स्विचगियर इन्सुलेशन आवश्यकताएं क्षणिक वोल्टेज द्वारा आकारित होती हैं — संक्षिप्त, असामान्य रूप से उच्च वोल्टेज तरंगें जो बिजली, अचानक परिपथ परिवर्तन, स्विचिंग, अनुनाद, आर्किंग ग्राउंड, दोष, एवं यात्रा तरंगों के कारण होती हैं।
| प्रतिनिधि तड़ित प्रहार मान | परिमाण |
|---|---|
| Voltage | 2 × 10⁸ volts |
| Current | 2 × 10⁴ Amps |
| Duration | 10⁻⁵ seconds |
| Power | 8 × 10⁵ kW |
लाइटनिंग अरेस्टर (LA) का उद्देश्य अतिरिक्त-वोल्टेज को अर्थ में डिस्चार्ज करना है, सेवा व्यवधान एवं स्टेशन-उपकरण क्षति को रोकते हुए।
प्रौद्योगिकी परिवर्तन — एक सदी का उछाल-सुरक्षा विकास
- सबसे पुराना: सरल स्पार्क गैप ने अतिरिक्त-वोल्टेज/उछाल को रोका।
- फिर: लेड ऑक्साइड एवं इलेक्ट्रोकेमिकल एल्यूमिनियम-सेल युक्तियां — हर्मेटिकली सील्ड नहीं।
- 1930 का दशक: सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) गैर-रैखिक तत्व → हर्मेटिकली-सील्ड SiC गैप्ड अरेस्टर। SiC-आधारित अरेस्टर 1970 तक प्रमुख बने रहे।
- 1970 का दशक: जिंक ऑक्साइड (ZnO) गैर-रैखिक तत्वों ने पहले गैपलेस अरेस्टर को जन्म दिया।
गैपलेस (ZnO) लाइटनिंग अरेस्टर का कार्य सिद्धांत
एक ZnO अरेस्टर में ZnO पॉली-क्रिस्टलाइन तत्व होते हैं, एक खोखले पोर्सिलेन इंसुलेटर में स्थापित, अत्यधिक गैर-रैखिक वोल्टेज-धारा विशेषताएं प्रदर्शित करते हुए।
| V-I वक्र क्षेत्र | विवरण |
|---|---|
| A — Bottom linear part | Ohmic region |
| B — Knee point | Breakdown region |
| C — Non-linear part | Non-linear region |
| D — Upper linear part | Up-linear region |
| O — Working point | Continuously applied voltage |
ZnO (गैपलेस) के लाभ SiC (गैप्ड) पर
- V-I विशेषताओं में उच्च गैर-रैखिकता: गैर-रैखिक सूचकांक α ZnO हेतु 30-40 है, लेकिन SiC हेतु 5 से कम है।
- श्रृंखला/स्पार्क गैप की पूर्ण अनुपस्थिति।
- प्रदूषित वातावरण में बेहतर प्रदर्शन।
- फॉलो-ऑन करंट की अनुपस्थिति।
- उच्च ऊर्जा हैंडलिंग क्षमता: ZnO सिरेमिक तत्व 150 जूल/सेमी² की सीमा में ऊर्जा सहन करते हैं।
- लंबा जीवन, श्रृंखला गैप एवं फॉलो-ऑन करंट की अनुपस्थिति के कारण।
- उच्च गैर-रैखिकता एवं तेज़ प्रतिक्रिया के संयोजन से बेहतर सुरक्षात्मक विशेषताएं।
लाइटनिंग अरेस्टर की रेटिंग
चूंकि एक LA की डिस्चार्ज ऊर्जा भारी धारा परिमाण के बावजूद कम होती है, मुख्य रेटिंग विचार लाइन-टू-ग्राउंड गतिशील वोल्टेज है। सामान्यतः 5% भत्ता माना जाता है।
मुख्य शब्दावली
- इम्पल्स अनुपात: एक निर्दिष्ट इम्पल्स तरंग पर टूटने वाला वोल्टेज, पावर आवृत्ति पर टूटने वाले वोल्टेज का अनुपात।
- निरंतर परिचालन वोल्टेज (COV): नामित अनुमेय r.m.s. पावर-आवृत्ति वोल्टेज।
- पंक्चर (ब्रेकडाउन): किसी ठोस के माध्यम से एक विघटनकारी डिस्चार्ज। फ्लैश-ओवर: किसी ठोस सतह के ऊपर।
- फॉलो करंट: जुड़े पावर स्रोत से LA के माध्यम से बहने वाली धारा।
- अवशिष्ट वोल्टेज: डिस्चार्ज करंट के गुजरने के दौरान अरेस्टर के लाइन एवं अर्थ टर्मिनलों के बीच दिखाई देने वाला वोल्टेज।
- दबाव राहत युक्ति: आवास के हिंसक टूटने को रोकने एवं आंतरिक दबाव से राहत देने हेतु साधन।
बिजली उछाल के विरुद्ध सुरक्षात्मक युक्तियों के प्रकार
- रॉड गैप: सबसे सरल सुरक्षा — इंसुलेटर के फ्लैशओवर वोल्टेज से लगभग 20% नीचे टूटने हेतु सेट।
- हॉर्न गैप: हॉर्न के बीच का अंतराल नीचे संकरा, ऊपर चौड़ा होता है। हॉर्न गैप रेंज: 135-160mm।
- एक्सपल्शन गैप/प्रोटेक्टिव ट्यूब: ट्यूब के बाहर एक श्रृंखला गैप, एक फाइबर-लाइन्ड ट्यूब, ट्यूब के अंदर एक स्पार्क गैप, एवं गैस निष्कासन हेतु एक खुला निचला वेंट।
- सर्ज एब्ज़ॉर्बर: यात्रा तरंग में ऊर्जा अवशोषित करता है — जैसे कोरोना हानि, या एक छोटी केबल लंबाई की उच्च धारिता/निम्न प्रेरकत्व।
| LA/सर्ज डाइवर्टर वर्ग | वोल्टेज रेटिंग | डिस्चार्ज करंट | अनुप्रयोग |
|---|---|---|---|
| Station Type | 3kV to 245kV | 10,000 A | Sub-station and power transformer protection |
| Line Type | 3kV to 123kV | 5,000 A | Distribution transformer, small power transformer protection |
| Distribution Type | 0.175kV to 0.660kV | 1,500 A | Pole-mounted substation, distribution transformer protection |
यह अध्याय स्टेशन प्रकार LA पर केंद्रित है, क्योंकि यह स्विचिंग स्टेशनों में सबसे अधिक उपयोग किया जाता है।
स्टेशन प्रकार LA (गैपलेस) का निर्माण
प्रत्येक अरेस्टर में एक या अधिक मॉड्यूलर इकाइयां होती हैं, समग्र रेटिंग के आधार पर एक के ऊपर एक जमा की जाती हैं।
| डिस्चार्ज वर्ग | न्यूनतम व्यास |
|---|---|
| Class 1 | 41 ±1 mm |
| Class 2 | 50 ±2 mm |
| Class 3 | 62 ±2 mm |
| Class 4 | 75 ±2 mm |
ZnO अरेस्टर हेतु असामान्य सेवा स्थितियां
- +50°C से अधिक या -10°C से नीचे परिवेश तापमान।
- 1000m से ऊपर स्थापना ऊंचाई।
- निरंतर/बार-बार संक्षारक वाष्प, धुआं, या विस्फोटक धूल/गैस मिश्रण वाले स्थान।
- अत्यधिक धुआं/गंदगी/नमक-स्प्रे संदूषण; अरेस्टर की लाइव धुलाई।
- 48Hz से नीचे या 62Hz से ऊपर नाममात्र आवृत्तियां।
- असामान्य यांत्रिक स्थितियां: भूकंप, कंपन, उच्च वायु वेग, उच्च कैंटिलीवर तनाव, उच्च बर्फ भार।
निरंतर परिचालन वोल्टेज (COV) का सामान्यतः अनुमान (नाममात्र सिस्टम वोल्टेज)/√3 के रूप में लगाया जाता है।
स्थापना — मुख्य सावधानियां
- अरेस्टर को कभी भी इसके लाइन टर्मिनल से न उठाएं।
- केवल सीधी स्थिति में संभालें — कभी झुका हुआ नहीं।
- 96kV एवं उससे ऊपर के अरेस्टर हेतु ग्रेडिंग रिंग प्रदान की जाती हैं।
- मल्टी-यूनिट अरेस्टर में, सभी इकाइयां समान मेक की होनी चाहिए।
- स्थापना से पहले प्रत्येक इकाई का इन्सुलेशन प्रतिरोध लें, तथा ऊर्जीकरण से पहले फिर से।
- सर्ज मॉनिटर कनेक्शन प्रत्येक दो मीटर से अधिक नहीं होने चाहिए।