११० केव्ही ट्रान्सफॉर्मर न्यूट्रल पॉईंट ग्राउंडिंग पद्धतींची निवड आणि संरक्षण संरचनेचे इष्टतमीकरण

प्रस्तावना

उच्च-व्होल्टेज पॉवर सिस्टीममध्ये, ट्रान्सफॉर्मरच्या न्यूट्रल पॉईंटला अर्थिंग देण्याची पद्धत ही सिस्टीमची सुरक्षितता, विश्वसनीयता आणि स्थिरता यांवर परिणाम करणारा एक महत्त्वाचा घटक आहे. ११०kV पॉवर सिस्टीमसाठी, न्यूट्रल पॉईंटला अर्थिंग देण्याच्या पद्धतीच्या निवडीचा थेट परिणाम उपकरणांच्या इन्सुलेशन पातळीवर, ओव्हरव्होल्टेज संरक्षणावर, रिले संरक्षण संरचनेवर आणि वीज पुरवठ्याच्या विश्वसनीयतेवर होतो. चीनमध्ये, ११०kV सिस्टीममध्ये सामान्यतः एक पद्धत वापरली जाते. अंशतः प्रभावी ग्राउंडिंग पद्धतजेथे काही ट्रान्सफॉर्मरचे न्यूट्रल पॉईंट्स थेट ग्राउंड केलेले असतात तर इतर अनग्राउंडेड राहतात, याचा उद्देश ओव्हरव्होल्टेजचा धोका टाळताना सिंगल-फेज शॉर्ट-सर्किट प्रवाह मर्यादित करणे हा असतो.

या लेखात ११० केव्ही ट्रान्सफॉर्मरच्या न्यूट्रल पॉईंट ग्राउंडिंगच्या विविध पद्धतींची वैशिष्ट्ये, फायदे आणि मर्यादा यांचे विश्लेषण केले आहे, इष्टतम संरक्षण संरचना धोरणांचा शोध घेतला आहे आणि भविष्यातील विकासाचे कल सादर केले आहेत.

११० केव्ही ट्रान्सफॉर्मरसाठी महत्त्वाच्या न्यूट्रल पॉइंट ग्राउंडिंग पद्धती

१.१ थेट ग्राउंडिंग

थेट ग्राउंडिंगयाचा अर्थ ट्रान्सफॉर्मरच्या न्यूट्रल पॉईंटचे थेट पृथ्वीशी जोडणी करणे आहे. ही पद्धत न्यूट्रल पॉईंटची क्षमता प्रभावीपणे स्थिर करते, ज्यामुळे सिंगल-फेज ग्राउंड फॉल्टच्या वेळी, नॉन-फॉल्ट फेज व्होल्टेजमधील वाढ ही फेज व्होल्टेजच्या १.४ पटीपेक्षा जास्त होत नाही. यामुळे उपकरणांच्या इन्सुलेशनची आवश्यकता कमी होण्यास आणि खर्च कमी करण्यास मदत होते.

तथापि, एक महत्त्वपूर्ण तोटा हा आहे की अत्यंत उच्च एकल-फेज ग्राउंड फॉल्ट करंट(काही हजार अँपिअरपर्यंत), ज्यामुळे सर्किट ब्रेकरच्या व्यत्यय आणण्याच्या क्षमतेवर आणि प्रणालीच्या स्थिरतेवर परिणाम होऊ शकतो. त्यामुळे, 110kV आणि त्याहून अधिक व्होल्टेज प्रणालींमध्ये, जिथे दोषांचे त्वरित निवारण करणे आवश्यक असते, तिथे सामान्यतः थेट ग्राउंडिंगचा वापर केला जातो.

१.२ अनग्राउंडेड न्यूट्रल

एका आधार नसलेली प्रणालीट्रान्सफॉर्मरचा न्यूट्रल पॉईंट पृथ्वीपासून इन्सुलेटेड असतो. जेव्हा सिंगल-फेज ग्राउंड फॉल्ट होतो, तेव्हा फॉल्ट करंट खूप कमी असतो (मुख्यतः सिस्टीमचा कपॅसिटिव्ह करंट), ज्यामुळे सिस्टीम थोड्या कालावधीसाठी (साधारणपणे २ तासांपर्यंत) कार्यरत राहू शकते. यामुळे कार्यक्षमता लक्षणीयरीत्या वाढते. वीज पुरवठ्याची विश्वसनीयता...

तथापि, अनग्राउंडेड सिस्टीममध्ये, सिंगल-फेज ग्राउंड फॉल्टमुळे नॉन-फॉल्ट फेज व्होल्टेज लाइन व्होल्टेजच्या पातळीपर्यंत वाढू शकते. जर इन्सुलेशन कमकुवत असेल, तर यामुळे ब्रेकडाउन होऊ शकतो, जो पुढे फेज-टू-फेज फॉल्टमध्ये वाढू शकतो. याव्यतिरिक्त, अधूनमधून होणाऱ्या आर्क ग्राउंडिंगमुळे निर्माण होऊ शकते आर्क ओव्हरव्होल्टेजफेज व्होल्टेजच्या ३ ते ३.५ पट पर्यंत पोहोचून, ट्रान्सफॉर्मरच्या इन्सुलेशनला धोका निर्माण होतो.

१.३ लहान प्रतिबाधाद्वारे ग्राउंडिंग

थेट अर्थिंग आणि अनग्राउंडेड सिस्टीमचे फायदे आणि तोटे संतुलित करण्यासाठी, इम्पेडन्स ग्राउंडिंग पद्धतयाचा अनेकदा वापर केला जातो. यामध्ये कमी रोध किंवा कमी प्रतिबाधाद्वारे भूसंपर्क साधणे समाविष्ट आहे.

• लहान प्रतिकार ग्राउंडिंग: फॉल्ट करंटला काहीशे अँपिअरपर्यंत मर्यादित करते, ज्यामुळे सिस्टीमवरील परिणाम कमी होतो आणि तरीही जलद संरक्षण कार्यान्वयन शक्य होते. ही पद्धत ओव्हरव्होल्टेज प्रभावीपणे दाबून टाकते आणि मोठ्या कपॅसिटिव्ह करंट असलेल्या केबल-प्रधान वितरण नेटवर्कसाठी योग्य आहे.
• लहान रिॲक्टन्स ग्राउंडिंग: इंडक्टिव्ह करंटद्वारे सिस्टीमच्या कपॅसिटिव्ह करंटला ऑफसेट करू शकते, ज्यामुळे आर्क पुन्हा पेटण्याची शक्यता कमी होते. या पद्धतीला अनेकदा कॉम्पेन्सेटेड ग्राउंडिंग पद्धत मानले जाते.

कमी प्रतिबाधाद्वारे ग्राउंडिंग केल्याने थेट आणि अनग्राउंडेड प्रणालींचे फायदे मिळतात, ज्यामुळे ओव्हरव्होल्टेज कमी होते आणि वीज पुरवठ्याची विश्वसनीयता तुलनेने जास्त असते. याचा वापर ११०kV प्रणालींमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो, विशेषतः ज्या प्रणालींमध्ये लक्षणीय कपॅसिटिव्ह प्रवाह असतो किंवा ज्यांना उच्च वीज गुणवत्तेची आवश्यकता असते.

२ ११० केव्ही ट्रान्सफॉर्मरच्या न्यूट्रल पॉईंट्ससाठी संरक्षण संरचना

२.१ अतिदाबाचे धोके

११० केव्ही ट्रान्सफॉर्मरच्या न्यूट्रल पॉईंटची इन्सुलेशन पातळी सामान्यतः अर्ध-इन्सुलेटेड, ज्याची व्होल्टेज सहन करण्याची क्षमता लाइन एंडच्या केवळ एक-तृतीयांश असते. यामुळे न्यूट्रल पॉईंट ओव्हरव्होल्टेजमुळे होणाऱ्या नुकसानीस बळी पडतो. ओव्हरव्होल्टेजच्या प्रमुख प्रकारांमध्ये खालील गोष्टींचा समावेश आहे:

• पॉवर फ्रिक्वेन्सी ओव्हरव्होल्टेजलाइन स्विचिंग, असममित शॉर्ट सर्किट किंवा अचानक लोड कमी झाल्यामुळे उद्भवणारे.
• अनुनाद ओव्हरव्होल्टेजसिस्टमच्या कार्यादरम्यान किंवा बिघाडाच्या वेळी इंडक्टिव्ह आणि कपॅसिटिव्ह घटकांमधील परस्पर क्रियेमुळे होणाऱ्या दोलनांमुळे उद्भवते.
• स्विचिंग ओव्हरव्होल्टेजसर्किट ब्रेकर उघडताना किंवा बंद करताना चुंबकीय आणि स्थिरविद्युत ऊर्जेच्या रूपांतरणामुळे निर्माण होणारे.
• विजेचा अतिदाबवीज पडल्यामुळे होणारे, उच्च तीव्रता आणि कमी कालावधी ही त्याची वैशिष्ट्ये आहेत.

२.२ सामान्य संरक्षण उपकरणे

ट्रान्सफॉर्मरच्या न्यूट्रल पॉईंटचे संरक्षण करण्यासाठी, सामान्यतः खालील संरक्षण उपकरणे वापरली जातात:

• सर्ज अरेस्टर्सहे लाइटनिंग ओव्हरव्होल्टेज आणि विशिष्ट स्विचिंग ओव्हरव्होल्टेज मर्यादित करतात. तथापि, 110kV ट्रान्सफॉर्मरच्या न्यूट्रल पॉईंट्सच्या कमी इन्सुलेशन पातळीसाठी मानक सर्ज अरेस्टर्स अनेकदा अपुरे पडतात, ज्यामुळे त्यांची निवड करणे आव्हानात्मक ठरते.
• विलगीकरण दरीहे पॉवर फ्रिक्वेन्सी आणि रेझोनन्स ओव्हरव्होल्टेजपासून संरक्षण करतात. जेव्हा ओव्हरव्होल्टेज निर्माण होते, तेव्हा गॅप तुटते, आणि न्यूट्रल पॉईंटला ग्राउंड करून व्होल्टेज वाढ मर्यादित केली जाते. याचा एक तोटा म्हणजे गॅपचे अंतर अचूकपणे समायोजित करण्याची अडचण, ज्यामुळे संरक्षणात विसंगती निर्माण होऊ शकते.
• सर्ज अरेस्टर आणि गॅपचे समांतर कनेक्शनही एक मोठ्या प्रमाणावर वापरली जाणारी संरक्षण पद्धत आहे. सर्ज अरेस्टर विजेच्या अतिदाबाचे (ओव्हरव्होल्टेज) व्यवस्थापन करतो, तर गॅप पॉवर फ्रिक्वेन्सी आणि रेझोनन्स ओव्हरव्होल्टेज हाताळतो. हा गॅप सर्ज अरेस्टरला अशा अत्यधिक पॉवर फ्रिक्वेन्सी ओव्हरव्होल्टेजपासूनही वाचवतो, ज्यामुळे तो निकामी होऊ शकतो. या पद्धतीमुळे पूरक फायदे मिळतात.

२.३ रिले संरक्षण संरचना

११० केव्ही ट्रान्सफॉर्मरच्या न्यूट्रल पॉईंटच्या रिले संरक्षणात प्रामुख्याने खालील बाबींचा समावेश होतो:

• शून्य-अनुक्रम प्रवाह संरक्षणथेट ग्राउंड केलेल्या ट्रान्सफॉर्मरसाठी, ग्राउंड फॉल्ट त्वरित दूर करण्यासाठी झिरो-सिक्वेन्स करंट प्रोटेक्शनची रचना केलेली असते. हे संरक्षण सामान्यतः विविध विभागांमध्ये विभागलेले असते, ज्यामध्ये फॉल्टचे स्थान निश्चित करण्यासाठी कमी वेळेचा विलंब आणि ट्रान्सफॉर्मरच्या सर्व बाजूंना ट्रिप करण्यासाठी जास्त वेळेचा विलंब असतो.
• शून्य-अनुक्रम व्होल्टेज संरक्षण आणि गॅप करंट संरक्षणग्राउंड नसलेल्या ट्रान्सफॉर्मरसाठी, झिरो-सिक्वेन्स व्होल्टेज प्रोटेक्शन आणि गॅप करंट प्रोटेक्शनची व्यवस्था केलेली असते. जेव्हा ग्राउंड फॉल्टमुळे सिस्टीम आपला ग्राउंड पॉइंट गमावते, ज्यामुळे न्यूट्रल पॉइंट व्होल्टेज वाढतो, तेव्हा गॅप तुटते. गॅप करंट प्रोटेक्शन किंवा झिरो-सिक्वेन्स व्होल्टेज प्रोटेक्शन काही वेळेच्या विलंबाने (०.३–०.५ सेकंद) कार्य करून ट्रान्सफॉर्मरला सर्व बाजूंनी ट्रिप करते.
• बॅकअप संरक्षण समन्वयनिवडक्षमता सुनिश्चित करण्यासाठी, शून्य-अनुक्रम संरक्षण वेळ विलंब समन्वित करणे आवश्यक आहे. उदाहरणार्थ, ट्रान्सफॉर्मरवरील बॅकअप संरक्षणाचा वेळ विलंब हा, तो ज्या लाइन संरक्षणाचा बॅकअप घेतो त्यापेक्षा जास्त असावा.

३ ऑप्टिमायझेशन शिफारसी आणि केस विश्लेषण

३.१ पारंपरिक पद्धतींच्या मर्यादा

वापर असताना गॅप्सच्या समांतर सर्ज अरेस्टर्सहे सामान्य असले तरी, या पद्धतीमध्ये अनेक उणिवा आहेत:

• अचानक अटक करणाऱ्याच्या निवडीतील अडचण११० केव्ही ट्रान्सफॉर्मरच्या न्यूट्रल पॉईंट्ससाठी उच्च सतत कार्यरत व्होल्टेज आणि कमी लाइटनिंग इम्पल्स अवशिष्ट व्होल्टेज या दोन्ही आवश्यकता पूर्ण करणारे मानक सर्ज अरेस्टर्स शोधणे आव्हानात्मक आहे.
• अंतर निश्चित करण्यातील आव्हानेएअर गॅप ब्रेकडाउन व्होल्टेजमध्ये प्रकीर्णन होण्याची शक्यता असते, ज्यामुळे 'लॉस ऑफ ग्राउंड' आणि 'विथ ग्राउंड' फॉल्ट परिस्थितींमध्ये गॅपच्या कार्याचे अचूक समन्वय साधणे कठीण होते.
• रिले संरक्षणाची गुंतागुंत: "ग्राउंड लॉस" पासून संरक्षण (जसे की झिरो-सिक्वेन्स ओव्हरव्होल्टेज आणि गॅप ओव्हरकरंट संरक्षण) बिघडू शकते, ज्यामुळे अतिरिक्त ब्लॉकिंग निकषांची आवश्यकता भासते, ज्यामुळे गुंतागुंत वाढते आणि विश्वसनीयता कमी होते.

३.२ कमी प्रतिबाधाद्वारे अर्थिंग करण्याचे फायदे

संशोधन आणि प्रत्यक्ष अनुभव असे दर्शवतात की एका लहान रिॲक्टन्सद्वारे न्यूट्रल पॉईंटला ग्राउंडिंग करणेपारंपारिक आंशिक ग्राउंडिंग पद्धतींच्या तुलनेत महत्त्वपूर्ण फायदे देते:

• कमी केलेल्या इन्सुलेशन पातळीच्या आवश्यकताकमी रिॲक्टन्स ग्राउंडिंगचा अवलंब केल्यानंतर, ट्रान्सफॉर्मरच्या न्यूट्रल पॉईंटची इन्सुलेशन पातळी 35kV वरून 20kV पर्यंत कमी केली जाऊ शकते, ज्यामुळे सर्ज अरेस्टर्स आणि गॅप्सची गरज टळते आणि संरक्षण संरचना सोपी होते.
• युनिफाइड ग्राउंडिंग मोडया पद्धतीमुळे वेगळ्या पडलेल्या आणि अर्थिंग नसलेल्या प्रणालीची शक्यता टाळली जाते, ज्यामुळे संबंधित संरक्षणाचे सरलीकरण करता येते किंवा ते वगळता येते, आणि त्यामुळे विश्वसनीयता वाढते.
• फायद्यांचे जतनहे सिंगल-फेज शॉर्ट-सर्किट प्रवाह मर्यादित करताना, साधे आणि विश्वसनीय झिरो-सिक्वेन्स संरक्षण यांसारखे आंशिक ग्राउंडिंगचे फायदे कायम ठेवते.

३.३ केस स्टडीचे विश्लेषण

याचे एक उदाहरण म्हणजे ११० केव्ही टर्मिनल सबस्टेशनचे रूपांतरण. मूळ आराखड्यात वापरण्यात आले होते गॅपसह समांतर सर्ज अरेस्टरन्यूट्रल पॉईंटच्या संरक्षणासाठी. तथापि, कमी रिॲक्टन्स ग्राउंडिंगचा अवलंब केल्यानंतर, ट्रान्सफॉर्मरच्या न्यूट्रल पॉईंटची इन्सुलेशन पातळीची आवश्यकता कमी झाली, संरक्षण उपकरणे सोपी झाली आणि कार्यान्वयन विश्वसनीयता सुधारली. गणनेतून असे दिसून आले की, ग्राउंडिंग रेझिस्टन्समुळे फॉल्ट करंट काहीशे अँपिअरपर्यंत मर्यादित ठेवता येतो आणि झिरो-सिक्वेन्स संरक्षणाचे सहजपणे समन्वय साधता येते.

दुसऱ्या एका प्रकरणामध्ये ११० केव्ही उपकेंद्रातील बिघाडाचा समावेश होता, जिथे येणाऱ्या लाईनवरील क्षणिक सिंगल-फेज ग्राउंड फॉल्टमुळे न्यूट्रल पॉइंट गॅप ब्रेकडाउन होऊन ट्रान्सफॉर्मर ट्रिप झाला. विश्लेषणातून असे दिसून आले की, जरी लाईन फॉल्ट क्षणिक होता, मोठ्या संख्येने असमकालिक मोटर्सकडून मिळालेला अभिप्रायलोड बाजूने आर्कसाठी ऊर्जा पुरवली, ज्यामुळे फॉल्ट टिकून राहिला. यावरून हे स्पष्ट होते की, लक्षणीय मोटर लोड (समतुल्य स्रोत) असलेल्या ट्रान्सफॉर्मरसाठी, डिझाइन टप्प्यादरम्यान झिरो-सिक्वेन्स ओव्हरकरंट, गॅप करंट आणि झिरो-सिक्वेन्स व्होल्टेज संरक्षणासह संपूर्ण न्यूट्रल पॉइंट संरक्षण आवश्यक आहे.

४ निष्कर्ष आणि दृष्टिकोन

११० केव्ही ट्रान्सफॉर्मरच्या न्यूट्रल पॉईंट ग्राउंडिंग पद्धतीची आणि त्याच्या संरक्षण संरचनेची निवड करणे हे एक बहुआयामी कार्य आहे, ज्यासाठी प्रणालीची रचना, भाराची वैशिष्ट्ये आणि विश्वसनीयतेच्या आवश्यकता विचारात घेणे आवश्यक असते. सर्ज अरेस्टर्स आणि गॅप्ससह वापरली जाणारी पारंपरिक आंशिक ग्राउंडिंग पद्धत जरी सामान्य असली, तरी तिच्यामध्ये उपकरणांची निवड आणि मांडणीच्या समन्वयात आव्हाने येतात. लहान रिॲक्टन्स ग्राउंडिंग पद्धतएक आश्वासक पर्याय उपलब्ध करून देतो, ज्यामुळे इन्सुलेशनची आवश्यकता कमी होण्याची, संरक्षण सोपे होण्याची आणि विश्वसनीयता सुधारण्याची शक्यता आहे.

भविष्यातील विकासाचे कल खालील क्षेत्रांवर लक्ष केंद्रित करतील:

• नवीन उपकरणांचा वापरजसे की सर्ज अरेस्टर्सच्या समांतर वापरल्या जाणार्‍या कंपोझिट गॅप्स किंवा कंट्रोलेबल गॅप्स, ज्यामुळे संरक्षणाची विश्वसनीयता आणि अचूकता वाढते.
• डिजिटल संरक्षण तंत्रज्ञानग्राउंड फॉल्ट संरक्षणाची संवेदनशीलता आणि विश्वसनीयता सुधारण्यासाठी प्रगत अल्गोरिदम (उदा., वेव्हफॉर्म ओळख, हार्मोनिक विश्लेषण) सह मायक्रोकॉम्प्युटर-आधारित संरक्षणाचा उपयोग करणे.
• मानकीकरण आणि मॉड्यूलीकरणडिझाइन आणि देखभाल सुलभ करण्यासाठी मानकीकृत आणि मॉड्यूलर न्यूट्रल पॉइंट संरक्षण उपकरणांचा विकास करणे.

थोडक्यात सांगायचे झाल्यास, वीज प्रणालीची सुरक्षितता, विश्वसनीयता आणि किफायतशीर कार्यप्रणाली वाढवण्यासाठी ११० केव्ही ट्रान्सफॉर्मरच्या न्यूट्रल पॉईंट ग्राउंडिंग पद्धतीचे आणि संरक्षण संरचनेचे इष्टतमीकरण करणे अत्यंत महत्त्वाचे आहे. तांत्रिक प्रगतीमुळे, अधिक बुद्धिमान आणि कार्यक्षम उपाय उदयास येतील आणि त्यांचा व्यापक वापर होईल अशी अपेक्षा आहे.