसिएंट प्रतिक्रियाओं, और स्विच संपर्कों के माध्यम से गुजरने वाले करंट को संयोजित करके, स्विचिंग प्रक्रिया का व्यापक वर्णन प्राप्त किया जा सकता है।
ऑपन-सर्किट ऑपरेशन का ट्रांसिएंट विश्लेषण
एक ऑपन-सर्किट ऑपरेशन के दौरान, स्विच संपर्कों के माध्यम से बहने वाला करंट ऑपरेशन के बाद शून्य होना चाहिए। इसलिए, प्रणाली में इंजेक्ट किया गया करंट स्विच संपर्कों के माध्यम से बहने वाले करंट के बराबर होना चाहिए, जो ऑपनिंग ऑपरेशन से पहले था। जैसे-जैसे स्विच संपर्कों का अलग होना शुरू होता है, संपर्कों के मध्य में तुरंत एक ट्रांसिएंट रिकवरी वोल्टेज (TRV) विकसित होता है। TRV तब दिखाई देता है जब करंट शून्य हो जाता है और वास्तविक प्रणालियों में आमतौर पर मिलीसेकंड तक चलता है। व्यावहारिक विद्युत प्रणालियों में, TRV की विशेषताएँ सर्किट ब्रेकरों के प्रदर्शन और विश्वसनीयता के लिए महत्वपूर्ण होती हैं।
ट्रांसिएंट रिकवरी वोल्टेज (TRV) का महत्व
विद्युत प्रणालियों में सर्किट ब्रेकर ऑपरेशन से संबंधित ट्रांसिएंट घटनाओं की गहन समझ टेस्टिंग प्रथाओं को महत्वपूर्ण रूप से सुधार सकती है और स्विचिंग उपकरणों की विश्वसनीयता में वृद्धि कर सकती है। मानक निर्दिष्ट करते हैं कि TRV के सिमुलेशन के लिए अनुशासित विशेषता मान, जो इंजीनियरों को स्विचिंग उपकरणों के व्यवहार की बेहतर पूर्वानुमान और डिजाइन करने में मदद करते हैं।
सर्किट स्विचिंग के विभिन्न प्रकार
निम्न आरेख दर्शाता है कि बहुत सरल परिपथों में विद्युत करंट को अवरुद्ध करते समय सर्किट ब्रेकर संपर्कों पर TRV का रूप। प्रत्येक मामले में विभिन्न तरंग रूप उत्पन्न होते हैं, जो परिपथ की प्रकृति पर निर्भर करते हैं:
आभासी लोड: शुद्ध आभासी लोडों के लिए, स्विचिंग ऑपरेशन के बाद करंट शीघ्र ही शून्य हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक अपेक्षाकृत चिकना TRV तरंग रूप उत्पन्न होता है।
आभासी लोड: आभासी लोडों के लिए, जब करंट शून्य हो जाता है, तो आभासी परिपथ के दोनों सिरों पर वोल्टेज अपना अधिकतम मान प्राप्त करता है। क्योंकि आभासी ऊर्जा को अन्य घटकों (जैसे कैपेसिटर) के माध्यम से खोना पड़ता है, इसलिए दोलन होते हैं। ये दोलन आभासी और कैपेसिटर के बीच ऊर्जा स्थानांतरण के कारण होते हैं।
कैपेसिटिव लोड: कैपेसिटिव लोडों के लिए, स्विचिंग ऑपरेशन के बाद करंट धीरे-धीरे कम होता है, जबकि वोल्टेज तेजी से बढ़ता है। TRV तरंग रूप आमतौर पर एक तेजी से बढ़ते वोल्टेज पल्स को दर्शाता है।
छोटे करंट का अवरोधन और करंट चोपिंग घटनाएँ
विद्युत प्रणालियों में, छोटे करंट का अवरोधन करंट चोपिंग और माया चोपिंग जैसी घटनाओं का कारण बन सकता है। ये घटनाएँ ट्रांसिएंट रिकवरी वोल्टेज (TRV) पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकती हैं और ओवरवोल्टेज और रीइग्निशन की समस्याओं का कारण बन सकती हैं।
सामान्य अवरोधन और करंट चोपिंग
सामान्य अवरोधन: जब करंट अपने शून्य पार बिंदु पर स्वाभाविक रूप से अवरुद्ध होता है, तो यह आदर्श स्विचिंग ऑपरेशन होता है। इस मामले में, TRV आमतौर पर निर्दिष्ट सीमाओं के भीतर रहता है, और कोई ओवरवोल्टेज या रीइग्निशन नहीं होता।
करंट चोपिंग: यदि करंट शून्य पहुंचने से पहले प्रारंभिक रूप से अवरुद्ध हो जाता है, तो इस घटना को करंट चोपिंग कहा जाता है। करंट का अचानक अवरोधन ट्रांसिएंट ओवरवोल्टेज का कारण बनता है, जो उच्च आवृत्ति रीइग्निशन का कारण बन सकता है। यह प्रकार का असामान्य अवरोधन सर्किट ब्रेकर और प्रणाली के लिए संभावित खतरे पैदा कर सकता है।
करंट चोपिंग का परिणाम
जब सर्किट ब्रेकर अपने शिखर के पास करंट को अवरुद्ध करता है, तो वोल्टेज लगभग तुरंत बढ़ जाता है। यदि यह ओवरवोल्टेज सर्किट ब्रेकर के लिए निर्दिष्ट विद्युत विशिष्ट शक्ति से अधिक हो, तो रीइग्निशन होता है। जब यह प्रक्रिया बार-बार दोहराई जाती है, तो उच्च आवृत्ति रीइग्निशन के कारण वोल्टेज तेजी से बढ़ता जाता है। यह उच्च आवृत्ति दोलन संबद्ध परिपथ के विद्युत पैरामीटरों, परिपथ की व्यवस्था, और सर्किट ब्रेकर के डिजाइन द्वारा नियंत्रित होता है, जो वास्तविक विद्युत आवृत्ति करंट शून्य पहुंचने से पहले शून्य पार बिंदु पर पहुंचता है।
करंट चोपिंग और माया चोपिंग के बीच अंतर
करंट चोपिंग: जब करंट शून्य पहुंचने से पहले अवरुद्ध हो जाता है, तो ट्रांसिएंट ओवरवोल्टेज और उच्च आवृत्ति रीइग्निशन का कारण बनता है।
माया चोपिंग: जब करंट शून्य पहुंचने से थोड़ा पहले अवरुद्ध हो जाता है, हालांकि यह बहुत निकट शून्य होता है। यह अभी भी छोटे ओवरवोल्टेज और रीइग्निशन का कारण बन सकता है।
लोड-साइड वोल्टेज और TRV की तुलना
निम्न आरेख दो अलग-अलग परिस्थितियों में लोड-साइड वोल्टेज और TRV की तुलना करता है:
करंट शून्य बिंदु पर अवरोधन: इस मामले में, लोड-साइड वोल्टेज स्थिर रूप से बढ़ता है, और TRV निर्दिष्ट सीमाओं के भीतर रहता है, सामान्य प्रणाली कार्य को सुनिश्चित करता है।
करंट शून्य बिंदु से पहले अवरोधन (करंट चोपिंग): यहाँ, लोड-साइड वोल्टेज तेजी से बढ़ता है, और TRV महत्वपूर्ण रूप से बढ़ता है, जो ओवरवोल्टेज और रीइग्निशन का कारण बन सकता है। इस उदाहरण से स्पष्ट है कि दूसरा मामला अधिक गंभीर है।
करंट चोपिंग की समझ का महत्व
करंट चोपिंग के प्रभाव को बेहतर समझने के लिए, लोड-साइड नुकसानों के प्रभावों को नजरअंदाज करें। करंट शून्य बिंदु पर अवरुद्ध होने के बाद, लोड-साइड पर भंडारित ऊर्जा मुख्य रूप से कैपेसिटरों में होती है, जहाँ वोल्टेज अपना अधिकतम मान प्राप्त करता है। हालांकि, यदि करंट शून्य पहुंचने से पहले चोपिंग किया जाता है, तो कैपेसिटरों में ऊर्जा पूरी तरह से नहीं खोई जा सकती, जिसके परिणामस्वरूप वोल्टेज तेजी से बढ़ता है और ओवरवोल्टेज और रीइग्निशन की समस्याएँ उत्पन्न होती हैं।
(a) समतुल्य परिपथ। (b) करंट शून्य बिंदु पर आर्क अवरोधन। (c) करंट शून्य बिंदु से पहले आर्क अवरोधन।
करंट चोपिंग और उच्च आवृत्ति ट्रांसिएंट घटनाएँ
करंट चोपिंग के मामले में, करंट शून्य बिंदु के पास आर्क की अस्थिरता आसन्न नेटवर्क घटकों में उच्च आवृत्ति ट्रांसिएंट करंट बहने का कारण बन सकती है। यह उच्च आवृत्ति करंट छोटे विद्युत आवृत्ति करंट पर सुपरिम्पोजिट होता है, जो वास्तव में शून्य तक चोपिंग किया जाता है। विशेष रूप से:
करंट शून्य बिंदु पास आर्क की अस्थिरता: जैसे-जैसे करंट शून्य पहुंचता है, आर्क अस्थिर हो सकता है, जिससे उच्च आवृत्ति ट्रांसिएंट करंट उत्पन्न होते हैं। ये करंट पहले से ही छोटे विद्युत आवृत्ति करंट पर सुपरिम्पोजिट होते हैं, प्रणाली के ट्रांसिएंट प्रतिक्रिया को और जटिल बनाते हैं।
उच्च आवृत्ति ट्रांसिएंट करंट का प्रभाव: उच्च आवृत्ति ट्रांसिएंट करंट की उपस्थिति ओवरवोल्टेज और रीइग्निशन का कारण बन सकती है, विशेष रूप से आभासी लोडों में। इन करंटों के तेजी से परिवर्तन के कारण, वे अत्यंत शीघ्रता से अत्यधिक वोल्टेज शिखर उत्पन्न कर सकते हैं, जो प्रणाली के इन्सुलेशन सामग्रियों के लिए खतरा बन सकता है।
माया चोपिंग और इसका प्रभाव
माया चोपिंग के मामले में, आर्क की अस्थिरता आसन्न फेजों के साथ दोलनों से बढ़ जाती है, जिससे उच्च आवृत्ति करंट उत्पन्न होते हैं, भले ही करंट शून्य पहुंचने से पहले हो। विशेष रूप से:
माया चोपिंग का तंत्र: माया चोपिंग आमतौर पर तब होता है जब करंट शून्य के निकट होता है लेकिन अभी तक शून्य नहीं हो गया है। इस बिंदु पर, आर्क आसन्न फेजों से दोलनों के साथ अंतर्क्रिया कर सकता है, जिससे उच्च आवृत्ति करंट उत्पन्न होते हैं। यह प्रणाली को और अस्थिर बनाता है और रीइग्निशन की संभावना बढ़ जाती है।
देखा गया घटना: माया चोपिंग वायु, SF6, और तेल में गैसीय आर्कों में देखा गया है। वैक्यूम आर्क भी करंट चोपिंग के लिए अत्यंत संवेदनशील होते हैं क्योंकि वैक्यूम वातावरण में आर्क बाहरी स्थितियों के प्रति अधिक संवेदनशील होते हैं, जिससे अस्थिरता बढ़ जाती है।
चोपिंग और रीइग्निशन के कारण
चोपिंग और रीइग्निशन की घटनाएँ, और संबद्ध उच्च आवृत्ति दोलनीय ओवरवोल्टेज, मुख्य रूप से सर्किट ब्रेकर के डिजाइन पर आधारि
