बिजली वितरण क्या है?
बिजली वितरण का अर्थ है बिजली को वहाँ से, जहाँ बनती या आती है, वहाँ तक ले जाना जहाँ उसका उपयोग होता है। मुख्य भाग:
- स्रोत: जनित्र (जहाज़ पर या स्टैंडबाय सप्लाई के लिए) या ग्रिड की सप्लाई।
- मुख्य स्विचबोर्ड: धातु की अलमारी जिसमें मोटी तांबे की पट्टियाँ (बसबार) बिजली लेकर बाँटती हैं।
- फ़ीडर: बोर्ड से मशीन, मोटर या छोटे वितरण बोर्ड तक जाने वाली केबलें।
- सुरक्षा: हर फ़ीडर पर सर्किट ब्रेकर और फ़्यूज़।
- भार: मोटरें, बत्तियाँ, हीटर और इलेक्ट्रॉनिक्स।
बड़े भारों के लिए ज़्यादातर प्लांट तीन-फ़ेज़ बिजली लेते हैं। तीन-फ़ेज़ सप्लाई में तीन जीवित तार (R, Y, B) होते हैं जिनकी वोल्टता के शिखर एक चक्कर के एक-तिहाई के अंतर पर आते हैं। मोटरें इस पर आराम से चलती हैं और उसी केबल से ज़्यादा शक्ति जाती है। बत्तियों और छोटे उपकरणों के लिए एक फ़ेज़ और न्यूट्रल के बीच एकल-फ़ेज़ 230 V मिलता है। 400 V (लाइन-से-लाइन) प्रणाली में हर फ़ेज़ से न्यूट्रल 400 / √3 ≈ 230 V है।
जहाज़ में बिजली वितरण
जहाज़ तैरता द्वीप है, इसलिए वह अपनी बिजली खुद बनाता है। सामान्य रचना:
- दो या तीन डीज़ल जनित्र तीन-फ़ेज़ AC बनाते हैं (कई जहाज़ों पर 440 V, 60 Hz; कुछ पर 400 V, 50 Hz)। एक से ज़्यादा चलते हैं, इसलिए एक ख़राब होने पर जहाज़ नहीं रुकता।
- इंजन कंट्रोल रूम का मुख्य स्विचबोर्ड उन्हें जोड़ता है (इसे पैरेलल करना कहते हैं) और फ़ीडरों को बिजली भेजता है।
- अपचायी ट्रांसफ़ॉर्मर आपातकालीन या लाइटिंग स्विचबोर्ड के रास्ते बत्तियों, सॉकेट और नेविगेशन उपकरणों के लिए 230 V या 115 V देता है।
- आपातकालीन स्विचबोर्ड का अपना छोटा जनित्र और बैटरियाँ होती हैं, ताकि मुख्य सप्लाई जाने पर स्टीयरिंग गियर और आपातकालीन बत्तियाँ चलें।
- बंदरगाह पर किनारे की सप्लाई शोर कनेक्शन बॉक्स से जनित्रों की जगह ले सकती है।
जहाज़ पर ख़ास सावधानी: नमकीन नम हवा धातु और इंसुलेशन को खाती है, इसलिए केबलें कवचित और बंद होती हैं और इंसुलेशन प्रतिरोध की बार-बार जाँच होती है। जहाज़ों की ज़्यादातर प्रणालियाँ इंसुलेटेड न्यूट्रल वाली होती हैं, इसलिए पहली अर्थ खराबी पर ट्रिप के बजाय अलार्म बजता है और दूसरी खराबी से पहले चालक दल उसे ठीक कर लेता है।
कारख़ाने में बिजली वितरण
कारख़ाना उच्च वोल्टता सप्लाई (जैसे 11 kV) लेता है और ट्रांसफ़ॉर्मर सबस्टेशन से उसे लगभग 400 V तीन-फ़ेज़ तक घटाता है। फिर:
- मुख्य LT (निम्न वोल्टता) पैनल में आने वाला ब्रेकर और जाने वाले फ़ीडर होते हैं।
- फ़ीडर बड़ी मशीनों के लिए मोटर कंट्रोल सेंटर (MCC) और बत्तियों व सॉकेट के लिए वितरण बोर्ड तक जाते हैं।
- हर मोटर का स्टार्टर (शुरुआती धारा सीमित करने के लिए) और ओवरलोड रिले (मोटर की सुरक्षा के लिए) होता है।
- संधारित्र बैंक शक्ति गुणांक सुधारते हैं, जिससे कम धारा बर्बाद होती है। चेंजओवर स्विच वाला स्टैंडबाय डीज़ल जनित्र बिजली कटने पर सहारा देता है।
चयनात्मक सुरक्षा: खराबी के सबसे पास वाला ब्रेकर पहले ट्रिप होना चाहिए, ताकि सिर्फ़ खराब हिस्से की बिजली जाए। स्रोत के पास के ब्रेकर बड़ी रेटिंग के होते हैं और बाद में ट्रिप होते हैं।
तीन-फ़ेज़ भार की शक्ति: P = √3 × V × I × cos φ (V = लाइन वोल्टता, I = लाइन धारा, cos φ = शक्ति गुणांक)।
विद्युत कार्य: लगाना, परखना और सुरक्षित रहना
विद्युत कार्य में केबल बिछाना, स्विच और बोर्ड लगाना, तार जोड़ना, उपकरण फ़िट करना और परीक्षण शामिल हैं। अच्छे नियम:
- पहले योजना: नक्शा पढ़ें और भार जोड़ें। धारा के लिए काफ़ी मोटी केबल चुनें (पतली केबल गरम होती है), और सामान्य धारा से थोड़ा ऊपर पर केबल की सीमा से नीचे का ब्रेकर या फ़्यूज़ चुनें।
- तारों के रंग: स्थानीय रंग कोड मानें, जैसे फ़ेज़ के लिए लाल, पीला, नीला; न्यूट्रल के लिए काला या नीला; अर्थ के लिए हरा या हरा-पीला। एक इमारत में कोड न मिलाएँ।
- जोड़: तार छीलें, मरोड़ें या क्रिंप करें और पूरा इंसुलेट करें। ढीले जोड़ गरम होकर आग लगाते हैं। सही कनेक्टर लगाएँ और टर्मिनल सही कसाव से कसें।
- अर्थिंग: हर धातु के ढाँचे को अर्थ तार और अर्थ खूँटे से जोड़ें। जीवित तार केसिंग को छुए तो बड़ी धारा अर्थ में बहती है, ब्रेकर ट्रिप होता है और किसी को झटका नहीं लगता।
- परीक्षण: सप्लाई बंद करके निरंतरता (पूरा रास्ता), इंसुलेशन प्रतिरोध (मेगर से, बहुत बड़ा मान) और अर्थ प्रतिरोध (कम) जाँचें। फिर चालू करके वोल्टता देखें।
- सुरक्षा: सप्लाई बंद करें, ताला और टैग लगाएँ, टेस्टर से साबित करें कि लाइन मृत है, इंसुलेटेड दस्ताने और जूते पहनें, इंसुलेटेड औज़ार लें और चालू उपकरण पर कभी अकेले काम न करें। बिजली की आग पर पानी कभी न डालें; CO₂ या ड्राई पाउडर अग्निशामक लें।
करके देखें: भार का हिसाब
अपने कमरे के हर उपकरण की धारा लिखें (वाट में शक्ति ÷ 230 V)। जैसे 2000 W का हीटर 8.7 A लेता है और 60 W का पंखा 0.26 A। इन्हें जोड़कर कमरे के ब्रेकर (अक्सर 16 A) से मिलाएँ। 3D में मोटर और बत्तियाँ चालू करें, फिर हीटर जोड़ें और देखें कि कुल धारा 25 A से पार जाते ही ब्रेकर ट्रिप होता है। फिर अर्थ तार हटाकर अर्थ खराबी चालू करें और केसिंग का हाल पढ़ें।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- तीन-फ़ेज़ शक्ति P = √3 × V_L × I_L × cos φ
- फ़ेज़ वोल्टता (स्टार) = लाइन वोल्टता / √3, इसलिए 400 V लाइन से लगभग 230 V
- एक फ़ीडर के भारों की कुल धारा = I₁ + I₂ + I₃ + …
- एकल-फ़ेज़ भार की धारा I = P / V (प्रतिरोधी भार)
- केबल में वोल्टता गिरावट = I × R; केबल में शक्ति हानि = I² × R
- ऊर्जा (kWh) = शक्ति (kW) × समय (h); लागत = kWh × प्रति यूनिट दाम
हल किए गए उदाहरण
1. 400 V तीन-फ़ेज़ सप्लाई की लाइन-से-न्यूट्रल वोल्टता निकालें।
V_फ़ेज़ = 400 / √3 = 400 / 1.732 ≈ 231 V, यानी लगभग 230 V।
2. तीन-फ़ेज़ मोटर 400 V सप्लाई से 10 A लेती है और शक्ति गुणांक 0.8 है। उसकी निवेश शक्ति निकालें।
P = √3 × V × I × cos φ = 1.732 × 400 × 10 × 0.8 = 5542 W ≈ 5.5 kW।
3. एक फ़ीडर पर मोटर (12 A), बत्तियाँ (5 A) और हीटर (10 A) हैं। ब्रेकर की रेटिंग 25 A है। सब चालू हों तो क्या होगा?
कुल = 12 + 5 + 10 = 27 A। यह 25 A से ऊपर है, इसलिए ब्रेकर ट्रिप होगा।
4. 2 kW का हीटर 230 V पर चलता है। धारा निकालें और मानक फ़्यूज़ चुनें (6 A, 10 A, 16 A)।
I = 2000 / 230 ≈ 8.7 A। इसके ऊपर का अगला मानक मान 10 A फ़्यूज़ है।
5. 0.05 Ω प्रतिरोध की केबल 20 A ले जाती है। वोल्टता गिरावट और शक्ति हानि निकालें।
गिरावट = I R = 20 × 0.05 = 1 V। शक्ति हानि = I² R = 400 × 0.05 = 20 W।
6. स्रोत पर वोल्टता 230 V है और केबल में 1 V गिरता है। सप्लाई का कितना प्रतिशत खो गया?
1 / 230 × 100 ≈ 0.43 %। यह छोटा है और स्वीकार्य है।
7. कारख़ाने की मशीन रोज़ 8 घंटे 3 kW लेती है। दाम ₹8 प्रति यूनिट है। 26 कार्यदिवसों की लागत क्या होगी?
ऊर्जा = 3 × 8 × 26 = 624 kWh। लागत = 624 × 8 = ₹4992।
आम गलतियाँ
- भार छोटा दिखने पर पतली केबल लगाना। धारा केबल की क्षमता से ज़्यादा हो तो वह गरम होती है। पहले केबल, फिर ब्रेकर चुनें।
- केबल की क्षमता से बड़ा ब्रेकर चुनना। ब्रेकर को केबल की रक्षा करनी है, इसलिए केबल के गरम होने से पहले उसे ट्रिप होना चाहिए।
- अर्थ तार छोड़ देना, या उसे न्यूट्रल से जोड़ देना। तब खराबी से धातु का केसिंग करंटदार हो जाता है।
- सिर्फ़ स्विच बंद किए सर्किट पर काम करना। हमेशा ताला-टैग लगाएँ और टेस्टर से साबित करें कि लाइन मृत है।