बिजली प्रणालियों में कला क्रम रिले की क्या भूमिका होती है?

फेज क्रम रिले कैसे उलटे फेज क्रम का पता लगाता है और उसे रोकता है

मुख्य संचालन सिद्धांत: वोल्टेज फेजर घूर्णन विश्लेषण

फेज क्रम रिले तीन-फेज प्रणालियों में वोल्टेज फेजर्स के घूर्णन क्रम की निगरानी करते हैं, जो विभिन्न फेजों के बीच कोणीय संबंधों का विश्लेषण करके काम करते हैं। ये मूल रूप से सही क्रम (जैसे A-B-C) और उलटे क्रम (जैसे C-B-A) के बीच अंतर को पहचानते हैं। जब सभी फेज दक्षिणावर्त (घड़ी की दिशा में) घूमते हैं, तो यह सामान्य संचालन का संकेत है। लेकिन यदि ये वामावर्त (घड़ी के विपरीत दिशा में) घूमने लगें, तो यह एक गंभीर समस्या है—क्योंकि इसका अर्थ है कि फेज क्रम गलत हो गया है, और तुरंत सिस्टम को बंद कर देने की आवश्यकता है। यह मामला इतना महत्वपूर्ण क्यों है? असल में, पिछले वर्ष के 'इलेक्ट्रिकल सेफ्टी जर्नल' के अनुसार, औद्योगिक मोटरों के लगभग 8 में से 10 विफलताएँ वास्तव में फेज संबंधित समस्याओं से उत्पन्न होती हैं। ये रिले पारंपरिक विद्युत चुंबकीय या आधुनिक सॉलिड-स्टेट प्रौद्योगिकी का उपयोग करके प्रत्येक विद्युत चक्र के दौरान कम से कम 200 बार वोल्टेज पैटर्न का नमूना लेते हैं। इससे वे समस्याओं को बहुत तेज़ी से पहचान सकते हैं और वास्तविक क्षति होने से पहले ही उन्हें रोक सकते हैं।

आंतरिक तर्क: शून्य-पारगमन समय, फेज कोण तुलना और लैचिंग आउटपुट

रिले का आंतरिक तर्क तीन समन्वित चरणों को निष्पादित करता है:

1. शून्य-पारगमन का पता लगाना : प्रत्येक चरण के ऋणात्मक से धनात्मक वोल्टेज में संक्रमण का सटीक समय-स्टैम्प लगाता है।
2. चरण कोण तुलना : घूर्णन दिशा की पहचान के लिए लगातार चरणों के बीच समय विलंब की गणना करता है। उदाहरण के लिए:

   चरण युग्म	सामान्य क्रम विलंब	उलट क्रम विलंब
   A से B	5.5 मिलीसेकंड	10.5 मिलीसेकंड
   B से C	5.5 मिलीसेकंड	−10.5 मिलीसेकंड

3. लैचिंग आउटपुट : यदि मापित विलंब समय अपेक्षित मानों से ±2 मिलीसेकंड से अधिक विचलित हो जाता है, तो 15 मिलीसेकंड के भीतर एक ट्रिप सिग्नल जारी किया जाता है। आउटपुट तब तक लैच रहता है जब तक कि इसे मैन्युअल रूप से रीसेट नहीं किया जाता—इससे असुरक्षित स्थितियों में स्वचालित पुनः ऊर्जीकरण को रोका जाता है तथा उपकरणों को बेयरिंग पर तनाव, पंप कैविटेशन या कंप्रेसर में तेल की कमी से सुरक्षा प्रदान की जाती है।

मोटर क्षति और प्रक्रिया विघटन के खिलाफ महत्वपूर्ण सुरक्षा

प्रेरण मोटरों, पंपों और कंप्रेसरों में विपरीत घूर्णन के जोखिम

जब विद्युत चरणों का क्रम बिगड़ जाता है, तो प्रेरण मोटरें, पंप और कंप्रेसर उलटी दिशा में घूमने लगते हैं—यह घटना नियमित रखरखाव के कार्यों के दौरान, ऊर्जा आपूर्तिकर्ताओं द्वारा स्रोतों को स्विच करने के समय, या विद्युत ग्रिड में समस्याएँ आने पर काफी बार होती है। इसके बाद यांत्रिक रूप से काफी क्षति होती है। बेयरिंग अक्सर अवरुद्ध हो जाते हैं, क्योंकि वे इस प्रकार के तनाव के लिए डिज़ाइन नहीं किए गए हैं। पंपों के अंदर के इम्पेलर्स क्षरण के कारण तेज़ी से क्षतिग्रस्त हो जाते हैं, जिसे कैविटेशन प्रभाव कहा जाता है, जबकि सील्स पूरी तरह विफल हो जाते हैं, क्योंकि दाब अंतर उचित स्तर पर नहीं होते हैं। विशेष रूप से पंपों के लिए, यह उलटी दिशा में प्रवाह इसका अर्थ है कि वे शुष्क स्थिति में चलते हैं और अचानक हाइड्रोलिक झटकों का शिकार होते हैं। कंप्रेसरों को भी अपनी विशिष्ट समस्याओं का सामना करना पड़ता है—उन्हें चिकनाई की कमी होती है और वाल्वों का समय-निर्धारण पूरी तरह बिगड़ जाता है। जो मोटरें लगातार उलटी दिशा में चलती रहती हैं, वे लगभग 15 से 20 प्रतिशत अधिक गर्म हो जाती हैं, क्योंकि शीतलन पंखे अब उचित रूप से काम नहीं कर रहे होते हैं, जिससे विद्युत रोधन के क्षरण की दर तेज़ हो जाती है। उद्योग की रिपोर्टों के अनुसार, ये चरण-संबंधित समस्याएँ तरल पदार्थों को संभालने वाली प्रणालियों में मोटर विफलताओं के लगभग एक चौथाई मामलों के लिए ज़िम्मेदार हैं। और यहाँ एक रोचक बात यह है कि केवल 2% का छोटा सा वोल्टेज असंतुलन भी, यदि इसे कोई नोटिस नहीं करता है, तो कुछ घंटों के भीतर गंभीर यांत्रिक तनाव का कारण बन सकता है।

वास्तविक दुनिया का प्रभाव: ऑटोमोटिव असेंबली लाइन में डाउनटाइम पर केस अध्ययन

उद्योग की रिपोर्टों के अनुसार, पिछले वर्ष एक बड़े कार फैक्टरी ने अपने सबस्टेशन के कार्य के दौरान फेज रिवर्सल की समस्या को नहीं पकड़ने के कारण लगभग 740,000 अमेरिकी डॉलर का नुकसान उठाया। कन्वेयर बेल्ट्स पीछे की ओर चलने लगीं, जिससे रोबोटिक वेल्डर्स के साथ विभिन्न समस्याएँ उत्पन्न हुईं और वास्तव में कई ड्राइव चेन्स टूट गईं। इस अव्यवस्था के कारण 11 घंटे का बंद करना पड़ा, जिससे लगभग 2,300 कारों के उत्पादन में रुकावट आ गई। घटना पर पुनर्विचार करने पर विशेषज्ञों का कहना है कि यदि उन्होंने एक फेज सीक्वेंस रिले स्थापित कर लिया होता, तो यह रिले चीज़ों के और खराब होने से पहले केवल 0.1 सेकंड में बिजली को बंद कर देता। इन रिले को पीएलसी (PLC) प्रणालियों से जोड़ा जा सकता है, ताकि मशीनरी तब तक बंद रहे जब तक कि सभी चीज़ें उचित रूप से जाँची नहीं जातीं। यह सरल सुधार उन्हें बहुत अधिक धन बचा देता, क्योंकि ऑटो उद्योग में उत्पादन बंद होने की लागत प्रत्येक घंटे में लगभग 24,000 अमेरिकी डॉलर होती है। इसके अतिरिक्त, यह अन्य समस्याओं को भी रोकता है, जैसे कि मोटर वाइंडिंग्स का लंबे समय तक पीछे की ओर चलने के कारण जलना और हाइड्रोलिक पंपों के विस्फोट जैसी खतरनाक स्थितियाँ।

कला क्रम सत्यापन को धारा-आधारित सुरक्षा के साथ एकीकृत करने से मिशन-महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं में मोटर प्रतिस्थापन लागत में 37% की कमी आती है।

आधुनिक सुरक्षा और नियंत्रण प्रणालियों में कला क्रम रिले का एकीकरण

सर्किट ब्रेकर, पीएलसी और स्वचालित पुनः संयोजन योजनाओं के साथ समन्वय

जब फेज क्रम रिले गलत फेज क्रम का पता लगाते हैं, तो वे सर्किट ब्रेकर्स के साथ मिलकर काम करते हैं ताकि बिजली की आपूर्ति लगभग तुरंत काट दी जा सके, जिससे उपकरणों को होने वाले नुकसान को रोका जा सके। ये उपकरण डिजिटल इनपुट/आउटपुट मॉड्यूल का उपयोग करके पीएलसी (PLC) प्रणालियों से जुड़ते हैं, जिससे मोटरों को चरणबद्ध तरीके से बंद करना, एक-दूसरे से अंतर्संबद्ध (इंटरलॉक्ड) वाल्वों को बंद करना, या उत्पादन लाइनों में अलार्म को चरणबद्ध रूप से बढ़ाना जैसी स्वचालित कार्यवाहियाँ संभव हो जाती हैं। स्वतः पुनः संयोजन (ऑटो-रीक्लोजिंग) की स्थितियों में, रिले मूल रूप से सुरक्षा गेट के रूप में कार्य करते हैं, जो सही फेज क्रम की पुष्टि होने तक बिजली की आपूर्ति पुनः स्थापित करने के किसी भी प्रयास को रोक देते हैं। ऐसा समन्वय कारखानों के फर्श पर चीजों को चिकना और निर्बाध रूप से चलाए रखता है, उन घटनाओं को रोकता है जिनमें उलटी घूर्णन (रिवर्स रोटेशन) के कारण औद्योगिक पंपों को नुकसान पहुँच सकता है, और संपीड़कों (कंप्रेसर्स) को आवश्यकता पड़ने पर तुरंत कार्य करने के लिए तैयार रखता है—यह सभी क्रिटिकल ऑपरेशन्स के दौरान अचानक विफलताओं को रोकने के लिए सावधानीपूर्ण समयबद्ध पुनः प्रारंभ प्रक्रियाओं के धन्यवाद संभव होता है।

दूरस्थ निगरानी और अलार्मिंग के लिए SCADA और डिजिटल सबस्टेशन एकीकरण

डिजिटल सबस्टेशन वास्तविक समय की वोल्टेज फेजर सूचना को सीधे SCADA प्रणालियों तक भेजने के लिए फेज क्रम रिले पर निर्भर करते हैं, जो IEC 61850 GOOSE और SV संदेशों का उपयोग करते हैं। जब कुछ गलत होता है, तो ऑपरेटरों को तुरंत अलर्ट मिलते हैं, साथ ही फेज कोणों को दर्शाने वाले स्पष्ट दृश्य भी प्रदान किए जाते हैं, जिससे वे समस्याओं के बड़ी समस्याओं में बदलने से पहले त्वरित कार्रवाई कर सकते हैं। यह प्रणाली भविष्यवाणी आधारित रखरखाव कार्यों में भी सहायता करती है। यदि वोल्टेज असंतुलन के प्रवृत्ति दिखाई देती हैं या यदि उपकरण बार-बार ट्रिप होने के करीब पहुँच जाते हैं, तो इससे निर्धारित समय से पहले ही निरीक्षण की योजना बना दी जाती है। जल उपचार सुविधाओं और अस्पतालों जैसे ऐसे स्थानों के लिए, जहाँ बिजली की विश्वसनीयता सर्वाधिक महत्वपूर्ण होती है, दूरस्थ निगरानी के माध्यम से कर्मचारियों को उपकरणों की शारीरिक जाँच करने की आवश्यकता कम हो जाती है। इसी समय, यह सभी गतिविधियाँ ऑडिट ट्रेल छोड़ती हैं, जिन्हें कभी भी समीक्षा के लिए देखा जा सकता है, जिससे आर्क फ्लैश सुरक्षा से संबंधित NFPA 70E मानकों का पालन सुनिश्चित होता है।

अनुपालन, मानक और महत्वपूर्ण अवसंरचना में अनुप्रयोग

अंतर्राष्ट्रीय सुरक्षा मानकों जैसे मशीनरी के विद्युत उपकरणों के लिए IEC 60204-1 और मोटर परिपथों के बारे में NEC अनुच्छेद 430.83(A)(2) वास्तव में इन फेज क्रम रिले की आवश्यकता करते हैं, क्योंकि ये रिले खतरनाक विपरीत घूर्णन को रोकने के लिए महत्वपूर्ण स्थानों पर फेजों की निगरानी करते हैं। उदाहरण के लिए, अस्पतालों के बारे में सोचें जहाँ ये रिले आवश्यक हैं ताकि जीवनरक्षक वेंटिलेटर और जनरेटर के शीतलन पंखे सही दिशा में घूम सकें। डेटा केंद्र भी इन्हें स्थापित करते हैं ताकि उनकी शीतलित जल प्रणालियाँ उचित रूप से काम करती रहें। बिजली संयंत्र भी इन्हें सहायक फीडवाटर पंपों और आपातकालीन डीजल जनरेटर जैसे उपकरणों पर लगाते हैं। जब सुविधाएँ इन नियमों का पालन नहीं करती हैं, तो आपदा तुरंत घटित हो जाती है। कल्पना कीजिए कि यदि अग्नि पंप पीछे की ओर घूमने लगें या सर्वर फार्म में चिलर अचानक विफल हो जाएँ तो क्या होगा। पूरे संचालन कुछ ही मिनटों में बंद हो सकते हैं। इसीलिए नियमों में NFPA 70E दिशानिर्देशों के अनुसार इन रिले की जाँच प्रतिवर्ष करने का आदेश दिया गया है। इन परीक्षणों में उनकी सटीकता, समय प्रतिक्रिया और उनके उचित रूप से लैच (latch) करने की क्षमता का मूल्यांकन किया जाता है। यह उन महत्वपूर्ण मानकों के अनुपालन के साथ-साथ लचीले बुनियादी ढांचे के रखरखाव में सहायता करता है।