आइसोलेटेड (पृथक) न्यूट्रल सिस्टम की क्या हानि है?

Question

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B: अर्थ फॉल्ट रिले में कठिनाई

Explanation & Concepts:
एक आइसोलेटेड न्यूट्रल सिस्टम वह विन्यास है जहाँ ट्रांसफार्मर या जनरेटर का न्यूट्रल बिंदु पृथ्वी (अर्थ) से नहीं जुड़ा होता है। यह डिज़ाइन फॉल्ट के दौरान महत्वपूर्ण परिचालन चुनौतियां पैदा करता है, विशेष रूप से आर्सिंग ग्राउंड, फॉल्ट का पता लगाने में कठिनाई, और क्षणिक ओवरवोल्टेज (transient overvoltages) के संबंध में।

Working Principle: एक आइसोलेटेड सिस्टम में, लाइनों और जमीन के बीच का कैपेसिटेंस ($C_g$) एक चार्जिंग पथ बनाता है। सिंगल-लाइन-टू-ग्राउंड फॉल्ट के दौरान, स्वस्थ चरणों (healthy phases) का वोल्टेज पृथ्वी के सापेक्ष फेज वोल्टेज के बजाय लाइन वोल्टेज तक बढ़ जाता है। फॉल्ट के माध्यम से बहने वाली धारा अनिवार्य रूप से कैपेसिटिव होती है ($I_c = 3\omega C_g V_{ph}$)। चूंकि यह धारा छोटी होती है और 90 डिग्री आगे होती है, इसलिए मानक ओवरकरंट रिले के लिए इसका पता लगाना मुश्किल होता है, और यह अक्सर रुक-रुक कर बुझने और फिर से प्रज्वलित होने का कारण बनती है, जिसे आर्सिंग ग्राउंड कहा जाता है।

Key Formulas: $I_c = 3\omega C_g V_{ph}$ — आइसोलेटेड सिस्टम में कैपेसिटिव फॉल्ट करंट जो स्वस्थ चरणों के जमीन के प्रति चार्जिंग करंट को दर्शाता है।; $V_{fault} = \sqrt{3} V_{ph}$ — सिंगल लाइन-टू-ग्राउंड फॉल्ट के दौरान जमीन के सापेक्ष स्वस्थ चरणों का वोल्टेज।

Key Points: आइसोलेटेड सिस्टम उच्च-आवृत्ति वोल्टेज दोलनों के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं।; कैपेसिटिव फॉल्ट करंट का मान बहुत कम होने के कारण अर्थ फॉल्ट का पता लगाना चुनौतीपूर्ण होता है।; स्थायी आर्सिंग ग्राउंड इसलिए होता है क्योंकि फॉल्ट करंट सुरक्षा उपकरणों को संचालित करने के लिए अपर्याप्त होता है और यह एक अस्थाई प्लाज्मा ब्रिज बनाए रखता है।

Advantages: सिंगल फेज-टू-ग्राउंड फॉल्ट के दौरान आपूर्ति की निरंतरता बनी रहती है।; प्रारंभिक अर्थ फॉल्ट के दौरान शॉर्ट-सर्किट करंट कम रहता है।

Disadvantages: स्थायी आर्सिंग ग्राउंड का जोखिम जो इन्सुलेशन विफलता का कारण बनता है।; दोषपूर्ण हिस्से को अलग करना मुश्किल होता है।; स्विचिंग के दौरान उच्च क्षणिक ओवरवोल्टेज।

Applications: संवेदनशील औद्योगिक क्षेत्रों में कम वोल्टेज वितरण प्रणाली।; ऐसी प्रणालियाँ जहाँ फॉल्ट आइसोलेशन की तुलना में सेवा की निरंतरता को प्राथमिकता दी जाती है।

Additional Info: आर्सिंग ग्राउंड इसलिए होते हैं क्योंकि फॉल्ट पथ में कैपेसिटिव करंट फेज वोल्टेज के साथ क्वाड्रेचर (90 डिग्री) में होता है, जिससे शून्य क्रॉसिंग पर आर्क का बुझना मुश्किल हो जाता है।. विकल्प B सही है क्योंकि फॉल्ट करंट इतना कम होता है कि यह अक्सर लीकेज करंट के बराबर होता है, जिससे चयनात्मक रिलेइंग (selective relaying) अत्यंत कठिन हो जाती है।

Answer: D सही है — आइसोलेटेड न्यूट्रल सिस्टम ग्राउंड फॉल्ट के दौरान कैपेसिटिव करंट पर निर्भरता के कारण इन सभी घटनाओं से ग्रस्त होते हैं।

Exam Tip: हमेशा याद रखें कि आइसोलेटेड न्यूट्रल सिस्टम में, 'स्वस्थ' चरणों को फेज वोल्टेज के $\sqrt{3}$ गुना ओवरवोल्टेज का सामना करना पड़ता है, जो ऐसी प्रणालियों में इन्सुलेशन विफलता का एक प्रमुख कारण है।

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Option A: वोल्टेज दोलन (Voltage oscillations)

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Option C: स्थायी आर्सिंग ग्राउंड (Persistent arcing ground)

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Option D: उपरोक्त सभी

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