उच्च वोल्टेज केबल ग्राउंडिंग सर्कुलेशन की असामान्य कारणों का विश्लेषण और टाइपिकल केस
I. केबल ग्राउंडिंग लूप करंट का परिचय
110 kV और ऊपर की रेटिंग वाले केबल एकल-कोर संरचना का उपयोग करते हैं। ऑपरेशनल करंट द्वारा उत्पन्न वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र धातु आवरण पर एक वोल्टेज प्रेरित करता है। यदि आवरण पृथ्वी के माध्यम से एक बंद परिपथ बनाता है, तो धातु आवरण पर एक ग्राउंडिंग लूप करंट प्रवाहित होगा। अत्यधिक ग्राउंडिंग लूप करंट (50 A से अधिक, लोड करंट का 20% से अधिक, या अधिकतम-न्यूनतम फेज करंट का अनुपात 3 से अधिक) न केवल केबल की धारा-शक्ति और उपयोगकाल पर प्रभाव डालता है, बल्कि इस करंट से गंभीर गर्मी भी ग्राउंडिंग तार या ग्राउंडिंग बॉक्स को जला सकती है। इस प्रकार की समस्याओं को तत्काल ठीक न करने से गंभीर विद्युत ग्रिड दुर्घटनाएँ हो सकती हैं।
II. केबल ग्राउंडिंग लूप करंट पर प्रभाव डालने वाले कारक
केबल ग्राउंडिंग लूप करंट पर प्रभाव डालने वाले मुख्य कारक निम्नलिखित हैं:
केबल का संपर्क प्रतिरोधबुरा वेल्डिंग या खराब कनेक्शन एक फेज में संपर्क प्रतिरोध बढ़ाते हैं, जिससे उस फेज में ग्राउंडिंग लूप करंट में गंभीर रूप से कमी आती है। हालाँकि, अन्य दो फेजों में लूप करंट आवश्यक रूप से संगत रूप से कम नहीं होते। प्रतिरोध बढ़ने के साथ, कुल ग्राउंडिंग करंट आवश्यक रूप से कम नहीं होता।
ग्राउंडिंग प्रतिरोधजमीन वापसी पथ प्रतिरोध के साथ ग्राउंडिंग प्रतिरोध का योग बढ़ने से प्रत्येक फेज में ग्राउंडिंग लूप करंट में कमी आती है। हालाँकि, अत्यधिक ग्राउंडिंग प्रतिरोध ग्राउंडिंग बिंदु पर खराब संपर्क का कारण बन सकता है, जिससे गर्मी और शक्ति की हानि होती है।
केबल ग्राउंडिंग विधिकेबल के धातु आवरण पर प्रेरित वोल्टेज को सीमित करने के लिए, उच्च वोल्टेज केबल आमतौर पर धातु आवरण या स्क्रीन के लिए एक-बिंदु ग्राउंडिंग, दोनों-अंत ग्राउंडिंग, या क्रॉस-बांडिंग जैसी ग्राउंडिंग विधियों का उपयोग करते हैं। लंबे उच्च वोल्टेज केबल लाइनों के लिए, क्रॉस-बांडिंग विधि ग्राउंडिंग लूप करंट को सीमित करने में प्रभावी होती है।
इनमें, Ia, Ib, और Ic क्रमशः A, B, और C फेज उच्च वोल्टेज केबल के धातु आवरण से प्रवाहित करंट के मान हैं; Ie पृथ्वी वापसी पथ से प्रवाहित करंट है; Rd पृथ्वी वापसी पथ का समतुल्य प्रतिरोध है, और Rd1 और Rd2 केबल आवरण के दोनों सिरों पर ग्राउंडिंग प्रतिरोध हैं। सामान्य परिस्थितियों में, तीन-फेज केबलों के ऑपरेशनल करंट तीव्रता में समान मान लिए जा सकते हैं। तीन-फेज करंटों के फेज अंतर का उपयोग करके, एक पूर्ण क्रॉस-बांडिंग खंड के भीतर धातु आवरण पर प्रेरित वोल्टेज को रद्द किया जा सकता है, जिससे ग्राउंडिंग लूप करंट को कम करने का उद्देश्य पूरा होता है।
(1) केबल खंडों की लंबाई, केबल व्यवस्था विधियाँ, और फेज दूरी
केबल आमतौर पर ग्राउंडिंग लूप करंट को कम करने के लिए क्रॉस-बांडिंग ग्राउंडिंग विधि का उपयोग करते हैं। इंजीनियरिंग अभ्यास में, केबल डक्ट स्थापना में, आमतौर पर आवरण क्रॉस-बांडिंग के विभिन्न खंड अलग-अलग लंबाई और व्यवस्था विन्यासों के होते हैं। एक ही चालक करंट पर, क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर व्यवस्था वाले केबलों के प्रति इकाई लंबाई पर धातु आवरण पर प्रेरित वोल्टेज, दाहिने-त्रिकोणीय व्यवस्था वाले केबलों की तुलना में अधिक होता है। इसलिए, असमान लंबाई वाले खंडित केबलों में, लंबे केबल खंडों के लिए त्रिकोणीय व्यवस्था (जो कम प्रेरित वोल्टेज उत्पन्न करती है) और छोटे खंडों के लिए क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर व्यवस्था (जो अधिक प्रेरित वोल्टेज उत्पन्न करती है) का उपयोग करना लंबे खंडों में कुल प्रेरित वोल्टेज को कम करने में मदद करता है। प्रत्येक उप-खंड के लिए उचित व्यवस्था का चयन करके, केबल लंबाई के अंतरों के कारण होने वाले वोल्टेज असंतुलन को संतुलित किया जा सकता है, जिससे आवरण लूप करंट कम होता है।
III. असामान्य केबल ग्राउंडिंग लूप करंट का विश्लेषण
एक ट्रांसपोजिशन विफलता एक दिशा में एक करंट वेक्टर की हानि का परिणाम होती है, जिससे आवरण ग्राउंडिंग करंट में गंभीर वृद्धि होती है, जो अंततः संचालन दोषों का कारण बन सकती है। विभिन्न ट्रांसपोजिशन विफलता परिस्थितियों में, तीन-फेज करंटों की तीव्रता और फेज बहुत अलग-अलग होते हैं। एक ट्रांसपोजिशन विफलता आमतौर पर दो फेजों में ग्राउंडिंग करंट के अपेक्षाकृत समान होने और तीसरे फेज में करंट का गंभीर रूप से कम होने से पहचानी जाती है—आमतौर पर अन्य दो फेजों में सबसे कम ग्राउंडिंग करंट का लगभग आधा।
(1) बॉक्स में पानी का प्रवेश
जब पानी एक क्रॉस-बांडिंग जंक्शन बॉक्स में प्रवेश करता है, तो बॉक्स के भीतर पानी एक कम ग्राउंडिंग प्रतिरोध बनाता है, और आंतरिक और बाह्य पानी के बीच कनेक्शन प्रभावी रूप से करंट के लिए एक निर्देशित ग्राउंडिंग पथ प्रदान करता है। नीचे दिए गए चित्र में, बिंदु a, b, या c पर एक सीधा ग्राउंड होता है।
लंबी अवधि तक बारिश के कारण केबल ट्रेंच क्रॉस-बांडिंग बॉक्स में पानी का लंबी अवधि तक संचय हो सकता है। विशेष रूप से, जब दोनों बॉक्स बाढ़ से प्रभावित होते हैं, तो ग्राउंडिंग करंट आसानी से सैकड़ों एम्पियर तक पहुँच सकता है, जिससे आवरण करंट में अचानक वृद्धि होती है और आंतरिक केबल तापमान में तेजी से वृद्धि होती है। जब केवल एक बॉक्स बाढ़ से प्रभावित होता है, तो प्रभावित लूप में तीन-फेज करंटों में थोड़ा अंतर दिखाई देता है और नियमित, गलती रहित स्थितियों की तुलना में लगभग 2.5 गुना बढ़ जाते हैं।
(2) सह-केन्द्रित केबल का टूटना
क्रॉस-बांडिंग ग्राउंडिंग का उपयोग करने वाली लाइनें सामान्य रूप से 1 किलोमीटर से अधिक लंबी होती हैं। यदि सह-केन्द्रित केबल टूट जाता है, तो टूटने के बिंदु पर एक सैकड़ों वोल्ट का वोल्टेज उत्पन्न हो सकता है, जो लाइन के लिए गंभीर खतरा हो सकता है। यह भी संबंधित धातु आवरण को एक बंद परिपथ बनाने से रोकता है, जिससे आवरण लूप करंट का प्रवाह रुक जाता है।
IV. असामान्य केबल ग्राउंडिंग लूप करंट के विशिष्ट मामलों का अध्ययन
एक 110 kV लाइन एक हाइब्रिड ओवरहेड-केबल लाइन है। केबल मॉडल YJLW03-64/110-1×800 mm² है। लाइन सितंबर 2014 में आरंभिक रूप से कमीशन की गई थी और लगभग 1220 मीटर लंबी है। 27 दिसंबर 2016 को, केबल ग्राउंडिंग सिस्टम को क्रॉस-बांडिंग ग्राउंडिंग विधि का उपयोग करके संशोधित किया गया था। पूर्ण क्रॉस-बांडिंग खंड सबस्टेशन, बॉक्स #1, बॉक्स #2, और बाहरी ट्रांसमिशन टावर से मिलकर बना है। बॉक्स #1 और #2 क्रॉस-बांडिंग बॉक्स हैं, जबकि अन्य सभी बिंदु सीधे ग्राउंडिंग हैं। मापा गया ग्राउंडिंग लूप करंट निम्न सारणी में दिखाया गया है:
Q/GDW 11316 "Power Cable Line Test Regulations" के धारा 5.2.3 के अनुसार: ग्राउंडिंग लूप करंट और लोड करंट के अनुपात को 20% से कम रखना चाहिए; अधिकतम और न्यूनतम एकल-फेज ग्राउंडिंग लूप करंट का अनुपात 3 से कम होना चाहिए। जब लोड करंट 57.8 A होता है, तो स्टेशन के सीधे ग्राउंडिंग बॉक्स, बॉक्स #1, और बॉक्स #2 पर A, B, और C फेज के आवरण करंट सभी नियमों में निर्दिष्ट आवश्यकताओं से गंभीर रूप से अधिक होते हैं। इसके अलावा, अधिकतम और न्यूनतम एकल-फेज ग्राउंडिंग लूप करंट (37.6/9.7 = 3.88) का अनुपात भी 3 से अधिक है।
ऊपर दी गई सारणी में मापा गया ग्राउंडिंग लूप करंट डेटा के विश्लेषण के आधार पर: मैनहोल #1 पर A-फेज ग्राउंडिंग लूप करंट 38.2 A है, जो मैनहोल #2 पर C-फेज ग्राउंडिंग लूप करंट 37.6 A से संबंधित है; मैनहोल #1 पर B-फेज ग्राउंडिंग लूप करंट 28.5 A है, जो मैनहोल #2 पर A-फेज ग्राउंडिंग लूप करंट 32.7 A से संबंधित है; मैनहोल #1 पर C-फेज ग्राउंडिंग लूप करंट 10.2 A है, जो मैनहोल #2 पर B-फेज ग्राउंडिंग लूप करंट 9.7 A से संबंधित है। तीन-फेज ग्राउंडिंग लूप करंट निम्न पथों से प्रवाहित होते हैं: A-फेज ग्राउंडिंग लूप करंट B-फेज आर्मर से नहीं प्रवाहित होता, B-फेज ग्राउंडिंग लूप करंट C-फेज आर्मर से नहीं प्रवाहित होता, और C-फेज ग्राउंडिंग लूप करंट A-फेज आर्मर से नहीं प्रवाहित होता, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र और सारणी में दिखाया गया है।
स्थानीय जाँच से पता चला कि केबल मेंटेनेंस मैनहोल #1 के ग्राउंडिंग बॉक्स में आंतरिक क्रॉस-बांडिंग विन्यास "ABC to BCA" है, फेज अनुक्रम A, B, C है। मैनहोल #2 के ग्राउंडिंग बॉक्स में आंतरिक क्रॉस-बांडिंग विन्यास "ABC to CAB" है, फेज अनुक्रम A, B, C है। केबल आवरण संरक्षकों या अविलेखी घटकों पर नमी या जलन के कोई लक्षण नहीं मिले। ये नीचे दिए गए चित्रों में दिखाए गए हैं:
इसलिए, इस 110 kV XX लाइन केबल खंड में असामान्य ग्राउंडिंग लूप करंट का कारण क्रॉस-बांडिंग बॉक्सों के भीतरी तांबे की बस बारों की गलत वायरिंग थी, जिससे केबल बाहरी आवरणों को वास्तविक क्रॉस-बांडिंग प्राप्त नहीं हुई। इससे यह परिणाम हुआ कि स्थानीय क्रॉस-बांडिंग खंड में अत्यधिक ग्राउंडिंग लूप करंट हो गया।
वायरिंग विन्यास को संशोधित करने के बाद, केबल का ग्राउंडिंग लूप करंट Q/GDW 11316-2014 "Power Cable Line Test Regulations" की आवश्यकताओं के अनुसार हो गया।
