H61 वितरण ट्रांसफॉर्मर के लिए कौन सी बिजली की रक्षा के उपाय प्रयोग किए जाते हैं?

H61 वितरण ट्रांसफार्मर के लिए कौन सी बिजली चमक की रोकथाम की उपाय प्रयोग की जाती हैं?

H61 वितरण ट्रांसफार्मर के उच्च-वोल्टेज तरफ़ एक अतिसंधारित विद्युत रोधक (सर्ज आरेस्टर) स्थापित किया जाना चाहिए। SDJ7–79 "विद्युत उपकरणों के ओवरवोल्टेज प्रोटेक्शन के लिए तकनीकी मानक" के अनुसार, H61 वितरण ट्रांसफार्मर के उच्च-वोल्टेज तरफ़ आम तौर पर एक सर्ज आरेस्टर द्वारा सुरक्षा प्रदान की जानी चाहिए। आरेस्टर का ग्राउंडिंग लीड, ट्रांसफार्मर के निम्न-वोल्टेज तरफ़ के न्यूट्रल पॉइंट, और ट्रांसफार्मर का धातु आवरण सभी एक साथ जोड़े जाने चाहिए और एक साझा बिंदु पर ग्राउंड किया जाना चाहिए। यह विधि पूर्व विद्युत विभाग द्वारा जारी DL/T620–1997 "एसी विद्युत स्थापनाओं के लिए ओवरवोल्टेज प्रोटेक्शन और इंसुलेशन समन्वय" में भी सुझाव दी गई है।

हालांकि, व्यापक शोध और संचालन अनुभव ने दिखाया है कि भले ही उच्च-वोल्टेज तरफ़ केवल सर्ज आरेस्टर लगाए जाएं, बिजली चमक के प्रभाव के तहत ट्रांसफार्मर का नुकसान फिर भी होता है। सामान्य क्षेत्रों में, वार्षिक विफलता दर लगभग 1% होती है; उच्च बिजली चमक क्षेत्रों में, यह लगभग 5% तक पहुंच सकती है; और अत्यधिक गंभीर बिजली चमक वाले क्षेत्रों में, जहाँ वर्षभर 100 से अधिक बिजली चमक दिन होते हैं, वार्षिक विफलता दर 50% तक पहुंच सकती है। इसका मुख्य कारण बिजली चमक के आवेशों द्वारा वितरण ट्रांसफार्मर के उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग में प्रवेश करने पर उत्पन्न "अग्र और पश्च रूपांतरण ओवरवोल्टेज" है। इन ओवरवोल्टेज की तकनीकी विवरण निम्न हैं:

1. पश्च रूपांतरण ओवरवोल्टेज
जब 3–10 kV उच्च-वोल्टेज तरफ़ से एक बिजली चमक आवेश प्रवेश करता है और सर्ज आरेस्टर को संचालित करता है, तो ग्राउंडिंग प्रतिरोध के माध्यम से एक बड़ा आवेश धारा प्रवाहित होती है, जिससे वोल्टेज गिरावट उत्पन्न होती है। यह वोल्टेज गिरावट निम्न-वोल्टेज वाइंडिंग के न्यूट्रल पॉइंट पर दिखाई देती है, जिससे इसका विभव बढ़ जाता है। अगर निम्न-वोल्टेज लाइन अपेक्षाकृत लंबी हो, तो यह भूमि के प्रति एक तरंग इंपीडेंस की तरह व्यवहार करती है। इस बढ़े हुए न्यूट्रल-पॉइंट विभव के प्रभाव से निम्न-वोल्टेज वाइंडिंग में एक बड़ी आवेश धारा प्रवाहित होती है। तीन-पार आवेश धाराएँ आकार और दिशा में समान होती हैं, जिससे एक मजबूत शून्य-अनुक्रम चुंबकीय प्रवाह उत्पन्न होता है।

 यह प्रवाह ट्रांसफार्मर के टर्न अनुपात के अनुसार उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग में एक बहुत ऊंचा पल्स वोल्टेज उत्पन्न करता है। ये तीन-पार प्रेरित पल्स वोल्टेज आकार और दिशा में समान होते हैं। क्योंकि उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग आम तौर पर एक स्टार आरेखण में जोड़ी जाती है, जिसका न्यूट्रल पॉइंट ग्राउंडिड नहीं होता, इसलिए यद्यपि उच्च पल्स वोल्टेज दिखाई देते हैं, लेकिन उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग में कोई संबंधित आवेश धारा प्रवाहित नहीं होती, जो चुंबकीय प्रभाव को संतुलित कर सके। इस प्रकार, निम्न-वोल्टेज वाइंडिंग में पूरी आवेश धारा चुंबकीय धारा के रूप में कार्य करती है, जो तीव्र शून्य-अनुक्रम चुंबकीय प्रवाह उत्पन्न करती है और उच्च-वोल्टेज तरफ़ अत्यधिक विभव उत्पन्न करती है। 

क्योंकि उच्च-वोल्टेज टर्मिनल वोल्टेज सर्ज आरेस्टर के अवशिष्ट वोल्टेज द्वारा बंद किया जाता है, इस प्रेरित विभव वाइंडिंग के साथ वितरित होता है, जो न्यूट्रल छोर पर अपना अधिकतम मान प्राप्त करता है। इस प्रकार, न्यूट्रल-पॉइंट इंसुलेशन को टूटने की संभावना बढ़ जाती है। इसके अलावा, परत और टर्न के बीच वोल्टेज ढाल बहुत बढ़ जाते हैं, जो अन्य स्थानों पर इंसुलेशन विफलता का कारण बन सकते हैं। यह प्रकार का ओवरवोल्टेज उच्च-वोल्टेज तरफ़ से आने वाले आवेश से उत्पन्न होता है और निम्न-वोल्टेज वाइंडिंग के माध्यम से उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग में विद्युत चुंबकीय रूप से वापस आता है—जिसे आमतौर पर "पश्च रूपांतरण" कहा जाता है।

2. अग्र रूपांतरण ओवरवोल्टेज
अग्र रूपांतरण ओवरवोल्टेज तब होता है जब बिजली चमक निम्न-वोल्टेज लाइन से प्रवेश करती है। फिर निम्न-वोल्टेज वाइंडिंग में एक आवेश धारा प्रवाहित होती है, जो टर्न अनुपात के अनुसार उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग में एक वोल्टेज उत्पन्न करती है, जिससे उच्च-वोल्टेज न्यूट्रल पॉइंट का विभव बढ़ जाता है। यह परत और टर्न के बीच वोल्टेज ढाल भी बढ़ाता है। यह प्रक्रिया—जहाँ निम्न-वोल्टेज तरफ़ से आने वाला आवेश उच्च-वोल्टेज तरफ़ ओवरवोल्टेज उत्पन्न करता है—को "अग्र रूपांतरण" कहा जाता है। परीक्षण दिखाते हैं कि जब 10 kV आवेश निम्न-वोल्टेज तरफ़ प्रवेश करता है और ग्राउंडिंग प्रतिरोध 5 Ω होता है, तो उच्च-वोल्टेज वाइंडिंग में परत वोल्टेज ढाल इंटरलेयर इंसुलेशन की फुल-वेव इंपल्स विस्थापन शक्ति से 100% से अधिक बढ़ जाता है, जिससे अनिवार्य रूप से इंसुलेशन विफलता होती है।

इसलिए, H61 वितरण ट्रांसफार्मर के निम्न-वोल्टेज तरफ़ भी सामान्य वाल्व-प्रकार या धातु ऑक्साइड सर्ज आरेस्टर स्थापित किए जाने चाहिए। इस सुरक्षा योजना में, उच्च-वोल्टेज और निम्न-वोल्टेज दोनों सर्ज आरेस्टरों के ग्राउंडिंग कंडक्टर, निम्न-वोल्टेज न्यूट्रल पॉइंट, और ट्रांसफार्मर का धातु आवरण सभी एक साथ जोड़े जाते हैं और एक ही बिंदु पर ग्राउंड किया जाता है (यह भी "चार-बिंदु बंधन" या "तीन-एक ग्राउंडिंग" के रूप में भी जाना जाता है)।

संचालन अनुभव और प्रयोगशाला अध्ययन दिखाते हैं कि भले ही अच्छी इंसुलेशन वाले वितरण ट्रांसफार्मरों के लिए, उच्च-वोल्टेज तरफ़ केवल सर्ज आरेस्टर लगाए जाने पर भी, अग्र और पश्च रूपांतरण ओवरवोल्टेज के कारण बिजली चमक से विफलता होती है। यह क्योंकि उच्च-वोल्टेज तरफ़ के सर्ज आरेस्टर अग्र या पश्च रूपांतरण ओवरवोल्टेज को दबा नहीं सकते। इन ओवरवोल्टेज के तहत परत वोल्टेज ढाल टर्नों की संख्या के अनुपात में और वाइंडिंग वितरण पर निर्भर करता है; इंसुलेशन विफलता वाइंडिंग के शुरुआत, मध्य, या अंत में हो सकती है—लेकिन अंत सबसे अधिक दुर्बल होता है। निम्न-वोल्टेज तरफ़ सर्ज आरेस्टर लगाने से अग्र और पश्च रूपांतरण ओवरवोल्टेज को सुरक्षित सीमा तक सीमित किया जा सकता है।

दूसरी सुरक्षा विधि उच्च-वोल्टेज और निम्न-वोल्टेज तरफ़ के अलग-अलग ग्राउंडिंग है। इस विन्यास में, उच्च-वोल्टेज आरेस्टर स्वतंत्र रूप से ग्राउंड किया जाता है, निम्न-वोल्टेज तरफ़ कोई आरेस्टर नहीं लगाया जाता, और निम्न-वोल्टेज न्यूट्रल पॉइंट और ट्रांसफार्मर का आवरण एक साथ जोड़े जाते हैं और उच्च-वोल्टेज ग्राउंडिंग सिस्टम से अलग ग्राउंड किया जाता है।

यह विधि बिजली चमक की तरंगों को धरती के द्वारा कम करने का उपयोग करके लगभग पश्च रूपांतरण ओवरवोल्टेज को खत्म कर देती है। अग्र रूपांतरण ओवरवोल्टेज के बारे में, गणनाएँ दिखाती हैं कि निम्न-वोल्टेज ग्राउंडिंग प्रतिरोध 10 Ω से 2.5 Ω तक कम करने से उच्च-वोल्टेज अग्र रूपांतरण ओवरवोल्टेज लगभग 40% कम हो जाता है। निम्न-वोल्टेज ग्राउंडिंग इलेक्ट्रोड के उचित उपचार से अग्र रूपांतरण ओवरवोल्टेज पूरी तरह से खत्म किया जा सकता है।

यह संरक्षण योजना सरल और आर्थिक है, हालांकि इसमें कम वोल्टेज ग्राउंडिंग प्रतिरोध पर उच्च आवश्यकताएं होती हैं, जिससे इसके व्यापक अनुप्रयोग के लिए कुछ प्रायोज्य मूल्य होता है।

उपरोक्त विधियों के अलावा, वितरण ट्रांसफार्मरों के लिए अन्य बिजली की चपटाई संरक्षण उपायों में ट्रांसफार्मर कोर पर एक संतुलन वाइंडिंग लगाना शामिल है जो आगे और पीछे रूपांतरण ओवरवोल्टेज को दबाता है, या ट्रांसफार्मर के अंदर डीरेक्टली मेटल ऑक्साइड सर्ज आरेस्टर्स एम्बेड करना।