शॉर्ट सर्किट धारा के तहत स्विचगियर की स्थिति बनाना
स्विचगियर में धारा प्रवाह और पूर्व-प्रहार घटना की विस्तृत समझ
स्विचगियर में, विशेष रूप से सर्किट ब्रेकर (CB) और लोड ब्रेक स्विच (LBS) में, धारा प्रवाह की प्रक्रिया उस विधि को संदर्भित करती है जब कंटैक्ट्स बंद होना शुरू करते हैं। इस प्रक्रिया का आरंभ ठीक-ठीक तभी नहीं होता जब कंटैक्ट्स शारीरिक रूप से छूते हैं, बल्कि इसके कई मिलीसेकंड पहले होता है, जो एक घटना के कारण होता है जिसे पूर्व-प्रहार कहा जाता है। नीचे इस घटना और इसके प्रभावों की विस्तृत व्याख्या दी गई है।
पूर्व-प्रहार: कंटैक्ट्स के छूने से पहले आर्क की शुरुआत
डाइएलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन: बंद करने की प्रक्रिया के दौरान, जब कंटैक्ट्स एक दूसरे की ओर बढ़ते हैं, तो उनके बीच का अवरोधी माध्यम (जैसे हवा, SF6, या वैक्यूम) डाइएलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन का सामना करता है। यह इसलिए होता है क्योंकि कंटैक्ट्स के बीच की फाँक में विद्युत क्षेत्र बढ़ता है जैसे-जैसे वे निकटतर होते जाते हैं। जब क्षेत्र की ताकत अवरोधी माध्यम की डाइएलेक्ट्रिक ताकत से अधिक हो जाती है, तो फाँक ब्रेकडाउन हो जाती है, और एक स्विचिंग आर्क शुरू हो जाता है।
विद्युत क्षेत्र का निर्माण: कंटैक्ट्स एक दूसरे की ओर बढ़ते हैं, तो उनके बीच का विद्युत क्षेत्र बढ़ता है। यह क्षेत्र कंटैक्ट्स 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 फाँक में गैस के अणुओं का आयनीकरण करता है, जिससे धारा प्रवाह के लिए एक चालक पथ बनता है।
आर्क की शुरुआत: आर्क कंटैक्ट्स के शारीरिक रूप से छूने से कई मिलीसेकंड पहले शुरू होता है। इस पूर्व-प्रहार के दौरान, आर्क कंटैक्ट्स के बीच की छोटी फाँक में बनता है, और धारा आर्क के माध्यम से प्रवाहित होना शुरू हो जाती है, बिना कंटैक्ट्स के शारीरिक रूप से छूने की प्रतीक्षा किए।
पूर्व-प्रहार के प्रभाव
कंटैक्ट सतहों का अत्यधिक पिघलना: यदि पूर्व-प्रहार में शामिल ऊर्जा बड़ी हो, तो यह कंटैक्ट सतहों का अत्यधिक पिघलना का कारण बन सकती है। यह विशेष रूप से शॉर्ट-सर्किट की स्थिति में समस्याजनक होता है, जहाँ धारा बहुत ऊँची हो सकती है। कंटैक्ट सतहों पर गला हुआ धातु कंटैक्ट्स के वेल्डिंग का कारण बन सकता है, जहाँ दो सतहें एक साथ जुड़ जाती हैं।
कंटैक्ट्स का वेल्डिंग: वेल्डिंग किए गए कंटैक्ट्स स्विचिंग उपकरण को अगले खुलने के आदेश पर उचित ढंग से प्रतिक्रिया देने से रोक सकते हैं। यदि स्विचगियर की संचालन व्यवस्था वेल्डिंग किए गए 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।
शॉर्ट-सर्किट धारा की विशेषताएं: शॉर्ट-सर्किट धाराएं अक्सर एक DC घटक से युक्त होती हैं, जो धारा की चोटी की वैल्यू को एक शुद्ध AC शॉर्ट-सर्किट धारा की तुलना में बहुत अधिक बना सकता है। इस बढ़ी हुई चोटी धारा पूर्व-प्रहार के प्रभावों को बढ़ा सकती है, जिससे कंटैक्ट की अधिक गंभीर क्षति और वेल्डिंग हो सकती है।
आर्क वोल्टेज की निर्भरता: आर्क पर वोल्टेज (आर्क वोल्टेज) स्विचगियर में उपयोग किए जाने वाले विच्छेदन माध्यम पर बहुत अधिक निर्भर करता है। बहुत छोटे आर्क लंबाई के भी, इलेक्ट्रोडों के पास में विशेष रूप से विशाल वोल्टेज गिरावट हो सकती है। यह इसलिए होता है क्योंकि आर्क का प्रतिरोध इसकी लंबाई के अनुसार समान नहीं होता, और इलेक्ट्रोडों के पास के क्षेत्रों में गर्मी और आयनित कणों के सांद्रण के कारण प्रतिरोध अधिक होता है।
शॉर्ट-सर्किट स्थिति में बंद करना
सर्किट ब्रेकर (CB): सर्किट ब्रेकर में, शॉर्ट-सर्किट स्थिति में बंद करना विशेष रूप से चुनौतियों से भरा होता है। उच्च धारा स्तर और DC घटक की उपस्थिति तीव्र आर्किंग और कंटैक्ट की क्षति का कारण बन सकती है। आधुनिक सर्किट ब्रेकर इन प्रभावों को कम करने के लिए उन्नत सामग्रियों और शीतलन तंत्र से डिजाइन किए जाते हैं, लेकिन पूर्व-प्रहार एक चिंता का विषय बना रहता है।
लोड ब्रेक स्विच (LBS): लोड ब्रेक स्विच भी बंद करने की प्रक्रिया के दौरान पूर्व-प्रहार के लिए संवेदनशील होते हैं, विशेष रूप से उच्च-धारा अनुप्रयोगों में। हालांकि, LBS उपकरण आमतौर पर सर्किट ब्रेकर की तुलना में निम्न-वोल्टेज और निम्न-धारा अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं, इसलिए गंभीर कंटैक्ट की क्षति का जोखिम आमतौर पर कम होता है।
स्विचगियर में बंद करने की प्रक्रिया के चरण
स्विचगियर में बंद करने की प्रक्रिया को कई चरणों में विभाजित किया जा सकता है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है:
चरण 1: कंटैक्ट्स का प्रारंभिक दृष्टिकोण: कंटैक्ट्स एक दूसरे की ओर बढ़ना शुरू करते हैं, और उनके बीच का विद्युत क्षेत्र बनना शुरू हो जाता है। इस चरण में, कोई धारा प्रवाहित नहीं होती, लेकिन पूर्व-प्रहार की संभावना बढ़ रही होती है।
चरण 2: पूर्व-प्रहार आर्क का निर्माण: जैसे-जैसे कंटैक्ट्स निकटतर होते जाते हैं, विद्युत क्षेत्र अवरोधी माध्यम की डाइएलेक्ट्रिक ताकत से अधिक हो जाता है, जिससे डाइएलेक्ट्रिक ब्रेकडाउन होता है। एक पूर्व-प्रहार आर्क बनता है, और धारा कंटैक्ट्स के छूने से पहले आर्क के माध्यम से प्रवाहित होना शुरू हो जाती है।
चरण 3: कंटैक्ट छूना और आर्क ट्रांसफर: कंटैक्ट्स अंततः शारीरिक रूप से छूते हैं, और आर्क कंटैक्ट्स के बीच की फाँक से कंटैक्ट सतहों पर ट्रांसफर हो जाता है। धारा अब बंद सर्किट के माध्यम से प्रवाहित रहती है।
चरण 4: स्थिर-अवस्था संचालन: कंटैक्ट्स पूरी तरह से बंद होने के बाद, प्रणाली स्थिर-अवस्था संचालन में प्रवेश करती है, और धारा बंद कंटैक्ट्स के माध्यम से प्रवाहित होती है, बिना किसी आर्किंग के।
नियंत्रण रणनीतियां
पूर्व-प्रहार और कंटैक्ट वेल्डिंग के प्रभावों को कम करने के लिए, कई डिजाइन और संचालन रणनीतियों का उपयोग किया जा सकता है:
उच्च-डाइएलेक्ट्रिक-स्ट्रेंथ अवरोधी माध्यमों का उपयोग: उच्च डाइएलेक्ट्रिक ताकत वाले अवरोधी माध्यमों, जैसे SF6 गैस या वैक्यूम, का उपयोग करके ब्रेकडाउन की शुरुआत के लिए आवश्यक विद्युत क्षेत्र को बढ़ाया जा सकता है, जिससे पूर्व-प्रहार की संभावना कम हो जाती है।
उन्नत कंटैक्ट सामग्रियां: उच्च पिघलने के बिंदु और अच्छी थर्मल चालकता वाली कंटैक्ट सामग्रियों का उपयोग पूर्व-प्रहार के दौरान कंटैक्ट की क्षति को कम करने में मदद कर सकता है। उच्च-वोल्टेज स्विचगियर में तांबा-टंगस्टन यौगिक आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं।
शीतलन तंत्र: पफर सिस्टम या बलपूर्वक गैस प्रवाह जैसे शीतलन तंत्रों को शामिल करके आर्क से उत्पन्न गर्मी को विसर्जित किया जा सकता है, जिससे कंटैक्ट सतहों का तापमान कम हो जाता है, जिससे वेल्डिंग का जोखिम कम हो जाता है।
मैकेनिकल डिजाइन की सुधार: सुनिश्चित करना कि संचालन व्यवस्था खुलने की प्रक्रिया के दौरान किसी वेल्डिंग किए गए बिंदुओं को तोड़ने के लिए पर्याप्त बल प्रदान करती है, जिससे स्विचगियर को खुलने में विफल होने से रोका जा सकता है।
सुरक्षा प्रणालियां: ओवरकरंट रिले और दोष निर्णय तंत्र जैसी सुरक्षा प्रणालियों को लागू करके शॉर्ट-सर्किट स्थितियों का तेजी से पता लगाया जा सकता है, जिससे आर्क की अवधि और तीव्रता कम हो सकती है।
निष्कर्ष
पूर्व-प्रहार घटना, जहाँ आर्क कंटैक्ट्स के शारीरिक रूप से छूने से पहले शुरू होता है, स्विचगियर में बंद करने की प्रक्रिया का एक महत्वपूर्ण पहलू है। यह अत्यधिक कंटैक्ट की क्षति, वेल्डिंग, और स्विचिंग उपकरण की संभावित विफलता का कारण बन सकता है। पूर्व-प्रहार के लिए योगदान करने वाले कारकों, जैसे विद्युत क्षेत्र का निर्माण और अवरोधी माध्यम की विशेषताओं, को समझना सुरक्षित और विश्वसनीय स्विचगियर डिजाइन और संचालन के लिए आवश्यक है। उच्च-डाइएलेक्ट्रिक-स्ट्रेंथ अवरोधी माध्यम, उन्नत कंटैक्ट सामग्रियों और शीतलन तंत्रों 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 किया जा सकता है।
