ਹਵੈਡੀ ਸਰਕਿਟ ਬ੍ਰੇਕਰ
HVDC سرکٹ بریکرز: کارکردگی، چیلنجز، اور حل
ایک HVDC (ہائی وولٹیج ڈائریکٹ کرنٹ) سرکٹ بریکر ایک مخصوص توانائی کا سوچنے والا آلات ہے جس کا مقصد برقی سرکٹ میں غیر معمولی ڈائریکٹ کرنٹ کو روکنا ہوتا ہے۔ جب سسٹم میں کوئی خرابی ہوتی ہے تو سرکٹ بریکر کے مکانیکل کنٹاکٹ الگ ہوجاتے ہیں، جس سے سرکٹ کھلا ہوجاتا ہے۔ لیکن HVDC سسٹم میں سرکٹ کو توڑنا ایسی سسٹم کے مقابلے میں مشکل کام ہوتا ہے جس میں الٹرنیٹ کرنٹ (AC) ہوتا ہے۔ یہ بنیادی طور پر اس وجہ سے ہے کہ HVDC سرکٹ میں کرنٹ صرف ایک ہی دشمن میں بہتا ہے اور خود بخود کرنٹ کی قدر صفر کی طرف نہیں جاتی جو AC سرکٹ بریکروں کے لیے آرک کو ختم کرنے کے لیے ضروری ہوتا ہے۔
HVDC سرکٹ بریکر کا اصل کام برقی نیٹ ورک میں ہائی وولٹیج ڈائریکٹ کرنٹ کو رکاوٹ ہے۔ اس کے مقابلے میں AC سرکٹ بریکروں کو آسانی سے آرک کو رکاوٹ کر سکتے ہیں جب کرنٹ AC ویو فارم کے قدرتی صفر کی طرف پہنچتا ہے۔ اس صفر کرنٹ کے لمحے پر، رکاوٹ کرنے کی ضرورت والی توانائی بھی صفر ہوتی ہے، جس سے کنٹاکٹ کا فاصلہ اپنی الیکٹریکی حالت کو دوبارہ حاصل کر سکتا ہے اور قدرتی عارضی بازیافت وولٹیج کو تحمل کر سکتا ہے۔
HVDC سرکٹ بریکروں میں صورتحال بہت زیادہ پیچیدہ ہوتی ہے۔ کیونکہ DC ویو فارم میں قدرتی کرنٹ کے صفر کی کمی ہوتی ہے، اس لیے مجبور کرنے کی آرک کو رکاوٹ کرنا بہت زیادہ عارضی بازیافت وولٹیج کی پیداوار کا باعث بنتا ہے۔ صحیح آرک کو رکاوٹ کے بغیر، ری سٹرائیک کی خطرہ ہوتی ہے، جس کی وجہ سے بریکر کے کنٹاکٹ کا نقصان ہوسکتا ہے۔ HVDC سرکٹ بریکروں کی ڈیزائن کرتے وقت، انجینئرز کو تین کلیدی چیلنجز کا مقابلہ کرنا ہوتا ہے:
کنسرٹیو کرنٹ صفر کی تخلیق: یہ آرک کو ختم کرنے کے لیے ضروری ہے کیونکہ DC میں قدرتی کرنٹ کے صفر کی کمی آرک کو رکاوٹ کرنے کو مشکل بناتی ہے۔
ری سٹرائیک آرک کی روک تھام: جب آرک کو رکاوٹ کر دیا جاتا ہے تو اس کو دوبارہ جلنے سے روکنے کے لیے اقدامات کیے جانے چاہئیں، جس سے بریکر کو نقصان ہوسکتا ہے اور سسٹم کو متاثر کر سکتا ہے۔
ذخیرہ شدہ توانائی کو ختم کرنا: سسٹم کے حصوں میں ذخیرہ شدہ توانائی کو سالم رکھنے کے لیے ختم کرنا ضروری ہے تاکہ محتمل خطرات سے بچا جاسکے۔
قدرتی کرنٹ کے صفر کی کمی کو دوبارہ بنانے کے لیے، HVDC سرکٹ بریکروں کو آرک کو ختم کرنے کے لیے کنسرٹیو کرنٹ صفر کی تخلیق کے اصول کا استعمال کرنا پڑتا ہے۔ ایک عام طریقہ یہ ہے کہ ایک متوازی L - C (ایندکٹر - کیپیسٹر) سرکٹ کو شامل کرنا۔ جب یہ سرکٹ فعال ہوتا ہے تو یہ آرک کرنٹ کو ایک ڈھلوانی کی طرح گھومنے کا باعث بنتا ہے۔ یہ ڈھلوانی کنسرٹیو کرنٹ کے کئی صفر کو پیدا کرتی ہے۔ سرکٹ بریکر پھر ان کنسرٹیو کرنٹ کے صفر میں سے کسی ایک پر آرک کو ختم کرتا ہے۔ اس طریقہ کار کے موثر ہونے کے لیے، ڈھلوانی کا کرنٹ کرنٹ کی قدر کو گذرانے کی ضرورت والی ڈائریکٹ کرنٹ سے زیادہ ہونا چاہئے۔
ایک مفصل ترین نفاذ میں، ایک سیریز کے ذریعے ریزوننٹ سرکٹ جس میں ایک ایندکٹر (L) اور ایک کیپیسٹر (C) ہوتا ہے، کو ایک معمولی DC سرکٹ بریکر کے میں کنٹاکٹ (M) کے اوپر ایک اضافی کنٹاکٹ (S1) کے ذریعے جوڑا جاتا ہے۔ اس کے علاوہ، ایک ریزسٹر (R) کو کنٹاکٹ (S2) کے ذریعے جوڑا جاتا ہے۔ معمولی عمل کے دوران، میں کنٹاکٹ (M) اور چارجنگ کنٹاکٹ (S2) بند رہتے ہیں۔ کیپیسٹر (C) کو لائن وولٹیج کے ذریعے ایک بلند ریزسٹنس (R) کے ذریعے چارجن کیا جاتا ہے۔ دراصل، کنٹاکٹ (S1) کھلا رہتا ہے، اور اس کے اوپر لائن وولٹیج رہتا ہے۔ یہ سیٹ آپ کو ایک خرابی کی صورتحال میں DC کرنٹ کو رکاوٹ کرنے کے لیے ضروری شرائط بنانے کے لیے بنیادی بنیاد فراہم کرتا ہے کنسرٹیو کرنٹ کے صفر کی تخلیق کے ذریعے اور متعلقہ برقی عمل کی نگرانی کے ذریعے۔
جب میں سرکٹ کرنٹ Id کو رکاوٹ کرنے کا موقع آتا ہے، تو آپریشنگ مکینزم ایک ایکشن کی سلسلہ کو شروع کرتا ہے۔ پہلے، یہ کنٹاکٹ S2 کو کھولتا ہے اور یقیناً کنٹاکٹ S1 کو بند کرتا ہے۔ یہ کنفیگریشن کیپیسٹر C کو ایندکٹنس L، میں کنٹاکٹ M، اور اضافی کنٹاکٹ S1 کے ذریعے چارجن کو ختم کرنے کو پرکشیت کرتی ہے۔ نتیجے کے طور پر، ایک ڈھلوانی کرنٹ قائم ہوتا ہے، جس کی تصویر نیچے دکھائی گئی ہے۔ یہ ڈھلوانی کرنٹ کنسرٹیو کرنٹ کے صفر کی تخلیق کرتا ہے، جو سرکٹ بریکر کے درست کام کرنے کے لیے ضروری ہوتا ہے۔ سرکٹ بریکر کا میں کنٹاکٹ M پھر ان کنسرٹیو کرنٹ کے صفر کے کسی ایک پر کرنٹ کو رکاوٹ کرتا ہے۔ جب میں کنٹاکٹ M کرنٹ کو کامیابی سے رکاوٹ کرلیتا ہے تو کنٹاکٹ S1 کو کھولا جاتا ہے، اور کنٹاکٹ S2 کو بند کیا جاتا ہے، سسٹم کو مستقبل کے کام کے لیے دوبارہ ترتیب دیا جاتا ہے اور HVDC سرکٹ بریکنگ عمل کی تمامیت کو یقینی بنایا جاتا ہے۔
میں ڈائریکٹ کرنٹ کو رکاوٹ کرنے کا متبادل طریقہ
ایک متبادل طریقہ جس کے ذریعے ہائی وولٹیج ڈائریکٹ کرنٹ (HVDC) سسٹم میں میں ڈائریکٹ کرنٹ کو رکاوٹ کیا جاسکتا ہے، یہ کرنٹ کو ایک کیپیسٹر پر منتقل کرنا ہے، جس سے سرکٹ بریکروں کو رکاوٹ کرنے کی ضرورت والی کرنٹ کی مقدار کو کم کیا جاسکتا ہے۔ یہ طریقہ نیچے دکھائی گئی تصویر میں ظاہر کیا گیا ہے، اور یہ ایک کیپیسٹر C سے شروع ہوتا ہے جو ابتدائی طور پر ناچارج ہوتا ہے۔
جب سرکٹ بریکر کا میں کنٹاکٹ M کھولنے کا آغاز ہوتا ہے، تو ایک کلیدی واقعہ ہوتا ہے: میں سرکٹ کرنٹ جو پہلے میں کنٹاکٹ M کے ذریعے بہ رہا تھا، اب کیپیسٹر C میں منتقل ہوتا ہے۔ اس منتقلی کے نتیجے میں، میں کنٹاکٹ M کو رکاوٹ کرنے کے دوران کرنٹ کی مقدار کو کم کیا جاتا ہے۔ یہ کرنٹ کی مقدار کی کمی سرکٹ بریکر پر کم بوجھ ڈالتی ہے، رکاوٹ کا عمل آسان بناتی ہے اور نقصان یا فیلیور کی خطرہ کم کرتی ہے۔
کیپیسٹر C کے کرنٹ کو منتقل کرنے کے علاوہ، ایک غیر لکیری ریزسٹر R بھی اس سسٹم کا ایک اہم حصہ ہے۔ غیر لکیری ریزسٹر R کرنٹ کے ساتھ منسلک توانائی کو ایسے طور پر ایبسورب کرتا ہے کہ میں کنٹاکٹ M کے اوپر وولٹیج کا کوئی بڑا اضافہ نہ ہو۔ توانائی کو موثر طور پر ڈسپیس کرتے ہوئے، غیر لکیری ریزسٹر سرکٹ بریکر اور کلیہ برقی سسٹم کی تمامیت کو برقرار رکھتا ہے، یقینی بناتا ہے کہ کرنٹ کو رکاوٹ کرنے کے دوران وولٹیج کی سطح قابل قبول حدود میں رہتی ہے۔ کیپیسٹر C اور غیر لکیری ریزسٹر R کی یہ متناسق کارکردگی HVDC سسٹم میں میں ڈائریکٹ کرنٹ کو رکاوٹ کرنے کے لیے ایک موثر اور قابل اعتماد طریقہ فراہم کرتی ہے۔
M پر بازیافت وولٹیج کے اٹھنے کی شرح کو ایکسپریس کیا جاتا ہے
DC سرکٹ بریکروں میں جہاں کرنٹ کو رکاوٹ کرنے کے لیے ڈھلوانی کرنٹ کا استعمال کیا جاتا ہے، وہاں ری سٹرائیک کو روکنے کا چیلنج خاص طور پر مضبوط ہوتا ہے۔ یہ اس وجہ سے ہے کہ کرنٹ کو رکاوٹ یا "چوپ" کرنے کا وقت بہت مختصر ہوتا ہے۔ جب کرنٹ کو ایسا مختصر وقت میں رکاوٹ کیا جاتا ہے تو یہ بریکر کے ٹرمینل کے اوپر ایک تیز اور ناگہانی وولٹیج کی چوٹی کو پیدا کرتا ہے۔ یہ بہت بڑی مقدار کی تیز اٹھنے والی وولٹیج سرکٹ بریکر کی تمامیت کے لیے ایک قابل قبول خطرہ بناتی ہے۔ موثوق کارکردگی کے لیے، سرکٹ بریکر کو کافی الیکٹریکی حالت کی طاقت اور وولٹیج کی تحمل کرنے کی صلاحیت کے ساتھ ڈیزائن کیا جانا ضروری ہے تاکہ یہ شدید ری سٹرائیک وولٹیج کو تحمل کر سکے بغیر ری سٹرائیک کے کوئی نقصان ہو، جس سے برقی آرکنگ اور سسٹم کی خرابی کا خطرہ ہو۔
