वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर: संचालन, फायदे और प्रकार

एक वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर में कम्प्रेस्ड हवा या गैस को आर्क-इंटरप्टिंग मीडियम के रूप में उपयोग किया जाता है। कम्प्रेस्ड हवा एक टैंक में संचित रहती है और जब आवश्यक होती है, तो इसे नोजल से छोड़ दिया जाता है ताकि एक उच्च-वेग जेट उत्पन्न हो सके। यह जेट तब आर्क को बुझाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है जब सर्किट ब्रेकर विद्युत धारा को अवरुद्ध करता है।

वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर आमतौर पर मध्य-उच्च वोल्टेज की श्रेणी में आंतरिक अनुप्रयोगों के लिए प्रयोग किए जाते हैं, जिनमें मध्यम रप्तुर क्षमता होती है। आमतौर पर, वे 15 किलोवोल्ट तक की वोल्टेज और 2500 MVA की रप्तुर क्षमता के लिए उपयुक्त होते हैं। इसके अलावा, वे अब 220 किलोवोल्ट लाइनों के लिए उच्च-वोल्टेज बाहरी स्विचयार्ड में भी उपयोग किए जाते हैं।

जबकि कार्बन डाइऑक्साइड, नाइट्रोजन, फ्रीऑन, या हाइड्रोजन जैसी विभिन्न गैसें आर्क-इंटरप्टिंग मीडियम के रूप में काम कर सकती हैं, कम्प्रेस्ड हवा गैस ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर के लिए पसंदीदा चुनाव बन गई है। इसके लिए कई दृढ़ कारण हैं:

• नाइट्रोजन: इसकी सर्किट-ब्रेकिंग क्षमता कम्प्रेस्ड हवा के समान है, जिससे प्रदर्शन के मामले में कोई महत्वपूर्ण फायदा नहीं होता।

• कार्बन डाइऑक्साइड: इसका एक प्रमुख दोष यह है कि इसके प्रवाह को नियंत्रित करना कठिन होता है। यह वाल्व और अन्य संकीर्ण पथों पर जम सकती है, जो सर्किट ब्रेकर के सही कार्यक्रम को विघटित कर सकता है।

• फ्रीऑन: यद्यपि यह उच्च डाइएलेक्ट्रिक शक्ति और उत्कृष्ट आर्क-बुझाने की क्षमता रखता है, लेकिन यह बहुत महंगा होता है। इसके अलावा, जब यह आर्क से अपघटित होता है, तो यह एसिड-बनाने वाले तत्वों में अपघटित हो जाता है, जो उपकरण और आसपास के वातावरण के लिए खतरा पैदा कर सकता है।

वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर कई वांछनीय विशेषताएं प्रदान करते हैं:

• उच्च-गति का संचालन: बड़े जुड़े हुए विद्युत नेटवर्कों में, प्रणाली की स्थिरता को बनाए रखना सर्वोपरि महत्व का है। वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर इस मामले में उत्कृष्ट हैं, क्योंकि ट्रिगरिंग आवेग के निर्गम और संपर्कों के अलग होने के बीच का समय अत्यंत कम होता है। यह तेज़ प्रतिक्रिया दोषों के विद्युत ग्रिड पर प्रभाव को कम करने में मदद करती है।

• आवर्ती संचालन के लिए उपयुक्त: तेल वाले सर्किट ब्रेकरों के विपरीत, जो बार-बार स्विचिंग से तेजी से कार्बनाइज हो सकते हैं और विघटित हो सकते हैं, वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर बार-बार संचालन को सहन कर सकते हैं। तेल की अनुपस्थिति के कारण विद्युत धारा वाहक संपर्क सतहों पर न्यूनतम ध्वस्त होता है। हालांकि, जब आवर्ती स्विचिंग की उम्मीद हो, तो निरंतर और पर्याप्त कम्प्रेस्ड हवा की आपूर्ति की गारंटी देना आवश्यक है।

• अल्प मेंटेनेंस: बार-बार स्विचिंग को सुगमता से संभालने की क्षमता मेंटेनेंस की आवश्यकताओं को कम करती है। यह न केवल मेंटेनेंस की लागत पर बचत करता है, बल्कि सर्किट ब्रेकर की विश्वसनीयता और उपलब्धता को भी बढ़ाता है।

• आग के खतरे का निर्मूलन: क्योंकि वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर में तेल नहीं होता, तेल-भरे सर्किट ब्रेकर से जुड़े आग के खतरे पूरी तरह से निर्मूल हो जाते हैं, जिससे वे विद्युत संस्थापनों के लिए एक सुरक्षित विकल्प बन जाते हैं।

• कम आकार: वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर में डाइएलेक्ट्रिक शक्ति की तेजी से वृद्धि के कारण आर्क विनाश के लिए आवश्यक अंतिम अंतराल बहुत छोटा होता है। यह संक्षिप्त डिजाइन छोटे-आकार के उपकरणों को उत्पन्न करता है, जिन्हें आसानी से विद्युत प्रणालियों में एकीकृत किया जा सकता है और वे कम स्थान घेरते हैं।

आर्क विनाश का सिद्धांत

एक वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर एक अतिरिक्त कम्प्रेस्ड हवा प्रणाली पर निर्भर करता है, जो हवा को वायु रिसीवर तक आपूर्ति करती है। जब सर्किट ब्रेकर को खोलने की आवश्यकता होती है, तो कम्प्रेस्ड हवा को आर्क विनाश चैंबर में दिशित किया जाता है। यह उच्च-दबाव वाली हवा गतिशील संपर्कों पर एक बल डालती है, जिससे वे अलग हो जाते हैं। जैसे-जैसे संपर्क अलग होते हैं, वायु ब्लास्ट आर्क द्वारा बनाए गए आयनीकृत गैस को दूर कर देता है, जिससे आर्क बुझ जाता है।

आर्क आमतौर पर एक या अधिक चक्रों में विनाशित होता है। आर्क विनाश के बाद, आर्क चैंबर में उच्च-दबाव वाली हवा से भरा जाता है, जो रिस्ट्राइक्स को रोकने में मदद करती है। वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर बाहरी विनाश ऊर्जा प्रकार के श्रेणी में आते हैं। आर्क को बुझाने के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा उच्च-दबाव वाली हवा से उत्पन्न होती है, जो अवरुद्ध की जा रही धारा से स्वतंत्र होती है।

वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर के प्रकार

सभी वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर अपने संपर्कों को एक आर्क-निर्माण हवा प्रवाह में अलग करने के सिद्धांत पर काम करते हैं, जो एक ब्लास्ट वाल्व को खोलकर बनाया जाता है। जो आर्क बनता है, वह तेजी से एक नोजल के माध्यम से केंद्रित हो जाता है, जहाँ इसे एक निश्चित लंबाई पर बनाया जाता है और इसे हवा के प्रवाह की अधिकतम शक्ति का सामना करना पड़ता है। संपर्कों के चारों ओर कम्प्रेस्ड हवा के ब्लास्ट की दिशा के आधार पर, वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर को तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है:

• एक्सियल ब्लास्ट वायु सर्किट ब्रेकर: इस प्रकार में, हवा का प्रवाह आर्क के समानांतर होता है, जो इसकी लंबाई के अनुदिश लंबवत रूप से बहता है। एक्सियल ब्लास्ट वायु सर्किट ब्रेकर को एकल-ब्लास्ट या दोहरा-ब्लास्ट में वर्गीकृत किया जा सकता है। कुछ दोहरे-ब्लास्ट व्यवस्थाएं, जहाँ ब्लास्ट हवा नोजल में या संपर्कों के बीच के स्थान में त्रिज्याकार रूप से बहती है, कभी-कभी त्रिज्याकार ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर के रूप में जानी जाती हैं, हालांकि प्राथमिक एक्सियल-प्रवाह डिजाइन अवधारणा है।

ऊपर दिए गए आरेख में वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर की मूल संरचना और संचालन को दर्शाया गया है। सामान्य संचालन की स्थिति में, स्थिर और गतिशील संपर्क बंद रहते हैं, जो स्प्रिंगों द्वारा डाले गए बल से एक साथ बंद रहते हैं। एक वायु रिसीवर टैंक आर्क चैंबर से एक वायु वाल्व के माध्यम से जुड़ा होता है। यह वाल्व एक ट्रिपल इंपल्स मेकेनिज्म द्वारा सक्रिय होता है, जो दोष या धारा को अवरुद्ध करने की आवश्यकता के उदय पर इसका खुलना ट्रिगर करता है।

जब विद्युत प्रणाली में दोष होता है, तो ट्रिपिंग इंपल्स कार्रवाई के लिए प्रेरक का काम करता है। यह इंपल्स वायु वाल्व को सक्रिय करता है, जो वायु रिसीवर को आर्किंग चैंबर से जोड़ता है, जिससे यह खुलता है। जब रिसीवर से उच्च-दबाव वाली हवा आर्क चैंबर में भागती है, तो यह गतिशील संपर्कों पर एक महत्वपूर्ण बल डालती है। जब हवा का दबाव स्प्रिंग द्वारा डाले गए बल, जो सामान्य रूप से संपर्कों को बंद रखता है, को पारित कर देता है, तो गतिशील संपर्क अलग-अलग होना शुरू कर देते हैं, जिससे विद्युत धारा को अवरुद्ध करने और आर्क को बुझाने की प्रक्रिया शुरू हो जाती है।

जब उच्च-वेग वाली हवा के दबाव से संपर्क अलग होते हैं, तो उनके बीच एक आर्क बनता है। हवा, जो आर्क की लंबाई के अनुदिश एक्सियल रूप से उच्च वेग से बहती है, आर्क के परिधि से ताप को प्रभावी रूप से निकालती है। जैसे-जैसे धारा शून्य के करीब पहुंचती है, यह निरंतर ताप निकालने के कारण आर्क का व्यास बहुत कम हो जाता है। जब धारा शून्य पर पहुंचती है, तो आर्क सफलतापूर्वक अवरुद्ध हो जाता है। इसके बाद, नोजल से प्रवाहित होने वाली ताजा हवा संपर्क स्थान के बीच भर जाती है। यह ताजा हवा का प्रवाह गर्म, आयनीकृत गैसों, जो संपर्क स्थान में मौजूद थीं, को दूर कर देता है, जिससे संपर्कों के बीच डाइएलेक्ट्रिक शक्ति तेजी से बहाल हो जाती है और आर्क के फिर से जलने की संभावना को रोक देता है।

क्रॉस ब्लास्ट वायु सर्किट ब्रेकर

क्रॉस ब्लास्ट वायु सर्किट ब्रेकर में, आर्क-विनाश की प्रक्रिया अलग होती है। यहाँ, आर्क ब्लास्ट आर्क के लंबवत दिशा में दिया जाता है। नीचे दिए गए आरेख में इस प्रकार के सर्किट ब्रेकर में उपयोग की जाने वाली क्रॉस ब्लास्ट के सिद्धांत का स्केमेटिक विवरण दिया गया है। जब गतिशील संपर्क आर्म एक सीमित स्थान में चालू किया जाता है, तो एक आर्क उत्पन्न होता है। तुरंत, एक पार्श्विक ब्लास्ट आर्क को स्प्लिटर प्लेट्स की ओर धकेलता है। स्प्लिटर प्लेट्स आर्क को छोटे-छोटे टुकड़ों में विभाजित करते हैं, जिससे इसकी ऊर्जा वितरित हो जाती है। यह प्रक्रिया आर्क को इतना कमजोर कर देती है कि, जब धारा शून्य पर पहुंचती है, तो इसके पास फिर से जलने की ऊर्जा नहीं रहती, जिससे विद्युत परिपथ का सफलतापूर्वक अवरुद्ध होना सुनिश्चित हो जाता है।

रेझिस्टेंस स्विचिंग और वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर की कमजोरियां

रेझिस्टेंस स्विचिंग

आमतौर पर, वायु ब्लास्ट सर्किट ब्रेकर में रेझिस्टेंस स्विचिंग की एक निरपेक्ष आवश्यकता नहीं होती। जब आर्क बुझाया जाता है, तो यह आपूर्तिकर्ता रिस्ट्राइक्टिंग वोल्टेज को नियंत्रित करने में मदद करने वाला कुछ प्रतिरोध बनाता है। हालांकि, यदि विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए अतिरिक्त प्रतिरोध लाभदायक माना जाता है, तो इसे आ