न्यूट्रल ग्राउंडिंग योजनाओं और बिजली स्तर के सोलर पीवी प्लांटों में ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर के आकार निर्धारण के लिए डिज़ाइन गणनाएँ
1 सौर फोटोवोल्टेइक पावर स्टेशन के लिए न्यूट्रल ग्राउंडिंग विधियों का वर्गीकरण
क्षेत्रों में वोल्टेज स्तरों और ग्रिड संरचनाओं के अंतरों के प्रभाव से, पावर सिस्टम की न्यूट्रल ग्राउंडिंग विधियाँ मुख्य रूप से गैर-प्रभावी ग्राउंडिंग और प्रभावी ग्राउंडिंग में विभाजित होती हैं। गैर-प्रभावी ग्राउंडिंग में आर्क सप्रेशन कोइल द्वारा न्यूट्रल ग्राउंडिंग और न्यूट्रल अनग्राउंडेड सिस्टम शामिल है, जबकि प्रभावी ग्राउंडिंग में न्यूट्रल सोलिड ग्राउंडिंग और रिजिस्टर्स द्वारा न्यूट्रल ग्राउंडिंग शामिल है। न्यूट्रल ग्राउंडिंग विधि का चयन एक समग्र मुद्दा है, जिसमें रिले सुरक्षा संवेदनशीलता, उपकरणों की इन्सुलेशन स्तर, निवेश लागत, पावर सप्लाई की निरंतरता, संचालन और रखरखाव की कठिनाई, दोष की विस्तार, और प्रणाली की स्थिरता पर प्रभाव शामिल है।
1.1 गैर-प्रभावी ग्राउंडिंग
1.1.1 आर्क सप्रेशन कोइल द्वारा न्यूट्रल ग्राउंडिंग
सिस्टम के न्यूट्रल बिंदु पर एक आर्क सप्रेशन कोइल लगाई जाती है। दोष के दौरान, इंडक्टिव करंट सिस्टम के कैपेसिटिव करंट की भरपाई करता है, और ग्राउंडिंग-पॉइंट दोष करंट भरपाई के बाद शेष इंडक्टिव करंट होता है। जब एकल-फेज ग्राउंडिंग दोष होता है, तो कोइल कैपेसिटिव करंट की भरपाई करके ग्राउंडिंग आर्क को तेजी से बुझाती है, जो अवधारणात्मक आर्क और ओवरवोल्टेज को रोकता है। दोष के बाद सिस्टम कुछ समय तक चल सकता है, जो उच्च-विश्वसनीयता वाले पावर सप्लाई दृश्यों के लिए उपयुक्त है।
महत्वपूर्ण विशेषताएँ:
सुरक्षा और संचालन: छोटा ग्राउंडिंग करंट सामान्य जीरो-सिक्वेंस करंट सुरक्षा को लागू करने में असंवेदनशील बनाता है, जिसके लिए जटिल एकल-फेज ग्राउंडिंग सुरक्षा की आवश्यकता होती है। कोइल को ओवर-कंपेंसेशन मोड में काम करना चाहिए; ऑपरेटरों को ग्रिड परिवर्तन के साथ-साथ पैरामीटरों को समय पर समायोजित करना चाहिए, जो रखरखाव को जटिल बनाता है।
कॉन्फ़िगरेशन: कई कोइलों की संकेंद्रित स्थापना या एकल-कोइल सेटअप से बचना चाहिए ताकि कंपेंसेशन विफल न हो।
उपयुक्तता और सीमाएँ: बड़े एकल-फेज ग्राउंडिंग कैपेसिटिव करंट वाले सिस्टमों के लिए उपयुक्त, जो उपकरणों के तापीय प्रभाव को कम करता है और लघुकालिक निरंतर पावर सप्लाई की अनुमति देता है। लेकिन मध्यम-बड़े PV स्टेशनों में रिले सुरक्षा दोषों को तेजी से काट नहीं सकती। इसलिए, यह MW-स्तर और ऊपर के PV स्टेशनों और 10 kV/35 kV बसबारों में कम उपयोग किया जाता है, और प्रारंभिक आर्क-सप्रेशन-कोइल सिस्टमों को रिट्रोफिट किया जाता है।
1.1.2 न्यूट्रल अनग्राउंडेड
न्यूट्रल अनग्राउंडेड सिस्टम (गैर-प्रभावी ग्राउंडिंग) एकल-फेज दोष के दौरान लाइन/उपकरण कैपेसिटिव कप्लिंग से दोष करंट आता है, जिसमें कोई शॉर्ट-सर्किट लूप नहीं होता। यह कम करंट और बनाए रखे गए इंटरफेज वोल्टेज के कारण 1-2 घंटे तक दोष वाले संचालन की अनुमति देता है, लेकिन आर्क री-आइग्निशन ओवरवोल्टेज का खतरा रहता है, जिसके लिए उच्च इन्सुलेशन की आवश्यकता होती है। यह छोटे कैपेसिटिव करंट (जैसे, PV इनवर्टर AC साइड, न्यूट्रल लो वोल्टेज ट्रांसफार्मर) के लिए उपयुक्त है।
1.2 प्रभावी ग्राउंडिंग
1.2.1 न्यूट्रल सोलिड ग्राउंडिंग
उच्च दोष करंट, संवेदनशील सुरक्षा, कम ओवरवोल्टेज, और ढीली इन्सुलेशन प्रदान करता है, लेकिन अतिरिक्त ग्राउंडिंग करंट और गंभीर संचार विक्षोभ से विश्वसनीयता कम हो सकती है। यह ≥50 MW PV स्टेशनों के ≥110 kV HV ट्रांसफार्मरों में सामान्य है, जिसमें न्यूट्रल अलगाव इंस्विच/लाइटनिंग आरेस्टर्स लचीले ग्राउंडिंग के लिए होते हैं।
1.2.2 न्यूट्रल रिजिस्टर्स ग्राउंडिंग
न्यूट्रल रिजिस्टर्स द्वारा कैपेसिटिव करंट से अधिक सक्रिय करंट इंजेक्ट किया जाता है, जो तेजी से दोष अलगाव के लिए उच्च-संवेदनशील जीरो-सिक्वेंस सुरक्षा की सुविधा प्रदान करता है। फायदे:
स्थिर पैरामीटर: प्रारंभिक संचालन के दौरान कोई समायोजन आवश्यक नहीं है।
इन्सुलेशन अर्थव्यवस्था: तेजी से दोष क्लियरेंस से कम इन्सुलेशन की आवश्यकता।
अनुप्रयोग: लंबी केबल सिस्टम, उच्च क्षमता वाले ट्रांसफार्मर/मोटर, और उच्च कैपेसिटिव करंट वाले PV स्टेशन।
वोल्टेज स्तर:
≥220 kV: सोलिड ग्राउंडिंग
66-110 kV: अधिकांश सोलिड, कम संख्या में गैर-सोलिड
6-35 kV: अधिकांश गैर-सोलिड, कम संख्या में सोलिड
2 ग्राउंडिंग ट्रांसफार्मर क्षमता की गणना
MW-स्तर के PV स्टेशनों के 10/35 kV बस (रिजिस्टर्स ग्राउंडिंग) के लिए, यदि न्यूट्रल निकाला नहीं गया है, तो विशेष ग्राउंडिंग ट्रांसफार्मर की आवश्यकता होती है। गणना के चरण:
प्राथमिक वोल्टेज: सिस्टम बस वोल्टेज से मेल खाता है।
कैपेसिटिव करंट: केबल/ओवरहेड लाइन करंटों का योग और सबस्टेशन उपकरणों का प्रभाव।
रिजिस्टर मान: तेजी से जीरो-सिक्वेंस सुरक्षा सक्रिय होने की सुनिश्चितता।
ट्रांसफार्मर क्षमता: ग्राउंडिंग रिजिस्टर रेटिंग को ध्यान में रखें; यदि स्टेशन पावर के रूप में काम कर रहा है, तो द्वितीयक लोड शामिल करें।
3 ग्राउंडिंग ट्रांसफार्मर क्षमता की गणना का उदाहरण
3.1 परियोजना का सारांश
1340 मीटर की ऊंचाई पर (वार्षिक औसत 3°C) स्थित 50 MW केंद्रीय PV पावर स्टेशन, जिसमें निश्चित माउंट है, ऊंचाई या आर्द्रता के लिए डेरेटिंग की आवश्यकता नहीं है। 50x1 MW सब-आरेंजमेंट से बना, DC को लोकल 35 kV तक इनवर्ट और स्टेप अप किया जाता है। दस सब-आरेंजमेंट एक कलेक्टर लाइन बनाते हैं, जो 35 kV सिंगल-बस सिस्टम में फीड करते हैं, फिर 110 kV (सोलिड ग्राउंडिंग न्यूट्रल) तक स्टेप अप किया जाता है। 35 kV स्टेप-अप स्टेशन में लो वोल्टेज मुख्य ट्रांसफार्मर, 5 PV कलेक्टर लाइन, ग्राउंडिंग ट्रांसफार्मर, स्टेशन सर्विस ट्रांसफार्मर, रिएक्टिव कंपेंसेशन, और PT सर्किट शामिल हैं, जिनमें न्यूट्रल के लिए रिजिस्टर्स ग्राउंडिंग है।
3.2 ग्राउंडिंग ट्रांसफार्मर की क्षमता की गणना
3.2.1 ग्राउंडिंग विधि
ग्राउंडिंग ट्रांसफार्मर का प्राथमिक निर्धारित वोल्टेज 35 kV सिस्टम वोल्टेज से मेल खाता है। 35 kV कलेक्टर लाइनों में मुख्य रूप से डायरेक्ट-बरीड केबल (कुल 34 किलोमीटर) और 2 किलोमीटर की ओवरहेड लाइनें हैं।
35 kV ओवरहेड कलेक्टर लाइनों के लिए एकल-फेज ग्राउंडिंग कैपेसिटिव करंट: Ic1=3.3×UL×L×10−3=0.231A
35 kV केबल कलेक्टर लाइनों के लिए एकल-फेज ग्राउंडिंग कैपेसिटिव करंट: Ic2=0.1×UL×L=119A
( UL): ग्रिड लाइन-टू-लाइन वोल्टेज (kV); L: लाइन की लंबाई (km))
35 kV सबस्टेशन के कैपेसिटिव करंट में 13% की वृद्धि के साथ, PV स्टेशन का गणना किया गया एकल-फेज ग्राउंडिंग कैपेसिटिव करंट 10 A से अधिक हो जाता है। इसलिए, 35 kV बस न्यूट्रल पॉइंट पर रिजिस्टर्स ग्राउंडिंग का उपयोग किया जाता है।
3.2.2 ग्राउंडिंग ट्रांसफार्मर की क्षमता
ग्राउंडिंग रिजिस्टर के लिए, प्राथमिक वोल्टेज UR≥21.21kV। एकल-फेज दोष के दौरान, अर्थ-दोष करंट 150-500 A तक सेट किया जाता है, इसलिए IR=400A, और R=50.5Ω，PR≥UR×IR। निम्न-रिजिस्टर्स ग्राउंडिंग सिस्टम में, ग्राउंडिंग ट्रांसफार्मर की क्षमता दोष करंट-संबंधित क्षमता का 1/10 होती है। चूंकि एक अलग स्टेशन सर्विस ट्रांसफार्मर मौजूद है, द्वितीयक लोड को नजरअंदाज किया जाता है। तकनीकी-आर्थिक कारकों, मौसमी स्थितियों, और ऊंचाई को ध्यान में रखते हुए, क्षमता 1000 kVA सेट की जाती है।
4.निष्कर्ष
फोटोवोल्टेइक जैसी नवीकरणीय ऊर्जा का विकास विश्व के सभी देशों की औद्योगिक विकास नीतियों के अनुरूप है। न्यूट्रल ग्राउंडिंग विधि पावर सिस्टम के डिजाइन और संचालन पर प्रभाव डालती है। सिस्टम के लिए न्यूट्रल ग्राउंडिंग विधि का चयन करते समय, पावर सप्लाई की विश्वसनीयता, उपकरणों की इन्सुलेशन स्तर, और रिले सुरक्षा को लागू करने की कठिनाई को ध्यान में रखा जाना चाहिए।
