जनरेटर सर्किट ब्रेकर विभिन्न प्रकार के विद्युत उत्पादन संयंत्रों में उपयुक्त होते हैं, जिसमें फोसिल-फायर्ड, परमाणु, गैस टरबाइन, संयुक्त-चक्र, हाइड्रो, और पंप स्टोरेज विद्युत संयंत्र शामिल हैं। ये उन मौजूदा विद्युत संयंत्रों के अपग्रेड करने के लिए भी आदर्श हैं जिनमें जनरेटर सर्किट ब्रेकर की कमी हो।
पहले, जनरेटर सर्किट ब्रेकर ऐसे बहु-इकाई स्टेशनों में आमतौर पर इस्तेमाल किए जाते थे जहाँ कई छोटे जनरेटर एक साझा बस से जुड़े होते थे। हालांकि, जनरेटर के आकार में तेजी से वृद्धि और सिस्टम फ़ॉल्ट करंट स्तरों के बढ़ने के साथ, इस प्रकार की स्विचगियर की अवरोधन क्षमता जल्द ही पार हो गई। बाद में, इकाई अवधारणा को अपनाया गया, जहाँ प्रत्येक जनरेटर को एक स्वतंत्र भाप आपूर्ति और ऑक्सिलियरी सिस्टम के साथ एक स्टेप-अप ट्रांसफॉर्मर और हाई-साइड ब्रेकर से सीधे जोड़ा गया था।
इकाई कनेक्शन की तुलना में, जनरेटर सर्किट ब्रेकर का उपयोग जनरेटर को उनके टर्मिनल वोल्टेज पर स्विच करने के लिए कई लाभ प्रदान करता है:
सरलीकृत संचालन: यह संचालन प्रक्रियाओं को सरल बनाता है, जनरेटर-संबंधी स्विचिंग कार्यों के दौरान मानवी त्रुटि की संभावना और जटिलता को कम करता है।
उन्नत सुरक्षा: यह जनरेटर, मुख्य और इकाई ट्रांसफॉर्मर के लिए सुरक्षा प्रदान करता है, इन महत्वपूर्ण घटकों को विद्युत फ़ॉल्ट और विद्युत चालक से सुरक्षित रखता है।
वृद्धि योग्यता: यह विद्युत उत्पादन सिस्टम 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 कम रखरखाव की लागत और लंबे समय के संचालन की दक्षता में सुधार।
विद्युत संयंत्रों के विद्युत लेआउट के लिए मुख्य आवश्यकताओं को निम्नलिखित रूप से सारांशित किया जा सकता है:
कुशल विद्युत ऊर्जा स्थानांतरण: जनरेटर से उत्पन्न विद्युत ऊर्जा को उच्च-वोल्टेज (HV) प्रसारण सिस्टम में स्थानांतरित करें, संचालन की आवश्यकताओं, उपलब्धता, योग्यता और आर्थिक व्यवहार्यता से संबंधित कारकों को ध्यान में रखते हुए।
सुरक्षित ऑक्सिलियरी विद्युत आपूर्ति: ऑक्सिलियरी और स्टेशन सेवा सिस्टम के लिए विद्युत आपूर्ति की सुरक्षा को सुनिश्चित करें, जो विद्युत संयंत्र के सुरक्षित और योग्य संचालन के लिए महत्वपूर्ण है।
आकृति 1 विद्युत संयंत्र के लेआउट के उदाहरणों को दर्शाता है जो जनरेटर सर्किट ब्रेकर का उपयोग करके जनरेटर को मुख्य ट्रांसफॉर्मर से जोड़ते हैं, यह दर्शाता है कि ये ब्रेकर विद्युत संयंत्र के विद्युत लेआउट में कैसे एकीकृत होते हैं।
जनरेटर सर्किट ब्रेकर विद्युत सिस्टमों में महत्वपूर्ण और बहुमुखी भूमिका निभाते हैं, विभिन्न आवश्यक संचालन कार्यों को पूरा करते हैं:
HV सिस्टम के साथ सिंक्रोनाइजेशन: वे जनरेटर को उच्च वोल्टेज (HV) स्तर पर सिस्टम वोल्टेज के साथ सिंक्रोनाइज़ करने के लिए जिम्मेदार होते हैं। यह जनरेटर के आउटपुट और ग्रिड के बीच एक निरंतर कनेक्शन को सुनिश्चित करता है, विद्युत ऊर्जा के दक्ष स्थानांतरण को सुविधाजनक बनाता है।
HV सिस्टम से अलगाव: वे जनरेटर को HV सिस्टम से अलग करने की सुविधा प्रदान करते हैं, जो खाली या हल्के लोड वाले जनरेटर को बंद करने में विशेष रूप से उपयोगी होता है। यह संचालन विद्युत ग्रिड की स्थिरता और सुरक्षा को बनाए रखने में मदद करता है।
लोड करंट अवरोधन: ये ब्रेकर लोड करंट को अवरोधित करने में सक्षम होते हैं, जनरेटर की पूर्ण लोड करंट को संभालने की क्षमता के साथ। यह कार्य विद्युत संयंत्र के नॉर्मल संचालन और लोड प्रबंधन के लिए महत्वपूर्ण है।
सिस्टम-फेड शॉर्ट-सर्किट अवरोधन: वे सिस्टम-फेड शॉर्ट-सर्किट को अवरोधित कर सकते हैं, जनरेटर और अन्य घटकों को सिस्टम में दोष से उत्पन्न अतिरिक्त करंट प्रवाह के क्षतिकारक प्रभावों से सुरक्षित रखते हैं।
जनरेटर-फेड शॉर्ट-सर्किट अवरोधन: इसी तरह, वे जनरेटर-फेड शॉर्ट-सर्किट को अवरोधित करने के लिए डिज़ाइन किए गए होते हैं, जनरेटर को आंतरिक दोषों से सुरक्षित रखते हुए और इसके सुरक्षित संचालन को सुनिश्चित करते हैं।
फेज असंगत अवस्था में करंट अवरोधन: जनरेटर सर्किट ब्रेकर फेज असंगत स्थितियों में करंट को अवरोधित कर सकते हैं, 180° तक फेज असंगत कोण को संभालने की क्षमता के साथ। यह विशेषता असामान्य संचालन स्थितियों के दौरान सिस्टम की स्थिरता को बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है।
पंप स्टोरेज विद्युत संयंत्रों में सिंक्रोनाइजेशन (मोटर मोड): पंप स्टोरेज विद्युत संयंत्रों में, जब जनरेटर-मोटर को मोटर मोड में शुरू किया जाता है, तो सर्किट ब्रेकर का उपयोग यंत्र को HV सिस्टम के साथ सिंक्रोनाइज़ करने के लिए किया जाता है। विभिन्न सिंक्रोनाइजेशन विधियाँ उपलब्ध हैं, जैसे कि स्टैटिक फ्रिक्वेंसी कनवर्टर (SFC) शुरुआत या बैक-टू-बैक शुरुआत।
पंप स्टोरेज विद्युत संयंत्रों में शुरुआती करंट संभाल (मोटर मोड): जब जनरेटर-मोटर को पंप स्टोरेज विद्युत संयंत्रों में एसिंक्रोनस शुरुआत के साथ मोटर मोड में शुरू किया जाता है, तो सर्किट ब्रेकर शुरुआती करंट पर बंद होता है और इसे अवरोधित करता है, एक नियंत्रित और नियमित शुरुआती प्रक्रिया को सुनिश्चित करता है।
निम्न-आवृत्ति शॉर्ट-सर्किट करंट अवरोधन: गैस टरबाइन, संयुक्त-चक्र, और पंप स्टोरेज विद्युत संयंत्रों में, शुरुआती आपूर्ति के आधार पर, सर्किट ब्रेकर 50/60 Hz से नीचे की आवृत्ति पर जनरेटर-फेड शॉर्ट-सर्किट करंट को अवरोधित कर सकते हैं, इन विद्युत उत्पादन सिस्टमों की विशिष्ट आवश्यकताओं के अनुसार अनुकूलित होते हैं।
पंप स्टोरेज विद्युत संयंत्रों में विभिन्न सिंक्रोनाइजेशन दृष्टिकोण हैं।
स्टैटिक फ्रिक्वेंसी कनवर्टर (SFC) शुरुआत योजना: यह योजना मुख्य रूप से एक थाय्रिस्टर कनवर्टर से गठित होती है जो एक इकाई ट्रांसफॉर्मर के HV तरफ से जुड़ा होता है और एक इनवर्टर जो जनरेटर से जुड़ा होता है। इनवर्टर जनरेटर का संचालन कम शक्ति आवृत्ति से शुरू करता है और इसे धीरे-धीरे रेटेड शक्ति आवृत्ति 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 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 शुरुआत योजना: एक विद्युत संयंत्र में जहाँ अनेक जनरेटर होते हैं, बैक-टू-बैक शुरुआत योजना का उपयोग किया जा सकता है। नामित स्थितियों में संचालन करने वाले एक जनरेटर द्वारा उत्पन्न शक्ति का उपयोग एक रोके हुए जनरेटर को रेटेड शक्ति आवृत्ति तक शुरू करने के लिए किया जाता है। फिर, 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, जिनमें प्रत्येक इकाई के बीच 30 मिनट का अंतराल होता है। ड्यूटी साइकल "CO – 30 मिनट – CO" के रूप में प्रदर्शित किया जाता है, जिसका अर्थ है दो पूर्ण शॉर्ट सर्किट अवरोधन, जिनमें प्रत्येक शॉर्ट सर्किट बंद करने की घटना के बीच 30 मिनट का अंतराल होता है।यह डिजाइन विशेष रूप से विद्युत संयंत्रों और जनरेटरों की सुरक्षा के लिए डिजाइन किया गया है। एक पूर्ण शॉर्ट सर्किट के दौरान दो लगातार बंद-खुला संचालन करना जनरेटर और स्टेप-अप ट्रांसफॉर्मर को क्षति पहुंचा सकता है।
इस प्रकार के शॉर्ट सर्किट बहुत असंभावित हैं, और यह बहुत असंभावित है कि किसी संयंत्र प्रबंधक को एक पूर्ण शॉर्ट सर्किट घटना के बाद सिर्फ 30 मिनट में सर्किट फिर से बंद करने की कोशिश करने की जरूरत हो।
दो संचालनों के बीच 30 मिनट का अंतराल सर्किट ब्रेकर की प्रारंभिक स्थितियों को बहाल करने और इसके घटकों के अत्यधिक गर्म होने से रोकने के लिए आवश्यक है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह समय अंतराल विशिष्ट संचालन के प्रकार और जनरेटर सर्किट ब्रेकर के विशेषताओं के आधार पर भिन्न हो सकता है।
