तीन-चरण सिंगल-फेज नेटवर्क

शेतीमध्ये, विद्युत ऊर्जा तीन-फेज नेटवर्कमध्ये वितरीत केली जाते, नियमानुसार, ट्रान्सफॉर्मर ग्राहक बिंदूंसह 10 केव्हीच्या व्होल्टेजसह. ही वितरण प्रणाली कमी उंचीच्या इमारती असलेल्या लहान शहरे आणि उपनगरांना वीज पुरवठा करण्यासाठी उपयुक्तता पद्धतीमध्ये लक्षणीय बदल न करता स्वीकारण्यात आली. तथापि, ग्रामीण परिस्थितीत विद्युत भाराची घनता शहरांच्या तुलनेत खूपच कमी आहे आणि म्हणूनच विद्युत वितरणाची आधुनिक प्रणाली अनेक प्रकरणांमध्ये तारांच्या धातूचा महत्त्वपूर्ण खर्च करते.

त्याचा गंभीर तोटा म्हणजे 380 V च्या व्होल्टेजसह जड नेटवर्क. ट्रान्सफॉर्मर स्टेशन्सच्या तुलनेने मोठ्या क्षमतेमुळे (सरासरी 63 - 100 केव्हीए), प्रत्येक ट्रान्सफॉर्मर महत्त्वपूर्ण क्षेत्र प्रदान करतो, ज्यासाठी मोठ्या क्रॉससह वायर वापरणे आवश्यक आहे. -380 V च्या व्होल्टेजसह नेटवर्क्समधील विभाग. परिणामी, वायर मेटल सामान्यतः 10 kV नेटवर्कपेक्षा 2 - 3 पट जास्त प्रमाणात वापरला जातो.

ट्रान्सफॉर्मर स्टेशनची संख्या वाढवून आणि त्यांची सरासरी पॉवर आणि सेवा त्रिज्या कमी करून लो-व्होल्टेज नेटवर्कमधील वायरचा वापर कमी केला जाऊ शकतो. तथापि, थ्री-फेज ट्रान्सफॉर्मर स्टेशन हे तुलनेने महाग बांधकाम आहे, ज्याची किंमत स्थापित ट्रान्सफॉर्मरची शक्ती कमी झाल्याने किंचित कमी होते. म्हणून, थ्री-फेज नेटवर्कमध्ये 40 किंवा 63 kVA पेक्षा कमी असलेल्या ट्रान्सफॉर्मर स्टेशनची सरासरी शक्ती कमी केल्याने ट्रान्सफॉर्मर स्टेशनच्या एकूण खर्चात अत्याधिक वाढ होते. म्हणून, कमी-व्होल्टेज नेटवर्कमध्ये तारांचा वापर कमी करण्याचा हा मार्ग नेहमीच किफायतशीर नसतो.

दुसरीकडे, थ्री-फेज पॉवर डिस्ट्रीब्युशनमध्ये, लहान ग्राहकांना तीन 10 केव्ही नेटवर्क कंडक्टर पुरवणे अनेकदा आवश्यक असते. या प्रकरणात, तारांचे क्रॉस-सेक्शन परिस्थितीनुसार आवश्यकतेपेक्षा वर घेतले जातात व्होल्टेज कमी होणे, कारण ते यांत्रिक सामर्थ्याच्या दृष्टीने किमान परवानगीयोग्य म्हणून निवडले आहेत. परिणामी, उच्च व्होल्टेज नेटवर्कमध्ये अतिरिक्त धातूचा वापर केला जातो.

विद्यमान वीज वितरण व्यवस्थेतील त्रुटी दूर करण्यासाठी मिश्रित तीन-फेज सिंगल-फेज वितरण प्रणाली.

मिश्रित वीज वितरण प्रणालीचे सार खालीलप्रमाणे आहे.

1. 10 केव्हीच्या व्होल्टेजसह मिश्रित थ्री-फेज सिंगल-फेज लाईन्स वापरल्या जातात, जेथे मुख्य ओळी तीन-टप्प्या असतात आणि वीजसह सर्व मोठ्या, ग्राहक त्यांच्याशी जोडलेले असतात. लहान ग्राहकांना, मुख्यतः प्रकाश आणि घरगुती भार, सिंगल-फेज 10 kV शाखा लाईनद्वारे पुरवले जातात.

2. लो-पॉवर सिंगल-फेज ट्रान्सफॉर्मर स्टेशन्सचा वापर सिंगल-फेज ग्राहकांना पुरवण्यासाठी केला जातो.

मिश्रित थ्री-फेज सिंगल-फेज सिस्टमनुसार बनवलेल्या ट्रान्सफॉर्मर स्टेशनसह नेटवर्कचे अंदाजे आकृती आकृती 1 मध्ये दर्शविले आहे.

तांदूळ. 1. मिश्रित तीन-चरण सिंगल-फेज नेटवर्कच्या आकृतीचे उदाहरण

या चार्टवरून पाहिले जाऊ शकते, मोठ्या वापरकर्ते बहुतेक वीज भार तीन-फेज वीज पुरवठा आहे, आणि लहान ग्राहक, बहुतेक निवासी इमारती, सिंगल-फेज ट्रान्सफॉर्मर स्टेशनद्वारे समर्थित आहेत. सिंगल-फेज ट्रान्सफॉर्मर्स टप्प्यांमधील व्होल्टेजचा समावेश आहे.

तुलनात्मक गणना दर्शविते की मिश्र प्रणालीचा वापर पारंपारिक थ्री-फेज सिस्टमच्या तुलनेत उच्च आणि कमी व्होल्टेजच्या तारांमध्ये धातूचा वापर 25 - 35% कमी करू शकतो. विद्यमान किंमती आणि उपकरणांच्या प्रकारांवर नेटवर्कची प्रारंभिक किंमत मिश्रित प्रणाली वापरून केवळ 5-10% पर्यंत कमी केली जाऊ शकते.

मिश्रित प्रणालीमध्ये बनविलेल्या उच्च-व्होल्टेज नेटवर्कमध्ये, आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, 6 किंवा 10 kV च्या नेटवर्क व्होल्टेजसाठी सिंगल-फेज ट्रान्सफॉर्मर डेल्टा-कनेक्ट केलेले असतात.

हे सिद्ध झाले आहे की असमानपणे लोड केलेल्या थ्री-फेज नेटवर्कमध्ये, या लोड्सवरील रेखीय व्होल्टेजच्या नुकसानाची बेरीज टप्प्यांमधील भारांच्या वितरणाकडे दुर्लक्ष करून अपरिवर्तित राहते, म्हणजे. dUab + dUbc + dUca = const.

सराव मध्ये, नेटवर्कशी कनेक्ट केलेले सिंगल-फेज लोड्सची लक्षणीय संख्या नेहमीच असते. हे भार वितरीत केले जाऊ शकतात जेणेकरून शेवटच्या बिंदूंना फेज-टू-फेज व्होल्टेजचे नुकसान अंदाजे एकमेकांशी समान असेल: dUab ≈ dUbc ≈ dUca

या प्रकरणात, समान पॅरामीटर्ससह नॉन-एकसमान लोड केलेल्या रेषेचे कार्यप्रदर्शन तीन-टप्प्यांप्रमाणे एकसमान लोड केलेल्या रेषेसारखेच असते. इतर सर्व प्रकरणांमध्ये, कामगिरी कमी आहे.

स्पष्टपणे, मिश्रित प्रणालीसाठी नेटवर्क डिझाइन करताना, त्यानुसार भारांचे वितरण करून, फेज-टू-फेज व्होल्टेज नुकसानांमधील समानतेची स्थिती प्राप्त करणे आवश्यक आहे. या प्रकरणात, थ्री-फेज लाइनमधील व्होल्टेजचे नुकसान सममितीय लोडसाठी सूत्रांद्वारे निर्धारित केले जाते आणि त्यांचे संभाव्य मूल्य सर्वात कमी असते. या प्रकरणात गणना मोठ्या प्रमाणात सरलीकृत आहे.

10 केव्ही नेटवर्कमधील सिंगल-फेज शाखांमध्ये समान क्रॉस-सेक्शन असलेल्या तीन-फेज शाखांपेक्षा 2-6 पट कमी बँडविड्थ आहे. तथापि, कमी-पॉवर ट्रान्सफॉर्मर स्टेशनसह, बर्याचदा शाखा तारांचा क्रॉस-सेक्शन यांत्रिक कारणांसाठी किमान परवानगीनुसार निर्धारित केला जातो. या प्रकरणात, ते सिंगल-फेज आहेत, शाखांमध्ये तीन ऐवजी समान क्रॉस-सेक्शनच्या दोन वायर आहेत आणि मेटल वायरची अर्थव्यवस्था 33% आहे.

मिश्रित प्रणालीनुसार सिंगल-फेज लो-व्होल्टेज नेटवर्क सरासरी कंडक्टरसह तीन-वायर बनविले जाते. मधल्या आणि शेवटच्या तारांमधील व्होल्टेज 220 V (Fig. 2), आणि शेवटच्या तारांमधील 440 V आहे. मधली वायर ग्राउंडेड न्यूट्रल असलेल्या 380 V प्रणालीमध्ये तटस्थ ताराप्रमाणेच ग्राउंड केली जाते, आणि उपकरणांचे धातूचे भाग देखील त्यास जोडलेले आहेत. प्रकाश मध्य आणि बाहेरील तारांमध्‍ये आणि बाहेरील तारांमध्‍ये वीज चालू आहे. लहान 2 kVA ट्रान्सफॉर्मरमध्ये दोन कमी व्होल्टेज आउटपुट असतात — 220 किंवा 127 V.

सिंगल-फेज ट्रान्सफॉर्मर स्टेशन आकृती 2 मध्ये दर्शविलेल्या योजनाबद्ध आकृतीनुसार लागू केले जातात.

तांदूळ. 2. सिंगल-फेज ट्रान्सफॉर्मर स्टेशनची योजना

ट्रान्सफॉर्मर साध्या 10 केव्ही इंटरमीडिएट नेटवर्क सपोर्टवर निलंबित केले जातात.ते समीप समर्थनावर स्थापित डिस्कनेक्टरद्वारे उच्च-व्होल्टेज नेटवर्कशी जोडलेले आहेत. ट्रान्सफॉर्मर उच्च व्होल्टेज फ्यूजसह शॉर्ट सर्किट्सपासून संरक्षित आहेत.

कमी व्होल्टेजच्या बाजूला, सर्किट ब्रेकर आणि फ्यूज एका लहान बॉक्समध्ये बसवले जातात.

मिश्रित प्रणालीसह 1 केव्ही पर्यंतच्या व्होल्टेजसह रेषा पारंपारिक नेटवर्कप्रमाणेच केल्या जातात. जर मार्ग एकसारखे असतील तर, त्यांना उच्च व्होल्टेज लाईन्ससह समान समर्थनांवर टांगण्याची शिफारस केली जाते.

बहुसंख्य मिश्र प्रणाली प्रकरणांमध्ये, थ्री-फेज लाइन्समधून दिलेले थ्री-फेज इंडक्शन मोटर्स सहसा वापरले जातात. ज्या ठिकाणी फक्त सिंगल-फेज पॉवर उपलब्ध आहे अशा ठिकाणी लो पॉवर सिंगल-फेज इलेक्ट्रिक मोटर्स वापरल्या जातात, उदाहरणार्थ, फील्ड मिलमधील पोर्टेबल चूलवर फॅन मोटर, रेल्वे जंक्शनवर पंप मोटर इ. सामान्यतः, अशा मोटर्सची शक्ती 1 - 2 kW आणि क्वचितच 3 - 4 kW असते.

सिंगल-फेज नेटवर्क्समध्ये कॅपेसिटर सुरू करून विशेष असिंक्रोनस इलेक्ट्रिक मोटर्स वापरणे चांगले. विशेष मोटर्सच्या अनुपस्थितीत, आपण 380/220 V च्या व्होल्टेजसह मानक थ्री-फेज इलेक्ट्रिक मोटर्स वापरू शकता आणि कॅपेसिटर किंवा अगदी सक्रिय प्रतिरोधकांच्या स्वरूपात प्रारंभिक उपकरणांसह.

440 V च्या व्होल्टेजवर सक्रिय प्रारंभिक प्रतिकार असलेल्या मोटरचा प्रारंभिक टॉर्क तीन-फेज मोडमध्ये मोटरच्या रेट केलेल्या टॉर्कच्या सुमारे 0.4 आहे, जो सिंगल-फेज मोडमध्ये रेट केलेल्या टॉर्कच्या 0.65-1.0 शी संबंधित आहे.

जर कार्यरत मशीनसाठी प्रारंभिक टॉर्क 0.5 Mn पेक्षा जास्त असावा, तर मोठ्या शक्तीसह मोटर निवडली जाते किंवा ती क्षमतेच्या सर्किटनुसार जोडली जाते.जेव्हा प्रारंभिक क्षमता चालू केली जाते, तेव्हा मोटर टॉर्क तीन-फेज मोडमध्ये रेट केलेल्या टॉर्कच्या अंदाजे समान असतो.

10 केव्हीए ट्रान्सफॉर्मरमधून फीड केल्यावर, 4.5 किलोवॅट पर्यंत थ्री-फेज मोडमध्ये रेटेड पॉवर असलेल्या मोटर्स सुरू केल्या जाऊ शकतात.

सिंगल-फेज मोटर्स, दोन्ही विशेष बांधकाम आणि थ्री-फेज मोटर्समधून रूपांतरित, समान शक्तीच्या तीन-फेज मोटर्सपेक्षा 1.5-2 पट जास्त महाग आहेत. तथापि, मिश्रित उर्जा वितरण प्रणाली वापरून नेटवर्क तयार करणे आणि चालविण्यामध्ये मिळणाऱ्या बचतीच्या तुलनेत मोटर्सच्या किमतीतील वाढ नगण्य आहे.

उच्च-व्होल्टेज नेटवर्कमधील सिंगल-फेज आणि थ्री-फेज पॉवरमधील गुणोत्तर लोडचे स्वरूप आणि त्याच्या प्लेसमेंटच्या परिस्थितीवर अवलंबून असते.

बहुतेक ग्रामीण भागांसाठी, 10 kV च्या व्होल्टेजसह सिंगल-फेज हाय-व्होल्टेज रेषा प्रामुख्याने दोन प्रकरणांमध्ये प्रचलित आहेत:

1) निवासी इमारतींचा मुख्य भार असलेल्या मोठ्या गावांच्या सीमेवर,

2) लहान वस्त्यांच्या पृथक्करणासाठी शाखा म्हणून जेथे नजीकच्या भविष्यात विजेचा विकास अपेक्षित नाही.

जेव्हा नेटवर्क खर्चात वाढ न करता मेटल वायरमध्ये लक्षणीय बचत केली जाते तेव्हा सिंगल-फेज पॉवरचा वापर आर्थिकदृष्ट्या व्यवहार्य मानला पाहिजे. ही स्थिती, एक नियम म्हणून, अशा प्रकरणांमध्ये व्यवहार्य आहे जिथे सिंगल-फेज सर्किटचा वापर केल्याने उच्च-व्होल्टेज नेटवर्कच्या लांबीमध्ये लक्षणीय वाढ होत नाही.

I. ए. बुडझको