११० किलोवोल्ट ट्रान्सफोर्मर न्यूट्रल पॉइंट बजुली ओवरवोल्टेज: ATP सिमुलेशन र संरक्षण समाधानहरू

बजारमा बिजली को ट्रान्सफर्मरको तटस्थ बिन्दुहरूमा बिजली चपेट भएको स्थितिमा ओवरवोल्टेजको विश्लेषणको बारे विस्तृत पुस्तकाहरू रहेका छन्। हामी यद्यपि, बिजली तरंगको जटिलता र यादृच्छिकताको कारण एक यथार्थ थियोरिटिकल विवरण पाउन मुश्किल छ। इन्जिनियरिङ प्रयोगशालामा, सुरक्षा उपायहरू आमतौरले ऊर्जा प्रणालीको कोडमा आधारित र योग्य बिजली सुरक्षा उपकरणहरू चयन गर्दै निर्धारण गरिन्छ, जहाँ अन्य विशेष दस्तावेजहरू उपलब्ध छन्।

ट्रान्समिशन लाइनहरू वा सबस्टेशनहरू बिजली चपेटको लागि खोला छन्। बिजली चपेटको लागि ट्रान्समिशन लाइनहरूको अनुसार सबस्टेशनमा प्रवाहन गर्न सक्छ वा सबस्टेशनको उपकरणहरूलाई ठूलो रूपमा चपेट लगाउन सक्छ, जसले ट्रान्सफर्मरको तटस्थ बिन्दुमा ओवरवोल्टेज उत्पन्न गर्छ, जसले तटस्थ-बिन्दु इन्सुलेशनलाई धम्का दिन्छ। यसैले, बिजली चपेटको शर्तमा तटस्थ-बिन्दु ओवरवोल्टेजको विशेषताहरूको अध्ययन र सुरक्षा उपकरणहरूको वोल्टेज-मिटिगेशन प्रभावको मूल्यांकन व्यावहारिक महत्त्व छ [1]। यो लेख एक विशिष्ट 110 kV सबस्टेशनको रचनामा आधारित एल्टरनेटिभ ट्रान्सिएंट्स प्रोग्राम (ATP) यसको सबैभन्दा व्यापक रूप इलेक्ट्रोमैग्नेटिक ट्रान्सिएंट्स प्रोग्राम (EMTP) बाट एउटा सिमुलेशन अध्ययन प्रस्तुत गर्दछ। बिजली ओवरवोल्टेज थियोरी र 110 kV ट्रान्सफर्मर तटस्थ-बिन्दुको इन्सुलेशन विशेषताहरूको संयोजन गरी, यो लेख विभिन्न बिजली तरंग शर्तहरूमा तटस्थ-बिन्दु ओवरवोल्टेजहरूको सिमुलेशन गर्दछ। सिमुलेशनको नतिजाहरूलाई तुलनात्मक रूपमा विश्लेषण गरिएको छ र तटस्थ-बिन्दु ओवरवोल्टेज रोक्थाम गर्ने उपायहरू सुझाइएको छन्।

1. थियोरिटिकल विश्लेषण

1.1 ट्रान्समिशन लाइनमा बिजली चपेट

जब एउटा ओवरहेड ट्रान्समिशन लाइन बिजली चपेट लग्छ, त्यसपछि एउटा ट्रावेलिङ तरंग तारको अनुसार प्रसारित हुन्छ [1]। सबस्टेशनहरूमा, धेरै साना कनेक्शन लाइनहरू (जस्तै, ट्रान्सफर्मरबाट बसबारमा वा सर्ज आरेस्टरमा जाने कनेक्शनहरू) अत्यधिक साना अवधिको बिजली चपेट लाग्ने दशामा ट्रान्समिशन लाइनहरू जस्तै व्यवहार गर्दछन्। यी लाइनहरू तीव्र तरंग प्रसारण, प्रतिबिम्ब र अपवर्तन प्रक्रियाहरू देखाउँछन्, जसले अत्यधिक शिखर एम्प्लिचुअर भएको ट्रान्सिएंट ओवरवोल्टेजहरू उत्पन्न गर्छन् जसले उपकरणहरूलाई क्षति गर्न सक्छ।

1.2 बिजली चपेटको शर्तमा Y-कनेक्ट ट्रान्सफर्मर वाइन्डिङहरूको पैरामिटर विश्लेषण

तीन फेज ट्रान्सफर्मर वाइन्डिङहरू सामान्यतया Y, Yo, वा Δ रूपमा कनेक्ट गरिन्छ। ऑपरेशनमा, बिजली चपेट एक, दुई, वा यदि तीन फेजहरू मार्फत आउन सक्छ [1]। यो लेख Y-कनेक्ट वाइन्डिङहरूमा ध्यान दिन्छ, किनभने केवल यस्तो रचनाहरूमा एक पहुँच गर्न सकिने तटस्थ बिन्दु छ। जब ट्रान्सफर्मर Yo मा कनेक्ट गरिएको छ र फेजहरूबीचको चालक संयोजन नग्नाहिल्याइन, एक, दुई, वा तीन फेजहरू चपेट लग्ने दशामा, प्रणालीलाई तीन स्वतन्त्र वाइन्डिङहरू र ग्राउंड टर्मिनलहरूको रूपमा विश्लेषण गर्न सकिन्छ।

2. 110 kV ट्रान्सफर्मर तटस्थ-बिन्दुको इन्सुलेशन शर्त

110 kV ट्रान्सफर्मरको तटस्थ-बिन्दुहरूमा ग्रेडेड इन्सुलेशन प्रयोग गरिन्छ, जसलाई 35 kV, 44 kV, वा 60 kV लेवलमा वर्गीकृत गरिन्छ। वर्तमानमा, निर्माताहरू प्राथमिक रूपमा 60 kV तटस्थ-बिन्दु इन्सुलेशन भएका ट्रान्सफर्मरहरू उत्पादन गर्दछन्। विभिन्न इन्सुलेशन लेवलहरूमा भिन्न डाइएलेक्ट्रिक टोलरेन्स क्षमता छ, जसलाई टेबल 1 मा देखाइयो। वास्तविक शर्तहरू, इन्सुलेशनको विकास र पावर-फ्रिक्वेन्सी वोल्टेजको लागि सुरक्षा मार्जिन लिएको देखि, त्यहाँ योजनाहरू लागू गरिन्छ। एउटा बिजली चपेट टोलरेन्स मार्जिन गुणांक 0.6 र एउटा पावर-फ्रिक्वेन्सी टोलरेन्स मार्जिन गुणांक 0.85 लिएको छ [1], जसले टेबल 1 मा उल्लेखित रेफरेन्स टोलरेन्स मानहरू दिन्छ।

टेबल 1 इन्सुलेशन टोलरेन्स लेवल / तटस्थ-बिन्दुको रेफरेन्स टोलरेन्स मानहरू

३. अनुकरण र गणना

एउटा ११० किलोवोल्ट सबस्टेशनलाई ध्यानमा ल्याउनुहोस् जहाँ दुई ट्रान्सफार्मर (Y/Δ) समानांतर मा काम गर्छन्, दुई ११० किलोवोल्ट आयातीय लाइनहरू र चार ३५ किलोवोल्ट निर्यातीय लाइनहरू छन्। एकल-लाइन चित्र आँकडा १ देखाउँछ। एकल-पासा ग्राउंडिङ फाउल्ट विद्युत धारा र संचार हेरफेर रोक्नको लागि, नियमित रूपमा एक मात्र ट्रान्सफार्मरको न्यूट्रल प्वाइन्ट ग्राउंडिङ भइरहेको र अर्को अग्राउंडिड रहन्छ। बिजली चामको झटकाको शर्तहरूमा, अग्राउंडिड ट्रान्सफार्मरको न्यूट्रल प्वाइन्टमा अत्यधिक ओवरवोल्टेज उत्पन्न हुन सक्छ, जसले यसको इन्सुलेशनलाई धम्का दिन्छ। निम्न अनुभागहरूमा ATP कार्यक्रमको प्रयोग गरी विभिन्न स्थितिहरूमा अनुकरण विश्लेषणहरू प्रस्तुत गरिएका छन्।

आँकडा १ ११० किलोवोल्ट सबस्टेशनको एकल-लाइन चित्र

३.१ ट्रान्समिशन लाइनबाट सबस्टेशनमा प्रवेश गर्ने बिजली चामको झटका

३.१.१ बिजली चामको लहरको परामितिहरूको चयन

सबस्टेशनमा ओवरवोल्टेजको प्रमुख कारण ट्रान्समिशन लाइनबाट प्रवेश गर्ने बिजली चामको झटका हो। लाइनमा अधिकतम वोल्टेज अनुपात लाइनको इन्सुलेटर स्ट्रिङको U50% टोलरेन्स स्तरलाई अतिक्रम गर्नुपर्दैन; विलक्षण भए झटका सबस्टेशनमा प्रवेश गर्नु अघि लाइनमा फ्लैशओवर घट्ने हुनेछ। आयातीय लाइनको पहिलो १–२ किमी अन्यथा ठूलो बिजली चामको सीधा प्रहारको लागि सुरक्षित रहन्छ, त्यसैले सबस्टेशनमा प्रवेश गर्ने बिजली चामको लहरहरू यो सुरक्षित क्षेत्रबाहिरका लागि उत्पन्न हुन्छन्। सबस्टेशनबाहिरको बिजली चामको लागि, लाइनहरूद्वारा सबस्टेशनमा प्रवेश गर्ने बिजली धारा ≤220 किलोवोल्ट लाइनहरूको लागि सामान्यतया ≤5 किलोअम्पियर र ३३०–५०० किलोवोल्ट लाइनहरूको लागि ≤10 किलोअम्पियर हुन्छ, जसमा धारा उत्थानको ढाल अत्यधिक कम रहन्छ [१५,१७]। यी शर्तहरूको आधारमा, बिजली चामको लहर एउटा सामान्य दुई-प्रकारको अपचयन फंक्शन द्वारा मॉडल गरिएको छ:
u(t) = k(e⁻ᵃᵗ - e⁻ᵇᵗ),
जहाँ a र b ऋणात्मक स्थिरांकहरू छन्, र k, a, b झटकाको अनुपात, फ्रंट टाइम, र टेल टाइम द्वारा निर्धारित गरिएका छन्। यहाँ ५ किलोअम्पियरको चरम धारा र मानक २०/५० μs अपचयन लहर प्रयोग गरिएको छ।

३.१.२ सबस्टेशन उपकरण परामितिहरूको सेटिङ

बिजली चामको झटकाहरूमा अत्यधिक अनुक्रमिक तरंगहरू रहन्छन्; त्यसैले, सबस्टेशन लाइन परामितिहरू वितरित परामितिहरूको रूपमा मॉडल गरिएका छन्। सबस्टेशनमा रहेका स्विचहरू, सर्किट ब्रेकरहरू, विद्युत धारा ट्रान्सफार्मरहरू (CTs), र वोल्टेज ट्रान्सफार्मरहरू (VTs) तुल्य श्रेणीको क्षमताहरूद्वारा प्रतिनिधित्व गरिएका छन्। ट्रान्सफार्मरको तुल्य इनपुट क्षमता Cₜ = kS⁰·⁵ द्वारा दिइएको छ, जहाँ S तीन फेज ट्रान्सफार्मरको क्षमता हो। वोल्टेज स्तर ≤220 किलोवोल्टको लागि, n=3, र ११० किलोवोल्ट ट्रान्सफार्मरको लागि, k=540। बसबार ओवरवोल्टेज आरेस्टर YH1OWx-108/290 र न्यूट्रल-प्वाइन्ट ओवरवोल्टेज आरेस्टर YH1.5W-72/186 चयन गरिएका छन्।

३.१.३ गणना र विश्लेषण

न्यूट्रल प्वाइन्टमा उत्पन्न ओवरवोल्टेज यो त्यही ठाउँमा ग्राउंडिङ भइरहेको वा अग्राउंडिड भइरहेको भन्दा फरक परिणाम दिन्छ। तीन स्थितिहरूमा अनुकरण गरिएको छ: एकल-सर्किट एकल-फेज झटका, एकल-सर्किट दुई-फेज झटका, र दुई-सर्किट एकल-फेज झटका, जहाँ न्यूट्रल-प्वाइन्ट ओवरवोल्टेज आरेस्टर र बिना न्यूट्रल-प्वाइन्ट ओवरवोल्टेज आरेस्टर दुवै विचार गरिएको छ। परिणामहरू टेबल २ मा देखाइएका छन्।

टेबल २ टेबल २ ग्राउंडिङ / अग्राउंडिड न्यूट्रल शर्तहरूमा चरम ओवरवोल्टेज

3.1.4 परिणाम विश्लेषण

टेबल २ बाट यस्ता प्रणालीहरूमा जहाँ ट्रान्सफोर्मरको न्यूट्रल स्थानीय रूपमा ग्राउंडिङ गरिएको हुन्छ, बसबार अतिचाप रोक्ने उपकरणले अतिचापलाई प्रभावी रूपमा सीमित गर्छ, त्यसैले ग्राउंडिङ नगरेको ट्रान्सफोर्मरको न्यूट्रल बिन्दुले उच्च अतिचाप अनुभव गर्दैन, र न्यूट्रल-बिन्दु अतिचाप रोक्ने उपकरण सामान्यतया काम गर्दैन। जहाँ न्यूट्रल बिन्दु स्थानीय रूपमा ग्राउंडिङ नगरिएको हुन्छ, त्यहाँ न्यूट्रल-बिन्दु अतिचाप धेरै उच्च छ। अतिचाप रोक्ने उपकरण नभएको अवस्थामा, यो इन्सुलेशनलाई (सुरक्षा मार्जिन लगाउँदा ११० किभी ट्रान्सफोर्मरको ग्रेडिड इन्सुलेशनको बिजुली आघात टिकाउने वोल्टेज १९५ किभी) गम्भीर धमकी दिन्छ। न्यूट्रल-बिन्दु अतिचाप रोक्ने उपकरण स्थापना गर्ने द्वारा शिखर अतिचापलाई ठूलो हक्काले घटाउन सकिन्छ। त्यसैले, लाइनहरूबाट फैलिएका बिजुली आघातको अतिचापले अतिचाप रोक्ने उपकरणसहित न्यूट्रल बिन्दुको इन्सुलेशनलाई धमकी दिन्छ।

3.2 सबस्टेशनमा बिजुली आघात

यद्यपि सबस्टेशनहरूमा सामान्यतया व्यापक बिजुली आघात सुरक्षा छ, बिजुली आघातको जटिलता र यादृच्छिकताको कारणले त्यहाँ बिजुली आघात दुर्लभ छन्, तर यो भए पनि हुन सक्छ [२] र उपकरणलाई क्षति पुर्याउन सक्छ। त्यसैले, बिजुली आघात द्वारा उत्पन्न न्यूट्रल बिन्दुमा अतिचाप र त्यसको संग संबद्ध सुरक्षात्मक उपाय अध्ययन गर्नुपर्छ।

3.2.1 बिजुली आघात र सबस्टेशन परामितिहरूको चयन

सबस्टेशन परामितिहरू पहिले निर्धारित गरिएका छन्। मानक बिजुली परामितिहरू (१.२/५० μs) बाट गणना गरिन्छ जहाँ आयाम ५०, १००, २००, र २५० किभी छन्। बिजुली चैनल तरंग आवर्धन ४०० Ω लिइन्छ।

3.2.2 गणना र विश्लेषण

स्थानीय ग्राउंडिङ र ग्राउंडिङ नगरिएको न्यूट्रल शर्तहरूमा एकल-प्रकारको बसबारमा बिजुली आघातको परिणाम (दोहोरो फेझ आघात दुर्लभ छ) टेबल ३ (I र II न्यूट्रल-बिन्दु अतिचाप रोक्ने उपकरण छैन र छ भन्दा निरूपित गर्छ) मा देखाइएको छ।

टेबल ३ स्थानीय ग्राउंडिङ / ग्राउंडिङ नगरिएको न्यूट्रल शर्तहरूमा शिखर अतिचाप (बिजुली आघात)

३.२.३ नतिजाको विश्लेषण

टेबल ३ मा देखाइएको छ, बजुली धाराको आयाम बढ्दै गर्दा, तटस्थ बिन्दुमा चरम अतिरिक्त वोल्टेज ठूलो हुन्छ र दोलनहरू अधिक स्पष्ट हुन्छन्। यदि भी एउटा उत्पात रोक्ने डिवाइस प्रयोग गरिएको छ, तपाईंको डिवाइसको बीच अवशिष्ट वोल्टेज बढ्छ। स्थानीय रूपमा अभिसरण रहिँदै नभएका तटस्थ बिन्दुमा, बजुलीबाट उत्पन्न भएको तटस्थ-बिन्दु अतिरिक्त वोल्टेज विशेष रूपमा गम्भीर छ। यदि भी एउटा उत्पात रोक्ने डिवाइस प्रयोग गरिएको छ, अतिरिक्त वोल्टेज उच्च रहन्छ। उदाहरणका लागि, २५० किलो एम्पियरको सीधा प्रहार तटस्थ-बिन्दुमा २२४.१ किलो वोल्टको अतिरिक्त वोल्टेज उत्पन्न गर्छ। यस गरिबाट, यदि तटस्थ-बिन्दु उत्पात रोक्ने डिवाइस सञ्चालन गर्छ, पनि ट्रान्सफार्मर नष्ट हुन सक्छ।

३.२.४ सुधार उपायहरूको चर्चा

(१) ट्रान्सफार्मरको टर्मिनलमा एउटा उत्पात रोक्ने डिवाइस स्थापना गर्नुहोस् (उदाहरणका लागि, अभिसरण रहिँदै नभएका ट्रान्सफार्मरको लागि YH10Wx-108/290 थप्नुहोस्) बजुली धाराको अतिरिक्त वोल्टेज लिमिट गर्न।
(२) तटस्थ-बिन्दु उत्पात रोक्ने डिवाइसको डिस्चार्ज धारा क्षमता बढाउनुहोस्। अस्तित्वमा रहेको उत्पात रोक्ने डिवाइसको १८६ किलो वोल्टको अवशिष्ट वोल्टेजमा १.५ किलो एम्पियरको डिस्चार्ज क्षमता छ। यस क्षमतालाई १५ किलो एम्पियरमा बढाउने गरी प्रस्ताव गरिएको छ।

स्थानीय रूपमा अभिसरण रहिँदै नभएको तटस्थ बिन्दु प्रणालीमा बसबारमा बजुलीको सीधा प्रहारको लागि फेरि सिमुलेसन गरिएको छ, र नतिजाहरू टेबल ४ मा देखाइएको छ।

टेबल ४ सुधार उपायहरूसँग उत्पात रोक्ने डिवाइसको चरम तटस्थ-बिन्दु अतिरिक्त वोल्टेज

टेबल ३ र ४ को तुलना गर्दा, ट्रान्सफरमर टर्मिनलमा एक अर्लीस्टर स्थापना गर्ने नियत बिन्दु बजुली चप्पा ओवरवोल्टेज घटाउन अप्रभावी हुन्छ। तर, अर्लीस्टरको डिस्चार्ज क्षमता बढाउने ले ओवरवोल्टेज नियन्त्रणमा ठूलो सुधार आउँछ। यसैले, यो पद्धति सिफारिश गरिन्छ। अर्लीस्टर निर्माताहरूलाई तकनीकी सुधार गरी डिस्चार्ज करेन्ट क्षमता बढाउने लागि प्रोत्साहन गरिन्छ।

४. निष्कर्ष

a) बसबार र ट्रान्सफरमर नियत बिन्दुमा अर्लीस्टर स्थापना गर्ने ले, प्रसारण लाइनबाट प्रसारित हुने बजुली चप्पाले उत्पन्न गर्ने नियत बिन्दु ओवरवोल्टेज नियन्त्रण गर्न सक्छ।
b) जब एउटा सबस्टेशनलाई बजुली चप्पा त्यहाँ लग्छ, त्यसमा अग्राधारित ट्रान्सफरमरको नियत बिन्दुमा उच्च ओवरवोल्टेज विकसित हुन सक्छ। यो प्रभाव आंशिक रूपमा अग्राधारित नियत बिन्दु भएका प्रणालीमा अधिक देखिन्छ, र अधिक मौजूदा ओवरवोल्टेज सुरक्षा योजनाहरूमा, नियत बिन्दु अलगाव अझै नष्ट हुन सक्छ।
c) ट्रान्सफरमर टर्मिनलमा अर्लीस्टर स्थापना गर्ने नियत बिन्दु ओवरवोल्टेज नियन्त्रणमा कुनै प्रमुख प्रभाव देखाउँदैन, तर नियत बिन्दु अर्लीस्टरको डिस्चार्ज करेन्ट क्षमता बढाउने ले ओवरवोल्टेज नियन्त्रणको लागि एक प्रभावी पद्धति हुन्छ।