Substation earthing

একটি 33/11 kV Substation-এ 11 kV Cable-এর Termination ফেটে গেল। সেই মুহূর্তে একজন কর্মী বেড়ার গেট খুলছিলেন। তিনি শক খেয়ে পড়ে গেলেন, অথচ কোনো Live তার ছোঁননি। Fault current মাটিতে ঢুকে পুরো Substation-এর মাটির Voltage বাড়িয়ে দিয়েছিল। গেটটি Earth mat-এর সাথে ঠিকভাবে যুক্ত ছিল না। তাই তাঁর হাতে ধরা গেটের Voltage আর পায়ের নিচের মাটির Voltage-এর মধ্যে বড় পার্থক্য তৈরি হয়। সেই Voltage তাঁর শরীর দিয়ে Current চালিয়ে দেয়।

Fault-এর সময় কী ঘটে

Substation-এর ভেতরে Earth fault হলে বিশাল Current Earth mat দিয়ে মাটিতে ঢোকে। Current যতক্ষণ চলে, পুরো Earth mat আর তার সাথে যুক্ত সব ধাতু দূরের মাটির তুলনায় অনেক বেশি Voltage-এ ওঠে। একে বলে GPR (Ground potential rise)।

$$GPR = I_f \times R_g$$

এখানে $I_f$ হলো মাটি দিয়ে যাওয়া Fault current, আর $R_g$ হলো Earth mat-এর Resistance। ধরুন 5 kA Current মাটিতে গেল আর Earth mat-এর Resistance 0.5 Ω। তাহলে GPR হবে 2500 V।

GPR নিজে বিপদ নয়। বিপদ হয় যখন মানুষের হাত আর পা দুটি আলাদা Voltage-এর জায়গায় থাকে। তাই Substation-এর ডিজাইনের লক্ষ্য শুধু কম Resistance নয়। লক্ষ্য হলো ভেতরের সব জায়গায় Touch voltage আর Step voltage নিরাপদ সীমায় রাখা (Touch ও Step voltage)।

Earth mat (Earth grid)

Substation-এর মাটির নিচে তামা বা ইস্পাতের Conductor দিয়ে একটি জালের মতো Mesh বানানো হয়। সাধারণত এটি আধা মিটার থেকে এক মিটার গভীরে থাকে।

• Mesh-এর ঘর যত ছোট হয়, মাটির ওপরের Voltage তত সমান থাকে।
• Mesh-এর কিনারায় আর কোণে Voltage-এর পার্থক্য সবচেয়ে বেশি হয়। তাই কিনারায় ঘর ছোট রাখা হয় আর খাড়া Rod যোগ করা হয়।
• Transformer, Breaker, Panel, Cable-এর Armour, কাঠামো আর Lightning arrester সবই Mesh-এর সাথে যুক্ত থাকে।
• প্রতিটি যন্ত্র সাধারণত দুটি আলাদা তার দিয়ে Mesh-এর সাথে যুক্ত থাকে। একটি তার কেটে গেলেও অন্যটি কাজ করে।
• সব জোড়া Exothermic welding বা মানসম্পন্ন Clamp দিয়ে করা হয়।

Mesh-এর আকার, Conductor-এর মাপ আর Rod-এর সংখ্যা ঠিক করা হয় মাটির Resistivity, Fault current আর Fault কতক্ষণ থাকবে তা দেখে। মাটির মাপ নিতে Wenner পদ্ধতি দেখুন (মাটির Resistivity)।

Gravel-এর স্তর

Substation-এর মাটির ওপরে প্রায় 10–15 cm চূর্ণ পাথর (Gravel) বিছানো থাকে। শুকনো Gravel-এর Resistivity অনেক বেশি। ফলে পায়ের সাথে মাটির সংযোগে বাড়তি Resistance যোগ হয়, আর শরীর দিয়ে কম Current যায়।

Gravel-এ মাটি, কাদা বা ঘাস জমলে এই সুবিধা কমে যায়। তাই Gravel পরিষ্কার রাখুন আর পাতলা হয়ে গেলে নতুন Gravel দিন।

বেড়া আর গেট

বেড়া প্রায়ই Substation-এর কিনারায় থাকে, যেখানে Step আর Touch voltage সবচেয়ে বেশি। বাইরের মানুষও বেড়া ছুঁতে পারে। দুটি প্রচলিত পদ্ধতি আছে।

গেট খোলার সময় যতটা জায়গায় ঘোরে, তার নিচেও Mesh বা আলাদা Earth রাখতে হয়। গেটের দুই পাল্লা আর খুঁটি নমনীয় তার দিয়ে যুক্ত করুন।

বাইরে চলে যাওয়া Voltage

Fault-এর সময় Mesh-এর Voltage কোনো ধাতব জিনিস বেয়ে Substation-এর বাইরে চলে যেতে পারে। একে বলে Transferred potential। বাইরের মানুষ তখন শক খেতে পারে।

• LV Cable-এর Armour বা Neutral বাইরের ভবনে যায়।
• ধাতব পানির পাইপ, রেললাইন বা বেড়া Substation থেকে বাইরে চলে যায়।
• Telephone বা Data cable-এর Shield বাইরে যায়।

এগুলো ডিজাইনের সময় চিহ্নিত করতে হয়। প্রয়োজনে Insulation-এর জোড়া দিয়ে পাইপ বিচ্ছিন্ন করা হয়, আর Data লাইনে Fiber optic বা Isolation ব্যবহার করা হয়।

HV Earth আর LV Neutral earth

Distribution substation-এ একটি বড় প্রশ্ন হলো HV যন্ত্রের Body earth আর LV Neutral earth একসাথে থাকবে কিনা। একসাথে থাকলে HV Fault-এর GPR LV Neutral বেয়ে গ্রাহকের যন্ত্রে পৌঁছাতে পারে। মোট Resistance যথেষ্ট কম হলে আর Fault দ্রুত সরলে একসাথে রাখা যায়। না হলে আলাদা রাখতে হয়, আর দুটি Earth-এর মাঝে নির্দিষ্ট দূরত্ব রাখতে হয়। এই সিদ্ধান্ত বিতরণ সংস্থার নিয়ম আর হিসাব দেখে নিন (Transformer: Neutral ও Earthing)।

পরীক্ষা

• Earth mat-এর Resistance মাপুন। বড় Mesh-এর জন্য Current spike অনেক দূরে নিতে হয় (Earth resistance পরীক্ষা)।
• প্রতিটি যন্ত্র আর Mesh-এর মধ্যে সংযোগের Resistance মাপুন। Low-resistance ohmmeter দিয়ে কয়েক মিলিওহম মান আসা উচিত।
• বড় Substation-এ বিশেষ যন্ত্র দিয়ে Touch আর Step voltage সরাসরি মাপা হয়।
• মাটির ওপরে দেখা যায় এমন সব Earth তার আর জোড়া প্রতি বছর পরিদর্শন করুন। চুরি, কাটা বা মরিচা খুঁজুন।

সংক্ষেপে

• Earth fault-এর সময় পুরো Substation-এর মাটির Voltage ওঠে। একে GPR বলে।
• নিরাপত্তা আসে সমান Voltage থেকে। তাই Mesh, ছোট ঘর আর সব ধাতুর Bonding দরকার।
• Gravel পায়ের দিকে Resistance বাড়ায়, তাই পরিষ্কার রাখুন।
• বেড়া আর গেট হয় Mesh-এর সাথে যুক্ত থাকবে, নয়তো পুরো আলাদা থাকবে।
• পাইপ, Cable আর রেল বেয়ে Voltage বাইরে যেতে পারে, তাই ডিজাইনে চিহ্নিত করুন।
• সংযোগ আর Earth তার নিয়মিত পরীক্ষা করুন।

পরের Lesson: Lightning protection ও Surge protection।