ভারসাম্য সৃষ্টিকারী: বিবর্তন, উপকরণ এবং বজ্রপাত প্রতিরক্ষা ব্যাখ্যা করা

সুর্জ আরেস্টার এবং তাদের বিবর্তন

একটি সুর্জ আরেস্টার সবসময় তার রক্ষা করা বৈদ্যুতিক উপকরণের সাথে সমান্তরালভাবে সংযুক্ত থাকে। এটি সিস্টেম ভোল্টেজে উপকরণের স্বাভাবিক পরিচালনায় হস্তক্ষেপ করে না। তবে, যখন উপকরণে একটি বিপজ্জনক অতিরিক্ত ভোল্টেজ প্রকাশ পায়, তখন আরেস্টার প্রথমে পরিবহন করে, এবং অতিরিক্ত ভোল্টেজটি নিরাপদভাবে মাটিতে পরিবহন করে।

সুর্জ আরেস্টারের সবচেয়ে প্রাচীন ও সহজতম রূপ ছিল দুইটি ধাতব রড, যারা একটি ফাঁক দ্বারা পৃথক হয়ে বৈদ্যুতিক উপকরণের সাথে সমান্তরালভাবে সংযুক্ত হয়। যখন এই ফাঁকের মধ্যে ভোল্টেজ একটি নির্দিষ্ট সীমার উপরে যায়, তখন বাতাস (ফাঁক) ভেঙে যায়, উপকরণটি রক্ষা করে। এই ধরনের আরেস্টারকে "অপসাল গ্যাপ" বা "রক্ষামূলক গ্যাপ" বলা হয়।

আলোকচমকের ঘটনাও একইরকম: মেঘ এবং পৃথিবী দুইটি পরিবাহী (ইলেকট্রোড) হিসেবে কাজ করে। যখন তাদের মধ্যে ভোল্টেজ খুব বেশি হয়, তখন তাদের মধ্যে বাতাস ভেঙে যায়, ফলে আলোকচমক ঘটে।

তবে, একটি গুরুত্বপূর্ণ পার্থক্য রয়েছে। রক্ষামূলক গ্যাপগুলি সরাসরি পাওয়ার লাইনের সাথে সংযুক্ত থাকে। যখন একটি বিপজ্জনক অতিরিক্ত ভোল্টেজ গ্যাপটি ভেঙে যায় (অর্থাৎ, রডগুলির মধ্যে বাতাস আয়নীকৃত হয়), তখন পাওয়ার প্ল্যান্ট বা সাবস্টেশন এই ঘটনার সম্পর্কে অবগত নয় বা যথেষ্ট দ্রুত প্রতিক্রিয়া দিতে পারে না। ফলে, এটি এখনও-পরিবাহী গ্যাপে বিদ্যুৎ সরবরাহ করতে থাকে। যেহেতু গ্যাপটি মাটির দিকে একটি পথ প্রদান করে, এই বিদ্যুৎ নিরন্তর প্রবাহিত হয়, ফলে পাওয়ার সিস্টেমে একটি শর্ট সার্কিট ঘটে। তাই, যদিও রক্ষামূলক গ্যাপগুলি ব্যবহার করা সহজ, তাদের পরিচালনায় গ্যাপের মধ্যে একটি নিরন্তর আর্ক তৈরি হয়, যা একটি শর্ট-সার্কিট অবস্থা তৈরি করে।

রক্ষামূলক গ্যাপের মধ্যে আর্ক দ্রুত নির্বাপিত করা যেতে পারে কীভাবে? এই প্রশ্নের উত্তরে দ্বিতীয়-প্রজন্মের আরেস্টার - অপসাল (বা টিউব-টাইপ) আরেস্টার বিকাশ লাভ করে। এই ডিজাইন প্রথমে আর্কটি একটি টিউবের মধ্যে আবদ্ধ করে, এবং তারপর তা নির্বাপিত করার পদ্ধতি ব্যবহার করে।

তবুও, অপসাল আরেস্টারগুলির একটি দৈন্য রয়েছে: তাদের আর্ক-নির্বাপণ ক্ষমতা যতই হোক, তারা সরাসরি পাওয়ার সিস্টেম বিদ্যুৎ মাটিতে পরিবহন করে, ফলে একটি মুহূর্তের জন্য একটি মাটির ফল্ট (শর্ট সার্কিট) ঘটে।

আদর্শ সমাধান হবে এমন একটি ডিভাইস যা সাধারণ ভোল্টেজে বিদ্যুৎ বাধা দেয় বা মাত্র খাঁটি লিকেজ প্রবাহিত করে, ফলে শর্ট সার্কিট এড়ানো যায়, কিন্তু বিপজ্জনক অতিরিক্ত ভোল্টেজ (যেমন আলোকচমক) ঘটলে বড় সুর্জ বিদ্যুৎ মাটিতে দ্রুত পরিবহন করে। সহজ কথায়, এমন একটি ডিভাইস কাজ করবে যেন এটি একটি "বুদ্ধিমান সুইচ", যা ঠিকমত খুলা ও বন্ধ করার জানে। সুর্জ আরেস্টারে, এই "বুদ্ধিমান সুইচ" প্রথমে সিলিকন কার্বাইড (SiC) নামক একটি পদার্থ ব্যবহার করে বাস্তবায়িত হয়। এই পদার্থ থেকে তৈরি আরেস্টারগুলিকে ভ্যাল্ভ-টাইপ আরেস্টার বলা হয়, কারণ এগুলি বৈদ্যুতিক ভ্যাল্ভের মতো কাজ করে।

এটি গুরুত্বপূর্ণ যে, এই "ভ্যাল্ভ" একটি বৈদ্যুতিক উপাদান, নয় একটি মেকানিকাল ভ্যাল্ভ যেমন একটি ট্যাপ বা পাইপ ভ্যাল্ভ। মেকানিকাল ভ্যাল্ভগুলি আলোকচমকের মতো মাইক্রোসেকেন্ডে প্রতিক্রিয়া দেওয়ার জন্য খুব ধীর। বরং, একটি বৈদ্যুতিক "ভ্যাল্ভ" প্রয়োজন, যা একটি অ-রৈখিক রেজিস্টর দিয়ে তৈরি। সিলিকন কার্বাইড ছিল উচ্চ-ভোল্টেজ প্রয়োগের জন্য প্রথম অ-রৈখিক রেজিস্টর পদার্থ যা আবিষ্কৃত হয়েছিল।

প্রযুক্তি নিরন্তর বিকাশ লাভ করে। পরে সুর্জ আরেস্টারের জন্য দ্বিতীয় অ-রৈখিক রেজিস্টর পদার্থ আবিষ্কৃত হয়: জিঙ্ক অক্সাইড (ZnO)। এটি সিলিকন কার্বাইডের মতো একই কাজ করে, কিন্তু "ভ্যাল্ভ" বৈশিষ্ট্যগুলিতে উন্নত—বেশি অ-রৈখিকতা থাকে।

অ-রৈখিকতা কী? বলা যায়, এটি বিপরীত কাজ করে: যখন বড় হওয়া উচিত, তখন ছোট হয়, এবং যখন ছোট হওয়া উচিত, তখন বড় হয়—রৈখিক উপাদানগুলির মতো যা সমানুপাতিকভাবে স্কেল করে।

সুর্জ আরেস্টারে, অ-রৈখিকতা এভাবে প্রকাশ পায়: যখন বিদ্যুৎ উচ্চ (উদাহরণস্বরূপ, একটি আলোকচমক সুর্জ ঘটলে), তখন রেজিস্ট্যান্স খুব কম হয়, এবং রেজিস্ট্যান্স যত কম, তত ভাল অ-রৈখিকতা। যখন বিদ্যুৎ কম (আলোকচমক শেষ হয়ে গেলে এবং সিস্টেম সাধারণ পরিচালনা ভোল্টেজে ফিরে আসলে), তখন রেজিস্ট্যান্স খুব বেশি হয়, এবং রেজিস্ট্যান্স যত বেশি, তত ভাল অ-রৈখিকতা।

সিলিকন কার্বাইড অ-রৈখিকতা প্রদর্শন করে, কিন্তু এটি আদর্শ নয়। সাধারণ পরিচালনা ভোল্টেজে, এর রেজিস্ট্যান্স যথেষ্ট বেশি নয়, ফলে একটি ছোট লিকেজ বিদ্যুৎ আরেস্টার দিয়ে প্রবাহিত হয়—যেন একটি ভ্যাল্ভ যা যথেষ্ট শক্তভাবে বন্ধ না হয়, ফলে একটি নিরন্তর "ট্রিকল" বিদ্যুৎ প্রবাহিত হয়।

এই আচরণ পদার্থের স্বাভাবিক, এবং এই লিকেজ বাদ দেওয়ার জন্য পদার্থ উন্নয়নের চেষ্টা বেশিরভাগ ক্ষেত্রে ব্যর্থ হয়েছে। ফলে, সিলিকন কার্বাইড ব্যবহার করা হলে, কাঠামোগত সমাধান ব্যবহার করা হয়: আরেস্টার প্রথমে লাইন থেকে বিচ্ছিন্ন থাকে এবং শুধুমাত্র সুর্জ ঘটলে সংযুক্ত হয়। এই কাজটি একটি সিরিজ এয়ার গ্যাপ ব্যবহার করে সম্পন্ন করা হয়। তাই, ভ্যাল্ভ-টাইপ আরেস্টারগুলি প্রায়শই একটি গ্যাপ প্রয়োজন। অন্যদিকে, জিঙ্ক অক্সাইড ভ্যাল্ভগুলি সাধারণ পরিচালনা ভোল্টেজে "শক্তভাবে" বন্ধ থাকে, তাই তাদের সিরিজ গ্যাপ প্রয়োজন হয় না।

জিঙ্ক অক্সাইড উৎপাদন প্রযুক্তি উন্নত হওয়ার সাথে সাথে, প্রারম্ভিক "বন্ধ" ক্ষমতার সীমাবদ্ধতা দূর হয়েছে। তবে, গ্যাপযুক্ত ডিজাইনের ঐতিহাসিক প্রচলনের কারণে, কিছু জিঙ্ক অক্সাইড আরেস্টার এখনও গ্যাপ ব্যবহার করে। তবে, গ্যাপবিহীন জিঙ্ক অক্সাইড আরেস্টার বেশিরভাগ।

জিঙ্ক অক্সাইড একটি ধাতব অক্সাইড, তাই এই আরেস্টারগুলিকে মেটাল অক্সাইড সুর্জ আরেস্টার (MOSA) বলা হয়।

পাওয়ার সিস্টেমে আলোকচমক রক্ষা

আলোকচমক রক্ষা ডিভাইসের দৃষ্টিকোণ থেকে, তিনটি প্রধান ধরন রয়েছে: আলোকচমক রড (এয়ার টার্মিনাল), ওভারহেড গ্রাউন্ড তার (শিল্ড তার), এবং সুর্জ আরেস্টার। প্রথম দুইটি কাঠামোগতভাবে সহজ—মূলত শুধুমাত্র রড এবং তার—অন্যদিকে শেষ টি অ-রৈখিক রেজিস্টরের উপর নির্ভর করে, যা "বুদ্ধিমান সুইচ" হিসেবে কাজ করে, ফলে এটি আরও জটিল।

রক্ষিত বস্তুর দৃষ্টিকোণ থেকে, আলোকচমক রক্ষা তিনটি শ্রেণিতে বিভক্ত হয়: ওভারহেড ট্রান্সমিশন লাইন রক্ষা, সাবস্টেশন রক্ষা, এবং মোটর রক্ষা।

ওভারহেড লাইনগুলি বিস্তৃত দূরত্ব জুড়ে বিস্তৃত, খোলা এলাকায় প্রকাশিত। প্রাকৃতিক জীবন এবং ইকোসিস্টেমের প্রভাব কমাতে, তাদের উচ্চ উচ্চতায় নির্মিত করা হয়। যেমন বলা হয়, "সবচেয়ে উচ্চ গাছ সবচেয়ে বেশি হাওয়া ধরে," ফলে তারা আলোকচমকের প্রধান লক্ষ্য হয়। পরিসংখ্যান দেখায় যে, পাওয়ার গ্রিডের বেশিরভাগ ব্যর্থতা লাইনে আলোকচমকের কারণে ঘটে। তাই, ওভারহেড লাইনগুলি রক্ষা করা প্রয়োজন। তবে, তাদের দৈর্ঘ্যের কারণে, পূর্ণ রক্ষা অসম্ভব এবং খুব বেশি খরচের সাথে জড়িত। তাই, লাইন রক্ষা আপেক্ষিক: কিছু আলোকচমক লাইনে প্রহার করার অনুমতি দেওয়া হয় এবং ফ্ল্যাশওভার ঘটায়। এই রক্ষা প্রাথমিকভাবে ওভারহেড গ্রাউন্ড তার ব্যবহার করে সম্পন্ন হয়।

অন্যদিকে, সাবস্টেশনগুলি অনেক গুরুত্বপূর্ণ। তারা পাওয়ার সিস্টেমের হাব হিসেবে কাজ করে, সমান্তরাল উপকরণ এবং কর্মীদের আশ্রয় দেয়। ফলে, তাদের আলোকচমক রক্ষার প্রয়োজনীয়তা খুব বেশি।

আলোকচমক দুইটি প্রধান পথে একটি সাবস্টেশনে পৌঁছতে পারে: সরাসরি প্রহার, যা আলোকচমক রড (বা কখনও শিল্ড তার) দ্বারা কমানো হয়; এবং ট্রান্সমিশন লাইনে আলোকচমক প্রহারের ফলে সৃষ্ট সুর্জ, যা প্রাথমিকভাবে সুর্জ আরেস্টার দ্বারা সম্পন্ন হয়।

মোটর (যার মধ্যে জেনারেটর, সিঙ্ক্রোনাস কনডেনসার, ফ্রিকোয়েন্সি চেঞ্জার, এবং ইলেকট্রিক মোটর অন্তর্ভুক্ত) রক্ষা সাবস্টেশন রক্ষার মতোই গুরুত্বপূর্ণ। জেনারেটরগুলি পাওয়ার সিস্টেমের "হৃদয়" এবং বড় মোটরগুলি গুরুত্বপূর্ণ শিল্প ড্রাইভার। এই উপকরণগুলির উপর আলোকচমকের ক্ষতি বড় ক্ষতি করে। তবে, মোটর রক্ষা সাবস্টেশন রক্ষার চেয়ে বেশি চ্যালেঞ্জিং। মোটরগুলি রোটেটিং মেশিন, তাই তাদের ইনসুলেশন অত্যধিক মোটা হতে পারে না এবং কঠিন (ট্রান্সফরমারে ব্যবহৃত তরল ইনসুলেশনের মতো নয়)। কঠিন ইনসুলেশন বয়স্কতা প্রবণ, ফলে সুর্জ আরেস্টার দ্বারা মুখ্য রক্ষার পাশাপাশি অতিরিক্ত সহায়ক রক্ষামূলক পদক্ষেপ প্রয়োজন।

কম্পোজিট-হাউসড জিঙ্ক অক্সাইড সুর্জ আরেস্টার

একটি সুর্জ আরেস্টার একটি বৈদ্যুতিক ডিভাইস, যার দুটি ইলেকট্রোড রয়েছে—একটি সাধ