अर्थिंग ग्रिड का व्यापक अध्ययन

अवलोकन

सेफग्रिड अर्थिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग करके अर्थिंग ग्रिड का व्यापक अध्ययन किया गया है, जिसे दो-परत वाली मिट्टी में मनमाने ज्यामितीय विन्यास के ग्रिड के प्रदर्शन का निर्धारण करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। अध्ययन सीडीईजीएस नामक सॉफ्टवेयर का उपयोग करके किए गए दवालिबी और मुखेडकर के काम की पुष्टि करता है।

विभिन्न प्रकार के पृथ्वी ग्रिड विन्यास और मृदा मॉडल का विश्लेषण किया गया। महत्वपूर्ण भौतिक मापदंडों में विविधता लाई गई है और सुरक्षा से संबंधित परिणामों की गणना की गई है; जिसमें ग्राउंड प्रतिरोध, ग्राउंड संभावित वृद्धि, और स्पर्श, और चरण क्षमता शामिल हैं।

इस अध्ययन के परिणाम निम्नलिखित को सिद्ध करने का लक्ष्य रखते हैं:

• विश्लेषण की सरलीकृत विधियां, जैसे कि IEEE मानक 80 में प्रस्तुत समीकरण, बहुत अधिक धारणाएं बनाते हैं तथा भूसंपर्कन प्रणालियों के प्रदर्शन का सटीक पूर्वानुमान लगाने में विफल रहते हैं।
• प्राप्त परिणाम भौतिक सिद्धांत से सहमत हैं तथा अन्य समान शोध एवं अध्ययनों के परिणामों से काफी मेल खाते हैं।

सॉफ़्टवेयर

सेफग्रिड का मुख्य एल्गोरिदम सिद्ध विद्युतचुंबकीय समीकरणों और परिमित तत्व तकनीक पर आधारित है, तथा कई दशकों के क्षेत्रीय परीक्षणों के माध्यम से इसकी पुष्टि की गई है।

मॉडलिंग क्षमताएं:

• मनमाने ज्यामितीय विन्यास की ग्राउंडिंग प्रणालियाँ।
• बहुपरत मृदा मॉडलिंग.
• सतह, स्पर्श और चरण क्षमता का त्रि-आयामी (3D) विश्लेषण।

मृदा मॉडल

इस रिपोर्ट में दो तरह के मृदा मॉडल का इस्तेमाल किया गया है; एकसमान मृदा और दो-परत वाली मृदा। हालाँकि, सेफग्रिड बहुपरत मृदा का भी मॉडल बना सकता है। बहुपरत मृदा में अर्थिंग सिस्टम के प्रदर्शन पर लेख देखें।

ग्राउंडिंग सिस्टम के सटीक मॉडलिंग के लिए दो-परत मिट्टी मॉडल का उपयोग करना आवश्यक है। ऐसा इसलिए है क्योंकि ग्राउंड प्रतिरोध, चरण और स्पर्श क्षमता ऊपरी और निचली मिट्टी परतों दोनों का एक कार्य है।

दो-परत मॉडल में परिमित मोटाई की प्रतिरोधकता ρ ₁ की एक ऊपरी परत और अनंत गहराई की प्रतिरोधकता ρ ₂ की एक निचली परत शामिल होती है।

IEEE मानक 80 में कहा गया है कि समतुल्य दो-परत पृथ्वी मॉडल पर आधारित ग्राउंडिंग इलेक्ट्रोड का प्रतिनिधित्व सुरक्षित ग्राउंडिंग प्रणाली को डिजाइन करने के लिए पर्याप्त है।

¹ परावर्तन कारक, K = (ρ ₂ – ρ ₁ )/ (ρ ₂ + ρ ₁ )

ग्रिड मामलों का विश्लेषण

तालिका 2 में दर्शाए गए सरल भूयोजन ग्रिडों का विस्तार से विश्लेषण किया गया।

सेफग्रिड किसी भी मनमाने ग्राउंडिंग कंडक्टर कॉन्फ़िगरेशन को मॉडल कर सकता है।

ये भूसंपर्कन ग्रिड सामान्यतः वर्गाकार या आयताकार ग्रिड होते थे, जिनमें समान दूरी पर समान लम्बाई के कंडक्टर युक्त जालियाँ होती थीं।

मिट्टी के ग्रिड की गहराई 0.01 मीटर से 100 मीटर तक भिन्न थी। दो-परत मिट्टी मॉडल के लिए शीर्ष परत की गहराई 0.1 मीटर से 100 मीटर तक भिन्न थी।

तालिका 2 में दिखाए गए गणना परिणामों के मान निश्चित पैरामीटर मानों के लिए हैं जैसा कि संकेत दिया गया है। ये पैरामीटर पैरामीट्रिक विश्लेषण के दौरान भिन्न समान सरल ग्रिड के लिए थे।

परिणाम

सतह, स्पर्श और चरण क्षमता

विभिन्न ग्रिड विन्यासों के लिए पृथ्वी सतह विभव, स्पर्श विभव और चरण विभव के आरेख क्रमशः चित्र 1, 2 और 3 में दिए गए हैं।

कंडक्टरों (या जालों) की संख्या बढ़ाने से निम्नलिखित प्रभाव होते हैं:

• ग्रिड प्रतिरोध (R) कम हो जाता है.
• ग्रिड संभावित वृद्धि (जीपीआर) कम हो जाती है क्योंकि जीपीआर = आर * फॉल्ट करंट।
• अधिकतम पृथ्वी सतह क्षमता कम हो जाती है.
• स्पर्श क्षमता कम हो जाती है (चित्र 2)।
• सबसे खराब स्पर्श क्षमता ग्रिड के किनारे की ओर बढ़ती है। जाल की संख्या में वृद्धि के लिए चित्र 2 में वक्रों की अवतलता में वृद्धि द्वारा दिखाया गया है।

ध्यान दें कि यह अंतिम अवलोकन एकसमान मिट्टी, सकारात्मक परावर्तन कारक K और समान रूप से दूरी वाले ग्रिड कंडक्टरों के लिए लागू होता है। अन्यथा सबसे खराब स्पर्श क्षमता के स्थान की भविष्यवाणी करना मुश्किल है।

चालकों के साथ धारा घनत्व

विभिन्न ग्रिड व्यवस्थाओं और मृदा प्रतिरोधकता संरचनाओं के लिए चालकों के लिए धारा घनत्व चित्र 4, 5 और 6 में दर्शाया गया है।

ग्रिड फॉल्ट करंट लागू किया जाना ग्रिड कंडक्टरों की कुल लंबाई पर निर्भर करता है, जहाँ एक विशेष व्यवस्था के लिए कंडक्टर के प्रत्येक 30 मीटर के लिए 1000 A लगाया जाता है। उदाहरण के लिए, एक एकल जाल के लिए जिसमें 4 x 30 मीटर कंडक्टर होते हैं, लागू किया गया फॉल्ट करंट 4 x 1000 A था।

ग्रिड कंडक्टरों के साथ धारा घनत्व वितरण एक समान नहीं है, बल्कि एक जटिल कार्य है जो निम्न के अनुसार भिन्न होता है:

1. ग्रिड व्यवस्था (अर्थात जालों की संख्या आदि)
2. अन्य कंडक्टरों के संबंध में कंडक्टर का स्थान; और
3. मृदा प्रतिरोधकता संरचना

जब ऊपरी परत की मिट्टी की प्रतिरोधकता निचली परत से कम होती है (यानी K>0) तो धारा घनत्व कंडक्टरों के सिरों की ओर केंद्रित होता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि धारा ऊपरी मिट्टी की परत के भीतर ही रहती है और मिट्टी में फैलते ही फैल जाती है।

When the lower layer soil resistivity is higher than the top layer (i.e. K<0) the current density at the centre of the conductors can be just as high as at the ends.  This is because the fault current escapes directly downwards toward the lower resistivity bottom layer.

दफन पृथ्वी ग्रिड के केंद्र में कंडक्टरों (चित्र 5 और चित्र 6 में धराशायी रेखाएं) की तुलना में किनारे पर कंडक्टरों का वर्तमान अपव्यय अधिक है (चित्र 5 और चित्र 6 में ठोस रेखाएं)।

ग्रिड प्रतिरोध पर ऊपरी मिट्टी परत का प्रभाव

चित्र 7 और चित्र 8 में 0.5 मीटर गहराई पर दबे एक साधारण 30 x 30 मीटर जाल (M4 और M16) के लिए दिखाया गया है कि ग्रिड प्रतिरोध ऊपरी मृदा परत की मोटाई के साथ किस प्रकार बदलता है।

ऊपरी परत की मिट्टी की प्रतिरोधकता स्थिर होती है जबकि निचली मिट्टी की परत की प्रतिरोधकता अलग-अलग परावर्तन कारकों (K) को प्राप्त करने के लिए बदलती रहती है। ग्रिड प्रतिरोध की गणना ऊपरी मिट्टी परत की अलग-अलग गहराई के लिए की जाती है।

ऊपरी मृदा परत की गहराई में परिवर्तन से निम्नलिखित प्रभाव होते हैं:

• एकसमान मृदा मॉडल (नियंत्रण मामले) के लिए ग्रिड प्रतिरोध पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।
• निम्न उच्च मृदा मॉडल (K>0) के लिए जैसे-जैसे ऊपरी मृदा परत की गहराई बढ़ती है, ग्रिड प्रतिरोध कम होता जाता है।
• For high on low soil model (K<0) as the depth of the top soil layer is increased grid resistance goes up.
• जैसे-जैसे शीर्ष परत की गहराई अनंत के करीब पहुंचती है, ग्रिड प्रतिरोध एकसमान मृदा मॉडल के साथ अभिसरित हो जाता है।

सभी मामलों में ऊपरी मृदा परत की 0.5 मीटर गहराई (जो ग्रिड के दफ़न की गहराई के अनुरूप है) पर ग्रिड प्रतिरोध में अचानक परिवर्तन पर ध्यान दें।
यह दिखाया गया है कि ग्रिड प्रतिरोध निचली मिट्टी की परत से प्रभावित होता है, खासकर उच्च प्रतिरोधकता वाली निचली मिट्टी की परतों (K>0) के लिए। ग्रिड प्रतिरोध पर निचली मिट्टी की परत के प्रभाव को उच्च गहराई (कुल ग्रिड व्यास के लगभग दो या अधिक गुना) पर नज़रअंदाज़ किया जा सकता है।

ग्रिड प्रतिरोध पर ग्रिड की गहराई का प्रभाव

चित्र 9, 10, 11 और 12 दो-परत वाली मिट्टी में चार और सोलह जाल ग्रिडों की दफन गहराई में परिवर्तन के कारण स्पर्श और चरण क्षमता पर पड़ने वाले प्रभावों को दर्शाते हैं।

सामान्यतः दफन की गहराई बढ़ने के साथ स्पर्श और चरण क्षमता दोनों अधिकतम मान तक बढ़ जाती हैं और फिर वापस नीचे आ जाती हैं।

अधिकतम स्पर्श क्षमता तब होती है जब शीर्ष परत मृदा प्रतिरोधकता निचली परत मृदा प्रतिरोधकता से काफी अधिक होती है (अर्थात जब K=-0.9)।

ग्रिड मेश की संख्या में वृद्धि के साथ अधिकतम स्पर्श क्षमता कम हो जाती है।

निष्कर्ष

ग्राउंडिंग ग्रिड के प्रदर्शन का सटीक निर्धारण सबसे महत्वपूर्ण रूप से सुरक्षित, साथ ही कार्यात्मक और किफायती डिजाइन प्रदान करने के लिए अनिवार्य है।

यह दर्शाया गया है कि निम्नलिखित पैरामीटर दोष स्थितियों के तहत भू-सम्बन्धी प्रणालियों के व्यवहार को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं:

• ग्राउंडिंग ग्रिड विन्यास.
• मृदा प्रतिरोधकता विशेषताएँ.
• ग्राउंडिंग ग्रिड की दफन गहराई.

ये पैरामीटर सीधे कंडक्टर धारा घनत्व (पृथ्वी में अपव्यय) को प्रभावित करते हैं जो ग्रिड संभावित वृद्धि (जीपीआर), ग्रिड प्रतिरोध, स्पर्श और चरण क्षमताओं को प्रभावित करता है।

व्यावहारिक सॉफ्टवेयर उपकरणों तक पहुंच से ग्राउंडिंग ग्रिडों का इष्टतम डिजाइन तैयार होता है, जो सुरक्षित होता है।

संदर्भ

एसी सबस्टेशन ग्राउंडिंग में सुरक्षा के लिए IEEE गाइड, द इंस्टीट्यूट ऑफ इलेक्ट्रिकल एंड इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियर्स, इंक.

दावालिबी, एफ., ट्रांसमिशन लाइन ग्राउंडिंग। ईएल-2699, रिसर्च प्रोजेक्ट 1494-1। मॉन्ट्रियल, क्यूबेक, कनाडा, सेफ इंजीनियरिंग सर्विसेज लिमिटेड। 1।

दावालिबी, एफ. और मुखेदकर, डी., “ग्राउंडिंग ग्रिड का पैरामीट्रिक विश्लेषण।” IEEE ट्रांजेक्शन ऑन पावर अपरेटस एंड सिस्टम्स, वॉल्यूम.PAS-98, नंबर 5.

कोउटेनिकॉफ़, पी., “सबस्टेशनों और टावरों के ग्राउंडिंग प्रतिरोध की संख्यात्मक गणना।” IEEE ट्रांजेक्शन ऑन पावर अपरेटस एंड सिस्टम्स, वॉल्यूम.PAS-99, नंबर 3.

सलामा, एमएमए एट अल., “दो-परत मिट्टी में सबस्टेशन ग्राउंडिंग ग्रिड के प्रतिरोध के लिए एक सूत्र।” IEEE ट्रांजेक्शन ऑन पावर डिलीवरी, वॉल्यूम.10, नंबर.3.