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सबस्टेशन डीसी नियंत्रण पावर सिस्टम एक स्वतंत्र विद्युत आपूर्ति है—आमतौर पर बैटरी बैंक और चार्जर से 110V या 125V डीसी—जो सुरक्षा रिले, सर्किट ब्रेकर ट्रिप कॉइल और नियंत्रण सर्किट को एसी सिस्टम की स्थितियों की परवाह किए बिना बिजली प्रदान करता है। जब यह आधार विफल हो जाता है, तो सर्किट ब्रेकर ट्रिप नहीं कर पाते, रिले काम नहीं करते, और दोष अनियंत्रित रूप से जलते रहते हैं।.
50 से अधिक औद्योगिक सबस्टेशनों में प्राप्त फील्ड अनुभव एक चिंताजनक पैटर्न उजागर करता है: 15–20% सुरक्षा रिले “विफलताएँ” वास्तव में बिगड़ी हुई डीसी प्रणाली के प्रदर्शन से उत्पन्न होती हैं। रिले ठीक काम कर रहा था। बैटरी ने काम नहीं किया।.
संरक्षण रिले को नाममात्र रेटिंग के ±10% के भीतर स्थिर डीसी वोल्टेज की आवश्यकता होती है। एक 125V डीसी सिस्टम, जो दोष के दौरान—जब कई ट्रिप कॉइल एक साथ धारा की मांग करती हैं—95V तक गिर जाए, तो वह आवश्यक 3–5 चक्रों के भीतर ब्रेकरों को संचालित करने में विफल हो सकता है। कागज पर यह सुरक्षा योजना उत्तम प्रतीत होती थी। कम वोल्टेज ने इसे व्यवहार में निष्फल कर दिया।.
उपयोगिता और औद्योगिक अनुप्रयोगों में स्टेशन बैटरियाँ आमतौर पर 8 घंटे की निर्वहन क्षमता वाली सीसा-अम्ल कोशिकाओं (फ्लोडेड या VRLA प्रकार) से बनी होती हैं। [मानक सत्यापित करें: IEEE 485] के अनुसार आकार निर्धारण गणनाओं में बैटरियों को निम्नलिखित सहित सबसे खराब परिदृश्य के भार प्रदान करने की आवश्यकता होती है:
निरंतर भार: रिले भार, संकेतक बत्तियाँ, SCADA RTU (आमतौर पर कुल 5–15A)
बार-बार लोड स्विचिंग वाले खनन अनुप्रयोगों में परीक्षण से पता चला कि 80% क्षमता से नीचे क्षयित बैटरियाँ बस दोषों के दौरान एक साथ कई ब्रेकरों को ट्रिप करने में असमर्थ रहीं। समन्वित सुरक्षा ठीक उसी समय ध्वस्त हो गई जब इसकी सबसे अधिक आवश्यकता थी।.
चार्जर को प्रति सेल 2.17–2.25V (60-सेल स्ट्रिंग्स के लिए 130–135V) के फ्लोट वोल्टेज को बनाए रखना चाहिए, साथ ही निरंतर लोड और बैटरी रिचार्ज दोनों के लिए धारा प्रदान करनी चाहिए। चार्जर की विफलताएँ अक्सर वोल्टेज नियमन में धीरे-धीरे होने वाले विचलन के माध्यम से प्रकट होती हैं—इसलिए आवधिक सत्यापन आवश्यक है।.

सबस्टेशन अनुप्रयोगों में दो बैटरी तकनीकें प्रमुख हैं:
वेंटिड लीड-एसिड (वीएलए): ये सेल पानी में डूबे होते हैं और इनमें हटाने योग्य ढक्कन होते हैं, जिन्हें समय-समय पर पानी डालकर भरना होता है। ये चार्जिंग के दौरान हाइड्रोजन उत्पन्न करते हैं और इन्हें हवादार कमरों की आवश्यकता होती है। उचित रखरखाव से इनकी आयु 15–20 वर्ष तक हो सकती है—लेकिन “उचित” का मतलब होता है त्रैमासिक इलेक्ट्रोलाइट जांच और वार्षिक समतलीकरण चार्ज।.
वाल्व-नियंत्रित सीसा-अम्ल (VRLA): अवशोषित ग्लास मैट या जेल इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करके सीलबंद निर्माण। रखरखाव की आवश्यकताएँ कम होती हैं, लेकिन ओवरचार्जिंग और उच्च परिवेशीय तापमान के प्रति कम सहिष्णु। अनुकूल परिस्थितियों में 10–12 वर्ष की आयु की अपेक्षा करें। 35°C निरंतर कक्ष तापमान पर यह 5–6 वर्ष तक घट जाती है।.
कोशिका विन्यास लक्ष्य वोल्टेज पर निर्भर करता है। 110V DC प्रणाली में 2.0V नाममात्र वोल्टेज वाली 55 कोशिकाएँ होती हैं। 125V DC प्रणाली में 60 कोशिकाएँ होती हैं। श्रृंखला संयोजन का अर्थ है कि एक कमजोर कोशिका पूरी स्ट्रिंग को प्रभावित करती है।.
चार्जर तीन मोड में काम करता है:
आधुनिक स्विच-मोड चार्जर सटीक नियमन और डिजिटल निगरानी प्रदान करते हैं। पुराने फेरोरेज़ोनेंट डिज़ाइन अभी भी कई सुविधाओं में काम करते हैं—कार्यशील लेकिन कम सटीक।.
[विशेषज्ञ की अंतर्दृष्टि: बैटरी रूम की हकीकतें]
चार्जर इस समस्या को खूबसूरती से छिपा देता है। फ्लोट ऑपरेशन के दौरान वोल्टेज सामान्य दिखता है। धारा खींचाव स्थिर प्रतीत होता है। फिर एसी पावर फेल हो जाती है, और 10 साल पुराना VRLA बैंक 60% की रेटेड क्षमता प्रदान करता है। बैकअप समय 8 घंटे से घटकर 3 घंटे से भी कम हो जाता है।.
लक्षण केवल लोड के तहत ही प्रकट होते हैं: चार्जर के ऑफ़लाइन होने पर तेज़ वोल्टेज गिरावट, बैकअप अवधि में कमी, और डिस्चार्ज तनाव के दौरान सेल वोल्टेज असंतुलन।.
पूर्ण शटडाउन स्पष्ट है। वोल्टेज ड्रिफ्ट स्पष्ट नहीं है। ओवरवोल्टेज स्थिति (2.30V/सेल फ्लोट से ऊपर) ग्रिड के क्षरण को तेज करती है और इलेक्ट्रोलाइट को सुखा देती है। अंडरवोल्टेज बैटरियों को आंशिक रूप से डिस्चार्ज कर देता है, जिससे बैकअप क्षमता कम हो जाती है और सल्फेशन तेज हो जाता है।.
110V DC सिस्टम के लिए क्रिटिकल अलार्म थ्रेशोल्ड:
| अलार्म स्थिति | सीमा | परिणाम |
|---|---|---|
| डीसी उच्च वोल्टेज | 126V | उपकरण क्षति, त्वरित बैटरी उम्र बढ़ना |
| डीसी निम्न वोल्टेज | <105वी | बैटरी डिस्चार्ज हो रही है, चार्जर में संभावित खराबी |
| चार्जर एसी विफल | इनपुट खो गया | बैटरी पूर्ण भार वहन कर रही है |
| भूमि दोष | अर्थिंग की ओर 0.5mA | इन्सुलेशन क्षरण का पता चला |
अधिकांश सबस्टेशन डीसी सिस्टम बिना ग्राउंड के संचालित होते हैं। यह डिज़ाइन एकल ग्राउंड फॉल्ट को सहन कर लेता है—कोई वापसी मार्ग नहीं होने का मतलब कोई धारा प्रवाह नहीं। जब तक आप समस्या का पता लगाते हैं, सिस्टम संचालन जारी रखता है।.
दूसरा ग्राउंड फॉल्ट सब कुछ बदल देता है। यदि पहला फॉल्ट पॉजिटिव बस पर हो और दूसरा ट्रिप कॉइल के नेगेटिव टर्मिनल को छू ले, तो धारा पृथ्वी के माध्यम से प्रवाहित होती है। ट्रिप कॉइल अनियमित रूप से सक्रिय हो सकती है। या इससे भी बुरा: जो फॉल्ट पूरी तरह से ट्रिप कॉइल को बायपास कर देते हैं, वे वास्तविक फॉल्ट के दौरान संचालन को रोक देते हैं।.
एक ढीली बैटरी टर्मिनल 2A फ्लोट करंट पर नगण्य प्रतिरोध दिखाती है। वही कनेक्शन 30A ट्रिप कॉइल करंट पर कॉइल की ऑपरेटिंग थ्रेशोल्ड से नीचे वोल्टेज गिरा देता है। 0.5Ω का प्रतिरोध जो स्वीकार्य लगता था, लोड के तहत 15V का वोल्टेज ड्रॉप पैदा करता है।.
दैनिक तापमान के उतार-चढ़ाव से होने वाला थर्मल साइक्लिंग बोल्ट किए गए कनेक्शनों को धीरे-धीरे ढीला कर देता है। बैटरी पोस्ट और इंटरसेल कनेक्टर्स आमतौर पर इसके मुख्य कारण होते हैं।.
लोड प्रोफाइल को सतत (रिले, संकेतक: 5–15A), क्षणिक (ट्रिप कॉइल: 100–200ms के लिए 30–50A) और आपातकालीन (विरामा के दौरान प्रकाश व्यवस्था, वेंटिलेशन) में विभाजित किया जाता है। छोटे आकार के बैंकों से सामान्य संचालन तो हो जाता है, लेकिन जब किसी बस दोष के कारण एक साथ कई ब्रेकरों को ट्रिप करने की आवश्यकता होती है, तो वे विफल हो जाते हैं।.
तापमान बढ़ने के साथ क्षमता घटती है:
| तापमान | अनुमानित क्षमता |
|---|---|
| 25° सेल्सियस | 1001टीपी3टी (संदर्भ) |
| 15° सेल्सियस | 90% |
| 0°सेल्सियस | 75% |
| -18°से | 50% |
गर्मी उम्र बढ़ने की प्रक्रिया को तेज कर देती है—25°C से प्रत्येक 8–10°C अधिक तापमान पर लगातार रहने पर बैटरी का जीवनकाल आधा हो जाता है। गर्म जलवायु में बाहरी सबस्टेशनों में VRLA प्रतिस्थापन चक्र 12 वर्षों के बजाय 6–7 वर्ष के होते हैं।.

भूमि दोष के स्थान का पता लगाने के लिए व्यवस्थित पृथक्करण आवश्यक है:
चरण 1: ग्राउंड डिटेक्शन रिले या इन्सुलेशन मॉनिटरिंग डिवाइस पर दोष संकेत की पुष्टि करें। ध्यान दें कि दोष पॉजिटिव बस पर है या नेगेटिव बस पर।.
चरण 2: सबसे बड़े या सबसे संदिग्ध सर्किट से शुरू करते हुए, शाखा सर्किट ब्रेकरों को क्रमबद्ध रूप से खोलें।.
चरण 3: प्रत्येक ब्रेकर खुलने के बाद ग्राउंड डिटेक्टर की निगरानी करें। जब दोष संकेत मिट जाए, तो आपने दोषग्रस्त शाखा को अलग कर लिया है।.
चरण 4: त्रुटिपूर्ण शाखा के भीतर, उसी खोलो-और-निगरानी करो दृष्टिकोण का उपयोग करके खंड का परीक्षण करें और आगे परीक्षण करें।.
चरण 5: सामान्य दोष स्थानों का निरीक्षण करें:
खोज उपकरणों में प्रतिरोध-संतुलित ब्रिज सर्किट, सेंटर-टैप संदर्भ वाले वोल्टेज विभाजक, और सक्रिय इन्सुलेशन निगरानी उपकरण शामिल हैं जो किलोओम (kΩ) में मात्रात्मक रीडिंग प्रदान करते हैं।.

[विशेषज्ञ की अंतर्दृष्टि: ग्राउंड फॉल्ट का पता लगाना]
परिणामों की श्रृंखला फूट पड़ती है:
संरक्षण रिले बिजली खो देते हैं। दोष का पता लगाना रुक जाता है। 20 मिलीसेकंड में सक्रिय होने वाला ओवरकरंट एलिमेंट कुछ भी नहीं देख पाता क्योंकि उसकी बिजली आपूर्ति बंद हो चुकी होती है।.
ट्रिप कॉइल बिना विद्युत के रहते हैं। भले ही बैकअप रिले CT-संचालित योजना के माध्यम से संचालित हो, वैक्यूम सर्किट ब्रेकर डीसी उसकी कॉइल तक न पहुँचने पर ट्रिप नहीं हो सकता। दोष धारा प्रवाहित होने के दौरान तंत्र लॉक रहता है।.
SCADA संचार विफल हो जाता है। ऑपरेटर विकसित हो रही समस्या को नहीं देख पाते। अलार्म जो मिनटों पहले सक्रिय हो जाने चाहिए थे, वे कभी नियंत्रण कक्ष तक नहीं पहुँचे।.
स्वचालित पुनःबंद सक्षम नहीं होता। अस्थायी दोष के बाद लाइन को पुनः ऊर्जा प्रदान करने वाली पुनर्स्थापना अनुक्रमणिका निष्पादित नहीं हो सकती।.
दोष तब तक जलता रहता है जब तक अपस्ट्रीम सुरक्षा सक्रिय नहीं हो जाती—यदि अपस्ट्रीम सुरक्षा में स्वस्थ डीसी आपूर्ति हो। अन्यथा, उपकरणों का विनाश अंततः दोष धारा को सीमित कर देता है। ट्रांसफॉर्मर की वाइंडिंग्स फेल हो जाती हैं। केबल फट जाती हैं। आर्क फ्लैश घटनाएं बढ़ जाती हैं।.
यहाँ ट्रिप कॉइल वोल्टेज सहनशीलता महत्वपूर्ण है। अधिकांश कॉइल्स विश्वसनीय संचालन के लिए नाममात्र वोल्टेज के 80–110% के भीतर सहनशीलता निर्दिष्ट करती हैं। 110V DC कॉइल को मैकेनिज्म को अनलैच करने के लिए पर्याप्त बल उत्पन्न करने हेतु कम से कम 88V की आवश्यकता होती है। उस सीमा से नीचे आंशिक संचालन या पूर्ण विफलता होती है।.
वैक्यूम सर्किट ब्रेकर की ट्रिप आवश्यकताओं को समझना डीसी सिस्टमों को सही ढंग से निर्दिष्ट करने में मदद करता है: https://xbrele.com/what-is-vacuum-circuit-breaker-working-principle/
मासिक कार्य:
त्रैमासिक कार्य:
वार्षिक:
क्षमता परीक्षण:

ब्रेकर विनिर्देशों के अनुसार डीसी वोल्टेज का मिलान परिचालन विफलताओं को रोकता है। डीसी सिस्टम डिज़ाइन को अंतिम रूप देने से पहले ट्रिप कॉइल वोल्टेज रेटिंग, न्यूनतम परिचालन वोल्टेज और अधिकतम निरंतर वोल्टेज की पुष्टि करें। वैक्यूम इंटरप्टर विश्वसनीय तंत्र के संचालन पर निर्भर करता है: https://xbrele.com/what-is-a-vacuum-interrupter/
महत्वपूर्ण प्रतिष्ठानों के लिए पुनरावृत्ति विकल्पों में शामिल हैं:
निरंतर बैटरी निगरानी प्रणालियाँ प्रत्येक सेल का वोल्टेज, सेल-से-सेल कनेक्शन प्रतिरोध और परिवेशीय तापमान मापती हैं। ये डेटा का रुझान विश्लेषण करती हैं और विफलताएँ होने से पहले विचलनों पर अलार्म देती हैं—जिससे प्रारंभिक चेतावनी और मैनुअल निरीक्षण के बोझ में कमी के माध्यम से इनकी लागत उचित ठहरती है।.
खरीद विनिर्देशों में डीसी नियंत्रण वोल्टेज की आवश्यकताओं को शामिल करें। RFQ चेकलिस्ट पर https://xbrele.com/vcb-rfq-checklist/ प्राथमिक रेटिंग्स के साथ-साथ नियंत्रण सर्किट पैरामीटरों को कवर करता है। उचित रूप से मेल खाने वाले नियंत्रण प्रणालियों के साथ पूर्ण वैक्यूम सर्किट ब्रेकर समाधानों के लिए XBRELE की इंजीनियरिंग टीम से संपर्क करें: https://xbrele.com/vacuum-circuit-breaker-manufacturer/
बाहरी संदर्भ: आईईसी 62271-106 — एसी कॉन्टैक्टर्स के लिए IEC 62271-106 मानक
प्रश्न: मध्यम-वोल्टेज सबस्टेशन संरक्षण के लिए कौन सा डीसी वोल्टेज स्तर सबसे आम है?
A: 110V DC मुख्य रूप से चीन और यूरोप सहित IEC-अनुरूप क्षेत्रों में प्रचलित है, जबकि IEEE/ANSI प्रथाओं का पालन करते हुए उत्तरी अमेरिकी उपयोगिता उप-स्टेशनों में 125V DC मानक है। चयन क्षेत्रीय मानकों और स्थापित उपकरणों की अनुकूलता पर निर्भर करता है।.
प्रश्न: उचित आकार की बैटरी बैंक को बैकअप पावर कितनी देर तक प्रदान करनी चाहिए?
A: डिज़ाइन प्रैक्टिस आमतौर पर 4–8 घंटे की स्वायत्तता निर्दिष्ट करती है, जिससे ऑपरेटर प्रतिक्रिया या यूटिलिटी क्रू पुनर्स्थापना के लिए पर्याप्त समय मिलता है। महत्वपूर्ण सुविधाएँ पुनर्स्थापना समय विश्लेषण के आधार पर लंबी अवधि निर्दिष्ट कर सकती हैं।.
प्रश्न: सबस्टेशनों में ग्राउंडेड सिस्टम के बजाय अनग्राउंडेड डीसी सिस्टम का उपयोग क्यों किया जाता है?
अग्राउंडेड प्रणालियाँ एकल ग्राउंड दोष के साथ भी संचालित होती रहती हैं, जिससे दूसरे दोष के कारण सुरक्षा विफलता होने से पहले समस्या का पता लगाने और उसे ठीक करने का समय मिल जाता है। यह लचीलापन ग्राउंड डिटेक्शन उपकरणों और व्यवस्थित दोष-स्थान निर्धारण प्रक्रियाओं की आवश्यकता के साथ आता है।.
प्रश्न: बिना डिस्चार्ज टेस्ट के मैं कैसे पता लगा सकता हूँ कि बैटरी क्षमता कम हो गई है?
A: फ्लोट चार्जिंग के दौरान व्यक्तिगत सेल वोल्टेज का फैलाव सेल के सापेक्ष स्वास्थ्य का संकेत देता है—स्ट्रिंग औसत से 0.05V से अधिक विचलन वाले सेलों की जांच आवश्यक है। हालांकि, केवल नियंत्रित डिस्चार्ज परीक्षण ही लोड स्थितियों में वास्तविक उपलब्ध क्षमता का पता लगाता है।.
प्रश्न: ऐसे सर्किट ब्रेकर ट्रिप विफलताएं जो यादृच्छिक प्रतीत होती हैं, किन कारणों से होती हैं?
A: DC आपूर्ति पथ में उच्च प्रतिरोध वाले कनेक्शन वोल्टेज ड्रॉप उत्पन्न करते हैं जो केवल उच्च-करंट ट्रिप कॉइल संचालन के दौरान दिखाई देते हैं। फ्लोट वोल्टेज माप सामान्य रीडिंग दिखाते हैं, लेकिन ट्रिप कॉइल संचालन के 30–50A क्षणिक लोड के तहत कनेक्शन विफल हो जाता है।.
प्रश्न: क्या बैटरी निगरानी प्रणालियाँ आवधिक निर्वहन परीक्षणों की जगह ले सकती हैं?
A: मॉनिटरिंग सिस्टम निरंतर प्रवृत्ति विश्लेषण और सेल क्षरण की प्रारंभिक चेतावनी प्रदान करते हैं, लेकिन ये वास्तविक उपलब्ध क्षमता के बजाय अप्रत्यक्ष संकेतकों को मापते हैं। उद्योग की प्रथा परीक्षण को पूरी तरह समाप्त करने के बजाय परीक्षण अनुसूची को अनुकूलित करने के लिए मॉनिटरिंग का उपयोग करती है।.
प्रश्न: सबस्टेशनों में VRLA बैटरियों का सामान्य प्रतिस्थापन अंतराल क्या है?
A: जलवायु-नियंत्रित वातावरण में VRLA बैटरियों को आमतौर पर 10–12 वर्षों में बदलने की आवश्यकता होती है। उच्च परिवेशीय तापमान, बार-बार गहरे निर्वहन, या क्षमता परीक्षण के परिणाम रेटिंग के 80% से नीचे होने पर, उम्र की परवाह किए बिना, पहले ही बदलना आवश्यक हो जाता है।.