उच्च वोल्टेज SF6 सर्किट ब्रेकर की वर्तमान स्थिति और विकास प्रवृत्ति

उच्च-वोल्टेज सर्किट ब्रेकर, जिन्हें उच्च-वोल्टेज स्विच भी कहा जाता है, पर्याप्त अवरोधन और आर्क-मिटटीने की क्षमता रखते हैं। वे उच्च-वोल्टेज सर्किट के खाली और लोड धारा को काटने और बंद करने के साथ-साथ, प्रणाली में दोष होने पर, सुरक्षा उपकरणों और स्वचालित उपकरणों के साथ सहयोग करके दोष धारा को तेजी से काट सकते हैं, जिससे बिजली की विफलता की सीमा कम होती है और दुर्घटना का विस्तार रोका जा सकता है। यह बिजली प्रणाली के सुरक्षित संचालन को सुनिश्चित करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

उच्च-वोल्टेज सर्किट ब्रेकर तेल सर्किट ब्रेकर, संपीड़ित हवा सर्किट ब्रेकर, वैक्यूम सर्किट ब्रेकर और SF₆ सर्किट ब्रेकर के माध्यम से विकसित हुए हैं। इनमें से पहले दो प्रकार को धीरे-धीरे विस्तारित किया गया है, और SF₆ सर्किट ब्रेकर दोनों की तुलना में अधिक लागू होते हैं। SF₆ सर्किट ब्रेकर 1970 के दशक की शुरुआत में व्यापक रूप से अपनाए गए थे। वे सल्फर हेक्साफ्लोराइड को आर्क-मिटटीने माध्यम के रूप में उपयोग करते हैं। यह प्रकार का सर्किट ब्रेकर एक बड़ी अवरोधन क्षमता रखता है। स्वतंत्र अवरोधन की स्थिति में, इसकी अवरोधन क्षमता अन्य सर्किट ब्रेकरों की तुलना में लगभग 10 गुना अधिक होती है। यह बिजली प्रणाली के स्थिर और सुरक्षित संचालन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है और आर्थिक और सामाजिक लाभों के लिए भी बहुत महत्वपूर्ण है।

1. SF₆ सर्किट ब्रेकर की क्षमता

SF₆ सर्किट ब्रेकर तेल-मुक्त स्विचिंग उपकरण हैं जो SF₆ गैस का उपयोग दोनों इन्सुलेशन और आर्क-मिटटीने माध्यम के रूप में करते हैं। उनकी इन्सुलेशन क्षमता और आर्क-मिटटीने विशेषताएं तेल सर्किट ब्रेकरों की तुलना में बहुत अधिक होती हैं। सल्फर हेक्साफ्लोराइड सर्किट ब्रेकर निम्नलिखित विशेषताओं के साथ होते हैं:

• मजबूत आर्क-मिटटीने क्षमता, उच्च डाइएलेक्ट्रिक ताकत, और इकाई फ्रैक्चर की उच्च विद्युत वहन क्षमता। इस परिणामस्वरूप, समान रेटेड वोल्टेज स्तर पर, आवश्यक श्रृंखला फ्रैक्चर पोर्टों की संख्या कम हो जाती है, जिससे उत्पाद की आर्थिक क्षमता में सुधार होता है।

• लंबा विद्युत जीवन। यह 50kA की पूरी क्षमता पर 19 बार लगातार अवरोधित कर सकता है, और संचयी अवरोधित धारा 4200kA तक पहुंच सकती है। रखरखाव का चक्र लंबा होता है, और यह अक्सर ऑपरेशन के लिए उपयुक्त है।

• अच्छी अवरोधन क्षमता। SF₆ गैस की इलेक्ट्रोनेगेटिविटी के कारण, यह फ्री इलेक्ट्रॉनों को अवशोषित करने की मजबूत क्षमता रखती है। SF₆ में बना आर्क "आर्क कोलम संरचना" (आर्क कोर और आर्क शीथ) के निर्माण के लिए अनुकूल होता है। आयनित प्लाज्मा का प्रसार सीमित होता है, जिससे प्रभावी आयन रीकंबिनेशन होता है। अवरोधित धारा बड़ी होती है, 80-100kA तक, और यहाँ तक कि 200kA तक। आर्क-मिटटीने का समय कम होता है, आमतौर पर 5-15ms। इसके साथ-साथ, विपरीत-फेज अवरोधन, निकट-क्षेत्र दोष, खाली लंबी लाइनों, और ट्रांसफार्मर की निर्लोड स्थितियों के लिए अवरोधन क्षमता भी अच्छी होती है।

• उच्च इन्सुलेशन क्षमता। SF₆ की इन्सुलेशन ताकत लगभग 5-10 गुना वायु की तुलना में अधिक होती है।

• SF₆ गैस रंगहीन, गंधहीन, गैर-विषाक्त, गैर-प्रज्वलनीय, और बहुत स्थिर गैस है जो अन्य पदार्थों के साथ आसानी से प्रतिक्रिया नहीं करती। इसके अलावा, जब सर्किट ब्रेकर खुलता है, तो आर्क गर्मी से विस्तार के कारण दबाव बढ़ना बहुत कम होता है, जिससे विस्फोट दुर्घटनाओं से बचा जा सकता है और विश्वसनीय संचालन सुनिश्चित किया जा सकता है।

2. उच्च-वोल्टेज SF₆ सर्किट ब्रेकरों का विकास
2.1 दो-दबाव SF₆ सर्किट ब्रेकर

सर्किट ब्रेकर के अंदर दो SF₆ गैस प्रणालियां (उच्च-दबाव प्रणाली और निम्न-दबाव प्रणाली) सेट की जाती हैं। केवल खुलने की प्रक्रिया के दौरान, ब्लोइंग वाल्व के नियंत्रण से उच्च-दबाव चेम्बर निम्न-दबाव चेम्बर में प्रवाहित होता है और एक उच्च-दबाव गैस प्रवाह बनाता है। अवरोधन पूरा होने के बाद, ब्लोइंग वाल्व बंद की जाती है। आर्क-मिटटीने चेम्बर का सिद्धांत यह है कि उच्च-दबाव चेम्बर और निम्न-दबाव चेम्बर के बीच एक गैस कंप्रेसर और पाइप जुड़े होते हैं। जब उच्च-दबाव चेम्बर में गैस दबाव घटता है या निम्न-दबाव चेम्बर में गैस दबाव एक निश्चित सीमा तक बढ़ता है, तो गैस कंप्रेसर शुरू हो जाता है और निम्न-दबाव चेम्बर से SF₆ गैस को उच्च-दबाव चेम्बर में पंप करता है, एक स्वचालित बंद गैस प्रणाली बनाता है।

2.2 एक-दबाव SF₆ सर्किट ब्रेकर

एक-दबाव संरचना सरल है और व्यापक तापमान परिसर को समायोजित कर सकती है। गैस कंप्रेशन प्रकार भी एक विकास की प्रक्रिया से गुजरा है: आर्क ब्लोइंग के संदर्भ में, पहली पीढ़ी एक-दबाव प्रकार में एकल-ब्लो संरचना होती है, जिसमें छोटी अवरोधन धारा (आमतौर पर 31.5kA) और निम्न फ्रैक्चर पोर्ट वोल्टेज (आमतौर पर 170kV) होती है। दूसरी पीढ़ी एक-दबाव प्रकार में दोहरा-ब्लो संरचना होती है, जिसमें अवरोधन धारा (40-50kA) तक बढ़ जाती है, और फ्रैक्चर पोर्ट वोल्टेज अभी भी कम होती है। आमतौर पर 252kV उत्पादों में दो फ्रैक्चर पोर्ट होते हैं। तीसरी पीढ़ी एक-दबाव प्रकार में दोहरा-ब्लो संरचना और थर्मल विस्तार प्रभाव (मिश्रित आर्क-मिटटीने) से संपन्न होता है। अवरोधन धारा बड़ी होती है, 63kA तक बढ़ जाती है, और फ्रैक्चर पोर्ट वोल्टेज उच्च होती है। एक फ्रैक्चर पोर्ट 252kV, 363kV, 420kV, और यहाँ तक कि 550kV तक पहुंच सकता है।

एक-दबाव प्रकार का विकास, आर्क-मिटटीने चेम्बर के संदर्भ से, एक छोटे गैस कंप्रेशन पिस्टन का उपयोग किया गया है। आर्क-मिटटीने चेम्बर में पिस्टन की कमी से लाभ निम्नलिखित हैं:

• उत्पाद के अवरोधन की प्रक्रिया के दौरान पूरे गतिशील प्रणाली का द्रव्यमान कम हो जाता है।

• उत्पाद की संचालन शक्ति कम हो जाती है।

• उत्पाद का बफरिंग आसान हो जाता है, और यांत्रिक जीवन लंबा होता है।

2.3 स्व-ऊर्जा SF₆ सर्किट ब्रेकर

स्व-ऊर्जा SF₆ सर्किट ब्रेकर में दो आर्क-मिटटीने सिद्धांत होते हैं: थर्मल विस्तार सिद्धांत और आर्क घूर्णन सिद्धांत। वर्तमान में, अधिकांश स्व-ऊर्जा सर्किट ब्रेकर थर्मल विस्तार सिद्धांत का उपयोग करते हैं। स्व-ऊर्जा सिद्धांत यह है कि आर्क ऊर्जा का उपयोग विस्तार चेम्बर में SF₆ गैस को गर्म करने, दबाव बनाने, गैस प्रवाह बनाने और आर्क को मिटाने के लिए किया जाता है। हालांकि, छोटी धाराओं को अवरोधित करने पर, आर्क ऊर्जा की कमी के कारण, गैस को कंप्रेस करने के लिए एक छोटा पिस्टन की आवश्यकता होती है। चालन शक्ति में उल्लेखनीय कमी के कारण, एक सरल संरचना वाला स्प्रिंग ऑपरेटिंग मेकेनिज्म का उपयोग किया जा सकता है। थर्मल विस्तार प्रकार अब दूसरी पीढ़ी तक विकसित हुआ है। पहली पीढ़ी के उत्पादों ने आर्क-मिटटीने के लिए आवश्यक गैस कंप्रेशन ऊर्जा को कम करके चालन शक्ति को कम करने का प्रभाव प्राप्त किया। गैस कंप्रेशन पिस्टन का व्यास 30% अधिकतम दोष धारा के अवरोधन के लिए डिजाइन किया गया था, और गतिशील द्रव्यमान भी कम था, जिससे चालन शक्ति कम हो गई। दूसरी पीढ़ी के उत्पादों ने थर्मल विस्तार प्रभाव और अवरोधन क्षमता को और बेहतर बनाया, न केवल क्षमताक्षेपी धारा के अवरोधन को सुधारा गया, बल्कि चालन शक्ति को भी और कम किया गया।

2.4 बुद्धिमान SF₆ सर्किट ब्रेकर

आधुनिक उच्च-वोल्टेज सर्किट ब्रेकरों का एक अन्य विशेषता उनकी बुद्धिमत्ता है, जो पारंपरिक इलेक्ट्रोमेकेनिकल प्रणालियों से आधुनिक कंप्यूटर-केंद्रित बुद्धिमान प्रणालियों में विकसित हुई है। वर्तमान में, उच्च-वोल्टेज सर्किट ब्रेकरों के ऑनलाइन डिटेक्शन की विषयवस्तु निम्नलिखित है:

• SF6 गैस;

• चालन मेकेनिज्म प्रणाली;

• रिलीज़;

• नियंत्रण और सहायक परिपथ;

• पावर ट्रांसमिशन चेन।

इन डिटेक्शन के माध्यम से, 90% से अधिक दोष पता लगाए जा सकते हैं। ऑनलाइन डिटेक्शन सर्किट ब्रेकरों के नियमित रखरखाव को वास्तविक स्थिति-आधारित रखरखाव में बदल सकता है।

3. पोर्सेलेन पोस्ट प्रकार और टैंक प्रकार SF₆ सर्किट ब्रेकर और उनके अनुप्रयोग

चीन ने 1970 में पहली बार SF₆ सर्किट ब्रेकर का उपयोग किया, जब उत्तर-पूर्व बिजली प्रशासन ने बाहर से सिमेंस द्वारा निर्मित तीन H-912 प्रकार 220KV दो-दबाव पोर्सेलेन पोस्ट प्रकार SF₆ सर्किट ब्रेकर आयात किए और उन्हें शेन्यांग के हुशिताई प्राथमिक सबस्टेशन में स्थापित किया। वे आज भी अच्छी तरह से काम कर रहे हैं।

उच्च-वोल्टेज सल्फर हेक्साफ्लोराइड सर्किट ब्रेकर अपनी संरचना के अनुसार पोर्सेलेन पोस्ट प्रकार और टैंक प्रकार में विभाजित होते हैं। दोनों की तुलना करते समय, वे अपने-अपने विशिष्ट विशेषताओं के साथ होते हैं:

• दोनों पोर्सेलेन पोस्ट प्रकार और टैंक प्रकार उच्च-वोल्टेज SF₆ सर्किट ब्रेकर उच्च वोल्टेज और बड़ी क्षमता की आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं। पोर्सेलेन पोस्ट प्रकार का आर्क-मिटटीने चेम्बर इन्सुलेटिंग सपोर्ट पर स्थापित होता है। आर्क-मिटटीने चेम्बरों को श्रृंखला में जोड़कर और उचित ऊंचाई पर इन्सुलेटिंग सपोर्ट पर स्थापित करके, किसी भी रेटेड वोल्टेज मान प्राप्त किया जा सकता है। इन्सुलेटिंग सपोर्ट अधिकांशतः पोर्सेलेन पोस्ट होता है, और ऑर्गेनिक कंपोजिट सपोर्ट भी उभर रहे हैं। टैंक प्रकार का आर्क-मिटटीने चेम्बर भू संभावना से जुड़े एक धातु टैंक में स्थापित होता है। उच्च वोल्टेज पर, प्रत्येक फेज के लिए एक ही टै