১১০ কেভি ট্রান্সফরমার নিউট্রাল পয়েন্ট বজ্রপাত অতিরিক্ত ভোল্টেজ: ATP সিমুলেশন এবং প্রোটেকশন সমাধান

বজ্রপাতের সূচনা অবস্থায় ট্রান্সফরমারের নিরপেক্ষ বিন্দুতে অতিরিক্ত ভোল্টেজের বিশ্লেষণ সম্পর্কে বিস্তৃত সাহিত্য রয়েছে। তবে, বজ্রপাতের তরঙ্গের জটিলতা এবং অনিয়মিততার কারণে একটি সঠিক তাত্ত্বিক বর্ণনা অর্জন করা মুশকিল। প্রকৌশল অনুশীলনে, প্রোটেক্টিভ পদক্ষেপগুলি সাধারণত পাওয়ার সিস্টেম কোড অনুযায়ী উপযুক্ত বজ্রপাত প্রোটেকশন ডিভাইস নির্বাচন করে নির্ধারণ করা হয়, যার জন্য প্রচুর সমর্থনমূলক ডকুমেন্টেশন উপলব্ধ।

ট্রান্সমিশন লাইন বা সাবস্টেশনগুলি বজ্রপাতের ঝুঁকিতে আছে। বজ্রপাতের সূচনা ট্রান্সমিশন লাইন বরাবর প্রসারিত হয়ে সাবস্টেশনে প্রবেশ করতে পারে বা সাবস্টেশন সরঞ্জামে সরাসরি আঘাত করতে পারে, যা ট্রান্সফরমারের নিরপেক্ষ বিন্দুতে অতিরিক্ত ভোল্টেজ উৎপন্ন করে এবং নিরপেক্ষ-বিন্দু বিদ্যুৎ বাধার জন্য একটি হুমকি হয়। সুতরাং, বজ্রপাতের অবস্থায় নিরপেক্ষ-বিন্দু অতিরিক্ত ভোল্টেজের বৈশিষ্ট্য অধ্যয়ন করা এবং প্রোটেকশন ডিভাইসের ভোল্টেজ-সীমাবদ্ধতা কার্যকারিতা মূল্যায়ন করা প্রায়োগিক গুরুত্বপূর্ণ [1]। এই প্যাপারটিতে একটি নির্দিষ্ট 110 kV সাবস্টেশনের বিন্যাস ভিত্তিতে এল্টারনেটিভ ট্রান্সিয়েন্ট প্রোগ্রাম (ATP) ব্যবহার করে একটি সিমুলেশন অধ্যয়ন উপস্থাপন করা হয়েছে, যা ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ট্রান্সিয়েন্ট প্রোগ্রাম (EMTP) এর সবচেয়ে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত সংস্করণ। বজ্রপাতের অতিরিক্ত ভোল্টেজ তত্ত্ব এবং 110 kV ট্রান্সফরমার নিরপেক্ষ-বিন্দুর বিদ্যুৎ বাধার বৈশিষ্ট্য সমন্বয় করে, প্যাপারটি বিভিন্ন বজ্রপাত তরঙ্গ অবস্থায় নিরপেক্ষ-বিন্দু অতিরিক্ত ভোল্টেজ সিমুলেট করে। সিমুলেশন ফলাফলগুলি তুলনামূলকভাবে বিশ্লেষণ করা হয় এবং নিরপেক্ষ-বিন্দু অতিরিক্ত ভোল্টেজ কমানোর পরিকল্পনা প্রস্তাব করা হয়।

1. তাত্ত্বিক বিশ্লেষণ

1.1 ট্রান্সমিশন লাইনে বজ্রপাত

একটি ওভারহেড ট্রান্সমিশন লাইন বজ্রপাতে আঘাত পেলে, একটি ট্রাভেলিং তরঙ্গ পরিবাহী বরাবর প্রসারিত হয় [1]। সাবস্টেশনের মধ্যে, অনেক ছোট সংযোগ লাইন (উদাহরণস্বরূপ, ট্রান্সফরমার থেকে বাসবার বা সার্জ আরেস্টার পর্যন্ত সংযোগ) অত্যন্ত ছোট সময়ের বজ্রপাত প্রবাহের সময় ট্রান্সমিশন লাইনের মতো আচরণ করে। এই লাইনগুলি দ্রুত তরঙ্গ প্রসারণ, প্রতিফলন এবং অপবর্তন প্রক্রিয়া প্রদর্শন করে, যা খুব উচ্চ পিক এমপ্লিটিউড বিশিষ্ট অস্থায়ী অতিরিক্ত ভোল্টেজ উৎপন্ন করে যা সরঞ্জাম ক্ষতিগ্রস্ত করতে পারে।

1.2 বজ্রপাতের সূচনায় Y-সংযুক্ত ট্রান্সফরমার কুন্ডলের প্যারামিটার বিশ্লেষণ

তিন-ফেজ ট্রান্সফরমার কুন্ডলগুলি সাধারণত Y, Yo, বা Δ বিন্যাসে সংযুক্ত হয়। পরিচালনার সময়, বজ্রপাত এক, দুই, বা তিনটি ফেজের মাধ্যমে প্রবেশ করতে পারে [1]। এই প্যাপারটি Y-সংযুক্ত কুন্ডলগুলির উপর ফোকাস করে, কারণ শুধুমাত্র এই বিন্যাসগুলিতে প্রবেশযোগ্য নিরপেক্ষ বিন্দু রয়েছে। যখন একটি ট্রান্সফরমার Yo এ সংযুক্ত হয় এবং ফেজের মধ্যে পারস্পরিক সংযোগ উপেক্ষা করা হয়, তখন এক, দুই, বা তিনটি ফেজ আঘাত করলে সিস্টেমটি তিনটি স্বাধীন কুন্ডল হিসাবে বিশ্লেষণ করা যায়, যার টার্মিনালগুলি ভূমিতে সংযুক্ত থাকে।

2. 110 kV ট্রান্সফরমার নিরপেক্ষ-বিন্দুর বিদ্যুৎ বাধার অবস্থা

110 kV ট্রান্সফরমারের নিরপেক্ষ-বিন্দুগুলি স্তরিত বিদ্যুৎ বাধা ব্যবহার করে, যা 35 kV, 44 kV, বা 60 kV স্তরে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। বর্তমানে, উৎপাদকগণ প্রধানত 60 kV নিরপেক্ষ-বিন্দু বিদ্যুৎ বাধা সহ ট্রান্সফরমার উৎপাদন করে। ভিন্ন ভিন্ন বিদ্যুৎ বাধা স্তরগুলি বিভিন্ন ডাই-ইলেকট্রিক সহ্যশক্তি প্রদর্শন করে, যা টেবিল 1 তে দেখানো হয়েছে। বাস্তব অবস্থার, বিদ্যুৎ বাধার পুরাতনত্ব, এবং পাওয়ার-ফ্রিকোয়েন্সি ভোল্টেজের জন্য নিরাপত্তা মার্জিনের বিবেচনায়, সংশোধন ফ্যাক্টর প্রয়োগ করা হয়। একটি 0.6 বজ্রপাত সূচনা সহ্যশক্তি মার্জিন ফ্যাক্টর এবং 0.85 পাওয়ার-ফ্রিকোয়েন্সি সহ্যশক্তি মার্জিন ফ্যাক্টর গ্রহণ করা হয় [1], যা টেবিল 1 তে উল্লিখিত রেফারেন্স সহ্যশক্তি মানগুলি প্রদান করে।

টেবিল 1 নিরপেক্ষ-বিন্দুর বিদ্যুৎ বাধা সহ্যশক্তি / রেফারেন্স সহ্যশক্তি মান

৩. সিমুলেশন এবং গণনা

একটি ১১০ কেভি উপ-স্টেশন বিবেচনা করুন যাতে দুটি ট্রান্সফরমার (Y/Δ) সমান্তরালভাবে চলছে, দুটি ১১০ কেভি ইনকামিং লাইন এবং চারটি ৩৫ কেভি আউটগোইং লাইন রয়েছে। একক-লাইন ডায়াগ্রাম চিত্র ১-এ দেখানো হয়েছে। একক-ফেজ গ্রাউন্ডিং ফল্ট স্ট্রিম সীমিত করতে এবং যোগাযোগ বিরোধ কমাতে, সাধারণত শুধুমাত্র একটি ট্রান্সফরমারের নিউট্রাল পয়েন্ট গ্রাউন্ডেড থাকে অন্যটি অগ্রাউন্ডেড থাকে। বজ্রপাতের সূচনা শর্তে, অগ্রাউন্ডেড ট্রান্সফরমারের নিউট্রাল পয়েন্টে খুব বেশি ওভারভোল্টেজ উৎপন্ন হতে পারে, যা তার আইসোলেশনকে হুমকি দিতে পারে। নিম্নলিখিত অধ্যায়গুলি ATP প্রোগ্রাম ব্যবহার করে বিভিন্ন পরিস্থিতির জন্য সিমুলেশন বিশ্লেষণ উপস্থাপন করে।

চিত্র ১ ১১০ কেভি উপ-স্টেশনের একক-লাইন ডায়াগ্রাম

৩.১ ট্রান্সমিশন লাইন থেকে উপ-স্টেশনে বজ্রপাত সূচনা প্রসারিত হওয়া

৩.১.১ বজ্রপাত তরঙ্গ প্যারামিটার নির্বাচন

উপ-স্টেশনে ওভারভোল্টেজের প্রধান কারণ হল ট্রান্সমিশন লাইন থেকে বজ্রপাত সূচনা প্রসারিত হওয়া। লাইনের সর্বোচ্চ ভোল্টেজ এম্প্লিচুড লাইনের ইনসুলেটর স্ট্রিংয়ের U50% টোলারেন্স স্তরকে ছাড়িয়ে যায় না; অন্যথায়, সূচনা উপ-স্টেশনে প্রবেশ করার আগেই লাইনে ফ্ল্যাশওভার ঘটবে। যেহেতু ইনকামিং লাইনের প্রথম ১-২ কিমি সাধারণত সরাসরি বজ্রপাত থেকে সুরক্ষিত, উপ-স্টেশনে প্রবেশকারী বজ্রপাত তরঙ্গগুলি মূলত এই সুরক্ষিত অংশের বাইরে বজ্রপাতের থেকে উদ্ভূত হয়। উপ-স্টেশনের বাইরে বজ্রপাতের জন্য, ≤220 কেভি লাইনগুলি দিয়ে উপ-স্টেশনে প্রবেশকারী বজ্রপাত স্রোতের পরিমাণ সাধারণত ≤5 কেএ, এবং 330-500 কেভি লাইনের জন্য ≤10 কেএ, যার ঢাল বেশি কম [১৫,১৭]। এই শর্তগুলির উপর ভিত্তি করে, বজ্রপাত তরঙ্গ একটি সাধারণ ডাবল-এক্সপোনেনশিয়াল ফাংশন দিয়ে মডেল করা হয়:
u(t) = k(e⁻ᵃᵗ - e⁻ᵇᵗ),
যেখানে a এবং b নেগেটিভ ধ্রুবক, এবং k, a, b সূচনার এম্প্লিচুড, ফ্রন্ট টাইম এবং টেল টাইম দ্বারা নির্ধারিত হয়। এখানে ৫ কেএ পিক স্রোত এবং একটি স্ট্যান্ডার্ড ২০/৫০ μs এক্সপোনেনশিয়াল তরঙ্গ ব্যবহার করা হয়।

৩.১.২ উপ-স্টেশন সরঞ্জাম প্যারামিটার সেটিং

বজ্রপাত সূচনাগুলি খুব উচ্চ-আवৃত্তির হারমোনিক ধারণ করে; সুতরাং, উপ-স্টেশন লাইন প্যারামিটারগুলি বিতরণ প্যারামিটার হিসাবে মডেল করা হয়। উপ-স্টেশনের ভিতরের সুইচ, সার্কিট ব্রেকার, কারেন্ট ট্রান্সফরমার (CTs), এবং ভোল্টেজ ট্রান্সফরমার (VTs) সমতুল্য শান্ট ক্যাপাসিটেন্স দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয়। ট্রান্সফরমারের সমতুল্য ইনপুট ক্যাপাসিটেন্স Cₜ = kS⁰·⁵, যেখানে S হল তিন-ফেজ ট্রান্সফরমার ক্ষমতা। ভোল্টেজ স্তর ≤220 কেভি এর জন্য, n=3, এবং ১১০ কেভি ট্রান্সফরমারের জন্য, k=540। বাসবার সুর্যারোধক YH1OWx-108/290 এবং নিউট্রাল-পয়েন্ট সুর্যারোধক YH1.5W-72/186 নির্বাচিত হয়।

৩.১.৩ গণনা এবং বিশ্লেষণ

নিউট্রাল পয়েন্টে উৎপন্ন ওভারভোল্টেজ স্থানীয়ভাবে গ্রাউন্ড করা হলে বা অগ্রাউন্ড করা হলে পরিবর্তিত হয়। তিনটি পরিস্থিতির জন্য সিমুলেশন সম্পাদিত হয়: একক-সার্কিট একক-ফেজ সূচনা, একক-সার্কিট দুই-ফেজ সূচনা, এবং ডাবল-সার্কিট একক-ফেজ সূচনা, নিউট্রাল-পয়েন্ট সুর্যারোধক থাকা এবং না থাকা উভয় পরিস্থিতি বিবেচনা করে। ফলাফলগুলি টেবিল ২-এ দেখানো হয়েছে।

টেবিল ২ স্থানীয়ভাবে গ্রাউন্ড / অগ্রাউন্ড নিউট্রাল শর্তে পিক ওভারভোল্টেজ

৩.১.৪ ফলাফল বিশ্লেষণ

টেবিল ২ থেকে দেখা যায়, যে সিস্টেমগুলোতে ট্রান্সফরমারের নিরপেক্ষ বিন্দু স্থানীয়ভাবে মাটি সংযুক্ত, সেখানে বাসবারের অতিচাপ আরোপকারী ট্রান্সফরমার কার্যকরভাবে অতিচাপ সীমিত করে, তাই মাটি সংযুক্ত না থাকা ট্রান্সফরমারের নিরপেক্ষ বিন্দুতে উচ্চ অতিচাপ হয় না, এবং নিরপেক্ষ-বিন্দুর অতিচাপ আরোপকারী সাধারণত কাজ করে না। যে সিস্টেমগুলোতে নিরপেক্ষ বিন্দু স্থানীয়ভাবে মাটি সংযুক্ত নয়, সেখানে নিরপেক্ষ-বিন্দুর অতিচাপ খুব উচ্চ। অতিচাপ আরোপকারী না থাকলে, এটি প্রতিরোধকের (১১০ কেভি ট্রান্সফরমারের গ্রেড প্রতিরোধক, নিরাপত্তা মার্জিন বিবেচনা করে, ১৯৫ কেভি) জন্য একটি গুরুতর হুমকি হয়। নিরপেক্ষ-বিন্দুর অতিচাপ আরোপকারী স্থাপন করলে শীর্ষ অতিচাপ বেশি কমে যায়। তাই, লাইন থেকে প্রসারিত বজ্রপাত অতিচাপ নিরপেক্ষ-বিন্দু অতিচাপ আরোপকারী সহ প্রতিরোধকের জন্য হুমকি হয় না।

৩.২ উপাদান স্টেশনে সরাসরি বজ্রপাত

যদিও উপাদান স্টেশনগুলো সাধারণত সম্পূর্ণ বজ্রপাত প্রতিরক্ষা সুরক্ষিত, সরাসরি বজ্রপাত, যদিও বজ্রপাতের জটিলতা এবং বিশৃঙ্খলার কারণে এটি বিরল, তবুও ঘটতে পারে [২] এবং যন্ত্রপাতির ক্ষতি করতে পারে। তাই, সরাসরি বজ্রপাত কারণে নিরপেক্ষ-বিন্দুতে অতিচাপ এবং সংশ্লিষ্ট প্রতিরক্ষা ব্যবস্থাগুলো অধ্যয়ন করা প্রয়োজন।

৩.২.১ বজ্রপাত এবং উপাদান স্টেশনের প্যারামিটার নির্বাচন

উপাদান স্টেশনের প্যারামিটারগুলো আগের মতই থাকে। গণনা স্ট্যান্ডার্ড বজ্রপাত প্যারামিটার (১.২/৫০ মাইক্রোসেকেন্ড) ব্যবহার করে করা হয়, যার আয়তন ৫০, ১০০, ২০০, এবং ২৫০ কেএ এবং বজ্রপাত চ্যানেলের তরঙ্গ প্রতিরোধ ৪০০ ওহম।

৩.২.২ গণনা এবং বিশ্লেষণ

স্থানীয়ভাবে মাটি সংযুক্ত এবং মাটি সংযুক্ত না থাকা নিরপেক্ষ-বিন্দুর শর্তাধীনে একক-ফেজ বাসবারে (দুই-ফেজ বজ্রপাত বিরল) সরাসরি বজ্রপাতের ফলাফল টেবিল ৩-এ দেখানো হল (আই এবং আইআই যথাক্রমে নিরপেক্ষ-বিন্দুর অতিচাপ আরোপকারী ছাড়া এবং সাথে থাকা ক্ষেত্রগুলোকে প্রতিনিধিত্ব করে)।

টেবিল ৩ স্থানীয়ভাবে মাটি সংযুক্ত / মাটি সংযুক্ষ না থাকা নিরপেক্ষ-বিন্দুর শর্তাধীনে শীর্ষ অতিচাপ (সরাসরি বজ্রপাত)

৩.২.৩ ফলাফল বিশ্লেষণ

তালিকা ৩-এ দেখানো হয়েছে, বজ্রপাতের ধারার পরিমাণ বৃদ্ধির সাথে সাথে নিরপেক্ষ বিন্দুতে শীর্ষ অতিরিক্ত ভোল্টেজ উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায় এবং দোলন আরও প্রকট হয়। এমনকি সার্জ আরেস্টার থাকলেও, আরেস্টারের পরিপ্রেক্ষিতে অবশিষ্ট ভোল্টেজ বৃদ্ধি পায়। স্থানীয়ভাবে অগ্রাহ্য নিরপেক্ষ বিন্দু সহ উপ-স্টেশনে, বজ্রপাতের কারণে নিরপেক্ষ-বিন্দুর অতিরিক্ত ভোল্টেজ বিশেষভাবে গুরুতর। এমনকি সার্জ আরেস্টার থাকলেও, অতিরিক্ত ভোল্টেজ উচ্চ থাকে। উদাহরণস্বরূপ, ২৫০ কেএ ডায়ারেক্ট আঘাত ২২৪.১ কেভি নিরপেক্ষ-বিন্দুর অতিরিক্ত ভোল্টেজ তৈরি করে। এই ক্ষেত্রে, এমনকি নিরপেক্ষ-বিন্দু আরেস্টার কাজ করলেও, ট্রান্সফরমার ক্ষতিগ্রস্ত হতে পারে।

৩.২.৪ উন্নতি পরিমাপ সম্পর্কে আলোচনা

(১) ট্রান্সফরমার টার্মিনালে (উদাহরণস্বরূপ, অগ্রাহ্য ট্রান্সফরমারের জন্য YH10Wx-108/290 যোগ করা) সার্জ আরেস্টার ইনস্টল করুন যাতে বজ্রপাত সার্জ অতিরিক্ত ভোল্টেজ সীমিত করা যায়।
(২) নিরপেক্ষ-বিন্দু সার্জ আরেস্টারের ছাড়ানো ধারার ক্ষমতা বৃদ্ধি করুন। বর্তমান আরেস্টারের ১৮৬ কেভি অবশিষ্ট ভোল্টেজে ১.৫ কেএ ছাড়ানোর ক্ষমতা রয়েছে। এই ক্ষমতাকে ১৫ কেএ পর্যন্ত বৃদ্ধি করার প্রস্তাব করা হয়েছে।

স্থানীয়ভাবে অগ্রাহ্য নিরপেক্ষ ব্যবস্থায় বাসবারে ডায়ারেক্ট বজ্রপাতের জন্য পুনরায় সিমুলেশন করা হয়েছে, এবং ফলাফল তালিকা ৪-এ দেখানো হয়েছে।

তালিকা ৪ সার্জ আরেস্টার (উন্নতি পরিমাপ) সহ শীর্ষ নিরপেক্ষ-বিন্দুর অতিরিক্ত ভোল্টেজ

টেবিল ৩ এবং ৪ তুলনা করলে দেখা যায় যে, ট্রান্সফরমারের টার্মিনালে একটি আর্স্টার ইনস্টল করার ফলে নিউট্রাল-পয়েন্ট বজ্রতার ওভারভোল্টেজ হ্রাস করায় অকার্যকর। তবে, সার্জ আর্স্টারের ডিচার্জ ক্ষমতা বৃদ্ধি করলে ওভারভোল্টেজ সীমাবদ্ধতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়। সুতরাং, এই পদ্ধতি সুপারিশ করা হচ্ছে। সার্জ আর্স্টার প্রস্তুতকারকদের প্রযুক্তিগত উন্নতি করার জন্য ডিচার্জ কারেন্ট ক্ষমতা বৃদ্ধির উপর বিশেষ গুরুত্ব দেওয়া হচ্ছে।

৪. সারাংশ

a) বাসবার এবং ট্রান্সফরমারের নিউট্রাল পয়েন্ট উভয়েই সার্জ আর্স্টার ইনস্টল করলে ট্রান্সমিশন লাইন থেকে প্রসারিত বজ্রতার সৃষ্ট নিউট্রাল পয়েন্টের ওভারভোল্টেজ সীমাবদ্ধ করা হয়।
b) যখন একটি সাবস্টেশন সরাসরি বজ্রতার প্রাপ্ত হয়, তখন অগ্রাধিকারিত্বহীন ট্রান্সফরমারের নিউট্রাল পয়েন্টে উচ্চ ওভারভোল্টেজ উৎপন্ন হতে পারে। এই প্রভাব আংশিক অগ্রাধিকারিত্বহীন নিউট্রাল সিস্টেমে বেশি উল্লেখযোগ্য, এবং বিদ্যমান ওভারভোল্টেজ প্রোটেকশন পদ্ধতিতে, নিউট্রাল-পয়েন্ট ইনসুলেশন এখনও ক্ষতিগ্রস্ত হতে পারে।
c) ট্রান্সফরমারের টার্মিনালে সার্জ আর্স্টার ইনস্টল করার ফলে নিউট্রাল-পয়েন্ট ওভারভোল্টেজ সীমাবদ্ধতায় উল্লেখযোগ্য প্রভাব পড়ে না; নিউট্রাল-পয়েন্ট সার্জ আর্স্টারের ডিচার্জ কারেন্ট ক্ষমতা বৃদ্ধি করাই ওভারভোল্টেজ সীমাবদ্ধতার একটি কার্যকর পদ্ধতি।