बाहरी स्तंभ-लगाई वैक्यूम सर्किट ब्रेकर के प्रदर्शन विशेषताएँ और संरचनात्मक डिजाइन

2009 से 2010 तक, स्टेट ग्रिड इंटेलिजेंट ग्रिड योजना के पायलट चरण में था, जिसमें मजबूत इंटेलिजेंट ग्रिड विकास योजना को विकसित करने, महत्वपूर्ण तकनीकों के अनुसंधान और विकास, उपकरण निर्माण, और विभिन्न क्षेत्रों में पायलट परियोजनाओं को लागू करने पर ध्यान केंद्रित किया गया। 2011 से 2015 की अवधि में इंटेलिजेंट ग्रिड के पूर्ण-मापांक निर्माण चरण का शुभारंभ हुआ, जिसमें इंटेलिजेंट ग्रिड के ऑपरेशनल कंट्रोल और इंटरैक्टिव सेवा प्रणाली का प्रारंभिक रूप बनाया गया, और महत्वपूर्ण तकनीकों और उपकरणों में बड़ी उपलब्धियाँ हुई, जिनका व्यापक रूप से उपयोग किया गया। 

2016 से 2020 तक, यह नेतृत्व और अपग्रेडेशन के चरण में प्रवेश कर गया, जिसमें एकीकृत और मजबूत इंटेलिजेंट ग्रिड पूरी तरह से स्थापित हो गया, और तकनीकें और उपकरण अंतरराष्ट्रीय उन्नत स्तर पर पहुंच गए। तब तक, ग्रिड की संसाधन आवंटन को बेहतर बनाने की क्षमता में बहुत बड़ी सुधार हुई। राष्ट्रीय इंटेलिजेंट ग्रिड के विकास लक्ष्यों का प्रतिक्रिया देने के लिए, प्रमुख विद्युत ग्रिड पर स्थापित बाहरी खंभे पर वैक्यूम सर्किट ब्रेकर को उच्च संवेदनशीलता वाले माइक्रोकंप्यूटर-आधारित बुद्धिमत्ता सुरक्षा की प्राप्ति की आवश्यकता है, जिसका अर्थ है कि न्यूनतम प्राथमिक संचालन धारा मान कम हो। 

इसलिए, तीनों चरणों में से प्रत्येक को डिफरेंशियल सुरक्षा के लिए अलग-अलग धारा ट्रांसफार्मर से सुसज्जित किया जाने के अलावा, बाहरी खंभे पर वैक्यूम सर्किट ब्रेकर को माइक्रोकंप्यूटर सुरक्षा के लिए अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर से भी सुसज्जित किया जाना चाहिए, जिससे माइक्रोकंप्यूटर के लिए सटीक लीकेज सुरक्षा प्रदान की जा सके। पारंपरिक अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर बड़े आकार के, भारी और कम सटीक होते हैं। 

सीमित स्थापना स्थान और लंबी द्वितीयक लीड सर्किट के कारणों से प्रभावित, वे बाहरी खंभे पर वैक्यूम सर्किट ब्रेकर के लिए माइक्रोकंप्यूटर सुरक्षा के अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करने में असमर्थ होते हैं। वर्तमान में, राष्ट्रीय इंटेलिजेंट ग्रिड की आवश्यकताओं को पूरा करने वाले सभी बाहरी सर्किट ब्रेकर विदेशी निवेश की कंपनियों द्वारा निर्मित होते हैं, जिससे लागत बढ़ जाती है। राष्ट्रीय इंटेलिजेंट ग्रिड के विकास आवश्यकताओं को अनुकूलित करने के लिए, राष्ट्रीय इंटेलिजेंट ग्रिड की आवश्यकताओं को पूरा करने वाले बाहरी सर्किट ब्रेकर का विकास किया जाना आवश्यक है। 

वर्तमान में, हमें निपटने की प्राथमिक तकनीकी चुनौती यह है कि ऐसे अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर का विकास किया जाए, जो इन सर्किट ब्रेकरों के साथ उपयोग किए जा सकें, छोटे स्थानों में स्थापना, उच्च-संवेदनशील लीकेज माइक्रोकंप्यूटर सुरक्षा, और सटीक संचालन की आवश्यकताओं को पूरा कर सकें, और सबसे पहले माइक्रोकंप्यूटर सुरक्षा के लिए अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर की निर्माण स्थानीयकरण प्राप्त करें।

माइक्रोकंप्यूटर सुरक्षा के लिए अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर के अनुप्रयोग और प्रदर्शन आवश्यकताएँ

अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर (शून्य-क्रम धारा ट्रांसफार्मर) एक विशेष धारा ट्रांसफार्मर है जो अवशिष्ट धारा (शून्य-क्रम धारा) को ट्रांसफार्म करने के लिए डिजाइन किया गया है। यह न्यूट्रल-अनुप्लावित प्रणालियों में एकल-क्रम ग्राउंडिंग सुरक्षा के लिए उपयोग किया जाता है। तीन फेज कंडक्टर एक साथ ट्रांसफार्मर के कोर विंडो से गुजरते हैं, जो ट्रांसफार्मर के प्राथमिक वाइंडिंग का काम करते हैं।

 जब प्रणाली सामान्य रूप से काम करती है, तो तीन फेज धाराओं का फेजर संयोजन शून्य होता है, और अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर के द्वितीयक पक्ष से कोई आउटपुट नहीं होता। जब किसी विशिष्ट लाइन में एकल-क्रम ग्राउंडिंग फ़ॉल्ट होता है, तो अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर की प्राथमिक धारा रिले या माइक्रोकंप्यूटर सुरक्षा की न्यूनतम संचालन धारा तक पहुंच जाती है, जिससे सुरक्षा उपकरण को संचालित किया जाता है। 

नहीं तो, यह निष्क्रिय रहता है। पारंपरिक अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर में, द्वितीयक पक्ष सीधे एक रिले से जुड़ा होता है। क्योंकि ट्रांसफार्मर के प्राथमिक वाइंडिंग में टर्नों की संख्या आमतौर पर 1 होती है, द्वितीयक वाइंडिंग में टर्नों की संख्या बहुत कम होती है। पारंपरिक अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर की प्राथमिक न्यूनतम संचालन धारा अधिकांशतः 2.4A और 10A के बीच होती है, और पारंपरिक अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर की प्राथमिक धारा आमतौर पर 15A से 300A की सीमा में चुनी जाती है। सटीकता की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, ट्रांसफार्मर के कोर का क्रॉस-सेक्शन क्षेत्र बड़ा डिजाइन किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप बड़ा आकार, भारी वजन, कम सटीकता, और छोटा द्वितीयक लोड होता है।

 जब फ़ॉल्ट धारा 2.4A से कम होती है, तो पारंपरिक ट्रांसफार्मर द्वारा निकाली गई धारा रिले को सक्रिय करने के लिए पर्याप्त नहीं होती, जिससे "डेड जोन" बनता है। इसलिए, ट्रांसफार्मर को एक विशाल ऑपरेशनल धारा की श्रेणी में माइक्रोकंप्यूटर के लिए सटीक सुरक्षा प्रदान करने के लिए डिजाइन किया जाना चाहिए, जिसमें कोई "डेड जोन" न हो, ऐसे विशेष अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर का विकास किया जाना आवश्यक है जो माइक्रोकंप्यूटर सुरक्षा के साथ उपयोग किया जा सके।

सर्किट ब्रेकर के स्थापना स्थान की सीमा से प्रभावित, माइक्रोकंप्यूटर सुरक्षा के साथ उपयोग किए जाने वाले विशेष अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर को छोटे आकार और हल्के वजन का होना चाहिए, और इसके द्वितीयक आउटपुट की उच्च सटीकता और बड़ा द्वितीयक लोड की आवश्यकता होती है। आमतौर पर, ट्रांसफार्मर की प्राथमिक संचालन धारा 0.2A से 10A के बीच होनी चाहिए। अगर ट्रांसफार्मर बड़े द्वितीयक लोड आउटपुट की स्थिति में अच्छी रेखीयता और संवेदनशीलता की गारंटी दे सकता है, तो यह माइक्रोकंप्यूटर सुरक्षा की आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है और "डेड जोन" की घटना को रोक सकता है।

माइक्रोकंप्यूटर सुरक्षा के लिए अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर का संरचनात्मक डिजाइन

ट्रांसफार्मर के निर्धारित लोड पैरामीटर्स का चयन

बाहरी खंभे पर वैक्यूम सर्किट ब्रेकर आमतौर पर बाहर स्थापित होते हैं और सहायक ऑटोमेशन उपकरणों से दूर होते हैं। हालांकि, माइक्रोकंप्यूटर सुरक्षा के लिए आवश्यक लोड बहुत कम होता है। अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर के डिजाइन के दौरान, निर्धारित लोड मुख्य रूप से ट्रांसफार्मर के द्वितीयक लीड सर्किट के लोड को ध्यान में रखता है। क्योंकि माइक्रोकंप्यूटर सुरक्षा उपकरण आमतौर पर बाहर स्थापित खंभे पर सर्किट ब्रेकर से दूर होता है, ट्रांसफार्मर का निर्धारित लोड आमतौर पर बड़ा चुना जाता है, जिसका अधिकतम लगभग 200Ω (यह लोड उपयोगकर्ता की वास्तविक स्थिति के अनुसार निर्धारित किया जा सकता है) होता है।

प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग के टर्नों, कोर के आकार, और सामग्री का चयन

माइक्रोकंप्यूटर सुरक्षा के लिए अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर अत्यंत उच्च संवेदनशीलता की आवश्यकता होती है और यह तत्काल और सटीक रूप से प्रतिक्रिया करना चाहिए। संवेदनशीलता ट्रांसफार्मर के द्वितीयक वाइंडिंग की लीकेज धारा पर प्रतिक्रिया करने की क्षमता को वर्णित करती है, जिसे इस प्रकार वर्णित किया जा सकता है: निश्चित लीकेज धारा के तहत, अलग-अलग ट्रांसफार्मरों का उत्प्रेरित विद्युत बल जितना अधिक, उनकी संवेदनशीलता उतनी अधिक होती है। 

संवेदनशीलता ट्रांसफार्मर के प्राथमिक और द्वितीयक वाइंडिंग के टर्नों से संबंधित है। द्वितीयक वाइंडिंग में जितने अधिक टर्न, उतनी अधिक संवेदनशीलता। अवशिष्ट धारा ट्रांसफार्मर तीन-फेज प्राथमिक कंडक्टरों पर सीधे स्थापित होता है, और प्राथमिक तार संरक्षित लाइन होता है, जिसके प्राथमिक टर्नों की संख्या 1 होती है। प्राथमिक टर्नों की संख्या बढ़ाना व्यावहारिक नहीं है।

द्वितीयक वाइंडिंग का उत्प्रेरित विद्युत बल, U2=4.44f⋅N2⋅μ⋅I1⋅S, जहाँ:

• I1 प्राथमिक धारा का निर्धारित मान है।

• S कोर का क्रॉस-सेक्शन क्षेत्र है।

• muis चुंबकीय पारगम्यता है।

• f आवृत्ति है।

• N2 द्वितीयक वाइंडिंग के टर्नों की संख्या है।

सूत्र से स्पष्ट है, ट्रांसफार्मर के स्थापना स्थान की सीमाओं के कारण, ट्रांसफार्मर का बाहरी आकार बहुत बड़ा नहीं हो सकता। इसलिए, ट्रांसफार्मर के कोर का क्रॉस-सेक्शन क्षेत्र बहुत छोटा होता है। ट्रांसफार्मर की संवेदनशीलता बढ़ाने के लिए, या तो द्वितीयक वाइंडिंग के टर्नों की संख्या बढ़ानी चाहिए या ट्रांसफार्मर के कोर की चुंबकीय पारगम्यता में सुधार करना चाहिए।

बाहरी सर्किट ब्रेकरों की प्राथमिक धारा आमतौर पर 630A से कम होती है। ट्रांसफार्मर के कोर के क्रॉस-सेक्शन क्षेत्र की छोटी संख्या के कारण, उच्च संवेदनशीलता को सुनिश्चित करने के लिए, प्रयोगों से, द्वितीयक वाइंडिंग के टर्नों की संख्या आमतौर पर 1500 से 2000 टर्न के बीच शुरू की जाती है। विशिष्ट टर्नों की संख्या माइक्रोकंप्यूटर द्वारा आवश्यक ट्रांसफार्मर के द्वितीयक लोड और द्वितीयक आउटपुट वोल्टेज के आधार पर निर्धारित की जा सकती है।

जब कोर का क्रॉस-सेक्शन क्षेत्र, टर्नों की संख्या, और द्वितीयक लोड निर्धारित हो जाते हैं, तो ट्रांसफार्मर के द्वितीयक उत्प्रेरित विद्युत बल (यानी संवेदनशीलता) को प्रभावित करने वाला पैरामीटर केवल कोर की चुंबकीय पारगम्यता से संबंधित होता है। इसलिए, ट्रांसफार्मर में उपयोग की जाने वाली कोर सामग्री का चयन बहुत महत्वपूर्ण है। बाद में उल्लिखित ट्रांसफार्मर की रेखीयता और अवशिष्ट विशेषताएँ भी कोर सामग्री से निकटता से संबंधित होती हैं।