एचवीडीसी सर्किट ब्रेकर
HVDC सर्किट ब्रेकर: कार्यक्षमता, चुनौतियाँ और समाधान
एक HVDC (हाई-वोल्टेज डायरेक्ट करंट) सर्किट ब्रेकर एक विशेषीकृत स्विचिंग उपकरण है जो इलेक्ट्रिकल सर्किट में असामान्य डायरेक्ट करंट के प्रवाह को रोकने के लिए डिज़ाइन किया गया है। जब सिस्टम में दोष होता है, तो सर्किट ब्रेकर के मैकेनिकल कंटैक्ट्स अलग हो जाते हैं, जिससे सर्किट प्रभावी रूप से खुल जाता है। हालांकि, एक HVDC सिस्टम में सर्किट को टूटने की तुलना में इसका AC (ऑल्टरनेटिंग करंट) प्रतिभागी एक चुनौतिपूर्ण कार्य है। यह मुख्य रूप से इसलिए है क्योंकि HVDC सर्किट में करंट एक एकल दिशा में प्रवाहित होता है और इसमें प्राकृतिक रूप से शून्य करंट मान नहीं होते, जो AC सर्किट ब्रेकर में आर्क विनाश के लिए आवश्यक होते हैं।
HVDC सर्किट ब्रेकर का प्राथमिक कार्य पावर नेटवर्क में उच्च-वोल्टेज डायरेक्ट करंट प्रवाह को रोकना है। विपरीत, AC सर्किट ब्रेकर आसानी से आर्क को रोक सकते हैं जब करंट अपने प्राकृतिक शून्य बिंदु पर पहुंचता है AC वेवफॉर्म में। इस शून्य-करंट क्षण पर, जो रोकने की आवश्यकता है ऊर्जा भी शून्य होती है, जिससे कंटैक्ट गैप अपनी डाइएलेक्ट्रिक शक्ति को फिर से प्राप्त कर सकता है और प्राकृतिक ट्रांजिएंट रिकवरी वोल्टेज को सहन कर सकता है।
HVDC सर्किट ब्रेकर में, परिस्थिति बहुत जटिल है। क्योंकि DC वेवफॉर्म में प्राकृतिक शून्य करंट की कमी होती है, इसलिए बलपूर्वक आर्क विनाश अत्यंत उच्च ट्रांजिएंट रिकवरी वोल्टेज के उत्पादन का कारण बन सकता है। ठीक आर्क विनाश के बिना, रेस्ट्राइक का खतरा होता है, जो अंततः ब्रेकर कंटैक्ट्स के नाश का कारण बन सकता है। HVDC सर्किट ब्रेकर को डिज़ाइन करते समय इंजीनियरों को तीन मुख्य चुनौतियों का सामना करना पड़ता है:
कृत्रिम शून्य करंट का निर्माण: आर्क विनाश के लिए यह आवश्यक है क्योंकि DC में प्राकृतिक शून्य करंट की कमी से आर्क को रोकना कठिन हो जाता है।
रेस्ट्राइक आर्क की रोकथाम: जब आर्क विघटित हो जाता है, तो इसे फिर से जलाने से रोकने के लिए उपाय लिए जाने चाहिए, जो ब्रेकर को नुकसान पहुंचा सकता है और सिस्टम को विघटित कर सकता है।
संचित ऊर्जा का विसर्जन: सिस्टम के घटकों में संचित ऊर्जा को सुरक्षित रूप से विसर्जित किया जाना चाहिए ताकि संभावित खतरों से बचा जा सके।
प्राकृतिक शून्य करंट की कमी को दूर करने के लिए, HVDC सर्किट ब्रेकर आर्क विनाश के लिए कृत्रिम शून्य करंट निर्माण के सिद्धांत का उपयोग करते हैं। एक सामान्य दृष्टिकोण एक समानांतर L-C (इंडक्टर-कैपेसिटर) सर्किट शामिल करने का है। जब यह सर्किट सक्रिय होता है, तो यह आर्क करंट को दोलन करता है। ये दोलन तीव्र होते हैं और बहुत सारे कृत्रिम शून्य करंट उत्पन्न करते हैं। सर्किट ब्रेकर फिर इन कृत्रिम शून्य-करंट बिंदुओं में से एक पर आर्क को विघटित करता है। इस विधि के प्रभावी होने के लिए, दोलन की शिखर करंट को टटोलने वाले डायरेक्ट करंट से अधिक होना चाहिए।
एक अधिक विस्तृत लागू करने के तरीके में, एक श्रृंखला रिझोनेंट सर्किट जिसमें एक इंडक्टर (L) और एक कैपेसिटर (C) शामिल है, एक पारंपरिक DC सर्किट ब्रेकर के मुख्य कंटैक्ट (M) के पार एक अतिरिक्त कंटैक्ट (S1) के माध्यम से जोड़ा जाता है। इसके अलावा, एक रेसिस्टर (R) कंटैक्ट (S2) के माध्यम से जोड़ा जाता है। सामान्य संचालन की स्थिति में, मुख्य कंटैक्ट (M) और चार्जिंग कंटैक्ट (S2) बंद रहते हैं। कैपेसिटर (C) उच्च-रेसिस्टेंस (R) के माध्यम से लाइन वोल्टेज तक चार्ज होता है। इसके बीच, कंटैक्ट (S1) खुला रहता है, जिसके पार लाइन वोल्टेज होता है। यह सेटअप एक दोष परिस्थिति में DC करंट को रोकने के लिए आवश्यक स्थितियों के निर्माण का आधार बनाता है, कृत्रिम शून्य करंट उत्पन्न करके और संबंधित इलेक्ट्रिकल प्रक्रियाओं को प्रबंधित करके।
जब मुख्य सर्किट करंट Id को रोकने की बात आती है, तो संचालन मैकेनिज्म एक क्रियाओं की श्रृंखला शुरू करता है। पहले, यह कंटैक्ट S2 को खोलता है और एक साथ कंटैक्ट S1 को बंद करता है। यह व्यवस्था कैपेसिटर C को इंडक्टेंस L, मुख्य कंटैक्ट M, और अतिरिक्ट कंटैक्ट S1 के माध्यम से डिस्चार्ज करने को प्रेरित करती है। इसके परिणामस्वरूप, नीचे दिखाए गए आंकड़े के रूप में एक दोलनीय करंट स्थापित होता है। यह दोलनीय करंट कृत्रिम शून्य करंट उत्पन्न करता है, जो सर्किट ब्रेकर के ठीक संचालन के लिए आवश्यक है। सर्किट ब्रेकर का मुख्य कंटैक्ट M फिर इन कृत्रिम शून्य-करंट बिंदुओं में से एक पर खुलता है। जब मुख्य कंटैक्ट M ने सफलतापूर्वक करंट को रोक दिया, तो कंटैक्ट S1 खुलता है, और कंटैक्ट S2 बंद होता है, सिस्टम को भावी संचालन के लिए रीसेट करता है और HVDC सर्किट-ब्रेकिंग प्रक्रिया की पूर्णता को सुनिश्चित करता है।
मुख्य डायरेक्ट करंट को रोकने का एक वैकल्पिक तरीका
उच्च-वोल्टेज डायरेक्ट करंट (HVDC) सिस्टम में मुख्य डायरेक्ट करंट को रोकने का एक वैकल्पिक तरीका करंट को एक कैपेसिटर में विक्षेपित करना है, जो सर्किट ब्रेकर को रोकने के लिए आवश्यक करंट की तीव्रता को प्रभावी रूप से कम करता है। यह तरीका नीचे दिखाए गए आंकड़े में दर्शाया गया है, और यह एक कैपेसिटर C से शुरू होता है, जो प्रारंभ में अनचार्ज्ड होता है।
जब सर्किट ब्रेकर के मुख्य कंटैक्ट M खुलना शुरू होता है, तो एक महत्वपूर्ण घटना होती है: मुख्य सर्किट करंट, जो पहले मुख्य कंटैक्ट M के माध्यम से प्रवाहित हो रहा था, विक्षेपित होता है और कैपेसिटर C में प्रवाहित होना शुरू होता है। इस विक्षेपण के परिणामस्वरूप, मुख्य कंटैक्ट M को रोकने के दौरान संभालने की आवश्यकता वाली करंट लोड में विशेष रूप से कमी आती है। यह करंट तीव्रता में कमी सर्किट ब्रेकर पर दबाव को कम करती है, रोकने की प्रक्रिया को अधिक प्रबंधनीय बनाती है और नुकसान या विफलता की संभावना को कम करती है।
कैपेसिटर C के विक्षेपण की भूमिका के अलावा, एक गैर-रेखीय रेसिस्टर R भी इस सिस्टम का एक महत्वपूर्ण घटक है। गैर-रेखीय रेसिस्टर R की भूमिका करंट प्रवाह से संबंधित ऊर्जा को अवशोषित करना है, बिना मुख्य कंटैक्ट M पर वोल्टेज को बहुत बढ़ाए। ऊर्जा को प्रभावी रूप से विसर्जित करके, गैर-रेखीय रेसिस्टर सर्किट ब्रेकर और समग्र इलेक्ट्रिकल सिस्टम की पूर्णता को बनाए रखता है, सुनिश्चित करता है कि वोल्टेज स्तर दर्ज करने की प्रक्रिया के दौरान स्वीकार्य सीमाओं के भीतर रहते हैं। कैपेसिटर C और गैर-रेखीय रेसिस्टर R का यह समन्वित संचालन HVDC सिस्टम में मुख्य डायरेक्ट करंट को रोकने के लिए एक प्रभावी और विश्वसनीय तरीका प्रदान करता है।
M पर रिकवरी वोल्टेज की वृद्धि की दर इस प्रकार व्यक्त की जाती है
डायरेक्ट करंट सर्किट ब्रेकर में, जो दोलनीय करंटों पर निर्भर करते हैं करंट प्रवाह को रोकने के लिए, रेस्ट्राइक को रोकने की चुनौती विशेष रूप से विशाल होती है। यह इसलिए है क्योंकि करंट को रोकने या "चोप" करने की अत्यंत छोटी अवधि होती है। जब करंट ऐसी छोटी समय अवधि में तेजी से रोका जाता है, तो यह ब्रेकर टर्मिनल्स पर एक तेज और अचानक विकसित होने वाले रेस्ट्राइक वोल्टेज की एक तीव्र और तेज वृद्धि उत्पन्न करता है। यह उच्च-मात्रा वाला, तेजी से बढ़ता वोल्टेज सर्किट ब्रेकर की पूर्णता के लिए एक महत्वपूर्ण खतरा है। विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित करने के लिए, सर्किट ब्रेकर को इस तीव्र रेस्ट्राइक वोल्टेज को सहन करने के लिए पर्याप्त डाइएलेक्ट्रिक शक्ति और वोल्टेज-सहन क्षमता के साथ इंजीनियरिंग किया जाना चाहिए, जिससे रेस्ट्राइक, इलेक्ट्रिकल आर्किंग और सिस्टम विफलता को रोका जा सके।
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