स्विचगियर के लिए छोटे सर्किट करंट की स्थिति बनाना

स्विचगियर में धारा प्रवाह और पूर्व-प्रहार घटना की विस्तृत व्याख्या
स्विचगियर में, विशेष रूप से सर्किट ब्रेकर (CB) और लोड ब्रेक स्विच (LBS) में, धारा प्रवाह उस प्रक्रिया को संदर्भित करता है जिसमें संपर्कों द्वारा एक विद्युत आर्क शुरू होता है जब वे बंद होना शुरू करते हैं। यह प्रक्रिया ठीक तभी नहीं शुरू होती जब संपर्क शारीरिक रूप से संपर्क में आते हैं, बल्कि कई मिलीसेकंड पहले शुरू हो सकती है, जिसे पूर्व-प्रहार के रूप में जाना जाता है। नीचे इस घटना और इसके प्रभावों की विस्तृत व्याख्या दी गई है।
1. पूर्व-प्रहार: संपर्क संपर्क से पहले आर्क की शुरुआत
•    डाइएलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन: जब संपर्क बंद करने की प्रक्रिया के दौरान एक दूसरे के पास आते हैं, तो उनके बीच की अवरोधक माध्यम (जैसे हवा, SF6, या रिक्तता) डाइएलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन का सामना करता है। यह इसलिए होता है क्योंकि संपर्कों के बीच का विद्युत क्षेत्र जैसे-जैसे वे निकट आते हैं, बढ़ता है। जब क्षेत्र की ताकत अवरोधक माध्यम की डाइएलेक्ट्रिक ताकत से अधिक हो जाती है, तो अंतराल टूट जाता है, और एक स्विचिंग आर्क शुरू हो जाता है।
•    विद्युत क्षेत्र का निर्माण: संपर्क एक दूसरे के पास आते जाते हैं, तो उनके बीच का विद्युत क्षेत्र बढ़ता है। यह क्षेत्र संपर्कों के बीच के वोल्टेज के समानुपाती और उनके बीच की दूरी के व्युत्क्रमानुपाती होता है। जब क्षेत्र पर्याप्त रूप से मजबूत हो जाता है, तो यह गैस अणुओं के आयनीकरण का कारण बनता है, जिससे धारा प्रवाह के लिए एक चालक मार्ग बनता है।
•    आर्क की शुरुआत: आर्क संपर्क शारीरिक रूप से संपर्क से कई मिलीसेकंड पहले शुरू होता है। इस पूर्व-प्रहार के दौरान, आर्क संपर्कों के बीच के छोटे अंतराल में बनता है, और धारा आर्क के माध्यम से प्रवाहन शुरू हो जाती है, बिना संपर्कों के शारीरिक संपर्क का इंतजार किये।
2. पूर्व-प्रहार के प्रभाव
•    संपर्क सतहों का अत्यधिक पिघलना: यदि पूर्व-प्रहार में शामिल ऊर्जा बड़ी हो, तो यह संपर्क सतहों के अत्यधिक पिघलने का कारण बन सकती है। यह विशेष रूप से छोटे सर्किट स्थितियों में समस्याजनक होता है, जहाँ धारा अत्यधिक ऊँची हो सकती है। संपर्क सतहों पर गलित धातु संपर्कों के वेल्डिंग का कारण बन सकती है, जहाँ दो सतहें एक साथ गल जाती हैं।
•    संपर्कों का वेल्डिंग: वेल्डेड संपर्क स्विचिंग उपकरण को अगले खुलने के आदेश पर उचित ढंग से प्रतिक्रिया करने से रोक सकते हैं। यदि स्विचगियर की ऑपरेटिंग मैकेनिज्म वेल्डेड बिंदुओं को तोड़ने के लिए पर्याप्त बल नहीं प्रदान करती है, तो उपकरण ठीक से खुलने में विफल हो सकता है, जिससे सुरक्षा खतरे और उपकरण की क्षति हो सकती है।
•    छोटे सर्किट धारा विशेषताएं: छोटे सर्किट धाराओं में अक्सर एक DC घटक होता है, जो धारा के शीर्ष मूल्य को शुद्ध AC छोटे सर्किट धारा की तुलना में बहुत अधिक बना सकता है। यह बढ़ी हुई शीर्ष धारा पूर्व-प्रहार के प्रभावों को बढ़ा सकती है, जिससे संपर्क नुकसान और वेल्डिंग अधिक गंभीर हो सकता है।
•    आर्क वोल्टेज निर्भरता: आर्क पर वोल्टेज (आर्क वोल्टेज) स्विचगियर में उपयोग किए जाने वाले अवरोधक माध्यम पर अत्यधिक निर्भर करता है। बहुत छोटे आर्क लंबाई के साथ भी, इलेक्ट्रोडों के पास महत्वपूर्ण वोल्टेज गिरावट हो सकती है। यह इसलिए है क्योंकि आर्क प्रतिरोध अपने लंबाई के अनुसार समान नहीं होता, और इलेक्ट्रोडों के पास क्षेत्र गर्मी और आयनित कणों के सान्द्रण के कारण अधिक प्रतिरोध होता है।
3. छोटे सर्किट स्थितियों में बनाना
•    सर्किट ब्रेकर (CB): सर्किट ब्रेकर में, छोटे सर्किट स्थितियों में बनाने की प्रक्रिया विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण होती है। उच्च धारा स्तर और DC घटक की उपस्थिति तीव्र आर्किंग और संपर्क नुकसान का कारण बन सकती है। आधुनिक सर्किट ब्रेकर इन प्रभावों को नियंत्रित करने के लिए उन्नत सामग्रियों और शीतलन तंत्र से डिजाइन किए गए हैं, लेकिन पूर्व-प्रहार एक चिंता बना रहता है।
•    लोड ब्रेक स्विच (LBS): लोड ब्रेक स्विच भी बनाने की प्रक्रिया के दौरान पूर्व-प्रहार के लिए लचीले होते हैं, विशेष रूप से उच्च धारा एप्लिकेशनों में। हालांकि, LBS उपकरण आम तौर पर सर्किट ब्रेकर की तुलना में निम्न वोल्टेज और निम्न धारा एप्लिकेशनों में उपयोग किए जाते हैं, इसलिए गंभीर संपर्क नुकसान का जोखिम सामान्य रूप से कम होता है।
4. स्विचगियर में बनाने की प्रक्रिया के चरण
स्विचगियर में बनाने की प्रक्रिया को कई चरणों में विभाजित किया जा सकता है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है:
•    चरण 1: संपर्कों का प्रारंभिक अप्रोच: संपर्क एक दूसरे के पास बढ़ना शुरू करते हैं, और उनके बीच का विद्युत क्षेत्र बढ़ना शुरू होता है। इस चरण में, कोई धारा प्रवाहित नहीं होती, लेकिन पूर्व-प्रहार के लिए संभावना बढ़ रही होती है।
•    चरण 2: पूर्व-प्रहार आर्क निर्माण: जैसे-जैसे संपर्क निकट होते जाते हैं, विद्युत क्षेत्र अवरोधक माध्यम की डाइएलेक्ट्रिक ताकत से अधिक हो जाता है, जिससे डाइएलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन होता है। एक पूर्व-प्रहार आर्क बनता है, और धारा संपर्क छूने से पहले आर्क के माध्यम से प्रवाहन शुरू हो जाती है।
•    चरण 3: संपर्क छूना और आर्क ट्रांसफर: संपर्क अंततः शारीरिक संपर्क में आते हैं, और आर्क संपर्कों के बीच के अंतराल से संपर्क सतहों पर ट्रांसफर हो जाता है। धारा अब बंद सर्किट के माध्यम से प्रवाहित रहती है।
•    चरण 4: स्थिर-अवस्था संचालन: जब संपर्क पूरी तरह से बंद हो जाते हैं, तो प्रणाली स्थिर-अवस्था संचालन में प्रवेश करती है, और धारा बिना किसी आर्किंग के बंद संपर्कों के माध्यम से प्रवाहित होती है।
5. नियंत्रण रणनीतियां
पूर्व-प्रहार और संपर्क वेल्डिंग के प्रभावों को कम करने के लिए, कई डिजाइन और संचालन रणनीतियों का उपयोग किया जा सकता है:
•    उच्च-डाइएलेक्ट्रिक-शक्ति अवरोधक माध्यमों का उपयोग: उच्च डाइएलेक्ट्रिक शक्ति वाले अवरोधक माध्यमों, जैसे SF6 गैस या रिक्तता, का उपयोग करके पूर्व-प्रहार की संभावना को कम किया जा सकता है, क्योंकि ब्रेकडाउन शुरू करने के लिए उच्च विद्युत क्षेत्र की आवश्यकता होती है।
•    उन्नत संपर्क सामग्रियां: उच्च पिघलने के बिंदु और अच्छी ऊष्मीय चालकता वाली संपर्क सामग्रियों का उपयोग करके पूर्व-प्रहार के दौरान संपर्क नुकसान को कम किया जा सकता है। उच्च वोल्टेज स्विचगियर में तांबे-टंगस्टन इंटरलोइस जैसी सामग्रियों का आम तौर पर उपयोग किया जाता है।
•    शीतलन तंत्र: पफर सिस्टम या बलित गैस प्रवाह जैसे शीतलन तंत्रों को शामिल करके आर्क से गर्मी को निकाला जा सकता है और संपर्क सतहों का तापमान कम किया जा सकता है, जिससे वेल्डिंग का जोखिम कम होता है।
•    मैकेनिकल डिजाइन सुधार: यह सुनिश्चित करना कि ऑपरेटिंग मैकेनिज्म खुलने की प्रक्रिया के दौरान किसी भी वेल्डेड बिंदुओं को तोड़ने के लिए पर्याप्त बल प्रदान करता है, यह सुनिश्चित कर सकता है कि स्विचगियर खुलने में विफल न हो।
•    सुरक्षा प्रणालियां: ओवरकर्रेंट रिले और दोष निर्णय तंत्र जैसी सुरक्षा प्रणालियों को लागू करके छोटे सर्किट स्थितियों का तेजी से पता लगाया जा सकता है और आर्क की अवधि और तीव्रता को कम किया जा सकता है।
निष्कर्ष
पूर्व-प्रहार घटना, जिसमें आर्क संपर्क शारीरिक रूप से संपर्क से पहले शुरू होता है, स्विचगियर में बनाने की प्रक्रिया का एक महत्वपूर्ण पहलू है। यह अत्यधिक संपर्क नुकसान, वेल्डिंग, और स्विचिंग उपकरण की संभावित विफलता का कारण बन सकती है। डाइएलेक्ट्रिक ताकत के निर्माण और अवरोधक माध्यम के विशेषताओं जैसे पूर्व-प्रहार में योगदान करने वाले कारकों को समझना सुरक्षित और विश्वसनीय स्विचगियर डिजाइन और संचालन के लिए आवश्यक है। उच्च-डाइएलेक्ट्रिक-शक्ति अवरोधक माध्यम, उन्नत संपर्क सामग्रियों, और शीतलन तंत्र जैसी उपयुक्त नियंत्रण रणनीतियों का उपयोग करके, पूर्व-प्रहार के प्रभावों को कम किया जा सकता है, जिससे सर्किट ब्रेकर और लोड ब्रेक स्विच दोनों में सुरक्षित और विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित होता है।