सर्ज प्रोटेक्टर के चयन के प्रमुख बिंदु और संबंधित समस्याओं का विश्लेषण

सर्ज प्रोटेक्टर एक उच्च-दक्षता वाला सर्किट प्रोटेक्टर है, जो क्षणिक उच्च वोल्टेज, उच्च ऊर्जा पल्स, मूल उच्च प्रतिबाधा से निम्न प्रतिबाधा तक तीव्र (10-9 सेकंड) गति और पूर्व निर्धारित वोल्टेज तक क्षणिक उच्च वोल्टेज हस्तक्षेप पल्स का सामना कर सकता है, जिससे उपकरण और संवेदनशील उपकरणों को क्षति से प्रभावी ढंग से बचाया जा सके और सर्किट बिना किसी रुकावट के काम कर सके।

(1) सर्ज सुरक्षा उपकरणों को तीन स्तरों में विभाजित किया गया है
पहले स्तर का सुरक्षा उपकरण बिजली के संचरण लाइन पर बिजली गिरने पर उत्पन्न होने वाली सीधी बिजली की धारा या अत्यधिक ऊर्जा को अवशोषित कर सकता है। पहले स्तर की सुरक्षा के लिए तीन-फेज वोल्टेज स्विचिंग पावर सप्लाई लाइटनिंग अरेस्टर का उपयोग किया जाना चाहिए, और इसका लाइटनिंग फ्लक्स 60kA से कम नहीं होना चाहिए। यह आमतौर पर सामान्य वितरण में उपयोग किया जाता है।
दूसरे चरण का उद्देश्य पहले चरण के लाइटनिंग अरेस्टर के माध्यम से अवशिष्ट सर्ज वोल्टेज के मान को 1500-2000 वोल्ट तक सीमित करना और LPZ1-LPZ2 के लिए समविभव कनेक्शन लागू करना है। जब वितरण कैबिनेट की लाइन से पावर लाइटनिंग अरेस्टर आउटपुट का उपयोग द्वितीय स्तर की सुरक्षा के रूप में किया जाता है, तो वोल्टेज सीमित करने वाले पावर लाइटनिंग अरेस्टर का उपयोग किया जाना चाहिए, और इसकी लाइटनिंग करंट क्षमता 20KA से कम नहीं होनी चाहिए।

तीसरे स्तर का उद्देश्य उपकरण की अंतिम सुरक्षा करना और अवशिष्ट सर्ज वोल्टेज के मान को 1000V से कम करना है। तीसरे स्तर की सुरक्षा के लिए, यह एक श्रृंखला वोल्टेज सीमित करने वाला बिजली अवरोधक होना चाहिए, और इसकी बिजली धारा क्षमता 10kA से कम नहीं होनी चाहिए। आमतौर पर इसका उपयोग टर्मिनल बिजली वितरण उपकरणों के लिए किया जाता है।
विभिन्न वितरण प्रणालियों को संबंधित सर्ज सुरक्षा उपकरणों का चयन करना चाहिए, जिन्हें टीएन (टीएन-एस, एनसी, टीएन-सीएस), आईटी और टीटी में विभाजित किया जा सकता है।

1) प्राथमिक सुरक्षा
इसका उद्देश्य सर्ज वोल्टेज को एलपीजेड0 क्षेत्र से एलपीजेड1 क्षेत्र तक सीधे प्रवाहित होने से रोकना और दसियों हज़ार से लेकर सैकड़ों हज़ार वोल्ट तक के सर्ज वोल्टेज को 2500-3000 वोल्ट तक सीमित करना है।
घरेलू बिजली ट्रांसफार्मर के निम्न-वोल्टेज पक्ष पर स्थापित बिजली अवरोधक को जब प्रथम स्तर की सुरक्षा के रूप में उपयोग किया जाता है, तो यह एक त्रि-चरण वोल्टेज स्विचिंग बिजली अवरोधक होना चाहिए, और इसका विद्युत प्रवाह 60kA से कम नहीं होना चाहिए। इस स्तर का बिजली अवरोधक उच्च क्षमता वाला होना चाहिए और उपयोगकर्ता की बिजली आपूर्ति प्रणाली के प्रवेश द्वार पर आने वाली लाइन के प्रत्येक चरण और पृथ्वी के बीच जुड़ा होना चाहिए। विद्युत डिजाइन के ऑनलाइन शिक्षण के शिक्षक डी आमतौर पर यह अपेक्षा करते हैं कि इस स्तर के बिजली अवरोधक की अधिकतम प्रभाव क्षमता प्रति चरण 100kA से अधिक हो और आवश्यक सीमित वोल्टेज 1500V से कम हो, जिसे उच्च स्तरीय बिजली अवरोधक कहा जाता है। ये विद्युत चुम्बकीय बिजली अवरोधक बिजली और प्रेरित बिजली के बड़े प्रवाह को सहन करने और उच्च-ऊर्जा सर्ज को आकर्षित करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जो सर्ज करंट की एक बड़ी मात्रा को पृथ्वी में मोड़ सकते हैं। ये केवल सीमित वोल्टेज (जब आवेग धारा बिजली के बिजली अवरोधक से होकर गुजरती है, तो लाइन पर अधिकतम वोल्टेज को सीमित वोल्टेज कहा जाता है) को मध्यम स्तर की सुरक्षा के रूप में प्रदान करते हैं, क्योंकि उच्च स्तरीय रक्षक मुख्य रूप से बड़े उछाल वाली धारा को अवशोषित करते हैं, और वे अकेले बिजली आपूर्ति प्रणाली के अंदर संवेदनशील विद्युत उपकरणों की पूरी तरह से रक्षा नहीं कर सकते हैं।

प्रथम स्तर का पावर लाइटनिंग अरेस्टर 10/350us और 100kA की बिजली की लहर को रोक सकता है, जो IEC द्वारा निर्दिष्ट उच्चतम सुरक्षा मानक को पूरा करता है।
तकनीकी संदर्भ यह है: बिजली का प्रवाह 100kA (10 / 350us) से अधिक या बराबर है; अवशिष्ट वोल्टेज मान 2.5KV से अधिक नहीं होना चाहिए; प्रतिक्रिया समय 100ns से कम या बराबर है।
2) द्वितीयक सुरक्षा
इसका उद्देश्य प्रथम स्तर के लाइटनिंग अरेस्टर के माध्यम से अवशिष्ट सर्ज वोल्टेज के मान को 1500-2000 वोल्ट तक सीमित करना और एलपीजेड1-एलपीजेड2 के लिए समविभव कनेक्शन लागू करना है।
जब वितरण कैबिनेट की लाइन से निकलने वाले बिजली के विद्युत अवरोधक का उपयोग द्वितीय स्तर की सुरक्षा के रूप में किया जाता है, तो महत्वपूर्ण या संवेदनशील विद्युत उपकरणों को बिजली की आपूर्ति करने वाले शाखा वितरण स्थान पर वोल्टेज सीमित करने वाला बिजली का विद्युत अवरोधक स्थापित किया जाना चाहिए, और इसकी विद्युत धारा क्षमता 20KA से कम नहीं होनी चाहिए। श्री डी, विद्युत डिजाइन के ऑनलाइन शिक्षण के अनुसार, ये बिजली के विद्युत अवरोधक उपयोगकर्ता के बिजली आपूर्ति इनलेट पर विद्युत अवरोधक से गुजरने वाली अवशिष्ट विद्युत वृद्धि ऊर्जा को बेहतर ढंग से अवशोषित कर सकते हैं, और क्षणिक अतिवोल्टेज पर इनका उत्कृष्ट निरोधात्मक प्रभाव होता है।

यहां उपयोग किए जाने वाले विद्युत विद्युत अवरोधक की अधिकतम आवेग क्षमता 45kA प्रति फेज से अधिक होनी चाहिए, और आवश्यक सीमा वोल्टेज 1200V से कम होना चाहिए, जिसे कक्षा II विद्युत विद्युत अवरोधक कहा जाता है। सामान्यतः, यदि उपयोगकर्ता विद्युत आपूर्ति प्रणाली द्वितीय स्तर की सुरक्षा प्राप्त कर लेती है, तो यह विद्युत उपकरणों के संचालन की आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है।
क्लास II पावर सप्लाई लाइटनिंग अरेस्टर के लिए क्लास C प्रोटेक्टर को अपनाया गया है, जो फेज-I, फेज-I और फेज-I की पूर्ण मोड सुरक्षा प्रदान करता है। इसके मुख्य तकनीकी पैरामीटर इस प्रकार हैं: लाइटनिंग करंट क्षमता 40ka (8/20us) से अधिक या बराबर होनी चाहिए; अवशिष्ट वोल्टेज का पीक मान 1000V से अधिक नहीं होना चाहिए; प्रतिक्रिया समय 25ns से अधिक नहीं होना चाहिए।

3) तृतीय स्तरीय सुरक्षा
इसका उद्देश्य अंततः अवशिष्ट सर्ज वोल्टेज को 1000V से कम करके उपकरण की सुरक्षा करना है, ताकि सर्ज ऊर्जा उपकरण को नुकसान न पहुंचा सके।
जब इलेक्ट्रॉनिक सूचना उपकरणों की एसी बिजली आपूर्ति के इनपुट सिरे पर स्थापित बिजली अवरोधक का उपयोग तृतीय स्तर की सुरक्षा के रूप में किया जाता है, तो यह श्रृंखला वोल्टेज सीमित करने वाला बिजली अवरोधक होना चाहिए, और इसकी बिजली धारा क्षमता 10 केए से कम नहीं होनी चाहिए।
अंत में, विद्युत उपकरणों की आंतरिक विद्युत आपूर्ति में अंतर्निर्मित विद्युत प्रज्वलन अवरोधक का उपयोग करके छोटे क्षणिक अतिवोल्टेज को पूरी तरह से समाप्त किया जा सकता है। विद्युत डिजाइन के ऑनलाइन शिक्षण में श्री डी के अनुसार, यहां उपयोग किए जाने वाले विद्युत प्रज्वलन अवरोधक की अधिकतम प्रभाव क्षमता 20KA प्रति फेज या उससे कम होनी चाहिए, और आवश्यक सीमा वोल्टेज 1000V से कम होना चाहिए। कुछ विशेष रूप से महत्वपूर्ण या संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए, तृतीय स्तर की सुरक्षा आवश्यक है, जो विद्युत उपकरणों को सिस्टम के भीतर उत्पन्न क्षणिक अतिवोल्टेज से भी बचा सकती है। माइक्रोवेव संचार उपकरण, मोबाइल बेस स्टेशन संचार उपकरण और रडार उपकरण के लिए उपयोग की जाने वाली रेक्टिफायर विद्युत आपूर्ति के लिए, उनके कार्यशील वोल्टेज की सुरक्षा आवश्यकताओं के अनुसार उपयुक्त कार्यशील वोल्टेज वाले डीसी विद्युत आपूर्ति विद्युत प्रज्वलन अवरोधकों का चयन गैर-स्तरीय सुरक्षा के रूप में किया जाना चाहिए।

4) संरक्षित उपकरण के वोल्टेज सहन क्षमता स्तर के अनुसार
यदि दो-स्तरीय बिजली सुरक्षा उपकरण के सहन वोल्टेज स्तर से नीचे वोल्टेज को सीमित कर सकती है, तो केवल दो-स्तरीय सुरक्षा ही आवश्यक है। यदि उपकरण का सहन वोल्टेज स्तर कम है, तो चार या अधिक स्तरों की सुरक्षा आवश्यक हो सकती है। चौथे स्तर की सुरक्षा की बिजली धारा क्षमता 5ka से कम नहीं होनी चाहिए।
(2) सर्ज प्रोटेक्टर के सामने फ्यूज और सर्किट ब्रेकर क्यों लगाए जाने चाहिए?
जब सर्ज प्रोटेक्टर से गुजरने वाली आच्छादित धारा उसकी अधिकतम सीमा (IMAX) से अधिक हो जाती है, तो सर्ज प्रोटेक्टर खराब हो जाता है और सर्किट में शॉर्ट-सर्किट की समस्या उत्पन्न हो जाती है। शॉर्ट-सर्किट की समस्या को दूर करने के लिए सर्किट ब्रेकर या फ्यूज लगाना आवश्यक है। विद्युत डिजाइन के ऑनलाइन शिक्षण में श्री डी के अनुसार, प्रत्येक बिजली गिरने से सर्ज प्रोटेक्टर की आयु बढ़ जाती है। उदाहरण के लिए, यदि धारा लंबे समय तक प्रवाहित होती रहती है, तो सर्ज प्रोटेक्टर अधिक गर्म हो जाता है और उसकी आयु बढ़ने की प्रक्रिया तेज हो जाती है। ऐसे में, सर्किट ब्रेकर या फ्यूज की तापीय सुरक्षा प्रणाली को सर्ज प्रोटेक्टर के अधिकतम अनुमेय ताप तक पहुंचने से पहले ही उसे डिस्कनेक्ट कर देना चाहिए।

फ्यूज़ और सर्किट ब्रेकर के लिए सर्ज प्रोटेक्टर की आवश्यकताएँ: रेटेड करंट के तहत 20 मानक 8/20 माइक्रोसेकंड और 1.2/50 माइक्रोसेकंड के टेस्ट पल्स लगाने पर सर्किट ब्रेकर या फ्यूज़ ट्रिप नहीं होगा। सर्ज प्रोटेक्टर के खराब होने और शॉर्ट सर्किट होने पर सर्किट ब्रेकर या फ्यूज़ सक्रिय हो जाएगा। यदि सर्ज प्रोटेक्टर एक स्विचिंग मॉड्यूल है, तो ओपन सर्किट होने के कारण, इसे मिनिएचर सर्किट ब्रेकर और फ्यूज़ के बिना भी सुरक्षित किया जा सकता है।
फ्यूज और सर्किट ब्रेकर दोनों को ही सर्ज प्रोटेक्टर की बेहतर सुरक्षा के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। फ्यूज की विशेषताएं: फ्यूज में दो सुरक्षा कार्य होते हैं: लंबे समय तक विलंब और विपरीत समय सीमा के साथ तात्कालिक धारा सुरक्षा। विद्युत डिजाइन के ऑनलाइन शिक्षक श्री डी के अनुसार, इसका उपयोग क्रमशः ओवरलोड और शॉर्ट-सर्किट सुरक्षा के लिए किया जाता है, यानी फॉल्ट होने पर फ्यूज को बदलना आवश्यक है। सर्किट ब्रेकर की विशेषताएं: सर्किट ब्रेकर में तात्कालिक धारा सुरक्षा और ओवरलोड थर्मल सुरक्षा होती है। फॉल्ट होने पर, इसे बिना किसी घटक को बदले मैन्युअल रूप से रीसेट किया जा सकता है।
इनकमिंग लाइनों के बीच अंतर देखें: तीन-फेज 280V पांच-वायर सिस्टम या तीन-फेज 380V चार-वायर सिस्टम के लिए 440V सर्ज प्रोटेक्टर का चयन किया जाना चाहिए। सिंगल-फेज 220V दो-वायर सिस्टम या सिंगल-फेज 220V तीन-वायर सिस्टम के लिए 220V सर्ज प्रोटेक्टर का चयन किया जाना चाहिए। इसके अलावा, ध्यान दें: आवासीय भवन की इनकमिंग लाइन पर तीन-फेज 280V के लिए चयनित सर्ज प्रोटेक्टर का सुरक्षा स्तर लेवल 2 है; सिंगल-फेज 220V के लिए ग्रेड 3 है।
TN-CS सिस्टम लाइन के भवन के सामान्य वितरण बॉक्स में प्रवेश करने के बाद, पेन लाइन को N लाइन और PE लाइन में विभाजित किया जाता है। केवल फेज लाइन I और पेन लाइन के बीच सर्ज प्रोटेक्टर लगाना आवश्यक है।
सर्ज प्रोटेक्टर के सामने स्थित स्विच से फ्यूज और सर्किट ब्रेकर का चयन किया जा सकता है। सामान्यतः, 40kA से अधिक IMAX के लिए 40 ~ 63A और 40kA से कम IMAX के लिए 20 ~ 32A का चयन किया जाना चाहिए।

(3) क्या सर्ज प्रोटेक्टर और लाइटनिंग अरेस्टर एक ही चीज हैं?
हालांकि सर्ज प्रोटेक्टर और लाइटनिंग अरेस्टर दोनों का कार्य ओवरवोल्टेज, विशेष रूप से बिजली के ओवरवोल्टेज को रोकना है, फिर भी उनके अनुप्रयोग में कई अंतर हैं।
1) अरेस्टर में 0.38kV निम्न वोल्टेज से लेकर 500kV UHV तक कई वोल्टेज स्तर होते हैं, जबकि सर्ज सुरक्षा उपकरणों में आमतौर पर केवल निम्न वोल्टेज उत्पाद होते हैं;

2) बिजली की लहरों के सीधे आक्रमण को रोकने के लिए मुख्य रूप से प्राथमिक प्रणाली पर बिजली अवरोधक स्थापित किए जाते हैं, जबकि बिजली की लहरों से बचाव करने वाले उपकरण ज्यादातर द्वितीयक प्रणाली पर स्थापित किए जाते हैं, जो बिजली अवरोधक द्वारा बिजली की लहरों के सीधे आक्रमण को समाप्त करने के बाद या जब बिजली अवरोधक बिजली की लहरों को समाप्त नहीं कर पाता है, तब एक पूरक उपाय के रूप में कार्य करता है;

3) बिजली के उपकरणों की सुरक्षा के लिए लाइटनिंग अरेस्टर का उपयोग किया जाता है, और सर्ज प्रोटेक्टर का उपयोग मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों या मीटरों की सुरक्षा के लिए किया जाता है;
4) चूंकि अरेस्टर विद्युत प्राथमिक प्रणाली से जुड़ा होता है, इसलिए इसमें पर्याप्त बाहरी इन्सुलेशन क्षमता और बड़ा आकार होना चाहिए। चूंकि सर्ज प्रोटेक्टर कम वोल्टेज से जुड़ा होता है, इसलिए इसका आकार बहुत छोटा हो सकता है।