10kV کے آؤٹ ڈور ویکیوئم سرکٹ بریکرز کی عایقیت کارکردگی کا تجزیہ

مقدمہ

ویکیوم انٹرپیٹر ویکیوم سرکٹ بریکر کا سب سے اہم حصہ ہے۔ اس کی کئی فوائد ہیں، جیسے بڑی کٹ آف کیپیسٹی، متعدد آپریشنز کی صلاحیت، بہترین آرک ختم کرنے کی صلاحیت، پولیوشن کی عدم موجودگی اور چھوٹا سائز۔ جب ویکیوم سرکٹ بریکرز زیادہ وولٹیج کی سطح کی طرف ترقی کر رہے ہیں تو باہر کے ویکیوم انٹرپیٹرز کی اندر کی اور باہر کی انسلیشن کارکردگی پر مزید ضروری ہوتا جا رہا ہے۔

انٹرپیٹر کے اندر الیکٹرک فیلڈ کی تقسیم ویکیوم سرکٹ بریکر کی انسلیشن کارکردگی پر کافی اثر ڈالتی ہے۔ نامساوی الیکٹرک فیلڈ کی تقسیم کنٹیکٹ گیپ کی بروقت کٹ آف کی وجہ بنتی ہے، جس کے نتیجے میں سرکٹ بریکر کی کٹ آف میں ناکامی ہو سکتی ہے۔ ویکیوم انٹرپیٹر کے اندر گریڈنگ شیلڈ کو نصب کرنا انٹرپیٹر کے اندر الیکٹرک فیلڈ کی تقسیم کو یکساں بناتا ہے، جس سے ویکیوم انٹرپیٹر کی ساخت کو مزید معقول اور چھوٹا بنایا جا سکتا ہے۔

تاہم، شیلڈ کو شامل کرنے سے انٹرپیٹر کے اندر الیکٹرک فیلڈ کی تقسیم میں تبدیلی ہوتی ہے۔ انٹرپیٹر کی انسلیشن کارکردگی کی درست تصدیق کے لیے اور شیلڈ کے الیکٹرک فیلڈ کی تقسیم پر اثر کے تجزیہ کے لیے، باہر کے ویکیوم سرکٹ بریکر کے الیکٹرک فیلڈ کا عددی تجزیہ کرنے کا کلیدی مرحلہ ہے۔

اس لیے، یہ مقالہ دیہی سوئچ پروڈکشن انشائیں کے ذریعے خود کار سے تیار کیے گئے نئے قسم کے 10kV باہر کے ہائی-ولٹیج AC ویکیوم سرکٹ بریکر کی انسلیشن ساخت کا تجزیہ اور ڈیزائن کرتا ہے۔

جب ویکیوم سرکٹ بریکر کے الیکٹروسٹیٹک فیلڈ کا تجزیہ کیا جاتا ہے تو مودل کے سرحدوں پر ولٹیج لاگو کیا جاتا ہے اور مودل کی ساخت کے مطابق ٹیٹراہیڈرل مش میں عناصر استعمال کیے جاتے ہیں۔ گرڈ کی مش کو انٹیلیجنس مش کے ذریعے کیا جاتا ہے۔ چونکہ ویکیوم سرکٹ بریکر کی محوری متقارن ساخت ہوتی ہے، ویکیوم انٹرپیٹر کو تین جہتی کوآرڈینیٹ سسٹم کے X-axies کے طول پر سکشن کیا جاتا ہے۔ انٹیلیجنس مش کا فائدہ یہ ہے کہ جہاں گراف کی منحنی کی تبدیلی زیادہ ہوتی ہے، وہاں گرڈ کی تقسیم بہت گھنی ہوتی ہے، جبکہ کہ معمولی ساخت کے علاقوں میں گرڈ کی گھنائی نسبتاً کم ہوتی ہے۔

سرکٹ بریکر کے کنٹیکٹ کے دو کام کرنے والے مقامات، یعنی کٹ آف اور کلوس کے مقامات، اور کٹ آف کے دوران کنٹیکٹ کے مختلف کھلتے ہوئے فاصلے کے مبنی پر، ویکیوم انٹرپیٹر پر الیکٹرک فیلڈ کا تجزیہ کیا جاتا ہے۔ الیکٹرک فیلڈ کی تقسیم کی خصوصیات اور فیلڈ کی طاقت کے مرکزی نقاط تعین کیے جاتے ہیں۔ فیلڈ کی طاقت کے مرکزی نقاط اس مقالہ کے تجزیہ کے کلیدی علاقوں ہیں۔ مختلف مختلف حالتوں کے تحت حاصل کیے گئے الیکٹرک فیلڈ کے نتائج کا موازنہ کیا جاتا ہے۔

تصویر 1 ویکیوم انٹرپیٹر کی اندر کی بڑھائی گئی ساخت کا نقشہ

تصویر 1 - سٹیشنری اینڈ کور پلیٹ؛ 2 - مین شیلڈنگ کور؛ 3 - کنٹیکٹ؛ 4 - بلوز؛ 5 - مووبل اینڈ کور پلیٹ؛ 6 - سٹیشنری کنڈکٹو راڈ؛ 7 - انسلیٹنگ ہاؤسنگ؛ 8 - مووبل کنڈکٹو راڈ

حساب کتاب کے نتائج اور تجزیہ

یہ مقالہ مقررہ رعدی ضربہ تحمل ولٹیج کے تحت کٹ آف پوائنٹس کے درمیان انسلیشن کارکردگی کا جائزہ لیتا ہے۔ سرکٹ بریکر کے سٹیشنری کنٹیکٹ پر 125 kV کا اعلیٰ ولٹیج لاگو کیا جاتا ہے، اور مووبل کنٹیکٹ پر صفر کا پوٹینشل لاگو کیا جاتا ہے۔ کنٹیکٹ کے کھلتے ہوئے فاصلے 50٪، 80٪، اور 100٪ کے وقت پورے سرکٹ بریکر کا پوٹینشل تقسیم حاصل کیا جاتا ہے۔ پوٹینشل کی اکائی V ہے، اور الیکٹرک فیلڈ کی طاقت کی اکائی V/m ہے۔

ویکیوم انٹرپیٹر میں شیلڈنگ کور کی موجودگی کی وجہ سے الیکٹرک فیلڈ کی ڈسٹورشن کو روکا جاتا ہے، جس کے نتیجے میں کنٹیکٹ کے قریب کے علاقے میں بہت یکساں اور متوازن ولٹیج کی تقسیم ہوتی ہے۔ شیلڈنگ کور پر فلائٹنگ پوٹینشل تقریباً 60 kV ہے۔

• 50% کنٹیکٹ کھلتے ہوئے فاصلے پر ویکیوم انٹرپیٹر کا پوٹینشل تقسیم

• 80% کنٹیکٹ کھلتے ہوئے فاصلے پر ویکیوم انٹرپیٹر کا پوٹینشل تقسیم

•  100% کنٹیکٹ کھلتے ہوئے فاصلے پر ویکیوم انٹرپیٹر کا پوٹینشل تقسیم

تصویر 2 میں، (a) - (c) کے شکل اعلیٰ ذکر شدہ تین مختلف کنٹیکٹ کھلتے ہوئے فاصلوں کے تحت ویکیوم انٹرپیٹر میں الیکٹرک فیلڈ کی طاقت کی تقسیم کے میپ ہیں۔

50% کنٹیکٹ کھلتے ہوئے فاصلے پر ویکیوم سرکٹ بریکر کے لیے، شیلڈنگ کور کے اختتام پر زیادہ سے زیادہ الیکٹرک فیلڈ کی طاقت ظاہر ہوتی ہے، جس کی قدر 25.4 kV/mm ہے۔ اس وقت، کنٹیکٹ کے درمیان الیکٹرک فیلڈ کی طاقت پچھلے دو کھلتے ہوئے فاصلوں کے مقابلے میں محسوس طور پر زیادہ ہوتی ہے۔ گریڈنگ شیلڈنگ کور کنٹیکٹ کے قریب ولٹیج کو گریڈیئنٹ تقسیم کرتا ہے، اور الیکٹرک فیلڈ کی طاقت یکساں تقسیم ہوتی ہے، جس کی نسبتاً زیادہ طاقت کنٹیکٹ کے درمیان ہوتی ہے۔

جب ویکیوم سرکٹ بریکر کے کنٹیکٹ کے کھلتے ہوئے فاصلے 80% اور 100% ہوتے ہیں تو زیادہ سے زیادہ الیکٹرک فیلڈ کی طاقت 21.2 kV/mm اور 18.1 kV/mm ہوتی ہے۔ کنٹیکٹ کے قریب ولٹیج کو گریڈیئنٹ تقسیم کرتا ہے، اور الیکٹرک فیلڈ کی طاقت یکساں تقسیم ہوتی ہے۔

• 50% کنٹیکٹ کھلتے ہوئے فاصلے پر ویکیوم انٹرپیٹر کا الیکٹرک فیلڈ کا میپ

• 80% کنٹیکٹ کھلتے ہوئے فاصلے پر ویکیوم انٹرپیٹر کا الیکٹرک فیلڈ کا میپ

• 100% کنٹیکٹ کھلتے ہوئے فاصلے پر ویکیوم انٹرپیٹر کا الیکٹرک فیلڈ کا میپ

شکلوں سے واضح ہے کہ جب باہر کے انسلیشن میڈیم مستقل اور یکساں ہوتا ہے، ویکیوم انٹرپیٹر میں نسبتاً زیادہ الیکٹرک فیلڈ کی تقسیم کی طاقت کے علاقے اکثر مووبل اور سٹیشنری کنٹیکٹ کے انج کے سطحوں اور شیلڈنگ کور کے اوپری اور نیچے کے اختتام پر متمرکز ہوتے ہیں۔ ان انسلیشن کے کمزور علاقوں میں انسلیشن کی بروقت کٹ آف کی خطرہ ہوتی ہے۔ اس لیے، فعلی مصنوعات کے ڈیزائن میں، مووبل اور سٹیشنری کنٹیکٹ کے انج کے سطحوں کی منحنی کو بڑھانے اور شیلڈنگ کور کے دونوں اختتام کے شارپ کرنے کی طرح کی میتھڈ کے ذریعے میکسیمم فیلڈ کی طاقت کے نقطوں پر الیکٹرک فیلڈ کی تقسیم کو بہتر بنایا جا سکتا ہے۔

ویکیوم انٹرپیٹر کے بیرونی سطح پر الیکٹرک فیلڈ کی طاقت نسبتاً کم ہوتی ہے۔ شکل سے واضح ہے کہ ویکیوم انٹرپیٹر کے سرامک ہاؤسنگ کے دونوں اختتام کے قریب اور انٹرپیٹر کے اینڈ کور پلیٹ کے قریب کے علاقوں میں، الیکٹرک فیلڈ کی طاقت کی قدر دیگر سطحوں کے مقابلے میں زیادہ ہوتی ہے۔

جب ویکیوم سرکٹ بریکر کے کنٹیکٹ بند ہوتے ہیں تو 125 kV کا اعلیٰ ولٹیج مرکزی کنڈکٹر پر لاگو کیا جاتا ہے، اور لامتناہی دور کی سرحد کو صفر کا پوٹینشل مقرر کیا جاتا ہے۔ لوڈ کے بعد کی حساب کتاب سے ظاہر ہوتا ہے کہ سرکٹ بریکر کے اندر اور باہر الیکٹرک فیلڈ کی طاقت بہت کم ہوتی ہے، جس کی زیادہ سے زیادہ قدر 0.8 kV/mm ہوتی ہے۔ الیکٹرک فیلڈ کی طاقت یکساں تقسیم ہوتی ہے، اور کنٹیکٹ کے قریب ولٹیج کو گریڈیئنٹ تقسیم کا رجحان ہوتا ہے۔

• (a) 50% کنٹیکٹ کھلتے ہوئے فاصلے پر ویکیوم انٹرپیٹر کا الیکٹرک فیلڈ کا میپ

• (b) 80% کنٹیکٹ کھلتے ہوئے فاصلے پر ویکیوم انٹرپیٹر کا الیکٹرک فیلڈ کا میپ

• (c) 100% کنٹیکٹ کھلتے ہوئے فاصلے پر ویکیوم انٹرپیٹر کا الیکٹرک فیلڈ کا میپ

نتیجہ

10kV باہر کے ہائی-ولٹیج AC ویکیوم سرکٹ بریکر کے الیکٹرک فیلڈ کے تجزیہ اور تحقیق کے ذریعے، مختلف سرحدی شرائط کے تحت سرکٹ بریکر کے الیکٹرک فیلڈ کی طاقت اور پوٹینشل کی تبدیلیاں حاصل کی گئی ہیں۔ اوپر کے نتائج سے واضح ہے کہ ANSYS کو استعمال کرتے ہوئے آبجیکٹ کے پروٹوٹائپ کو درست طور پر محاکیہ کرنا اور الیکٹرک فیلڈ اور پوٹینشل کے عددی حساب کتاب کے لیے محدود عنصر کی میتھڈ کو لاگو کرنا، ویکیوم انٹرپیٹر کے اندر الیکٹرک فیلڈ اور پوٹینشل کی تبدیلیوں کے درست حساب کتاب کو ممکن بناتا ہے۔