ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर की वायरिंग विधियाँ और पैरामीटर

पृथ्वी ट्रांसफार्मर की वाइंडिंग व्यवस्था

पृथ्वी ट्रांसफार्मर को वाइंडिंग कनेक्शन के आधार पर दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है: ZNyn (जिगज़ैग) या YNd। उनके न्यूट्रल बिंदुओं को एक आर्क समाप्ति कुंडली या एक पृथ्वी रोधक के साथ जोड़ा जा सकता है। वर्तमान में, एक आर्क समाप्ति कुंडली या एक कम मूल्य वाले रोधक के माध्यम से जुड़ा जिगज़ैग (Z-प्रकार) पृथ्वी ट्रांसफार्मर अधिक सामान्य रूप से उपयोग किया जाता है।

1. Z-प्रकार पृथ्वी ट्रांसफार्मर
Z-प्रकार पृथ्वी ट्रांसफार्मर तेल-सिक्त और शुष्क-प्रकार के दोनों विधियों में उपलब्ध होते हैं। इनमें से, रेसिन-कास्ट एक प्रकार का शुष्क अनुच्छेद है। संरचनात्मक रूप से, यह एक मानक तीन-पावर फेज कोर-प्रकार ट्रांसफार्मर के समान है, इसके अलावा प्रत्येक फेज टुकड़े पर वाइंडिंग को दो बराबर चक्कर वाले खंडों—ऊपरी और निचले—में विभाजित किया जाता है। एक खंड का अंत दूसरे फेज की वाइंडिंग के अंत के साथ विपरीत ध्रुवता श्रृंखला में जुड़ा होता है। 

दो वाइंडिंग खंड विपरीत ध्रुवता के साथ, जिगज़ैग व्यवस्था में एक नया फेज बनाते हैं। ऊपरी वाइंडिंग के शुरुआती टर्मिनल—U1, V1, W1—को बाहर निकाला जाता है और क्रमशः A, B, और C तीन-फेज AC आपूर्ति लाइनों से जोड़ा जाता है। निचली वाइंडिंग के शुरुआती टर्मिनल—U2, V2, W2—को एक साथ जोड़कर न्यूट्रल बिंदु बनाया जाता है, जिसे फिर एक पृथ्वी रोधक या एक आर्क समाप्ति कुंडली से जोड़ा जाता है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। विशिष्ट कनेक्शन विधि के आधार पर, Z-प्रकार पृथ्वी ट्रांसफार्मर को ZNvn1 और ZNyn11 व्यवस्थाओं में विभाजित किया जाता है।

Z-प्रकार पृथ्वी ट्रांसफार्मर में एक कम-वोल्टेज वाइंडिंग भी शामिल हो सकती है, जिसे आमतौर पर एक ग्राउंडेड न्यूट्रल (yn) के साथ स्टार में जोड़ा जाता है, जिससे वे स्टेशन सेवा ट्रांसफार्मर के रूप में कार्य कर सकते हैं।

2. Z-प्रकार पृथ्वी ट्रांसफार्मर
Z-प्रकार ट्रांसफार्मर के जिगज़ैग कनेक्शन के फायदे:

1. एकल-फेज शॉर्ट सर्किट के दौरान, पृथ्वी दोष धारा लगभग समान रूप से तीन-फेज वाइंडिंग में वितरित होती है। प्रत्येक कोर लिम्ब पर दो वाइंडिंगों के चुंबकीय बल (MMFs) विपरीत दिशा में होते हैं, इसलिए कोई डैम्पिंग प्रभाव नहीं होता, जिससे धारा न्यूट्रल बिंदु से दोषपूर्ण लाइन तक स्वतंत्र रूप से प्रवाहित हो सकती है।

2. फेज वोल्टेज में तीसरा-हार्मोनिक घटक नहीं होता क्योंकि, एक जिगज़ैग-जुड़ा हुआ तीन-एकल-फेज ट्रांसफार्मर बैंक में, तीसरे हार्मोनिक वेक्टरों के रूप में एक ही परिमाण और दिशा होती है। वाइंडिंग व्यवस्था के कारण, प्रत्येक फेज में तीसरे हार्मोनिक इलेक्ट्रोमोटिव बल एक दूसरे को रद्द कर देते हैं, जिससे लगभग साइनसोइडल फेज वोल्टेज प्राप्त होता है।

Z-प्रकार पृथ्वी ट्रांसफार्मर में, एक ही कोर लिम्ब पर दो आधा-वाइंडिंग में शून्य-अनुक्रम धाराएं विपरीत दिशाओं में प्रवाहित होती हैं; इसलिए, शून्य-अनुक्रम प्रतिरोध बहुत कम होता है, और यह शून्य-अनुक्रम धारा को रोकता नहीं है। इसके कम शून्य-अनुक्रम प्रतिरोध का सिद्धांत निम्नलिखित है: पृथ्वी ट्रांसफार्मर के प्रत्येक तीन कोर लिम्ब पर, दो वाइंडिंग बराबर चक्करों के साथ होती हैं, प्रत्येक विभिन्न फेज वोल्टेज से जुड़ा होता है। 

जब पृथ्वी ट्रांसफार्मर के लाइन टर्मिनलों पर संतुलित सकारात्मक या ऋणात्मक अनुक्रम तीन-फेज वोल्टेज लगाया जाता है, तो प्रत्येक कोर लिम्ब पर एमएमएफ दो वाइंडिंगों से जोड़े गए विभिन्न फेज से वेक्टर योग होता है। व्यक्तिगत कोर लिम्बों पर परिणामी एमएमएफ 120° द्वारा विस्थापित होता है, जो एक संतुलित तीन-फेज सेट बनाता है। एकल-फेज एमएमएफ तीन कोर लिम्बों के माध्यम से एक चुंबकीय परिपथ स्थापित कर सकता है, जिससे कम चुंबकीय विरोध, बड़ा चुंबकीय फ्लक्स, उच्च उत्प्रेरित ईएमएफ, और इसलिए बहुत उच्च चुंबकीय प्रतिरोध प्राप्त होता है।

 हालांकि, जब तीन-फेज लाइन टर्मिनलों पर शून्य-अनुक्रम वोल्टेज लगाया जाता है, तो प्रत्येक कोर लिम्ब पर दो वाइंडिंगों द्वारा उत्पन्न एमएमएफ एक ही परिमाण के होते हैं लेकिन विपरीत दिशा में, जिससे प्रत्येक लिम्ब पर शून्य नेट एमएमएफ प्राप्त होता है—इसलिए, तीन कोर लिम्बों में कोई शून्य-अनुक्रम एमएमएफ नहीं होता। शून्य-अनुक्रम एमएमएफ केवल टैंक और आसपास के माध्यम के माध्यम से अपना पथ पूरा कर सकता है, जो बहुत उच्च चुंबकीय विरोध प्रस्तुत करता है; इस प्रकार, शून्य-अनुक्रम एमएमएफ बहुत छोटा होता है, जिससे बहुत कम शून्य-अनुक्रम प्रतिरोध प्राप्त होता है।

3.पृथ्वी ट्रांसफार्मर पैरामीटर
आर्क समाप्ति कुंडली ग्राउंडिंग कंपेंशेशन का उपयोग करने वाले वितरण नेटवर्कों की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, साथ ही सबस्टेशन में पावर और लाइटिंग के लिए स्टेशन सेवा लोडों की आवश्यकताओं को संतुष्ट करने के लिए, Z-जुड़ा ट्रांसफार्मर चुना जाता है, और पृथ्वी ट्रांसफार्मर के प्रमुख पैरामीटरों को विनियमित रूप से सेट किया जाना चाहिए।

3.1 निर्धारित क्षमता
पृथ्वी ट्रांसफार्मर की प्राथमिक-पक्ष क्षमता आर्क समाप्ति कुंडली की क्षमता के साथ मेल खाती होनी चाहिए। मानक आर्क समाप्ति कुंडली क्षमता रेटिंगों के आधार पर, पृथ्वी ट्रांसफार्मर की क्षमता को आर्क समाप्ति कुंडली की क्षमता का 1.05–1.15 गुना सेट किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, 200 kVA आर्क समाप्ति कुंडली के साथ 215 kVA पृथ्वी ट्रांसफार्मर को जोड़ा जाएगा।

3.2 न्यूट्रल बिंदु कंपेंशेशन धारा
एकल-फेज दोष के दौरान ट्रांसफार्मर के न्यूट्रल बिंदु से गुजरने वाली कुल धारा

उपरोक्त सूत्र में:

U वितरण नेटवर्क का लाइन वोल्टेज (V) है;
Zx आर्क समाप्ति कुंडली का प्रतिरोध (Ω) है;
Zd पृथ्वी ट्रांसफार्मर का प्राथमिक शून्य-अनुक्रम प्रतिरोध (Ω/फेज) है;
Zs प्रणाली प्रतिरोध (Ω) है।

न्यूट्रल बिंदु कंपेंशेशन धारा की अवधि आर्क समाप्ति कुंडली की निरंतर संचालन समय के समान होनी चाहिए, जो 2 घंटे के रूप में निर्धारित की गई है।

3.3 शून्य-अनुक्रमिक प्रतिरोध
शून्य-अनुक्रमिक प्रतिरोध एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है जो ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर के लिए काफी महत्वपूर्ण है और इससे एकल-फेज ग्राउंड फ़ॉल्ट धाराओं को सीमित करने और अतिप्रवाह को दबाने के लिए रिले सुरक्षा सेटिंग्स में बहुत प्रभाव पड़ता है। जिगज़ैग (Z-प्रकार) ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर जिनमें द्वितीयक वाइंडिंग नहीं होती, और जो स्टार/ओपन-डेल्टा कनेक्शन के साथ होते हैं, उनमें केवल एक प्रतिरोध होता है—यानी, शून्य-अनुक्रमिक प्रतिरोध—जो निर्माताओं को बिजली वितरण की आवश्यकताओं को पूरा करने में मदद करता है।

3.4 नुकसान
नुकसान ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर का एक महत्वपूर्ण प्रदर्शन पैरामीटर है। द्वितीयक वाइंडिंग वाले ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मरों के लिए, नो-लोड नुकसान को एक समान रेटिंग वाले दो-वाइंडिंग ट्रांसफॉर्मर के समान बनाया जा सकता है। लोड नुकसान के बारे में, जब द्वितीयक तरफ पूर्ण लोड पर संचालित होती है, तो प्राथमिक तरफ एक अपेक्षाकृत हल्की लोड लेती है; इसलिए, इसका लोड नुकसान एक समान द्वितीयक-तरफ क्षमता वाले दो-वाइंडिंग ट्रांसफॉर्मर की तुलना में कम होता है।

3.5 ताप वृद्धि
राष्ट्रीय मानकों के अनुसार, ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मरों की ताप वृद्धि नियमित की गई है:

1. अनुमत लगातार धारा के तहत ताप वृद्धि आम बिजली ट्रांसफॉर्मर या ड्राय-टाइप ट्रांसफॉर्मर के लिए राष्ट्रीय मानकों के अनुसार होनी चाहिए। यह मुख्य रूप से उन ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मरों पर लागू होता है जिनकी द्वितीयक तरफ अक्सर लोड पर होती है।

2. जब 10 सेकंड से कम समय तक लघु लोड धारा हो (जो आमतौर पर न्यूट्रल बिंदु को एक प्रतिरोध से जोड़ने पर होता है), तो ताप वृद्धि बिजली ट्रांसफॉर्मरों के लिए छोटे सर्किट की स्थिति में निर्धारित सीमाओं के अनुसार होनी चाहिए।

3. जब ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर एक आर्क समापन लूप के साथ संचालित होता है, तो इसकी ताप वृद्धि आर्क समापन लूप के लिए ताप वृद्धि की आवश्यकताओं के अनुसार होनी चाहिए:

• लगातार अनुमत धारा वाहक वाइंडिंग के लिए, ताप वृद्धि 80 K तक सीमित होनी चाहिए। यह मुख्य रूप से स्टार/ओपन-डेल्टा कनेक्ट किए गए ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मरों पर लागू होता है।

• अधिकतम 2 घंटे की धारा अवधि के लिए (अनुमत धारा के लिए निर्दिष्ट), अनुमत ताप वृद्धि 100 K होनी चाहिए। यह स्थिति अधिकांश ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मरों के संचालन मोड से मेल खाती है।

• अधिकतम 30 मिनट की धारा अवधि के लिए, अनुमत ताप वृद्धि 120 K होनी चाहिए।

ये विधियाँ यह सुनिश्चित करने के लिए आधारित हैं कि सबसे गंभीर संचालन स्थितियों में, वाइंडिंग का हॉटस्पॉट ताप 140 °C से 160 °C से अधिक न हो, जिससे सुरक्षित इन्सुलेशन संचालन और इन्सुलेशन जीवन की गंभीर गिरावट से बचा जा सके।