तीन-चरण एकल-चरण नेटवर्क

कृषि में, ट्रांसफार्मर उपभोक्ता बिंदुओं के साथ, एक नियम के रूप में, 10 kV के वोल्टेज के साथ तीन-चरण नेटवर्क में विद्युत ऊर्जा वितरित की जाती है। इस वितरण प्रणाली को छोटे शहरों और उपनगरों में कम वृद्धि वाली इमारतों में बिजली की आपूर्ति के लिए उपयोगिता अभ्यास से महत्वपूर्ण परिवर्तनों के बिना अपनाया गया था। हालांकि, ग्रामीण परिस्थितियों में शहरों की तुलना में विद्युत भार का घनत्व बहुत कम है, और इसलिए बिजली वितरण की आधुनिक प्रणाली कई मामलों में धातु के तारों के एक महत्वपूर्ण अतिव्यय की ओर ले जाती है।

इसका गंभीर नुकसान 380 V के वोल्टेज के साथ भारी नेटवर्क है। ट्रांसफार्मर स्टेशनों की अपेक्षाकृत बड़ी क्षमता (औसत 63 - 100 kVA) के कारण, प्रत्येक ट्रांसफार्मर एक महत्वपूर्ण क्षेत्र में कार्य करता है, जिसके लिए बड़े क्रॉस वाले तारों के उपयोग की आवश्यकता होती है। -380 V के वोल्टेज वाले नेटवर्क में सेक्शन। इसके परिणामस्वरूप, तार धातु आमतौर पर 10 kV नेटवर्क की तुलना में 2 - 3 गुना अधिक खपत होती है।

ट्रांसफॉर्मर स्टेशनों की संख्या बढ़ाकर और उनकी औसत शक्ति और सर्विस त्रिज्या को कम करके लो-वोल्टेज नेटवर्क में तारों की खपत को कम किया जा सकता है। हालांकि, तीन-चरण ट्रांसफार्मर स्टेशन अपेक्षाकृत महंगा निर्माण है, जिसकी लागत स्थापित ट्रांसफॉर्मर की शक्ति में कमी के साथ थोड़ी कम हो जाती है। इसलिए, तीन-चरण नेटवर्क में 40 या 63 केवीए से नीचे एक ट्रांसफार्मर स्टेशन की औसत शक्ति को कम करने से ट्रांसफार्मर स्टेशनों की कुल लागत में अत्यधिक वृद्धि होती है। इसलिए, लो-वोल्टेज नेटवर्क में तारों की खपत को कम करने का यह तरीका हमेशा किफायती नहीं होता है।

दूसरी ओर, तीन-चरण बिजली वितरण में, छोटे उपभोक्ताओं को तीन 10 केवी नेटवर्क कंडक्टरों की आपूर्ति करना अक्सर आवश्यक होता है। इस मामले में, तारों के क्रॉस-सेक्शन को शर्तों के आधार पर, आवश्यक से ऊपर ले जाया जाता है वोल्टेज की कमी, क्योंकि उन्हें यांत्रिक शक्ति के संदर्भ में न्यूनतम अनुमेय के रूप में चुना जाता है। नतीजतन, उच्च वोल्टेज नेटवर्क में अतिरिक्त धातु की खपत होती है।

मौजूदा बिजली वितरण प्रणाली की कमियों को दूर करने के लिए, एक मिश्रित तीन-चरण एकल-चरण वितरण प्रणाली।

मिश्रित विद्युत वितरण प्रणाली का सार इस प्रकार है।

1. 10 kV के वोल्टेज के साथ मिश्रित तीन-चरण एकल-चरण लाइनों का उपयोग किया जाता है, जहां मुख्य लाइनें तीन-चरण होती हैं और बिजली सहित सभी बड़े उपभोक्ता उनसे जुड़े होते हैं। छोटे उपभोक्ताओं, मुख्य रूप से प्रकाश और घरेलू भार की आपूर्ति एकल-चरण 10 केवी शाखा लाइनों द्वारा की जाती है।

2. एकल-चरण उपभोक्ताओं को आपूर्ति करने के लिए कम-शक्ति वाले एकल-चरण ट्रांसफार्मर स्टेशनों का उपयोग किया जाता है।

मिश्रित तीन-चरण एकल-चरण प्रणाली के अनुसार बने ट्रांसफार्मर स्टेशनों वाले नेटवर्क का एक अनुमानित आरेख चित्र 1 में दिखाया गया है।

चावल। 1. मिश्रित तीन-चरण एकल-चरण नेटवर्क के आरेख का उदाहरण

जैसा कि इस चार्ट से देखा जा सकता है, बड़े उपयोगकर्ता ज्यादातर बिजली का भार तीन-चरण बिजली की आपूर्ति है, और छोटे उपभोक्ता, ज्यादातर आवासीय भवन, एकल-चरण ट्रांसफार्मर स्टेशनों द्वारा संचालित हैं। एकल-चरण ट्रांसफार्मर चरणों के बीच वोल्टेज शामिल है।

तुलनात्मक गणना से पता चलता है कि मिश्रित प्रणाली का उपयोग पारंपरिक तीन-चरण प्रणाली की तुलना में उच्च और निम्न वोल्टेज तारों में धातु की खपत को 25-35% तक कम कर सकता है। मौजूदा कीमतों और उपकरणों के प्रकार पर नेटवर्क की प्रारंभिक लागत को मिश्रित प्रणाली का उपयोग करके केवल 5-10% तक कम किया जा सकता है।

एक मिश्रित प्रणाली में बने उच्च-वोल्टेज नेटवर्क में, एकल-चरण ट्रांसफार्मर 6 या 10 केवी के नेटवर्क वोल्टेज के लिए डेल्टा से जुड़े होते हैं, जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है।

यह साबित हो गया है कि असमान रूप से लोड किए गए तीन-चरण नेटवर्क में, इन भारों पर रैखिक वोल्टेज हानियों का योग चरणों के बीच भार के वितरण की परवाह किए बिना अपरिवर्तित रहता है, अर्थात। dUab + dUbc + duca = const.

व्यवहार में, नेटवर्क से जुड़े एकल-चरण लोड की एक महत्वपूर्ण संख्या हमेशा होती है। इन भारों को वितरित किया जा सकता है ताकि अंतिम बिंदुओं पर चरण-दर-चरण वोल्टेज नुकसान लगभग एक दूसरे के बराबर हो: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

इस मामले में, एक गैर-समान रूप से भरी हुई लाइन का प्रदर्शन समान मापदंडों के साथ तीन-चरण समान रूप से भरी हुई रेखा के समान होता है। अन्य सभी मामलों में, प्रदर्शन कम है।

जाहिर है, एक मिश्रित प्रणाली के लिए एक नेटवर्क डिजाइन करते समय, चरण-दर-चरण वोल्टेज नुकसान के बीच समानता की स्थिति को प्राप्त करने के लिए लोड को तदनुसार वितरित करना आवश्यक है। इस मामले में, तीन-चरण लाइन में वोल्टेज नुकसान एक सममित भार के सूत्रों द्वारा निर्धारित किया जाता है और उनके पास सबसे कम संभव मूल्य होता है। इस मामले में गणना बहुत सरल है।

10 केवी नेटवर्क से सिंगल-फेज शाखाओं में समान क्रॉस-सेक्शन वाली तीन-फेज शाखाओं की तुलना में 2-6 गुना कम बैंडविड्थ है। हालांकि, कम-शक्ति ट्रांसफार्मर स्टेशनों के साथ, अक्सर शाखा तारों का क्रॉस-सेक्शन यांत्रिक कारणों से न्यूनतम अनुमेय द्वारा निर्धारित किया जाता है। इस मामले में, वे एकल-चरण हैं, शाखाओं में तीन के बजाय एक ही क्रॉस-सेक्शन के दो तार हैं, और धातु के तार की अर्थव्यवस्था 33% है।

मिश्रित प्रणाली के अनुसार सिंगल-फेज लो-वोल्टेज नेटवर्क को औसत कंडक्टर के साथ तीन-तार बनाया जाता है। मध्य और अंतिम तारों के बीच वोल्टेज 220 V (चित्र 2) है, और अंत तारों के बीच 440 V है। मध्य तार को उसी तरह से ग्राउंड किया जाता है जैसे न्यूट्रल वायर को 380 V सिस्टम में ग्राउंडेड न्यूट्रल के साथ, और उपकरण के धातु के पुर्जे भी इससे जुड़े होते हैं। प्रकाश मध्य और बाहरी तारों के बीच और बाहरी तारों के बीच की शक्ति पर स्विच किया जाता है। छोटे 2 केवीए ट्रांसफार्मर में दो कम वोल्टेज आउटपुट होते हैं - 220 या 127 वी।

चित्रा 2 में दिखाए गए योजनाबद्ध आरेख के अनुसार सिंगल-फेज ट्रांसफॉर्मर स्टेशनों को कार्यान्वित किया जाता है।

चावल। 2. एकल-चरण ट्रांसफार्मर स्टेशन की योजना

ट्रांसफॉर्मर साधारण 10 केवी इंटरमीडिएट नेटवर्क सपोर्ट पर निलंबित हैं।वे आसन्न समर्थन पर स्थापित डिस्कनेक्टर के माध्यम से एक उच्च-वोल्टेज नेटवर्क से जुड़े हुए हैं। ट्रांसफार्मर उच्च वोल्टेज फ़्यूज़ के साथ शॉर्ट सर्किट से सुरक्षित होते हैं।

कम वोल्टेज की तरफ, एक सर्किट ब्रेकर और फ़्यूज़ एक छोटे से बॉक्स में लगे होते हैं।

मिश्रित प्रणाली के साथ 1 kV तक के वोल्टेज वाली लाइनें पारंपरिक नेटवर्क की तरह की जाती हैं। यदि मार्ग मेल खाते हैं, तो उन्हें उच्च वोल्टेज लाइनों के साथ समान समर्थन पर लटकाए जाने की अनुशंसा की जाती है।

मिश्रित प्रणाली के अधिकांश मामलों में, तीन-चरण लाइनों से खिलाए गए तीन-चरण प्रेरण मोटर्स का आमतौर पर उपयोग किया जाता है। कम शक्ति वाली सिंगल-फेज इलेक्ट्रिक मोटर का उपयोग उन जगहों पर किया जाता है जहां केवल सिंगल-फेज बिजली उपलब्ध होती है, उदाहरण के लिए, फील्ड मिल में पोर्टेबल चूल्हे पर पंखा मोटर, रेलवे जंक्शन पर पंप मोटर आदि। आमतौर पर, ऐसी मोटरों की शक्ति 1-2 kW और शायद ही कभी 3-4 kW होती है।

एकल-चरण नेटवर्क में शुरुआती कैपेसिटर के साथ विशेष अतुल्यकालिक इलेक्ट्रिक मोटर्स का उपयोग करना सबसे अच्छा है। विशेष मोटर्स की अनुपस्थिति में, आप 380/220 वी के वोल्टेज के साथ मानक तीन-चरण इलेक्ट्रिक मोटर्स का उपयोग कैपेसिटर या यहां तक ​​​​कि सक्रिय प्रतिरोधों के रूप में शुरू करने वाले उपकरणों के साथ कर सकते हैं।

440 V के वोल्टेज पर एक सक्रिय शुरुआती प्रतिरोध के साथ एक मोटर का शुरुआती टॉर्क तीन-चरण मोड में मोटर के रेटेड टॉर्क का लगभग 0.4 है, जो सिंगल-फेज मोड में रेटेड टॉर्क के 0.65-1.0 से मेल खाता है।

यदि एक कार्यशील मशीन के लिए स्टार्टिंग टॉर्क 0.5 Mn से अधिक होना चाहिए, तो एक बड़ी शक्ति वाली मोटर का चयन किया जाता है या इसे क्षमता सर्किट के अनुसार जोड़ा जाता है।जब शुरुआती क्षमता चालू होती है, तो मोटर टॉर्क तीन-चरण मोड में रेटेड टॉर्क के बराबर होता है।

जब 10 केवीए ट्रांसफार्मर से खिलाया जाता है, तो 4.5 किलोवाट तक तीन चरण मोड में रेटेड पावर वाले मोटर शुरू किए जा सकते हैं।

एकल-चरण मोटर्स, दोनों विशेष निर्माण और तीन-चरण मोटर्स से परिवर्तित, समान शक्ति के तीन-चरण मोटर्स की तुलना में 1.5-2 गुना अधिक महंगे हैं। हालाँकि, मिश्रित बिजली वितरण प्रणाली का उपयोग करके नेटवर्क के निर्माण और संचालन में प्राप्त होने वाली बचत की तुलना में मोटर्स की लागत में वृद्धि नगण्य है।

उच्च-वोल्टेज नेटवर्क में एकल-चरण और तीन-चरण शक्ति के बीच का अनुपात लोड की प्रकृति और इसके प्लेसमेंट की शर्तों पर निर्भर करता है।

अधिकांश ग्रामीण क्षेत्रों के लिए, 10 kV के वोल्टेज वाली एकल-चरण उच्च-वोल्टेज लाइनें मुख्य रूप से दो मामलों में प्रबल होती हैं:

1) आवासीय भवनों के प्रमुख भार वाले बड़े गाँवों के बाहरी इलाके में,

2) छोटी बस्तियों को अलग करने वाली शाखाओं के रूप में जहां निकट भविष्य में बिजली के विकास की उम्मीद नहीं है।

जब नेटवर्क लागत में वृद्धि किए बिना धातु के तार में महत्वपूर्ण बचत प्राप्त की जाती है, तो एकल-चरण शक्ति का उपयोग आर्थिक रूप से व्यवहार्य माना जाना चाहिए। यह स्थिति, एक नियम के रूप में, उन मामलों में संभव है जहां एकल-चरण सर्किट के उपयोग से उच्च-वोल्टेज नेटवर्क की लंबाई में उल्लेखनीय वृद्धि नहीं होती है।

आई ए बुड्ज़को