कैसे सही वैक्यूम सर्किट ब्रेकर चुनें?

01 प्रस्तावना

मध्य वोल्टेज प्रणालियों में, सर्किट ब्रेकर अनिवार्य प्राथमिक घटक हैं। डोमेस्टिक मार्केट में वैक्यूम सर्किट ब्रेकर नियंत्रित करते हैं। इसलिए, सही विद्युत डिजाइन वैक्यूम सर्किट ब्रेकर के सही चयन से अलग नहीं हो सकता। इस खंड में, हम वैक्यूम सर्किट ब्रेकर को सही ढंग से कैसे चुनें और उनके चयन में सामान्य गलत धारणाओं के बारे में चर्चा करेंगे।

02 शॉर्ट-सर्किट करंट के लिए अवरोधन क्षमता अत्यधिक ऊँची नहीं होनी चाहिए

सर्किट ब्रेकर की शॉर्ट-सर्किट अवरोधन क्षमता अत्यधिक ऊँची नहीं होनी चाहिए, लेकिन भविष्य में ग्रिड क्षमता के विस्तार के कारण बढ़ते शॉर्ट-सर्किट करंट को समायोजित करने के लिए कुछ मार्जिन होना चाहिए। हालांकि, वास्तविक विद्युत डिजाइन में, सर्किट ब्रेकर की चुनी गई अवरोधन क्षमता अक्सर बहुत ऊँची होती है।

उदाहरण के लिए, 10kV प्रणालियों के अंतिम उपयोगकर्ता ट्रांसफॉर्मर सबस्टेशनों में, बसबार शॉर्ट-सर्किट करंट अधिकांशतः 10kA के आसपास होता है, और बड़ी क्षमता वाली प्रणालियों में यह 16kA तक पहुंच सकता है। फिर भी, विद्युत डिजाइन चित्रों में, वैक्यूम सर्किट ब्रेकर की अवरोधन क्षमता अक्सर 31.5kA, या भी 40kA तक निर्दिष्ट की जाती है। ऐसी ऊँची अवरोधन क्षमता निवेश का व्यर्थ हो जाता है। उपरोक्त मामलों में, 20kA या 25kA की अवरोधन क्षमता पर्याप्त होगी। वर्तमान में, 31.5kA अवरोधन क्षमता वाले वैक्यूम सर्किट ब्रेकर मांग में रहते हैं और बड़ी संख्या में उत्पादित होते हैं, जिससे उत्पादन लागत और मूल्य कम हो जाते हैं, इसलिए ये अधिक व्यापक रूप से अपनाए जाते हैं।

विद्युत डिजाइन में, गणना किए गए शॉर्ट-सर्किट करंट आमतौर पर उच्च तरफ होते हैं। कारण यह है कि गणना के दौरान प्रणाली की इम्पीडेंस और सर्किट लूप में संपर्क प्रतिरोध अक्सर नजरअंदाज किए जाते हैं। निश्चित रूप से, सर्किट ब्रेकर की अवरोधन क्षमता अधिकतम संभावित शॉर्ट-सर्किट करंट के आधार पर चुनी जानी चाहिए। हालांकि, शॉर्ट-सर्किट संरक्षण सेटिंग मूल्य अधिकतम शॉर्ट-सर्किट करंट पर आधारित नहीं होना चाहिए।

यह इसलिए है क्योंकि शॉर्ट-सर्किट के दौरान अक्सर आर्क उत्पन्न होते हैं, और आर्क प्रतिरोध बहुत ऊँचा होता है। डिजाइन गणनाओं में, शॉर्ट-सर्किट को शुद्ध धातुगत तीन-फेज शॉर्ट-सर्किट के रूप में उपेक्षित किया जाता है, जिसमें आर्क और संपर्क प्रतिरोध नहीं होते। वास्तविक दोष सांख्यिकी में, 80% से अधिक शॉर्ट-सर्किट एक-फेज होते हैं, और शॉर्ट-सर्किट के दौरान आर्क लगभग हमेशा मौजूद रहते हैं। इस परिणामस्वरूप, वास्तविक शॉर्ट-सर्किट करंट आदर्श गणना मूल्य से बहुत कम होता है।

यदि संरक्षण सेटिंग मूल्य बहुत ऊँचा हो, तो यह संरक्षण संवेदनशीलता को कम कर देता है या तत्काल संरक्षण को संचालित नहीं करने का कारण बनता है। इंजीनियरिंग अभ्यास में, समस्या अक्सर यह नहीं होती कि सर्किट ब्रेकर अवरोधन नहीं कर पाता, बल्कि अत्यधिक सेटिंग मूल्यों के कारण संरक्षण तत्व संचालित नहीं हो पाता। दूसरा, शुद्ध धातुगत तीन-फेज शॉर्ट-सर्किट बहुत दुर्लभ होते हैं—वे केवल रखरखाव के बाद ग्राउंडिंग तारों को हटाने से पहले ब्रेकर बंद करने पर होते हैं। हालांकि, ग्राउंडिंग आमतौर पर ग्राउंडिंग स्विच या ग्राउंडिंग ट्रॉली के माध्यम से की जाती है, और इंटरलॉकिंग कार्यक्षमताएं मौजूद होती हैं, जिससे शुद्ध धातुगत शॉर्ट-सर्किट बहुत कम संभावित होते हैं।

विद्युत निर्माण चित्रों में, मुख्य इनकमिंग सर्किट ब्रेकर की अवरोधन क्षमता को फीडर सर्किट ब्रेकर की अवरोधन क्षमता से एक स्तर ऊपर निर्दिष्ट किया जाना आम है। यह अनावश्यक है। मुख्य ब्रेकर बसबार शॉर्ट-सर्किट दोषों से निपटता है, जबकि फीडर ब्रेकर अपने संबंधित सर्किटों के दोषों से निपटता है। हालांकि, फीडर ब्रेकर के लोड साइड के निकट, बसबार के निकट होने के कारण, शॉर्ट-सर्किट करंट बसबार शॉर्ट-सर्किट करंट से बहुत अलग नहीं होता। इसलिए, मुख्य और फीडर ब्रेकर की अवरोधन क्षमता समान होनी चाहिए।

03 विद्युत और यांत्रिक जीवन की आवश्यकताएं अत्यधिक ऊँची नहीं होनी चाहिए

यहाँ उल्लिखित विद्युत जीवन निर्दिष्ट अंतराल पर रेटेड या आंशिक लोड करंट पर ब्रेकर की खुलने और बंद करने की संख्या से नहीं, बल्कि बिना रखरखाव के शॉर्ट-सर्किट करंट को अवरोधित करने की संख्या से संबंधित है। इस संख्या के लिए कोई राष्ट्रीय मानक नहीं है। आमतौर पर, निर्माताओं द्वारा 30 ऐसे अवरोधन के लिए डिजाइन किया जाता है। कुछ निर्माताओं के उत्पाद 50 तक संभव हैं। उपयोगकर्ता परियोजनाओं के निविदा दस्तावेजों में, शॉर्ट-सर्किट अवरोधन की संख्या के लिए अत्यधिक ऊँची आवश्यकताएं आम हैं। उदाहरण के लिए, एक टेंडर दस्तावेज में 12kV लाइन संरक्षण वैक्यूम सर्किट ब्रेकर को रेटेड शॉर्ट-सर्किट करंट 100 बार अवरोधित करने, 100,000 ऑपरेशन की यांत्रिक जीवन और 20,000 बार रेटेड करंट अवरोधन की आवश्यकता थी—ये आवश्यकताएं अविवेकी हैं।

अत्यधिक शॉर्ट-सर्किट अवरोधन की संख्या अनावश्यक है। शॉर्ट-सर्किट दोष एक बड़ा विद्युत घटना है। प्रत्येक घटना को गंभीर दुर्घटना के रूप में देखा जाना चाहिए, जिसका मूल कारण विश्लेषण और सुधार कार्रवाई की आवश्यकता होती है ताकि पुनरावृत्ति से बचा जा सके। इसलिए, सर्किट ब्रेकर के प्रभावी उपयोगकाल के दौरान, यह केवल कुछ बार शॉर्ट-सर्किट दोषों को अवरोधित करेगा। प्रणाली वोल्टेज जितना ऊँचा, शॉर्ट-सर्किट से होने वाला नुकसान उतना अधिक होता है, लेकिन घटना की संभावना कम होती है। इसलिए, 30 शॉर्ट-सर्किट अवरोधन करने वाला एक मध्य वोल्टेज सर्किट ब्रेकर पर्याप्त है। शॉर्ट-सर्किट अवरोधन की प्रकार जांच महंगी है। 12kV वैक्यूम सर्किट ब्रेकर के लिए, वर्तमान में प्रत्येक शॉर्ट-सर्किट अवरोधन परीक्षण लगभग 10,000 RMB की लागत आती है। अत्यधिक परीक्षण उच्च लागत लाता है और अनावश्यक है।

क्या अधिक संख्या में सफल अवरोधन बेहतर अवरोधन क्षमता का अर्थ है? यह एक और सामान्य गलत धारणा है। वैक्यूम सर्किट ब्रेकर के शॉर्ट-सर्किट अवरोधन परीक्षण की कुंजी पहले दस ऑपरेशन में निहित है। जब तक ब्रेकर पहले दस परीक्षणों में निर्दिष्ट करंट को सफलतापूर्वक अवरोधित करता है, उसका बाद का प्रदर्शन आमतौर पर विश्वसनीय होता है। प्रकार जांच की सांख्यिकी दिखाती है कि असफलता की संभावना पहले दस अवरोधनों में सबसे अधिक होती है और अवरोधनों की संख्या बढ़ने के साथ धीरे-धीरे कम होती जाती है। 30 अवरोधनों के बाद, बाद के परीक्षणों में असफलता की संभावना लगभग शून्य हो जाती है। इसलिए, 30 बार अवरोधन करने की क्षमता यह नहीं अर्थ है कि 50 बार नहीं किया जा सकता—यह सिर्फ इसका अर्थ है कि आगे की जांच अनावश्यक है।

वैक्यूम सर्किट ब्रेकर की यांत्रिक जीवन की आवश्यकताओं को अत्यधिक ऊँचा नहीं होना चाहिए। M1 वर्ग मूल रूप से 2,000 ऑपरेशन से कम नहीं है, और M2 वर्ग केवल 10,000 है। अब, निर्माताओं यांत्रिक जीवन में प्रतिस्पर्धा कर रहे हैं—एक 25,000 दावा करता है, दूसरा 100,000। निविदा प्रक्रियाओं में, भागीदार यांत्रिक जीवन मूल्यों की तुलना करते हैं, जो वितरण-उपयोग वैक्यूम सर्किट ब्रेकर के लिए अर्थहीन हैं। हालांकि, विशिष्ट अनुप्रयोगों में जैसे कि मोटरों, आर्क फर्नेस, या स्वचालित कैपेसिटर कंपेंशेशन सर्किट का आवर्ती स्विचिंग, वैक्यूम कंटैक्टर अधिक उपयुक्त हैं (मध्य वोल्टेज कैपेसिटर बैंकों के स्विचिंग के लिए SF6 सर्किट ब्रेकर आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं)। कंटैक्टरों की यांत्रिक और विद्युत जीवन एक मिलियन ऑपरेशन से अधिक होती है (उनकी विद्युत जीवन रेटेड करंट अवरोधन, शॉर्ट-सर्किट करंट नहीं, द्वारा मापी जाती है)। सर्किट ब्रेकर में यांत्रिक जीवन पर प्रतिस्पर्धा करने की आवश्यकता नहीं है।

04 अन्य विद्युत पैरामीटरों के लिए अत्यधिक आवश्यकताएं

सर्किट ब्रेकर की छोटी-अवधि टिकाऊ क्षमता दोष के दौरान शॉर्ट-सर्किट करंट के तापीय तनाव को सहन करने की क्षमता से संबंधित है। यह ताप वृद्धि से अलग है। ताप वृद्धि परीक्षण ब्रेकर में लंबे समय तक रेटेड या निर्दिष्ट करंट को पारित करने और विभिन्न बिंदुओं पर ताप वृद्धि को निर्दिष्ट सीमाओं से अधिक न होने की सुनिश्चितता से संबंधित है। सर्किट ब्रेकर की छोटी-अवधि टिकाऊ क्षमता आमतौर पर 3 सेकंड के लिए परीक्षण की जाती है।

इस समय के दौरान, शॉर्ट-सर्किट करंट द्वारा उत्पन्न होने वाली ऊष्मा ब्रेकर को क्षतिग्रस्त नहीं करनी चाहिए। 3 सेकंड की तापीय टिकाऊ क्षमता पर्याप्त है। कारण यह है कि शॉर्ट-सर्किट होने के बाद, समय-आधारित संरक्षण चयनीयता सुनिश्चित करने के लिए उद्देश्यपूर्ण देरी हो सकती है। समय-आधारित संरक्षण के लिए, आसन्न ब्रेकरों के बीच 0.5 सेकंड की देरी चयनीयता सुनिश्चित करती है। यदि ब्रेकर दो स्तरों से भिन्न हों, तो ट्रिप देरी 1 सेकंड होती है; यदि तीन स्तरों से, 1.5 सेकंड। 3 सेकंड की टिकाऊ क्षमता पहले से ही पर्याप्त है। हालांकि, कुछ उपयोगकर्ताओं या डिजाइनरों को 5 सेकंड की तापीय टिकाऊ क्षमता की आवश्यकता होती है, जो वास्तव में अनावश्यक है।

सर्किट ब्रेकर के बंद होने की प्रक्रिया के दौरान, चल और स्थिर संपर्क उछल सकते हैं। यदि उछलने का समय बहुत लंबा हो या तीन-फेज बंद होने की असंगति बड़ी हो, तो संपर्कों के बीच विद्युत विसर्जन और पुनर्विसर्जन हो सकता है। पुनर्विसर्जन सर्किट में आवेश-विद्युत विसर्जन प्रक्रिया का कारण बनता है, जो ओवरवोल्टेज की ढलान और आयाम को बढ़ाता है। इस ओवरवोल्टेज को संपर्क पुनर्विसर्जन ओवरवोल्टेज कहा जाता है।

इसका खतरा वैक्यूम सर्किट ब्रेकर के करंट चोपिंग ओवरवोल्टेज से भी अधिक हो सकता है, जो ट्रांसफॉर्मर और मोटरों की टर्न-टू-टर्न इनसुलेशन को धमकी दे सकता है। इसलिए, संपर्क उछलने क