पावर सिस्टम न्यूट्रल ग्राउंडिंग मेथड्स: इलेक्ट्रिकल इंजीनियर के लिए एक संपूर्ण गाइड

परिचय

 

विद्युत ऊर्जा प्रणालियों में, ट्रांसफार्मर या जनरेटर के तटस्थ बिंदु को जिस तरह से ग्राउंड किया जाता है, वह सिस्टम की सुरक्षा, विश्वसनीयता और इन्सुलेशन डिजाइन को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। तटस्थ ग्राउंडिंग विधि सीधे दोष वर्तमान परिमाण, ओवरवॉल्टेज स्तर, सुरक्षा योजना जटिलता और समग्र बिजली गुणवत्ता को प्रभावित करती है।

सही न्यूट्रल ग्राउंडिंग विधि का चयन करना पावर सिस्टम इंजीनियरिंग में सबसे मौलिक डिजाइन निर्णयों में से एक है। यह व्यापक मार्गदर्शिका बिजली प्रणालियों में तीन सबसे व्यापक रूप से अपनाई जाने वाली तटस्थ बिंदु ग्राउंडिंग विधियों, उनके संचालन सिद्धांतों, फायदे, सीमाओं और विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्यों की पड़ताल करती है।

तटस्थ ग्राउंडिंग विधियों का वर्गीकरण

 

पावर सिस्टम तटस्थ ग्राउंडिंग विधियों को मोटे तौर पर वर्गीकृत किया गया हैदो श्रेणियां:

1. बड़ा ग्राउंड-फॉल्ट करंट सिस्टम

इन प्रणालियों में, तटस्थ बिंदु को कम प्रतिबाधा के माध्यम से सीधे ग्राउंडेड या ग्राउंडेड किया जाता है। जब एक एकल चरण {{2} से {{3} तक ग्राउंड फॉल्ट होता है, तो फॉल्ट पथ के माध्यम से एक बड़ा शॉर्ट सर्किट करंट प्रवाहित होता है, जिससे सुरक्षात्मक रिले द्वारा तेजी से और चयनात्मक फॉल्ट का पता लगाना संभव हो जाता है।

2. छोटा ग्राउंड-फॉल्ट करंट सिस्टम

इन प्रणालियों में, तटस्थ बिंदु या तो अनग्राउंडेड होता है, आर्क सप्रेशन कॉइल (पीटरसन कॉइल) के माध्यम से ग्राउंडेड होता है, या उच्च प्रतिबाधा के माध्यम से ग्राउंडेड होता है। बड़े ग्राउंड {{2}फ़ॉल्ट करंट सिस्टम की तुलना में ग्राउंड {{1} फ़ॉल्ट करंट काफी छोटा होता है, जो अस्थायी रूप से निरंतर संचालन की अनुमति देता है लेकिन इसके लिए विशेष पहचान तंत्र की आवश्यकता होती है।

सभी तटस्थ ग्राउंडिंग कॉन्फ़िगरेशन के बीच, दुनिया भर में तीन तरीकों का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है:

निराधार तटस्थ व्यवस्था(तटस्थ बिंदु जमीन से जुड़ा नहीं है)

आर्क सप्रेशन कॉइल ग्राउंडेड सिस्टम(पीटरसन कॉइल के माध्यम से ग्राउंड किया गया तटस्थ बिंदु)

ठोस आधार वाली तटस्थ प्रणाली(तटस्थ बिंदु सीधे जमीन से जुड़ा हुआ)

 

1. भूमिगत तटस्थ प्रणाली

 

परिचालन सिद्धांत

एक भूमिगत तटस्थ प्रणाली (जिसे पृथक तटस्थ प्रणाली के रूप में भी जाना जाता है) में, ट्रांसफार्मर या जनरेटर का तटस्थ बिंदु भौतिक रूप से पृथ्वी से जुड़ा नहीं होता है। जब इस प्रणाली में एक एकल {{1}चरण-से{{3}ग्राउंड फॉल्ट होता है, तो फॉल्ट एक छोटा {{4}सर्किट पथ नहीं बनाता है। इसके बजाय, दोष बिंदु के माध्यम से बहने वाली धारा पूरी तरह से सिस्टम की कैपेसिटिव धारा है, जो गैर-दोष चरणों के वितरित कैपेसिटेंस के माध्यम से जमीन पर बहती है।

प्रमुख विशेषताएँ

आपूर्ति की निरंतरता

अनग्राउंडेड न्यूट्रल सिस्टम के प्राथमिक लाभों में से एक यह है कि एकल चरण ग्राउंड फॉल्ट से बिजली की आपूर्ति बाधित नहीं होती है। चूंकि चरण{{2}से{{3}चरण वोल्टेज अपरिवर्तित रहता है, चरण वोल्टेज से जुड़े भार सामान्य रूप से काम करना जारी रख सकते हैं। यह भूमिगत प्रणाली को उन औद्योगिक सुविधाओं के लिए विशेष रूप से आकर्षक बनाता है जहां सेवा निरंतरता महत्वपूर्ण है।

गैर - दोष चरणों पर वोल्टेज उन्नयन

हालाँकि, यह लाभ एक महत्वपूर्ण जोखिम के साथ आता है। जब एक चरण को ग्राउंड किया जाता है, तो गैर-फ़ॉल्ट चरणों का वोल्टेज उनके सामान्य चरण के √3 गुना (लगभग 1.732 गुना) तक बढ़ जाता है। इसका मतलब यह है कि ग्राउंड फॉल्ट के दौरान सिस्टम के सभी उपकरणों का इन्सुलेशन लाइन - से {{8} लाइन वोल्टेज के अधीन होता है।

⚠️ तकनीकी नोट:एकल चरण ग्राउंड फॉल्ट स्थितियों के तहत लंबे समय तक संचालन की अनुमति नहीं है। गैर-त्रुटि वाले चरणों पर बढ़ा हुआ वोल्टेज कमजोर बिंदुओं पर इन्सुलेशन टूटने का कारण बन सकता है, जिससे संभावित रूप से दो-चरणीय ग्राउंड शॉर्ट सर्किट हो सकता है, जो कहीं अधिक गंभीर खराबी है जो व्यापक उपकरण क्षति का कारण बन सकता है।

आंतरायिक आर्क ग्राउंडिंग और ओवरवॉल्टेज

आर्क स्वयं को बुझाने की समस्या-

जबकैपेसिटिव ग्राउंड - फॉल्ट करंटअपेक्षाकृत बड़ा होने पर, दोष बिंदु पर चाप को स्वयं बुझाना कठिन हो जाता है। कुछ मामलों में, एआंतरायिक चाप- जो समय-समय पर बुझ जाता है और पुनः प्रज्वलित हो जाता है - वह जमीनी गलती वाले स्थान पर बन सकता है।

ओवरवोल्टेज तंत्र

पावर नेटवर्क अनिवार्य रूप से एक एलसी ऑसीलेशन सर्किट है जो इंडक्शन और कैपेसिटेंस से बना है। एक आंतरायिक चाप उच्च आवृत्ति दोलन उत्पन्न करता है, जिससे चरण पर ओवरवोल्टेज उत्पन्न होता है, जो जमीन इन्सुलेशन तक पहुंच सकता है।सामान्य चरण वोल्टेज (यूएक्स) से 2.5 से 3 गुना.

ये ओवरवॉल्टेज पूरे विद्युतीय रूप से जुड़े नेटवर्क में फैलते हैं, जिससे नाटकीय रूप से अन्य चरणों पर इन्सुलेशन फ्लैशओवर का खतरा बढ़ जाता है - जो बढ़ सकता हैदो-चरण ग्राउंड फॉल्टऔर विद्युत उपकरणों को गंभीर क्षति पहुंचाते हैं।

 

वर्तमान सीमाएँ और मानक

 

चाप से संबंधित ओवरवॉल्टेज क्षति को रोकने के लिए, उद्योग मानक सख्त सीमाएं लगाते हैंग्राउंड-फ़ॉल्ट कैपेसिटिव करंटअनग्राउंडेड सिस्टम में:

वोल्टेज स्तर	अधिकतम ग्राउंड-फ़ॉल्ट कैपेसिटिव करंट	तर्क
3-10 के.वी	30 ए से कम या उसके बराबर	आर्क इस सीमा से ऊपर स्वयं नहीं बुझ सकता
20-60 के.वी	10 ए से कम या उसके बराबर	उच्च वोल्टेज आर्क को बुझाना कठिन बना देता है; ओवरवॉल्टेज इन्सुलेशन के लिए अधिक खतरनाक है

के लिए3-10 केवी नेटवर्क, यदि एकल -चरण ग्राउंड कैपेसिटिव करंट 30A से अधिक है, तो दोष बिंदु पर चाप स्वयं बुझ नहीं सकता है। के लिए20-60 केवी नेटवर्क, स्थिति और भी गंभीर है - आंतरायिक आर्क के कारण होने वाला ओवरवॉल्टेज बड़ा है, जो उपकरण इन्सुलेशन के लिए अधिक खतरा पैदा करता है, और उच्च वोल्टेज आर्क सेल्फ विलुप्त होने को और अधिक कठिन बना देता है। इसलिए, इन वोल्टेज स्तरों पर ग्राउंड फॉल्ट करंट सीमा 10A तक कम हो जाती है।

 

निगरानी और सुरक्षा आवश्यकताएँ

 

अनग्राउंडेड न्यूट्रल सिस्टम में, विशेष ग्राउंड {{0} फ़ॉल्ट मॉनिटरिंग उपकरण स्थापित किए जाने चाहिए। ये उपकरण ऑपरेटरों को निम्न में सक्षम बनाते हैं:

वोल्टेज रिले योजनाओं के माध्यम से एकल {{0}चरण ग्राउंड दोषों का तुरंत पता लगाएं जो शून्य {{1}अनुक्रम वोल्टेज (विस्थापन वोल्टेज) की निगरानी करते हैं।

दोषपूर्ण फीडर की पहचान करेंडायरेक्शनल ग्राउंड - फ़ॉल्ट रिले या पल्स इंजेक्शन विधियों का उपयोग करना

दोषपूर्ण अनुभाग को अलग करेंइससे पहले कि यह अधिक गंभीर दोष में बदल जाए

इन्सुलेशन डिज़ाइन संबंधी विचार

क्योंकि गैर--फ़ॉल्ट चरण वोल्टेज बढ़ जाते हैंलाइन-से-लाइन वोल्टेजग्राउंड फॉल्ट के दौरान, अनग्राउंडेड सिस्टम में सभी चरण {{0} से - ग्राउंड इन्सुलेशन के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिएपूरी लाइन-से-लाइन वोल्टेज, न कि केवल चरण-से{{1}ग्राउंड वोल्टेज। इससे इन्सुलेशन लागत बढ़ जाती है, खासकर उच्च वोल्टेज स्तर पर।

 

विशिष्ट अनुप्रयोग

अनग्राउंडेड न्यूट्रल सिस्टम का उपयोग आमतौर पर किया जाता है:

निम्न और मध्यम वोल्टेज औद्योगिक नेटवर्क(3-10 केवी) जहां सेवा निरंतरता को प्राथमिकता दी जाती है

बिजली संयंत्रों की सहायक प्रणालियाँजहां अस्थायी ग्राउंड फॉल्ट ऑपरेशन स्वीकार्य है

कम कुल कैपेसिटिव करंट वाले सिस्टम(शॉर्ट केबल नेटवर्क, ओवरहेड लाइन नेटवर्क)

फायदे और नुकसान सारांश

 

भूमिगत तटस्थ प्रणालियों के लाभ

निर्बाध विद्युत आपूर्तिएकल-चरण ग्राउंड दोष के दौरान

निम्न भूमि-दोष धारागलती वाले स्थान पर क्षति को कम करता है

तत्काल ट्रिपिंग की कोई जरूरत नहीं- गलती के स्थान और नियोजित अलगाव के लिए समय की अनुमति देता है

कम कदम और स्पर्श वोल्टेजजमीनी खराबी के दौरान

भूमिगत तटस्थ प्रणालियों के नुकसान

ओवरवॉल्टेज जोखिम- आंतरायिक चाप 2.5-3× ओवरवॉल्टेज का कारण बन सकते हैं

पूरी लाइन-से-लाइन इन्सुलेशन की आवश्यकता है- उपकरण लागत बढ़ाता है

दोष का पता लगाना कठिन- छोटी जमीन-फॉल्ट करंट चयनात्मक सुरक्षा को चुनौतीपूर्ण बना देता है

गलती बढ़ने का खतरा- लंबे समय तक संचालन से दो - चरणीय ग्राउंड दोष हो सकते हैं

सख्त कैपेसिटिव वर्तमान सीमाएँ- बड़े कैपेसिटिव करंट वाले नेटवर्क के लिए उपयुक्त नहीं है

 

निष्कर्ष

 

निराधार तटस्थ प्रणालीमूल्यवान सेवा निरंतरता लाभ प्रदान करता है, विशेष रूप से मध्यम {{0}वोल्टेज औद्योगिक अनुप्रयोगों में। हालाँकि, ओवरवॉल्टेज जोखिमों, कठोर कैपेसिटिव करंट सीमाओं और इन्सुलेशन लागत दंडों सहित इसकी सीमाएँ - सिस्टम डिज़ाइन के दौरान सावधानीपूर्वक मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

जब ग्राउंड - फॉल्ट कैपेसिटिव करंट स्वीकार्य सीमा से अधिक हो जाता है, तो सिस्टम को एक में परिवर्तित होना चाहिएआर्क सप्रेशन कॉइल ग्राउंडेड सिस्टमया वैकल्पिक ग्राउंडिंग तरीके अपनाएं। हमारे सहयोगी लेख में,"आर्क सप्रेशन कॉइल और पावर सिस्टम में सॉलिड ग्राउंडिंग: टेक्निकल डीप डाइव,"हम इन दो महत्वपूर्ण ग्राउंडिंग विधियों का विस्तार से पता लगाते हैं, जिसमें उनके संचालन सिद्धांत, सुरक्षा योजनाएं और उच्च वोल्टेज पावर नेटवर्क के लिए एप्लिकेशन दिशानिर्देश शामिल हैं।