మధ్య వోల్టేజ్ డీసి సోలిడ్-స్టేట్ సర్క్యుట్ బ్రేకర్ల డిజైన్ మరియు భవిష్యత్తు

మధ్య వోల్టేజ్ సోలిడ్-స్టేట్ సర్క్యూట్ బ్రేకర్లు ఎలా పని చేస్తాయ్:
ఒక సోలిడ్-స్టేట్ DC బ్రేకర్ ఫాల్ట్ కరెంట్‌ని అవరోధించడానికి పవర్ సెమికండక్టర్లను ఉపయోగిస్తుంది. ఒక సోలిడ్-స్టేట్ DC బ్రేకర్ యొక్క సాధారణ టాపోలజీ చిత్రం 1 లో చూపబడింది. నాలుగు డైఓడ్లు మరియు ఒక IGCT ప్రధాన కండక్షన్ మార్గాన్ని సూచిస్తుంది, అంతర్భుతంగా ఫాల్ట్ జరిగినప్పుడు లైన్ ఇండక్టెన్స్‌ని రిడైన్ చేయడానికి సర్జ్ ఆర్రెస్టర్‌ను ఉపయోగిస్తారు. DC బ్రేకర్ తెరచబడినప్పుడు, IGCT అఫ్‌ని చేయబడుతుంది. ఇండక్టివ్ల్య్ రకంలో నిల్వ చేయబడిన శక్తి కారణంగా, సెమికండక్టర్ల మీద వోల్టేజ్ త్వరగా పెరిగిపోతుంది మరియు సర్జ్ ఆర్రెస్టర్ కరెంట్ ని ప్రవహించించుతుంది. లైన్ ఇండక్టెన్స్‌ని రిడైన్ చేయడానికి, సర్జ్ ఆర్రెస్టర్ యొక్క ప్రతిరక్షణ వోల్టేజ్ నామ్మాన్ గ్రిడ్ వోల్టేజ్ కంటే ఎక్కువ ఉండాలి. అదేవిధంగా, పవర్ సెమికండక్టర్లు సర్జ్ ఆర్రెస్టర్ యొక్క ప్రతిరక్షణ వోల్టేజ్‌ను సహాయం చేయగలిగినంత ప్రకారం వోల్టేజ్‌ను సహాయం చేయగలిగినంత ప్రకారం ఉండాలి. సోలిడ్-స్టేట్ DC బ్రేకర్ యొక్క ప్రధాన ప్రయోజనం దాని త్వరగా అవరోధించడం మరియు మూడింటి లేద్దంటే చలియుతున్న భాగాలు లేనిది. కారణం పవర్ సెమికండక్టర్లు ప్రధాన కండక్షన్ మార్గంలో ఉంటాయి, అందువల్ల ఆన్-స్టేట్ నష్టాలు జరుగుతాయి.

చిత్రం 1: సోలిడ్-స్టేట్ సర్క్యూట్ బ్రేకర్ యొక్క సాధారణ డిజైన్

సోలిడ్-స్టేట్ సర్క్యూట్ బ్రేకర్లు నామ్మాన్ లోడ్ మరియు కరెంట్ అవరోధించడానికి సోలిడ్-స్టేట్ స్విచ్‌ని మాత్రమే అవలంబిస్తాయి. ఎలక్ట్రిక్ ఆర్క్ దూరంలో ఉంటే, సర్క్యూట్ ఇండక్టెన్స్‌లో నిల్వ చేయబడిన శక్తిని విసర్జించడానికి మరొక మెకానిజం అవసరం ఉంటుంది. ఇది సాధారణంగా పారాలల్-కనెక్ట్‌ని చేస్తున్న మెటల్-ఐక్సైడ్ వేరిస్టార్ (MOV) ద్వారా సాధ్యం చేయబడుతుంది. MOV యొక్క వోల్టేజ్/కరెంట్ వైశిష్ట్యం అనేకరాంటంగా ఉంటుంది.
ఇది దాని మీద వోల్టేజ్ ఒక నిర్దిష్ట విలువను చేరుకోవడానికి దాని రెసిస్టెన్స్ ఉచ్చంగా ఉంటుంది (చేసిన విధంగా ఓపెన్ సర్క్యూట్ పని చేస్తుంది), అప్పుడే దాని రెసిస్టెన్స్ తగ్గిపోతుంది మరియు డైవైస్ ద్వారా కరెంట్ ప్రవహించించుతుంది. MOV కరెంట్ ప్రవహిస్తున్నప్పుడు, దాని మీద వోల్టేజ్‌ను ఒక స్థిర విలువను చేరుకోవడంతో పని చేస్తుంది.
ఈ రకమైన డైవైస్ అనేక అధిక వోల్టేజ్ వ్యవస్థలలో సర్జ్ ఆర్రెస్టర్ మరియు వోల్టేజ్-సురక్షిత ఘటనల కోసం సర్క్యూట్ ప్రతిరక్షణ డైవైస్ గా ఉపయోగించబడుతుంది.
ఇది కరెంట్ అవరోధించడం ద్వారా, రెండు ద్వి-దిశాత్మక సోలిడ్-స్టేట్ సర్క్యూట్ బ్రేకర్ టాపోలజీలను చిత్రం 2 లో చూపబడింది. బ్రేకర్ తెరచబడినప్పుడు, రెండు సెమికండక్టర్ డైవైస్లు ఆన్ చేయబడతాయి, అందువల్ల రెండు దిశలలో కరెంట్ ప్రవహించుతుంది. కరెంట్ అవరోధించడం ద్వారా, రెండు డైవైస్లు ఆఫ్‌ని చేయబడతాయి, అందువల్ల డైవైస్ల మీద వోల్టేజ్ పెరిగిపోతుంది మరియు MOV కరెంట్ ప్రవహిస్తుంది మరియు డైవైస్ల మీద వోల్టేజ్‌ను కొనసాగించుతుంది. ప్రవహిస్తున్న MOV సర్క్యూట్ ఇండక్టెన్స్‌లో నిల్వ చేయబడిన శక్తిని విసర్జించడానికి పని చేస్తుంది.
చిత్రం 2 (a) లో IGCTs చూపబడ్డాయి, GTOs కూడా అదే సర్క్యూట్ టాపోలజీ పై ఆధారపడిన పురాతన డిజైన్లలో ఉపయోగించబడ్డాయి.

 
చిత్రం 2   a) IGCT ఆధారిత సాధారణ ద్వి-దిశాత్మక సోలిడ్-స్టేట్ సర్క్యూట్ బ్రేకర్, (b) IGBT ఆధారిత సాధారణ ద్వి-దిశాత్మక సోలిడ్-స్టేట్ సర్క్యూట్ బ్రేకర్

చిత్రం 3 లో మధ్య వోల్టేజ్ వ్యవస్థలను ఈ భావనను అనుసరించే అనేక వైపరీత్య డిజైన్లను చూపబడింది. ఈ వ్యవస్థలలో, మొత్తం వోల్టేజ్ తోడ్పడం యొక్క సామర్థ్యాన్ని పెంచడానికి అనేక డైవైస్లను శ్రేణీక్రమంలో కనెక్ట్ చేయబడతాయి. ప్రధాన బ్రేకింగ్ స్విచ్‌లతో శ్రేణీక్రమంలో డైఓడ్లను కనెక్ట్ చేయడం వ్యవస్థ యొక్క రివర్స్ బ్లాక్ వోల్టేజ్‌ను మెరుగుపరచడానికి ఉపయోగించబడుతుంది, ఎందుకంటే ప్రస్తుతం IGCT మరియు GTO వంటి డైవైస్లు రివర్స్ బ్లాకింగ్ సామర్థ్యంలో ఎదురయ్యే పరిమితులు ఉంటాయి. చిత్రం 3 (c) లో చూపబడిన సర్క్యూట్ GTO-ఆధారిత వ్యవస్థల కోసం డైవైస్ల ఆఫ్ చేయడానికి సహాయపడుతుంది, మరియు ఇది ఇతర సోలిడ్-స్టేట్ సర్క్యూట్ బ్రేకర్లకు అనువర్తించబడగల రెండు దిశాత్మక లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. మొదట, ఇది ఫాల్ట్ కరెంట్ ని పరిమితం చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. సాధారణ పనికాలంలో, ఈ రెసిస్టర్ మెయిన్ సెమికండక్టర్ స్విచ్‌ల ద్వారా షార్ట్ చేయబడుతుంది మరియు అది బ్రేకర్ యొక్క ఆన్-స్టేట్ నష్టాలను కలిగి ఉంటుంది. రెండవది, ఫిజికల్ అలాక్టివేషన్ కోసం శ్రేణీక్రమంలో మెకానికల్ స్విచ్ కనెక్ట్ చేయబడుతుంది.
ఈ విభాగంలో చూపబడిన డిజైన్లు ప్రధానంగా AC పవర్ వ్యవస్థల కోసం డిజైన్ చేయబడ్డాయి, కానీ ఇవి DC అనువర్తనాలకు తులాయ మార్పులతో ఉపయోగించవచ్చు.

 
చిత్రం 3: a) IGCT ఆధారిత మధ్య వోల్టేజ్ ద్వి-దిశాత్మక సోలిడ్-స్టేట్ సర్క్యూట్ బ్రేకర్, (b) IGCT ఆధారిత మధ్య వోల్టేజ్ ద్వి-దిశాత్మక సోలిడ్-స్టేట్ సర్క్యూట్ బ్రేకర్, (c) GTO ఆధారిత ద్వి-దిశాత్మక సోలిడ్-స్టేట్ సర్క్యూట్ బ్రేకర్

ఒక సోలిడ్-స్టేట్ సర్క్యూట్ బ్రేకర్ యొక్క సులభ్యం యొక్క సాధారణ బ్లాక్ డయాగ్రామ్ చిత్రం 4 లో చూపబడింది. సోలిడ్-స్టేట్ కరెంట్ ఇంటర్రప్టర్ DC బస్ వోల్టేజ్‌ను సురక్షితంగా నిర్వహించడానికి సోలిడ్-స్టేట్ డైవైస్ల శ్రేణీక్రమం యొక్క సమాహారం ఉంటుంది. స్వీచ్‌ల కోసం గేట్ డ్రైవ్ సిగ్నల్‌ను నియంత్రించడానికి త్వరగా సమన్వయం చేయబడిన ఇన్వర్స్-టైమ్ నియంత్రకం ఉంటుంది. ఇన్వర్స్-టైమ్ నియంత్రకం మనువారి ఇన్పుట్, నెట్వర్క్లోని ఇతర బ్రేకర్ల నుండి, లేదా స్థానిక ఫాల్ట్ కరెంట్‌ని గుర్తించడానికి త్వరగా సెన్సర్ల నుండి ఆదేశాలను పొందుతుంది. ఇన్వర్స్-టైమ్ నియంత్రకం ఓవర్కరెంట్ స్థితులకు ఇన్వర్స్ ట్రిప్ టైమ్ నియంత్రణను, మరియు ఓవర్కరెంట్ పరిమితి చేరుకున్నప్పుడు త్వరగా ఇన్స్టాంటీనియస్ ట్రిప్ అందిస్తుంది. ఈ పని పరామితులను ప్రతి బ్రేకర్ యొక్క స్థానం ఆధారంగా మార్చవచ్చు, ఫాల్ట్ స్థితులకు క్రమంగా, స్వాభావికంగా స్పందన చేయడానికి.

 
చిత్రం 4: సాధారణ MVDC సోలిడ్-స్టేట్ సర్క్యూట్ బ్రేకర్ యొక్క సాధారణ వ్యవస్థ డయాగ్రామ్

సోలిడ్-స్టేట్ ఇంటర్