Advanced Arc-Triggered Fuse Solution for High-Voltage and High-Current Applications کو اعلیٰ ولٹیج اور اعلیٰ کرنٹ کے اطلاقیات کے لئے معیاری آرک متحرک فیوز حل

I. تحقیق کا پس منظر اور بنیادی مسائل​

​1.1 تحقیق کا پس منظر​
بجلی کے نظام کے سکیل کے مسلسل وسعت ہونے اور کم کرنے والے کیپیسٹی کے بڑھنے کے ساتھ، دوسرے فلائی کرنے والے ملٹنگ آلات کو زیادہ خواہشمند بنایا گیا ہے۔ موجودہ میں عام حل شامل ہیں سپر کنڈکٹنگ فلائی کرنے والے ملٹرز (SFCL)، ملٹ ہیبرن کرنے والے سرکٹ بریکرز، اور ملٹ ہیبرن کرنے والے فیوز۔ ان میں سے، ملٹ ہیبرن کرنے والے فیوز تکنیکی متعارف کرانے، قیمت کے لحاظ سے اقتصادی اور وسیع طور پر استعمال ہونے کی وجہ سے بازار کا ممتاز انتخاب بن چکے ہیں۔

لیکن موجودہ تکنالوجیوں میں دو اہم محدودیتیں ہیں:
• ​ایلیکٹرانک کنٹرول شدہ قسم:​​ حساس الیکٹرانک کمپوننٹس اور بیرونی کنٹرول پاور سپلائی پر انحصار کرتا ہے، جس کی وجہ سے کمپوننٹ کی ناکامی یا کنٹرول پاور کی کمزوری کی وجہ سے ناکامی یا خرابی کا خطرہ ہوتا ہے۔ اس کی قابلِ اعتمادیت بیرونی شرائط سے محدود ہوتی ہے۔
• ​آرک متحرک قسم:​​ یہ سادہ ساخت، مضبوط ضد تداخل کی صلاحیت، چھوٹا سائز اور کم قیمت کی فوائد فراہم کرتا ہے، لیکن اس کا مقررہ کرنٹ (معمولاً ≤600A) اور توڑنے کی صلاحیت (معمولاً ≤25kA) نسبتاً کم ہے، جس کی وجہ سے یہ بالکل ضروریات کو پورا نہیں کرتا ہے۔ بالکل بجلی کے اعلی درجے کے اور اعلی کرنٹ کے صنعتی اطلاق (مثال کے طور پر، بڑے پیمانے پر متالیجی، کیمیائی پلانٹس، ڈیٹا سینٹرز) کے لئے۔

​1.2 بنیادی تضاد​
آرک متحرک فیوز کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لئے بنیادی تضاد کا سامنا کرنا پڑتا ہے: تیز عمل کرنے اور کرنٹ کیری کرنے کی صلاحیت کے درمیان توازن۔ تیز عمل کرنے کو حاصل کرنے کے لئے (کم پر-آرکنگ I²t قدر)، فیوز عنصر کی گرفت کے چھوٹا سیکشن کا رقبہ ضروری ہے۔ اس کے مقابلے میں، مقررہ کرنٹ کیری کرنے کی صلاحیت کو بڑھانے کے لئے بڑا گرفت سیکشن کا رقبہ ضروری ہے۔ سیکشن کا رقبہ بڑھانے سے پر-آرکنگ I²t قدر بڑھ جاتی ہے، جس کی وجہ سے کم کرنے والے کرنٹ کے دوران کام کی دیری ہوتی ہے۔ یہ دیری واقعی کم کرنے والے کرنٹ کو بڑھنے دیتی ہے، آخر کار توڑنے کی ناکامی کی وجہ بنتی ہے۔

​II. حل: بنیادی تکنالوجیکی پیروزیاں اور نوآورانہ ڈیزائن​

​2.1 کام کا منصوبہ​
اس حل میں آرک ٹرگر کو مرکزی سنسنگ اور ٹرگر یونٹ کے طور پر استعمال کیا گیا ہے۔ اس کی ساخت کی اہم حصے دو کپر پلیٹس، ایک داخلی سلور فیوز عنصر (خصوصی طور پر ڈیزائن کردہ گرفت)، فلر میٹریل، اور ایک کیس ہیں۔ توڑنے کا عمل یوں ہوتا ہے:

1. ​آرکنگ:​​ جب کم کرنے والے کرنٹ کا واقعہ ہوتا ہے، تو فیوز عنصر کی گرفت تیزی سے پگھلتی ہے اور آرکنگ ہوتی ہے، جس سے ابتدائی آرک ولٹیج پیدا ہوتی ہے۔
2. ​ٹرگر کرنے:​​ یہ آرک ولٹیج تیزی سے متوازی کنکشن کیا گیا دھماکہ کرنے والا انٹریپٹر (ایلیکٹرک ڈیٹونیٹر) کو روشن کرتا ہے۔
3. ​کرنٹ کو تبدیل کرنے:​​ انٹریپٹر دھماکہ ہوتا ہے، جس سے ایک عالی مقاومت کا راستہ تشکیل ہوتا ہے، کم کرنے والے کرنٹ کو متوازی آرک میٹنگ فیوز شاخ پر تبدیل کرتا ہے۔
4. ​توڑنے:​​ آرک میٹنگ فیوز آرکنگ ہوتا ہے، جس سے عالی آرک ولٹیج پیدا ہوتی ہے جو کرنٹ کو صفر کرنے کیلئے مجبور کرتی ہے، تیز کرنٹ محدود کرنے کی وقفہ کو حاصل کرتا ہے۔

​2.2 بنیادی نوآوری: عالی گرفت کرنٹ کثافت ڈیزائن​
ٹرگر کرنے کا کرنٹ قدر (I₁) توڑنے کی کامیابی کا ایک بنیادی پیرامیٹر ہے، جسے 8-15kA کے بہترین رینج میں رہنا ضروری ہے۔ آرک ٹرگر ڈیزائن کے لئے، مقررہ کرنٹ ٹرگر کرنے کا کرنٹ سے قوي طور پر متعلق ہے۔

اس حل کی بنیادی پیروزی گرفت کرنٹ کثافت کو قابل ذکر حد تک بڑھانے میں ہے۔ نظریاتی تخلیق کے ذریعے:
• ٹرگر کرنے کا کرنٹ قدر I₁ ∝ (پر-آرکنگ I²t * di/dt)^(1/3)
• پر-آرکنگ I²t قدر ∝ (گرفت کا سیکشن کا رقبہ (S))²

نتیجہ: ایک ہی مقررہ کرنٹ اور کم کرنے والے کرنٹ کی شرائط کے تحت، ایک عالی گرفت کرنٹ کثافت کو چھوٹا سیکشن کا رقبہ (S) کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے پر-آرکنگ I²t قدر کم ہوتی ہے۔ یہ یقینی بناتا ہے کہ بہت عالی کم کرنے والے کرنٹ کے تحت بھی تیز عمل کرنے کی یقینیت ہوتی ہے، کامیاب توڑنے کو ممکن بناتا ہے۔ اس حل کا ڈیزائن مقصد یہ معیار موجودہ پروڈکٹ کے سطح سے ~1000 A/mm² سے 3000 A/mm² سے زیادہ تک بڑھانا ہے۔

​2.3 ساختی بہتری اور محاکاة کی تصدیق​
• ​محاکاة کا اوزار:​​ ANSYS 11.0 سافٹوئیر کا استعمال APDL زبان کے مطابق پیرامیٹرک ماڈلنگ کے لئے کیا گیا، جس سے فیوز عنصر کی مقاومت کا صحیح حساب لگانے اور پر-آرکنگ کے عمل کی محاکاة کرنے کی یقینیت ملتی ہے۔
• ​فیوز عنصر کی ساخت کا انتخاب:​​ روایتی دائرہ شکل کا ڈیزائن چھوڑ دیا گیا اور مستطیل شکل کا ڈیزائن منتخب کیا گیا۔ یہ ساخت غیر گرفت کے علاقوں میں کرنٹ کیری کرنے کا سب سے زیادہ حصہ حاصل کرتا ہے، ایک ہی حجم میں کم مقاومت اور زیادہ کرنٹ کیری کرنے کی صلاحیت کو حاصل کرتا ہے، کرنٹ کیری کرنے کی صلاحیت اور رفتار کے درمیان تضاد کو مکمل طور پر حل کرتا ہے۔
• ​پیرامیٹر کی بہتری:​​ گرفت کی چوڑائی (b)، سوراخ کی چوڑائی (c)، فاصلہ (d)، اور موٹائی (h) جیسے کلیدی پیرامیٹرز کو کئی بعد کی محاکاة کے ذریعے بہتر بنایا گیا۔ کم مقاومت کے لئے بہترین حل کی تلاش کی گئی جبکہ تیاری کی یقینیت (مثال کے طور پر، عنصر کی ٹوٹنے یا ڈیفورمیشن سے بچنے کیلئے)۔

بہتری کا نتیجہ: آخری ڈیزائن نے فیوز عنصر کی مقاومت 15.2 μΩ اور گرفت کا سیکشن کا رقبہ 0.6 mm² حاصل کیا، 40 kA توڑنے کی صلاحیت کی ضروریات کو مکمل طور پر پورا کیا۔

​III. کارکردگی کی تصدیق اور ٹیسٹ کے نتائج​

​3.1 گرمی کا ٹیسٹ​
• ​ٹیسٹ کی شرائط:​​ 2000 A AC کرنٹ کو مستقل استحکام کے لئے لاگو کیا گیا۔
• ​ٹیسٹ کے نتائج:​​
o ناپی گئی سرد مقاومت 15.0 μΩ تھی، جو محاکاة کی قدر (15.2 μΩ) کے ساتھ بہت مطابقت رکھتی ہے، مودل کی صحت کی تصدیق کرتی ہے۔
o کلیدی حصوں پر گرمی کا اضافہ معیارات کو پورا کرتا ہے (گرفت پر 85 K، تقریباً ٹرمینلز پر 47 K)۔
o کرنٹ کیری کرنے کی صلاحیت 2000 A کا مقررہ کرنٹ کی تصدیق کرتی ہے۔ حساب کردہ گرفت کرنٹ کثافت 3300 A/mm² تک پہنچ گئی، جو مشابہ گھریلو اور بین الاقوامی پروڈکٹس سے بہت زیادہ ہے۔

​3.2 کم کرنے والے کرنٹ کا ٹرگر ٹیسٹ​
• ​ٹیسٹ کی شرائط:​​ ایک محاکاة کیا گیا سرکٹ تیار کیا گیا 40 kA کا امکانی متناسب کم کرنے والے کرنٹ پیدا کرنے کے لئے۔
• ​ٹیسٹ کے نتائج:​​
o ناپی گئی ٹرگر کرنے کا کرنٹ قدر 15.1 kA تھا، جو محاکاة کی پیشن گوئی کی قدر (15 kA) کے ساتھ بہت مطابقت رکھتی ہے اور 8-15 kA کے بہترین رینج کے اندر ہے۔
o پیدا ہونے والی آرک ولٹیج 50 V تک پہنچ گئی، جو کافی ہے کہ ایلیکٹرک ڈیٹونیٹر کو مائیکرو سیکنڈ کے اندر موثوقانہ طور پر روشن کرے، تیز اور موثوقانہ کام کرنے کی تصدیق کرتا ہے۔

​IV. نتیجہ اور فوائد​

یہ حل کامیابی سے ایک عالی کارکردگی کا آرک ٹرگر فیوز تیار کیا ہے۔ بنیادی نتائج اور فوائد درج ذیل ہیں:

1. ​بنیادی پیروزی:​​ نوآورانہ مستطیل شکل کا فیوز عنصر ڈیزائن اور پیرامیٹر کی بہتری کے ذریعے، آرک ٹرگر میں کرنٹ کیری کرنے کی صلاحیت اور کام کرنے کی رفتار کے درمیان ذاتی تضاد کو حل کر دیا گیا ہے۔ گرفت کرنٹ کثافت کو صنعت کی رہنما سطح 3300 A/mm² تک بڑھا دیا گیا ہے۔
2. ​عالی کارکردگی کے اشارے:​​ پروڈکٹ 10 kV ولٹیج کی سطح کے لئے مناسب ہے، 2000 A کا مقررہ کرنٹ اور 40 kA کی توڑنے کی صلاحیت حاصل کرتا ہے، بلکل بجلی کے اعلی درجے کے اور اعلی کرنٹ کے صنعتی اطلاق کی ضروریات کو پورا کرتا ہے۔
3. ​عالی قابلِ اعتمادیت:​​ محض مکانیکی آرک ٹرگر مکینزم پاسیو ہے اور کنٹرول کی ضرورت نہیں ہوتی، الیکٹرانک کمپوننٹس اور بیرونی پاور سپلائی پر انحصار کرنے کو ختم کرتا ہے۔ یہ مضبوط ضد تداخل کی صلاحیت اور موثوقانہ کام کرنے کی یقینیت فراہم کرتا ہے۔
4. ​تصدیق کیلئے تکنالوجی:​​ ANSYS پر مبنی محاکاة مودل نے ناپی گئی نتائج کے ساتھ بہت مطابقت رکھی ہے، پروڈکٹ کی ڈیزائن اور بہتری کے لئے ایک کارکردگی کے لحاظ سے کارآمد اور موثوقانہ اوزار اور طریقہ کار فراہم کرتا ہے۔