ત્રણ તબક્કાના સિંગલ-ફેઝ નેટવર્ક્સ

કૃષિમાં, વિદ્યુત ઊર્જા ત્રણ-તબક્કાના નેટવર્કમાં વિતરિત કરવામાં આવે છે, નિયમ પ્રમાણે, ટ્રાન્સફોર્મર કન્ઝ્યુમર પોઈન્ટ્સ સાથે 10 kV ના વોલ્ટેજ સાથે. આ વિતરણ પ્રણાલી નીચી ઇમારતો ધરાવતા નાના નગરો અને ઉપનગરોને વીજળી સપ્લાય કરવા માટે ઉપયોગિતા પ્રથામાંથી નોંધપાત્ર ફેરફારો કર્યા વિના અપનાવવામાં આવી હતી. જો કે, ગ્રામીણ પરિસ્થિતિઓમાં ઇલેક્ટ્રિક લોડની ઘનતા શહેરો કરતા ઘણી ઓછી છે, અને તેથી વીજળી વિતરણની આધુનિક સિસ્ટમ ઘણા કિસ્સાઓમાં વાયરની ધાતુના નોંધપાત્ર અતિશય ખર્ચ તરફ દોરી જાય છે.

તેનો ગંભીર ગેરલાભ એ 380 V ના વોલ્ટેજવાળા ભારે નેટવર્ક્સ છે. ટ્રાન્સફોર્મર સ્ટેશનોની પ્રમાણમાં મોટી ક્ષમતા (સરેરાશ 63 - 100 kVA) હોવાને કારણે, દરેક ટ્રાન્સફોર્મર નોંધપાત્ર વિસ્તાર આપે છે, જેમાં મોટા ક્રોસ સાથે વાયરનો ઉપયોગ જરૂરી છે. -380 V ના વોલ્ટેજવાળા નેટવર્ક્સમાં વિભાગ. તેના ઉપરના પરિણામે, વાયર મેટલ સામાન્ય રીતે 10 kV નેટવર્ક કરતાં 2 — 3 ગણા વધુ વપરાશમાં લેવાય છે.

ટ્રાન્સફોર્મર સ્ટેશનોની સંખ્યામાં વધારો કરીને અને તેમની સરેરાશ પાવર અને સર્વિસ ત્રિજ્યાને ઘટાડીને લો-વોલ્ટેજ નેટવર્કમાં વાયરનો વપરાશ ઘટાડી શકાય છે. જો કે, થ્રી-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મર સ્ટેશન પ્રમાણમાં ખર્ચાળ બાંધકામ છે, જેની કિંમત સ્થાપિત ટ્રાન્સફોર્મરની શક્તિમાં ઘટાડો સાથે થોડો ઘટાડો થાય છે. તેથી, ત્રણ-તબક્કાના નેટવર્કમાં 40 અથવા 63 kVA થી નીચેના ટ્રાન્સફોર્મર સ્ટેશનની સરેરાશ શક્તિ ઘટાડવાથી ટ્રાન્સફોર્મર સ્ટેશનોની કુલ કિંમતમાં અતિશય વધારો થાય છે. તેથી, લો-વોલ્ટેજ નેટવર્ક્સમાં વાયરનો વપરાશ ઘટાડવાની આ રીત હંમેશા આર્થિક નથી.

બીજી બાજુ, થ્રી-ફેઝ પાવર ડિસ્ટ્રિબ્યુશનમાં, નાના ગ્રાહકોને ત્રણ 10 kV નેટવર્ક કંડક્ટર સપ્લાય કરવા ઘણીવાર જરૂરી હોય છે. આ કિસ્સામાં, વાયરના ક્રોસ-સેક્શનને શરતોના આધારે જરૂરી ઉપર લેવામાં આવે છે વોલ્ટેજ નુકશાન, કારણ કે તેઓ યાંત્રિક શક્તિના સંદર્ભમાં લઘુત્તમ અનુમતિપાત્ર તરીકે પસંદ કરવામાં આવ્યા છે. પરિણામે, ઉચ્ચ વોલ્ટેજ નેટવર્કમાં વધારાની ધાતુનો વપરાશ થાય છે.

વર્તમાન વીજ વિતરણ વ્યવસ્થાની ખામીઓને દૂર કરવા માટે મિશ્ર ત્રણ તબક્કાની સિંગલ-ફેઝ વિતરણ વ્યવસ્થા.

મિશ્ર પાવર વિતરણ પ્રણાલીનો સાર નીચે મુજબ છે.

1. 10 kV ના વોલ્ટેજ સાથે મિશ્રિત ત્રણ-તબક્કાની સિંગલ-ફેઝ લાઇનોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જ્યાં મુખ્ય લાઇન ત્રણ-તબક્કાની હોય છે અને પાવર સહિત તમામ મોટી હોય છે, ગ્રાહકો તેમની સાથે જોડાયેલા હોય છે. નાના ગ્રાહકો, મુખ્યત્વે લાઇટિંગ અને ઘરગથ્થુ ભારણ, સિંગલ-ફેઝ 10 kV શાખા લાઇન દ્વારા પૂરા પાડવામાં આવે છે.

2. લો-પાવર સિંગલ-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મર સ્ટેશનનો ઉપયોગ સિંગલ-ફેઝ ગ્રાહકોને સપ્લાય કરવા માટે થાય છે.

મિશ્રિત થ્રી-ફેઝ સિંગલ-ફેઝ સિસ્ટમ અનુસાર બનાવેલ ટ્રાન્સફોર્મર સ્ટેશનો સાથેના નેટવર્કનો અંદાજિત ડાયાગ્રામ આકૃતિ 1 માં બતાવવામાં આવ્યો છે.

ચોખા. 1. મિશ્ર ત્રણ-તબક્કાના સિંગલ-ફેઝ નેટવર્કના ડાયાગ્રામનું ઉદાહરણ

આ ચાર્ટ પરથી જોઈ શકાય છે, મોટાભાગે મોટા વપરાશકર્તાઓ પાવર લોડ ત્રણ-તબક્કાનો વીજ પુરવઠો ધરાવે છે, અને નાના ગ્રાહકો, મોટે ભાગે રહેણાંક મકાનો, સિંગલ-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મર સ્ટેશનો દ્વારા સંચાલિત થાય છે. સિંગલ-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મર્સ તબક્કાઓ વચ્ચે વોલ્ટેજનો સમાવેશ થાય છે.

તુલનાત્મક ગણતરીઓ દર્શાવે છે કે મિશ્ર સિસ્ટમનો ઉપયોગ પરંપરાગત થ્રી-ફેઝ સિસ્ટમની તુલનામાં ઉચ્ચ અને નીચા વોલ્ટેજ વાયરમાં ધાતુના વપરાશને 25 - 35% ઘટાડી શકે છે. વર્તમાન ભાવો અને સાધનોના પ્રકારો પર નેટવર્કની પ્રારંભિક કિંમત મિશ્ર સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને માત્ર 5-10% સુધી ઘટાડી શકાય છે.

મિશ્ર સિસ્ટમમાં બનેલા ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ નેટવર્કમાં, સિંગલ-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મર્સ આકૃતિ 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે 6 અથવા 10 kV ના નેટવર્ક વોલ્ટેજ માટે ડેલ્ટા-કનેક્ટેડ હોય છે.

તે સાબિત થયું છે કે અસમાન રીતે લોડ થયેલ ત્રણ-તબક્કાના નેટવર્કમાં, તબક્કાઓ વચ્ચેના લોડના વિતરણને ધ્યાનમાં લીધા વિના, આ લોડ્સ પર રેખીય વોલ્ટેજના નુકસાનનો સરવાળો યથાવત રહે છે, એટલે કે. dUab + dUbc + dUca = const.

વ્યવહારમાં, હંમેશા નોંધપાત્ર સંખ્યામાં સિંગલ-ફેઝ લોડ્સ નેટવર્ક સાથે જોડાયેલા હોય છે. આ લોડ્સને વિતરિત કરી શકાય છે જેથી અંતિમ બિંદુઓને તબક્કા-થી-તબક્કાના વોલ્ટેજની ખોટ લગભગ એકબીજાની સમાન હોય: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

આ કિસ્સામાં, બિન-સમાન રીતે લોડ થયેલ લાઇનનું પ્રદર્શન સમાન પરિમાણો સાથે ત્રણ-તબક્કા સમાન રીતે લોડ થયેલ લાઇન જેવું જ છે. અન્ય તમામ કિસ્સાઓમાં, કામગીરી ઓછી છે.

દેખીતી રીતે, મિશ્ર સિસ્ટમ માટે નેટવર્ક ડિઝાઇન કરતી વખતે, તે મુજબ લોડનું વિતરણ કરીને, તબક્કા-થી-તબક્કાના વોલ્ટેજ નુકસાન વચ્ચે સમાનતાની સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરવી જરૂરી છે. આ કિસ્સામાં, ત્રણ-તબક્કાની લાઇનમાં વોલ્ટેજની ખોટ સપ્રમાણ લોડ માટેના સૂત્રો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે અને તેમની પાસે સૌથી ઓછું શક્ય મૂલ્ય છે. આ કિસ્સામાં ગણતરી મોટા પ્રમાણમાં સરળ છે.

10 kV નેટવર્કની સિંગલ-ફેઝ શાખાઓમાં સમાન ક્રોસ-સેક્શન ધરાવતી ત્રણ-તબક્કાની શાખાઓ કરતાં 2-6 ગણી ઓછી બેન્ડવિડ્થ હોય છે. જો કે, લો-પાવર ટ્રાન્સફોર્મર સ્ટેશનો સાથે, ઘણી વાર શાખા વાયરનો ક્રોસ-સેક્શન યાંત્રિક કારણોસર લઘુત્તમ અનુમતિ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. આ કિસ્સામાં, તે સિંગલ-ફેઝ છે, શાખાઓમાં ત્રણને બદલે સમાન ક્રોસ-સેક્શનના બે વાયર છે, અને મેટલ વાયરનું અર્થતંત્ર 33% છે.

મિશ્ર સિસ્ટમ અનુસાર સિંગલ-ફેઝ લો-વોલ્ટેજ નેટવર્ક સરેરાશ કંડક્ટર સાથે ત્રણ-વાયર બનાવવામાં આવે છે. મધ્યમ અને છેડાના વાયરો વચ્ચેનો વોલ્ટેજ 220 V (ફિગ. 2) છે, અને છેડાના વાયરો વચ્ચે 440 V છે. મધ્યમ વાયર ગ્રાઉન્ડેડ ન્યુટ્રલ સાથે 380 V સિસ્ટમમાં ન્યુટ્રલ વાયરની જેમ જ ગ્રાઉન્ડેડ છે, અને સાધનસામગ્રીના મેટલ ભાગો પણ તેની સાથે જોડાયેલા છે. લાઇટિંગ મધ્યમ અને બાહ્ય વાયર વચ્ચે અને બાહ્ય વાયર વચ્ચેની શક્તિ પર સ્વિચ કરવામાં આવે છે. નાના 2 kVA ટ્રાન્સફોર્મર્સમાં બે ઓછા વોલ્ટેજ આઉટપુટ હોય છે — 220 અથવા 127 V.

સિંગલ-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મર સ્ટેશનો આકૃતિ 2 માં બતાવેલ યોજનાકીય ડાયાગ્રામ અનુસાર લાગુ કરવામાં આવે છે.

ચોખા. 2. સિંગલ-ફેઝ ટ્રાન્સફોર્મર સ્ટેશનની યોજના

ટ્રાન્સફોર્મર્સને સાદા 10 kV મધ્યવર્તી નેટવર્ક સપોર્ટ પર સસ્પેન્ડ કરવામાં આવે છે.તેઓ નજીકના સપોર્ટ પર સ્થાપિત ડિસ્કનેક્ટર દ્વારા ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ નેટવર્ક સાથે જોડાયેલા છે. ટ્રાન્સફોર્મર્સ ઉચ્ચ વોલ્ટેજ ફ્યુઝ સાથે શોર્ટ સર્કિટ સામે સુરક્ષિત છે.

નીચા વોલ્ટેજ બાજુ પર, સર્કિટ બ્રેકર અને ફ્યુઝ નાના બોક્સમાં માઉન્ટ થયેલ છે.

મિશ્ર સિસ્ટમ સાથે 1 kV સુધીના વોલ્ટેજ સાથેની રેખાઓ પરંપરાગત નેટવર્કની જેમ કરવામાં આવે છે. જો માર્ગો એકસરખા હોય, તો તેને ઉચ્ચ વોલ્ટેજ લાઇન સાથે સમાન સપોર્ટ પર લટકાવવાની ભલામણ કરવામાં આવે છે.

મિશ્ર પ્રણાલીના મોટાભાગના કેસોમાં, થ્રી-ફેઝ લાઇનમાંથી ખવડાવવામાં આવતી થ્રી-ફેઝ ઇન્ડક્શન મોટર્સનો સામાન્ય રીતે ઉપયોગ થાય છે. લો પાવર સિંગલ-ફેઝ ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સનો ઉપયોગ એવા સ્થળોએ થાય છે જ્યાં માત્ર સિંગલ-ફેઝ પાવર ઉપલબ્ધ હોય છે, ઉદાહરણ તરીકે, ફીલ્ડ મિલમાં પોર્ટેબલ હર્થ પર પંખાની મોટર, રેલવે જંકશન પર પંપ મોટર વગેરે. સામાન્ય રીતે, આવી મોટર્સની શક્તિ 1 — 2 kW અને ભાગ્યે જ 3 — 4 kW હોય છે.

સિંગલ-ફેઝ નેટવર્ક્સમાં પ્રારંભિક કેપેસિટર્સ સાથે વિશિષ્ટ અસુમેળ ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સનો ઉપયોગ કરવો શ્રેષ્ઠ છે. વિશિષ્ટ મોટર્સની ગેરહાજરીમાં, તમે કેપેસિટર અથવા સક્રિય પ્રતિકારના સ્વરૂપમાં પ્રારંભિક ઉપકરણો સાથે 380/220 V ના વોલ્ટેજ સાથે પ્રમાણભૂત ત્રણ-તબક્કાની ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સનો ઉપયોગ કરી શકો છો.

440 V ના વોલ્ટેજ પર સક્રિય પ્રારંભિક પ્રતિકાર સાથે મોટરનો પ્રારંભિક ટોર્ક ત્રણ-તબક્કા મોડમાં મોટરના રેટેડ ટોર્કના લગભગ 0.4 જેટલો છે, જે સિંગલ-ફેઝ મોડમાં રેટેડ ટોર્કના 0.65-1.0 ને અનુરૂપ છે.

જો કાર્યકારી મશીન માટે પ્રારંભિક ટોર્ક 0.5 Mn કરતાં વધુ હોવો જોઈએ, તો મોટી શક્તિવાળી મોટર પસંદ કરવામાં આવે છે અથવા તે ક્ષમતા સર્કિટ અનુસાર જોડાયેલ હોય છે.જ્યારે પ્રારંભિક ક્ષમતા ચાલુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે મોટર ટોર્ક ત્રણ-તબક્કાના મોડમાં રેટેડ ટોર્કની લગભગ સમાન હોય છે.

જ્યારે 10 kVA ટ્રાન્સફોર્મરમાંથી ખવડાવવામાં આવે છે, ત્યારે 4.5 kW સુધીના થ્રી-ફેઝ મોડમાં રેટેડ પાવર ધરાવતી મોટર્સ શરૂ કરી શકાય છે.

સિંગલ-ફેઝ મોટર્સ, બંને વિશેષ બાંધકામ અને ત્રણ-તબક્કાની મોટરોમાંથી રૂપાંતરિત, સમાન શક્તિની ત્રણ-તબક્કાની મોટરો કરતાં 1.5-2 ગણી વધુ ખર્ચાળ છે. જો કે, મિશ્ર પાવર ડિસ્ટ્રિબ્યુશન સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને નેટવર્કના નિર્માણ અને સંચાલનમાં મેળવેલી બચતની તુલનામાં મોટર્સની કિંમતમાં વધારો નજીવો છે.

હાઇ-વોલ્ટેજ નેટવર્કમાં સિંગલ-ફેઝ અને થ્રી-ફેઝ પાવર વચ્ચેનો ગુણોત્તર લોડની પ્રકૃતિ અને તેના પ્લેસમેન્ટની શરતો પર આધારિત છે.

મોટાભાગના ગ્રામીણ વિસ્તારો માટે, 10 kV ના વોલ્ટેજ સાથે સિંગલ-ફેઝ હાઇ-વોલ્ટેજ રેખાઓ મુખ્યત્વે બે કિસ્સાઓમાં પ્રવર્તે છે:

1) રહેણાંક ઇમારતોના મુખ્ય ભાર સાથે મોટા ગામોની સીમમાં,

2) નાની વસાહતોને અલગ કરવા માટે શાખાઓ તરીકે જ્યાં નજીકના ભવિષ્યમાં વીજળીના વિકાસની અપેક્ષા નથી.

નેટવર્ક ખર્ચમાં વધારો કર્યા વિના મેટલ વાયરમાં નોંધપાત્ર બચત પ્રાપ્ત થાય ત્યારે સિંગલ-ફેઝ પાવરનો ઉપયોગ આર્થિક રીતે શક્ય ગણવો જોઈએ. આ સ્થિતિ, એક નિયમ તરીકે, એવા કિસ્સાઓમાં શક્ય છે જ્યાં સિંગલ-ફેઝ સર્કિટનો ઉપયોગ ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ નેટવર્કની લંબાઈમાં નોંધપાત્ર વધારો તરફ દોરી જતો નથી.

આઈ. એ. બુડ્ઝકો