स्विचगियर का परिचय

स्विचगियर से तात्पर्य प्राथमिक और द्वितीयक उपकरणों को एक निश्चित योजना के अनुसार संयोजित करके तैयार किए गए विद्युत वितरण उपकरणों के संपूर्ण सेट से है, जिसका मुख्य उपयोग सर्किट और उपकरणों को नियंत्रित और सुरक्षित करने के लिए किया जाता है। आने वाली और जाने वाली लाइनों के वोल्टेज स्तर के आधार पर स्विचगियर को उच्च वोल्टेज स्विचगियर (स्थिर प्रकार और हैंडकार्ट प्रकार) और निम्न वोल्टेज स्विचगियर (स्थिर प्रकार और ड्रॉअर प्रकार) में विभाजित किया जा सकता है।
उच्च वोल्टेज स्विचगियर की संरचना लगभग समान होती है, जिसे मुख्य रूप से बसबार कक्ष, सर्किट ब्रेकर कक्ष, द्वितीयक नियंत्रण कक्ष (इंस्ट्रूमेंट कक्ष) और फीडर कक्ष में विभाजित किया जाता है। आमतौर पर प्रत्येक कक्ष के बीच स्टील प्लेट का इन्सुलेशन होता है। निम्न वोल्टेज स्विचगियर को मुख्य रूप से घटकों की स्थापना विधि के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है।

KYN28A-12 बख्तरबंद मध्य-माउंटेड उच्च-वोल्टेज स्विचगियर

जीजीडी लो वोल्टेज फिक्स्ड स्विच कैबिनेट

एमएनएस लो वोल्टेज ड्रॉ-आउट स्विच कैबिनेट

KYN61-40.5 बख्तरबंद हटाने योग्य धातु संलग्न स्विचगियर

जीसीके लो वोल्टेज ड्रॉ-आउट स्विच कैबिनेट

आंतरिक घटकों में शामिल हैं: बस (बसबार), सर्किट ब्रेकर, पारंपरिक रिले, एकीकृत रिले सुरक्षा उपकरण, मापन उपकरण, आइसोलेटिंग नाइफ, संकेतक लाइट, ग्राउंडिंग नाइफ, आदि।

1. इनकमिंग लाइन कैबिनेट को पावर रिसीविंग कैबिनेट भी कहा जाता है। यह एक ऐसा उपकरण है जिसका उपयोग पावर ग्रिड से विद्युत ऊर्जा प्राप्त करने के लिए किया जाता है (इनकमिंग लाइन से बसबार तक)। इसमें आमतौर पर सर्किट ब्रेकर, सीटी, पीटी, आइसोलेटिंग नाइफ और अन्य घटक लगे होते हैं।

2. आउटगोइंग कैबिनेट को फीडर कैबिनेट या पावर डिस्ट्रीब्यूशन कैबिनेट भी कहा जाता है। ये विद्युत ऊर्जा को वितरित करने (बस से प्रत्येक आउटगोइंग लाइन तक) के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण हैं, और आमतौर पर सर्किट ब्रेकर, सीटी, पीटी, आइसोलेटिंग नाइफ और अन्य घटकों से सुसज्जित होते हैं।

3. बस कनेक्शन
इसे बस ब्रेकर कैबिनेट भी कहा जाता है। यह दो बस खंडों को जोड़ने (बस से बस तक) का उपकरण है। बस कनेक्शन का उपयोग अक्सर एकल बस खंड और दोहरी बस प्रणालियों में किया जाता है ताकि उपयोगकर्ताओं की विभिन्न परिचालन मोड चुनने की आवश्यकताओं या गारंटियों को पूरा किया जा सके। विफलता की स्थिति में चयनात्मक लोड हटाने की सुविधा भी उपलब्ध है।

4. पीटी कैबिनेट वोल्टेज ट्रांसफार्मर कैबिनेट को आमतौर पर बसबार पर सीधे स्थापित किया जाता है ताकि बसबार वोल्टेज का पता लगाया जा सके और सुरक्षा कार्य को पूरा किया जा सके। इसमें मुख्य रूप से पीटी वोल्टेज ट्रांसफार्मर, आइसोलेटिंग नाइफ, फ्यूज और अरेस्टर आदि लगे होते हैं।

5. आइसोलेशन कैबिनेट का उपयोग बसबारों को दोनों सिरों से अलग करने या बिजली प्राप्त करने वाले उपकरण को बिजली आपूर्ति उपकरण से अलग करने के लिए किया जाता है। यह ऑपरेटर को रखरखाव और मरम्मत कार्यों को सुविधाजनक बनाने के लिए एक दृश्यमान अंतिम बिंदु प्रदान करता है। चूंकि आइसोलेशन कैबिनेट में लोड करंट को चालू और बंद करने की क्षमता नहीं होती है, इसलिए इससे मेल खाने वाले सर्किट ब्रेकर के बंद होने पर आइसोलेशन कैबिनेट के हैंडकार्ट को धकेला या खींचा नहीं जा सकता है। सामान्य अनुप्रयोगों में, ऑपरेटर द्वारा गलत संचालन को रोकने के लिए सर्किट ब्रेकर के सहायक संपर्क और आइसोलेटेड हैंडकार्ट के बीच इंटरलॉक स्थापित करना आवश्यक है।

6. कैपेसिटर कैबिनेट को कंपनसेशन कैबिनेट भी कहा जाता है, जिसका उपयोग पावर ग्रिड के पावर फैक्टर को बेहतर बनाने या रिएक्टिव पावर कंपनसेशन के लिए किया जाता है। इसके मुख्य घटक समानांतर क्रम में जुड़े कैपेसिटर बैंक समूह, स्विचिंग कंट्रोल लूप और फ्यूज होते हैं। यह विद्युत उपकरणों की सुरक्षा करता है। आमतौर पर इसे आने वाले कैबिनेट के समानांतर स्थापित किया जाता है, और एक या अधिक कैपेसिटर कैबिनेट समानांतर रूप से संचालित किए जा सकते हैं। कैपेसिटर कैबिनेट को पावर ग्रिड से डिस्कनेक्ट करने के बाद, क्योंकि कैपेसिटर बैंक को डिस्चार्ज प्रक्रिया पूरी करने में कुछ समय लगता है, इसलिए कैबिनेट के घटकों, विशेष रूप से कैपेसिटर बैंक को सीधे छूना संभव नहीं है; बिजली बंद होने के बाद एक निश्चित समयावधि के भीतर (कैपेसिटर बैंक की क्षमता के अनुसार, जैसे: 1 मिनट), कैपेसिटर को ओवर-वोल्टेज क्षति से बचाने के लिए इसे दोबारा बंद नहीं करना चाहिए। स्वचालित नियंत्रण कार्यों को करते समय, प्रत्येक कैपेसिटर बैंक समूह के स्विचिंग समय के उचित आवंटन पर ध्यान दें ताकि अन्य समूहों के बार-बार चालू और बंद होने पर एक समूह के कैपेसिटर को नुकसान न पहुंचे।

7. मापने वाला कैबिनेट

मुख्य रूप से विद्युत ऊर्जा (kWh) को मापने के लिए उपयोग किया जाता है, और इसे उच्च वोल्टेज और निम्न वोल्टेज में विभाजित किया जाता है, आमतौर पर इसमें आइसोलेटिंग स्विच, फ्यूज, सीटी, पीटी, सक्रिय वाट-घंटे मीटर (पारंपरिक मीटर या डिजिटल मीटर), प्रतिक्रियाशील वाट-घंटे मीटर, रिले और कुछ अन्य सहायक द्वितीयक उपकरण (जैसे लोड मॉनिटर आदि) स्थापित किए जाते हैं।
8. जीआईएस कैबिनेट को संलग्न संयुक्त विद्युत कैबिनेट भी कहा जाता है, जो एक धातु के खोल में सर्किट ब्रेकर, आइसोलेटिंग स्विच, ग्राउंडिंग स्विच, सीटी, पीटी, अरेस्टर, बसबार आदि का एक बंद संयोजन है, और फिर चरणों और जमीन के बीच इन्सुलेशन उपाय के रूप में अच्छी इन्सुलेशन और आर्क बुझाने की क्षमता वाली गैस (आमतौर पर सल्फर हेक्साफ्लोराइड SF6 का उपयोग किया जाता है) का उपयोग किया जाता है, जो उच्च-वोल्टेज और उच्च-क्षमता वाले पावर ग्रिड के लिए उपयुक्त है, और बिजली वितरण और नियंत्रण के लिए उपयोग किया जाता है।
9. जब सर्किट ब्रेकर सामान्य रूप से कार्य कर रहा होता है, तो यह बंद अवस्था में होता है (विशेष अनुप्रयोगों को छोड़कर), और सर्किट जुड़ा रहता है। स्वचालित नियंत्रण या सुरक्षा नियंत्रण संचालन करते समय, सर्किट ब्रेकर को व्यापक सुरक्षा उपकरण के नियंत्रण में संचालित किया जा सकता है ताकि सर्किट को तोड़ा या जोड़ा जा सके। सर्किट ब्रेकर न केवल सामान्य लोड करंट को चालू और बंद कर सकता है, बल्कि एक निश्चित अवधि के लिए शॉर्ट-सर्किट करंट (सामान्य कार्यशील करंट से कई गुना या दस गुना तक) का सामना भी कर सकता है, शॉर्ट-सर्किट करंट को तोड़ सकता है और दोषपूर्ण सर्किट और उपकरणों को काट सकता है। इसलिए, सर्किट ब्रेकर का मुख्य कार्य सर्किट को तोड़ना और जोड़ना है (जिसमें सामान्य करंट को तोड़ना और जोड़ना, शॉर्ट-सर्किट करंट को तोड़ना शामिल है)। सर्किट को तोड़ने और बंद करने की प्रक्रिया में, सर्किट ब्रेकर के गतिशील संपर्क और स्थिर संपर्क के बीच अनिवार्य रूप से एक आर्क उत्पन्न होता है। संपर्कों की सुरक्षा, संपर्क सामग्री के नुकसान को कम करने और सर्किट को विश्वसनीय रूप से तोड़ने के लिए, आर्क को यथाशीघ्र बुझाने के उपाय किए जाने चाहिए। इनमें से एक तरीका है सर्किट ब्रेकर के गतिशील और स्थिर संपर्कों को भरने के लिए विभिन्न आर्क बुझाने वाले माध्यमों का उपयोग करना। विभिन्न आर्क बुझाने वाले माध्यमों के आधार पर, सर्किट ब्रेकरों को निम्न श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: तेल सर्किट ब्रेकर (अधिक तेल, कम तेल), सल्फर हेक्साफ्लोराइड (SF6) सर्किट ब्रेकर, वैक्यूम सर्किट ब्रेकर, वायु सर्किट ब्रेकर, आदि। उच्च और निम्न वोल्टेज स्विचगियर में सर्किट ब्रेकर एक प्रमुख प्राथमिक उपकरण है, जिसके साथ हम अक्सर परियोजना में संपर्क में आते हैं। चूंकि सर्किट ब्रेकर के गतिशील और स्थिर संपर्क आमतौर पर आर्क बुझाने वाले माध्यम से भरे कंटेनर में लिपटे होते हैं, इसलिए सर्किट ब्रेकर की खुलने और बंद होने की स्थिति का सीधे पता नहीं लगाया जा सकता है, आमतौर पर सर्किट ब्रेकर के सहायक उपकरणों (जैसे खुलने और बंद होने की स्थिति संकेतक आदि) के माध्यम से इसका पता लगाया जाता है।

10. आइसोलेशन नाइफ

आइसोलेशन नाइफ (या आइसोलेटिंग स्विच) स्पष्ट फ्रैक्चर के कारण कनेक्शन या डिस्कनेक्शन की पहचान कर सकता है। इसका मुख्य उपयोग उच्च-वोल्टेज बिजली आपूर्ति को आइसोलेट करने के लिए किया जाता है ताकि लाइनों और उपकरणों का सुरक्षित रखरखाव सुनिश्चित किया जा सके। डिस्कनेक्ट की जा सकने वाली धारा बहुत कम होती है (आमतौर पर केवल कुछ एम्पीयर)। चूंकि इसमें कोई विशेष आर्क बुझाने वाला उपकरण नहीं होता है, इसलिए इसका उपयोग फॉल्ट करंट और सामान्य कार्यशील करंट को तोड़ने के लिए नहीं किया जा सकता है, और लोड के साथ ब्रेकिंग ऑपरेशन करना अनुमत नहीं है।

11. फ्यूज

फ्यूज एक साधारण सर्किट सुरक्षा उपकरण है। इसका सिद्धांत यह है कि जब फ्यूज से प्रवाहित होने वाली धारा एक निश्चित मान तक पहुँच जाती है या उससे अधिक हो जाती है और एक निश्चित समय तक स्थिर रहती है, तो फ्यूज पिघल जाता है और सर्किट को काट देता है। इसका कार्य सिद्धांत सरल है, इसे लगाना आसान है, आमतौर पर इसे अकेले उपयोग नहीं किया जाता है, बल्कि मुख्य रूप से अन्य विद्युत उपकरणों के साथ मिलकर उपयोग किया जाता है। मुख्य कार्य विशेषताएँ: पहली, धारा का एक निश्चित मान तक पहुँचना आवश्यक है, जो फ्यूज के कारखाने से निकलने से पहले ही निर्धारित होता है और इसे बदला नहीं जा सकता; दूसरी, धारा के एक निश्चित मान तक पहुँचने के बाद एक निश्चित समय बीत जाना आवश्यक है, यह भी निर्माता द्वारा निर्धारित होता है और इसे बदला नहीं जा सकता। लेकिन इसके कई प्रकार होते हैं, जिनमें विलंबित क्रिया, तीव्र क्रिया, अति-तीव्र क्रिया आदि शामिल हैं; तीसरी विशेषता यह है कि क्रिया के बाद यदि फ्यूज का बाहरी भाग क्षतिग्रस्त हो जाता है तो उसे पुनः उपयोग नहीं किया जा सकता और उसे बदलना ही पड़ता है; फ्यूज के खराब होने का पता फ्यूज संकेतक या पिघली हुई धारा की उपस्थिति से लगाया जा सकता है। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले फ्यूज और सुरक्षा ट्यूब इसी श्रेणी के विद्युत उपकरण हैं।

12. लोड स्विच
लोड स्विच में एक साधारण आर्क बुझाने वाला उपकरण होता है। आर्क बुझाने का माध्यम आमतौर पर हवा होती है, जो कुछ धाराओं और अतिधाराओं को जोड़ और तोड़ सकती है, लेकिन शॉर्ट-सर्किट धाराओं को नहीं तोड़ सकती और शॉर्ट-सर्किट दोषों को काटने के लिए इसका उपयोग नहीं किया जा सकता है। इसलिए, सर्किट ब्रेकर के स्थान पर केवल लोड स्विच का उपयोग करना बिल्कुल भी उचित नहीं है; यदि लोड स्विच का उपयोग करना ही है, तो इसे उपर्युक्त उच्च-वोल्टेज फ्यूज के साथ ही उपयोग किया जाना चाहिए (वास्तव में, परियोजना लागत को कम करने के लिए, साधारण ओवरलोड सुरक्षा के लिए फ्यूज और लोड स्विच को अक्सर श्रृंखला में उपयोग किया जाता है)। लोड स्विच एक आइसोलेटिंग ब्लेड के समान होता है, और इसमें एक स्पष्ट डिस्कनेक्शन गैप होता है, जिससे सर्किट के चालू या बंद होने की स्थिति का आसानी से पता लगाया जा सकता है।

13. ट्रांसफार्मर

सरल शब्दों में कहें तो, ट्रांसफार्मर एक ऐसा उपकरण है जो प्रत्यावर्ती विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों का उपयोग करके विभिन्न वोल्टेज स्तरों को परिवर्तित करता है (वास्तव में विद्युत ऊर्जा का रूपांतरण करता है), और रूपांतरण से पहले और बाद के वोल्टेज की आवृत्ति में कोई परिवर्तन नहीं होता है। इसके उपयोग के आधार पर, इसे कई प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है, जैसे कि पावर ट्रांसफार्मर, रेक्टिफायर ट्रांसफार्मर, वोल्टेज रेगुलेटर, आइसोलेशन ट्रांसफार्मर, और सीटी, पीटी आदि। परियोजना स्थल पर हमें अक्सर पावर ट्रांसफार्मर ही देखने को मिलता है।
ट्रांसफार्मर से संबंधित कुछ मुख्य तकनीकी पैरामीटर इस प्रकार हैं: ①रेटेड क्षमता: रेटेड कार्यशील परिस्थितियों में ट्रांसफार्मर की रेटेड आउटपुट क्षमता को संदर्भित करता है (U×I के बराबर, KVA में); ②रेटेड वोल्टेज: नो-लोड, रेटेड टैपिंग, टर्मिनल वोल्टेज; ③नो-लोड हानि: नो-लोड स्थिति में ट्रांसफार्मर की हानि (जिसे आयरन लॉस भी कहा जाता है); ④नो-लोड करंट: नो-लोड स्थिति में प्राइमरी साइड कॉइल से प्रवाहित होने वाला करंट; ⑤शॉर्ट-सर्किट हानि: प्राइमरी साइड पर रेटेड करंट और सेकेंडरी साइड पर शॉर्ट-सर्किट के कारण होने वाली हानि (मुख्य रूप से कॉइल प्रतिरोध के कारण); ⑥टैपिंग (टैप) की अवधारणा: पावर ग्रिड संचालन की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, सामान्य ट्रांसफार्मर के उच्च-वोल्टेज साइड में टैप होते हैं, और इन टैप के वोल्टेज मानों को रेटेड वोल्टेज के प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है, जिसे टैप वोल्टेज कहा जाता है। उदाहरण के लिए, एक उच्च-वोल्टेज 10KV ट्रांसफार्मर में ±5% टैप होता है, जिसका अर्थ है कि ट्रांसफार्मर तीन वोल्टेज स्तरों पर काम कर सकता है: 10.5KV (+5%), 10KV (रेटेड), 9.5KV (-5%)। सामान्यतः, ऑन-लोड टैपिंग ट्रांसफार्मर में टैप (टैप पॉइंट) की संख्या अधिक होती है, जैसे 7 टैप (±3×2.5%) और 9 टैप (±4×2%)। चूंकि टैप चेंजर की सिंक्रोनस स्विचिंग की पूरी गारंटी नहीं दी जा सकती, इसलिए ऑन-लोड टैपिंग ट्रांसफार्मर को आमतौर पर समानांतर में संचालित नहीं किया जा सकता है। ⑦ सक्रिय लोड: विद्युत प्रणाली में वह लोड जो मशीन ऊर्जा या ऊष्मा ऊर्जा उत्पन्न करता है। लेकिन लोड में विशुद्ध रूप से प्रतिरोधी लोड केवल सक्रिय शक्ति का उपभोग करता है, जैसे इलेक्ट्रिक हीटिंग, इलेक्ट्रिक फर्नेस, लाइटिंग और अन्य विद्युत लोड पूरी तरह से सक्रिय लोड होते हैं। अतुल्यकालिक मोटर और तुल्यकालिक मोटर का लोड सक्रिय शक्ति और प्रतिक्रियाशील शक्ति दोनों का उपभोग करता है। इनमें से, वह भाग जो कार्य द्वारा मशीन ऊर्जा उत्पन्न करता है, एक सक्रिय लोड है। सक्रिय लोड की आपूर्ति जनरेटर की सक्रिय शक्ति से की जाएगी। ⑧प्रतिक्रियाशील शक्ति लोड: विद्युत लोड का वह भाग जो कार्य नहीं करता है। प्रतिक्रियाशील शक्ति का उपभोग केवल प्रेरक लोड में होता है। जैसे: ट्रांसफार्मर, मोटर, एयर कंडीशनर, रेफ्रिजरेटर आदि। इसलिए जनरेटर सक्रिय शक्ति का उत्पादन करते समय प्रतिक्रियाशील शक्ति भी प्रदान करता है। जब प्रतिक्रियाशील शक्ति ग्रिड की आवश्यकता को पूरा नहीं कर पाती है, तो सिस्टम का वोल्टेज गिर जाता है। उपयोगकर्ताओं की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, प्रतिक्रियाशील शक्ति का संतुलन बनाए रखने के लिए सबस्टेशन में एक प्रतिक्रियाशील शक्ति कम्पेनसेटर स्थापित किया जाना चाहिए ताकि वोल्टेज स्तर को बनाए रखा जा सके। ⑨आपातकालीन रिजर्व: विद्युत प्रणाली में रिजर्व क्षमता के घटकों में से एक। चूंकि विद्युत उत्पादन उपकरण में अस्थायी या स्थायी विफलताएं हो सकती हैं जो बिजली आपूर्ति को प्रभावित करती हैं, इसलिए बिजली सुविधाओं की सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए सिस्टम में निश्चित संख्या में आकस्मिक बैकअप बिजली स्रोत होने चाहिए। ⑩ सिस्टम को अलग करना: सिस्टम के तालमेल बिगड़ने और दुर्घटना के विस्तार को रोकने के लिए, पावर सिस्टम को कई स्वतंत्र सिस्टमों में पूरी तरह से अलग कर दिया जाता है जो अब सिंक्रोनस रूप से काम नहीं करते हैं। कुछ स्थानीय सिस्टमों में लोड कम करने के बाद बिजली की कमी, आवृत्ति और वोल्टेज में गिरावट आ सकती है, इसलिए पूरे सिस्टम की स्थिरता को नुकसान से बचाने के लिए लोड के एक हिस्से को हटाना आवश्यक है।