SF6 कसरी आर्क नष्ट गर्छ?

SF6 (सल्फर हेक्साफ्लुअराइड) आर्क निरोधन कैसे काम करता है

1. SF6 के भौतिक और रासायनिक गुण

• उच्च अवरोधक शक्ति: SF6 अणुओं में मजबूत नकारात्मक विद्युत्रासायनता होती है, जो उन्हें स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनों को तेजी से पकड़ने में सक्षम बनाती है, नकारात्मक आयनों का निर्माण करती है। ये नकारात्मक आयन धीमी गति से चलते हैं और आयनन के कारण होने वाले प्रभाव को कम करते हैं, जिससे SF6 गैस की उच्च अवरोधक शक्ति प्राप्त होती है। इससे SF6 वायु या रिक्त स्थान की तुलना में अवरोधन के लिए बहुत अधिक उपयुक्त होता है।

• उच्च ऊष्मीय क्षमता: SF6 का अणुभार (लगभग 146) बहुत बड़ा होता है और यह उच्च ऊष्मीय क्षमता और ऊष्मा संचार गुण दर्शाता है। जब आर्क उत्पन्न होता है, तो SF6 गैस एक बड़ी मात्रा में ऊष्मा को अवशोषित कर सकती है, जिससे आर्क तेजी से ठंडा हो जाता है और उसका तापमान कम हो जाता है।

• रासायनिक स्थिरता: SF6 सामान्य तापमान पर बहुत स्थिर होता है लेकिन उच्च तापमान (जैसे, आर्किंग के दौरान) पर यह निम्न फ्लुअराइन यौगिकों (जैसे, SF4, S2F10, आदि) में विघटित हो जाता है। जब आर्क निरोधित हो जाता है, तो ये विघटन उत्पाद फिर से SF6 में वापस मिल जाते हैं, जिससे गैस की अवरोधक गुणधर्म पुनः स्थापित हो जाते हैं।

2. SF6 आर्क निरोधन के मूल सिद्धांत

आर्क का उत्पादन और निरोधन: जब सर्किट ब्रेकर खुलता है, तो संपर्क अलग हो जाते हैं, और विद्युत धारा संपर्कों के बीच के छोटे अंतराल से बहती है, जिससे आर्क बनता है। आर्क की उपस्थिति स्थानीय उच्च तापमान उत्पन्न करती है, जिससे संपर्क सामग्री वाष्पीकृत हो जाती है और बहुत सारे स्वतंत्र इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं, जो आर्क को जारी रखते हैं।

SF6 गैस की भूमिका:

• आर्क का तेजी से ठंडा करना: SF6 गैस में उच्च ऊष्मीय क्षमता होती है और यह आर्क द्वारा उत्पन्न ऊष्मा को तेजी से अवशोषित कर सकती है, जिससे आर्क का तापमान तेजी से गिर जाता है। जैसे-जैसे तापमान घटता है, आर्क में आवेशित कणों (इलेक्ट्रॉन और आयन) की गतिज ऊर्जा कम हो जाती है, जिससे आर्क की ऊर्जा कम हो जाती है।

• आयनन का दबाव: SF6 अणु आर्क से स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनों को तेजी से पकड़ सकते हैं, नकारात्मक आयन बनाते हैं। ये नकारात्मक आयन धीमी गति से चलते हैं और आयनन की प्रक्रिया को जारी रखने की संभावना कम होती है, जिससे आर्क का निरोध हो जाता है।

• अवरोधक शक्ति का पुनर्स्थापन: जब आर्क निरोधित हो जाता है, तो SF6 गैस तेजी से अपनी अवरोधक गुणधर्मों को पुनः स्थापित कर लेती है। वायु की तुलना में इसकी उच्च अवरोधक शक्ति के कारण, संपर्कों के बीच का अवरोधन तेजी से बढ़ जाता है, जिससे आर्क का पुनः जलना रोक दिया जाता है।

3. SF6 आर्क निरोधन की विस्तृत प्रक्रिया

• आर्क के उत्पादन का प्रारंभिक चरण: जब सर्किट ब्रेकर के संपर्क अलग होना शुरू होता है, तो विद्युत धारा संपर्कों के बीच के छोटे अंतराल से बहती है, जिससे आर्क बनता है। आर्क का तापमान कई हजार डिग्री सेल्सियस तक तेजी से बढ़ जाता है, जिससे संपर्क सामग्री वाष्पीकृत हो जाती है और बहुत सारे स्वतंत्र इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं।

• SF6 गैस का ठंडा करने का प्रभाव: जब आर्क बनता है, तो SF6 गैस तेजी से आर्क द्वारा उत्पन्न ऊष्मा को अवशोषित करती है, जिससे आर्क का तापमान गिर जाता है। साथ ही, SF6 अणु आर्क से स्वतंत्र इलेक्ट्रॉनों को पकड़ते हैं, नकारात्मक आयन बनाते हैं, जो आयनन प्रक्रिया को दबाते हैं।

• आर्क का निरोधन: जैसे-जैसे आर्क का तापमान घटता है, आर्क में आवेशित कणों की ऊर्जा धीरे-धीरे कम हो जाती है, जिससे आर्क पूरी तरह से निरोधित हो जाता है। इस समय, SF6 गैस तेजी से अपनी अवरोधक गुणधर्मों को पुनः स्थापित कर लेती है, संपर्कों के बीच का अवरोधन बढ़ जाता है और आर्क का पुनः जलना रोक दिया जाता है।

• आर्क के बाद का पुनर्स्थापन: जब आर्क निरोधित हो जाता है, तो SF6 के विघटन उत्पाद (जैसे, SF4, S2F10, आदि) तेजी से फिर से SF6 में मिल जाते हैं, जिससे गैस की मूल रासायनिक संरचना और अवरोधक गुणधर्म पुनः स्थापित हो जाते हैं। यह प्रक्रिया बहुत तेजी से होती है, आमतौर पर कुछ मिलीसेकंड में।

4. SF6 आर्क निरोधन के लाभ

• तेजी से आर्क निरोधन: SF6 गैस आर्क को लगभग तुरंत निरोधित कर सकती है, आमतौर पर धारा के शून्य पारित बिंदु के निकट। यह आर्क की अवधि को कम करता है, संपर्कों को क्षति से बचाता है।

• अवरोधक गुणधर्मों का तेजी से पुनर्स्थापन: आर्क निरोधित होने के बाद, SF6 गैस तेजी से अपनी अवरोधक शक्ति को पुनः स्थापित कर लेती है, आर्क के पुनः जलने से रोकती है और धारा को विश्वसनीय रूप से रोकती है।

• उच्च वोल्टेज और उच्च धारा के लिए उपयुक्त: SF6 की उच्च अवरोधक शक्ति और उत्कृष्ट आर्क निरोधन प्रदर्शन इसे उच्च वोल्टेज और उच्च धारा अनुप्रयोगों, जैसे अत्यधिक उच्च वोल्टेज (UHV) प्रसारण प्रणालियों, के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाते हैं।

• आग का खतरा नहीं: SF6 गैस अग्निशील नहीं है, जिससे तेल-भरे सर्किट ब्रेकरों में होने वाले आग के खतरे को रोक दिया जाता है, इसलिए इसका विद्युत प्रणालियों में उपयोग सुरक्षित होता है।

5. SF6 आर्क निरोधन के अनुप्रयोग

• उच्च वोल्टेज सर्किट ब्रेकर: SF6 गैस 110kV और उससे ऊपर कार्य करने वाली प्रणालियों, जिनमें UHV और अत्यधिक उच्च वोल्टेज (EHV) प्रसारण प्रणालियाँ शामिल हैं, में उच्च वोल्टेज सर्किट ब्रेकरों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। SF6 सर्किट ब्रेकर उत्कृष्ट टोड़ने की क्षमता, संक्षिप्त डिजाइन और लंबी सेवा जीवन की पेशकश करते हैं, जो अक्सर कार्यों और उच्च धारा टोड़ने के लिए आदर्श हैं।

• लोड स्विच और आइसोलेटर: सर्किट ब्रेकरों के अलावा, SF6 गैस लोड स्विच और आइसोलेटरों में भी उपयोग की जाती है, जो विश्वसनीय अवरोधन और आर्क निरोधन क्षमता प्रदान करती है।

• GIS (गैस-अवरोधित स्विचगियर): GIS प्रणालियों में, SF6 गैस बंद स्विचगियर में अवरोधक माध्यम के रूप में कार्य करती है, जो उच्च-घनत्व वाले विद्युत संयोजन और विश्वसनीय अवरोधन प्रदान करती है।

सारांश

SF6 गैस अपनी उच्च अवरोधक गुणधर्मों, उच्च ऊष्मीय क्षमता और अवरोधक शक्ति के तेजी से पुनर्स्थापन का उपयोग करके आर्क को निरोधित करती है। यह कुशल आर्क निरोधन तंत्र SF6 सर्किट ब्रेकर को उच्च वोल्टेज विद्युत प्रणालियों में आवश्यक घटक बनाता है, सुरक्षित और विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित करता है। SF6 विद्युत प्रसारण और वितरण प्रणालियों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जहाँ इसकी आर्क को तेजी से निरोधित करने और आर्क के पुनः जलने से रोकने की क्षमता प्रणाली की स्थिरता और सुरक्षा को बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है।