1. परिभाषा और कार्य
1.1 जनरेटर सर्किट ब्रेकर की भूमिका
जनरेटर सर्किट ब्रेकर (GCB) जनरेटर और स्टेप-अप ट्रांसफार्मर के बीच स्थित एक नियंत्रित डिसकनेक्ट पॉइंट होता है, जो जनरेटर और विद्युत ग्रिड के बीच एक इंटरफेस के रूप में कार्य करता है। इसके प्रमुख कार्यों में जनरेटर-पक्ष की दोषों का अलगाव और जनरेटर के सिंक्रोनाइज़ेशन और ग्रिड कनेक्शन के दौरान संचालन नियंत्रण शामिल है। GCB की संचालन विधि एक मानक सर्किट ब्रेकर से बहुत अधिक भिन्न नहीं होती है; हालांकि, जनरेटर दोष धारा में उच्च DC घटक के कारण, GCBs को दोषों को तेजी से अलग करने के लिए अत्यंत तेजी से संचालित होना आवश्यक होता है।
1.2 GCB के साथ और बिना GCB के सिस्टम की तुलना
आकृति 1 जनरेटर दोष धारा को रोकने की स्थिति को दर्शाती है जिसमें जनरेटर सर्किट ब्रेकर नहीं है।
आकृति 2 एक सिस्टम में जनरेटर दोष धारा को रोकने की स्थिति को दर्शाती है जिसमें जनरेटर सर्किट ब्रेकर (GCB) लगाया गया है।
उपरोक्त तुलना में दिखाए गए अनुसार, जनरेटर सर्किट ब्रेकर (GCB) लगाने के लाभ निम्नलिखित हैं:
जनरेटिंग इकाई के सामान्य स्टार्टअप और शटडाउन के दौरान, सहायक विद्युत आपूर्ति स्विचिंग की आवश्यकता नहीं होती—केवल जनरेटर सर्किट ब्रेकर का संचालन किया जाता है, जिससे स्टेशन सेवा विद्युत की विश्वसनीयता में बहुत बढ़ोतरी होती है।
जब जनरेटर (GCB के जनरेटर पक्ष पर) के अंदर दोष होता है, तो केवल जनरेटर सर्किट ब्रेकर को ट्रिप करने की आवश्यकता होती है, जिससे इकाई दोष के दौरान संचालन की जटिलता में बहुत कमी होती है।
यह मुख्य ट्रांसफार्मर और उच्च-वोल्टेज स्टेशन सेवा ट्रांसफार्मर के लिए बेहतर सुरक्षा प्रदान करता है। जब इन ट्रांसफार्मरों में अंदरूनी दोष होता है, तो जनरेटर फील्ड (एक्साइटेशन) धारा के डिके (घटना) काल में दोष धारा प्रदान करता रहता है—भले ही मुख्य ट्रांसफार्मर के उच्च-वोल्टेज पक्ष का सर्किट ब्रेकर सुरक्षा रिलेंग से खोल दिया गया हो। GCB लगाने से, जनरेटर को तेजी से अलग किया जा सकता है, जिससे मुख्य ट्रांसफार्मर को नुकसान का न्यूनतम होता है—यह बड़ी जनरेटिंग इकाइयों के लिए एक महत्वपूर्ण लाभ है।
एक अतिरिक्त महत्वपूर्ण लाभ यह है कि उच्च-वोल्टेज सर्किट ब्रेकर के गैर-समकालिक (पोल-डिसएग्रीमेंट) संचालन से जनरेटर को नुकसान का न्यूनतम होता है। जनरेटर-ट्रांसफार्मर इकाइयों में, उच्च-वोल्टेज सर्किट ब्रेकर उच्च रेटेड वोल्टेज पर संचालित होता है, और ओपन-टाइप स्विचगियर में, बड़ा फेज-से-फेज दूरी यांत्रिक तीन-पोल इंटरलॉकिंग को रोकती है। इस परिणामस्वरूप, नॉर्मल स्विचिंग के दौरान भी गैर-समकालिक संचालन हो सकता है। ऐसी स्थितियाँ जनरेटर स्टेटर में नकारात्मक-अनुक्रम धाराओं को प्रेरित करती हैं, और रोटर की नकारात्मक-अनुक्रम चुंबकीय क्षेत्रों के लिए बहुत सीमित सहनशीलता होती है—जो गंभीर रोटर नुकसान का कारण बन सकती है। आधुनिक GCBs, हालांकि, तीन-फेज यांत्रिक इंटरलॉकिंग के साथ डिजाइन और निर्मित होते हैं, जो गैर-समकालिक संचालन को प्रभावी रूप से रोकते हैं।
GCB के जनरेटर पक्ष पर होने वाले दोषों के लिए, केवल जनरेटर सर्किट ब्रेकर को ट्रिप करने की आवश्यकता होती है—मुख्य ट्रांसफार्मर के उच्च-वोल्टेज पक्ष का सर्किट ब्रेकर खोलने की आवश्यकता नहीं होती—जिससे समग्र ग्रिड संरचना पर न्यूनतम प्रभाव होता है और सिस्टम स्थिरता का लाभ होता है।
विद्युत स्टेशन की योजना सरल और अधिक आर्थिक बन जाती है, जिससे इंस्टॉलेशन, कमीशनिंग समय और लागत कम होती है। स्टेशन सेवा ट्रांसफार्मर और इसके संबंधित मध्य-और उच्च-वोल्टेज स्विचगियर को छोड़ दिया जा सकता है। GCB के लागू करने से, औसत संयंत्र उपलब्धता 0.3%–0.6% बढ़ जाती है, और उच्च जनरेटर उपलब्धता सीधे ऊर्जा राजस्व में वृद्धि का कारण बनती है।
2. संरचना और कार्य
2.1 समग्र संरचना
सर्किट ब्रेकर सिस्टम मूल रूप से निम्नलिखित घटकों और उपकरणों से बना होता है, जो सामान्य रूप से एक साझा सपोर्ट फ्रेम पर लगाए जाते हैं। ऑर्डर विवरणों पर निर्भर करते हुए, निर्दिष्ट घटकों में से कुछ छोड़े जा सकते हैं।
HEC/HECI-प्रकार की स्विचगियर की मानक डिजाइन में शामिल है:
SF₆ सर्किट ब्रेकर
डिसकनेक्टर (इसोलेटिंग स्विच)
आर्थिंग (ग्राउंडिंग) स्विच
कैपेसिटर
धारा ट्रांसफार्मर (CTs)
वोल्टेज ट्रांसफार्मर (VTs)
सर्ज आरेस्टर, शोर्टिंग लिंक, और स्टार्ट-अप स्विच (स्टैटिक फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर, SFC) वैकल्पिक आइटम्स के रूप में उपलब्ध हैं।
1 – सर्किट ब्रेकर 2 – डिसकनेक्टर (इसोलेटिंग स्विच) 3a – आर्थिंग स्विच 3b – आर्थिंग स्विच 4 – शोर्टिंग लिंक 5 – स्टार्ट-अप स्विच (SFC) 6 – कैपेसिटर
7 – धारा ट्रांसफार्मर 8 – वोल्टेज ट्रांसफार्मर 9 – सर्ज आरेस्टर 10 – एन्क्लोजर
सर्किट ब्रेकर में आर्क-क्वेंचिंग माध्यम के रूप में SF₆ गैस से भरा जाता है। मुख्य संपर्क और आर्किंग संपर्क अलग किए जाते हैं। संपर्कों को स्प्रिंग-ऑपरेटेड मेकेनिज्म द्वारा संचालित किया जाता है। सर्किट ब्रेकर के तीन पोल मैकेनिकल रूप से इंटरलिंक्ड होते हैं।
1 – फ्लेक्सिबल कनेक्शन 2 – डिसकनेक्टर (इसोलेटिंग स्विच) 3 – आर्क एक्सटिंगुईशिंग चेम्बर 4 – इन्सुलेशन 5 – एन्क्लोजर 6 – अर्थिंग (ग्राउंडिंग) स्विच 7 – आइसोलेटेड-फेज बसबार कनेक्शन
8 – करंट ट्रांसफॉर्मर
GCB एन्क्लोजर के अंदर के आंतरिक घटक नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए हैं।
2.2 घटकों की संरचना और कार्य
1) संचालन मेकेनिज्म
HECI5-प्रकार का GCB स्विच AHMA 4 संचालन मेकेनिज्म का उपयोग करता है। इस संचालन मेकेनिज्म का शारीरिक फोटो निम्नलिखित है:
1 – कंबाइंड मोटर (ऑयल पंप मोटर) 2 – कंट्रोल वाल्व ऑक्सिलियरी संपर्क 3 – ऑक्सिलियरी संपर्क
① संचालन मॉड्यूल:
मॉड्यूल नियत दबाव अंतर संरचना का उपयोग करता है, जहाँ उच्च दबाव वाली तेल निरंतर पिस्टन रोड के ऊपरी सिरे पर कार्य करता है। ओपनिंग और क्लोजिंग की गति को संबंधित थ्रोटल स्क्रू के माध्यम से अलग-अलग ट्यून किया जा सकता है।
② ऊर्जा संचय मॉड्यूल:
हाइड्रॉलिक तेल के कारण, एक्कुमुलेटर पिस्टन डिस्क स्प्रिंग्स को संपीड़ित करता है और ऊर्जा संचय पिस्टन सिलेंडर में लंबे समय तक हाइड्रॉलिक ऊर्जा संचित करता है, जो ओपनिंग और क्लोजिंग कार्यों के लिए आवश्यक ऊर्जा रिजर्व प्रदान करता है।
③ कंट्रोल मॉड्यूल:
मुख्य कंट्रोल रूम से आने वाले इलेक्ट्रिकल कमांड सिग्नल ओपन/क्लोज सोलेनॉइड वाल्व को सक्रिय करते हैं, जो अपनी बारी में डायरेक्शनल कंट्रोल वाल्व को शिफ्ट करते हैं ताकि सर्किट ब्रेकर को ओपन या क्लोज किया जा सके।
④ एडाप्टर (लिंकेज) मॉड्यूल:
पिस्टन रोड के आंदोलन के दौरान, एक कनेक्टिंग क्रैंक आर्म ऑक्सिलियरी स्विच को घूमने के लिए चलाता है, जिससे ओपन/क्लोज स्थिति सिग्नल स्विच हो जाते हैं।
⑤ हाइड्रॉलिक पंप मॉड्यूल:
एक इलेक्ट्रिक मोटर हाइड्रॉलिक पंप को चलाता है जो तेल को एक्कुमुलेटर में इंजेक्ट करता है, इलेक्ट्रिकल ऊर्जा को हाइड्रॉलिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
⑥ मॉनिटरिंग मॉड्यूल:
डिस्क स्प्रिंग्स का संपीड़न लिमिट स्विच पर एक कैम को चलाता है, जो घूमकर माइक्रोस्विच के संपर्कों को ओपन या क्लोज करता है। यह मुख्य कंट्रोल रूम के लिए अलार्म सिग्नल और स्वचालित इंटरलॉकिंग कार्य प्रदान करता है। (जब दबाव निर्दिष्ट मान से अधिक हो जाता है, तो दबाव रिलीफ वाल्व स्वचालित रूप से खुलता है ताकि ओवरप्रेशर संरक्षण प्राप्त किया जा सके।)
2) सर्किट ब्रेकर
सर्किट ब्रेकर GCB का मुख्य घटक है। इसकी संरचना और कार्य सिद्धांत बहुत सरल है, और इसका कार्यात्मक आरेख नीचे दिखाया गया है:
S1 – स्प्रिंग लिमिट स्विच S0 – ऑक्सिलियरी स्विच SA – स्थिति इंडिकेटर Y1 – क्लोजिंग कोइल Y2, Y3 – ओपनिंग कोइल 1 और 2 M0 – ऊर्जा संचय मोटर R10 – हीटर DI – घनत्व इंडिकेटर
F6 – घनत्व मॉनिटर
3) SF₆ गैस प्रणाली
GCB में, SF₆ गैस केवल सर्किट ब्रेकर, घनत्व रिले, घनत्व गेज, और इंटरकनेक्टिंग गैस पाइपिंग में मौजूद होती है।
घनत्व मॉनिटर एक तापमान-कंपेंसेटेड दबाव मॉनिटरिंग उपकरण है, जिसका उपयोग तीन-पोल (तीन-फेज) सर्किट ब्रेकर में SF₆ गैस के घनत्व की निगरानी के लिए किया जाता है। गैस दबाव को दबाव गेज के माध्यम से सीधे देखा जा सकता है। जब दबाव निर्दिष्ट सीमा से कम हो जाता है, तो घनत्व मॉनिटर "गैस रीप्लेनिश" सिग्नल भेजता है। यदि SF₆ दबाव निरंतर घटता रहता है, तो दो स्वतंत्र माइक्रोस्विच इंटरलॉक्स सक्रिय हो जाते हैं जो किसी भी स्विचिंग ऑपरेशन को रोकते हैं—सर्किट ब्रेकर मैकेनिकल और इलेक्ट्रिकल रूप से लॉक आउट हो जाता है।
घनत्व मॉनिटर के सेट पॉइंट्स संबंधित कंट्रोल आरेखों और SF₆ गैस घनत्व विशेषता वक्रों में निर्दिष्ट किए गए हैं।
कंट्रोल केबिनेट की कंट्रोल पैनल मुख्य रूप से चार भागों से बनी है:
इंटरलॉक स्विच
ऑपरेशन काउंटर
ऑपरेशन और अलार्म इंडिकेटर
स्थानीय ऑपरेशन मोड बटन
4) नियंत्रण कैबिनेट
सर्किट ब्रेकर के ऑपरेटिंग मेकेनिज़्म की सभी कार्यक्षमताएँ नियंत्रण कैबिनेट के अंदर एकीकृत होती हैं। अंतिम कॉन्फ़िगरेशन और कार्यात्मक व्यवस्था प्रासंगिक नियंत्रण आरेखों में विस्तार से दी गई है। निम्नलिखित नियंत्रण घटक सभी नियंत्रण कैबिनेट के अंदर स्थित होते हैं:
S2 – स्थानीय/दूरी चयनकर्ता स्विच: संचालन मोड S2 स्विच के माध्यम से चुना जाता है।
दूरी स्थिति में, आदेश केवल मुख्य नियंत्रण कक्ष से ही दिए जा सकते हैं।
स्थानीय स्थिति में, आदेश केवल सर्किट ब्रेकर के नियंत्रण कैबिनेट से ही आरंभ किए जा सकते हैं।
जब स्थानीय स्थिति में हो, तो चयनकर्ता स्विच S2 की कुंजी नहीं निकाली जा सकती। यह सुझाव दिया जाता है कि कुंजी को नियंत्रण कक्ष में संग्रहित रखा जाए।
S11/S12 – सर्किट ब्रेकर के संचालन के लिए प्रकाशित पुश-बटन स्विच।
5) दबाव रिलीफ (विस्फोट सुरक्षा) प्रणाली
बर्स्टिंग डिस्क: आंतरिक आर्क दोष (लंबी अवधि के लघु-परिपथ धारा के कारण) की स्थिति में, यदि इंक्लोज़र के अंदर गैस दबाव एक्टिवेशन थ्रेशहोल्ड तक पहुंच जाता है, तो बर्स्टिंग डिस्क टूट जाता है और अतिरिक्त दबाव तुरंत रिहा कर देता है। यह तेज वेंटिंग SF₆ गैस को सुरक्षित रूप से निकालकर इंक्लोज़र की भारी विफलता से बचाता है।
