नकारात्मक अनुक्रम रिले

परिभाषा

नकारात्मक क्रम रिले, जिसे असंतुलित चरण रिले भी कहा जाता है, नकारात्मक क्रम घटकों से विद्युत प्रणाली की रक्षा के लिए डिजाइन किया गया है। इसका मुख्य उद्देश्य जनरेटरों और मोटरों को असंतुलित लोड से बचाना है, जो आमतौर पर चरण-से-चरण दोषों के कारण उत्पन्न होते हैं। ऐसे दोषों के दौरान, नकारात्मक क्रम घटक विद्युत यंत्रों में अतिरिक्त गर्मी और यांत्रिक तनाव का कारण बन सकते हैं, जो उचित ढंग से संभाले नहीं जाएं तो गंभीर क्षति का कारण बन सकते हैं।

कार्य सिद्धांत और विशेषताएँ

नकारात्मक क्रम रिले में एक विशेष फिल्टर सर्किट शामिल है जो केवल विद्युत प्रणाली में मौजूद नकारात्मक क्रम घटकों पर ही प्रतिक्रिया करता है। यह देखते हुए कि नकारात्मक क्रम घटकों द्वारा उत्पन्न छोटे राशि के ओवरकरंट भी खतरनाक कार्यावधि उत्पन्न कर सकते हैं, रिले को कम धारा सेटिंग के साथ आरंभित किया जाता है। यह इसे सूक्ष्म असंतुलनों को जल्दी से जल्दी पहचानने और प्रतिक्रिया करने में सक्षम बनाता है ताकि वे बड़ी समस्याओं में बदलने से पहले ही संबोधित हो सकें।

हालांकि नकारात्मक क्रम रिले ग्राउंडिड होता है, यह ग्राउंडिंग मुख्य रूप से चरण-से-पृथ्वी दोषों से रक्षा करने के लिए होती है। हालांकि, यह सीधे चरण-से-चरण दोषों को नहीं मिटाता है; बल्कि, इसकी भूमिका ऐसे दोषों के लक्षणात्मक नकारात्मक क्रम घटकों को पहचानना और उचित सुरक्षात्मक कार्रवाई को प्रेरित करना है।

निर्माण

नकारात्मक क्रम रिले का निर्माण नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। इसमें Z1, Z2, Z3, और Z4 चार प्रतिबाधाएँ हैं, जो एक ब्रिज व्यवस्था में जुड़ी हुई हैं। ये प्रतिबाधाएँ विद्युत धारा से ऊर्जित होती हैं, जो रक्षित प्रणाली से धारा ट्रांसफार्मरों द्वारा नमूना लिया जाता है। रिले का कार्यकारी कुंडल इस ब्रिज सर्किट के मध्य बिंदुओं से जुड़ा होता है। यह विशेष व्यवस्था रिले को ब्रिज बाहों के बीच वोल्टेज अंतरों के विश्लेषण द्वारा नकारात्मक क्रम घटकों की उपस्थिति और राशि को सटीक रूप से महसूस करने में सक्षम बनाती है, जिससे विद्युत प्रणालियों के लिए विश्वसनीय और सटीक कार्य होता है।

नकारात्मक क्रम रिले के सर्किट में, Z1 और Z3 पूरी तरह से प्रतिरोधी विशेषताएँ दिखाते हैं, जबकि Z2 और Z4 प्रतिरोधी और प्रेरक दोनों गुणों का दर्शन करते हैं। Z2 और Z4 प्रतिबाधाओं के मानों को इस तरह से यथासंभव समायोजित किया जाता है कि उनके माध्यम से प्रवाहित होने वाली धाराएँ Z1 और Z3 में प्रवाहित होने वाली धाराओं से 60 डिग्री की देरी से बीतती हैं।

जब धारा A जंक्शन तक पहुंचती है, तो यह I1 और I4 दो शाखाओं में विभाजित हो जाती है। ध्यान देने योग्य है कि धारा I4, I1 से 60 डिग्री की देरी से बीतती है। यह विशिष्ट चरण-अंतर संबंध नकारात्मक क्रम रिले के सही कार्य के लिए मूलभूत है, जो इसे विद्युत प्रणाली में नकारात्मक क्रम घटकों को सटीक रूप से पहचानने और प्रतिक्रिया करने में सक्षम बनाता है।

इसी तरह, चरण B से C जंक्शन पर धारा I3 और I2 में विभाजित होती है, I2, I3 से 60º की देरी से बीतती है।

धारा I4, I1 से 30 डिग्री की देरी से बीतती है। इसी तरह, I2, IB से 30 डिग्री की देरी से बीतती है, जबकि I3, IB से 30 डिग्री की अग्रिम से बीतती है। जंक्शन B से प्रवाहित होने वाली धारा I1, I2, और IY के बीजगणितीय योग के बराबर होती है। यह विशिष्ट चरण संबंध और जंक्शन B पर धारा का योग नकारात्मक क्रम रिले के सही कार्य के लिए महत्वपूर्ण है, जो इसे विद्युत प्रणाली में असंतुलन की स्थितियों को इन धाराओं के चरण और राशि के अंतरों के विश्लेषण द्वारा सटीक रूप से पहचानने में सक्षम बनाता है।

सकारात्मक क्रम धारा का प्रवाह

सकारात्मक क्रम घटकों को दर्शाने वाला फेजर आरेख नीचे दिखाया गया है। एक स्थिति में जहां लोड संतुलित है, नकारात्मक क्रम धारा अनुपस्थित रहती है। ऐसी परिस्थितियों में, रिले से प्रवाहित होने वाली धारा निम्न समीकरण द्वारा वर्णित की जा सकती है। इस संतुलित लोड स्थिति, नकारात्मक क्रम धारा की अनुपस्थिति, और रिले से प्रवाहित होने वाली धारा के बीच का संबंध विद्युत प्रणाली में सामान्य कार्य और सुरक्षात्मक कार्यों को समझने के लिए मूलभूत है।

संतुलित स्थितियों में कार्य

इस प्रकार, रिले संतुलित विद्युत प्रणाली के कार्य के दौरान सक्रिय रहता है, जिससे लगातार निगरानी और किसी भी संभावित असामान्यताओं के लिए तैयारी बनी रहती है।

नकारात्मक क्रम धारा का प्रवाह

ऊपर दिए गए चित्र में दिखाया गया है, धाराएँ I1 और I2 समान राशि की होती हैं। उनकी समान और विपरीत प्रकृति के कारण, वे एक दूसरे को पूरी तरह से रद्द कर देती हैं। इस परिणामस्वरूप, केवल धारा IY रिले के कार्यकारी कुंडलों से गुजरती है। भले ही छोटे ओवरलोड से भी गंभीर प्रणाली समस्याओं के खिलाफ सुरक्षा के लिए, रिले की धारा सेटिंग नियमित पूर्ण लोड रेटिंग धारा से कम रखी जाती है। यह संवेदनशील कैलिब्रेशन रिले को नकारात्मक क्रम घटकों के कारण उत्पन्न होने वाली असंतुलित स्थितियों को जल्दी से जल्दी पहचानने और प्रतिक्रिया करने में सक्षम बनाता है।

शून्य क्रम धारा का प्रवाह

शून्य क्रम धारा की स्थिति में, धाराएँ I1 और I2 एक दूसरे से 60 डिग्री के चरण-विस्थापन से विस्थापित होती हैं। इन दो धाराओं का परिणाम IY धारा के साथ चरण में एकरूप होता है। इस परिणामस्वरूप, रिले के कार्यकारी कुंडल द्वारा अनुभव की जाने वाली कुल धारा शून्य क्रम धारा की राशि का ठीक दोगुना होती है। ध्यान देने योग्य है कि धारा ट्रांसफार्मर (CTs) को डेल्टा व्यवस्था में जोड़कर, रिले को शून्य क्रम धाराओं के लिए अकार्यक्षम बनाया जा सकता है। इस डेल्टा व्यवस्था में, शून्य क्रम धाराएँ रिले से गुजरती नहीं हैं, जिससे निश्चित प्रकार की दोष धाराओं को चयनात्मक रूप से फिल्टर किया जा सकता है या उन्हें बायपास किया जा सकता है, जो प्रणाली की सुरक्षा की आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।

प्रेरण टाइप नकारात्मक क्रम रिले

प्रेरण टाइप नकारात्मक चरण क्रम रिले का निर्माण प्रेरण टाइप ओवरकरंट रिले के समान होता है। इसमें एक धातु का डिस्क, आमतौर पर एल्युमिनियम कुंडल से बना, दो विद्युतचुंबकों के बीच घूमता है: एक ऊपरी विद्युतचुंबक और एक निचला विद्युतचुंबक।

ऊपरी विद्युतचुंबक में दो वाइंडिंग होती हैं। ऊपरी विद्युतचुंबक की प्राथमिक वाइंडिंग रक्षित लाइन से जुड़े धारा ट्रांसफार्मर (CT) के द्वितीयक भाग से जुड़ी होती है। इसके अलावा, ऊपरी विद्युतचुंबक की द्वितीयक वाइंडिंग निचले विद्युतचुंबक की वाइंडिंग से श्रृंखला में जुड़ी होती है।

केंद्रीय टैपिंग के उपस्थिति के कारण, रिले की प्राथमिक वाइंडिंग में तीन टर्मिनल होते हैं। चरण R, CTs और एक सहायक ट्रांसफार्मर की मदद से रिले के ऊपरी आधे भाग को ऊर्जित करता है, जबकि चरण Y निचले आधे भाग को ऊर्जित करता है। सहायक ट्रांसफार्मर को इस प्रकार समायोजित किया जाता है कि इसका आउटपुट 120º की देरी से बीतता है, न कि पारंपरिक 180º।

सकारात्मक क्रम धाराओं के साथ कार्य

जब सकारात्मक क्रम धाराएँ मौजूद होती हैं, तो धाराएँ IR और IY रिले की प्राथमिक वाइंडिंगों में विपरीत दिशाओं में प्रवाहित होती हैं। धाराएँ I’R और I’Y समान राशि की होती हैं। यह संतुलित धारा प्रवाह यह सुनिश्चित करता है कि रिले निष्क्रिय रहता है, क्योंकि इसके कार्य को ट्रिगर करने के लिए कोई शुद्ध बल नहीं होता।

नकारात्मक क्रम धाराओं के साथ कार्य

दोष की स्थिति में, नकारात्मक क्रम धारा I रिले की प्राथमिक वाइंडिंग से प्रवाहित होती है। यह नकारात्मक क्रम धारा रिले के भीतर संतुलन को टूटती है, जिससे एक घटनाओं की श्रृंखला आरंभ होती है जो रिले के कार्य और उसके उत्तरोत्तर सुरक्षात्मक कार्य को ले जाती है।

रिले अपना कार्य आरंभ करेगा जब दोष धारा की राशि रिले के पूर्व-सेट मान से अधिक हो जाए। यह अर्थ है कि जब दोष धारा रिले के लिए निर्धारित विशिष्ट प्रारंभिक मान से बड़ी हो जाती है, तो रिले विद्युत प्रणाली में अपना सुरक्षात्मक कार्य करने के लिए ट्रिगर हो जाता है।