110kV ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल पॉइंट ग्राउंडिंग विधियों के चयन और सुरक्षा विन्यास का अनुकूलन

परिचय

उच्च वोल्टेज विद्युत प्रणालियों में, ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल पॉइंट ग्राउंडिंग की विधि प्रणाली की सुरक्षा, विश्वसनीयता और स्थिरता को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक है। 110kV विद्युत प्रणालियों के लिए, न्यूट्रल पॉइंट ग्राउंडिंग विधि का चुनाव सीधे उपकरण इन्सुलेशन स्तर, ओवरवोल्टेज सुरक्षा, रिले सुरक्षा विन्यास और बिजली आपूर्ति की विश्वसनीयता को प्रभावित करता है। चीन में, 110kV प्रणालियाँ आमतौर पर एक आंशिक रूप से प्रभावी ग्राउंडिंग विधिजहां ट्रांसफार्मर के कुछ न्यूट्रल पॉइंट सीधे ग्राउंडेड होते हैं जबकि अन्य अनग्राउंडेड रहते हैं, जिसका उद्देश्य ओवरवोल्टेज के खतरों को रोकते हुए सिंगल-फेज शॉर्ट-सर्किट धाराओं को सीमित करना है।

यह लेख 110kV ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल पॉइंट ग्राउंडिंग के विभिन्न तरीकों की विशेषताओं, लाभों और सीमाओं का विश्लेषण करता है, इष्टतम सुरक्षा विन्यास रणनीतियों की पड़ताल करता है और भविष्य के विकास के रुझान प्रस्तुत करता है।

1. 110kV ट्रांसफार्मर के लिए प्रमुख न्यूट्रल पॉइंट ग्राउंडिंग विधियाँ

1.1 प्रत्यक्ष ग्राउंडिंग

प्रत्यक्ष ग्राउंडिंगइसका तात्पर्य ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल बिंदु को सीधे पृथ्वी से जोड़ना है। यह विधि न्यूट्रल बिंदु के विभव को प्रभावी ढंग से स्थिर करती है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि एकल-चरण ग्राउंड फॉल्ट के दौरान, गैर-फॉल्ट चरण वोल्टेज वृद्धि, चरण वोल्टेज के 1.4 गुना से अधिक न हो। इससे उपकरण इन्सुलेशन की आवश्यकता कम होती है और लागत में कमी आती है।

हालांकि, एक महत्वपूर्ण कमी यह है कि बहुत उच्च एकल-चरण ग्राउंड फॉल्ट करंट(कई हजार एम्पीयर तक), जो सर्किट ब्रेकर की इंटरप्टिंग क्षमता और सिस्टम की स्थिरता को प्रभावित कर सकता है। इसलिए, प्रत्यक्ष ग्राउंडिंग का उपयोग आमतौर पर 110kV और उच्च वोल्टेज सिस्टम में किया जाता है जहां तेजी से फॉल्ट को दूर करना आवश्यक होता है।

1.2 अनग्राउंडेड न्यूट्रल

एक आधारहीन प्रणालीट्रांसफार्मर का न्यूट्रल बिंदु पृथ्वी से अछूता रहता है। जब एकल-चरण ग्राउंड फॉल्ट होता है, तो फॉल्ट करंट बहुत कम होता है (मुख्य रूप से सिस्टम का कैपेसिटिव करंट), जिससे सिस्टम थोड़े समय (आमतौर पर 2 घंटे तक) के लिए काम करना जारी रख सकता है। इससे प्रदर्शन में काफी सुधार होता है। बिजली आपूर्ति विश्वसनीयता.

हालांकि, ग्राउंडिंग रहित प्रणालियों में, एकल-चरण ग्राउंड फॉल्ट के कारण गैर-फॉल्ट चरण वोल्टेज लाइन वोल्टेज स्तर तक बढ़ सकता है। यदि इन्सुलेशन कमजोर है, तो इससे ब्रेकडाउन हो सकता है, जो चरण-से-चरण फॉल्ट में तब्दील हो सकता है। इसके अतिरिक्त, रुक-रुक कर होने वाली आर्क ग्राउंडिंग से भी समस्या उत्पन्न हो सकती है। आर्क ओवरवोल्टेजजो फेज वोल्टेज से 3-3.5 गुना तक पहुंच जाता है, जिससे ट्रांसफार्मर के इन्सुलेशन को खतरा पैदा हो जाता है।

1.3 छोटे प्रतिबाधा के माध्यम से ग्राउंडिंग

डायरेक्ट ग्राउंडिंग और अनग्राउंडेड सिस्टम के फायदे और नुकसान को संतुलित करने के लिए, प्रतिबाधा ग्राउंडिंग विधिइसका अक्सर उपयोग किया जाता है। इसमें एक छोटे प्रतिरोध या एक छोटी प्रतिघात के माध्यम से ग्राउंडिंग शामिल है।

• छोटे प्रतिरोध ग्राउंडिंगयह विधि फॉल्ट करंट को कुछ सौ एम्पीयर तक सीमित करती है, जिससे सिस्टम पर प्रभाव कम होता है और साथ ही त्वरित सुरक्षा संचालन भी संभव हो पाता है। यह विधि ओवरवोल्टेज को प्रभावी ढंग से दबाती है और उच्च कैपेसिटिव करंट वाले केबल-प्रधान वितरण नेटवर्क के लिए उपयुक्त है।
• कम प्रतिघात ग्राउंडिंगयह विधि प्रेरक धारा के माध्यम से सिस्टम की संधारित्र धारा को संतुलित कर सकती है, जिससे चाप के पुनः प्रज्वलन की संभावना कम हो जाती है। इस विधि को अक्सर क्षतिपूर्तियुक्त ग्राउंडिंग विधि माना जाता है।

कम प्रतिबाधा के माध्यम से ग्राउंडिंग, प्रत्यक्ष और गैर-ग्राउंडेड दोनों प्रणालियों के लाभों को जोड़ती है, जिससे ओवरवोल्टेज दमन और अपेक्षाकृत उच्च बिजली आपूर्ति विश्वसनीयता मिलती है। इसका व्यापक रूप से 110kV प्रणालियों में उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से उन प्रणालियों में जिनमें महत्वपूर्ण संधारित्र धाराएं होती हैं या उच्च बिजली गुणवत्ता की आवश्यकता होती है।

2. 110kV ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल पॉइंट्स के लिए सुरक्षा विन्यास

2.1 अति वोल्टेज के खतरे

110kV ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल पॉइंट का इन्सुलेशन स्तर आमतौर पर अर्ध-अछूताइसकी वोल्टेज सहन क्षमता लाइन के अंतिम सिरे की तुलना में केवल एक तिहाई होती है। इससे न्यूट्रल बिंदु अतिवोल्टेज क्षति के प्रति संवेदनशील हो जाता है। प्राथमिक अतिवोल्टेज प्रकारों में शामिल हैं:

• पावर आवृत्ति ओवरवोल्टेज: लाइन स्विचिंग, असममित शॉर्ट सर्किट या अचानक लोड लॉस के कारण उत्पन्न।
• अनुनाद अतिवोल्टेज: सिस्टम के संचालन या खराबी के दौरान प्रेरक और संधारित्र तत्वों के बीच परस्पर क्रिया के कारण होने वाले दोलनों के कारण।
• स्विचिंग ओवरवोल्टेजसर्किट ब्रेकर के खुलने या बंद होने के दौरान चुंबकीय और विद्युतस्थैतिक ऊर्जा के रूपांतरण के परिणामस्वरूप।
• बिजली का अतिवोल्टेजबिजली गिरने से उत्पन्न होने वाली, उच्च तीव्रता और कम अवधि वाली घटना।

2.2 सामान्य सुरक्षा उपकरण

ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल पॉइंट की सुरक्षा के लिए, आमतौर पर निम्नलिखित सुरक्षा उपकरणों का उपयोग किया जाता है:

• सर्ज अरेस्टर्सये बिजली गिरने से उत्पन्न होने वाले अतिवोल्टेज और कुछ स्विचिंग अतिवोल्टेज को सीमित करते हैं। हालांकि, मानक सर्ज अरेस्टर अक्सर 110kV ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल बिंदुओं के निम्न इन्सुलेशन स्तर के लिए अपर्याप्त होते हैं, जिससे इनका चयन चुनौतीपूर्ण हो जाता है।
• अलगाव अंतरालये पावर फ्रीक्वेंसी और रेजोनेंस ओवरवोल्टेज से सुरक्षा प्रदान करते हैं। ओवरवोल्टेज होने पर, गैप टूट जाता है और न्यूट्रल पॉइंट को ग्राउंड कर देता है, जिससे वोल्टेज में वृद्धि सीमित हो जाती है। एक कमी यह है कि गैप की दूरी को सटीक रूप से समायोजित करना मुश्किल होता है, जिससे सुरक्षा में गड़बड़ी हो सकती है।
• सर्ज अरेस्टर और गैप का समानांतर कनेक्शनयह एक व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली सुरक्षा विधि है। सर्ज अरेस्टर बिजली के ओवरवोल्टेज को संभालता है, जबकि गैप पावर फ्रीक्वेंसी और रेजोनेंस ओवरवोल्टेज को नियंत्रित करता है। गैप सर्ज अरेस्टर को अत्यधिक पावर फ्रीक्वेंसी ओवरवोल्टेज से भी बचाता है जो इसकी विफलता का कारण बन सकता है। यह दृष्टिकोण पूरक लाभ प्रदान करता है।

2.3 रिले सुरक्षा विन्यास

110kV ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल पॉइंट के लिए रिले सुरक्षा में मुख्य रूप से निम्नलिखित पहलू शामिल हैं:

• शून्य-अनुक्रम धारा सुरक्षा: सीधे ग्राउंडेड ट्रांसफार्मरों के लिए, ग्राउंड फॉल्ट को तुरंत दूर करने के लिए ज़ीरो-सीक्वेंस करंट प्रोटेक्शन कॉन्फ़िगर किया जाता है। यह प्रोटेक्शन आमतौर पर कई सेक्शन में विभाजित होता है, जिसमें फॉल्ट का पता लगाने के लिए कम समय का विलंब और ट्रांसफार्मर के सभी सिरों को ट्रिप करने के लिए अधिक समय का विलंब होता है।
• शून्य-अनुक्रम वोल्टेज सुरक्षा और गैप करंट सुरक्षाग्राउंडिंग रहित ट्रांसफार्मरों के लिए, शून्य-अनुक्रम वोल्टेज सुरक्षा और गैप करंट सुरक्षा स्थापित की जाती है। जब ग्राउंड फॉल्ट के कारण सिस्टम का ग्राउंड पॉइंट टूट जाता है, जिससे न्यूट्रल पॉइंट वोल्टेज बढ़ जाता है, तो गैप टूट जाता है। गैप करंट सुरक्षा या शून्य-अनुक्रम वोल्टेज सुरक्षा, ट्रांसफार्मर को सभी तरफ से ट्रिप करने के लिए समय विलंब (0.3–0.5 सेकंड) के साथ कार्य करती है।
• बैकअप सुरक्षा समन्वयचयनात्मकता सुनिश्चित करने के लिए, शून्य-अनुक्रम सुरक्षा समय विलंब को समन्वित किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, ट्रांसफार्मर पर बैकअप सुरक्षा के लिए समय विलंब उस लाइन सुरक्षा की तुलना में अधिक होना चाहिए जिसका वह बैकअप लेता है।

3 अनुकूलन संबंधी सुझाव और केस विश्लेषण

3.1 पारंपरिक विधियों की सीमाएँ

जबकि उपयोग अंतरालों के समानांतर सर्ज अरेस्टरहालांकि यह आम है, लेकिन इस दृष्टिकोण में कई कमियां हैं:

• सर्ज अरेस्टर के चयन में कठिनाई110kV ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल पॉइंट्स के लिए उच्च निरंतर परिचालन वोल्टेज और कम लाइटनिंग इम्पल्स अवशिष्ट वोल्टेज दोनों की आवश्यकताओं को पूरा करने वाले मानक सर्ज अरेस्टर ढूंढना चुनौतीपूर्ण है।
• अंतर निर्धारण में चुनौतियाँएयर गैप ब्रेकडाउन वोल्टेज फैलाव के अधीन होता है, जिससे "ग्राउंड लॉस" और "ग्राउंड के साथ" फॉल्ट स्थितियों के लिए गैप ऑपरेशन को सटीक रूप से समन्वयित करना मुश्किल हो जाता है।
• रिले सुरक्षा की जटिलता: "ग्राउंड लॉस" से सुरक्षा (जैसे कि ज़ीरो-सीक्वेंस ओवरवोल्टेज और गैप ओवरकरंट प्रोटेक्शन) में खराबी आ सकती है, जिससे अतिरिक्त ब्लॉकिंग मानदंडों की आवश्यकता होती है, जो जटिलता को बढ़ाता है और विश्वसनीयता को कम करता है।

3.2 कम प्रतिघात के माध्यम से ग्राउंडिंग के लाभ

अनुसंधान और व्यवहार से संकेत मिलता है कि एक छोटे प्रतिघात के माध्यम से उदासीन बिंदु को ग्राउंड करनायह पारंपरिक आंशिक ग्राउंडिंग विधियों की तुलना में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है:

• इन्सुलेशन स्तर की आवश्यकताओं में कमीकम प्रतिघात ग्राउंडिंग को अपनाने के बाद, ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल बिंदु के इन्सुलेशन स्तर को 35kV से घटाकर 20kV किया जा सकता है, जिससे सर्ज अरेस्टर और गैप की आवश्यकता समाप्त हो जाती है और सुरक्षा विन्यास सरल हो जाता है।
• एकीकृत ग्राउंडिंग मोडयह विधि एक पृथक अनग्राउंडेड सिस्टम की घटना को समाप्त करती है, जिससे संबंधित सुरक्षा को सरल बनाने या हटाने की अनुमति मिलती है, और इस प्रकार विश्वसनीयता बढ़ती है।
• लाभों का प्रतिधारणयह आंशिक ग्राउंडिंग के लाभों को बरकरार रखता है, जैसे कि सरल और विश्वसनीय शून्य-अनुक्रम सुरक्षा, जबकि एकल-चरण शॉर्ट-सर्किट धाराओं को सीमित करता है।

3.3 केस स्टडी विश्लेषण

इसका एक उदाहरण 110kV टर्मिनल सबस्टेशन रूपांतरण है। मूल डिज़ाइन में इसका उपयोग किया गया था। गैप के समानांतर सर्ज अरेस्टरन्यूट्रल पॉइंट सुरक्षा के लिए। हालांकि, कम रिएक्टेंस ग्राउंडिंग अपनाने के बाद, ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल पॉइंट की इन्सुलेशन स्तर की आवश्यकता कम हो गई, सुरक्षा उपकरण सरल हो गए और परिचालन विश्वसनीयता में सुधार हुआ। गणनाओं से पता चला कि ग्राउंडिंग प्रतिरोध फॉल्ट करंट को कुछ सौ एम्पीयर तक सीमित कर सकता है, और शून्य-अनुक्रम सुरक्षा को आसानी से समन्वित किया जा सकता है।

एक अन्य मामले में 110kV सबस्टेशन में खराबी आई, जहां इनकमिंग लाइन पर क्षणिक सिंगल-फेज ग्राउंड फॉल्ट के कारण न्यूट्रल पॉइंट गैप ब्रेकडाउन हुआ और ट्रांसफार्मर ट्रिप हो गया। विश्लेषण से पता चला कि हालांकि लाइन फॉल्ट क्षणिक था, बड़ी संख्या में अतुल्यकालिक मोटरों से प्राप्त प्रतिक्रियालोड साइड पर ऊर्जा प्रदान करने से आर्क उत्पन्न हुआ और फॉल्ट बना रहा। इससे यह स्पष्ट होता है कि महत्वपूर्ण मोटर लोड (समकक्ष स्रोत) वाले ट्रांसफार्मरों के लिए, डिजाइन चरण के दौरान शून्य-अनुक्रम ओवरकरंट, गैप करंट और शून्य-अनुक्रम वोल्टेज सुरक्षा सहित पूर्ण न्यूट्रल पॉइंट सुरक्षा आवश्यक है।

4. निष्कर्ष और भविष्य की संभावनाएं

110kV ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल पॉइंट ग्राउंडिंग विधि और उसके सुरक्षा विन्यास का चयन एक बहुआयामी कार्य है जिसमें सिस्टम संरचना, लोड विशेषताओं और विश्वसनीयता आवश्यकताओं पर विचार करना आवश्यक है। यद्यपि सर्ज अरेस्टर और गैप के साथ पारंपरिक आंशिक ग्राउंडिंग विधि आम है, लेकिन इसमें उपकरण चयन और सेटिंग समन्वय में चुनौतियाँ आती हैं। लघु प्रतिघात ग्राउंडिंग विधियह एक आशाजनक विकल्प प्रदान करता है, जिससे इन्सुलेशन की आवश्यकताएं कम हो सकती हैं, सुरक्षा सरल हो सकती है और विश्वसनीयता में सुधार हो सकता है।

भविष्य के विकास के रुझान निम्नलिखित क्षेत्रों पर केंद्रित होंगे:

• नए उपकरणों का अनुप्रयोगजैसे कि सर्ज अरेस्टर्स के साथ समानांतर रूप से उपयोग किए जाने वाले कंपोजिट गैप या नियंत्रणीय गैप, जो सुरक्षा की विश्वसनीयता और सटीकता को बढ़ाते हैं।
• डिजिटल सुरक्षा प्रौद्योगिकीग्राउंड फॉल्ट प्रोटेक्शन की संवेदनशीलता और विश्वसनीयता में सुधार के लिए उन्नत एल्गोरिदम (जैसे, वेवफॉर्म पहचान, हार्मोनिक विश्लेषण) के साथ माइक्रो कंप्यूटर-आधारित सुरक्षा का उपयोग करना।
• मानकीकरण और मॉड्यूलीकरणडिजाइन और रखरखाव को सरल बनाने के लिए मानकीकृत और मॉड्यूलर न्यूट्रल पॉइंट सुरक्षा उपकरण विकसित करना।

संक्षेप में, विद्युत प्रणाली की सुरक्षा, विश्वसनीयता और किफायती संचालन को बढ़ाने के लिए 110kV ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल पॉइंट ग्राउंडिंग विधि और सुरक्षा विन्यास का अनुकूलन करना अत्यंत महत्वपूर्ण है। तकनीकी प्रगति के साथ, अधिक बुद्धिमान और कुशल समाधानों के उभरने और व्यापक रूप से उपयोग में आने की उम्मीद है।