एक भारतीय शोधकर्ता ने एक स्मार्ट सिस्टम के प्रोटोटाइप का एक अनूठा नवाचार विकसित किया है, जो शॉर्ट-सर्किट से पावर ग्रिड की रक्षा कर सकता है या तो स्वचालित रूप से करंट को समानांतर शंट में बदल सकता है (अधिकतम करंट को बायपास करने के लिए बाहरी प्रतिरोध) या बढ़ते करंट को रोकने के लिए करंट के रास्ते में प्रतिरोध तैयार किया जा सका है।

शॉर्ट-सर्किट की स्थिति अक्सर पावर ग्रिड जैसे बिजली वितरण नेटवर्क में भी होती है, जिसके परिणामस्वरूप भारी करंट सर्ज होता है जो पावर ग्रिड को नुकसान पहुंचा सकता है क्योंकि वे बड़े सर्ज करंट को संभालने के लिए डिज़ाइन नहीं किए गए हैं। ये सर्ज (फॉल्ट करंट) बिजली ग्रिड को नुकसान पहुंचाते हैं जिससे बिजली की आपूर्ति में बड़ा आर्थिक नुकसान और व्यवधान होता है।

हाल के वर्षों में सुपरकंडक्टर्स का उपयोग करते हुए, एक नई फॉल्ट करंट लिमिटर तकनीक विकसित की गई है। इन्हें सुपरकंडक्टिंग फॉल्ट करंट लिमिटर्स (एससीएफएल) कहा जाता है। विकसित की गई यह तकनीक सुपरकंडक्टर्स की संपत्ति पर आधारित है जो थ्रेशोल्ड करंट वैल्यू तक की धाराओं के लिए शून्य प्रतिरोध की पेश करती है। क्रिटिकल करंट से परे धाराओं पर, सुपरकंडक्टर का प्रतिरोध अधिक हो जाता है। इस प्रकार, एससीएफएल का ऑपरेटिंग सिद्धांत यह है कि जब फॉल्ट करंट सुपरकंडक्टर के क्रिटिकल करंट से अधिक हो जाता है, तो इसका प्रतिरोध अधिक हो जाता है। यह फॉल्ट करंट को कम करता है, और जब फॉल्ट करंट थ्रेशोल्ड क्रिटिकल करंट से कम हो जाता है, तो सामान्य जीरो रेजिस्टेंस मोड ऑपरेशन रिटर्न देता है। एससीएफएल अपने प्रचालन में ऊर्जा दक्ष है। पश्चिम में कंपनियां पहले से ही सुपरकंडक्टिंग फॉल्ट करंट लिमिटर्स (एससीएफएल) तकनीक में निवेश कर रही हैं। हालांकि, वे महंगे हैं, प्रत्येक सुपरकंडक्टिंग फॉल्ट करंट लिमिटर की अनुमानित लागत 1 मिलियन यूरो यानी 8,00,00,000 (आठ करोड़) रुपए की सीमा में है।

भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान कानपुर (आईआईटी कानपुर) के प्रो. सत्यजीत बनर्जी और उनके समूह (मो. आरिफ अली) ने स्वदेशी रूप से एक स्मार्ट सुपरकंडक्टिंग फॉल्ट करंट लिमिटर (एससीएफएलएसएम) के एक प्रोटोटाइप का एक अनूठा नवाचार विकसित किया है, जिसमें एक सर्किट है जिसमें एक सुपरकंडक्टिंग तत्व में सुपरकंडक्टर के चारों ओर वितरित हॉल सेंसर की एक लाइन होती है।

यह सर्किट एक स्विच के माध्यम से कम प्रतिरोध वाले शंट के समानांतर जुड़ा हुआ है। हॉल सेंसर की लाइन एससीएफएल में प्रयुक्त सुपरकंडक्टर के विभिन्न क्षेत्रों के माध्यम से प्रवाह की निरंतर निगरानी की अनुमति देती है। सुपरकंडक्टिंग तत्व को सीमित करने वाले दोष के माध्यम से करंट की सटीक और निरंतर मोटरिंग स्वचालित क्रिया को ट्रिगर कर सकती है, जैसे, करंट को समानांतर शंट में बदलना और ग्रिड की सुरक्षा करना। एससीएफएल का यह स्मार्ट पहलू यह है कि यह इसके के माध्यम से प्रवाहित होने वाले किसी भी उपयोगकर्ता-सेटटेबल, पूर्व निर्धारित थ्रेशोल्ड मान पर दोष सीमित करने की कार्रवाई की अनुमति देता है। यह सुविधा एक पारंपरिक एससीएफएल के विपरीत है जहां दोष सीमित करने वाली क्रिया केवल महत्वपूर्ण वर्तमान मान में सेट होती है, जो सुपरकंडक्टर की सामग्री और सुपरकंडक्टर के संश्लेषण के दौरान इसे संसाधित करने से तय होती है।

एक अन्य लाभ यह है कि एससीएफएलएसएम इसके अंदर उपयोग किए गए सुपरकंडक्टर में वर्तमान वितरण की निरंतर निगरानी और मानचित्रण की अनुमति देता है। यह अपने संचालन के दौरान एससीएफएलएसएम में किसी भी अस्थिरता सेटिंग के प्रत्यक्ष दृश्य को सक्षम बनाता है। यदि यह उच्च धाराओं पर काम कर रहा है, तो सुपरकंडक्टर में कोई अस्थिरता सेट हो जाती है, तो मैपिंग तकनीक इसके विकास का पता लगा लेगी। इसके बाद, सुपरकंडक्टर से करंट को डायवर्ट करने और एससीएफएल की सुरक्षा के लिए सुधारात्मक कार्रवाई शुरू की जा सकती है। इस प्रकार पारंपरिक एससीएफएल में अनुभव किए गए सुपरकंडक्टर्स की विफलताओं की सामान्य समस्या को कम किया जा सकता है। इस एससीएफएलएसएम का संचालन पूरी तरह से स्वचालित है और एक गलती के बाद सिस्टम को रीसेट करने के लिए किसी भी मैनुअल हस्तक्षेप से स्वतंत्र है।

विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग, भारत सरकार के उन्नत विनिर्माण प्रौद्योगिकी कार्यक्रम के समर्थन से विकसित प्रौद्योगिकी तैयारी स्तर के चौथे चरण में है, और इसके लिए एक राष्ट्रीय पेटेंट भी दायर किया गया है। प्रोटोटाइप को किसी भी बड़े बिजली क्षेत्र की कंपनियों में शामिल किया जा सकता है जो अपने मानक सुपरकंडक्टिंग फॉल्ट करंट लिमिटर्स के साथ काम कर रहे हैं।

प्रो. बैनर्जी ने आगे सुपरकंडक्टर्स के बीच करंट को शंट में बदलने के लिए अधिक कुशल, बड़े वर्तमान स्वचालित कॉम्पैक्ट स्विच विकसित करने की योजना बनाई है। यह उनके एससीएफएलएसएम प्रोटोटाइप में निर्मित स्मार्ट सेंसर द्वारा पता लगते ही दोषपूर्ण को डायवर्ट करने में मदद करेगा।

ऊपर दिया गया आंकड़ा ऑपरेशन में पूरी तरह से एकीकृत स्मार्ट सुपरकंडक्टिंग फॉल्ट करंट लिमिटर को दिखाता है।

बाईं ओर की तस्वीर स्मार्ट सुपरकंडक्टिंग फॉल्ट करंट लिमिटर प्रोटोटाइप के वास्तविक दिल की एक छवि है, जिसे वर्तमान की निगरानी के लिए सुपरकंडक्टर के चारों ओर रखे गए कई सेंसर को संभालने के लिए डिज़ाइन, निर्मित, विकसित और संबद्ध विद्युत सर्किटरी विकसित की गई है। दाईं ओर की तस्वीर विभिन्न स्थानों पर सुपरकंडक्टर के चारों ओर रखे गए पांच अलग-अलग हॉल सेंसर से करंट की माप है। प्रत्येक सेंसर आउटपुट सुपरकंडक्टर पर इसके आसपास के वर्तमान घनत्व जे का एक माप है, जिसे सुपरकंडक्टर के माध्यम से भेजे जा रहे विभिन्न करंट के लिए मापा जा रहा है।

ऊपर की तस्वीर हमारे एससीएफएलएसएम प्रोटोटाइप के अंदर उपयोग किए गए बेलनाकार सुपरकंडक्टर की सतह पर वितरित वर्तमान का नक्शा है। तस्वीर तब ली गई है जब 100 एम्पीयर का करंट सुपरकंडक्टर में प्रवाहित हो रहा हो। 100 एम्पीयर का करंट सुपरकंडक्टर के 160 एम्पीयर के क्रिटिकल करंट के करीब (लेकिन नीचे) होता है। रंगीन नक्शा सुपरकंडक्टर सतह पर किसी स्थान पर वर्तमान घनत्व के स्थानीय मूल्य का प्रतिनिधित्व करता है। नक्शा स्पष्ट रूप से कम और उच्च धारा वाले पैच के साथ नॉन-यूनिफॉर्म दिखाता है और सुपरकंडक्टर में आने वाले ऑपरेशन की अस्थिरता के बारे में चेतावनी देता है।

उन्होंने अपने स्मार्ट एससीएफएल में किसी भी तकनीकी अस्थिरता या गड़बड़ी की भविष्यवाणी करने की क्षमता विकसित करने की भी योजना बनाई है ताकि स्वचालित रूप से पता लगाया जा सके कि कोई सुपरकंडक्टिंग तत्व गड़बड़ी के आसपास तो नहीं है। या यहां तक ​​कि यह पता लगाने के लिए कि सिस्टम गलती होने के चरण में कब आ रहा है। इस स्थिति में, सिस्टम स्मार्टनेस विकसित करेगा और इसमें सेंसर होंगे जो इस स्थिति से निपटने के लिए निर्णय लेंगे।

 

संदर्भ-

पेटेंट की जानकारी: हॉल सेंसर के लिए सिस्टम और विधि - सुपरकंडक्टर आधारित फॉल्ट करंट का लिमिटर, आविष्कारक: आरिफ अली और सत्यजीत एस बनर्जी, 19 मार्च 2020 को दायर। संदर्भ संख्या: 1808939IN-CS

मोहम्मद आरिफ अली और एस.एस. बैनर्जी द्वारा एक पारंपरिक सुपरकंडक्टिंग फॉल्ट करंट लिमिटर के प्रोटोटाइप में एक सुपरकंडक्टर के चारों ओर एक त्रि-आयामी करंट मैपिंग तकनीक का प्रदर्शन (प्रस्तुत और समीक्षा के तहत, 2021)

उच्च वर्तमान अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाने वाले उच्च टीसी सुपरकंडक्टर्स में टीसी और संचालित अस्थिरता के निकट मजबूत स्थानीय पिनिंग की प्रतिस्पर्धा और सह-अस्तित्व, एमडी आरिफ अली और एस एस बनर्जी (प्रस्तुत और समीक्षा के तहत, 2021)

ज्यादा जानकारी के लिए आईआईटी कानपुर के फिजिक्स विभाग के प्रफेसर सत्यजीत बैनर्जी से satyajit@iitk.ac.in पर संपर्क किया जा सकता है।

 

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