یوٹیلٹی سکیل سولر پی وی پلانٹس میں نیٹرل گرانڈنگ اسکیمز کے ڈیزائن کیلکیولیشنز اور گرانڈنگ ٹرانسفارمر کے سائز کا تعین

1 سولر فوٹو وولٹائک پاور اسٹیشنز کے لئے نیوٹرل گراؤنڈنگ طریقہ کار کا درجہ بندی

علاقائی طور پر ولٹیج سطحوں اور گرڈ کی ساختوں میں اختلافات کے تحت متاثر ہوتے ہوئے، پاور سسٹم کے نیوٹرل گراؤنڈنگ طریقہ کار کو بنیادی طور پر غیر موثر گراؤنڈنگ اور موثر گراؤنڈنگ میں تقسیم کیا جاتا ہے۔ غیر موثر گراؤنڈنگ میں آرک سپریشن کوائل کے ذریعہ نیوٹرل گراؤنڈنگ اور نیوٹرل انگراونڈ سسٹم شامل ہوتے ہیں، جبکہ موثر گراؤنڈنگ میں نیوٹرل سولڈ گراؤنڈنگ اور ریزسٹرز کے ذریعہ نیوٹرل گراؤنڈنگ شامل ہوتے ہیں۔ نیوٹرل گراؤنڈنگ طریقہ کار کا انتخاب ایک جامع مسئلہ ہے، جس میں ریلے پروٹیکشن کی حساسیت، معدات کی انسلیشن سطح، سرمایہ کاری کے اخراجات، بجلی کی فراہمی کی مستقلیت، آپریشن اور مینٹیننس کی مشکل، فالٹ کا حجم، اور نظام کی استحکام پر اثر شامل ہوتے ہیں۔

1.1 غیر موثر گراؤنڈنگ
1.1.1 آرک سپریشن کوائل کے ذریعہ نیوٹرل گراؤنڈنگ

آرک سپریشن کوائل کو نظام کے نیوٹرل پوائنٹ پر نصب کیا جاتا ہے۔ فالٹ کے دوران، انڈکٹو کرنٹ نظام کے کیپیسٹو کرنٹ کو کمپینسیٹ کرتا ہے، اور گراؤنڈنگ پوائنٹ فالٹ کرنٹ کمپینسیشن کے بعد باقی بچا انڈکٹو کرنٹ ہوتا ہے۔ جب ایک سنگل فیز گراؤنڈنگ فالٹ ہوتا ہے تو کوائل کیپیسٹو کرنٹ کو تیزی سے ختم کرتا ہے تاکہ گراؤنڈنگ آرک کو ختم کیا جا سکے، اور ایک وقت کے درمیان آرکس اور اوور ولٹیج کو روک دیتا ہے۔ نظام فالٹ کے بعد کچھ عرصے تک کام کرتا رہ سکتا ہے، جس سے بالکل قابلِ اعتماد بجلی کی فراہمی کے مناظر کو فائدہ ہوتا ہے۔

اہم خصوصیات:

• پروٹیکشن & آپریشن: چھوٹا گراؤنڈنگ کرنٹ عام صفر سیکوئنس کرنٹ پروٹیکشن کو حساس بناتا ہے، جس کی ضرورت پیچیدہ سنگل فیز گراؤنڈنگ پروٹیکشن ہوتی ہے۔ کوائل کو اوور کمپینسیشن میں کام کرنے کی ضرورت ہوتی ہے؛ آپریٹرز کو گرڈ کے تبدیلیوں کے ساتھ پیرامیٹرز کو تیاری سے تنظیم کرنے کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے مینٹیننس میں پیچیدگی پیدا ہوتی ہے۔

• کنفیگریشن: متعدد کوائل کے مرکزی نصب کرنے یا واحد کوائل کی سیٹآپ کو روکنا چاہیے تاکہ کمپینسیشن کی کمزوری سے بچا جا سکے۔

• معمولیت & محدودیتیں: بڑے سنگل فیز گراؤنڈنگ کیپیسٹو کرنٹ والے نظاموں کے لئے موزوں ہوتا ہے، جس سے معدات کی حرارتی اثرات کم ہوتی ہیں اور کم عرصے کی مستقل بجلی کی فراہمی کی اجازت دی جاتی ہے۔ لیکن MW سطح اور اس سے اوپر کے فوٹو وولٹائک اسٹیشنوں میں ریلے پروٹیکشن کو فالٹ کو تیزی سے کٹنے کی قابلیت نہیں ہوتی ہے۔ اس لیے، یہ 10 kV/35 kV بس بارز میں کم استعمال ہوتا ہے اور قدیم آرک سپریشن کوائل کے نظاموں کو ریٹرو فٹ کیا جا رہا ہے۔

1.1.2 نیوٹرل انگراونڈ

نیوٹرل انگراونڈ سسٹم (غیر موثر گراؤنڈنگ) میں سنگل فیز فالٹ کے دوران لائن / معدات کی کیپیسٹو کوپلنگ سے فالٹ کرنٹ آتا ہے، جس میں کوئی شارٹ سرکٹ لوپ نہیں ہوتا ہے۔ یہ کم کرنٹوں اور برقرار رہنے والے فیز بیچ کے ولٹیج کی وجہ سے 1-2 گھنٹے کے لئے فالٹ کے ساتھ کام کرنے کی اجازت دیتا ہے، لیکن آرک کی دوبارہ آگ کی خطرے کی وجہ سے اوور ولٹیج کی ضرورت ہوتی ہے۔ چھوٹے کیپیسٹو کرنٹ (مثال کے طور پر فوٹو وولٹائک انورٹرز کے AC سائیڈ، نیوٹرل LV ٹرانسفورمر) کے لئے موزوں ہے۔

1.2 موثر گراؤنڈنگ
1.2.1 نیوٹرل سولڈ گراؤنڈنگ

موثر فالٹ کرنٹ، حساس پروٹیکشن، کم اوور ولٹیج، اور آرام سے انسلیشن فراہم کرتا ہے، لیکن زیادہ گراؤنڈنگ کرنٹوں کی وجہ سے موثوقیت کم ہو سکتی ہے اور شدید کمیونیکیشن کی رعایت ہوتی ہے۔ ≥50 MW فوٹو وولٹائک اسٹیشنوں کے ≥110 kV HV ٹرانسفورمرز میں عام ہے، جس میں نیوٹرل آئیزولیشن سوچز / لائٹننگ آریسٹرز فلیکسیبل گراؤنڈنگ کے لئے ہوتے ہیں۔

1.2.2 نیوٹرل ریزسٹنس گراؤنڈنگ

نیوٹرل ریزسٹرز کے ذریعہ کیپیسٹو کرنٹ سے زیادہ ایکٹو کرنٹ متعارف کرواتا ہے، جس سے تیزی سے فالٹ کو الگ کرنے کے لئے حساس صفر سیکوئنس پروٹیکشن کی اجازت دی جاتی ہے۔ فوائد:

• ستیٹک پیرامیٹرز: ابتدائی آپریشن کے دوران کوئی تنظیم کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔

• انسلیشن اکنومی: تیزی سے فالٹ کو ختم کرنے کی وجہ سے کم انسلیشن کی ضرورت ہوتی ہے۔

• استعمال: لمبے کیبل سسٹم، بڑے کیپیسٹی ٹرانسفورمرز / موتورز، اور بڑے کیپیسٹو کرنٹ والے فوٹو وولٹائک اسٹیشن۔

• ولٹیج سطح:

• ≥220 kV: سولڈ گراؤنڈنگ

• 66-110 kV: اکثر سولڈ، کم ناسولڈ

• 6-35 kV: اکثر ناسولڈ، کم سولڈ

2 گراؤنڈنگ ٹرانسفورمر کی کیپیسٹی کیلکولیشن

MW سطح کے فوٹو وولٹائک اسٹیشنوں کے 10/35 kV بس (ریزسٹنس گراؤنڈنگ) کے لئے، اگر نیوٹرل نہیں ہیں تو مخصوص گراؤنڈنگ ٹرانسفورمر کی ضرورت ہوتی ہے۔ کیلکولیشن کے اسٹیپس:

• پرائمری ولٹیج: سسٹم بس ولٹیج کو میچ کریں۔

• کیپیسٹو کرنٹ: کیبل / اوور ہیڈ لائن کرنٹس کو جمع کریں اور سبسٹیشن معدات کے اثرات شامل کریں۔

• ریزسٹر کی قدر: تیزی سے صفر سیکوئنس پروٹیکشن کو فعال کرنے کی ضمانت دیں۔

• ٹرانسفورمر کیپیسٹی: گراؤنڈنگ ریزسٹر کی ریٹنگ کو شمار کریں؛ اگر اسٹیشن کی بجلی کے طور پر خدمات دے رہا ہے تو سیکنڈری لاڈ شامل کریں۔

3 گراؤنڈنگ ٹرانسفورمر کی کیپیسٹی کیلکولیشن کا مثال
3.1 پروجیکٹ کا خلاصہ
1340 میٹر کی بلندی (سالانہ اوسط 3°C) پر ٹکنے والے 50 MW سنترالائزڈ فوٹو وولٹائک پاور اسٹیشن کو بلندی یا نمی کی وجہ سے کوئی ڈیریٹنگ کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔ 50×1 MW سب-آرریز کا مجموعہ ہے، DC کو لوکلی 35 kV تک انورٹ کیا جاتا ہے۔ دس سب-آرریز ایک کلیکٹر لائن بناتے ہیں جو 35 kV سنگل-باس سسٹم میں داخل ہوتی ہے، پھر 110 kV (سولڈلی گراؤنڈڈ نیوٹرل) تک بڑھتی ہے۔ 35 kV اپگریڈ اسٹیشن میں لو ولٹیج مین ٹرانسفورمر، 5 فوٹو وولٹائک کلیکٹر لائن، گراؤنڈنگ ٹرانسفورمر، اسٹیشن سروس ٹرانسفورمر، ریاکٹو کمپینسیشن، اور PT سرکٹس شامل ہیں، جس میں نیوٹرل کے لئے ریزسٹنس گراؤنڈنگ ہوتی ہے۔

3.2 گراؤنڈنگ ٹرانسفورمر کی کیپیسٹی کیلکولیشن
3.2.1 گراؤنڈنگ طریقہ

گراؤنڈنگ ٹرانسفورمر کی پرائمری ریٹڈ ولٹیج 35 kV سسٹم ولٹیج کے مطابق ہوتی ہے۔ 35 kV کلیکٹر لائن بنیادی طور پر دائرکٹ برف ڈالے گئے کیبل (کل 34 km)، اور 2 km اوور ہیڈ لائن ہوتی ہیں۔

• 35 kV اوور ہیڈ کلیکٹر لائن کے لئے سنگل فیز گراؤنڈنگ کیپیسٹو کرنٹ:Ic1=3.3×U_L×L×10−3=0.231A

• 35 kV کیبل کلیکٹر لائن کے لئے سنگل فیز گراؤنڈنگ کیپیسٹو کرنٹ:Ic2=0.1×U_L×L=119A

( U_L): گرڈ لائن-ٹو-لائن ولٹیج (kV); L: لائن کی لمبائی (km))

35 kV سبسٹیشن کی کیپیسٹو کرنٹ میں 13% کی اضافہ کے ساتھ، فوٹو وولٹائک اسٹیشن کے لئے کیلکولیٹڈ سنگل فیز گراؤنڈنگ کیپیسٹو کرنٹ 10 A سے زیادہ ہوتا ہے۔ اس لیے، 35 kV بس نیوٹرل پوائنٹ پر ریزسٹنس گراؤنڈنگ استعمال کی جاتی ہے۔

3.2.2 گراؤنڈنگ ٹرانسفورمر کیپیسٹی

گراؤنڈنگ ریزسٹر کے لئے، پرائمری ولٹیج U_R≥21.21kV ہوتا ہے۔ سنگل فیز فالٹ کے دوران، ارٹھ-فالت کرنٹ 150-500 A پر ٹیکن جاتا ہے، تو I_R=400A، اور R=50.5Ω، P_R≥U_R×I_R۔ کم ریزسٹنس گراؤنڈنگ سسٹم میں، گراؤنڈنگ ٹرانسفورمر کی کیپیسٹی فالٹ کرنٹ کی متناسب کیپیسٹی کا 1/10 ہوتا ہے۔ ایک الگ اسٹیشن سروس ٹرانسفورمر موجود ہونے کی وجہ سے، سیکنڈری لاڈ کو نظر انداز کیا جاتا ہے۔ ٹیکنیکل-ایکنومک فیکٹرز، میٹیورولوجیکل کنڈیشنز، اور بلندی کو مد نظر رکھتے ہوئے، کیپیسٹی 1000 kVA پر تعین کی گئی ہے۔

4. نتیجہ

فوٹو وولٹائک جیسی نیویبل انجیرجی کا ترقی کرنے کا عمل دنیا بھر کے ممالک کی صنعتی ترقی کی پالیسیوں کے مطابق ہے۔ نیوٹرل گراؤنڈنگ طریقہ کار پاور سسٹم کے ڈیزائن اور آپریشن پر اثر ڈالتا ہے۔ سسٹم کے لئے نیوٹرل گراؤنڈنگ طریقہ کار کا انتخاب کرتے وقت، سسٹم کی بجلی کی فراہمی کی موثوقیت، معدات کی انسلیشن سطح، اور ریلے پروٹیکشن کو لاجوؤ کرنے کی مشکل کو جامع طور پر دیکھا جانا چاہیے۔