10kV ਬਾਹਰੀ ਵੈਕੂਮ ਸਰਕਿਟ ਬਰੇਕਰਾਂ ਦੀ ਪ੍ਰਤੀਸ਼ਖਣ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ

مقدمہ

ویکیو میں انٹرپیٹر کسی ویکیو سرکٹ بریکر کا سب سے اہم حصہ ہوتا ہے۔ اس کی کئی فوائد ہیں، جیسے کہ بڑی توڑنے کی صلاحیت، آسانی سے استعمال کیلئے قابلیت، بہترین آرک ختم کرنے کی صلاحیت، آلودگی کی عدم موجودگی، اور چھوٹا سائز۔ ویکیو سرکٹ بریکرز کی ترقی کے ساتھ ساتھ، اوپن ایر کے ویکیو انٹرپیٹرز کی داخلی اور باہری عایقیت کی مزید تحقیقات کی ضرورت زیادہ ہو گئی ہے۔

انٹرپیٹر کے اندر کے برقی میدان کی تقسیم ویکیو سرکٹ بریکر کی عایقیت پر کافی اثر ڈالتی ہے۔ نامساوی برقی میدان کی تقسیم کونٹیکٹ کے درمیان کے رخ کو توڑ سکتی ہے، جس کے نتیجے میں سرکٹ بریکر کی کھولنے کی ناکامی ہو سکتی ہے۔ ویکیو انٹرپیٹر کے اندر گریڈنگ شیلڈ کا تعین کرنے سے انٹرپیٹر کے اندر کے برقی میدان کی تقسیم کو مساوی بنایا جا سکتا ہے، جس سے ویکیو انٹرپیٹر کی ساخت کو مزید منطقی اور چھوٹا بنایا جا سکتا ہے۔

لیکن شیلڈ کے اضافے سے انٹرپیٹر کے اندر کے برقی میدان کی تقسیم میں تبدیلی ہو جاتی ہے۔ انٹرپیٹر کی عایقیت کی درست تصدیق کرنے اور شیلڈ کے برقی میدان کی تقسیم پر اثر کا تجزیہ کرنے کے لئے، اوپن ایر کے ویکیو سرکٹ بریکر کے برقی میدان کی عددی تحلیل کرنا محصول کی درستگی کی توثیق کا ایک کلیدی مرحلہ ہے۔

اس لیے، یہ مقالہ گھریلو سوئچ پروڈکشن اداروں کے ذریعے خود کار بنائے گئے نئے طرح کے 10kV اوپن ایر کے ہائی وولٹ AC ویکیو سرکٹ بریکر کی عایقیت کی ساخت کا تجزیہ اور ڈیزائن کرتا ہے۔

جب ویکیو سرکٹ بریکر کے الیکٹرواستیک میدان کا تجزیہ کیا جا رہا ہوتا ہے، تو ماڈل کے کناروں پر وولٹیج لاگو کیا جاتا ہے، اور ماڈل کی ساخت کے مطابق چھالوں کے عنصر کا استعمال کیا جاتا ہے۔ گرڈ کی مش ڈھانچے کو ذہانت سے مش ڈھانچے کی کوشش کی گئی ہے۔ چونکہ ویکیو سرکٹ بریکر کی ایک محوری متقارن ساخت ہوتی ہے، ویکیو انٹرپیٹر کو تین جہتی متناسق نظام کے X-محور کے ساتھ سکشن کیا جاتا ہے۔ ذہانت سے مش ڈھانچے کا استعمال کرنے کا فائدہ یہ ہے کہ جہاں گراف کی خم کا تبدیل ہونا زیادہ ہوتا ہے، وہاں گرڈ کی تقسیم بہت گھنی ہوتی ہے، جبکہ دوسرے میں کہ جہاں ساخت کی معمولی ہوتی ہے، وہاں گرڈ کی کثافت نسبتاً کم ہوتی ہے۔

سرکٹ بریکر کے کونٹیکٹ کے دو کام کرنے والے مقامات، یعنی توڑنے اور بند کرنے کے مقامات، اور توڑنے کے دوران کونٹیکٹ کے مختلف کھلا ہونے کے فاصلے کے مبنی پر، ویکیو انٹرپیٹر پر برقی میدان کا تجزیہ کیا جاتا ہے۔ برقی میدان کی تقسیم کی خصوصیات اور میدان کی قوت کے تجمع کے نقاط کا تعین کیا جاتا ہے۔ میدان کی قوت کے تجمع کے نقاط یہ مقالہ کے تجزیہ کے کلیدی علاقے ہیں۔ مختلف مختلف حالات کے تحت حاصل کردہ برقی میدان کے نتائج کا موازنہ کیا جاتا ہے۔

تصویر 1 ویکیو انٹرپیٹر کی داخلی بڑھی ہوئی ساخت کا نقشہ

تصویر 1 - مستقل کنارا کا کوور پلیٹ؛ 2 - میں شیلڈنگ کا کوور؛ 3 - کونٹیکٹ؛ 4 - بلوز؛ 5 - مووبل کنارا کا کوور پلیٹ؛ 6 - مستقل کنڈکٹر راڈ؛ 7 - عایق کا ہاؤسنگ؛ 8 - مووبل کنڈکٹر راڈ

حساب کتاب کے نتائج اور تجزیہ

یہ مقالہ نرمال رعدی رفتار تحمل کرنے کے وولٹیج کے تحت تنہائی کے توڑنے کے نقطوں کے درمیان کی عایقیت کی صلاحیت کا جائزہ لیتا ہے۔ سرکٹ بریکر کے مستقل کونٹیکٹ پر 125 kV کا اعلی وولٹیج لاگو کیا جاتا ہے، اور مووبل کونٹیکٹ پر صفر کا پوٹینشل لاگو کیا جاتا ہے۔ جب کونٹیکٹ کے کھلا ہونے کے فاصلے 50٪، 80٪، اور 100٪ ہوتے ہیں تو پورے سرکٹ بریکر کے پوٹینشل کی تقسیم حاصل کی جاتی ہے۔ پوٹینشل کی اکائی V ہے، اور برقی میدان کی قوت کی اکائی V/m ہے۔

ویکیو انٹرپیٹر میں شیلڈنگ کے کوور کی موجودگی کی وجہ سے، برقی میدان کی جھکاؤ کو روکا جاتا ہے، جس کے نتیجے میں کونٹیکٹ کے قریب کے علاقے میں بہت مساوی اور متقارن وولٹیج کی تقسیم ہوتی ہے۔ شیلڈنگ کے کوور پر فلائینگ پوٹینشل تقریباً 60 kV ہوتا ہے۔

• 50٪ کونٹیکٹ کے کھلا ہونے کے فاصلے پر ویکیو انٹرپیٹر کا پوٹینشل تقسیم

• 80٪ کونٹیکٹ کے کھلا ہونے کے فاصلے پر ویکیو انٹرپیٹر کا پوٹینشل تقسیم

•  100٪ کونٹیکٹ کے کھلا ہونے کے فاصلے پر ویکیو انٹرپیٹر کا پوٹینشل تقسیم

تصویر 2 میں، تصاویر (a) - (c) بالترتیب اوپر کے تین مختلف کونٹیکٹ کے کھلا ہونے کے فاصلوں کے تحت ویکیو انٹرپیٹر میں برقی میدان کی قوت کی تقسیم کے خطوط ہیں۔

50٪ کونٹیکٹ کے کھلا ہونے کے فاصلے پر ویکیو سرکٹ بریکر کے لئے، شیلڈنگ کے کوور کے آخر میں زیادہ سے زیادہ برقی میدان کی قوت ظاہر ہوتی ہے، جس کی قدر 25.4 kV/mm ہوتی ہے۔ اس وقت، کونٹیکٹ کے درمیان کی برقی میدان کی قوت پچھلے دو کھلا ہونے کے فاصلوں کے مقابلے میں محسوس طور پر زیادہ ہوتی ہے۔ گریڈنگ شیلڈنگ کا کوور کونٹیکٹ کے قریب کے وولٹیج کو گریڈیئنٹ تقسیم کرتا ہے، اور برقی میدان کی قوت مساوی طور پر تقسیم ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں کونٹیکٹ کے درمیان کی برقی میدان کی قوت نسبتاً زیادہ ہوتی ہے۔

جب ویکیو سرکٹ بریکر کے کونٹیکٹ کے کھلا ہونے کے فاصلے 80٪ اور 100٪ ہوتے ہیں تو زیادہ سے زیادہ برقی میدان کی قوت 21.2 kV/mm اور 18.1 kV/mm ہوتی ہے۔ کونٹیکٹ کے قریب کے وولٹیج کو گریڈیئنٹ تقسیم کرتا ہے، اور برقی میدان کی قوت مساوی طور پر تقسیم ہوتی ہے۔

• 50٪ کونٹیکٹ کے کھلا ہونے کے فاصلے پر ویکیو انٹرپیٹر کا برقی میدان کا خطوط نقشہ

• 80٪ کونٹیکٹ کے کھلا ہونے کے فاصلے پر ویکیو انٹرپیٹر کا برقی میدان کا خطوط نقشہ

• 100٪ کونٹیکٹ کے کھلا ہونے کے فاصلے پر ویکیو انٹرپیٹر کا برقی میدان کا خطوط نقشہ

تصاویر سے دیکھا جا سکتا ہے کہ جب بیرونی عایق میڈیم دائمی اور مساوی ہوتا ہے، تو ویکیو انٹرپیٹر میں نسبتاً زیادہ برقی میدان کی تقسیم کے علاقے بنیادی طور پر مووبل اور مستقل کونٹیکٹ کے انتہائی سطحوں پر اور شیلڈنگ کے کوور کے اوپری اور نیچے کے انتہائی کے پر متمرکز ہوتے ہیں۔ ان عایقیت کے کمزور علاقوں پر عایقیت کی توڑنے کی خطرت ہوتی ہے۔ اس لیے، محصول کے حقیقی ڈیزائن میں، میدان کی قوت کے تجمع کے نقاط پر برقی میدان کی تقسیم کو مزید بہتر بنانے کے لئے، مثال کے طور پر مووبل اور مستقل کونٹیکٹ کے انتہائی سطحوں کی خم کو بڑھانے اور شیلڈنگ کے کوور کے دونوں انتہائی کے دھاریوں کو بھیڑنے کی طرح کی مزید بہتری کی ڈیزائن کی طریقوں کا استعمال کیا جا سکتا ہے۔

ویکیو انٹرپیٹر کے بیرونی سطح پر برقی میدان کی قوت نسبتاً کم ہوتی ہے۔ تصویر سے دیکھا جا سکتا ہے کہ ویکیو انٹرپیٹر کے سیرامک ہاؤسنگ کے دونوں انتہائی کے قریب کے علاقوں میں اور انٹرپیٹر کے کنارا کے کوور پلیٹ کے قریب کے علاقوں میں برقی میدان کی قوت کی قدر دیگر سطح کے مقامات کے مقابلے میں زیادہ ہوتی ہے۔

جب ویکیو سرکٹ بریکر کے کونٹیکٹ بند ہوتے ہیں، تو مرکزی کنڈکٹر پر 125 kV کا اعلی وولٹیج لاگو کیا جاتا ہے، اور لامتناہی دور کے کنارے پر پوٹینشل کو صفر کر دیا جاتا ہے۔ لوڈ کے بعد، حساب کتاب کے نتیجے میں سرکٹ بریکر کے اندر اور بیرون دونوں میں برقی میدان کی قوت بہت کم ہوتی ہے، جس کی زیادہ سے زیادہ قدر 0.8 kV/mm ہوتی ہے۔ برقی میدان کی قوت مساوی طور پر تقسیم ہوتی ہے، اور کونٹیکٹ کے قریب کے وولٹیج کو کونٹیکٹ کے مرکز پر مبنی گریڈیئنٹ تقسیم کا رجحان ہوتا ہے۔

• (a) 50٪ کونٹیکٹ کے کھلا ہونے کے فاصلے پر ویکیو انٹرپیٹر کا برقی میدان کا خطوط نقشہ

• (b) 80٪ کونٹیکٹ کے کھلا ہونے کے فاصلے پر ویکیو انٹرپیٹر کا برقی میدان کا خطوط نقشہ

• (c) 100٪ کونٹیکٹ کے کھلا ہونے کے فاصلے پر ویکیو انٹرپیٹر کا برقی میدان کا خطوط نقشہ

نتیجہ

10kV اوپن ایر کے ہائی وولٹ AC ویکیو سرکٹ بریکر کے برقی میدان پر تجزیہ اور تحقیق کے ذریعے، مختلف حدود کے تحت سرکٹ بریکر کے برقی میدان کی قوت اور پوٹینشل کی تبدیلیاں حاصل کی گئی ہیں۔ اوپر کے نتائج سے واضح ہے کہ ANSYS کا استعمال کرتے ہوئے آبجیکٹ کے پروٹوٹائپ کو درست طور پر محاکیہ کرنے اور برقی میدان اور پوٹینشل کے عددی حساب کتاب کے لئے محدود عنصر کا طریقہ استعمال کرتے ہوئے، ویکیو انٹرپیٹر کے اندر برقی میدان اور پوٹینشل کی تبدیلیوں کا درست حساب کتاب کیا جا سکتا ہے۔