ट्रांसफॉर्मर न्यूट्रल ग्राउंडिंग की व्याख्या: सॉलिड, प्रतिरोध और ज़िग-ज़ैग ग्राउंडिंग की तुलना

स्विचगियर के अनुसूची में 5 एम्पियर के साथ उच्च-प्रतिरोध ग्राउंडिंग और 10 सेकंड के रेजिस्टर का उल्लेख किया गया था। ठेकेदार ने बिल्कुल वही स्थापित किया। किसी ने भी सिस्टम चार्जिंग करंट को नहीं मापा, जो उस संयंत्र में शील्डेड 5 केवी केबल, सर्ज अरेस्टर्स और ड्राइव इनपुट फ़िल्टर्स के कारण लगभग 6.8 एम्पियर था। पहली फेज़-टू-ग्राउंड दोष के दौरान रेजिस्टर ने पूरी कैपेसिटिव करंट को संभाला, सेंसिंग रिले को कोई वृद्धि नहीं दिखाई दी, और संयंत्र दो दिन तक एक ग्राउंडेड फेज़ के साथ चलता रहा। दूसरा दोष, एक अलग फेज़ पर, एक छोटी सी समस्या को फेज़-टू-फेज़ आर्क फ्लैश में बदल दिया। सब कुछ ड्राइंग के अनुसार बनाया गया था। फिर भी ग्राउंडिंग योजना गलत थी।

ट्रांसफॉर्मर न्यूट्रल ग्राउंडिंग यह डिज़ाइन निर्णय है जो यह तय करता है कि जब विद्युत रोधन विफल होता है, तो कितनी धारा प्रवाहित होगी, क्या सुरक्षा उपाय सक्रिय होंगे या केवल चेतावनी देंगे, और ट्रांसफॉर्मर, केबल्स तथा स्विचगियर को उस धारा के कितने भाग को सहन करना होगा। इसे एक बार, डिज़ाइन के चरण में लिया जाता है, और आमतौर पर यह विशिष्टता की एक पंक्ति में ही समायोजित हो जाता है।

चार विधियाँ लगभग हर औद्योगिक, उपयोगिता और डेटा केंद्र प्रणाली को कवर करती हैं: दृढ़ अर्थात् सॉलिड ग्राउंडिंग, कम-प्रतिरोध ग्राउंडिंग, उच्च-प्रतिरोध ग्राउंडिंग, तथा ज़िग-ज़ैग या वाई-डेल्टा ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर के माध्यम से ग्राउंडिंग। प्रत्येक विधि एक भिन्न प्रश्न का उत्तर देती है, और सही उत्तर इस बात पर निर्भर करता है कि आप प्रणाली को पहली भू-संपर्क दोष (ग्राउंड फॉल्ट) के समय क्या करना चाहते हैं।

 

ट्रांसफॉर्मर न्यूट्रल ग्राउंडिंग क्या निर्धारित करती है

भू-दोष एक कला चालक और पृथ्वी के बीच एक परिपथ को पूरा करता है। प्रवाहित होने वाली धारा वापसी पथ की प्रतिबाधा द्वारा निर्धारित होती है, और यह वापसी पथ सिस्टम न्यूट्रल और ग्राउंडिंग इलेक्ट्रोड सिस्टम के बीच कनेक्शन द्वारा बनाया जाता है। कनेक्शन में परिवर्तन करें और आप दोष धारा, डिटेक्शन की गति और दोष द्वारा सफाई के दौरान किए गए क्षति की मात्रा को भी बदल देंगे।

विनिर्देश में दो संदर्भों का उल्लेख करना उचित है। IEEE Std 3003.1-2019 औद्योगिक और वाणिज्यिक बिजली सिस्टम के लिए सिस्टम ग्राउंडिंग को शामिल करता है तथा यह ग्रीन बुक परिवार का आधुनिक उत्तराधिकारी है; IEEE Std C62.92.1-2016 1,000 V से अधिक वोल्टेज रेटिंग वाले यूटिलिटी सिस्टम के लिए न्यूट्रल ग्राउंडिंग को शामिल करता है। दोनों ही मानक एक ही संतुलन पर आधारित हैं: भू-दोष धारा को विश्वसनीय रूप से डिटेक्ट करने के लिए पर्याप्त उच्च होनी चाहिए, और उपकरणों को नष्ट न करने के लिए पर्याप्त निम्न होनी चाहिए।

नीचे दी गई तालिका चार विधियों को संक्षिप्त करती है।

विधि	प्रायः होने वाली दोष धारा	डिटेक्शन दर्शन	इसका उपयोग कहाँ किया जाता है
दृढ़ अर्थिंग	बोल्टेड तीन-चरण मान तक	तात्कालिक अधिक विद्युत प्रवाह, ट्रिप हो जाता है	480 वोल्ट और उससे कम, निम्न वोल्टेज वितरण
कम प्रतिरोध (एलआरजी)	100 ए - 1,000 ए, आमतौर पर 200 ए - 400 ए	अधिक विद्युत प्रवाह रिले, चयनात्मक समन्वयन	चयनात्मक ट्रिपिंग की आवश्यकता वाला मध्यम वोल्टेज औद्योगिक वितरण
उच्च प्रतिरोध (एचआरजी)	5 ए - 25 ए	संवेदनशील रिले, पहले अलार्म	ड्राइव-भारी संयंत्र, निरंतर प्रक्रिया, डेटा केंद्र
ज़िग-ज़ैग ग्राउंडिंग ट्रांसफॉर्मर	प्रतिरोधक या ट्रांसफॉर्मर डिज़ाइन द्वारा निर्धारित	संवेदनशील रिले	डेल्टा प्रणालियाँ, कोई सुलभ तटस्थ नहीं

 

दृढ़ ग्राउंडिंग: सबसे कम लागत और सबसे अधिक दोष धारा

एक दृढ़ रूप से ग्राउंड की गई प्रणाली में, तटस्थ को सीधे ग्राउंडिंग इलेक्ट्रोड प्रणाली से जोड़ा जाता है। कुछ भी धारा को सीमित नहीं करता, इसलिए चरण-से-भूमि दोष उस बिंदु पर उपलब्ध बोल्टेड तीन-चरणीय मान के निकट पहुँच सकता है — 480 वी पर 2,000 केवीए इकाई पर दसियों किलोएम्पियर। यह कोई डिज़ाइन की कमी नहीं है; यही उद्देश्य है। दोष बड़ा होता है, प्रत्येक सुरक्षा उपकरण इसे देखता है, और यह कुछ साइकिल्स में निराकृत कर दिया जाता है।

बिल कहीं और पहुँचता है। बस ब्रेसिंग, ब्रेकर इंटरप्टिंग रेटिंग्स और आर्क-फ्लैश अध्ययन में घटना-ऊर्जा की गणना सभी उस धारा के अनुपात में बढ़ती हैं। अधिकांश ४८० वी प्रणालियों के लिए ठोस ग्राउंडिंग अभी भी व्यावहारिक विकल्प है, क्योंकि फेज-टू-ग्राउंड वोल्टेज २७७ वी पर स्थिर रहता है और इन्सुलेशन तथा सर्ज-अरेस्टर के कार्य भी मामूली स्तर पर रहते हैं। यह तर्क मध्यम वोल्टेज पर अर्थहीन हो जाता है, जहाँ यही तर्क ऐसी दोष धाराएँ उत्पन्न करता है जिन्हें ट्रांसफॉर्मर, केबल्स और स्विचगियर देखना पसंद नहीं करेंगे।

इसका एक परिणाम लोगों को आश्चर्यचकित कर देता है। एक ठोस रूप से ग्राउंड की गई प्रणाली में अधिकांश दोष एकल फेज-टू-ग्राउंड घटना के रूप में शुरू होते हैं और उनके बढ़ने से पहले ही निष्क्रिय कर दिए जाते हैं। एक अनग्राउंडेड या उच्च-प्रतिरोध ग्राउंडेड प्रणाली में, पहला दोष अक्सर बिल्कुल भी निष्क्रिय नहीं किया जाता है।

 

प्रतिरोध ग्राउंडिंग: कम प्रतिरोध बनाम उच्च प्रतिरोध

तटस्थ और पृथ्वी के बीच एक प्रतिरोधक लगाना एक डिज़ाइन दर्शन को एक संख्या में बदल देता है। कम-प्रतिरोध भू-संपर्कन आमतौर पर धारा को कुछ सैकड़ों ऐम्पियर तक सीमित करता है — मध्य वोल्टेज पर २०० ऐम्पियर से ४०० ऐम्पियर की सीमा सामान्य है — जो अभी भी मानक अतिधारा रिले के लिए पहचानने योग्य और समन्वयन के लिए पर्याप्त है। इसीलिए एलआरजी का उपयोग उन संयंत्रों में किया जाता है जहाँ एक दोषयुक्त फीडर को मुख्य परिपथ को ट्रिप करने के बजाय चयनात्मक रूप से ट्रिप करना चाहिए।

उच्च-प्रतिरोध भू-संपर्कन इससे कहीं अधिक आगे जाता है और भू-दोष धारा को ५ ऐम्पियर, १० ऐम्पियर या २५ ऐम्पियर तक सीमित कर देता है। इन स्तरों पर दोष सामान्यतः ट्रिप की बजाय एक चेतावनी के रूप में कार्य करता है, और संयंत्र चलता रहता है जबकि रखरोट दोष का पता लगाती है। ड्राइव-प्रधान औद्योगिक प्रणालियाँ, ऐसे निरंतर-प्रक्रिया संयंत्र जो किसी ट्रिप को सहन नहीं कर सकते, और डेटा केंद्र की मध्य वोल्टेज वितरण प्रणाली यह दृष्टिकोण अपनाती हैं। ट्रांसफार्मर और केबल्स को अब कई किलोऐम्पियर की घटना को सहन करने की आवश्यकता नहीं होती है, और भू-दोष के कारण आर्क-फ्लैश जोखिम धारा के साथ कम हो जाता है।

यह वह हिस्सा है जिसे अधिकांश खरीदार याद कर लेते हैं। एक उच्च-प्रतिरोध भू-संपर्कित प्रणाली केवल तभी काम करती है जब प्रतिरोधक की अनुमति वाली धारा प्रणाली की चार्जिंग धारा से अधिक हो। शील्डेड केबल, सर्ज अरेस्टर और ड्राइव इनपुट फ़िल्टर की चार्जिंग धारा वास्तविक धारा होती है, और भू-दोष के दौरान यह धारा प्रतिरोधक और दोष दोनों के माध्यम से प्रवाहित होती है। यदि प्रतिरोधक की धारा उससे कम है, तो रिले दोष को सामान्य धारितात्मक धारा से अलग नहीं पहचान सकता—जो कि ठीक वही है जो इस लेख को शुरू करने वाले उदाहरण में हुआ था। सही क्रम यह है कि प्रत्यक्ष स्थापना की धारितात्मक धारा को मापा जाए, फिर उससे ऊपर एक सुरक्षा मार्जिन के साथ प्रतिरोधक की धारा का चयन किया जाए, और केवल तब समय रेटिंग निर्धारित की जाए।

 

 

ज़िग-ज़ैग भू-संपर्कन ट्रांसफ़ॉर्मर: जहाँ कोई तटस्थ नहीं है, वहाँ एक तटस्थ

ऊपर का सब कुछ एक तटस्थ बिंदु की परिकल्पना करता है, जिससे आप एक प्रतिरोधक को जोड़ सकते हैं। डेल्टा-जुड़े स्रोत या ट्रांसफॉर्मर, जिनका द्वितीयक तटस्थ बिंदु बाहर नहीं निकाला गया है, आपको ऐसा कोई बिंदु नहीं देते। ज़िग-ज़ैग इकाई उस समस्या का समाधान करती है। इसकी वाइंडिंग्स शून्य-क्रम धारा के प्रति कम प्रतिबाधा प्रस्तुत करती हैं, अतः ये भू-दोष धारा के लिए एक जानबूझकर निर्धारित वापसी पथ बनाती हैं, जबकि धनात्मक- और ऋणात्मक-क्रम धारा के प्रति उच्च प्रतिबाधा प्रस्तुत करती हैं, ताकि सामान्य संचालन के दौरान इकाई लगभग कोई लोड धारा न वहन करे। एक वाई-डेल्टा इकाई भिन्न वाइंडिंग व्यवस्था के साथ वही कार्य करती है।

वह व्यवहार इसलिए है क्योंकि एक भू-संपर्क ट्रांसफार्मर यह लोड ट्रांसफॉर्मर की तुलना में पूरी तरह से अलग डेटाशीट से निर्दिष्ट किया जाता है। सहमति के लिए आवश्यक संख्याएँ हैं: लघु-समय न्यूट्रल धारा और उसकी अवधि — 10 सेकंड और 1 मिनट सामान्य रेटिंग्स हैं — इसके अतिरिक्त, सामान्य संचालन के दौरान उत्पन्न असंतुलन के लिए निरंतर न्यूट्रल धारा क्षमता, जो ज़िग-ज़ैग इकाई पर आमतौर पर लघु-समय आंकड़े के कुछ प्रतिशत होती है। यदि आप इसे केवल लघु-समय संख्या के आधार पर निर्दिष्ट करते हैं, तो स्थायी असंतुलन के कारण यह अत्यधिक गर्म हो जाएगा। यदि आप इसे लोड ट्रांसफॉर्मर की तरह निर्दिष्ट करते हैं, तो आप ऐसा तांबा खरीदेंगे जिसका आप कभी उपयोग नहीं करेंगे।

ड्राइव-प्रधान प्रणालियों में, ज़िग-ज़ैग इकाई को आमतौर पर एक प्रतिरोधक के साथ जोड़ा जाता है। प्रतिरोधक लेट-थ्रू धारा निर्धारित करता है; ट्रांसफॉर्मर उस प्रतिरोधक को आवश्यक न्यूट्रल प्रदान करता है।

 

प्रतिरोधक का आकार निर्धारित करना: चार संख्याएँ जो यह निर्धारित करती हैं कि यह कार्य करेगा या नहीं

एक न्यूट्रल ग्राउंडिंग प्रतिरोधक एक लघु-समय उपकरण है जिसकी कुछ महत्वपूर्ण रेटिंग्स होती हैं। ये चार संख्याएँ निर्धारित करती हैं कि यह व्यवस्था सेवा में कार्य करेगी या नहीं:

• मापी गई धारितात्मक धारा। इसे वास्तविक स्थापना पर, वास्तविक वोल्टेज पर मापें। तालिका के मान केवल शुरुआत का बिंदु हैं, उत्तर नहीं।
• पारगामी धारा। उच्च-प्रतिरोध भू-संपर्कन के लिए 5 ए, 10 ए या 25 ए; कम-प्रतिरोध भू-संपर्कन के लिए 200 ए से 400 ए। दोनों ही स्थितियों में, यह मापी गई धारितीय धारा से ऊपर होना चाहिए, सुरक्षा सीमा के साथ।
• समय रेटिंग। दस सेकंड और एक मिनट सामान्य हैं। एक 13.8 केवी प्रणाली पर 400 ए, 10-सेकंड का प्रतिरोधक दोष के दौरान लगभग 3.2 मेगावाट ऊर्जा का अपव्यय करता है — दस सेकंड में लगभग 32 मेगाजूल ऊर्जा। प्रणाली पर छोड़ा गया दोष उसे नष्ट कर देगा।
• वोल्टेज और विद्युतरोधन रेटिंग। भू-दोष के दौरान प्रतिरोधक पूर्ण प्रणाली लाइन-टू-न्यूट्रल वोल्टेज को घटना की पूरी अवधि तक निरंतर रूप से धारण करता है।

दो अतिरिक्त मद इसी चर्चा का हिस्सा हैं, लेकिन प्रतिरोधक डेटाशीट पर नहीं: पहचान प्रणाली — रिले द्वारा देखी गई धारा के साथ क्या किया जाता है, और यह कि वह केवल चेतावनी देता है या ट्रिप करता है — और, कम-प्रतिरोध भू-संपर्कन के लिए, यह कि समन्वय अध्ययन अभी भी वैध है या नहीं, जबकि धारा सीमित की गई है।

 

रयन इलेक्ट्रिक कस्टम ऑर्डर्स पर ग्राउंडिंग डिज़ाइन का समर्थन कैसे करता है

ग्राउंडिंग डिज़ाइन ट्रांसफॉर्मर से शुरू होता है, क्योंकि वाइंडिंग कॉन्फ़िगरेशन तय करता है कि क्या बिल्कुल न्यूट्रल मौजूद है या नहीं। एक कस्टम तीन-चरण ट्रांसफॉर्मर वाइ सेकेंडरी के साथ हम न्यूट्रल को इंसुलेटेड बुशिंग के माध्यम से बाहर लाते हैं, जिसकी रेटिंग ग्राउंड-फॉल्ट ड्यूटी के अनुसार होती है जो अध्ययन में निर्दिष्ट की गई है, और हम वह वाइंडिंग कॉन्फ़िगरेशन तथा वेक्टर ग्रुप डेटा प्रदान करते हैं जो ग्राउंडिंग और कोऑर्डिनेशन अध्ययनों के लिए आवश्यक हैं। जहाँ कोई ग्राहक अपनी योजना में प्रतिरोध या ज़िग-ज़ैग ग्राउंडिंग का उपयोग करने का प्रस्ताव करता है, वहाँ हम फैक्ट्री स्वीकृति परीक्षण के बजाय कोटेशन के चरण में ही न्यूट्रल व्यवस्था की पुष्टि कर लेते हैं। यह शुरुआत में पंद्रह मिनट की बातचीत है और यदि इसे छोड़ दिया जाए तो रीवर्क ऑर्डर की आवश्यकता होगी।

हम १,२०,००० वर्ग मीटर के सुविधा में निर्माण करते हैं, जिसमें १८० से अधिक उत्पादन और परीक्षण उपकरणों के सेट तथा ३७ पेटेंट हैं, और हमारे पास UL, CSA, IEEE, DEKRA, CNAS तथा CE प्रमाणन कवरेज है। २०२३ से, रयान इलेक्ट्रिक ईटन के आधिकारिक संयुक्त उद्यम भागीदार के रूप में कार्य कर रहा है। प्रत्येक इकाई के साथ शिप किए जाने वाले नियमित परीक्षण रिपोर्ट में वाइंडिंग प्रतिरोध और अनुपात के आँकड़े शामिल होते हैं, जिनकी एक कमीशनिंग टीम को साइट पर न्यूट्रल और ग्राउंडिंग कनेक्शन की पुष्टि करने के लिए आवश्यकता होती है।

 

ट्रांसफार्मर के लिए अनुरोध के साथ ग्राउंडिंग योजना भेजें

कृपया हमें एक-लाइन आरेख, ग्राउंडिंग विधि, आपके द्वारा डिज़ाइन किए जा रहे न्यूट्रल धारा और अवधि, तथा ट्रांसफार्मर की रेटिंग भेजें। हमारी इंजीनियरिंग टीम अध्ययन के अनुरूप एक ट्रांसफार्मर न्यूट्रल ग्राउंडिंग व्यवस्था के साथ वापस आएगी — न्यूट्रल बुशिंग सहित — ताकि कमीशनिंग इंजीनियर एक डिज़ाइन की पुष्टि कर सके, बजाय उसे खोजने के। उद्धरण के समय सही आधार तैयार करना कोई लागत नहीं है। पहली ग्राउंड दोष के बाद इसे खोजना एक आउटेज की लागत लेता है।

 

लेखक के बारे में: यह लेख रायन इलेक्ट्रिक (जियांगसू रायन ट्रांसफॉर्मर्स) की इंजीनियरिंग टीम द्वारा लिखा गया है, जो २००७ से उपयोगिता, डेटा केंद्र, नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन और औद्योगिक ग्राहकों के लिए कास्ट रेजिन, तेल-आविष्ट और पैड-माउंटेड ट्रांसफॉर्मर्स का निर्माण करती है। टीम प्रतिदिन IEEE C57 और IEC 60076 आवश्यकताओं के साथ काम करती है तथा विकासकर्ताओं और EPC ठेकेदारों को विशिष्टता, कारखाना परीक्षण और स्थल पर सुरक्षित स्थापना के माध्यम से सहायता प्रदान करती है।