আর্ক কী? | সার্কিট ব্রেকারে আর্ক

আমরা আর্ক নির্মূল বা আর্ক বিলোপ প্রযুক্তি সম্পর্কে বিস্তারিত জানার আগে, আমাদের প্রথমে জানতে হবে আসলে আর্ক কি।

আর্ক কি?

সার্কিট ব্রেকারের সংলগ্ন কন্টাক্টগুলি খোলার সময়, খোলা কন্টাক্টগুলির মধ্যে মাধ্যম উচ্চভাবে আয়নিত হয়, যার ফলে বিচ্ছিন্ন করা বিদ্যুৎ প্রবাহ একটি কম প্রতিরোধ পথ পায় এবং কন্টাক্টগুলি শারীরিকভাবে পৃথক থাকলেও এই পথে প্রবাহ চলতে থাকে। এক কন্টাক্ট থেকে অন্য কন্টাক্টে প্রবাহ চলার সময় পথটি এতটাই গরম হয় যে এটি উজ্জ্বল হয়ে ওঠে। এটিই হল আর্ক।

সার্কিট ব্রেকারে আর্ক

যখনই সার্কিট ব্রেকারের লোড বহনকারী কন্টাক্টগুলি খোলা হয়, তখন সার্কিট ব্রেকারের মধ্যে আর্ক প্রতিষ্ঠিত হয়, যা পৃথক কন্টাক্টগুলির মধ্যে থাকে।

এই আর্ক কন্টাক্টগুলির মধ্যে স্থায়ী থাকা পর্যন্ত সার্কিট ব্রেকারের মধ্যে প্রবাহ বিচ্ছিন্ন হবে না, কারণ আর্ক নিজেই বিদ্যুতের পরিবহনের একটি পরিবাহী পথ। প্রবাহ বিচ্ছিন্ন করার জন্য সার্কিট ব্রেকারে আর্ক দ্রুত নির্মূল করা প্রয়োজন। একটি সার্কিট ব্রেকারের প্রধান ডিজাইন মানদণ্ড হল সার্কিট ব্রেকারে আর্ক নির্মূল এর উপযুক্ত প্রযুক্তি প্রদান করা, যা দ্রুত এবং নিরাপদ প্রবাহ বিচ্ছিন্ন করার জন্য প্রয়োজন। তাই আমরা সার্কিট ব্রেকারে ব্যবহৃত ভিন্ন ভিন্ন আর্ক নির্মূল প্রযুক্তি সম্পর্কে আলোচনা করার আগে, আমাদের আর্ক এবং সার্কিট ব্রেকারে আর্কের মৌলিক তত্ত্ব বুঝতে হবে, আসুন আলোচনা করি।

গ্যাসের তাপীয় আয়নীকরণ

কক্ষতাপে গ্যাসে অতিরঙ্গ রশ্মি, বিশ্বকেন্দ্রীয় রশ্মি এবং পৃথিবীর বিকিরণের কারণে কিছু মুক্ত ইলেকট্রন এবং আয়ন থাকে। এই মুক্ত ইলেকট্রন এবং আয়নগুলি এতটাই কম যে তারা বিদ্যুত পরিবহন সমর্থন করতে পর্যাপ্ত নয়। কক্ষতাপে গ্যাসের অণুগুলি দৈবক্রমে চলাচল করে। 300oK (কক্ষতাপ) তাপমাত্রায় একটি বায়ু অণু প্রায় 500 মিটার/সেকেন্ড দৈবক্রমে চলাচল করে এবং প্রতি সেকেন্ডে 1010 বার অন্য অণুগুলির সাথে ধাক্কা খায়।

এই দৈবক্রমে চলাচল করা অণুগুলি প্রায়শই একে অপরের সাথে ধাক্কা খায়, কিন্তু অণুগুলির গতিশক্তি পর্যাপ্ত নয় যাতে অণুর পরমাণু থেকে ইলেকট্রন বের করা যায়। যদি তাপমাত্রা বাড়ানো হয়, তাহলে বায়ু গরম হবে এবং ফলে অণুগুলির গতি বাড়বে। উচ্চ গতি মানে অণুগুলির মধ্যে ধাক্কার সময় উচ্চ প্রভাব। এই অবস্থায় কিছু অণু পরমাণুতে বিঘटিত হয়। যদি বায়ুর তাপমাত্রা আরও বাড়ানো হয়, তাহলে অনেক পরমাণু তাদের ভ্যালেন্স ইলেকট্রন হারায় এবং গ্যাস আয়নিত হয়। তখন এই আয়নিত গ্যাস পর্যাপ্ত মুক্ত ইলেকট্রনের কারণে বিদ্যুত পরিবহন করতে পারে। এই অবস্থাকে প্লাজমা বলা হয়। এই ঘটনাকে গ্যাসের তাপীয় আয়নীকরণ বলা হয়।

ইলেকট্রন ধাক্কার কারণে আয়নীকরণ

আমরা আলোচনা করেছি যে বায়ু বা গ্যাসে সবসময় কিছু মুক্ত ইলেকট্রন এবং আয়ন থাকে, কিন্তু তারা বিদ্যুত পরিবহন করতে পর্যাপ্ত নয়। যখন এই মুক্ত ইলেকট্রনগুলি একটি শক্ত বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র পার হয়, তখন তারা ক্ষেত্রের উচ্চ বিভব বিন্দুগুলির দিকে পরিচালিত হয় এবং পর্যাপ্ত উচ্চ গতি অর্জন করে। অন্য কথায়, ইলেকট্রনগুলি উচ্চ বিভব ঢালের কারণে বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের দিকে ত্বরান্বিত হয়। তাদের যাত্রার সময় এই ইলেকট্রনগুলি বায়ু বা গ্যাসের অন্যান্য পরমাণু এবং অণুগুলির সাথে ধাক্কা খায় এবং তাদের কক্ষপথ থেকে ভ্যালেন্স ইলেকট্রন বের করে নেয়।

মূল পরমাণু থেকে বের হয়ে এসে এই ইলেকট্রনগুলি একই বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের দিকে পরিচালিত হবে বিভব ঢালের কারণে। এই ইলেকট্রনগুলি অন্যান্য পরমাণুর সাথে ধাক্কা খেয়ে আরও মুক্ত ইলেকট্রন তৈরি করবে, যারা একই বৈদ্যুতিক ক্ষেত্র দিকে পরিচালিত হবে। এই সম্মিলিত কার্যের ফলে গ্যাসের মধ্যে মুক্ত ইলেকট্রনের সংখ্যা এতটাই বেড়ে যাবে যে গ্যাস বিদ্যুত পরিবহন করতে শুরু করবে। এই ঘটনাকে গ্যাসের আয়নীকরণ বলা হয়, যা ইলেকট্রন ধাক্কার কারণে ঘটে।

গ্যাসের দেআয়নীকরণ

যদি একটি আয়নিত গ্যাস থেকে গ্যাসের আয়নীকরণ এর সমস্ত কারণ অপসারণ করা হয়, তাহলে এটি দ্রুত তার নিরপেক্ষ অবস্থায় ফিরে আসে ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক চার্জের পুনর্মিলনের মাধ্যমে। ধনাত্মক এবং ঋণাত্মক চার্জের পুনর্মিলনের প্রক্রিয়াকে দেআয়নীকরণ প্রক্রিয়া বলা হয়। দেআয়নীকরণের মাধ্যমে বিস্তারের ফলে ঋণাত্মক আয়ন বা ইলেকট্রন এবং ধনাত্মক আয়ন সংকেন্দ্রণ গ্রেডিয়েন্টের প্রভাবে দেয়ালগুলির দিকে যায় এবং পুনর্মিলনের প্রক্রিয়া সম্পন্ন হয়।

সার্কিট ব্রেকারে আর্কের ভূমিকা

যখন দুটি প্রবাহ কন্টাক্ট খোলা হয়, তখন আর্ক কন্টাক্ট গ্যাপ পরিবেশ করে, যার মাধ্যমে প্রবাহ একটি কম প্রতিরোধ পথ পায়, ফলে প্রবাহের কোন হঠাৎ বিচ্ছিন্নতা হবে না। কন্টাক্টগুলি খোলার সময় প্রবাহে কোন হঠাৎ এবং অকারণ পরিবর্তন না থাকায়, সিস্টেমে কোন অস্বাভাবিক সুইচিং ওভার ভোল্টেজ হবে না। যদি i হল কন্টাক্টগুলি খোলার আগে প্রবাহের মাত্রা, L হল সিস্টেমের ইনডাক্টেন্স, কন্টাক্টগুলি খোলার সময় সুইচিং ওভার ভোল্টেজ V = L.(di/dt) দ্বারা প্রকাশ করা যেতে পারে, যেখানে di/dt হল সময়ের সাপেক্ষে প্রবাহের পরিবর্তনের হার। বিকল্প প্রবাহের ক্ষেত্রে, আর্ক প্রতিটি প্রবাহ শূন্যে স্থায়ীভাবে বিলুপ্ত হয়। প্রতিটি প্রবাহ শূন্য অতিক্রম করার পর, পরবর্তী প্রবাহ চক্রের সময় পৃথক কন্টাক্টগুলির মধ্যে মাধ্যম আবার আয়নিত হয় এবং সার্কিট ব্রেকারে আর্ক পুনর্প্রতিষ্ঠিত হয়। বিচ্ছিন্নতা সম্পূর্ণ এবং সফল করার জন্য, প্রবাহ শূন্যের পর পৃথক কন্টাক্টগুলির মধ্যে এই পুনর্আয়ন প্রতিরোধ করা প্রয়োজন।

যদি সার্কিট ব্রেকার খোলার সময় প্রবাহ বহনকারী কন্টাক্টগুলির মধ্যে আর্ক না থাকে, তাহলে প্রবাহের হঠাৎ এবং অকারণ বিচ্ছিন্নতা হবে, যা সিস্টেমের পরিবাহীকে গুরুত