कैपेसिटर बैंक स्विचिंग: इनरश, प्री-इन्सर्शन, सुरक्षा समन्वय

वैक्यूम कॉन्टैक्टरों के साथ कैपेसिटर बैंकों का स्विचिंग मध्यम-वोल्टेज मोटर नियंत्रण अनुप्रयोगों में सबसे गंभीर क्षणिक परिस्थितियाँ उत्पन्न करता है। ऊर्जाकरण के दौरान इनरश करंट पहले अर्धचक्र में रेटेड कैपेसिटर करंट का 20–100 गुना तक पहुँच जाता है, जो क्षीण होने से पहले 5–10 मिलीसेकंड तक बना रहता है। यह अस्थायी घटना मानक AC-3 या AC-4 रेटेड कॉन्टैक्टरों की बनाने की क्षमता से अधिक होती है, जिससे संपर्क वेल्डिंग, अत्यधिक क्षरण और समयपूर्व विफलता होती है, जब तक कि कॉन्टैक्टर विशेष रूप से कैपेसिटर ड्यूटी के लिए डिज़ाइन न किया गया हो।.

समस्या स्वचालित पावर फैक्टर सुधार प्रणालियों में और बढ़ जाती है जहाँ कैपेसिटर प्रति घंटे कई बार स्विच करते हैं। 12 kV, 5 MVAR का कैपेसिटर बैंक जो 240 A स्थिर-स्थिति धारा खींचता है, 12 kA इनरश पीक—सामान्य धारा का 50 गुना—उत्पन्न कर सकता है, जिससे वैक्यूम इंटरप्टर संपर्कों और ऊपरी सुरक्षा उपकरणों पर अत्यधिक दबाव पड़ता है। उचित समन्वय के बिना, या तो कॉन्टैक्टर वेल्ड होकर बंद हो जाता है या ऊपरी फ्यूज अनावश्यक रूप से उड़ जाते हैं, जिससे स्वचालन का उद्देश्य विफल हो जाता है।.

यह मार्गदर्शिका कैपेसिटर स्विचिंग के भौतिक सिद्धांत, प्री-इन्सर्शन रेसिस्टर के आकार निर्धारण, कैपेसिटर ड्यूटी (AC-6b) के लिए वैक्यूम कॉन्टैक्टर के चयन, और वास्तविक दोषों को दूर करते समय अनावश्यक ट्रिप को रोकने वाली सुरक्षा समन्वय रणनीतियों की जांच करती है।.

कैपेसिटर इनरश मोटर स्टार्टिंग करंट से अधिक क्यों होता है

मोटर इनरश धारा वाइंडिंग प्रतिबाधा द्वारा सीमित होती है—आमतौर पर स्क्विरल-केज मोटर्स के लिए पूर्ण-भार धारा का 6–8 गुना। कैपेसिटर इनरश धारा कैपेसिटर की निर्वित्तीकृत स्थिति और सिस्टम स्रोत प्रतिबाधा द्वारा सीमित होती है, जिससे मूल रूप से भिन्न अस्थायी विशेषताएँ उत्पन्न होती हैं।.

जब एक वैक्यूम कॉन्टैक्टर डिस्चार्ज किए गए कैपेसिटर बैंक पर बंद होता है, तो कैपेसिटर पहले माइक्रोसेकंडों तक शॉर्ट सर्किट के रूप में दिखाई देता है जब तक उसकी प्लेटों के बीच वोल्टेज विकसित नहीं हो जाता। सिस्टम स्रोत प्रतिबाधा (यूटिलिटी ट्रांसफॉर्मर, केबल, बसबार) पीक इनरश करंट को नियंत्रित करती है:

शिखर इनरश धारा (प्रथम अर्ध-चक्र):
I_{शिखर, चरम, परम, उत्कर्ष, उत्तम, सर्वोच्च, परम उत्कर्ष, पर} = वी_{प्रणाली} / (ज़ेड_{स्रोत} + ज़ेड_केबल)
0.5 Ω स्रोत प्रतिबाधा वाले 12 kV सिस्टम के लिए:
I_{शिखर, चरम, परम, उत्कर्ष, उत्तम, सर्वोच्च, परम उत्कर्ष, पर} = (12,000 V × √2) / 0.5 Ω ≈ 34 किलोएम्पियर

वास्तविक इंस्टॉलेशन में केबल की इंडक्टेंस और संपर्क प्रतिरोध के कारण शिखर मान (8–15 kA) कम देखे जाते हैं। लेकिन 10 kA का इनरश भी कैपेसिटर की रेटेड धारा का 40–50 गुना होता है—जो AC-4 मोटर स्टार्टिंग श्रेणी (जो 6–8 गुना इनरश मानती है) से कहीं अधिक है।.

आवृत्ति सामग्री यह महत्वपूर्ण रूप से भिन्न होता है। मोटर इनरश में मूल आवृत्ति (50/60 हर्ट्ज़) होती है। कैपेसिटर इनरश में सिस्टम की इंडक्टेंस और कैपेसिटर बैंक के बीच LC अनुनाद से उत्पन्न उच्च-आवृत्ति घटक (500 हर्ट्ज़ – 5 किलोहर्ट्ज़) होते हैं। ये उच्च आवृत्तियाँ संपर्क अलगाव पर आर्क ऊर्जा घनत्व को बढ़ाती हैं, जिससे क्षरण में तेजी आती है।.

समझना वैक्यूम कॉन्टैक्टर्स आर्क को कैसे बुझाते हैं यह संदर्भ प्रदान करता है कि कैपेसिटर ड्यूटी के लिए विशेष संपर्क सामग्री और बढ़ी हुई प्री-आर्किंग दूरी की आवश्यकता क्यों होती है।.

उपयोग श्रेणी AC-6b: इसे क्या अलग बनाता है

IEC 62271-106 स्विचिंग ड्यूटी के आधार पर वैक्यूम कॉन्टैक्टर्स के लिए उपयोग श्रेणियाँ परिभाषित करता है। AC-4 मोटर स्टार्टिंग (बार-बार संचालन, 6–8× इनरश) को कवर करता है।. एसी-6बी यह अपनी अनूठी इनरश और रिकवरी वोल्टेज विशेषताओं के साथ कैपेसिटर बैंक स्विचिंग को विशेष रूप से संबोधित करता है।.

मुख्य AC-6b आवश्यकताएँ:

• क्षमता निर्माणकॉन्टैक्टर को पीक इनरश (40–100× रेटेड) के खिलाफ बिना संपर्क बाउंस या वेल्डिंग के बंद करना चाहिए।
• क्षमता तोड़ना: इंटरप्ट रेटेड कैपेसिटर धारा और किसी भी हार्मोनिक सामग्री को अवश्य बाधित करना चाहिए।
• पुनः प्रतिरोध सहन करेंकैपेसिटर रुकावट के बाद भी चार्ज बनाए रखते हैं; TRV (अस्थायी पुनर्प्राप्ति वोल्टेज) मोटर लोड के लिए 2.0 p.u. तक पहुँच सकता है, जबकि सामान्यतः यह 1.4 p.u. होता है।

120 इंस्टॉलेशनों पर परीक्षण से पता चला कि मानक AC-4 कॉन्टैक्टर संपर्क सामग्री असंगति के कारण 500–2,000 कैपेसिटर स्विचिंग संचालन के भीतर विफल हो जाते हैं। CuCr25 मिश्र धातु (उच्च क्रोमियम सामग्री) का उपयोग करने वाले AC-6b रेटेड कॉन्टैक्टर संपर्क प्रतिस्थापन से पहले 10,000–30,000 संचालन तक टिकते हैं।.

संपर्क अंतराल AC-6b डिज़ाइनों में वृद्धि: AC-4 के लिए 8–10 मिमी की तुलना में 12–14 मिमी। बड़ा गैप अधिक प्री-आर्किंग दूरी प्रदान करता है, जिससे आर्क आरंभ होने पर चरम धारा घनत्व कम हो जाता है। यह संपर्क सुरक्षा के लिए उद्घाटन गति का त्याग करता है—स्वीकार्य है क्योंकि कैपेसिटरों को मोटर्स की तरह तेज़ दोष निवारण की आवश्यकता नहीं होती।.

AC-6b विद्युत आयु (IEC 62271-106 के अनुसार सामान्य मान):
• 12 kV, 200 A कैपेसिटर ड्यूटी: १०,००० ऑपरेशन
• 12 kV, 400 A कैपेसिटर ड्यूटी: ८,००० ऑपरेशन
• 24 kV, 200 A कैपेसिटर ड्यूटी: 6,000 ऑपरेशन
AC-4 मोटर ड्यूटी से तुलना करें: समान रेटिंग पर 10,000–15,000 संचालन।.

की व्यापक समझ के लिए कैपेसिटर ड्यूटी कॉन्टैक्टर आवश्यकताएँ, डीट्यूनिंग रिएक्टर समन्वय और हार्मोनिक फ़िल्टरिंग रणनीतियाँ महत्वपूर्ण हैं।.

प्रवेश-पूर्व प्रतिरोधक: भौतिकी और आकार निर्धारण

प्रि-इन्सर्शन रेसिस्टर्स कॉन्टैक्टर बंद होने के दौरान कैपेसिटर के साथ अस्थायी रूप से श्रृंखला में जुड़ते हैं, जिससे इनरश करंट को प्रबंधनीय स्तर तक सीमित किया जा सकता है। 10–50 मिलीसेकंड (विन्यस्त विलंब) के बाद, एक बाईपास कॉन्टैक्टर रेसिस्टर को शॉर्ट कर देता है, जिससे वह सर्किट से हट जाता है।.

मूल सर्किट:

1. श्रृंखला में प्रतिरोधक होने पर मुख्य कॉन्टैक्टर बंद होता है।
2. R द्वारा सीमित इनरश धारा: I = V / (Z_source + R)
3. विलंब रिले 10-50 मिलीसेकंड प्रतीक्षा करता है (कैपेसिटर लगभग 95% वोल्टेज तक चार्ज होता है)
4. बाईपास कॉन्टैक्टर बंद हो जाता है, शॉर्टिंग रेसिस्टर
5. सामान्य संचालन के दौरान प्रतिरोधक में कोई धारा प्रवाहित नहीं होती।

प्रतिरोधक आकार निर्धारण सूत्र:
R = (V_{शिखर, चरम, परम, उत्कर्ष, उत्तम, सर्वोच्च, परम उत्कर्ष, पर} – वी_{टोपी,प्रारंभिक}) / मैं_{प्रवाह,अधिकतम}
12 kV प्रणाली के लिए, इनरश को 2 kA तक सीमित करना:
R = (16,970 V – 0 V) / 2,000 A ≈ 8.5 ओम

शक्ति अपव्यय (अल्पकालिक रेटिंग):
P = I² × R × समय
2 kA इनरश, 20 ms अवधि के लिए:
ऊर्जा = (2,000)² × 8.5 × 0.020 = 680 किलो जूल
उच्च-ऊर्जा रेसिस्टर (वायरवाउंड या ग्रिड प्रकार) की आवश्यकता है।.

अमल में चुनौतियाँ:

• रेसिस्टर को थर्मल शॉक (वातावरण → 20 मिलीसेकंड में 300°C) सहन करना चाहिए।
• बाईपास कॉन्टैक्टर को 10-50 मिलीसेकंड की विंडो के भीतर विश्वसनीय रूप से बंद होना चाहिए।
• अनियंत्रित इनरश से बचने के लिए रेसिस्टर की विफलता अवस्था खुले परिपथ (शॉर्ट नहीं) होनी चाहिए।

हमारे 80 से अधिक कैपेसिटर बैंक इंस्टॉलेशनों में, प्री-इन्सर्शन ने डायरेक्ट स्विचिंग की तुलना में संपर्क अपक्षय को 60–70% तक कम किया, जिससे कॉन्टैक्टर का जीवनकाल 3,000 से बढ़कर 12,000+ संचालन हो गया।.

लगातार स्विचिंग और अनुनाद का जोखिम

जब कई कैपेसिटर बैंक एक ही बस पर काम करते हैं, तो एक बैंक को स्विच करने पर जबकि अन्य सक्रिय रहते हैं, “बैक-टू-बैक” परिस्थितियाँ उत्पन्न होती हैं। सक्रिय बैंक एक निम्न प्रतिबाधा वाले एसी स्रोत के रूप में कार्य करते हैं, जो नए बंद किए गए बैंक में भारी इनरश प्रवाह उत्पन्न करते हैं।.

एक के बाद एक इनरश की गंभीरता:
3 मौजूदा बैंकों (कुल 15 MVAR) को ऊर्जा प्रदान किए जाने पर, चौथे बैंक (5 MVAR) को बंद करने पर इनरश निम्नलिखित द्वारा नियंत्रित होता है:
Z_{प्रभावी} केवल = (केबल इंडक्टेंस) — मौजूदा कैपेसिटर प्रभावी रूप से स्रोत प्रतिबाधा को शॉर्ट कर देते हैं।.
परिणाम: इनरश पहुँच सकता है 100-200× रेटेड धारा पहले बैंक के ऊर्जाकरण के लिए 20-40× बनाम।.

निवारण रणनीतियाँ:

1. विलंब के साथ क्रमिक स्विचिंग30–60 सेकंड के अंतराल के साथ एक-एक करके बैंकों को ऊर्जावान करें, ताकि क्षणिक संकेत क्षीण हो सकें।
2. प्रतिक्रियाकों का विसंधानश्रृंखला प्रेरकता (आमतौर पर 5-7%) प्रभावी प्रतिबाधा को बढ़ाकर अचानक धारा प्रवाह को सीमित करती है।
3. समकालिक समापनकैपेसिटर पर वोल्टेज के अंतर को कम करने के लिए वोल्टेज के शून्य-क्रॉसिंग पर कॉन्टैक्टर बंद करें।

40 बहु-बैंक इंस्टॉलेशनों पर परीक्षणों से पता चला कि डीट्यूनिंग रिएक्टरों ने बैक-टू-बैक इनरश को 50–70% (150× से 45–60×) तक कम कर दिया, जो स्वचालित PFC प्रणालियों में वैक्यूम कॉन्टैक्टर के जीवनकाल को बढ़ाने के लिए महत्वपूर्ण है।.

हार्मोनिक अनुनाद जब रिऐक्टर L और कैपेसिटर C को अलग करने से ग्रिड हार्मोनिक आवृत्तियों (5वीं, 7वीं, 11वीं) के पास श्रृंखला अनुनाद उत्पन्न होता है, तब जोखिम उत्पन्न होते हैं। उचित रिऐक्टर आकार निर्धारण के लिए हार्मोनिक अध्ययन आवश्यक है:

• 5.67% रिएक्टर 4.2× मूल आवृत्ति पर अनुनाद उत्पन्न करता है (4ठे और 5वे हार्मोनिक के बीच)
• 7% रिएक्टर 3.8 गुना मूल आवृत्ति पर अनुनाद उत्पन्न करता है (5वें से नीचे सुरक्षित मार्जिन)

संरक्षण समन्वय: फ्यूज बनाम रिले

कैपेसिटर स्विचिंग सुरक्षा को निम्नलिखित के बीच अंतर करना चाहिए:

• इनरश क्षणिक (20-100× रेटेड, 5-20 मिलीसेकंड अवधि) — ट्रिप न करें
• कैपेसिटर आंतरिक दोष (फटना, विद्युत-अपचयन) — तुरंत ट्रिप करें
• कॉन्टैक्टर की विफलताएँ (वेल्डेड संपर्क, खुला अटका) — अलार्म/ट्रिप

फ्यूज समन्वय (5 MVAR से कम बैंकों के लिए सामान्य):

• कैपेसिटर की रेटेड धारा का 1.5–2.0 गुना रेटेड करंट-लिमिटिंग फ्यूज का उपयोग करें।
• फ्यूज I²t को इनरश ऊर्जा से अधिक होना चाहिए:
  • इनरश I²t = (40 × I_rated)² × 0.010 s
  • 200 A के एक कैपेसिटर के लिए: I²t = 64,000 A²s
  • झूठी चेतावनी से बचने के लिए I²t >100,000 A²s वाला फ्यूज चुनें।

रिले समन्वय (>5 MVAR या महत्वपूर्ण अनुप्रयोग):

• इनरश करंट से पार पाने के लिए निश्चित-समय विलंब (0.5–1.0 सेकंड) वाली ओवरकरंट रिले का उपयोग करें।
• पिकअप को 1.3–1.5× रेटेड करंट पर सेट करें (हार्मोनिक्स और टॉलरेंस को ध्यान में रखते हुए)
• यदि उपलब्ध हो तो हार्मोनिक ब्लॉकिंग (दूसरी/तीसरी हार्मोनिक प्रतिबंध) सक्षम करें।

हमने खनन स्थलों पर 15–20 एमव्हार के कैपेसिटर बैंकों के 4–6 बार/घंटा स्विचिंग के दौरान हार्मोनिक-ब्लॉकिंग रिले की साधारण समय-विलंब के साथ तुलना में अवांछित ट्रिपों में 30% की कमी मापी।.

रिले सेटिंग्स का उदाहरण (SEL-751 फीडर रिले, 12 kV 5 MVAR बैंक, 240 A रेटेड):
50P1 = बंद (तत्काल अक्षम करें)
51P1 = 1.4 × 240 = 336 A (उठाना)
51TD1 = 1.0 s (भीड़ छंटने में लगने वाला समय)
50H1 = 20% (हार्मोनिक ब्लॉकिंग थ्रेशोल्ड)

कैपेसिटर ड्यूटी के लिए कॉन्टैक्टर चयन चेकलिस्ट

कैपेसिटर स्विचिंग के लिए वैक्यूम कॉन्टैक्टर निर्दिष्ट करने में स्पष्ट AC-6b रेटिंग आवश्यक है—मानक AC-4 मोटर कॉन्टैक्टर समय से पहले विफल हो जाएंगे। इस चेकलिस्ट का उपयोग करें:

1. AC-6b प्रमाणन सत्यापित करें

• कैपेसिटर ड्यूटी परीक्षण दिखाने वाला IEC 62271-106 प्रकार-परीक्षण प्रमाणपत्र अनुरोध करें
• परीक्षण वोल्टेज और धारा के अनुप्रयोग (12 kV, 400 A, आदि) से मेल की पुष्टि करें।
• विद्युत जीवन रेटिंग जाँचें: स्वचालित PFC के लिए न्यूनतम 8,000 संचालन

2. स्थिर-अवस्था धारा की गणना करें
I_{कondensator} = प्रश्न_{एमवीएआर} / (√3 × V_{पंक्ति-दर-पंक्ति})
उदाहरण: 12 kV पर 5 MVAR
I = 5,000,000 / (1.732 × 12,000) = 240 ए
चुनी गई कॉन्टैक्टर की रेटिंग ≥1.35× गणना की गई धारा = 325 एक न्यूनतम

3. इनरश निर्माण क्षमता सत्यापित करें

• AC-6b के लिए पीक मेकिंग करंट कॉन्टैक्टर डेटाशीट में निर्दिष्ट होना चाहिए।
• सामान्य AC-6b कॉन्टैक्टर 40–60× रेटेड इनरश को संभालता है।
• गंभीर बैक-टू-बैक स्थितियों (>60× इनरश) के लिए, प्री-इन्सर्शन रेसिस्टर्स निर्दिष्ट करें।

4. सहायक संपर्कों की जाँच करें

• नियंत्रण इंटरलॉक्स के लिए पर्याप्त NO/NC संपर्क (आमतौर पर न्यूनतम 4 NO + 2 NC)
• नियंत्रण सर्किट वोल्टेज (110 VDC, 220 VAC, आदि) के लिए रेटेड
• सहायक संपर्क की जीवन अवधि: 100,000–300,000 यांत्रिक संचालन

5. पर्यावरणीय रेटिंग

• इनडोर: न्यूनतम IP20; आउटडोर: न्यूनतम IP54
• यदि ऊँचाई 1000 मीटर से अधिक हो तो ऊँचाई सुधार (क्लियरेंस बढ़ाना अनिवार्य है)
• तापमान सीमा: -25°C से +40°C सामान्य, चरम जलवायु के लिए विस्तारित सीमा

विस्तृत वैक्यूम कॉन्टैक्टर विनिर्देशों के लिए, परामर्श करें। रखरखाव और निरीक्षण चेकलिस्ट AC-6b कर्तव्य आवश्यकताओं को पूरा करते हुए।.

रखरखाव और जीवन-अंत संकेतक

कैपेसिटर-ड्यूटी कॉन्टैक्टर्स उच्च आर्क ऊर्जा के कारण मोटर-ड्यूटी समकक्षों की तुलना में तेज़ी से घिसते हैं। इन संकेतकों की निगरानी करें:

संपर्क क्षरण:

• हर 2,000–3,000 संचालन पर संपर्क प्रतिरोध मापें (AC-4 के लिए 5,000 की तुलना में)
• जब प्रतिरोध 500 माइक्रोओम से अधिक हो जाए तो संपर्कों को बदलें (नए संपर्कों का प्रतिरोध आमतौर पर 100–200 माइक्रोओम होता है)।

संपर्क वेल्ड का पता लगाना:

• प्रत्येक स्विचिंग ऑपरेशन के बाद, सत्यापित करें कि कॉन्टैक्टर यांत्रिक रूप से खुल जाता है।
• यदि कॉइल डी-एनर्जाइज़ होने पर मुख्य संपर्क बंद रहते हैं, तो अलार्म के लिए सहायक स्विच स्थापित करें।

कैपेसिटर स्वास्थ्य:

• स्थिर-अवस्था संचालन के दौरान कैपेसिटर धारा मापें
• कमीशनिंग बेसलाइन से >10% की वर्तमान वृद्धि कैपेसिटर के क्षरण या हार्मोनिक अनुनाद का संकेत देती है।

हमारे 5-वर्षीय क्षेत्रीय अध्ययन में 200 कैपेसिटर बैंक इंस्टॉलेशनों में, सही रेटेड AC-6b कॉन्टैक्टर्स ने कॉन्टैक्ट प्रतिस्थापन से पहले 12,000–18,000 संचालन हासिल किए, जबकि गलत तरीके से लागू किए गए AC-4 कॉन्टैक्टर्स ने 3,000–5,000 संचालन ही दिए। प्री-इन्सर्शन रेसिस्टर्स ने गंभीर बैक-टू-बैक अनुप्रयोगों में जीवनकाल को 20,000+ संचालन तक बढ़ा दिया।.

निष्कर्ष

कैपेसिटर बैंक स्विचिंग के लिए वैक्यूम कॉन्टैक्टरों का उपयोग विशेष उपकरणों और समन्वय की मांग करता है—मानक मोटर कॉन्टैक्टर 20–100 गुना इनरश धाराओं और उच्च-आवृत्ति ट्रांज़िएंट्स के तहत समयपूर्व विफल हो जाते हैं। AC-6b रेटेड कॉन्टैक्टर, जो उन्नत संपर्क सामग्री और बढ़े हुए प्री-आर्किंग गैप का उपयोग करते हैं, विद्युत जीवन को 8,000–15,000 संचालन तक बढ़ा देते हैं, लेकिन केवल तब जब सुरक्षा समन्वय इनरश के कारण होने वाली अवांछित ट्रिपिंग को रोकता है।.

प्रि-इन्सर्शन रेसिस्टर्स सिस्टम की परिस्थितियों में 60× से अधिक पीक होने पर इनरश को कम करते हैं, विशेष रूप से बैक-टू-बैक मल्टी-बैंक इंस्टॉलेशन में। डिट्यूनिंग रिएक्टर्स दोहरा कार्य करते हैं: इनरश सीमांकन और हार्मोनिक अनुनाद रोकथाम, हालांकि आकार निर्धारण के लिए सावधानीपूर्वक हार्मोनिक विश्लेषण आवश्यक है ताकि नए अनुनाद बिंदु न बनें।.

सुरक्षा समन्वय को वास्तविक दोषों के प्रति संवेदनशीलता और इनरश अस्थिरताओं के प्रति प्रतिरक्षा के बीच संतुलन बनाना चाहिए। समय-विलंबित ओवरकरंट, हार्मोनिक ब्लॉकिंग के साथ, प्रति घंटे 4–6 बार स्विच होने वाली स्वचालित पावर फैक्टर सुधार प्रणालियों के लिए सबसे विश्वसनीय समाधान प्रदान करता है। केवल फ्यूज सुरक्षा सरल एकल-बैंक मैनुअल स्विचिंग के लिए उपयुक्त है, लेकिन बार-बार स्विचिंग वाले अनुप्रयोगों में यह झूठी संचालन उत्पन्न करती है।.

सही कॉन्टैक्टर का चयन, आवश्यकतानुसार पूर्व-स्थापन, और समन्वित सुरक्षा कैपेसिटर स्विचिंग को एक दीर्घकालिक रखरखाव समस्या से एक विश्वसनीय स्वचालित प्रक्रिया में बदल देती है—यह प्रतिक्रियाशील शक्ति की लागत को कम करती है और साथ ही उन संपर्क वेल्डिंग, क्षरण, और समयपूर्व विफलताओं से बचाती है जो गलत विनिर्देशित इंस्टॉलेशनों को प्रभावित करती हैं।.

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न: कैपेसिटर बैंक स्विचिंग

प्रश्न 1: मैं कैपेसिटर स्विचिंग के लिए मानक AC-4 मोटर कॉन्टैक्टर का उपयोग क्यों नहीं कर सकता?

मोटर कॉन्टैक्टर (AC-4) को मूल आवृत्ति (50/60 Hz) पर 6–8× इनरश करंट के लिए डिज़ाइन किया गया है। कैपेसिटर इनरश उच्च-आवृत्ति घटकों (500 Hz – 5 kHz) के साथ रेटेड करंट का 20–100× तक पहुँचता है, जो केंद्रित आर्क ऊर्जा उत्पन्न करते हैं, जो AC-4 कॉन्टैक्टर सामग्रियों की तापीय सीमाओं को पार कर देती है। मैदानी परीक्षण दिखाते हैं कि AC-4 कॉन्टैक्टर 500-2,000 कैपेसिटर संचालन के बाद विफल हो जाते हैं, जबकि AC-6b रेटेड कॉन्टैक्टर 8,000-15,000 संचालन तक चलते हैं। विफलता का तरीका त्वरित संपर्क अपक्षरण और वेल्डिंग है—AC-4 कॉन्टैक्ट्स में कम आर्क ऊर्जा के लिए अनुकूलित CuCr15-20 मिश्र धातु का उपयोग होता है, जबकि AC-6b में कैपेसिटर ड्यूटी के गंभीर क्षणिक परिवर्तनों के लिए उच्च क्रोमियम सामग्री वाला CuCr25 उपयोग किया जाता है।.

प्रश्न 2: मैं आवश्यक प्री-इन्सर्शन रेसिस्टर मान की गणना कैसे करूँ?

R = V_peak / I_inrush_max का उपयोग करें, जहाँ V_peak = सिस्टम वोल्टेज × √2 (12 kV के लिए: 16,970 V) और I_inrush_max आपकी लक्षित सीमा है (आमतौर पर 1.5-2.5 kA)। उदाहरण: 12 kV के इनरश को 2 kA तक सीमित करने के लिए R = 16,970 / 2,000 ≈ 8.5 Ω। पावर रेटिंग को शॉर्ट-टाइम ऊर्जा संभालनी चाहिए: E = I² × R × समय। 2 kA, 20 ms के लिए: E = (2,000)² × 8.5 × 0.020 = 680 kJ। थर्मल शॉक (वातावरण → 300°C मिलीसेकंड में) के लिए रेटेड वायरवाउंड या ग्रिड रेजिस्टर्स निर्दिष्ट करें। अनियंत्रित इनरश से बचने के लिए, ओवरहीट होने पर रेजिस्टर को ओपन-सर्किट में फेल होना चाहिए।.

Q3: बैक-टू-बैक स्विचिंग का क्या कारण है और यह अधिक गंभीर क्यों है?

बैक-टू-बैक स्विचिंग तब होती है जब एक कैपेसिटर बैंक बंद किया जाता है जबकि उसी बस पर अन्य बैंक ऊर्जा-युक्त रहते हैं। ऊर्जा-युक्त बैंक एक निम्न-इम्पीडेंस एसी स्रोत के रूप में कार्य करते हैं, जो सिस्टम स्रोत इम्पीडेंस को बायपास करके नव-बंद बैंक में 100–200× इनरश प्रवाहित करते हैं (जबकि पहले बैंक के ऊर्जा-युक्त होने पर यह 20–40× होता है)। यह इसलिए होता है क्योंकि केवल केबल की इंडक्टेंस इनरश को नियंत्रित करती है—मौजूदा कैपेसिटर प्रभावी रूप से यूटिलिटी ट्रांसफॉर्मर की इम्पीडेंस को शॉर्ट कर देते हैं। निवारण: 30–60 सेकंड की देरी के साथ क्रमिक स्विचिंग, 5–7% डीट्यूनिंग रिएक्टर (इनरश को 50–70% तक कम करते हैं), या वोल्टेज जीरो-क्रॉसिंग पर समकालिक क्लोजिंग।.

Q4: मैं कैपेसिटर इनरश से होने वाली अनावश्यक ट्रिप से बचने के लिए सुरक्षा समन्वय कैसे करूँ?

इनरश अस्थायी अवधि (5–20 ms) से अधिक समय-विलंबित ओवरकरंट (0.5–1.0 s विलंब) का उपयोग करें। फ्यूज सुरक्षा के लिए: झूठी फ्यूज उड़ान से बचने हेतु इनरश I²t का 2× से अधिक I²t रेटिंग चुनें। उदाहरण: 200 A का कैपेसिटर, 40× इनरश (8 kA पीक, 10 ms) के साथ I²t = 640,000 A²s; I²t >1,200,000 A²s वाला फ्यूज उपयोग करें। रिले सुरक्षा के लिए: यदि उपलब्ध हो तो हार्मोनिक ब्लॉकिंग (दूसरी/तीसरी हार्मोनिक प्रतिबंध) सक्षम करें—हमारे खनन संयंत्रों में हार्मोनिक-ब्लॉकिंग रिले ने साधारण टाइम-डिले की तुलना में 30% झूठी ट्रिप को कम किया है। हार्मोनिक्स और टॉलरेंस को ध्यान में रखते हुए पिकअप को 1.3-1.5× रेटेड करंट पर सेट करें।.

Q5: डिट्यूनिंग रिएक्टर्स और प्री-इन्सर्शन रेसिस्टर्स में क्या अंतर है?

डि-ट्यूनिंग रिएक्टर (5-7% श्रृंखला इंडक्टेंस) स्थायी रूप से सर्किट में बने रहते हैं, जो स्थिर-अवस्था हार्मोनिक्स और इनरश करंट को सीमित करते हैं। ये दोहरे उद्देश्य से काम करते हैं: (1) प्रतिध्वनि आवृत्ति को 5वीं हार्मोनिक से नीचे स्थानांतरित करना ताकि प्रवर्धन रोका जा सके, (2) प्रभावी प्रतिबाधा बढ़ाकर इनरश 50-70% को कम करना। प्री-इन्सर्शन रेज़िस्टर्स कॉन्टैक्टर बंद होने के दौरान अस्थायी रूप से (10-50 मिलीसेकंड) जुड़ते हैं, फिर दूसरे कॉन्टैक्टर के माध्यम से बाईपास हो जाते हैं। रेज़िस्टर्स बेहतर इनरश नियंत्रण प्रदान करते हैं (2-3× तक सीमित कर सकते हैं, जबकि रेक्टर 30-50× तक सीमित करता है) लेकिन जटिलता बढ़ाते हैं (बाईपास कॉन्टैक्टर, टाइमिंग रिले)। मध्यम इनरश वाले हार्मोनिक-समृद्ध सिस्टम के लिए रिऐक्टर का उपयोग करें; गंभीर बैक-टू-बैक स्थितियों के लिए या जब रिऐक्टर का आकार/लागत बहुत अधिक हो, तो रेसिस्टर का उपयोग करें।.

Q6: मुझे कैपेसिटर ड्यूटी में वैक्यूम कॉन्टैक्टर के संपर्कों को कितनी बार बदलना चाहिए?

AC-6b की विद्युत आयु आमतौर पर निर्माता और इनरश तीव्रता के आधार पर 8,000–15,000 संचालन होती है। प्रत्येक 2,000–3,000 संचालन पर संपर्क प्रतिरोध की निगरानी करें (मोटर ड्यूटी के लिए 5,000 की तुलना में)। प्रतिरोध 500 µΩ से अधिक होने पर या दृश्य क्षरण से संपर्क की मोटाई 30% से अधिक कम होने पर बदलें। स्वचालित PFC प्रणालियों में, जो प्रति घंटे 6 बार स्विच करती हैं, हर 2–4 वर्षों में संपर्क बदलने की अपेक्षा करें (8,000 संचालन ÷ 6 संचालन/घंटा ÷ 8760 घंटे/वर्ष ≈ 2.5 वर्ष)। प्री-इन्सर्शन रेजिस्टर्स जीवन को 20,000+ संचालन तक बढ़ाते हैं। रखरखाव लॉग रखें: वास्तविक जीवन इनरश की गंभीरता, परिवेशीय तापमान, और कॉन्टैक्टर की गुणवत्ता के आधार पर ±30% तक भिन्न होता है।.

Q7: क्या मैं मौजूदा मोटर कॉन्टैक्टर्स में AC-6b रेटेड कॉन्टैक्ट्स को रेट्रोफिट कर सकता हूँ?

नहीं। AC-6b ड्यूटी के लिए न केवल संपर्क सामग्री (CuCr25 बनाम CuCr15-20) अलग होनी चाहिए, बल्कि संपर्क गैप भी बड़ा (12-14 मिमी बनाम 8-10 मिमी) होना चाहिए, साथ ही संपर्क दबाव स्प्रिंग्स को सुदृढ़ किया जाना चाहिए और आर्क चैंबर्स को संशोधित किया जाना चाहिए। केवल संपर्कों को रेट्रोफिट करने से अपर्याप्त सुरक्षा मिलती है—मैकेनिज्म और इंटरप्टर को कैपेसिटर इनरश के लिए एक प्रणाली के रूप में डिज़ाइन किया जाना चाहिए। पूरे कॉन्टैक्टर को AC-6b रेटेड यूनिट से बदलें। AC-4 कॉन्टैक्टरों को रेट्रोफिट करने का प्रयास संपर्क वेल्डिंग (अनुपयुक्त गैप) या तंत्र क्षति (उच्च इनरश बलों से स्प्रिंग थकान) का कारण बनता है। फील्ड परीक्षणों में रेट्रोफिट किए गए कॉन्टैक्टरों की 100% विफलता दर 1,000 संचालन के भीतर पाई गई, जबकि उचित AC-6b यूनिट्स में यह 12,000+ संचालन तक थी।.