I. समाधान का सारांश
यह समाधान डीसी प्रणालियों (विशेष रूप से रेल ट्रांजिट ट्रैक्शन पावर सप्लाई) के लिए शॉर्ट-सर्किट फ़ॉल्ट के खिलाफ सुरक्षा की आवश्यकताओं को पूरा करता है, जिसमें अनुकूलित यांत्रिक ब्रेकर संरचना पर आधारित डीसी सर्किट ब्रेकर समाधान प्रस्तावित किया गया है। इसमें कैपासिटर वोल्टेज नियंत्रण के माध्यम से आर्क-फ्री अवरोधन द्वारा, कम ऑन-स्टेट नुकसान और उच्च विश्वसनीयता को संयोजित किया गया है, जिससे यह अक्सर ऑपरेशन स्थितियों के लिए उपयुक्त हो जाता है।
II. मुख्य सिद्धांत
एक तेज यांत्रिक स्विच टोपोलॉजी का उपयोग करता है, जिसमें पूर्व चार्ज किए गए कैपासिटर और आरेस्टर्स शामिल हैं:
- स्थिर-अवस्था ऑपरेशन: धारा यांत्रिक स्विच (मुख्य सर्किट) के माध्यम से प्रवाहित होती है, जिसका ऑन-स्टेट प्रतिरोध माइक्रो-ओहम स्तर पर होता है, जिससे बहुत कम नुकसान होता है।
- फ़ॉल्ट अवरोधन:
• जब एक शॉर्ट-सर्किट फ़ॉल्ट का पता चलता है, तो यांत्रिक स्विच को तेजी से खोलने के लिए ट्रिगर किया जाता है।
• कैपासिटर मॉड्यूल को संचालित किया जाता है, जिससे यांत्रिक स्विच के साथ वोल्टेज आर्क आरंभ थ्रेशहोल्ड से नीचे रहता है, जिससे आर्क-फ्री अवरोधन संभव होता है।
• शॉर्ट-सर्किट धारा को समानांतर कैपासिटर और आरेस्टर लूप में भेजा जाता है, जहाँ आरेस्टर ऊर्जा को अवशोषित करता है और ओवरवोल्टेज को दबाता है।
III. तकनीकी पैरामीटर
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पैरामीटर आइटम
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मूल्य/विशेषता
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अवरोधन समय
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<10 मिलीसेकेंड
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निर्धारित धारा
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800A - 5000A (कस्टमाइजेबल)
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ऑन-स्टेट नुकसान
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μΩ-स्तर का प्रतिरोध, आदर्श मान ≤50 μΩ
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ऑपरेशन आवृत्ति
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≥200 स्विचिंग ऑपरेशन दैनिक
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लागू होने वाला वोल्टेज स्तर
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डीसी 1.5kV/3kV (रेल ट्रांजिट)
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IV. लागू होने वाली स्थितियाँ
• रेल ट्रांजिट ट्रैक्शन पावर सप्लाई प्रणालियाँ: अक्सर ऑपरेशन और कम नुकसान की आवश्यकताओं को पूरा करती हैं।
• शहरी डीसी वितरण नेटवर्क: मध्य और निम्न वोल्टेज डीसी प्रणालियों के फ़ॉल्ट सुरक्षा।
• औद्योगिक डीसी पावर प्रणालियाँ: उच्च विश्वसनीयता की मांग वाले अनुप्रयोग।
V. फायदे और सीमाएं
फायदे:
- कम ऑन-स्टेट नुकसान: सामान्य ऑपरेशन के दौरान यांत्रिक स्विच चालक रहता है, जिससे सेमीकंडक्टर गर्मी की समस्याएं टाली जा सकती हैं।
- नियंत्रित लागत: सभी-ठोस-स्थिति स्विचिंग डिवाइस की आवश्यकता नहीं, जिससे इसकी लागत अर्ध-सिर्किट ब्रेकरों की तुलना में कम होती है।
- आर्क-फ्री अवरोधन: कैपासिटर वोल्टेज नियंत्रण द्वारा सक्रिय आर्क विलोपन स्विच की लंबी उम्र को बढ़ाता है।
सीमाएं:
- कैपासिटेंस की आवश्यकता: उच्च वोल्टेज कैपासिटर मॉड्यूल बड़े होते हैं, जिनके लिए प्रणाली वोल्टेज पर आधारित अनुकूलित डिजाइन की आवश्यकता होती है।
- धारा स्थानांतरण समय: आरेस्टर ऊर्जा उपभोग पर निर्भर, जिससे शॉर्ट-सर्किट धारा स्थानांतरण ठोस-स्थिति समाधानों की तुलना में थोड़ा धीमा होता है।
- मेंटेनेंस की आवश्यकता: यांत्रिक घटकों की लगातार मेंटेनेंस की आवश्यकता होती है, हालाँकि यह पारंपरिक सर्किट ब्रेकरों की तुलना में कम आवश्यक होती है।
VI. लागू करने की सिफारिश
- कैपासिटर चयन: वोल्टेज नियंत्रण परिशुद्धता और आकार की सीमाओं को संतुलित करने के लिए बहु-मॉड्यूल समानांतर कैपासिटर समूहों का उपयोग करें।
- ड्राइव अनुकूलन: उच्च-गति एक्चुएशन मेकेनिज्म (जैसे, इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रिपल्सन मेकेनिज्म) के साथ सुसज्जित करें, जिससे अवरोधन प्रतिक्रिया <2 मिलीसेकेंड हो।
- आरेस्टर विन्यास: नॉन-लिनियर रेजिस्टर्स (MOVs) का चयन करें, जिनकी ऊर्जा अवशोषण क्षमता प्रणाली के शॉर्ट-सर्किट क्षमता पर आधारित हो।
VII. सारांश
यह समाधान यांत्रिक संरचना की नवीनता और कैपासिटर वोल्टेज नियंत्रण को संयोजित करके डीसी सर्किट ब्रेकरों में कम लागत, कम नुकसान और आर्क-फ्री अवरोधन प्राप्त करता है। यह विशेष रूप से रेल ट्रांजिट जैसी अक्सर ऑपरेशन स्थितियों के लिए उपयुक्त है, जो मध्य और निम्न वोल्टेज डीसी प्रणालियों में फ़ॉल्ट सुरक्षा के लिए एक विश्वसनीय रास्ता प्रदान करता है।
