Switchgear
एक विद्युत शक्ति प्रणाली में, एक स्विचगियर विद्युत डिस्कनेक्ट स्विच, फ्यूज या सर्किट ब्रेकर से बना होता है जिसका उपयोग विद्युत उपकरणों को नियंत्रित करने, संरक्षित करने और अलग करने के लिए किया जाता है। स्विचगियर का उपयोग उपकरण को ऊर्जा मुक्त करने के लिए किया जाता है ताकि काम किया जा सके और नीचे की ओर दोषों को साफ किया जा सके। इस प्रकार के उपकरण सीधे बिजली आपूर्ति की विश्वसनीयता से जुड़े होते हैं। प्रारंभिक केंद्रीय बिजली स्टेशनों में सरल खुले चाकू स्विचों का उपयोग किया जाता था, जो संगमरमर या एस्बेस्टस के अवरोधक पैनलों पर लगाए जाते थे। बिजली का स्तर और वोल्टेज तेजी से बढ़ गए, जिससे मैन्युअल रूप से संचालित स्विचों को खोलना एक डी-एनर्जाइज्ड सर्किट के अलगाव के अलावा किसी भी चीज़ के लिए बहुत खतरनाक हो गया। तेल से भरे स्विचगियर उपकरण चाप ऊर्जा को नियंत्रित करने और सुरक्षित रूप से नियंत्रित करने की अनुमति देते हैं। 20वीं शताब्दी की शुरुआत तक, एक स्विचगियर लाइन-अप एक धातु-संलग्न संरचना होगी जिसमें तेल सर्किट ब्रेकर का उपयोग करके विद्युत संचालित स्विचिंग तत्व होंगे। आज, तेल से भरे उपकरण को बड़े पैमाने पर वायु-विस्फोट, वैक्यूम या एस. एफ. 6 उपकरण द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है, जिससे बड़ी धाराओं और बिजली के स्तर को स्वचालित उपकरण द्वारा सुरक्षित रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। उच्च-वोल्टेज स्विचगियर का आविष्कार 19वीं शताब्दी के अंत में मोटरों और अन्य विद्युत मशीनों के संचालन के लिए किया गया था। समय के साथ तकनीक में सुधार किया गया है और अब इसका उपयोग 1,100 केवी तक के वोल्टेज के साथ किया जा सकता है। आमतौर पर, सबस्टेशनों में स्विचगियर बड़े पावर ट्रांसफॉर्मरों के उच्च और निम्न-वोल्टेज दोनों तरफ स्थित होता है। ट्रांसफॉर्मर के निम्न-वोल्टेज पक्ष पर स्विचगियर एक इमारत में स्थित हो सकता है, जिसमें वितरण सर्किट के लिए मध्यम-वोल्टेज सर्किट ब्रेकर के साथ-साथ मीटरिंग, नियंत्रण और सुरक्षा उपकरण हो सकते हैं। औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए, एक ट्रांसफॉर्मर और स्विचगियर लाइन-अप को एक आवास में जोड़ा जा सकता है, जिसे एकात्मक सबस्टेशन (यूएसएस) कहा जाता है। एक बाजार अनुसंधान कंपनी, विजनगेन के नवीनतम शोध के अनुसार, दुनिया भर में स्विचगियर बाजार के 2029 तक 5.9% के सीएजीआर पर $152.5 बिलियन प्राप्त करने की उम्मीद है। अक्षय ऊर्जा में बढ़ते निवेश और सुरक्षित और सुरक्षित विद्युत वितरण प्रणालियों की बढ़ती मांग से वृद्धि होने की उम्मीद है। एक स्विचगियर असेंबली में दो प्रकार के घटक होते हैंः पावर-कंडक्टिंग घटक, जैसे स्विच, सर्किट ब्रेकर, फ्यूज और लाइटनिंग अरेस्टर, जो विद्युत शक्ति के प्रवाह को संचालित या बाधित करते हैं। नियंत्रण प्रणालियाँ जैसे नियंत्रण पैनल, वर्तमान ट्रांसफॉर्मर, संभावित ट्रांसफॉर्मर, सुरक्षात्मक रिले और संबंधित सर्किटरी, जो शक्ति-संवाहक घटकों की निगरानी, नियंत्रण और सुरक्षा करते हैं। कार्य स्विचगियर के बुनियादी कार्यों में से एक सुरक्षा है, जो अप्रभावित परिपथों की सेवा को बनाए रखते हुए शॉर्ट-सर्किट और ओवरलोड फॉल्ट धाराओं का व्यवधान है। स्विचगियर बिजली की आपूर्ति से परिपथ का अलगाव भी प्रदान करता है। स्विचगियर का उपयोग एक से अधिक स्रोतों को एक भार को भरने की अनुमति देकर प्रणाली की उपलब्धता को बढ़ाने के लिए किया जाता है। स्विचगियर का इतिहास बिजली उत्पादन जितना पुराना है। पहले मॉडल बहुत आदिम थेः सभी घटकों को बस एक दीवार पर लगाया गया था। बाद में उन्हें लकड़ी के पैनलों पर चढ़ाया गया। अग्नि सुरक्षा के कारणों से, लकड़ी को स्लेट या संगमरमर से बदल दिया गया था। इससे और सुधार हुआ, क्योंकि स्विचिंग और मापने वाले उपकरणों को सामने से जोड़ा जा सकता था, जबकि तार पीछे की ओर थे। कम वोल्टेज के लिए आवास स्विचगियर पूरी तरह से एक इमारत के भीतर संलग्न हो सकता है। उच्च वोल्टेज (लगभग 66 केवी से अधिक) के लिए, स्विचगियर को आम तौर पर बाहर लगाया जाता है और हवा द्वारा अछूता किया जाता है, हालांकि इसके लिए बड़ी मात्रा में जगह की आवश्यकता होती है। गैस-इन्सुलेटेड स्विचगियर वायु-इन्सुलेटेड उपकरणों की तुलना में जगह बचाता है, हालांकि उपकरण की लागत अधिक है। ऑयल इंसुलेटेड स्विचगियर एक तेल रिसाव का खतरा प्रस्तुत करता है। स्विचों को हाथ से संचालित किया जा सकता है या रिमोट कंट्रोल की अनुमति देने के लिए मोटर ड्राइव हो सकते हैं। सर्किट ब्रेकर प्रकार एक स्विचगियर एक साधारण ओपन-एयर आइसोलेटर स्विच हो सकता है या इसे किसी अन्य पदार्थ द्वारा अछूता किया जा सकता है। स्विचगियर का एक प्रभावी लेकिन अधिक महंगा रूप गैस-इन्सुलेटेड स्विचगियर (जी. आई. एस.) है, जहां कंडक्टर और संपर्कों को दबावयुक्त सल्फर हेक्साफ्लोराइड गैस (एस. एफ. 6) द्वारा इन्सुलेट किया जाता है। अन्य सामान्य प्रकार तेल या वैक्यूम इंसुलेटेड स्विचगियर हैं। स्विचगियर घेराव के भीतर उपकरणों का संयोजन उन्हें हजारों एम्प्स की फॉल्ट धाराओं को बाधित करने की अनुमति देता है। एक सर्किट ब्रेकर (एक स्विचगियर बाड़े के भीतर) प्राथमिक घटक है जो फॉल्ट धाराओं को बाधित करता है। जब सर्किट ब्रेकर संपर्कों को अलग करता है (सर्किट को डिस्कनेक्ट करता है) तो चाप को बुझाने के लिए सावधानीपूर्वक डिजाइन की आवश्यकता होती है। सर्किट ब्रेकर इन छह प्रकारों में आते हैंः ऑयल ऑयल सर्किट ब्रेकर चाप के रास्ते में तेल के एक जेट को विस्फोट करने के लिए कुछ तेल के वाष्पीकरण पर भरोसा करते हैं। धनुषाकार द्वारा छोड़े गए वाष्प में हाइड्रोजन गैस होती है। खनिज तेल में हवा की तुलना में बेहतर अवरोधक गुण होते हैं। जब भी तेल में करंट ले जाने वाले संपर्कों का पृथक्करण होता है, तो सर्किट ब्रेकर में चाप को संपर्कों के पृथक्करण के समय आरंभ किया जाता है, और इस चाप के कारण तेल वाष्पीकृत हो जाता है और ज्यादातर हाइड्रोजन गैस में विघटित हो जाता है और अंततः विद्युत चाप के चारों ओर एक हाइड्रोजन बुलबुला बनाता है। मोड़ के चारों ओर यह अत्यधिक संपीड़ित गैस बुलबुला चक्र के शून्य पार तक पहुंचने के बाद चाप के पुनः प्रहार को रोकता है। ऑयल सर्किट ब्रेकर सबसे पुराने प्रकार के सर्किट ब्रेकरों में से एक है। एयर सर्किट ब्रेकर चाप को लंबा करने के लिए संपीड़ित हवा (पफ) या चाप के चुंबकीय बल का उपयोग कर सकते हैं। चूंकि टिकाऊ चाप की लंबाई उपलब्ध वोल्टेज पर निर्भर करती है, इसलिए लंबा चाप अंततः खुद को समाप्त कर देगा। वैकल्पिक रूप से, संपर्कों को तेजी से एक छोटे सीलबंद कक्ष में घुमाया जाता है, विस्थापित हवा का पलायन इस प्रकार चाप को उड़ा देता है। सर्किट ब्रेकर आमतौर पर सभी वर्तमान प्रवाह को बहुत जल्दी समाप्त करने में सक्षम होते हैंः आमतौर पर उपकरण की उम्र और निर्माण के आधार पर 30 एमएस और 150 एमएस के बीच। गैस गैस (एस. एफ. 6) सर्किट ब्रेकर कभी-कभी चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके चाप को फैलाते हैं, और फिर फैले हुए चाप को बुझाने के लिए एस. एफ. 6 गैस की परावैद्युत शक्ति पर भरोसा करते हैं। हाइब्रिड हाइब्रिड स्विचगियर एक ऐसा प्रकार है जो पारंपरिक एयर-इंसुलेटेड स्विचगियर (ए. आई. एस.) और एस. एफ. 6 गैस-इंसुलेटेड स्विचगियर (जी. आई. एस.) प्रौद्योगिकियों के घटकों को जोड़ता है। यह एक कॉम्पैक्ट और मॉड्यूलर डिज़ाइन द्वारा विशेषता है, जिसमें एक मॉड्यूल में कई अलग-अलग कार्य शामिल हैं। वैक्यूम इंटरप्टर्स के साथ वैक्यूम सर्किट ब्रेकर में न्यूनतम धनुषाकार विशेषताएँ होती हैं (क्योंकि संपर्क सामग्री के अलावा आयनित करने के लिए कुछ भी नहीं होता है), इसलिए जब इसे थोड़ी मात्रा (<2-8 मिमी) तक बढ़ाया जाता है तो चाप शांत हो जाता है। शून्य धारा के पास चाप प्लाज्मा को बनाए रखने के लिए पर्याप्त गर्म नहीं होता है, और धारा बंद हो जाती है; अंतर तब वोल्टेज की वृद्धि का सामना कर सकता है। वैक्यूम सर्किट ब्रेकर का उपयोग अक्सर आधुनिक मध्यम-वोल्टेज स्विचगियर में 40,500 वोल्ट तक किया जाता है। अन्य प्रकारों के विपरीत, वे स्वाभाविक रूप से डी. सी. दोषों को बाधित करने के लिए अनुपयुक्त हैं। वैक्यूम सर्किट ब्रेकर उच्च डीसी वोल्टेज को तोड़ने के लिए अनुपयुक्त होने का कारण यह है कि डीसी के साथ कोई "वर्तमान शून्य" अवधि नहीं है। प्लाज्मा चाप संपर्क सामग्री को गैसीकृत करना जारी रखते हुए खुद को खिला सकता है। कार्बन डाइऑक्साइड तोड़ने वाले जो कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग अवरोधक और चाप बुझाने वाले माध्यम के रूप में करते हैं, वे सल्फर हेक्साफ्लोराइड (एस. एफ. 6) तोड़ने वाले के समान सिद्धांतों पर काम करते हैं। चूँकि एस. एफ. 6 एक ग्रीनहाउस गैस है जो सी. ओ. 2 की तुलना में अधिक शक्तिशाली है, इसलिए एस. एफ. 6 से सी. ओ. 2 पर स्विच करने से उत्पाद जीवन चक्र के दौरान ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को 10 टन तक कम करना संभव है। प्रोटेक्टिव सर्किटरी सर्किट ब्रेकर और फ्यूज सर्किट ब्रेकर और फ्यूज डिस्कनेक्ट हो जाते हैं जब करंट पूर्व निर्धारित सुरक्षित स्तर से अधिक हो जाता है। हालाँकि वे अन्य महत्वपूर्ण दोषों को महसूस नहीं कर सकते हैं, जैसे कि असंतुलित धाराएँ-उदाहरण के लिए, जब एक ट्रांसफॉर्मर घुमावदार संपर्क जमीन पर होता है। अपने आप में, सर्किट ब्रेकर और फ्यूज शॉर्ट सर्किट और उच्च स्तर की विद्युत मांग के बीच अंतर नहीं कर सकते हैं। मर्ज-मूल्य परिसंचारी वर्तमान योजना विभेदक संरक्षण किरचॉफ के वर्तमान नियम पर निर्भर करता है, जिसमें कहा गया है कि एक परिपथ नोड में प्रवेश करने या छोड़ने वाली धाराओं का योग शून्य के बराबर होना चाहिए। विभेदक संरक्षण को लागू करने के लिए इस सिद्धांत का उपयोग करते हुए, एक प्रवाहकीय पथ के किसी भी खंड को एक नोड माना जा सकता है। प्रवाहकीय पथ एक संचरण लाइन, एक ट्रांसफॉर्मर का घुमावदार, एक मोटर में घुमावदार, या एक अल्टरनेटर के स्टेटर में घुमावदार हो सकता है। सुरक्षा का यह रूप सबसे अच्छा काम करता है जब प्रवाहकीय पथ के दोनों छोर भौतिक रूप से एक दूसरे के करीब होते हैं। इस योजना का आविष्कार ग्रेट ब्रिटेन में चार्ल्स हेस्टरमैन मेर्ज़ और बर्नार्ड प्राइस ने किया था। एक ट्रांसफॉर्मर, स्टेटर या अन्य उपकरण के प्रत्येक वाइंडिंग के लिए दो समान करंट ट्रांसफॉर्मर का उपयोग किया जाता है। वर्तमान ट्रांसफॉर्मर को वाइंडिंग के विपरीत छोरों के आसपास रखा जाता है। दोनों छोरों से प्रवाह समान होना चाहिए। एक सुरक्षात्मक रिले धाराओं में किसी भी असंतुलन का पता लगाता है, और उपकरण को अलग करने के लिए सर्किट ब्रेकर को घुमाता है। एक ट्रांसफॉर्मर के मामले में, प्राथमिक और माध्यमिक दोनों पर सर्किट ब्रेकर खुलेंगे। दूरी रिले एक लंबी संचरण लाइन के अंत में एक शॉर्ट सर्किट एक सामान्य भार के समान दिखाई देता है, क्योंकि संचरण लाइन की प्रतिबाधा फॉल्ट करंट को सीमित करती है। एक दूरी रिले संचरण लाइन पर वोल्टेज और धारा की तुलना करके एक दोष का पता लगाता है। वोल्टेज ड्रॉप के साथ एक बड़ा करंट एक फॉल्ट को इंगित करता है। वर्गीकरण स्विचगियर के कई अलग-अलग वर्गीकरण किए जा सकते हैंः वर्तमान मूल्यांकन द्वारा। रेटिंग को बाधित करके (अधिकतम शॉर्ट सर्किट करंट केएआईसी जिसे उपकरण सुरक्षित रूप से बाधित कर सकता है) सर्किट ब्रेकर फॉल्ट करंट को खोल और बंद कर सकते हैं लोड-ब्रेक/लोड-मेक स्विच सामान्य सिस्टम लोड करंट को बदल सकते हैं आइसोलेटर ऑफ लोड डिस्कनेक्टर हैं जिन्हें सर्किट ब्रेकर के बाद संचालित किया जाना है, या अन्यथा यदि लोड करंट बहुत कम है वोल्टेज वर्ग द्वाराः कम वोल्टेज (1 केवी एसी से कम) मध्यम वोल्टेज (1 केवी एसी से लगभग 75 केवी एसी) उच्च वोल्टेज (75 केवी से लगभग 230 केवी एसी) अतिरिक्त उच्च वोल्टेज, अल्ट्रा उच्च वोल्टेज (230 केवी से अधिक) इन्सुलेट माध्यम सेः वायु गैस (एसएफ 6 या मिश्रण) तेल वैक्यूम कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ 2) मेटल-क्लैड (एमसी)-मेटल-क्लोज्ड स्विचगियर की एक अधिक महंगी किस्म जिसमें निम्नलिखित विशेषताएं हैंः हटाने योग्य प्रकार का मुख्य स्विचिंग और इंटरप्टिंग डिवाइस; अलग-अलग डिब्बों में ग्राउंडेड मेटल बैरियर और सभी प्रमुख सर्किट और भागों को घेरना; मैकेनिकल इंटरलॉक; इंसुलेटेड बस कंडक्टर और अन्य विशेषताएं। चाप-प्रतिरोधी आई. ई. सी. द्वारा आंतरिक पृथक्करण की डिग्री कोई पृथक्करण नहीं (फॉर्म 1) कार्यात्मक इकाइयों से अलग बसबार (फॉर्म 2ए, 2बी, 3ए, 3बी, 4ए, 4बी) बसबार से अलग बाहरी कंडक्टरों के लिए टर्मिनल (फॉर्म 2बी, 3बी, 4ए, 4बी) कार्यात्मक इकाइयों से अलग बाहरी कंडक्टरों के लिए टर्मिनल लेकिन एक दूसरे से अलग नहीं (फॉर्म 3ए, 3बी) कार्यात्मक इकाइयाँ एक दूसरे से अलग (फॉर्म 3ए, 3बी, 4ए, 4बी) बाहरी कंडक्टरों के लिए टर्मिनल एक दूसरे से अलग (फॉर्म 4ए, 4बी) बाहरी कंडक्टरों के लिए टर्मिनल उनकी संबंधित कार्यात्मक इकाई (फॉर्म 4बी) से अलग उपकरणः फ्यूज एयर ग्राउंडिंग (अर्थिंग) स्विच एक एकल लाइन-अप में कई अलग-अलग प्रकार के उपकरण शामिल हो सकते हैं, उदाहरण के लिए, एयर-इंसुलेटेड बस, वैक्यूम सर्किट ब्रेकर और मैन्युअल रूप से संचालित स्विच सभी क्यूबिकल्स की एक ही पंक्ति में मौजूद हो सकते हैं। स्विचगियर की रेटिंग, डिजाइन, विनिर्देश और विवरण कई मानकों द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। उत्तरी अमेरिका में ज्यादातर आई. ई. ई. ई. और ए. एन. एस. आई. मानकों का उपयोग किया जाता है, बाकी दुनिया का अधिकांश हिस्सा आई. ई. सी. मानकों का उपयोग करता है, कभी-कभी स्थानीय राष्ट्रीय व्युत्पन्न या विविधताओं के साथ। सुरक्षा स्विचगियर के सुरक्षित संचालन अनुक्रमों को सुनिश्चित करने में मदद करने के लिए, ट्रैप्ड-की इंटरलॉकिंग संचालन के पूर्वनिर्धारित परिदृश्य प्रदान करती है। उदाहरण के लिए, यदि किसी दिए गए समय में आपूर्ति के दो स्रोतों में से केवल एक को जोड़ने की अनुमति है, तो इंटरलॉक योजना के लिए आवश्यक हो सकता है कि पहला स्विच एक कुंजी जारी करने के लिए खोला जाना चाहिए जो दूसरे स्विच को बंद करने की अनुमति देगा। जटिल योजनाएं संभव हैं। इनडोर स्विचगियर को आंतरिक चाप नियंत्रण (जैसे, आई. ई. सी. 62271-200) के लिए भी टाइप परीक्षण किया जा सकता है। यह परीक्षण उपयोगकर्ता की सुरक्षा के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि आधुनिक स्विचगियर बड़ी धाराओं को बदलने में सक्षम है। स्विचगियर का अक्सर थर्मल इमेजिंग का उपयोग करके निरीक्षण किया जाता है ताकि सिस्टम की स्थिति का आकलन किया जा सके और विफलताओं की भविष्यवाणी की जा सके। अन्य विधियों में आंशिक निर्वहन (पीडी) परीक्षण, या तो स्थिर या पोर्टेबल परीक्षकों का उपयोग करना, और बाहरी स्विचयार्ड में उपयोग किए जाने वाले सतह-घुड़सवार ट्रांसड्यूसर (तेल उपकरण के लिए) या अल्ट्रासोनिक डिटेक्टर का उपयोग करके ध्वनिक उत्सर्जन परीक्षण शामिल हैं। स्विचगियर में केबलों पर लगे तापमान संवेदक स्थायी रूप से तापमान निर्माण की निगरानी कर सकते हैं। एस. एफ. 6 उपकरण हमेशा दबाव के नुकसान की चेतावनी देने और दबाव बहुत कम होने पर संचालन को रोकने के लिए अलार्म और इंटरलॉक से सुसज्जित होते हैं। उच्च फॉल्ट स्तरों से जुड़े खतरों के बारे में बढ़ती जागरूकता के परिणामस्वरूप नेटवर्क ऑपरेटरों ने अर्थ स्विच और रैकिंग ब्रेकर के लिए बंद दरवाजे के संचालन को निर्दिष्ट किया है। कई यूरोपीय बिजली कंपनियों ने संचालन के दौरान संचालकों को स्विच रूम में काम करने से प्रतिबंधित कर दिया है। रिमोट रैकिंग सिस्टम उपलब्ध हैं जो एक ऑपरेटर को एक सुरक्षात्मक आर्क फ्लैश हैज़र्ड सूट पहनने की आवश्यकता के बिना एक दूरस्थ स्थान से स्विचगियर को रैक करने की अनुमति देते हैं। स्विचगियर प्रणालियों को उपयोग करने के लिए सुरक्षित और इस तरह के उच्च वोल्टेज प्रदान करने के लिए पूरी तरह से अनुकूलित रहने के लिए निरंतर रखरखाव और सर्विसिंग की आवश्यकता होती है। आर्क फ्लैश सर्किट ब्रेकर डिस्कनेक्टर इलेक्ट्रिकल सेफ्टी इलेक्ट्रिक आर्क हाई वोल्टेज रिमोट रैकिंग सिस्टम शॉर्ट सर्किट संदर्भ बाहरी लिंक इलेक्ट्रिक पावर सिस्टम घटक इलेक्ट्रिक पावर इंफ्रास्ट्रक्चर