पावर सिस्टम में तीन-फेज़ असंतुलन कई प्रकार के नकारात्मक प्रभाव डालता है, जिसमें लाइनों में विद्युत ऊर्जा के नुकसान में वृद्धि, वितरण ट्रांसफार्मर में विद्युत ऊर्जा के नुकसान में वृद्धि, वितरण ट्रांसफार्मर की आउटपुट क्षमता में कमी, वितरण ट्रांसफार्मर में शून्य-क्रम धारा का उत्पन्न होना, विद्युत उपकरणों के सुरक्षित संचालन में कमी और इलेक्ट्रिक मोटर्स की दक्षता में कमी शामिल है। पावर सिस्टम में तीन-फेज़ असंतुलन कैसे कम किया जा सकता है? नांटोंग ज़ीफेंग इलेक्ट्रिक टेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड से आने वाला निम्नलिखित भाग तीन-फेज़ असंतुलन के कारण होने वाले नुकसानों और इसे सुधारने के तरीकों की विस्तृत व्याख्या प्रदान करता है।
पावर सिस्टम में तीन-फेज़ असंतुलन के कारण होने वाले नुकसान:
1. लाइनों में विद्युत ऊर्जा के नुकसान में वृद्धि
तीन-फेज चार-तार विद्युत आपूर्ति नेटवर्क में, जब धारा लाइन कंडक्टर के माध्यम से प्रवाहित होती है, तो प्रतिबाधा की उपस्थिति के कारण अपरिहार्य रूप से विद्युत ऊर्जा का नुकसान होता है, और यह नुकसान धारा के वर्ग के समानुपाती होता है। जब निम्न-वोल्टेज नेटवर्क को एक तीन-फेज चार-तार प्रणाली द्वारा आपूर्ति की जाती है, तो एकल-फेज भारों की उपस्थिति अपरिहार्य रूप से तीन-फेज भार असंतुलन का कारण बनती है। ऐसी असंतुलित भार स्थितियों के अंतर्गत, धारा न्यूट्रल कंडक्टर के माध्यम से प्रवाहित होती है। इसके परिणामस्वरूप केवल फेज कंडक्टरों में नुकसान ही नहीं, बल्कि न्यूट्रल कंडक्टर में भी नुकसान होता है, जिससे विद्युत नेटवर्क लाइनों में कुल नुकसान बढ़ जाता है।
2. वितरण ट्रांसफार्मर में बढ़ी हुई विद्युत ऊर्जा की हानि
वितरण ट्रांसफार्मर निम्न-वोल्टेज नेटवर्क में प्राथमिक विद्युत आपूर्ति उपकरण है। जब तीन-फेज भार असंतुलन की स्थितियों के तहत संचालित होता है, तो ट्रांसफार्मर के नुकसान में वृद्धि होती है क्योंकि ट्रांसफार्मर की शक्ति हानि भार असंतुलन की मात्रा के साथ बदलती है।
3. वितरण ट्रांसफार्मर आउटपुट में कमी
वितरण ट्रांसफार्मर के डिज़ाइन में, इसकी घाव संरचना संतुलित भार संचालन की स्थिति पर आधारित होती है, जिसमें प्रत्येक चरण के लिए लगभग समान घाव प्रदर्शन और समान अनुमत भार क्षमता होती है। वितरण ट्रांसफार्मर के अधिकतम अनुमत उत्पादन को प्रत्येक चरण की अनुमत भार क्षमता द्वारा सीमित किया जाता है। जब वितरण ट्रांसफार्मर तीन-चरण भार असंतुलन की स्थिति के तहत संचालित होता है, तो हल्के भार वाले चरण में अतिरिक्त क्षमता होती है, जिसके परिणामस्वरूप ट्रांसफार्मर के उत्पादन में कमी आती है। उत्पादन में कमी की मात्रा तीन-चरण भार असंतुलन की सीमा से संबंधित होती है। जितना अधिक असंतुलन होगा, वितरण ट्रांसफार्मर के उत्पादन में उतनी अधिक कमी होगी। इस प्रकार, तीन-चरण भार असंतुलन के तहत संचालन के दौरान, वितरण ट्रांसफार्मर की उत्पादन क्षमता अपनी अनुमत मात्रा तक नहीं पहुंच पाएगी, इसकी आरक्षित क्षमता में संबंधित कमी आएगी, और इसकी अतिभार क्षमता कम हो जाएगी। यदि वितरण ट्रांसफार्मर अतिभार स्थितियों के तहत संचालित होता है, तो ट्रांसफार्मर के गर्म होने की संभावना बहुत अधिक होती है, जो गंभीर मामलों में ट्रांसफार्मर के जलने का कारण भी बन सकती है।
4. वितरण ट्रांसफार्मर द्वारा शून्य-अनुक्रम धारा का उत्पादन
जब वितरण ट्रांसफार्मर तीन-फेज़ लोड असंतुलन की स्थिति में काम करता है, तो शून्य-क्रम धारा (जीरो-सीक्वेंस करंट) उत्पन्न होती है। यह धारा तीन-फेज़ लोड असंतुलन की मात्रा के साथ बदलती है; जितना अधिक असंतुलन होगा, शून्य-क्रम धारा उतनी ही अधिक होगी। यदि संचालित वितरण ट्रांसफार्मर में शून्य-क्रम धारा मौजूद है, तो इसके कोर में शून्य-क्रम फ्लक्स उत्पन्न होगा। (उच्च-वोल्टेज पक्ष पर कोई शून्य-क्रम धारा नहीं होती है।) इससे शून्य-क्रम फ्लक्स को केवल ऑयल टैंक की दीवार और स्टील के संरचनात्मक घटकों से होकर गुजरना पड़ता है। चूंकि स्टील के घटकों की चुंबकीय संचरण क्षमता अपेक्षाकृत कम होती है, जब शून्य-क्रम धारा इन स्टील घटकों से गुजरती है, तो हिस्टेरिसिस और भंवर धारा नुकसान होते हैं, जिससे स्थानीय तापमान में वृद्धि होती है और ट्रांसफार्मर के स्टील घटक गर्म हो जाते हैं। वितरण ट्रांसफार्मर की घुमावदारी का विद्युत रोधन अत्यधिक गर्मी के कारण जल्दी बुढ़ापा प्राप्त करता है, जिससे उपकरण का जीवनकाल कम हो जाता है। इसके अतिरिक्त, शून्य-क्रम धारा की उपस्थिति वितरण ट्रांसफार्मर में अतिरिक्त ऊर्जा क्षति भी बढ़ाती है।
5. विद्युत उपकरणों के सुरक्षित संचालन पर प्रभाव
वितरण ट्रांसफॉर्मर को संतुलित तीन-फेज़ भार संचालन स्थितियों के आधार पर डिज़ाइन किया गया है, प्रत्येक फेज़ के घुमाव में प्रतिरोध, रिसाव प्रतिघात और चुंबकन प्रतिबाधा मूल रूप से समान होती है। जब वितरण ट्रांसफॉर्मर संतुलित तीन-फेज़ भार पर संचालित होता है, तो तीनों फेज़ की धाराएँ मूल रूप से बराबर होती हैं, और ट्रांसफॉर्मर के प्रत्येक फेज़ के भीतर वोल्टेज ड्रॉप भी लगभग समान होता है; इसलिए, ट्रांसफॉर्मर के तीन-फेज़ आउटपुट वोल्टेज संतुलित होते हैं। यदि वितरण ट्रांसफॉर्मर तीन-फेज़ भार असंतुलन के तहत संचालित होता है, तो प्रत्येक फेज़ के आउटपुट धाराएँ असमान होंगी, और ट्रांसफॉर्मर के फेज़ वोल्टेज ड्रॉप के आंतरिक मान भिन्न होंगे, जिससे ट्रांसफॉर्मर के आउटपुट पर अवश्य ही तीन-फेज़ वोल्टेज असंतुलन होगा।
एक समय पर, जब वितरण ट्रांसफार्मर तीन-फेज़ लोड असंतुलन के तहत काम कर रहा होता है, तो तीन-फेज़ आउटपुट करंट असमान होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप न्यूट्रल कंडक्टर के माध्यम से करंट प्रवाहित होता है। इससे न्यूट्रल कंडक्टर में प्रतिबाधा (इम्पीडेंस) वोल्टेज ड्रॉप होता है, जिसके कारण न्यूट्रल बिंदु का विस्थापन होता है, जिससे प्रत्येक फेज़ के फेज़ वोल्टेज में परिवर्तन होता है। भारी भार वाले फेज़ का वोल्टेज कम हो जाता है, जबकि हल्के भार वाले फेज़ का वोल्टेज बढ़ जाता है। वोल्टेज असंतुलन की स्थिति में बिजली की आपूर्ति से उच्च वोल्टेज फेज़ से जुड़े बिजली के उपकरणों को नुकसान पहुंचना आसान हो जाता है, जबकि कम वोल्टेज फेज़ से जुड़े उपकरणों का काम करना बंद कर सकते हैं। इसलिए, तीन-फेज़ लोड असंतुलन के तहत संचालन बिजली के उपकरणों के सुरक्षित संचालन के लिए गंभीर खतरा उत्पन्न करता है।
6. इलेक्ट्रिक मोटर की दक्षता में कमी
जब एक वितरण ट्रांसफार्मर तीन-फेज़ लोड असंतुलन की स्थिति में काम करता है, तो इसके आउटपुट वोल्टेज में तीन-फेज़ असंतुलन उत्पन्न होता है। चूंकि असंतुलित वोल्टेज में धनात्मक-क्रम, ऋणात्मक-क्रम और शून्य-क्रम वोल्टेज घटक शामिल होते हैं, जब ऐसी असंतुलित वोल्टेज को एक इलेक्ट्रिक मोटर पर लागू किया जाता है, तो ऋणात्मक-क्रम वोल्टेज धनात्मक-क्रम वोल्टेज द्वारा उत्पादित चुंबकीय क्षेत्र के विपरीत एक घूर्णी चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है, जिससे ब्रेकिंग प्रभाव उत्पन्न होता है। हालांकि, चूंकि धनात्मक-क्रम चुंबकीय क्षेत्र ऋणात्मक-क्रम चुंबकीय क्षेत्र की तुलना में काफी मजबूत होता है, इलेक्ट्रिक मोटर धनात्मक-क्रम चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में घूमती रहती है। ऋणात्मक-क्रम चुंबकीय क्षेत्र के ब्रेकिंग प्रभाव के कारण, इलेक्ट्रिक मोटर की आउटपुट शक्ति अनिवार्य रूप से कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप मोटर की दक्षता में कमी आती है। इसी समय, इलेक्ट्रिक मोटर के तापमान वृद्धि और प्रतिक्रियाशील शक्ति हानि भी तीन-फेज़ वोल्टेज असंतुलन की मात्रा के साथ बढ़ जाती है। इसलिए, तीन-फेज़ वोल्टेज असंतुलन की स्थिति में इलेक्ट्रिक मोटर का संचालन अत्यधिक अर्थव्यवस्था से दूर और असुरक्षित होता है।
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