वैक्यूम सर्किट ब्रेकर को उच्च-वोल्टेज विद्युत प्रणालियों के लिए उपयुक्त क्या बनाता है?

वैक्यूम ब्रेकर: वोल्टेज स्पेक्ट्रम के उच्चतम सिरे पर बाधाओं को तोड़ना

वैक्यूम आर्क के शमन के दौरान क्या होता है: प्लाज्मा आर्क का तीव्र पुनः संबंधन और धारा का तीव्र पुनर्स्थापन

जब वैक्यूम सर्किट ब्रेकर के संपर्क खुलते हैं, तो एक धातु वाष्प आयनित हो जाती है और प्लाज्मा आर्क का निर्माण करती है। अत्यधिक वैक्यूम स्तर (दाब < 10^-4 टॉर) पर, आवेशित कण वैक्यूम निक्षेपण द्वारा संपर्कों पर जमा हो जाते हैं, जिससे प्लाज्मा आर्क का 1–5 मिलीसेकंड के भीतर तीव्र पुनः संबंधन संभव हो जाता है। इससे यह भी संभव होता है कि अगले सिस्टम वोल्टेज पल्स से पूर्व ही धारा के आवरण (करंट शीथ) द्वारा सिस्टम को तीव्र रूप से विद्युतरोधित किया जा सके, जिससे धारा के शून्य पर गिरने के सटीक प्रथम क्षण पर आर्क के नियंत्रण को विश्वसनीय बनाया जा सके तथा आर्क निर्माण को नियंत्रित किया जा सके। वैक्यूम स्तर इलेक्ट्रॉन प्रवाह के लिए एसएफ₆ गैस की तुलना में लगभग 1000 गुना अधिक माध्य मुक्त पथ प्रदान करता है। यही मूल कारण है कि वैक्यूम सर्किट ब्रेकर विद्युत धारा के सुरक्षित अंतरायन में गैस और वायु सर्किट ब्रेकर की तुलना में श्रेष्ठ हैं।

15 मिलीसेकंड से कम का अंतरायन समय तथा एसएफ₆ और वायु-अंतरायन विकल्पों की तुलना में श्रेष्ठ शून्य-पारगमन दमन।

दोष अवरोधन के संबंध में, वैक्यूम अवरोधक 15 मिलीसेकंड या उससे कम समय में दोषों को दूर कर सकते हैं, जो SF6 या वायु-अवरोधन प्रणालियों की तुलना में 30–50% तेज़ है। चूँकि वैक्यूम अवरोधक एक निर्वात में स्थित होता है, इसलिए यह किसी अवरोधन को दूर करने की गति जटिल गैस प्रवाह यांत्रिकी द्वारा नियंत्रित नहीं होती है, जबकि गैस विद्युतरोधकों के मामले में ऐसा ही होता है। 72.5 किलोवोल्ट श्रेणी में, वैक्यूम अवरोधक प्रौद्योगिकि उन छोटे-छोटे TRV (ट्रांजिएंट रिकवरी वोल्टेज) के मामले में SF6 की तुलना में लगभग तीन गुना बेहतर प्रदर्शन करती है, जिन्हें अधिकांश इंजीनियर औसत मानते हैं। अधिकांश इंजीनियरों का मानना है कि पारंपरिक वायु-अवरोधन यांत्रिकी को एक आर्क को विश्वसनीय रूप से अवरुद्ध करने के लिए कम से कम 8 से 10 धारा शून्य पारगमनों की आवश्यकता होती है। दूसरी ओर, वैक्यूम अवरोधकों की अपेक्षा होती है कि वे सभी आर्कों को (IEC 62271-100 के अनुसार 99.8% आर्क विलोपन तक) 2 या उससे कम शून्य पारगमनों में अवरुद्ध कर देंगे। वास्तविक जीवन में 100% वैक्यूम अवरोधक अनुप्रयोगों ने भी काफी कम वोल्टेज स्पाइक्स को दर्शाया है। वास्तविक जीवन के परीक्षणों से यह भी पता चला है कि गैस विद्युतरोधित वैक्यूम स्विचों की तुलना में लगभग 40% कम वोल्टेज स्पाइक्स होते हैं। उच्च परावैद्युत सामर्थ्य एक सघन, विश्वसनीय उच्च वोल्टेज एकीकरण को सक्षम बनाती है।

वैक्यूम की आंतरिक परावैद्युत सामर्थ्य (>30 kV/cm) और 72.5–145 kV अनुप्रयोगों के लिए स्केल करने योग्य संपर्क-अंतर डिज़ाइन

वैक्यूम में उल्लेखनीय परावैद्युत सामर्थ्य (30 kV प्रति cm से अधिक) होती है, जिससे अतिरिक्त गैसों के उपयोग के बिना उच्च वोल्टेज प्रणालियों के कुशल विद्युत रोधन की अनुमति मिलती है। यह विशेषता इंजीनियरों को 72.5 kV से 145 kV तक के मानक IEC आकार के रेटिंग्स के भीतर संपर्क अंतर की दूरी को अनुकूलित करने में सक्षम बनाती है। SF₆ ब्रेकर्स के विपरीत, वैक्यूम प्रौद्योगिकी श्रेष्ठ है क्योंकि यह तापमान, ऊँचाई और आर्द्रता के बावजूद सुसंगत प्रदर्शन बनाए रखती है। इसके अतिरिक्त, वैक्यूम प्रौद्योगिकी गैस प्रबंधन से संबंधित चिंताओं को कम करती है, जिससे प्रतिकूल परिस्थितियों के तहत विश्वसनीय उप-केंद्र संचालन संभव हो जाता है।

स्थान और भार के लाभ: GIS और हाइब्रिड उप-केंद्रों में SF₆ ब्रेकर्स की तुलना में 30–40% कम आकार

वैक्यूम की परावैद्युत सामर्थ्य वास्तव में बहुत अधिक होती है, जिससे घटकों के बीच संपर्क अंतराल को काफी कम किया जा सकता है। इसके परिणामस्वरूप छोटे आकार के अंतरायक (इंटरप्टर्स) प्राप्त होते हैं, और इसलिए कुल मिलाकर अधिक संकुचित (कॉम्पैक्ट) ब्रेकर प्राप्त होते हैं। स्थान की बचत काफी महत्वपूर्ण है। जब गैस इन्सुलेटेड स्विचगियर (GIS) स्थापनाओं की तुलना की जाती है, जिनमें SF6 के बजाय वैक्यूम प्रौद्योगिकी का उपयोग किया जाता है, तो सामान्यतः लगभग 30 से 40 प्रतिशत कम स्थान का उपयोग किया जाता है। संचालन यांत्रिकी भी हल्की होती है, कुछ मामलों में यह 60% तक कम हो सकती है। यह विशेष रूप से संकर (हाइब्रिड) उप-केंद्रों के लिए लाभदायक है, क्योंकि यह बसबार रूटिंग और पुनर्स्थापना (रिट्रोफिटिंग) की गति में सुधार करता है। यूरोप में विद्युत ग्रिड अपग्रेड के दौरान, कई कंपनियों ने 145kV मानक पर वैक्यूम प्रौद्योगिकी के कार्यान्वयन के बाद लगभग 35% अधिक स्थान प्राप्त करने की रिपोर्ट दी है।

उच्च ड्यूटी साइकिल एचवी के साथ दीर्घकालिक विश्वसनीयता और न्यूनतम रखरखाव

20,000 से अधिक संचालन < IEEE C37.09-2018 के अनुसार 0.001% विफलता दर

निर्वात अंतरायक (वैक्यूम इंटरप्टर्स) जो वायुरोधी रूप से सील किए गए होते हैं और जिन पर उनके आसपास के वातावरण का कोई प्रभाव नहीं पड़ता, वे IEEE C37.09-2018 के अनुसार 20,000 से अधिक यांत्रिक संचालनों को पार कर सकते हैं, जिनकी विफलता दर 0.001% से कम होती है। चूँकि इनमें गैस रिसाव या गतिशील सील के लिए कोई स्थान नहीं होता, अतः परावैद्युत सामर्थ्य कई वर्षों तक सेवा के दौरान बनी रहती है। क्षेत्र में प्राप्त आँकड़ों से पता चलता है कि कई ऊर्जा वितरण कंपनियाँ 72.5 kV घटकों के प्रतिस्थापन से पूर्व लगभग 30 वर्षों की सेवा अनुभव करती हैं। इसके विपरीत, नवीनतर डिज़ाइनों के मामले में, संचालकों को लगभग 40% की लागत बचत का अनुभव होता है। इन डिज़ाइनों की विश्वसनीयता को बढ़ाने का कारण यह है कि इनमें आमतौर पर बार-बार दोष निवारण संचालनों के दौरान विफल होने वाले गतिशील भागों और सरकने वाले संपर्कों के लिए कोई डिज़ाइन सीमा नहीं होती है।

कोई गैस प्रबंधन, आर्द्रता से संबंधित समस्याएँ या विषैले अपघटन उत्पाद—ये SF₆ प्रणालियों के प्रमुख विफलता मोड को समाप्त कर देते हैं।

निर्वात अंतरायन प्रणालियाँ संपीड़ित गैस प्रणाली के तीन प्रमुख विफलता बिंदुओं को बाईपास करती हैं:

कोई गैस प्रबंधन नहीं: कोई SF₆ प्रबंधन, रिसाव का पता लगाना या महंगे पुनर्प्राप्ति गैस प्रबंधन नहीं

नमी प्रतिरोधी: SF₆ ब्रेकर विफलता का प्राथमिक कारण—नमी से संबंधित परावैद्युत भंग—से बचा जाता है।

अविषैला: कोई गैस प्रणाली संदूषण नहीं जो धातु फ्लोराइड उपउत्पादों का निर्माण करे

इसके परिणामस्वरूप, उपयोगिता के मामले के अध्ययनों से पता चला कि रखरखाव की आवश्यकताएँ 75% कम हो गईं। इसके अतिरिक्त, उन्होंने ईपीए (EPA) अनुपालन ऑडिट में उल्लिखित $740,000/वर्ष के औसत SF₆ उत्सर्जन दंडों से बचने में सफलता प्राप्त की। ठोस-संपर्क डिज़ाइन गैस अंतरायनकर्ताओं में संपर्क क्षरण अपघटन को भी रोकता है, जो कुछ लघु-परिपथ संचालनों के बाद होता है।

विकसित होती वोल्टेज श्रेणियाँ: मध्य वोल्टेज से उच्च वोल्टेज तक
प्रस्तुतीकरण

मानकीकृत वैक्यूम सर्किट ब्रेकरों की नामांकित वोल्टेज (12–145 kV) है तथा 145 kV उपयोगिता स्थापनाएँ हैं

वैक्यूम सर्किट ब्रेकर्स को हाल ही में मध्यम और 145 केवी उच्च वोल्टेज प्रणालियों के तहत संचालन में उनकी उपयोगिता को बढ़ाने के लिए विकसित किया गया है। संपर्क सामग्री, वैक्यूम, सीलिंग और विद्युतचुंबकीय कार्यान्वयन के विकास ने इनके 145 केवी स्थापनाओं में उपयोग को बेहतर बना दिया है। इनकी संचालन विच्छेदन क्षमता 40 केए (अर्थात् < 20 मिलीसेकंड) तक होती है। ये ब्रेकर्स -40 से +55 डिग्री सेल्सियस तक के अत्यधिक विस्तृत तापमान सीमा और पर्यावरण के लिए हानिकारक गैस की अनुपस्थिति को ध्यान में रखते हुए बड़े प्राथमिक उपकरण समाधानों का स्थान लेते हैं।

245 केवी के लिए वैक्यूम अंतरायन तकनीक: आईईसी 62271-100 मानक और बहु-विच्छेदन श्रृंखला-अंतरायन विकास

निर्माताओं ने 245 केवी अनुप्रयोगों के लिए बहु-विच्छेद श्रृंखला विच्छेदक डिज़ाइन के साथ निर्वात प्रौद्योगिकी का वाणिज्यिकीकरण करना शुरू कर दिया है। मूलतः, वे कई निर्वात विच्छेदकों को इस प्रकार जोड़ रहे हैं कि वोल्टेज को एक ही स्थान पर केंद्रित करने के बजाय कई उपकरणों पर समान रूप से वितरित किया जाए। ये डिज़ाइन हाल ही में 245 केवी / 50 केए विच्छेदन क्षमता के लिए आईईसी 62271-100 मानकों के अनुपालन में आ गए हैं, जो इस उद्योग के लिए एक महत्वपूर्ण उन्नति है। इनमें से एक प्रोटोटाइप मॉडल को 2 विद्युत चक्रों में धारा प्रवाह को विच्छेदित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो पारंपरिक एकल-विच्छेद विच्छेदकों की तुलना में 40% तेज़ है। इसके अतिरिक्त, यह मॉडल तांबा-क्रोमियम (Cu/Cr) संपर्क

प्रणालियों का उपयोग करता है जो चॉपिंग धारा को < 3 ए के स्तर तक कम कर देती हैं। पिछले वर्ष से ही कई प्रारंभिक प्रोटोटाइप मॉडलों को यूरोपीय विद्युत ग्रिड में शामिल कर लिया गया है। अधिकांश उद्योग विशेषज्ञों का मानना है कि पर्यावरणीय चिंताओं को प्राथमिकता दिए जाने वाले उच्च वोल्टेज अनुप्रयोगों में निर्वात प्रौद्योगिकी अंततः SF6 गैस की जगह ले लेगी।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

वैक्यूम सर्किट ब्रेकर का उपयोग करने का मुख्य लाभ SF6 और एयर-ब्रेक प्रणालियों की तुलना में क्या है?

उच्च वोल्टेज प्रणालियों के मामले में, वैक्यूम सर्किट ब्रेकर में परावैद्युत शक्ति के पुनर्प्राप्ति की गति अधिक तीव्र होती है, जिससे आर्क के शमन की गति बढ़ जाती है और वोल्टेज शिखरों में कमी आती है। इसका अर्थ है कि वैक्यूम सर्किट ब्रेकर अन्य प्रणालियों की तुलना में कहीं अधिक दक्षता के साथ कार्य कर सकते हैं।

SF6 ब्रेकर के डिज़ाइन के बारे में आप क्या बता सकते हैं जो वैक्यूम इंटरप्टर्स के छोटे आकार को संभव बनाता है?

SF6 ब्रेकरों की परावैद्युत शक्ति कम होने के कारण, उन्हें बड़े संपर्क अंतराल की आवश्यकता होती है। इस कारण, वैक्यूम इंटरप्टर्स को SF6 ब्रेकरों की तुलना में लगभग 30-40% कम स्थान की आवश्यकता होती है।

वैक्यूम इंटरप्टर्स का जीवनकाल 20,000 से अधिक ऑपरेशन्स तक का होता है, और इसलिए इनकी विफलता दर कम होती है। यह कम विफलता दर इन्हें लगभग 30 वर्ष तक सफलतापूर्ण रूप से कार्य करने की क्षमता प्रदान करती है। यह कम विफलता दर और उच्च सफलता दर के कारण, वैक्यूम इंटरप्टर्स की लागत पुरानी प्रौद्योगिकियों की तुलना में लगभग 40% कम हो सकती है, क्योंकि इन्हें कम रखरखाव और मरम्मत की आवश्यकता होती है।

पर्यावरण के संदर्भ में क्या वैक्यूम इंटरप्टर्स का उपयोग करने का SF6 ब्रेकर्स की तुलना में कोई लाभ है?

बिल्कुल! वैक्यूम इंटरप्टर्स गैस प्रबंधन प्रणालियों की आवश्यकता को समाप्त कर देते हैं, और ये आर्द्रता-प्रतिरोधी भी होते हैं। इनसे लगभग कोई खतरनाक उप-उत्पाद नहीं बनते हैं। इसके कारण, SF6 प्रणालियों से जुड़ी पर्यावरणीय लागतें भी कम होती हैं, साथ ही वित्तीय लागतें भी कम होती हैं।