ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर और पारंपरिक ट्रांसफॉर्मर के बीच क्या अंतर हैं?

ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर क्या है?

एक ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर, जिसे संक्षेप में "ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर" कहा जाता है, भराव माध्यम के अनुसार तेल-प्रवेशित और शुष्क-प्रकार में वर्गीकृत किया जा सकता है; और चरणों की संख्या के अनुसार तीन-चरण और एकल-चरण ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर में।

ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर और पारंपरिक ट्रांसफॉर्मर के बीच अंतर

ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर का उद्देश्य आर्क दमन कॉइल या प्रतिरोधक से जुड़ने के लिए एक कृत्रिम न्यूट्रल बिंदु बनाना है जब सिस्टम डेल्टा (Δ) या वाई (Y) विन्यास में जुड़ा होता है लेकिन न्यूट्रल बिंदु सुलभ नहीं होता है। ऐसे ट्रांसफॉर्मर ज़िगज़ैग (या "Z-प्रकार") वाइंडिंग कनेक्शन का उपयोग करते हैं। पारंपरिक ट्रांसफॉर्मर से मुख्य अंतर यह है कि प्रत्येक चरण वाइंडिंग को एक ही चुंबकीय कोर लिम्ब पर विपरीत दिशाओं में घुमाए गए दो समूहों में विभाजित किया जाता है। इस डिज़ाइन के कारण शून्य-क्रम चुंबकीय फ्लक्स कोर लिम्ब के माध्यम से प्रवाहित हो सकता है, जबकि पारंपरिक ट्रांसफॉर्मर में शून्य-क्रम फ्लक्स लीकेज पथों के साथ यात्रा करता है। 

इसलिए, Z-प्रकार ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर की शून्य-क्रम प्रतिबाधा बहुत कम होती है (लगभग 10 Ω), जबकि पारंपरिक ट्रांसफॉर्मर की बहुत अधिक होती है। तकनीकी विनियमों के अनुसार, जब आर्क दमन कॉइल को जोड़ने के लिए पारंपरिक ट्रांसफॉर्मर का उपयोग किया जाता है, तो कॉइल की क्षमता ट्रांसफॉर्मर की नाममात्र क्षमता के 20% से अधिक नहीं होनी चाहिए। इसके विपरीत, Z-प्रकार ट्रांसफॉर्मर अपनी क्षमता के 90%–100% पर आर्क दमन कॉइल को ले जा सकता है। इसके अतिरिक्त, ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर द्वितीयक भार की आपूर्ति कर सकते हैं और स्टेशन सेवा ट्रांसफॉर्मर के रूप में कार्य कर सकते हैं, जिससे निवेश लागत बचती है।

ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर का कार्य सिद्धांत

एक ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर कृत्रिम रूप से एक ग्राउंडिंग प्रतिरोधक के साथ एक न्यूट्रल बिंदु बनाता है, जिसका प्रतिरोध आमतौर पर बहुत कम होता है (आमतौर पर 5 ओम से कम होने की आवश्यकता होती है)। इसके अतिरिक्त, इसकी विद्युत चुंबकीय विशेषताओं के कारण, ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर धनात्मक- और ऋणात्मक-क्रम धाराओं के लिए उच्च प्रतिबाधा प्रस्तुत करता है, जिससे वाइंडिंग में केवल एक छोटी उत्तेजना धारा प्रवाहित होती है। प्रत्येक कोर लिम्ब पर, दो वाइंडिंग खंड विपरीत दिशाओं में घुमाए जाते हैं। जब एक ही लिम्ब पर इन वाइंडिंग के माध्यम से समान शून्य-क्रम धाराएं प्रवाहित होती हैं, तो वे कम प्रतिबाधा प्रदर्शित करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप न्यूनतम वोल्टेज ड्रॉप होता है। 

भू-त्रुटि के दौरान, वाइंडिंग धनात्मक-, ऋणात्मक- और शून्य-क्रम धाराएं ले जाती हैं। वाइंडिंग धनात्मक- और ऋणात्मक-क्रम धाराओं के लिए उच्च प्रतिबाधा प्रस्तुत करती है, लेकिन शून्य-क्रम धारा के लिए कम प्रतिबाधा क्योंकि, एक ही चरण के भीतर, दो वाइंडिंग विपरीत ध्रुवता के साथ श्रृंखला में जुड़ी होती हैं—उनके प्रेरित विद्युत वाहक बल परिमाण में बराबर लेकिन दिशा में विपरीत होते हैं, इस प्रकार एक दूसरे को निरस्त कर देते हैं।

कई ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर का उपयोग केवल एक कम प्रतिरोध न्यूट्रल बिंदु प्रदान करने के लिए किया जाता है और कोई द्वितीयक भार नहीं ले जाते हैं; इसलिए, कई को द्वितीयक वाइंडिंग के बिना डिज़ाइन किया जाता है। सामान्य ग्रिड संचालन के दौरान, ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर अनिवार्य रूप से एक बिना लोड की स्थिति में संचालित होता है। हालांकि, एक त्रुटि के दौरान, यह केवल एक लघु अवधि के लिए त्रुटि धारा ले जाता है। एक कम प्रतिरोध ग्राउंडेड सिस्टम में, जब एकल-चरण भू-त्रुटि होती है, तो अत्यधिक संवेदनशील शून्य-क्रम सुरक्षा जल्दी से त्रुटिपूर्ण फीडर की पहचान करती है और अस्थायी रूप से इसे अलग कर देती है। 

ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर केवल त्रुटि उत्पन्न होने और फीडर की शून्य-क्रम सुरक्षा के संचालन के बीच के संक्षिप्त अंतराल के दौरान सक्रिय होता है। इस समय, शून्य-क्रम धारा न्यूट्रल ग्राउंडिंग प्रतिरोधक और ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर के माध्यम से प्रवाहित होती है, जो सूत्र का अनुसरण करती है: IR = U / R₁, जहां U सिस्टम चरण वोल्टेज है और R₁ न्यूट्रल ग्राउंडिंग प्रतिरोध है।

जब ग्राउंडिंग आर्क को विश्वसनीय ढंग से निर्धारित नहीं किया जा सकता है तो परिणाम

• एकल-चरण भू-आर्क का अस्थायी निर्धारण और पुनः प्रज्वलन चाप-भू अतिवोल्टता उत्पन्न करता है जिसका आयाम 4U (जहां U चरण वोल्टेज का शिखर मान है) तक या उससे भी अधिक हो सकता है, जो लंबी अवधि तक रहती है। यह विद्युत उपकरणों के निरोधन के लिए गंभीर खतरे पैदा करता है, कमजोर निरोधन बिंदुओं पर विद्युत भंजन का कारण बन सकता है और महत्वपूर्ण नुकसान का कारण बन सकता है।

• लंबे समय तक चलने वाला आर्क आसपास की हवा को आयनित करता है, जिससे इसके निरोधन गुण खराब हो जाते हैं और चरण-से-चरण लघु परिपथ की संभावना बढ़ जाती है।

• फेरोरेजोनेंट अतिवोल्टता हो सकती है, जो वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर और सर्ज अरेस्टर को आसानी से क्षतिग्रस्त कर सकती है—संभावित रूप से अरेस्टर विस्फोट भी कर सकता है। ये परिणाम ग्रिड उपकरणों के निरोधन अखंडता को गंभीर रूप से खतरे में डालते हैं और पूरी बिजली प्रणाली के सुरक्षित संचालन को खतरे में डालते हैं।

धनात्मक-, ऋणात्मक-, और शून्य-क्रम धाराएं क्या हैं?

• ऋणात्मक-क्रम धारा: चरण A चरण B से 120° पीछे है, चरण B चरण C से 120° पीछे है, और चरण C चरण A से 120° पीछे है।

• धनात्मक-क्रम धारा: चरण A चरण B से 120° आगे है, चरण B चरण C से 120° आगे है, और चरण C चरण A से 120° आगे है।

• शून्य-क्रम धारा: सभी तीन चरण (A, B, C) एक ही कला में हैं—कोई चरण दूसरे के आगे या पीछे नहीं है।

तीन-चरण लघु-परिपथ त्रुटियों और सामान्य संचालन के दौरान, प्रणाली में केवल धनात्मक-क्रम घटक होते हैं।
एकल-चरण भू-त्रुटियों के दौरान, प्रणाली में धनात्मक-, ऋणात्मक-, और शून्य-क्रम घटक होते हैं।
दो-चरण लघु-परिपथ त्रुटियों के दौरान, प्रणाली में धनात्मक- और ऋणात्मक-क्रम घटक होते हैं।
दो-चरण-से-भू लघु-परिपथ त्रुटियों के दौरान, प्रणाली में धनात्मक-, ऋणात्मक-, और शून्य-क्रम घटक होते हैं।

ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर के संचालन विशेषताएं

सामान्य ग्रिड संचालन के दौरान ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर नो-लोड पर संचालित होता है और दोष के दौरान छोटी अवधि के लिए ओवरलोड का सामना करता है। संक्षेप में, ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर का कार्य ग्राउंडिंग रेजिस्टर को जोड़ने के लिए एक कृत्रिम न्यूट्रल पॉइंट बनाना है। ग्राउंड दोष के दौरान, यह सकारात्मक और नकारात्मक अनुक्रम धारा के लिए उच्च इम्पीडेंस प्रदर्शित करता है, लेकिन शून्य-अनुक्रम धारा के लिए कम इम्पीडेंस प्रदर्शित करता है, जिससे ग्राउंड-दोष सुरक्षा के विश्वसनीय संचालन की गारंटी होती है।

आर्क दमन कोईली सिस्टम द्वारा न्यूट्रल ग्राउंडिंग

जब ग्रिड में गरीब उपकरण इन्सुलेशन, बाह्य क्षति, ऑपरेटर की गलती, आंतरिक ओवरवोल्टेज, या किसी अन्य कारण से अस्थायी एकल-फेज ग्राउंड दोष होता है, तो ग्राउंड दोष धारा आर्क दमन कोईली के माध्यम से इंडक्टिव धारा के रूप में प्रवाहित होती है, जो कैपेसिटिव धारा की दिशा के विपरीत होती है। यह दोष स्थान पर धारा को बहुत कम मान या शून्य तक कम कर सकता है, जिससे आर्क बुझ जाता है और संबंधित खतरे का निर्मूलन होता है। दोष स्वतः रूप से दूर हो जाता है बिना रिले सुरक्षा या सर्किट ब्रेकर की ट्रिपिंग के, जिससे विद्युत प्रदान की विश्वसनीयता में बहुत बड़ी सुधार होती है।

तीन संपन्नीकरण संचालन मोड

तीन अलग-अलग संपन्नीकरण संचालन मोड हैं: अपर्याप्त संपन्नीकरण, पूर्ण संपन्नीकरण, और अतिसंपन्नीकरण।

• अपर्याप्त संपन्नीकरण: संपन्नीकरण के बाद इंडक्टिव धारा कैपेसिटिव धारा से कम होती है।

• अतिसंपन्नीकरण: संपन्नीकरण के बाद इंडक्टिव धारा कैपेसिटिव धारा से अधिक होती है।

• पूर्ण संपन्नीकरण: संपन्नीकरण के बाद इंडक्टिव धारा कैपेसिटिव धारा के बराबर होती है।

आर्क दमन कोईली सिस्टम द्वारा न्यूट्रल ग्राउंडिंग में उपयोग किया जाने वाला संपन्नीकरण मोड

आर्क दमन कोईली द्वारा न्यूट्रल ग्राउंडिंग वाले सिस्टमों में, पूर्ण संपन्नीकरण से बचना चाहिए। चाहे सिस्टम की असंतुलन वोल्टेज का परिमाण कितना भी हो, पूर्ण संपन्नीकरण श्रृंखला रिझोनेंस का कारण बन सकता है, जिससे आर्क दमन कोईली खतरनाक रूप से ऊँची वोल्टेज का सामना कर सकती है। इसलिए, वास्तविक अभ्यास में अतिसंपन्नीकरण या अपर्याप्त संपन्नीकरण का उपयोग किया जाता है, जिसमें अतिसंपन्नीकरण सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला मोड है।

अतिसंपन्नीकरण के उपयोग की मुख्य वजहें

अपर्याप्त संपन्नीकरण वाले सिस्टमों में, दोष के दौरान बहुत ऊँची ओवरवोल्टेज आसानी से हो सकती है। उदाहरण के लिए, यदि दोष या किसी अन्य कारण से कुछ लाइनें विसंगटित हो जाती हैं, तो अपर्याप्त संपन्नीकरण वाला सिस्टम पूर्ण संपन्नीकरण की ओर गतिशील हो सकता है, जिससे श्रृंखला रिझोनेंस हो सकता है और बहुत ऊँची न्यूट्रल विस्थापन वोल्टेज और ओवरवोल्टेज हो सकती है। अपर्याप्त संपन्नीकरण वाले सिस्टमों में बड़ा न्यूट्रल विस्थापन इन्सुलेशन की पूर्णता को भी धमकी देता है—एक दोष जो अपर्याप्त संपन्नीकरण के उपयोग के जब तक नहीं रोका जाता है, तब तक टाला नहीं जा सकता।

अपर्याप्त संपन्नीकरण वाले सिस्टम के सामान्य संचालन के दौरान, तीन-फेज असंतुलन के साथ, बहुत ऊँची फेरोरेझोनेंट ओवरवोल्टेज हो सकती है। यह घटना अपर्याप्त संपन्नीकरण वाली आर्क दमन कोईली (जहाँ ωL > 1/(3ωC₀)) और लाइन कैपेसिटेंस (3C₀) के बीच फेरोमैग्नेटिक रिझोनेंस से होती है। अतिसंपन्नीकरण के साथ ऐसी रिझोनेंस नहीं होती।

विद्युत सिस्टम लगातार विस्तारित होते हैं, और ग्रिड की ग्राउंड से कैपेसिटेंस तथापि बढ़ती जाती है। अतिसंपन्नीकरण के साथ, मूल रूप से स्थापित आर्क दमन कोईली कुछ समय तक सेवा में रह सकती है—यहाँ तक कि अगर यह अंततः अपर्याप्त संपन्नीकरण की ओर गतिशील हो जाती है। हालांकि, अगर सिस्टम अपर्याप्त संपन्नीकरण के साथ शुरू होता है, तो किसी भी विस्तार के लिए तुरंत अतिरिक्त संपन्नीकरण की क्षमता की आवश्यकता होती है।

अतिसंपन्नीकरण के साथ, दोष बिंदु से प्रवाहित धारा इंडक्टिव होती है। आर्क बुझने के बाद, दोषित फेज वोल्टेज की बहाली दर धीमी होती है, जिससे आर्क के फिर से जलने की संभावना कम होती है।

अतिसंपन्नीकरण के साथ, सिस्टम की आवृत्ति की कमी केवल अतिसंपन्नीकरण की डिग्री में अस्थायी वृद्धि का कारण बनती है, जो सामान्य संचालन के दौरान कोई मुद्दा नहीं होता। विपरीत, अपर्याप्त संपन्नीकरण और आवृत्ति की कमी के संयोजन से सिस्टम पूर्ण संपन्नीकरण की ओर गतिशील हो सकता है, जिससे न्यूट्रल विस्थापन वोल्टेज में वृद्धि हो सकती है।

सारांश

ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर भी स्टेशन सर्विस ट्रांसफॉर्मर के रूप में कार्य करता है, 35 kV वोल्टेज को 380 V निम्न वोल्टेज में घटाता है बैटरी चार्जिंग, SVG फैन पावर, रखरखाव प्रकाश, और सामान्य स्टेशन सहायक लोड के लिए विद्युत प्रदान करने के लिए।

आधुनिक विद्युत ग्रिड में, केबल ओवरहेड लाइनों को व्यापक रूप से प्रतिस्थापित कर रहे हैं। केबल लाइनों का एकल-फेज कैपेसिटिव ग्राउंड-दोष धारा ओवरहेड लाइनों की तुलना में बहुत अधिक होती है, इसलिए आर्क दमन कोईली द्वारा न्यूट्रल ग्राउंडिंग दोष आर्क को बुझाने और खतरनाक रिझोनेंट ओवरवोल्टेज को दबाने में अक्षम रह सकता है। इसलिए, हमारी सबस्टेशन एक कम-रेजिस्टेंस न्यूट्रल ग्राउंडिंग योजना का उपयोग करती है। यह दृढ़ता से ग्राउंडिंग न्यूट्रल सिस्टमों के समान है और एकल-फेज ग्राउंड-दोष सुरक्षा की आवश्यकता होती है जो सर्किट ब्रेकर को ट्रिप करने के लिए संचालित होती है। एकल-फेज ग्राउंड दोष के घटित होने पर, दोषित फीडर तेजी से अलग किया जाता है।