11kV तेल ट्रांसफार्मर में वोल्टेज परिवर्तन प्रक्रिया को समझना

परिचय

शहरी और ग्रामीण वितरण नेटवर्क, औद्योगिक पार्क, फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन और अन्य बिजली प्रणाली परिदृश्यों में,11kV तेल में डूबे हुए ट्रांसफार्मरविद्युत पारेषण और वोल्टेज स्तर रूपांतरण के लिए मुख्य उपकरण के रूप में कार्य करें। कई खरीदार, इलेक्ट्रिकल इंजीनियर और परियोजना के सामान्य ठेकेदार ट्रांसफार्मर चयन के दौरान केवल रेटेड क्षमता और लोड हानि जैसे मापदंडों पर ध्यान केंद्रित करते हैं, जबकि ट्रांसफार्मर के अंदर संपूर्ण वोल्टेज परिवर्तन प्रक्रिया की व्यवस्थित समझ का अभाव होता है। 11kV तेल ट्रांसफार्मर के वोल्टेज परिवर्तन सिद्धांत को समझने से न केवल उपकरण चयन और गलती की भविष्यवाणी का समर्थन होता है, बल्कि संचालन और रखरखाव कर्मचारियों को उचित रूप से नियमित निरीक्षण की व्यवस्था करने और उपकरण डाउनटाइम जोखिमों को कम करने में भी मदद मिलती है। बुनियादी विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत से शुरू करते हुए, यह लेख 11kV तेल में डूबे ट्रांसफार्मर की पूरी वोल्टेज रूपांतरण प्रक्रिया को पूरी तरह से तोड़ता है, नो-लोड और ऑन-लोड ऑपरेशन स्थितियों के तहत वोल्टेज भिन्नता विशेषताओं को अलग करता है, और बताता है कि कैसे तेल में डूबी संरचना स्थिर और सुरक्षित वोल्टेज परिवर्तन सुनिश्चित करती है।

1. वोल्टेज परिवर्तन का मौलिक सिद्धांत: फैराडे का विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का नियम

सभी तेल में डूबे पावर ट्रांसफार्मर का वोल्टेज परिवर्तन फैराडे के विद्युत चुम्बकीय प्रेरण और मैग्नेटोमोटिव बल संतुलन सिद्धांत के नियम पर आधारित है। ट्रांसफार्मर घूमने वाले घटकों के बिना एक स्थिर विद्युत चुम्बकीय उपकरण है। यह वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्रों के माध्यम से विद्युत ऊर्जा को प्राथमिक पक्ष से द्वितीयक पक्ष में स्थानांतरित करता है। विद्युत ऊर्जा सीधे कंडक्टरों के माध्यम से प्रसारित नहीं होती है बल्कि चुंबकीय क्षेत्रों के माध्यम से युग्मित होती है।

11kV की प्राथमिक वाइंडिंगतेल ट्रांसफार्मर11kV AC हाई-वोल्टेज बिजली आपूर्ति से जुड़ा है। प्राथमिक वाइंडिंग के माध्यम से बहने वाली प्रत्यावर्ती धारा सिलिकॉन स्टील शीट द्वारा रखे गए लोहे के कोर के अंदर वैकल्पिक चुंबकीय प्रवाह उत्पन्न करती है। लौह कोर चुंबकीय प्रवाह को अधिकतम सीमा तक सीमित करने और चुंबकीय रिसाव के कारण होने वाली ऊर्जा हानि को कम करने के लिए उच्च चुंबकीय पारगम्यता के साथ कोल्ड-रोल्ड सिलिकॉन स्टील को अपनाता है। प्रत्यावर्ती चुंबकीय प्रवाह प्राथमिक और द्वितीयक दोनों वाइंडिंग से एक साथ गुजरता है। विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम के अनुसार, प्रत्यावर्ती चुंबकीय क्षेत्र क्रमशः दो वाइंडिंग में विद्युत प्रभाव उत्पन्न करता है।

वाइंडिंग का प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल वाइंडिंग के घुमावों की संख्या और चुंबकीय प्रवाह परिवर्तन की दर के समानुपाती होता है। सूत्र को E=4.44 के रूप में व्यक्त किया गया हैfएन*Φ. जहां E प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल के लिए है, f ग्रिड आवृत्ति है, N घुमावदार घुमावों की संख्या का प्रतिनिधित्व करता है, और Φ मुख्य चुंबकीय प्रवाह है। यह सूत्र सीधे वोल्टेज परिवर्तन संबंध को निर्धारित करता है: प्राथमिक और माध्यमिक पक्षों पर प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल का अनुपात दो वाइंडिंग के टर्न अनुपात के बराबर होता है। संक्षेप में, अधिक घुमावदार घुमावों वाले पक्ष में प्रेरित वोल्टेज अधिक होता है, जबकि कम घुमावों वाले पक्ष में कम वोल्टेज होता है। ट्रांसफार्मर के लिए वोल्टेज बढ़ाने या घटाने का यह बुनियादी तर्क है।

मानक 11kV वितरण तेल में डूबे ट्रांसफार्मर के लिए, प्राथमिक पक्ष का रेटेड वोल्टेज 11kV है, और द्वितीयक पक्ष आमतौर पर कारखानों और आवासीय भवनों के लिए 0.4kV कम-वोल्टेज बिजली का उत्पादन करता है। प्राथमिक वाइंडिंग में द्वितीयक वाइंडिंग की तुलना में कहीं अधिक मोड़ होते हैं, इसलिए यह स्टेप-डाउन ट्रांसफार्मर के रूप में काम करता है। स्टेप-अप अनुप्रयोगों के लिए, वाइंडिंग के टर्न अनुपात को समायोजित करके वोल्टेज को उल्टा बढ़ाया जा सकता है।

2. नो-लोड स्थिति के तहत वोल्टेज परिवर्तन प्रक्रिया

नो-लोड स्थिति का मतलब है कि ट्रांसफार्मर का द्वितीयक पक्ष किसी भी लोड से जुड़ा नहीं है और द्वितीयक सर्किट खुला है, इसलिए द्वितीयक पक्ष पर कोई करंट प्रवाहित नहीं होता है। जब 11kV उच्च वोल्टेज प्राथमिक वाइंडिंग से जुड़ा होता है, तो प्राथमिक पक्ष पर एक छोटा नो-लोड उत्तेजना प्रवाह उत्पन्न होता है। इस धारा का कार्य लौह कोर के मुख्य चुंबकीय प्रवाह को स्थापित करना है। इस समय, प्राथमिक पक्ष पर इनपुट वोल्टेज मूल रूप से प्राथमिक वाइंडिंग के प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल के साथ संतुलित होता है। वैकल्पिक चुंबकीय प्रवाह की क्रिया के तहत, द्वितीयक वाइंडिंग संबंधित रेटेड वोल्टेज को प्रेरित करती है।

नो-लोड स्थितियों के तहत, ट्रांसफार्मर का वोल्टेज अनुपात लगभग वाइंडिंग टर्न अनुपात के बराबर होता है। हालाँकि, नो-लोड ऑपरेशन के दौरान दो गैर-नगण्य घटनाएँ मौजूद होती हैं: नो-लोड हानि और नो-लोड वोल्टेज विचलन। लौह कोर के हिस्टैरिसीस नुकसान और एड़ी वर्तमान नुकसान से नो-लोड नुकसान होता है, जो पूरी तरह से गर्मी में परिवर्तित हो जाता है और ट्रांसफार्मर के अंदर इन्सुलेटिंग तेल द्वारा ले जाया जाता है। इस बीच, उत्तेजना धारा के कारण एक छोटी वोल्टेज गिरावट होगी। इसलिए, बाद में लोड किए गए ऑपरेशन में उत्पन्न वोल्टेज ड्रॉप की भरपाई के लिए नो-लोड सेकेंडरी वोल्टेज रेटेड आउटपुट वोल्टेज से थोड़ा अधिक है। 11kV का नल परिवर्तकतेल में डूबा ट्रांसफार्मरइसका उपयोग नो-लोड स्थितियों के तहत प्राथमिक वाइंडिंग के प्रभावी घुमावों को समायोजित करने, आउटपुट वोल्टेज को ठीक करने और पावर ग्रिड के इनपुट वोल्टेज के उतार-चढ़ाव को ऑफसेट करने के लिए किया जाता है।

3. लोडेड ऑपरेशन के तहत वोल्टेज परिवर्तन प्रक्रिया

जब द्वितीयक पक्ष विद्युत भार से जुड़ा होता है, तो द्वितीयक वाइंडिंग सर्किट संचालित होता है और द्वितीयक पक्ष पर लोड करंट उत्पन्न होता है। द्वितीयक धारा रिवर्स मैग्नेटोमोटिव बल उत्पन्न करती है, जो लौह कोर के मुख्य चुंबकीय प्रवाह को कमजोर कर देती है। मुख्य चुंबकीय प्रवाह को लगभग स्थिर रखने और वोल्टेज स्थिरता की गारंटी देने के लिए, प्राथमिक वाइंडिंग स्वचालित रूप से इनपुट करंट को बढ़ाएगी और द्वितीयक पक्ष पर मैग्नेटोमोटिव बल का प्रतिकार करने और मैग्नेटोमोटिव बल संतुलन बनाए रखने के लिए नया मैग्नेटोमोटिव बल उत्पन्न करेगी। यह आंतरिक तंत्र है कि लोड बढ़ने पर ट्रांसफार्मर प्राथमिक पक्ष का इनपुट करंट समकालिक रूप से बढ़ता है।

लोडेड ऑपरेशन के दौरान, वाइंडिंग में स्वयं प्रतिरोध और रिसाव प्रतिक्रिया होती है। वाइंडिंग के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा वोल्टेज में गिरावट पैदा करती है। परिणामस्वरूप, द्वितीयक पक्ष का आउटपुट वोल्टेज लोड परिमाण और लोड पावर फैक्टर के साथ बदलता है। भार जितना अधिक होगा, द्वितीयक वोल्टेज ड्रॉप उतना ही अधिक स्पष्ट होगा। आगमनात्मक भार वोल्टेज ड्रॉप को बढ़ा देगा, जबकि कैपेसिटिव लोड वोल्टेज बढ़ा सकता है। यही कारण है कि बिजली वितरण डिजाइन में वोल्टेज विनियमन दर की गणना करने की आवश्यकता है।

11kV तेल में डूबे ट्रांसफार्मर के अंदर का इंसुलेटिंग तेल पूरे वोल्टेज परिवर्तन प्रक्रिया में दोहरे कार्य करता है। सबसे पहले, यह उच्च-वोल्टेज और कम-वोल्टेज वाइंडिंग को अलग करने और विभिन्न क्षमता के घटकों के बीच टूटने और शॉर्ट सर्किट को रोकने के लिए इन्सुलेट माध्यम के रूप में कार्य करता है। दूसरा, यह लोहे की कोर और वाइंडिंग के विद्युत चुम्बकीय नुकसान से उत्पन्न गर्मी को दूर करने के लिए शीतलन माध्यम के रूप में कार्य करता है। निरंतर और स्थिर गर्मी अपव्यय घुमावदार इन्सुलेशन उम्र बढ़ने से बच सकता है और यह सुनिश्चित कर सकता है कि लंबे समय तक वोल्टेज परिवर्तन के दौरान कोई इन्सुलेशन विफलता न हो। तेल टैंक, रेडिएटर और कंजर्वेटर मिलकर तेल के तापमान को सुरक्षित सीमा के भीतर रखने और निरंतर और विश्वसनीय विद्युत चुम्बकीय रूपांतरण सुनिश्चित करने के लिए शीतलन प्रणाली बनाते हैं।

4. 11kV ट्रांसफार्मर की वोल्टेज परिवर्तन गुणवत्ता को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारक

लौह कोर सामग्री: कम हानि वाली सिलिकॉन स्टील शीट उत्तेजना धारा को कम करती हैं, चुंबकीय प्रवाह विरूपण को कम करती हैं और प्रेरित इलेक्ट्रोमोटिव बल को स्थिर करती हैं। निम्न लौह कोर नो-लोड करंट को बढ़ाएगा, वोल्टेज तरंग को विकृत करेगा और हार्मोनिक्स को बढ़ाएगा।

वाइंडिंग तकनीक: वाइंडिंग की सघनता और इन्सुलेशन ग्रेड सीधे वाइंडिंग के रिसाव प्रतिक्रिया को निर्धारित करते हैं और वोल्टेज विनियमन दर को प्रभावित करते हैं। क्षतिग्रस्त वाइंडिंग इन्सुलेशन इंटर-टर्न शॉर्ट सर्किट को ट्रिगर करेगा और वोल्टेज परिवर्तन को पूरी तरह से नष्ट कर देगा।

ग्रिड इनपुट में उतार-चढ़ाव: 11kV आने वाला वोल्टेज स्थिर नहीं है। पावर ग्रिड के पीक और वैली लोड परिवर्तन से फ्लोटिंग इनपुट वोल्टेज उत्पन्न होता है। टैप परिवर्तक द्वितीयक आउटपुट को स्थिर करने के लिए घुमावदार घुमावों को समायोजित कर सकता है।

लोड विशेषताएँ: लोड परिमाण और पावर फैक्टर वोल्टेज ड्रॉप आयाम निर्धारित करते हैं, जो बिजली वितरण योजना डिजाइन के लिए एक आवश्यक संकेतक है।

5. वोल्टेज परिवर्तन की सामान्य असामान्य घटना और संक्षिप्त विश्लेषण

व्यावहारिक संचालन और रखरखाव परिदृश्यों में, असामान्य वोल्टेज परिवर्तन विभिन्न लक्षण प्रस्तुत करता है। उदाहरण के लिए, कम माध्यमिक वोल्टेज आमतौर पर कम आने वाले वोल्टेज, अत्यधिक भार या वाइंडिंग कनेक्टर के खराब संपर्क के कारण होता है। विकृत वोल्टेज तरंग रूप संभवतः लौह कोर संतृप्ति और अत्यधिक हार्मोनिक भार से प्रेरित होता है। यदि आंशिक डिस्चार्ज और तेल के तापमान में तेज वृद्धि होती है, तो इंसुलेटिंग तेल ख़राब हो सकता है, और उच्च और निम्न वोल्टेज वाइंडिंग्स का इंसुलेशन क्षतिग्रस्त हो जाता है, जिससे किसी भी समय टूटने का खतरा होता है।

संचालन और रखरखाव कर्मियों को वोल्टेज परिवर्तन स्थिति की निगरानी के लिए नियमित रूप से प्राथमिक और माध्यमिक वोल्टेज, तेल क्रोमैटोग्राफी और घुमावदार डीसी प्रतिरोध को मापने की आवश्यकता होती है। एक बार जब रेटेड मूल्य से वोल्टेज विचलन का पता चल जाता है, तो उपकरण जलने और बिजली आउटेज दुर्घटनाओं को रोकने के लिए परेशानियों को तुरंत समाप्त कर दिया जाएगा।

निष्कर्ष

11kV तेल में डूबे ट्रांसफार्मरवैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र युग्मन पर निर्भर स्थिर वोल्टेज परिवर्तन का एहसास करें, और मोड़ अनुपात सैद्धांतिक वोल्टेज अनुपात निर्धारित करता है। नो-लोड और लोडेड कार्य स्थितियों के तहत वोल्टेज परिवर्तन विशेषताएँ काफी भिन्न होती हैं। इंसुलेटिंग ऑयल सिस्टम संपूर्ण विद्युत चुम्बकीय रूपांतरण प्रक्रिया के लिए इन्सुलेशन सुरक्षा और गर्मी अपव्यय समर्थन प्रदान करता है। संपूर्ण वोल्टेज परिवर्तन प्रक्रिया को पूरी तरह से समझने से इंजीनियरों को उपकरण के प्रदर्शन का उचित मूल्यांकन करने और असामान्य वोल्टेज के कारण होने वाले बिजली आपूर्ति जोखिमों से बचने में मदद मिलती है, चाहे ट्रांसफार्मर खरीद, पावर ग्रिड डिजाइन या ऑन-साइट रखरखाव के लिए हो। फोटोवोल्टिक ग्रिड कनेक्शन, फैक्ट्री बिजली वितरण और शहरी वितरण नेटवर्क नवीकरण परियोजनाओं में, इस सिद्धांत में महारत हासिल करने से ट्रांसफार्मर क्षमता और वोल्टेज स्तर की योजनाओं का बेहतर मिलान हो सकता है और बिजली आपूर्ति प्रणालियों का स्थिर संचालन सुनिश्चित हो सकता है।