जनरेटर सर्किट ब्रेकर मुख्य रूप से विभिन्न प्रकार की विद्युत उत्पादन संयंत्रों के लिए उपयुक्त होते हैं, जिनमें फोसिल-फायर्ड, परमाणु, गैस टरबाइन, संयुक्त-चक्र, हाइड्रो, और पंप स्टोरेज विद्युत संयंत्र शामिल हैं। ये ऐसे मौजूदा विद्युत संयंत्रों के लिए भी आदर्श होते हैं जिनमें जनरेटर सर्किट ब्रेकर की कमी हो।
पहले, जनरेटर सर्किट ब्रेकर अधिकाधिक इकाइयों वाले स्टेशनों में उपयोग किए जाते थे, जहाँ कई छोटे जनरेटर एक साझी बस से जुड़े होते थे। हालांकि, जनरेटरों के आकार के तेजी से बढ़ने और प्रणाली फाल्ट करंट स्तरों के बढ़ने के साथ, इस प्रकार की स्विचगियर की बाध्यात्मक क्षमता जल्द ही सीमित हो गई। इसके बाद, इकाई कॉन्सेप्ट को अपनाया गया, जहाँ प्रत्येक जनरेटर को एक स्वतंत्र भाप आपूर्ति और ऑक्सिलियरी सिस्टम से सीधे एक स्टेप-अप ट्रांसफार्मर और हाइ-साइड ब्रेकर(स) से जोड़ा गया।
इकाई कनेक्शन की तुलना में, जनरेटर सर्किट ब्रेकर का उपयोग जनरेटरों को उनके टर्मिनल वोल्टेज पर स्विच करने में कई लाभ प्रदान करता है:
सरलीकृत संचालन: यह संचालन प्रक्रियाओं को सरल बनाता है, जनरेटर-संबंधित स्विचिंग कार्यों के दौरान मानवी त्रुटि की संभावना को कम करता है।
विस्तारित सुरक्षा: यह जनरेटर, मुख्य और इकाई ट्रांसफार्मर के लिए सुधार शीर्षक प्रदान करता है, इन महत्वपूर्ण घटकों को विद्युत फाल्ट और अचानक बढ़ने वाले विद्युत धारा से सुरक्षित रखता है।
वृद्धि विश्वसनीयता: यह विद्युत उत्पादन प्रणाली की सुरक्षा को बढ़ाता है और विद्युत संयंत्र की कुल उपलब्धता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है, डाउनटाइम को कम करता है और विद्युत उत्पादन को अधिकतम करता है।
आर्थिक लाभ: यह आर्थिक लाभ भी लाता है, जैसे कि रखरखाव की लागत कम करना और लंबे समय की संचालन दक्षता में सुधार करना।
विद्युत संयंत्रों के विद्युत लेआउट के लिए महत्वपूर्ण आवश्यकताएँ निम्नलिखित हैं:
कुशल विद्युत ऊर्जा हस्तांतरण: जनरेटर से उत्पन्न विद्युत ऊर्जा को उच्च-वोल्टेज (HV) ट्रांसमिशन प्रणाली में हस्तांतरित करना, संचालन की आवश्यकताओं, उपलब्धता, विश्वसनीयता और आर्थिक व्यावहारिकता से संबंधित कारकों को ध्यान में रखते हुए।
विश्वसनीय ऑक्सिलियरी विद्युत आपूर्ति: ऑक्सिलियरी और स्टेशन सेवा प्रणालियों के लिए विद्युत आपूर्ति को सुनिश्चित करना, जो सुरक्षित और विश्वसनीय विद्युत संयंत्र के संचालन के लिए आवश्यक है।
आकृति 1 जनरेटर सर्किट ब्रेकर का उपयोग करके जनरेटर को मुख्य ट्रांसफार्मर से जोड़ने वाले विद्युत संयंत्रों के लेआउट के उदाहरण दिखाती है, जो इन ब्रेकरों को विद्युत संयंत्र के विद्युत लेआउट में कैसे एकीकृत किया जाता है, इसका प्रदर्शन करती है।
जनरेटर सर्किट ब्रेकर विद्युत प्रणालियों में महत्वपूर्ण और बहुमुखी भूमिका निभाते हैं, विभिन्न आवश्यक संचालन कार्यों को पूरा करते हैं:
HV प्रणाली के साथ सिंक्रोनाइज़ेशन: वे जनरेटर को उच्च वोल्टेज (HV) स्तर पर प्रणाली वोल्टेज के साथ सिंक्रोनाइज़ करने के लिए जिम्मेदार होते हैं। यह जनरेटर के आउटपुट और ग्रिड के बीच एक सुचारु कनेक्शन सुनिश्चित करता है, विद्युत ऊर्जा के दक्ष ट्रांसफर को सुविधाजनक बनाता है।
HV प्रणाली से अलग करना: वे जनरेटरों को HV प्रणाली से अलग करने की सुविधा प्रदान करते हैं, जो खाली या हल्की लोड वाले जनरेटरों को बंद करने के दौरान विशेष उपयोगी होता है। यह संचालन विद्युत ग्रिड की स्थिरता और सुरक्षा को बनाए रखने में मदद करता है।
लोड धारा बाध्यात्मक: ये ब्रेकर लोड धाराओं को बाध्यात्मक करने में सक्षम होते हैं, जनरेटरों की पूर्ण लोड धारा तक का संभालन कर सकते हैं। यह कार्य विद्युत संयंत्र के सामान्य संचालन और लोड प्रबंधन के लिए महत्वपूर्ण है।
प्रणाली-फीड शॉर्ट-सर्किट बाध्यात्मक: वे प्रणाली-फीड शॉर्ट-सर्किट को बाध्यात्मक कर सकते हैं, जनरेटर और अन्य घटकों को प्रणाली में फाल्ट के कारण अत्यधिक धारा प्रवाह के संभावित नुकसान से सुरक्षित रखते हैं।
जनरेटर-फीड शॉर्ट-सर्किट बाध्यात्मक: इसी तरह, वे जनरेटर-फीड शॉर्ट-सर्किट को बाध्यात्मक करने के लिए डिज़ाइन किए गए होते हैं, जनरेटर को आंतरिक फाल्ट से सुरक्षित रखते हैं और इसके सुरक्षित संचालन को सुनिश्चित करते हैं।
फेज में असंगत धारा बाध्यात्मक: जनरेटर सर्किट ब्रेकर फेज में असंगत स्थितियों के दौरान धारा बाध्यात्मक कर सकते हैं, 180° तक के असंगत कोण को संभाल सकते हैं। यह विशेषता असामान्य संचालन स्थितियों के दौरान प्रणाली की स्थिरता को बनाए रखने में महत्वपूर्ण है।
पंप स्टोरेज विद्युत संयंत्रों में सिंक्रोनाइज़ेशन (मोटर मोड): पंप स्टोरेज विद्युत संयंत्रों में, जब जनरेटर-मोटर को मोटर मोड में शुरू किया जाता है, तो सर्किट ब्रेकर का उपयोग उपकरण को HV प्रणाली के साथ सिंक्रोनाइज़ करने के लिए किया जाता है। यहाँ विभिन्न सिंक्रोनाइज़ेशन विधियाँ उपलब्ध हैं, जैसे स्टैटिक फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर (SFC) शुरुआत या बैक-टू-बैक शुरुआत।
पंप स्टोरेज विद्युत संयंत्रों में शुरुआती धारा संभाल (मोटर मोड): जब पंप स्टोरेज विद्युत संयंत्रों में जनरेटर-मोटर को एसिंक्रोनस शुरुआत के साथ मोटर मोड में शुरू किया जाता है, तो सर्किट ब्रेकर शुरुआती धारा पर बंद करता है और इसे बाध्यात्मक करता है, एक चलनशील और नियंत्रित शुरुआती प्रक्रिया सुनिश्चित करता है।
निम्न फ्रीक्वेंसी शॉर्ट-सर्किट धारा बाध्यात्मक: गैस टरबाइन, संयुक्त-चक्र, और पंप स्टोरेज विद्युत संयंत्रों में, शुरुआती आपूर्ति के आधार पर, सर्किट ब्रेकर 50/60 Hz से नीचे की फ्रीक्वेंसी पर जनरेटर-फीड शॉर्ट-सर्किट धाराओं को बाध्यात्मक कर सकता है, इन विद्युत उत्पादन प्रणालियों की विशिष्ट आवश्यकताओं का अनुकूलन करता है।
पंप स्टोरेज विद्युत संयंत्रों में विभिन्न सिंक्रोनाइज़ेशन दृष्टिकोण हैं।
स्टैटिक फ्रीक्वेंसी कन्वर्टर (SFC) शुरुआती योजना: यह योजना मुख्य रूप से एक थायरिस्टर कन्वर्टर से गठित होती है, जो एक इकाई ट्रांसफार्मर के HV पक्ष से जुड़ा होता है और एक इनवर्टर जनरेटर से जुड़ा होता है। इनवर्टर जनरेटर का संचालन निम्न शक्ति फ्रीक्वेंसी से शुरू करता है और इसे धीरे-धीरे रेटेड शक्ति फ्रीक्वेंसी तक बढ़ाता है। जब जनरेटर शक्ति उत्पादन के लिए उत्तेजित होता है, तो इसके आउटपुट और नेटवर्क के बीच एक फेज कोण अंतर हो सकता है। जब जनरेटर और HV नेटवर्क के बीच फेज अंतर का न्यूनतम होता है, तो जनरेटर को या तो एक जनरेटर सर्किट ब्रेकर या एक HV सर्किट ब्रेकर का उपयोग करके HV नेटवर्क के साथ सिंक्रोनाइज़ किया जाता है।
बैक-टू-बैक शुरुआती योजना: एक विद्युत संयंत्र में जहाँ कई जनरेटर होते हैं, बैक-टू-बैक शुरुआती योजना का उपयोग किया जा सकता है। नामित स्थितियों में संचालित होने वाले एक जनरेटर द्वारा उत्पन्न शक्ति का उपयोग एक रोके गए जनरेटर को रेटेड शक्ति फ्रीक्वेंसी तक शुरू करने के लिए किया जाता है। इसके बाद, जनरेटर को या तो एक जनरेटर सर्किट ब्रेकर या एक HV सर्किट ब्रेकर का उपयोग करके HV नेटवर्क के साथ सिंक्रोनाइज़ किया जाता है।
IEC/IEEE 62271-37-13 मानक के अनुसार, एक जनरेटर सर्किट ब्रेकर का रेटेड शॉर्ट-सर्किट ड्यूटी साइकल दो इकाइयों के संचालन से गठित होता है, जिनके बीच 30 मिनट का अंतर होता है। ड्यूटी साइकल "CO – 30 मिनट – CO" के रूप में दर्शाया जाता है, जिसका अर्थ है दो पूर्ण शॉर्ट-सर्किट बाध्यात्मक, जिनके बीच 30 मिनट का अंतर होता है।यह डिज़ाइन विशेष रूप से विद्युत संयंत्रों और जनरेटरों की सुरक्षा के लिए बनाया गया है। एक पूर्ण शॉर्ट-सर्किट के दौरान दो क्रमागत बंद-खुलने के संचालन करना जनरेटर और स्टेप-अप ट्रांसफार्मर को नुकसान पहुंचा सकता है।
इस प्रकार के शॉर्ट-सर्किट बहुत असंभव हैं, और यह बहुत असंभव है कि किसी संयंत्र प्रबंधक 30 मिनट के बाद एक पूर्ण शॉर्ट-सर्किट घटना के बाद फिर से सर्किट बंद करने का प्रयास करे।
दो संचालनों के बीच 30 मिनट का अंतर सर्किट ब्रेकर की प्रारंभिक स्थितियों को बहाल करने और इसके घटकों को अत्यधिक गर्म होने से रोकने के लिए आवश्यक है। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि यह समय अंतर विशिष्ट प्रकार के संचालन और जनरेटर सर्किट ब्रेकर के विशेषताओं पर निर्भर कर सकता है।
