برق کے پیچھے آنے والے: تکامل، مواد، اور بجلی کی حفاظت کی وضاحت

برق کی روک تھام اور ان کا ترقیاتی مسیر

برق کی روک تھام کو ہمیشہ اس الیکٹرکل یونٹ کے ساتھ متوازی طور پر جڑا رکھا جاتا ہے جس کی حفاظت کرنے کا مقصد ہوتا ہے۔ یہ نصاب کی معمولی کارکردگی کو نظام کے ولٹیج پر کسی قسم کی رکاوٹ نہیں دیتا۔ لیکن جب کسی ڈینجرناک اوور ولٹیج کا ظہور ہوتا ہے تو برق کی روک تھام پہلے کنڈکٹ کرتی ہے، اور اوور ولٹیج کو خطرناک طور پر زمین میں منتقل کرتی ہے۔

برق کی روک تھام کی سب سے قدیم اور سادہ شکل دو میٹل راڈس پر مشتمل تھی جن کے درمیان ایک فاصلہ تھا اور وہ الیکٹرکل یونٹ کے ساتھ متوازی طور پر جڑا رہتا تھا۔ جب یہ فاصلہ کسی معین حد سے زیادہ ولٹیج کو پار کرتا تو ہوا (یعنی فاصلہ) ٹوٹ جاتی تھی، یونٹ کی حفاظت کرتی تھی۔ اس قسم کی روک تھام کو "ایکسپلژن گیپ" یا "پروٹیکٹو گیپ" کہا جاتا ہے۔

باران کی شدید آتش کی وجہ شدید برق ہے: بادلوں اور زمین دونوں کو دو کنڈکٹرز (ایلیکٹروڈ) کے طور پر دیکھا جاتا ہے۔ جب ان کے درمیان ولٹیج بہت زیادہ ہو جاتا ہے تو ان کے درمیان کی ہوا ٹوٹ جاتی ہے، جس کے نتیجے میں برق کا چوٹ کی شکل اختیار کرتا ہے۔

لیکن یہاں ایک اہم فرق ہے۔ پروٹیکٹو گیپس کو براہ راست پاور لائن کے ساتھ جڑا رکھا جاتا ہے۔ جب کسی ڈینجرناک اوور ولٹیج کی وجہ سے گیپ ٹوٹ جاتا ہے (یعنی راڈز کے درمیان ہوا آئونائز ہو جاتی ہے)، تو پاور پلانٹ یا سب سٹیشن کو اس واقعے کا علم نہیں ہوتا یا اس کی تیز رفتار واپسی نہیں ہوتی۔ اس کے نتیجے میں یہ ابھی بھی کنڈکٹ کرنے والے گیپ کو کرنٹ فراہم کرتا رہتا ہے۔ چونکہ گیپ زمین کی جانب راستہ فراہم کرتا ہے، اس لیے کرنٹ مستقل طور پر بہتی رہتی ہے، جس کے نتیجے میں پاور سسٹم میں شارٹ سرکٹ کا باعث بناتی ہے۔ اس لیے، پروٹیکٹو گیپس کا استعمال سادہ ہے، لیکن ان کی کارکردگی گیپ پر مستقل آرک کو پیدا کرتی ہے، جس کے نتیجے میں شارٹ سرکٹ کی صورتحال پیدا ہوتی ہے۔

پروٹیکٹو گیپ پر آرک کو کیسے تیزی سے ختم کیا جاسکتا ہے؟ اس کی وجہ سے دوسری پروژن کی ترقی ہوئی - ایکسپلژن (یا ٹیوب ٹائپ) برق کی روک تھام۔ اس ڈیزائن میں آرک کو پہلے ٹیوب میں بند کیا جاتا ہے اور پھر اس کو ختم کرنے کے طریقے استعمال کیے جاتے ہیں۔

لیکن ایکسپلژن برق کی روک تھام کا ایک کمزوری ہے: اس کی آرک کو ختم کرنے کی صلاحیت کے باوجود، یہ پاور سسٹم کرنٹ کو براہ راست زمین میں منتقل کرتا ہے، جس کے نتیجے میں موقتی زمین کا فیلڈ (شارٹ سرکٹ) پیدا ہوتا ہے۔

ایک مثالی حل ایک ڈیوائس ہوگا جو معمولی ولٹیج پر کرنٹ کو روکے یا صرف کم لوکیج کرنے کی اجازت دے، جس سے شارٹ سرکٹ کی روک تھام ہو، لیکن ڈینجرناک اوور ولٹیج کے وقت تیزی سے بڑے سرگرم کرنٹ (جیسے برق) کو زمین میں منتقل کرے۔ آسان الفاظ میں، ایسی ڈیوائس ایک "ذہین سوچ" کی طرح کام کرتی ہے، جو کہ کہاں کھولنا ہے اور کہاں بند کرنا ہے کو پکڑنے کی صلاحیت رکھتی ہے۔ برق کی روک تھام میں، یہ "ذہین سوچ" پہلے سلیکون کاربائیڈ (SiC) کے ذریعے عمل میں لایا گیا تھا۔ اس میٹریل سے بنائی گئی برق کی روک تھام کو ویلیو ٹائپ برق کی روک تھام کہا جاتا ہے، کیونکہ یہ الیکٹرکل ویلیوز کی طرح کام کرتی ہیں۔

یہ ضروری ہے کہ یہ "ویلیو" ایک الیکٹرکل کمپوننٹ ہے، نہ کہ ایک مکینکل ویلیو جیسے ٹیپ یا پائپ کا ویلیو۔ مکینکل ویلیوز برق کی تیزی کو روکنے کے لیے بہت سست ہوتے ہیں، جو مائیکرو سیکنڈ میں لگتے ہیں۔ بلکہ ایک الیکٹرکل "ویلیو" کی ضرورت ہوتی ہے جو ایک غیر لکیری ریزسٹر سے بنایا گیا ہو۔ سلیکون کاربائیڈ ہائی ولٹیج کے کارکردگی کے لیے پہلا غیر لکیری ریزسٹر میٹریل تھا جس کا دریافت ہوا تھا۔

ٹیکنالوجی کی ترقی مستمر ہوتی ہے۔ بعد میں برق کی روک تھام کے لیے دوسرا غیر لکیری ریزسٹر میٹریل دریافت ہوا: زنک آکسائڈ (ZnO)۔ یہ سلیکون کاربائیڈ کی طرح کام کرتا ہے لیکن بہتر "ویلیو" کے خصوصیات کا مظاہرہ کرتا ہے - پیشہ ورانہ طور پر بہتر غیر لکیری کہا جاتا ہے۔

غیر لکیری کیا ہے؟ مثالی طور پر، یہ مخالف کام کرنا ہے: جب بڑا ہونا چاہئے تو چھوٹا ہو، اور جب چھوٹا ہونا چاہئے تو بڑا ہو - لکیری کمپوننٹس کی طرح جو تناسب سے بڑھتے ہیں۔

برق کی روک تھام میں، غیر لکیری کی شکل یہ ہے: جب کرنٹ زیادہ ہو (مثال کے طور پر برق کے دوران)، ریزسٹنس بہت کم ہو جاتا ہے، اور جتنی کم ریزسٹنس ہوگی، اتنا ہی بہتر غیر لکیری ہوگا۔ جب کرنٹ کم ہو (جب برق کا دوران گزر چلا گیا ہو اور سسٹم معمولی کارکردگی کے ولٹیج پر واپس آ گیا ہو)، ریزسٹنس بہت زیادہ ہو جاتا ہے، اور جتنی زیادہ ریزسٹنس ہوگی، اتنا ہی بہتر غیر لکیری ہوگا۔

سلیکون کاربائیڈ غیر لکیری کا مظاہرہ کرتا ہے، لیکن یہ مثالی نہیں ہے۔ معمولی کارکردگی کے ولٹیج پر، اس کی ریزسٹنس کافی زیادہ نہیں ہوتی، جس کی وجہ سے چھوٹا لوکیج کرنٹ برق کی روک تھام کے ذریعے بہتی رہتا ہے - جیسے ایک ویلیو جو کامل طور پر بند نہیں ہوتا، جس کی وجہ سے مستقل طور پر "ٹرکل" کرنٹ بہتی رہتی ہے۔

یہ میٹریل کی ذاتی خصوصیت ہے، اور میٹریل کی ترقی کے ذریعے اس لوکیج کو ختم کرنے کی کوششوں کا نتیجہ عموماً ناکام رہا ہے۔ اس لیے، جب سلیکون کاربائیڈ کو برق کی روک تھام میں استعمال کیا جاتا ہے، تو ساختی حل استعمال کیے جاتے ہیں: برق کی روک تھام کو پہلے لائن سے الگ کر دیا جاتا ہے اور صرف سرگرم کرنٹ کے دوران جڑا دیا جاتا ہے۔ اس کام کو ایک سیریز ایئر گیپ کے ذریعے کیا جاتا ہے۔ اس لیے، ویلیو ٹائپ برق کی روک تھام کو ہمیشہ ایک گیپ کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس کے مقابلے میں، زنک آکسائڈ ویلیوز معمولی کارکردگی کے ولٹیج پر "کامل طور پر بند" ہوتے ہیں، لہذا ان کو سیریز گیپ کی ضرورت نہیں ہوتی۔

زنک آکسائڈ کی تیاری کی ٹیکنالوجی کی ترقی کے ساتھ، ابتدائی محدودیتوں کو "بند کرنے" کی صلاحیت میں دفع کیا گیا ہے۔ لیکن، گیپ ڈیزائن کی تاریخی عامیت کی وجہ سے، کچھ زنک آکسائڈ برق کی روک تھام اب بھی گیپ کو شامل کرتی ہیں۔ بالکل صحیح، گیپ لیس زنک آکسائڈ برق کی روک تھام کی اکثریت ہے۔

زینک آکسائڈ ایک میٹل آکسائڈ ہے، اس لیے ان برق کی روک تھام کو میٹل آکسائڈ برق کی روک تھام (MOSA) کے نام سے بھی جانا جاتا ہے۔

پاور سسٹم میں برق کی روک تھام

برق کی روک تھام ڈیوائس کے منظر سے، تین اہم قسمیں ہیں: برق کی نوک (ایئر ٹرمینلز)، اوورہیڈ زمین کی تاریں (شیلڈ وائرز)، اور برق کی روک تھام۔ پہلی دو کی ساخت بہت سادہ ہوتی ہے - بنیادی طور پر صرف نوکیں اور تاریں - جبکہ آخری زیادہ پیچیدہ ہوتی ہے کیونکہ یہ غیر لکیری ریزسٹرز پر منحصر ہوتی ہے جو "ذہین سوچ" کی طرح کام کرتے ہیں۔

برق کی روک تھام کے منظر سے، یہ تین قسمیں میں تقسیم کی جاسکتی ہیں: اوورہیڈ ٹرانسمیشن لائن کی روک تھام، سب سٹیشن کی روک تھام، اور موتر کی روک تھام۔

اوورہیڈ لائنیں وسیع علاقوں پر پھیلی ہوتی ہیں، کھلے علاقوں میں محفوظ ہوتی ہیں۔ زمینی زندگی اور ایکوسسٹم کے اثر کو کم کرنے کے لیے، انہیں ایک بڑی اونچائی پر اٹھایا جاتا ہے۔ ایک کہاوت ہے، "سب سے لمبا درخت سب سے زیادہ ہوا کا شکار ہوتا ہے"، جس کی وجہ سے وہ برق کے لیے ایک اہم نشانہ بن جاتی ہیں۔ اعدادوشمار ظاہر کرتے ہیں کہ بجلی کے گرڈ کی کئی فیلڈ کی وجوہات میں سے ایک لائن پر برق کا آغاز ہے۔ اس لیے، اوورہیڈ لائن کی روک تھام کی ضرورت ہوتی ہے۔ لیکن، ان کی لمبائی کی وجہ سے، مطلقاً روک تھام کرنا ناممکن ہے اور اس کی قیمت بہت زیادہ ہوتی ہے۔ اس لیے، لائن کی روک تھام نسبتاً ہوتی ہے: کچھ برق کو لائن پر آنے کی اجازت دی جاتی ہے اور فلاشر کو پیدا کرنا۔ یہ روک تھام بنیادی طور پر اوورہیڈ زمین کی تاریں کے ذریعے حاصل کی جاتی ہے۔

اس کے مقابلے میں، سب سٹیشن بہت زیادہ اہم ہوتے ہیں۔ وہ بجلی کے نظام کے مرکزی نقطے ہوتے ہیں، جہاں تجهیزات اور کارکنوں کا تركز ہوتا ہے۔ اس لیے، ان کی برق کی روک تھام کی ضرورت بہت زیادہ ہوتی ہے۔

برق سب سٹیشن تک دو اہم راستوں سے پہنچ سکتا ہے: مستقیم چوٹ، جس کو برق کی نوک (یا بعض اوقات شیلڈ وائر) کے ذریعے میٹھا جاتا ہے؛ اور ٹرانسمیشن لائن پر برق کی چوٹ کے نتیجے میں پھیلنے والے سرگرم کرنٹ، جن کو بنیادی طور پر برق کی روک تھام کے ذریعے سنبھالا جاتا ہے۔

موٹروں (جن میں جنریٹرز، سنکرون کنڈینسرز، فریکوئنسی چینجرز، اور الیکٹرک موٹروں کو شامل کیا جاتا ہے) کی برق کی روک تھام سب سٹیشن کی روک تھام کی طرح اہم ہوتی ہے۔ جنریٹرز بجلی کے نظام کا "دل" ہوتے ہیں، اور بڑے موٹروں کی صنعتی کارکردگی کے لیے بہت اہم ہوتے ہیں۔ ان کی تکنیکوں کو برق کی چوٹ سے نقصان ہونے کی وجہ سے بہت نقصان ہوتا ہے۔ لیکن، موٹروں کی روک تھام سب سٹیشن کی روک تھام سے زیادہ چیلنجنگ ہوتی ہے۔ موٹروں کو گردش کرنے والا مکین ہوتا ہے، اس لیے ان کی انسلیشن کو بہت موٹا نہیں کیا جا سکتا اور یہ محفوظ ہونا چاہئے (ٹرانسفرمرز میں استعمال ہونے والی مائع انسلیشن کی طرح نہیں)۔ محفوظ انسلیشن پرانی ہونے کی صلاحیت رکھتی ہے، جس کی وجہ سے صرف برق کی روک تھام کے ذریعے بنیادی روک تھام کی ضرورت ہوتی ہے بلکہ اضافی معاون حفاظتی اقدامات کی بھی ضرورت ہوتی ہے۔

کمپوزیٹ ہاؤسنگ زنک آکسائڈ برق کی روک تھام

برق کی روک تھام ایک الیکٹرکل ڈیوائس ہے جس میں دو الیکٹروڈ ہوتے ہیں - ایک عام طور پر زمین سے جڑا ہوتا ہے اور دوسرا ہائی ولٹیج سے جڑا ہوتا ہے - جن کے درمیان ایک انسلیٹنگ میٹریل ہوتا ہے، جسے پیشہ ورانہ طور پر ایک انسلیٹر کہا جاتا ہے۔

کیونکہ زیادہ تر بجلی کے نظام کی تکنیکیں ماحول سے مستقیم رابطے میں ہوتی ہیں، انسلیٹنگ سرفنچس ماحول سے مستقیم رابطے میں ہوتی ہیں۔ یہ انسلیشن کا حصہ کے طور پر کہا جاتا ہے یا آؤٹ ڈور انسلیشن۔

آؤٹ ڈور انسلیشن کو ماحول کے مختلف حالات کا سامنا کرنا پڑتا ہے جیسے سورج کی روشنی، بارش، ہوا، برف، کھلی، اور کھلی۔ اس لیے، کوالیفائیڈ آؤٹ ڈور انسلیشن میٹریل کو صرف الیکٹرکل اور میکینکل خصوصیات کے ساتھ بلکہ بہتر ماحولیاتی مقاومت اور 40-50 سال کی عمر کی ضرورت ہوتی ہے۔ موجودہ طور پر، پورسلین کو مہندسی میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والا آؤٹ ڈور انسلیشن میٹریل ہے، جبکہ تمپرڈ گلاس کو لائن کے استعمال میں استعمال کیا جاتا ہے۔

پورسلین اور گلاس کے میٹریل بے ارگانک ہوتے ہیں۔ ان کی بہترین الیکٹرکل اور میکینکل کارکردگی کے علاوہ، ان کا اہم فائدہ ماحولیاتی ثباتیت ہے - ماحولیاتی حالات کے لیے بہترین مقاومت - جس کی وجہ سے ان کو نقریباً ایک صدی سے بجلی کے نظام کے بیرونی انسلیشن کے لیے ڈومینیٹ کیا گیا ہے۔

لیکن ان کا ایک مشترکہ کمزوری یہ ہے کہ ان کے سطحوں کو ہائیڈروفیلک ہوتے ہیں۔ یہ انسلیٹر کے سطح پر آلودگی کی لیئرز کو نمی کو جذب کرنے کی اجازت دیتے ہیں۔ جب آلودگی نمی کے ساتھ مل جاتی ہے، تو یہ کرنٹ کو بہنے کی اجازت دیتی ہے، جس کی وجہ سے معمولی کارکردگی کے ولٹیج پر انسلیٹر کے سطح پر فلاشر کا باعث بناتی ہے۔ یہ عام طور پر آلودگی کے فلاشر کے نام سے جانا جاتا ہے، مخصوص طور پر، آلودگی کے ساتھ نمی کے ساتھ انسلیٹر کے سطح پر کرنٹ کا بہاؤ۔

ہالکے سالوں میں، سلیکون ریبار کو دنیا بھر میں روایتی میٹریل کی جگہ لینے کے لیے وسیع پیمانے پر استعمال کیا گیا ہے۔ سلیکون ریبار ایک آرگانک میٹریل ہے جس کو مضبوط ہائیڈروفوبک خصوصیات ہوتی ہیں، جس کی وجہ سے آؤٹ ڈور انسلیشن کے فلاشر ولٹیج کو بہت بڑھا دیا گیا ہے۔

آرگانک میٹریل سے بنائے گئے انسلیٹر کو عام طور پر پولیمر انسلیٹر (کیونکہ آرگانک میٹریل پولیمر ہوتے ہیں)، نان کیرامک انسلیٹر، کمپوزیٹ انسلیٹر (کیونکہ بیرونی انسلیشن مصنوعی ہوتا ہے)، یا بیرون ملک پلاسٹک انسلیٹر کہا جاتا ہے۔

چین میں، ان کو پہلے کمپوزیٹ انسلیٹر یا سلیکون ریبار انسلیٹر کہا جاتا تھا۔ اب ان کو یکساں طور پر آرگانک کمپوزیٹ انسلیٹر (کیونکہ آرگانک میٹریل کمپوزیٹ ہوتے ہیں، اور ان انسلیٹروں کو عام طور پر سلیکون ریبار اور ایپوکسی ریزین گلاس فائبر راڈ کے کمپوزیٹ سے بنایا جاتا ہے) کہا جاتا ہے، عام طور پر کمپوزیٹ انسلیٹر کہا جاتا ہے۔

لہذا، کمپوزیٹ ہاؤسنگ زنک آکسائڈ برق کی روک تھام کو ایک آرگانک میٹریل - خصوصی طور پر سلیکون ریبار - کو زنک آکسائڈ برق کی روک تھام کے لیے بیرونی انسلیشن کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔