सर्ज आरेस्टर: विकास सामग्री और बिजली की रक्षा समझाई गई

विद्युत उत्थान रोधक और उनका विकास

एक विद्युत उत्थान रोधक हमेशा उस विद्युत उपकरण के साथ समानांतर में जोड़ा जाता है जिसे यह संरक्षित करता है। यह प्रणाली वोल्टेज पर उपकरण के सामान्य संचालन में हस्तक्षेप नहीं करता। हालांकि, जब उपकरण पर खतरनाक अतिवोल्टेज आता है, तो रोधक पहले चालित होता है, अतिवोल्टेज को सुरक्षित रूप से भूमि में ले जाता है।

सबसे प्रारंभिक और सरल रूप का विद्युत उत्थान रोधक दो धातु रोड्स से बना होता था, जो एक अंतराल से अलग-अलग थे और विद्युत उपकरण के साथ समानांतर में जोड़े गए थे। जब इस अंतराल पर वोल्टेज एक निश्चित सीमा से अधिक हो जाता था, तो हवा (अंतराल) टूट जाती थी, जिससे उपकरण की संरक्षा होती थी। इस प्रकार के रोधक को "निकासी अंतराल" या "संरक्षण अंतराल" के रूप में जाना जाता है।

बिजली का घटनाक्रम भी इसी तरह है: गर्जना बादल और पृथ्वी दो चालक (इलेक्ट्रोड) की तरह कार्य करते हैं। जब उनके बीच का वोल्टेज बहुत अधिक हो जाता है, तो उनके बीच की हवा टूट जाती है, जिससे बिजली का आघात होता है।

हालांकि, एक महत्वपूर्ण अंतर है। संरक्षण अंतराल सीधे विद्युत लाइनों पर जोड़े जाते हैं। जब खतरनाक अतिवोल्टेज अंतराल को टूटने (यानी रोड्स के बीच की हवा को आयनित) का कारण बनता है, तो विद्युत संयंत्र या उपस्टेशन इस घटना को नहीं जानता—या तेजी से प्रतिक्रिया करने में असमर्थ होता है। इसलिए, यह अब चालक अंतराल को विद्युत देता रहता है। चूंकि अंतराल भूमि के लिए एक पथ प्रदान करता है, इसलिए यह विद्युत निरंतर प्रवाहित होता रहता है, जिससे विद्युत प्रणाली में एक छोटा सर्किट होता है। इस प्रकार, जबकि संरक्षण अंतराल का उपयोग सरल है, उनका संचालन अंतराल पर एक लगातार आर्क बनाता है, जो छोटा सर्किट की स्थिति बनाता है।

संरक्षण अंतराल पर आर्क को कैसे तेजी से बंद किया जा सकता था? इसने दूसरी पीढ़ी के रोधक—निकासी (या ट्यूब-टाइप) रोधक—का विकास किया। इस डिजाइन में पहले आर्क को एक ट्यूब में सीमित किया जाता है और फिर इसे बंद करने के तरीके इस्तेमाल किए जाते हैं।

फिर भी, निकासी रोधकों में एक दोष रहता है: आर्क-बंद करने की क्षमता के बावजूद, वे विद्युत प्रणाली की विद्युत को सीधे भूमि में ले जाते हैं, जिससे एक छोटी भूमि दोष (छोटा सर्किट) होता है।

आदर्श समाधान ऐसा उपकरण होगा जो सामान्य वोल्टेज पर विद्युत को रोकता हो या केवल न्यूनतम लीकेज की अनुमति दे, इस प्रकार छोटे सर्किट से बचता हो, लेकिन खतरनाक अतिवोल्टेज के दौरान (जैसे बिजली) बड़े उत्थान विद्युत को तेजी से भूमि में ले जाए। सरल शब्दों में, ऐसा उपकरण एक "बुद्धिमान स्विच" की तरह कार्य करेगा, जो ठीक से खुलने और बंद करने का पता लगाता है। विद्युत उत्थान रोधकों में, यह "बुद्धिमान स्विच" पहले एक सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) नामक सामग्री का उपयोग करके वास्तविक रूप से व्यक्त किया गया था। इस सामग्री से बने रोधकों को वाल्व-टाइप रोधक कहा जाता है, क्योंकि वे विद्युत वाल्व की तरह कार्य करते हैं।

यह महत्वपूर्ण है कि यह "वाल्व" एक विद्युत घटक है, न कि एक नलिका या पाइप वाल्व जैसा यांत्रिक वाल्व। यांत्रिक वाल्व बिजली के लिए, जो माइक्रोसेकंड में होती है, बहुत धीमे प्रतिक्रिया करते हैं। इसके बजाय, एक गैर-रैखिक प्रतिरोधक सामग्री से बना विद्युत "वाल्व" आवश्यक है। सिलिकॉन कार्बाइड उच्च वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए पहला गैर-रैखिक प्रतिरोधक सामग्री था जिसे खोजा गया था।

प्रौद्योगिकी लगातार विकसित होती रहती है। बाद में विद्युत उत्थान रोधकों के लिए दूसरा गैर-रैखिक प्रतिरोधक सामग्री खोजा गया: जिंक ऑक्साइड (ZnO)। यह सिलिकॉन कार्बाइड के समान कार्य करता है, लेकिन बेहतर "वाल्व" विशेषताएं प्रदर्शित करता है—पेशेवर रूप से बेहतर गैर-रैखिकता के रूप में वर्णित किया जाता है।

गैर-रैखिकता क्या है? आकार में, यह विपरीत करने का अर्थ है: जब यह बड़ा होना चाहिए, तब छोटा हो, और जब यह छोटा होना चाहिए, तब बड़ा हो—रैखिक घटकों की तरह, जो आनुपातिक रूप से स्केल अप करते हैं, नहीं।

विद्युत उत्थान रोधकों में, गैर-रैखिकता इस प्रकार प्रकट होती है: जब विद्युत बड़ा होता है (जैसे, बिजली के उत्थान के दौरान), प्रतिरोध बहुत कम हो जाता है, और जितना कम प्रतिरोध, उतनी बेहतर गैर-रैखिकता। जब विद्युत कम होता है (बिजली के उत्थान के बाद, जब प्रणाली सामान्य संचालन वोल्टेज पर वापस आती है), प्रतिरोध बहुत ऊंचा हो जाता है, और जितना ऊंचा प्रतिरोध, उतनी बेहतर गैर-रैखिकता।

सिलिकॉन कार्बाइड गैर-रैखिकता प्रदर्शित करता है, लेकिन यह आदर्श नहीं है। सामान्य संचालन वोल्टेज पर, इसका प्रतिरोध पर्याप्त रूप से ऊंचा नहीं होता, जिससे छोटा लीकेज विद्युत रोधक से गुजरता है—जैसे एक वाल्व जो ठीक से बंद नहीं होता, जिससे निरंतर "तेज" विद्युत प्रवाहित होता है।

यह व्यवहार सामग्री के अंतर्निहित है, और सामग्री की सुधार के प्रयासों से इस लीकेज को दूर करने में बड़ी मात्रा में असफलता हुई है। इसलिए, जब सिलिकॉन कार्बाइड का उपयोग रोधकों में किया जाता है, तो संरचनात्मक समाधान इस्तेमाल किए जाते हैं: रोधक को पहले लाइन से अलग किया जाता है और केवल उत्थान के दौरान जोड़ा जाता है। इस कार्य को एक श्रृंखला वाला अंतराल का उपयोग करके संपन्न किया जाता है। इसलिए, वाल्व-टाइप रोधकों को लगभग हमेशा एक अंतराल की आवश्यकता होती है। दूसरी ओर, जिंक ऑक्साइड वाल्व सामान्य संचालन वोल्टेज पर "ठीक से बंद" होते हैं, इसलिए उन्हें श्रृंखला अंतराल की आवश्यकता नहीं होती।

जिंक ऑक्साइड विनिर्माण प्रौद्योगिकी के सुधार के साथ, "बंद" करने की प्रारंभिक सीमाएं दूर की गई हैं। हालांकि, गैप वाले डिजाइनों की ऐतिहासिक प्रचलन के कारण, कुछ जिंक ऑक्साइड रोधकों में अभी भी अंतराल शामिल होते हैं। फिर भी, गैपलेस जिंक ऑक्साइड रोधक बहुतायत में हैं।

चूंकि जिंक ऑक्साइड एक धातु ऑक्साइड है, इन रोधकों को धातु ऑक्साइड विद्युत उत्थान रोधक (MOSA) भी कहा जाता है।

विद्युत प्रणालियों में बिजली से संरक्षण

बिजली से संरक्षण उपकरणों के दृष्टिकोण से, तीन मुख्य प्रकार होते हैं: बिजली रोड (वायु टर्मिनल), ओवरहेड ग्राउंड वायर (शील्ड वायर), और विद्युत उत्थान रोधक। पहले दो संरचनात्मक रूप से सरल होते हैं—मूल रूप से सिर्फ रोड और वायर—जबकि अंतिम गैर-रैखिक प्रतिरोधकों पर निर्भर करता है जो "बुद्धिमान स्विच" की तरह कार्य करते हैं, जिससे यह अधिक जटिल होता है।

संरक्षित वस्तुओं के दृष्टिकोण से, बिजली से संरक्षण इन तीन में विभाजित हो सकता है: ओवरहेड ट्रांसमिशन लाइन संरक्षण, सबस्टेशन संरक्षण, और मोटर संरक्षण।

ओवरहेड लाइनें विस्तृत क्षेत्रों पर फैली होती हैं, खुले क्षेत्रों में उन्हें खोला जाता है। भूमि की जीवन और पारिस्थितिकी प्रणालियों पर न्यूनतम प्रभाव डालने के लिए, उन्हें बहुत ऊंचाई पर खड़ा किया जाता है। जैसा कहा जाता है, "सबसे ऊंचा पेड़ सबसे अधिक हवा पकड़ता है," इसलिए वे बिजली के लिए प्रमुख लक्ष्य होते हैं। आंकड़ों के अनुसार, बिजली के द्वारा लाइनों पर प्रहार के कारण विद्युत ग्रिड की अधिकांश विफलताएं होती हैं। इसलिए, ओवरहेड लाइनों को संरक्षित करना आवश्यक है। हालांकि, उनकी लंबाई के कारण, पूर्ण संरक्षण असंभव और अत्यधिक महंगा होता है। इसलिए, लाइन संरक्षण सापेक्षिक है: कुछ बिजली के प्रहारों को लाइन पर होने की अनुमति दी जाती है और फ्लैशओवर होने की अनुमति दी जाती है। यह संरक्षण मुख्य रूप से ओवरहेड ग्राउंड वायर का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है।

इसके विपरीत, सबस्टेशन बहुत अधिक महत्वपूर्ण हैं। वे विद्युत प्रणाली के केंद्र हैं, जिनमें घनी उपकरण और कर्मचारी होते हैं। इसलिए, उनके बिजली से संरक्षण की आवश्यकताएं अत्यंत उच्च होती हैं।

बिजली एक सबस्टेशन तक दो मुख्य रास्तों से पहुंच सकती है: सीधे प्रहार, जिसे बिजली रोड (या कभी-कभी शील्ड वायर) द्वारा कम किया जाता है; और ट्रांसमिशन लाइनों पर बिजली के प्रहार से फैली उत्थान, जिसे मुख्य रूप से विद्युत उत्थान रोधकों द्वारा संभाला जाता है।

मोटरों (जिनमें जेनरेटर, सिंक्रोनस कंडेंसर, फ्रीक्वेंसी चेंजर और इलेक्ट्रिक मोटर शामिल हैं) के लिए बिजली से संरक्षण सबस्टेशन संरक्षण के समान महत्वपूर्ण है। जेनरेटर विद्युत प्रणाली का "हृदय" होता है, और बड़े मोटर उद्योगीय ड्राइवर होते हैं। इन घटकों को बिजली से क्षति होने पर बड़ी हानि होती है। हालांकि, मोटर संरक्षण सबस्टेशन संरक्षण से अधिक चुनौतीपूर्ण है। मोटर घूर्णन यंत्र होते हैं, इसलिए उनकी अवरोधन बहुत मोटी नहीं हो सकती और उन्हें ठोस (ट्रांसफॉर्मर में इस्तेमाल की जाने वाली तरल अवरोधन की तरह नहीं) होना चाहिए। ठोस अवरोधन पुराना होने की प्रवत्ति रखता है, इसलिए विद्युत उत्थान रोधकों के साथ प्राथमिक संरक्षण के अलावा अतिरिक्त सहायक संरक्षण उपायों की आवश्यकता होती है।

संयुक्त आवरण वाले जिंक ऑक्साइड विद्युत उत्थान रोधक

एक विद्युत उत्थान रोधक एक विद्युत उपकरण है जिसमें दो इलेक्ट्रोड होते हैं—एक आमतौर पर भूमित और दूसरा उच्च वोल्टेज से जुड़ा—एक अवरोधक सामग्री, जिसे पेशेवर रूप से अवरोधक के रूप में जाना जाता है, द्वारा अलग किया जाता है।

चूंकि अधिकांश विद्युत प्रणाली उपकरण वातावरण से सीधे संपर्क में होते हैं, इसलिए अवरोधन सतह वातावरण से सीधे सं