ट्रांसफॉर्मर अतिवोल्टेज सुरक्षा: बिजली के झटके और स्विचिंग अतिवोल्टेज के लिए सर्ज अरेस्टर का चयन कैसे करें

पिछले अगस्त में दक्षिणी लुज़ोन के एक उपयोगिता फॉरमैन ने हमें एक स्थापना की तस्वीर ईमेल की, जो हस्ताक्षर के दिन पूरी तरह सामान्य लग रही थी: एक १३.८ केवी पैड-माउंटेड ट्रांसफॉर्मर, उसके ब्रैकेट पर एक नया पॉलिमर अरेस्टर, ताज़ा पेंट। मूल विनिर्देश में दो विवरण शामिल नहीं थे। अरेस्टर टर्मिनल और टैंक के बीच चार फुट की लीड वायर की कुंडलित लंबाई। और ग्राउंड कंडक्टर का मार्ग ग्राउंड पैड की ओर सीधे नीचे के बजाय माउंटिंग ब्रैकेट के माध्यम से वापस कर दिया गया। तीन सप्ताह बाद फीडर पर बिजली गिरी। अरेस्टर बिना किसी निशान के बच गया। प्राथमिक वाइंडिंग नहीं बची।

एक सर्ज अरेस्टर क्या करता है — और क्या नहीं कर सकता

आधुनिक ट्रांसफॉर्मर सर्ज सुरक्षा योजना एक निर्बाध धातु-ऑक्साइड वैरिस्टर के चारों ओर बनाई गई है। इसके संदर्भ वोल्टेज के नीचे, वैरिस्टर एक खुले परिपथ की तरह व्यवहार करता है और माइक्रोएम्पियर की मात्रा में धारा खींचता है। इसके ऊपर, प्रतिरोध ढह जाता है, अरेस्टर आघात धारा को भूमि की ओर मोड़ देता है, और अगले आधे चक्र से काफी पहले ही यह उच्च-प्रतिबाधा अवस्था में वापस लौट जाता है। आईईईई सी62.11-2020 उपकरण को स्वयं परिभाषित करता है, जिसमें 48 से 62 हर्ट्ज़ परिपथों के लिए 1,000 वोल्ट से अधिक वोल्टेज पर काम करने वाले धातु-ऑक्साइड अरेस्टर शामिल हैं, जो विस्फोट धारा को प्रवाहित करके और फिर स्वचालित रूप से प्रणाली की शक्ति धारा के प्रवाह को सीमित करके बिजली के झटके और स्विचिंग आघातों को सीमित करते हैं। यह एक सक्रिय मानक है, जिसका प्रकाशन सितंबर 2020 में किया गया था।

अरेस्टर आघात को अवशोषित नहीं करता है। यह उसे सीमित करता है। जो वोल्टेज वाइंडिंग वास्तव में अनुभव करती है, वह अरेस्टर का डिस्चार्ज वोल्टेज होता है। जमा वह वोल्टेज जो आघात अरेस्टर के टर्मिनल से उस बिंदु तक जाने वाले लीड वायर पर विकसित होता है जिसे यह सुरक्षित कर रहा होता है। दोनों शब्द वास्तविक हैं। केवल दूसरा शब्द इंस्टालेशन के दिन एक रिंच के साथ अभी भी बदला जा सकता है।

एक अरेस्टर जिसे पूरी तरह से चुना गया हो, फिर भी गलत तरीके से लगाया गया अरेस्टर हो सकता है। चयन और कनेक्शन दो अलग-अलग कार्य हैं, और खरीदार आमतौर पर उनमें से केवल एक को ही सौंपते हैं।

 

 

ट्रांसफॉर्मर सर्ज सुरक्षा एमसीओवी (MCOV) से शुरू होती है, न कि रेटेड केवी (kV) से

जो अधिकांश आरएफक्यू (RFQs) हमारे इंजीनियरिंग डेस्क तक पहुँचती हैं, वे अरेस्टर को रेटेड वोल्टेज के आधार पर निर्दिष्ट करती हैं — “एक 10 केवी (kV) अरेस्टर”, “एक 18 केवी (kV) अरेस्टर”। यह संख्या एक ड्यूटी-साइकिल रेटिंग है, और अकेले यह लगभग कुछ भी नहीं बताती कि क्या यह यूनिट आपकी सिस्टम पर उपयुक्त है। जो संख्या अनुप्रयोग निर्धारित करती है, वह है MCOV : अधिकतम निरंतर संचालन वोल्टेज, जो अरेस्टर के टर्मिनलों के बीच लगातार बिना ओवरहीटिंग के धारण करने में सक्षम उच्चतम आरएमएस (RMS) वोल्टेज है।

एमसीओवी को सिस्टम ग्राउंडिंग द्वारा निर्धारित किया जाता है, ट्रांसफॉर्मर द्वारा नहीं। एक प्रभावी रूप से ग्राउंडेड सिस्टम पर, अरेस्टर सामान्य संचालन के दौरान लाइन-टू-ग्राउंड वोल्टेज को देखता है, इसलिए आवश्यकता अधिकतम लाइन-टू-ग्राउंड वोल्टेज स्वयं होती है — १२.४७ केवी बहु-ग्राउंडेड सिस्टम पर ७.६५ केवी। एक अनग्राउंडेड या इम्पीडेंस-ग्राउंडेड सिस्टम पर, एक फेज-टू-ग्राउंड दोष के कारण अदोषित फेज़ अधिकतम फेज-टू-फेज वोल्टेज के लगभग पूर्ण मान तक पहुँच सकते हैं, इसलिए नियम यह हो जाता है कि एमसीओवी अधिकतम फेज-टू-फेज वोल्टेज के ९० प्रतिशत या उससे अधिक होना चाहिए। समान ट्रांसफॉर्मर, समान वोल्टेज वर्ग, लेकिन दो बिल्कुल अलग अरेस्टर।

सिस्टम लाइन-टू-लाइन वोल्टेज (केवी, नाममात्र)	अरेस्टर एमसीओवी — प्रभावी रूप से ग्राउंडेड (केवी)	अरेस्टर एमसीओवी — इम्पीडेंस ग्राउंडेड या अनग्राउंडेड (केवी)
4.16	2.55	5.10
12.47	7.65	15.30
13.80	8.40	15.30
24.94	15.30	29.00
34.50	22.00	अनुशंसित नहीं

ये आँकड़े हबेल पावर सिस्टम्स द्वारा प्रकाशित अरेस्टर एप्लीकेशन डेटा से प्राप्त किए गए हैं, और ये उत्तर अमेरिकी वितरण सिस्टमों पर हमारे द्वारा देखे गए डेटा के साथ मेल खाते हैं ( हबेल कैटलॉग ७०, सर्ज अरेस्टर्स )। व्यावहारिक परिणाम को स्पष्ट रूप से बताना महत्वपूर्ण है। यदि कोई विनिर्देशन «अनग्राउंडेड सिस्टम» कहता है, लेकिन वास्तव में सिस्टम चार-तार बहु-ग्राउंडेड है, तो आपको आवश्यकता से लगभग दोगुना एमसीओवी खरीदना पड़ता है — और आप इसके लिए उच्च डिस्चार्ज वोल्टेज के लिए भुगतान करते हैं, जो वही संख्या है जिसे आप कम रखने का प्रयास कर रहे थे।

जब आप कोई डेटाशीट पढ़ रहे होते हैं, तो एक अतिरिक्त संबंध उपयोगी होता है: किसी अरेस्टर का रेटेड वोल्टेज सामान्यतः उसके एमसीओवी का लगभग १.२५ गुना होता है। यही कारण है कि १० केवी रेटेड वितरण अरेस्टर का एमसीओवी लगभग ८.४ केवी होता है, और यही कारण है कि जब आप समान ट्रांसफॉर्मर पर ग्राउंडिंग की पूर्वधारणा बदलते हैं, तो दोनों संख्याएँ एक साथ बदलती हैं।

 

लीड लेंथ, ग्राउंडिंग, और वह सुरक्षात्मक मार्जिन जो वास्तव में मायने रखता है

यह वह हिस्सा है जिसे अधिकांश खरीदार याद कर लेते हैं। अरेस्टर और उस उपकरण के बीच की प्रत्येक फुट लीड वायर सर्ज के दौरान इन्सुलेशन पर वोल्टेज जोड़ती है, क्योंकि धारा को उस दूरी तक जाना होता है और वापस आना होता है। मेटल-ऑक्साइड अरेस्टर के लिए IEEE एप्लीकेशन गाइड 10 kA पर प्रति फुट 1.6 kV का उपयोग करता है, और विद्युत उपकरणों की बिजली की चपेट में आने और सर्ज से सुरक्षा के लिए FM अप्रूवल मानक DS 5-11 भी यही आंकड़ा इस्तेमाल करता है।

अरेस्टर लीड लंबाई (फुट)	10 kA पर जोड़ा गया वोल्टेज (kV)	95 kV BIL वाइंडिंग का हिस्सा
1	1.6	1.7%
2	3.2	3.4%
4	6.4	6.7%
10	16.0	16.8%

 

 

द सुरक्षात्मक मार्जिन यह अंकगणितीय गणना है जो इन सभी तथ्यों को एक साथ जोड़ती है। वाइंडिंग के BIL से अरेस्टर के डिस्चार्ज वोल्टेज और लीड के योगदान को घटाएँ, फिर परिणाम को BIL से विभाजित करें। 13.8 kV वितरण ट्रांसफार्मर पर मानक प्राथमिक इन्सुलेशन स्तर 95 kV BIL है, और अनुशंसित न्यूनतम सुरक्षात्मक मार्जिन 20 प्रतिशत है। एक 10 फुट की लीड उस 95 kV में से 16 kV का उपयोग कर लेती है — जो अनुशंसित मार्जिन के लगभग पूरे हिस्से के बराबर है, और इससे पहले कि अरेस्टर के डिस्चार्ज वोल्टेज का एक भी kV भी इसके खिलाफ गिना जाए।

ग्राउंडिंग वही शामिल तरीके से विफल हो जाती है। ग्राउंड लीड को छोटा, सीधा और माउंटिंग ब्रैकेट से अलग चलना चाहिए, जो टैंक और स्टेशन ग्राउंड ग्रिड दोनों से जुड़े एक समर्पित पैड पर समाप्त होना चाहिए। ग्राउंड पाथ को बोल्टेड ब्रैकेट हार्डवेयर के माध्यम से निर्देशित करने से एक जोड़ बनता है जो क्षरित हो जाता है, ढीला हो जाता है और ठीक उसी क्षण प्रतिरोध जोड़ता है जब सर्ज आता है। NFPA 780 , लाइटनिंग प्रोटेक्शन सिस्टम्स की स्थापना के लिए मानक, वर्तमान 2026 संस्करण है और यह वह संदर्भ है जिसके आधार पर अधिकांश उत्तर अमेरिकी निरीक्षक कार्य करते हैं। किसी लेआउट को मंजूरी देने से पहले इसे पढ़ें, विफलता के बाद नहीं।

 

आप जो ट्रांसफॉर्मर खरीद रहे हैं, उसके लिए सही अरेस्टर वर्ग का चयन करना

अरेस्टर्स को उन सर्ज ऊर्जा और दोष धारा के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है जिन्हें वे सहन करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, और वर्ग को उसके पीछे स्थित महत्वपूर्ण उपकरण के अनुसार चुना जाना चाहिए — खरीद आदेश के आकार के अनुसार नहीं।

अरेस्टर वर्ग	प्रतिष्ठित अनुप्रयोग	चयन नोट्स
वितरण	12.47–34.5 kV वितरण ट्रांसफॉर्मर, पैड-माउंटेड यूनिट्स, राइज़र पोल्स	10 केए नाममात्र विसर्जन धारा। सामान्य उपयोग हल्के भार वाले ग्रामीण फीडर के लिए उपयुक्त है; भारी उपयोग जहाँ यूनिट खुली हो या फीडर लंबा हो।
मध्यम	छोटे उप-केंद्र, मध्य-वोल्टेज स्विचगियर, 5 एमवीए से अधिक के ट्रांसफार्मर	वितरण श्रेणी की तुलना में उच्च ऊर्जा क्षमता। इसका उपयोग तब किया जाता है जब सुरक्षित उपकरण महंगा हो और जोखिम का स्तर उच्च हो।
स्टेशन	संचरण-श्रेणी के ट्रांसफार्मर और महत्वपूर्ण उप-केंद्र	उच्चतम ऊर्जा और दोष-धारा सहन क्षमता। दबाव-मुक्ति व्यवहार और ग्रेडिंग आवश्यकताएँ IEEE C62.11 में स्पष्ट रूप से निर्दिष्ट हैं।

उत्तर अमेरिका में पैड-माउंटेड ट्रांसफार्मर पर, अरेस्टर सामान्यतः एक समर्पित ब्रैकेट और कवर के साथ टैंक पर बोल्ट किया जाता है, और ग्राउंड लीड टैंक की दीवार पर वेल्ड किए गए पैड पर समाप्त होती है। यह कोई सजावट नहीं है। यह अरेस्टर के आधार से ग्राउंड किए गए स्टील तक सबसे छोटा व्यावहारिक मार्ग है, और यह एकमात्र मार्ग है जो लीड के योगदान को हमारे इंजीनियरों द्वारा उद्धरण चरण में गणना किए गए सीमा के भीतर रखता है।

 

हम फ़ील्ड में बार-बार देखे जाने वाले तीन अरेस्टर समस्याएँ

हम एक प्रतिस्थापन यूनिट का अनुमान लगाने से पहले मौजूदा स्थापना की तस्वीरें माँगते हैं, और वही तीन पैटर्न बार-बार वापस आ जाते हैं।

• कुंडलित या लूप वाला लीड वायर। एक क्रू जो 6 फुट लीड धारण कर रहा है और जिसे उसके 18 इंच की आवश्यकता है, शेष भाग को टैंक के साथ साफ़-सुथरे तरीके से कुंडलित कर देगा। प्रत्येक घुमाव प्रेरकत्व और वोल्टेज में वृद्धि करता है। लीड को छोटा करें; उसे सजाने की कोशिश न करें।
• माउंटिंग ब्रैकेट के माध्यम से ग्राउंड पाथ। यह तेज़ है, और यह गलत है। स्थापना के दिन ब्रैकेट के बोल्ट्स ग्राउंडिंग कंडक्टर नहीं होते हैं, और वे कोई ऐसे ग्राउंडिंग कंडक्टर नहीं बन जाएँगे जो किसी तटीय यार्ड में दो सर्दियों के बाद भी नहीं होंगे।
• ट्रांसफॉर्मर के kVA के आधार पर आकारित अरेस्टर, बजाय सिस्टम ग्राउंडिंग के आधार पर। यूनिट की kVA रेटिंग का MCOV पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। ग्राउंडिंग विन्यास का प्रभाव पड़ता है, और यह ड्रॉइंग पर एक-लाइन उत्तर है।

एक और विफलता पहली विफलता के अंदर छुपी होती है। बाह्य डिस्कनेक्टर के साथ एक वितरण अरेस्टर अपना लीड गिरा देगा यदि अरेस्टर शॉर्ट में विफल हो जाता है, जो कि आप चाहते हैं — लेकिन डिस्कनेक्टर को एक वायु अंतर की आवश्यकता होती है जो स्पष्ट रहे। हमने ऐसे कैबिनेट खोले हैं जहाँ एक तार का एकल धागा, या एक मौसम के दौरान बना कीटों का घोंसला, उस अंतर को पार कर गया था। अरेस्टर अभी भी वहाँ मौजूद था। यह केवल कुछ भी सुरक्षित नहीं कर रहा था।

 

हम कैसे प्रत्येक ट्रांसफॉर्मर ऑर्डर में सर्ज सुरक्षा को शामिल करते हैं

रायन इलेक्ट्रिक 2007 से ट्रांसफॉर्मर का निर्माण कर रही है, और 2023 से हम ईटन के संयुक्त उद्यम साझेदार के रूप में कार्य कर रहे हैं। दानयांग संयंत्र में — 120,000 वर्ग मीटर क्षेत्रफल, 180 से अधिक उत्पादन और परीक्षण उपकरणों के सेट, 37 पेटेंट — डाय-इलेक्ट्रिक परीक्षण हॉल परियोजना विनिर्देश द्वारा आवश्यक नियमित परीक्षणों के साथ-साथ उन डिज़ाइनों पर आवेग परीक्षण भी करता है जिनकी आवश्यकता होती है, और नामपट्टिका पर अंकित BIL वह स्तर है जिस पर डिज़ाइन को योग्यता प्राप्त हुई है।

जब कोई ऑर्डर अरेस्टर्स को शामिल करता है, तो हम आपके द्वारा प्रदान की गई सिस्टम ग्राउंडिंग के आधार पर एमसीओवी का आकार निर्धारित करते हैं, बिल ऑफ मटेरियल्स में माउंटिंग ब्रैकेट और कवर की सूची बनाते हैं, और एक ग्राउंड पैड को वेल्ड करते हैं ताकि इंस्टॉलर के पास एक सीधा लैंडिंग बिंदु हो, न कि कोई सुविधाजनक बोल्ट। यूएल और सीएसए कार्यक्रमों में, ब्रैकेट, ग्राउंड पैड और टैंक बॉन्डिंग को असेंबली के हिस्से के रूप में समीक्षित किया जाता है, न कि क्षेत्र के सहायक उपकरणों के रूप में।

 

ट्रांसफॉर्मर सर्ज प्रोटेक्शन के लिए अपने आरएफक्यू में क्या शामिल करें

आरएफक्यू में चार पंक्तियाँ बाद में संशोधन बचा सकती हैं, और उनमें से कोई भी ड्रॉइंग्स पर खोजने में एक मिनट से अधिक समय नहीं लेती है।

• सिस्टम ग्राउंडिंग: प्रभावी रूप से ग्राउंडेड, प्रतिबाधा ग्राउंडेड, अनग्राउंडेड या डेल्टा — साथ ही अधिकतम सिस्टम वोल्टेज, केवल नाममात्र वोल्टेज नहीं।
• आवश्यक एमसीओवी यदि आपके पास पहले से ही यह है, तो और अरेस्टर क्लास जो आप निर्दिष्ट करने का इरादा रखते हैं।
• माउंटिंग विधि: टैंक ब्रैकेट, क्रॉस-आर्म, कैबिनेट के अंदर, या स्विचगियर क्यूबिकल।
• प्राप्त करने योग्य लीड लंबाई वास्तविक लेआउट में, और ग्राउंड पैड कहाँ स्थापित होगा।

उन चार उत्तरों के साथ एक-लाइन आरेख और साइट योजना भेजें, और हम अवरोधक का चयन, उसका निर्वहन वोल्टेज, लीड योगदान और परिणामी को वापस कर देंगे सुरक्षात्मक मार्जिन उद्धरण में — इसलिए चर्चा कागज पर, आपके डेस्क पर होती है, बजाय तूफान के बाद किसी उप-केंद्र में। आवेदन इंजीनियरिंग टीम तक [email protected] पर पहुँचें, या तेल-संग्रहीत परिवर्तक और पैड-माउंटेड ट्रांसफॉर्मर किसी विशिष्ट परियोजना के लिए आकार निर्धारण सहायता के लिए उत्पाद पृष्ठों को खोलें।

 

लेखक के बारे में

यह लेख रायन इलेक्ट्रिक (जियांगसू रायन इलेक्ट्रिक कं., लि.) की आवेदन इंजीनियरिंग टीम द्वारा तैयार किया गया था, जो उपयोगिता, डेटा केंद्र, औद्योगिक और बुनियादी ढांचा ग्राहकों के लिए वितरण, शक्ति और नवीकरणीय ऊर्जा परियोजनाओं पर काम करने वाला एक ट्रांसफॉर्मर निर्माता है। हमारे इंजीनियर उन्हीं डिज़ाइनों पर अवरोधक चयन, विद्युत रोधन समन्वय और ग्राउंडिंग विवरण निर्दिष्ट करते हैं जो हमारे दानयांग परीक्षण हॉल से गुजरते हैं। MCOV चयन या किसी विशिष्ट परियोजना पर सुरक्षात्मक मार्जिन के बारे में प्रश्नों के लिए, [email protected] पर लिखें।