वितरण ट्रांसफॉर्मर के लिए बिजली की चमक संरक्षण उपायों का विश्लेषण

वितरण ट्रांसफार्मर के लिए बिजली सुरक्षा उपायों का विश्लेषण

बिजली के झटकों से होने वाले आक्रमण को रोकने और वितरण ट्रांसफार्मर के सुरक्षित संचालन सुनिश्चित करने के लिए, इस पत्र में लागू बिजली सुरक्षा उपाय प्रस्तुत किए गए हैं जो प्रभावी ढंग से उनकी बिजली सहन क्षमता को बढ़ा सकते हैं।

1. वितरण ट्रांसफार्मर के लिए बिजली सुरक्षा उपाय

1.1 वितरण ट्रांसफार्मर की उच्च-वोल्टेज (HV) तरफ सर्ज अरेस्टर स्थापित करें।
SDJ7–79 इलेक्ट्रिक पावर उपकरणों के ओवरवोल्टेज सुरक्षा डिजाइन के लिए तकनीकी कोड के अनुसार: "एक वितरण ट्रांसफार्मर की उच्च-वोल्टेज तरफ आमतौर पर सर्ज अरेस्टर द्वारा सुरक्षा की जानी चाहिए। अरेस्टर का भू-तार, निम्न-वोल्टेज (LV) वाइंडिंग का मध्य बिंदु, और ट्रांसफार्मर टैंक एक साथ जोड़े जाने चाहिए और भू-संपर्कित किए जाने चाहिए।" यह व्यवस्था चीन के विद्युत शक्ति प्राधिकरण द्वारा जारी DL/T620–1997 एसी विद्युत स्थापनाओं के लिए ओवरवोल्टेज सुरक्षा और इन्सुलेशन समन्वय में भी अनुशंसित है।

हालांकि, व्यापक अनुसंधान और क्षेत्र अनुभव दिखाते हैं कि केवल उच्च-वोल्टेज तरफ अरेस्टर होने के बावजूद, बिजली के झटकों के तहत ट्रांसफार्मर विफलताएं अभी भी होती हैं। आम क्षेत्रों में, वार्षिक विफलता दर लगभग 1% है; उच्च-बिजली वाले क्षेत्रों में, यह लगभग 5% तक पहुंच सकती है; और अत्यंत गंभीर तड़ितों वाले क्षेत्रों (उदाहरण के लिए, प्रति वर्ष 100 से अधिक तड़ित दिवस वाले क्षेत्र) में, वार्षिक विफलता दर लगभग 50% तक बढ़ सकती है। प्राथमिक कारण उन समय में उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग में बिजली के झटके के आक्रमण के दौरान उत्पन्न होने वाले अग्र और प्रतिवर्ती अस्थायी ओवरवोल्टेज हैं।

• प्रतिवर्ती परिवर्तन ओवरवोल्टेज:
  जब एक बिजली का झटका (3–10 kV) उच्च-वोल्टेज तरफ प्रवेश करता है, तो अरेस्टर निर्वहन करता है, जिससे भू-प्रतिरोध के माध्यम से एक बड़ी आवेग धारा प्रवाहित होती है, जिससे वोल्टेज ड्रॉप उत्पन्न होता है। यह वोल्टेज निम्न-वोल्टेज मध्य बिंदु की क्षमता को ऊंचा करता है। यदि निम्न-वोल्टेज लाइन लंबी है, तो यह भूमि के प्रति तरंग प्रतिबाधा की तरह व्यवहार करती है। परिणामस्वरूप, निम्न-वोल्टेज वाइंडिंग के माध्यम से एक बड़ी आवेग धारा प्रवाहित होती है। चूंकि तीन-चरण निम्न-वोल्टेज धाराएं परिमाण और दिशा में बराबर होती हैं, वे एक मजबूत शून्य-क्रम चुंबकीय फ्लक्स उत्पन्न करती हैं, जो—ट्रांसफार्मर घुमाव अनुपात के माध्यम से—उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग में अत्यधिक उच्च अस्थायी वोल्टेज प्रेरित करता है। चूंकि उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग ताराकार जुड़ी होती है और मध्य बिंदु भू-संपर्कित नहीं होता है, उच्च-वोल्टेज तरफ कोई चक्रीय आवेग धारा नहीं होती है जो फ्लक्स को संतुलित कर सके। इस प्रकार, पूरी निम्न-वोल्टेज आवेग धारा चुंबकीयकरण धारा के रूप में कार्य करती है, उच्च-वोल्टेज मध्य छोर पर उच्च प्रेरित वोल्टेज उत्पन्न करती है—जहां इन्सुलेशन सबसे अधिक कमजोर होता है। इसके अलावा, टर्न-टू-टर्न और परत-टू-परत वोल्टेज ढाल महत्वपूर्ण रूप से बढ़ जाते हैं, जिससे अन्यत्र इन्सुलेशन विफलता का खतरा होता है। यह घटना—उच्च-वोल्टेज तरफ के झटके द्वारा शुरू की गई लेकिन निम्न-वोल्टेज विद्युत चुंबकीय युग्मन के माध्यम से ओवरवोल्टेज प्रेरित की गई—को प्रतिवर्ती परिवर्तन कहा जाता है।
• अग्र परिवर्तन ओवरवोल्टेज:
  जब एक बिजली का झटका निम्न-वोल्टेज लाइन के माध्यम से प्रवेश करता है, तो आवेग धारा निम्न-वोल्टेज वाइंडिंग के माध्यम से प्रवाहित होती है, जो घुमाव अनुपात के माध्यम से उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग में एक उच्च वोल्टेज प्रेरित करती है। इससे उच्च-वोल्टेज मध्य बिंदु की क्षमता में भारी वृद्धि होती है और परत-टू-परत और टर्न-टू-टर्न वोल्टेज ढाल में वृद्धि होती है। यह प्रक्रिया—जहां निम्न-वोल्टेज तरफ का झटका उच्च-वोल्टेज तरफ ओवरवोल्टेज प्रेरित करता है—को अग्र परिवर्तन कहा जाता है। परीक्षणों से पता चलता है कि 10 kV निम्न-वोल्टेज झटके और 5 Ω भू-प्रतिरोध के साथ, उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग में परत-टू-परत वोल्टेज ढाल ट्रांसफार्मर की पूर्ण-तरंग आवेग सहन शक्ति से अधिक 100% तक अधिक हो सकता है, जिससे अंततः इन्सुलेशन विफलता अनिवार्य हो जाती है।

1.2 निम्न-वोल्टेज तरफ पारंपरिक वाल्व-प्रकार या धातु ऑक्साइड सर्ज अरेस्टर स्थापित करें।
इस व्यवस्था में, उच्च-वोल्टेज और निम्न-वोल्टेज अरेस्टरों के भू-तार, निम्न-वोल्टेज मध्य बिंदु और ट्रांसफार्मर टैंक सभी एक साथ जोड़े जाते हैं और भू-संपर्कित किए जाते हैं (जिसे अक्सर "चार-बिंदु जोड़" या "तीन-में-एक भू-संपर्क" कहा जाता है)।

क्षेत्र डेटा और प्रायोगिक अध्ययन पुष्टि करते हैं कि अच्छे इन्सुलेशन वाले ट्रांसफार्मर के लिए भी, केवल उच्च-वोल्टेज तरफ अरेस्टर अग्र या प्रतिवर्ती परिवर्तन ओवरवोल्टेज से होने वाले नुकसान को रोक नहीं सकते। उच्च-वोल्टेज अरेस्टर इन आंतरिक रूप से उत्पन्न अस्थायी स्थितियों के खिलाफ कोई सुरक्षा प्रदान नहीं करते। परतों और टर्नों के माध्यम से परिणामी वोल्टेज ढाल घुमाव संख्या के समानुपाती होते हैं और वाइंडिंग ज्यामिति पर निर्भर करते हैं—विफलताएं वाइंडिंग के शुरुआत, मध्य या अंत में हो सकती हैं, जिसमें अंतिम छोर सबसे अधिक संवेदनशील होता है। निम्न-वोल्टेज तरफ अरेस्टर जोड़ने से अग्र और प्रतिवर्ती परिवर्तन ओवरवोल्टेज दोनों को प्रभावी ढंग से सीमित किया जा सकता है।

1.3 उच्च-वोल्टेज और निम्न-वोल्टेज तरफ के लिए अलग-अलग भू-संपर्क।
इस दृष्टिकोण में, उच्च-वोल्टेज अरेस्टर को स्वतंत्र रूप से भू-संपर्कित किया जाता है, जबकि निम्न-वोल्टेज मध्य बिंदु और ट्रांसफार्मर टैंक को जोड़कर अलग से भू-संपर्कित किया जाता है (निम्न-वोल्टेज अरेस्टर के बिना)।

अनुसंधान दिखाता है कि यह विधि पृथ्वी के क्षीणन का उपयोग करके प्रतिवर्ती परिवर्तन ओवरवोल्टेज को लगभग पूरी तरह से समाप्त कर देती है। अग्र परिवर्तन के लिए, गणना दिखाती है कि निम्न-वोल्टेज भू-प्रतिरोध को 10 Ω से घटाकर 2.5 Ω करने से उच्च-वोल्टेज तरफ ओवरवोल्टेज में लगभग 40% की कमी आ सकती है। निम्न-वोल्टेज भू-संपर्क प्रणाली के उचित उपचार के साथ, अग्र परिवर्तन ओवरवोल्टेज को प्रभावी ढंग से कम किया जा सकता है। यह समाधान सरल और लागत-प्रभावी है, हालांकि इसमें निम्न-वोल्टेज भू-प्रतिरोध में कमी की मांग होती है, जिससे इसका काफी व्यावहारिक महत्व है।

उपरोक्त के अलावा, अन्य उपायों में परिवर्तन ओवरवोल्टेज को दबाने के लिए ट्रांसफार्मर कोर पर संतुलन वाइंडिंग स्थापित करना या ट्रांसफार्मर के अंदर धातु ऑक्साइड वेरिस्टर (MOVs) एम्बेड करना शामिल है।

2. बिजली सुरक्षा उपायों का अनुप्रयोग

उपरोक्त विश्लेषण दिखाता है कि प्रत्येक सुरक्षा विधि की अलग-अलग विशेषताएं होती हैं। क्षेत्रों को स्थानीय तड़ित तीव्रता (प्रति वर्ष तड़ित दिवसों में मापा गया) के आधार पर उपयुक्त रणनीतियों का चयन करना चाहिए:

• कम बिजलीपात क्षेत्र (उदाहरण के लिए, मैदान): कम वार्षिक विफलता दरों के कारण केवल उच्च वोल्टेज पक्ष पर अरेस्टर पर्याप्त है।
• मध्यम बिजलीपात क्षेत्र: उच्च और निम्न वोल्टेज दोनों पक्षों पर अरेस्टर स्थापित करें।
• उच्च बिजलीपात क्षेत्र: एकल उपाय अक्सर पर्याप्त नहीं होते। समग्र दृष्टिकोण की सिफारिश की जाती है: उच्च वोल्टेज अरेस्टर अस्पष्ट ग्राउंडिंग के साथ, प्लस बांडिड निम्न वोल्टेज अरेस्टर, निम्न वोल्टेज न्यूट्रल, और टैंक अलग से ग्राउंडिंग प्रणाली से जुड़ा हो।
• गंभीर बिजलीपात क्षेत्र (विशेष रूप से जहाँ वार्षिक विफलता दर निर्णायक उपायों के बावजूद भी ऊंची रहती है): तकनीकी और आर्थिक मूल्यांकन के बाद, जैसे कि कोर-माउंटेड बैलेंसिंग वाइंडिंग (यानी, नए प्रकार के बिजलीपात प्रतिरोधी ट्रांसफॉर्मर) या आंतरिक रूप से स्थापित धातु ऑक्साइड अचानक बढ़ती बिजलीपात अरेस्टर जैसे उन्नत समाधानों को विचार करें।

3. निष्कर्ष

वितरण ट्रांसफॉर्मरों के लिए बिजलीपात रोधी विधियाँ व्यापक रूप से भिन्न होती हैं, और क्षेत्रों के बीच स्थलीय स्थितियाँ बहुत अलग-अलग होती हैं। स्थानीय स्थितियों पर आधारित सुरक्षा योजनाओं का चयन करके, और संचालन प्रबंधन को मजबूत करके, वितरण कंपनियाँ वितरण ट्रांसफॉर्मरों की बिजलीपात टिकाऊपन और विश्वसनीयता को बहुत बढ़ा सकती हैं।