సుర్జ్ అరెస్టర్లు: ఎవోల్యూషన్, మెటీరియల్స్, మరియు లైట్నింగ్ ప్రొటెక్షన్ వివరణాత్మకం

అత్యధిక వోల్టేజ్ నిరోధకాలు మరియు వాటి ప్రగతి

అత్యధిక వోల్టేజ్ నిరోధకం ఎల్క్ట్రికల్ ఉపకరణాన్ని సంక్లిష్టంగా కన్నించుకున్నప్పుడు దానితో సమాంతరంగా కనెక్ట్ చేయబడుతుంది. ఇది వ్యవస్థా వోల్టేజ్ వద్ద ఉపకరణం యొక్క సాధారణ పనికి తోడపడదు. కానీ, జాహీరంగా అత్యధిక వోల్టేజ్ ఉపకరణం పై దశలో నిరోధకం మొదట విద్యుత్ ప్రవాహం చేస్తుంది, అత్యధిక వోల్టేజ్‌ను రక్షించేందుకు భూమికి సురక్షితంగా దానిని విడుదల చేస్తుంది.

అత్యధిక వోల్టేజ్ నిరోధకం యొక్క ఆది మరియు సరళ రూపం రెండు మెటల్ రాడ్లను ఒక గ్యాప్ ద్వారా వేరు చేసి, ఎల్క్ట్రికల్ ఉపకరణానికి సమాంతరంగా కనెక్ట్ చేయడం లో మనం చూసినది. ఈ గ్యాప్ పై వోల్టేజ్ ఒక చేర్తాయితో పైకి ఎంచుకున్నప్పుడు, వాయు (గ్యాప్) బ్రేక్ అవుతుంది, ఉపకరణాన్ని రక్షించుతుంది. ఈ రకమైన నిరోధకాన్ని "ప్రసరణ గ్యాప్" లేదా "రక్షణ గ్యాప్" అంటారు.

విద్యుత్ పాలం దృశ్యం ద్వారా ఇది సమానం: మేఘాలు మరియు భూమి రెండు కాండక్టర్లు (ఇలక్ట్రోడ్లు) అవుతాయి. వాటి మధ్య వోల్టేజ్ చాలా ఎక్కువగా ఉంటే, వాటి మధ్య వాయు బ్రేక్ అవుతుంది, విద్యుత్ పాలం ఫలితంగా జరుగుతుంది.

కానీ, ఒక ముఖ్యమైన వేరు ఉంది. రక్షణ గ్యాప్లు బీజాపుర లైన్లకు నేరుగా కనెక్ట్ చేయబడతాయి. ఒక జాహీరంగా అత్యధిక వోల్టేజ్ గ్యాప్ పై బ్రేక్ అవుతుంది (అంటే, రాడ్ల మధ్య వాయు ఐయనైజ్ అవుతుంది), పవర్ ప్లాంట్ లేదా సబ్ స్టేషన్ ఈ ఘటనను తెలియదు - లేదా చాలా త్వరగా ప్రతిక్రియ చేయలేదు. అందువల్ల, ఇది ఇప్పుడు విద్యుత్ ప్రవాహం చేసే గ్యాప్‌కు విద్యుత్ ప్రవాహం లభిస్తుంది. గ్యాప్ భూమికి ఒక మార్గం అందిస్తుంది, కాబట్టి ఈ ప్రవాహం నిరంతరం ప్రవహిస్తుంది, పవర్ వ్యవస్థలో షార్ట్ సర్క్యుట్ సృష్టిస్తుంది. అందువల్ల, రక్షణ గ్యాప్లు ఉపయోగం చేయడం సరళం, కానీ వాటి పనికి గ్యాప్ పై నిరంతరం ఆర్క్ ఏర్పడుతుంది, షార్ట్ సర్క్యుట్ పరిస్థితిని లేదా విక్షేపణను సృష్టిస్తుంది.

రక్షణ గ్యాప్ పై ఆర్క్ పని చేసిన తర్వాత త్వరగా నిర్ధారించడం ఎలా? ఇది రెండవ పేరియడ్ నిరోధకాన్ని - ప్రసరణ (లేదా ట్యూబ్-టైప్) నిరోధకాన్ని వికసించడం వ్యవస్థాపించింది. ఈ డిజైన్ మొదట ఆర్క్‌ని ఒక ట్యూబ్ లో పరిమితం చేసి, తర్వాత దానిని నిర్ధారించడానికి విధానాలను ఉపయోగిస్తుంది.

అయితే, ప్రసరణ నిరోధకాలు ఇంకా ఒక దోషం ఉంటాయి: వాటి ఆర్క్-క్వెన్చింగ్ క్షమత ఏదైనా ఉంటే, వాటి ఇప్పుడు పవర్ వ్యవస్థ ప్రవాహాన్ని నేరుగా భూమికి విడుదల చేస్తాయి, అందువల్ల ఒక త్వరాత్మక భూప్రమాదం (షార్ట్ సర్క్యుట్) సృష్టిస్తాయి.

ఒక ఆదర్శ పరిష్కారం ఒక ఉపకరణం అనేది సాధారణ వోల్టేజ్ వద్ద ప్రవాహం నిరోధించుతుంది లేదా చాలా తక్కువ లీకేజ్ అనుమతిస్తుంది, అందువల్ల షార్ట్ సర్క్యుట్లను విడిపోయేంది, కానీ జాహీరంగా అత్యధిక వోల్టేజ్‌లు (విద్యుత్ పాలం వంటివి) జరిగినప్పుడు భూమికి త్వరగా ప్రవహిస్తుంది. సాధారణ మాటలలో, ఈ ఉపకరణం ఒక "అంతర్జ్ఞ స్విచ్" వంటిది, యథార్థంగా ఎప్పుడైనా తెరవడం మరియు మూసివేయడం తెలుసు. అత్యధిక వోల్టేజ్ నిరోధకాల్లో, ఈ "అంతర్జ్ఞ స్విచ్" మొదట సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC) అనే పదార్థం ద్వారా అమలు చేయబడింది. ఈ పదార్థం నుండి తయారైన నిరోధకాలను వాల్వ్-టైప్ నిరోధకాలు అంటారు, కారణం వాటి విద్యుత్ వాల్వ్లాయి.

ఇది గుర్తుంచుకోవలసినది, ఈ "వాల్వ్" ఒక విద్యుత్ ఘటకం, ట్యాప్ లేదా పైప్ వాల్వ్ వంటి మెకానికల్ వాల్వు కాదు. మెకానికల్ వాల్వులు విద్యుత్ పాలం మిక్రోసెకన్లలో ఆపాదించే విధంగా చాలా న్యూనమైనవి. కాబట్టి, ఒక లీనియర్ రిసిస్టర్ యొక్క వ్యతిరేకంగా పనిచేసే విద్యుత్ "వాల్వ్" అవసరం. సిలికాన్ కార్బైడ్ అనేది హై-వోల్టేజ్ అనువర్తనాలకు ఉపయోగించే మొదటి లీనియర్ రిసిస్టర్ పదార్థంగా కనిపించింది.

ప్రయోగం నుండి వికసనం జరుగుతుంది. అత్యధిక వోల్టేజ్ నిరోధకాలకు రెండవ లీనియర్ రిసిస్టర్ పదార్థం కనుగొనబడింది: జింక్ ఆక్సైడ్ (ZnO). ఇది సిలికాన్ కార్బైడ్ వంటి పని చేస్తుంది, కానీ మధ్యంతరంగా "వాల్వ్" విశేషతలను ప్రదర్శిస్తుంది - ప్రఫెషనల్ వివరణలో, మెకానికల్ రిసిస్టర్ అని పిలుస్తారు, దానికి మధ్యంతరంగా ఉత్కృష్టమైన లీనియరిటీ ఉంటుంది.

లీనియరిటీ ఏమిటంటే? అది అర్థం చేసుకోవడానికి, త్రిప్పుగా ఉంటే చాలా పెద్దంగా, చాలా పెద్దంగా ఉంటే త్రిప్పుగా - లీనియర్ ఘటకాలు ప్రతినిధించే విధంగా స్కేలు చేస్తాయి.

అత్యధిక వోల్టేజ్ నిరోధకాల్లో, లీనియరిటీ ఈ విధంగా ప్రకటించబడుతుంది: ప్రవాహం చాలా ఎక్కువ (ఉదాహరణకు, విద్యుత్ పాలం స్వేపం వల్ల) ఉంటే, రిసిస్టన్స్ చాలా తక్కువ అవుతుంది, రిసిస్టన్స్ తక్కువ అనేంత మధ్యంతరంగా లీనియరిటీ ఉత్కృష్టమైనది. ప్రవాహం తక్కువ (విద్యుత్ పాలం స్వేపం ప్రయాణం ముగిసి, వ్యవస్థ సాధారణ పని వోల్టేజ్‌కు తిరిగి వచ్చినప్పుడు), రిసిస్టన్స్ చాలా ఎక్కువ అవుతుంది, రిసిస్టన్స్ ఎక్కువ అనేంత మధ్యంతరంగా లీనియరిటీ ఉత్కృష్టమైనది.

సిలికాన్ కార్బైడ్ లీనియరిటీని ప్రదర్శిస్తుంది, కానీ అది ఆదర్శం కాదు. సాధారణ పని వోల్టేజ్ వద్ద, దాని రిసిస్టన్స్ చాలా ఎక్కువ కాదు, అత్యధిక వోల్టేజ్ నిరోధకం ద్వారా తక్కువ లీకేజ్ ప్రవాహం ప్రవహిస్తుంది - వాల్వ్ చాలా తక్కువ మూసివేయబడినంత వరకు, అందువల్ల నిరంతరం "ట్రిక్ల్" ప్రవాహం ఉంటుంది.

ఈ వ్యవహారం పదార్థం యొక్క ప్రామాణిక వైపు ఉంటుంది, మరియు ప్రయత్నాలు చేసినప్పుడు ఈ లీకేజ్‌ను తొలిగించడంలో మోసం చేశారు. కాబట్టి, సిలికాన్ కార్బైడ్‌ను అత్యధిక వోల్టేజ్ నిరోధకాల్లో ఉపయోగించడంలో, నిర్మాణ పరిష్కారాలు ఉపయోగించబడతాయి: అత్యధిక వోల్టేజ్ ఉంటే మొదట లైన్ నుండి నిరోధకం వేరు చేయబడుతుంది, తర్వాత స్వేపం వల్ల కనెక్ట్ చేయబడుతుంది. ఈ పనిని సిరీస్ వాయు గ్యాప్ ద్వారా చేయబడుతుంది. అందువల్ల, వాల్వ్-టైప్ నిరోధకాలు సాధారణంగా గ్యాప్ అవసరం. వేరే, జింక్ ఆక్సైడ్ వాల్వ్లు సాధారణ పని వోల్టేజ్ వద్ద "చాలా తక్కువ మూసివేయబడతాయి", కాబట్టి వాటికి సిరీస్ గ్యాప్ అవసరం లేదు.

జింక్ ఆక్సైడ్ నిర్మాణ ప్రక్రియ ప్రగతించినంది, మొదట ఉన్న "మూసివేయడం" శక్తిలో పరిమితిలు దూరం చేయబడ్డాయి. కానీ, గ్యాప్ డిజైన్ల ఐతేహాసిక ప్రామాణికత వల్ల, కొన్ని జింక్ ఆక్సైడ్ నిరోధకాల్లో గ్యాప్లు ఇప్పటికీ ఉన్నాయి. అయితే, గ్యాప్ లేని జింక్ ఆక్సైడ్ నిరోధకాలు చాలా ఎక్కువ.

జింక్ ఆక్సైడ్ ఒక మెటల్ ఆక్సైడ్, కాబట్టి ఈ నిరోధకాలను మెటల్ ఆక్సైడ్ అత్యధిక వోల్టేజ్ నిరోధకాలు (MOSA) అంటారు.

పవర్ వ్యవస్థలో విద్యుత