स्प्लिट-फेज इलेक्ट्रिक पावर

स्प्लिट-फेज या सिंगल-फेज थ्री-वायर सिस्टम एक प्रकार का एकल चरण विद्युत शक्ति  वितरण है। यह मूल  एडिसन मशीन थ्री-वायर  एकदिश धारा  सिस्टम के बराबर  प्रत्यावर्ती धारा  (AC) है। इसका प्राथमिक लाभ यह है कि वितरण प्रणाली की दी गई क्षमता के लिए, यह एकल-समाप्त एकल-चरण प्रणाली पर कंडक्टर सामग्री को बचाता है, जबकि वितरण ट्रांसफार्मर के आपूर्ति पक्ष पर केवल एक चरण की आवश्यकता होती है। यह प्रणाली उत्तरी अमेरिका में आवासीय और हल्के वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए आम है। दो 120 V AC लाइनों की परिसर में आपूर्ति की जाती है जो एक सामान्य तटस्थ के साथ एक दूसरे से 180 डिग्री चरण से बाहर है (जब दोनों को तटस्थ के संबंध में मापा जाता है)। तटस्थ कंडक्टर ट्रांसफॉर्मर सेंटर टैप पर जमीन से जुड़ा होता है। लाइटिंग और छोटे उपकरण पावर आउटलेट्स (यानी, NEMA 1  और  NEMA 5 ) के लिए 120 V सर्किट का उपयोग करते हैं - ये सिंगल-पोल सर्किट ब्रेकर का उपयोग करके लाइनों में से एक और तटस्थ के बीच जुड़े होते हैं। उच्च मांग वाले अनुप्रयोग, जैसे ओवन, प्रायः 240 V AC सर्किट का उपयोग करके संचालित होते हैं - ये दो 120 V AC लाइनों के बीच जुड़े होते हैं। ये 240 V भार या तो हार्ड-वायर्ड हैं या  NEMA 10  या  NEMA 14  आउटलेट का उपयोग करते हैं जो इच्छापूर्वक 120 V आउटलेट के साथ असंगत हैं।

बिजली के झटके के खतरे को कम करने या विद्युत चुम्बकीय शोर को कम करने के लिए स्प्लिट-फेज पावर सिस्टम के अन्य अनुप्रयोगों का उपयोग किया जाता है।

कनेक्शन
तीन-तार वितरण प्रणाली की आपूर्ति करने वाले एक ट्रांसफार्मर  में एकल- चरण  इनपुट (प्राथमिक) वाइंडिंग होती है। आउटपुट (द्वितीयक) वाइंडिंग केंद्र-टैप की गई है और केंद्र टैप ग्राउंड तटस्थ से जुड़ा हुआ है। जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, केंद्र के अंत में एंड-टू-एंड का आधा वोल्टेज है। चित्र 2 स्प्लिट-फेज ट्रांसफॉर्मर के लिए आउटपुट वोल्टेज के फेजर आरेख को दिखाता है। चूंकि दो फेजर एक परिक्रामी चुंबकीय क्षेत्र के लिए रोटेशन की एक अनूठी दिशा को परिभाषित नहीं करते हैं, क्योंकि एक विभाजित एकल-चरण दो-चरण प्रणाली नहीं है।

संयुक्त राज्य अमेरिका और कनाडा में, अभ्यास थॉमस एडिसन  द्वारा विकसित DC वितरण प्रणाली के साथ अभ्यास की शुरूआत हुई। श्रृंखला में एक ही सर्किट पर लैंप के जोड़े या लैंप के समूह को जोड़कर और आपूर्ति वोल्टेज को दोगुना करने से कंडक्टरों का आकार काफी कम हो गया था।

लाइन टू तटस्थ वोल्टेज, लाइन-टू-लाइन वोल्टेज का आधा होता है। 1800 वाट से कम की आवश्यकता वाले प्रकाश और छोटे उपकरणों को एक लाइन तार और तटस्थ के बीच जोड़ा जा सकता है। उच्च वाट क्षमता के उपकरण, जैसे कि खाना पकाने के उपकरण, स्पेस हीटिंग, वॉटर हीटर, कपड़े सुखाने वाले, एयर कंडीशनर और इलेक्ट्रिक वाहन चार्जिंग उपकरण, दो लाइन कंडक्टरों से जुड़े होते हैं। इसका मतलब यह है कि (समान मात्रा में बिजली की आपूर्ति के लिए) करंट को आधा कर दिया जाता है। इसलिए, यदि उपकरणों को कम वोल्टेज द्वारा आपूर्ति करने के लिए डिज़ाइन किया गया है तो आवश्यकता से छोटे कंडक्टरों का उपयोग किया जा सकता है।

यदि लोड को संतुलित करने की गारंटी दी जाती है, तो तटस्थ कंडक्टर कोई करंट नहीं ले जाएगा और सिस्टम दो बार वोल्टेज के सिंगल-एंडेड सिस्टम के बराबर होगा, जिसमें लाइन के तार आधा करंट लेंगे। इसके लिए एक तटस्थ कंडक्टर की बिल्कुल भी आवश्यकता नहीं होगी, लेकिन यह अलग-अलग भारों के लिए अव्यावहारिक होगा; केवल समूहों को श्रृंखला में जोड़ने से अत्यधिक वोल्टेज और चमक भिन्नता होगी क्योंकि लैंप चालू और बंद होते रहेंगे।

दो दीपक समूहों को एक तटस्थ, दो जीवित पैरों के बीच की क्षमता में मध्यवर्ती से जोड़कर, लोड के किसी भी असंतुलन को तटस्थ में करंट द्वारा आपूर्ति की जाएगी, जिससे दोनों समूहों को पर्याप्त रूप से स्थिर वोल्टेज मिलेगा। सभी तीन तारों (तटस्थ सहित) में ले जाने वाला कुल करंट हमेशा सबसे भारी लोड वाले आधे हिस्से की आपूर्ति का दोगुना होगा।

कंडक्टर एम्पैसिटी द्वारा सीमित शॉर्ट वायरिंग रन के लिए, यह तीन आधे आकार के कंडक्टरों को दो पूर्ण आकार वाले लोगों के लिए प्रतिस्थापित करने की अनुमति देता है, जो एक समान एकल-चरण प्रणाली के 75% तांबे का उपयोग करता है।

कंडक्टरों में वोल्टेज की गिरावट से लंबे समय तक वायरिंग रन अधिक सीमित होते हैं। क्योंकि आपूर्ति वोल्टेज दोगुनी है, एक संतुलित लोड वोल्टेज ड्रॉप को दोगुना सहन कर सकता है, जिससे क्वार्टर-आकार के कंडक्टरों का उपयोग किया जा सकता है; यह समतुल्य एकल-चरण प्रणाली के 3/8 तांबे का उपयोग करता है।

व्यवहार में, कुछ मध्यवर्ती मान चुने जाते हैं। उदाहरण के लिए, यदि असंतुलन कुल भार के 25% (एक आधे का आधा) तक सीमित है, तो सबसे खराब स्थिति 50% के बजाय, एकल-चरण आकार के 3/8 कंडक्टर समान अधिकतम वोल्टेज ड्रॉप की गारंटी देंगे। जो की एक एकल-चरण कंडक्टर का कुल 9/8, और दो एकल-चरण कंडक्टरों का 56% तांबे के बराबर होगा।

संतुलित शक्ति
एक तथाकथित संतुलित बिजली व्यवस्था में, जिसे कभी-कभी "तकनीकी शक्ति" कहा जाता है, जमीन के संबंध में संतुलित वोल्टेज पर कंडक्टर के साथ एक अलग आपूर्ति बनाने के लिए केंद्र नल के साथ एक अलगाव ट्रांसफार्मर का उपयोग किया जाता है। एक संतुलित बिजली व्यवस्था का उद्देश्य बिजली आपूर्ति से संवेदनशील उपकरणों में युग्मित शोर को कम करना है।

तीन-तार वितरण प्रणाली के विपरीत, ग्राउंडेड तटस्थ लोड को वितरित नहीं किया जाता है; केवल 120 V पर लाइन-टू-लाइन कनेक्शन का उपयोग किया जाता है। एक संतुलित शक्ति प्रणाली का उपयोग केवल ऑडियो और वीडियो उत्पादन स्टूडियो, ध्वनि और टेलीविजन प्रसारण और संवेदनशील वैज्ञानिक उपकरणों की स्थापना में विशेष वितरण के लिए किया जाता है।

यूएस राष्ट्रीय विद्युत कोड  तकनीकी बिजली प्रतिष्ठानों के लिए नियम प्रदान करता है। सिस्टम का उपयोग सामान्य प्रयोजन के प्रकाश या अन्य उपकरणों के लिए नहीं किया जाना चाहिए, और यह सुनिश्चित करने के लिए विशेष सॉकेट का उपयोग किया जा सकता है कि केवल स्वीकृत उपकरण ही सिस्टम से जुड़ा हो। इसके अतिरिक्त, तकनीकी बिजली प्रणालियाँ वितरण प्रणाली के आधार पर विशेष ध्यान देती हैं।

एक संस्थापन में, जो एक ही कमरे में "पारंपरिक" शक्ति का भी उपयोग करता है, एक संतुलित बिजली प्रणाली का उपयोग करने का जोखिम यह है कि उपयोगकर्ता अनजाने में ऑडियो या वीडियो उपकरण की एक मध्यवर्ती प्रणाली के माध्यम से बिजली प्रणालियों को एक साथ जोड़ सकता है, जिनमें से विभिन्न तत्व बिजली प्रणालियों से जुड़े हो सकते हैं।

ऐसा होने की संभावना को संतुलित पावर आउटलेट्स के उचित लेबलिंग और संतुलित सिस्टम के लिए एक प्रकार के पावर आउटलेट सॉकेट के उपयोग से कम किया जा सकता है जो कि "पारंपरिक" पावर सिस्टम से भौतिक रूप से भिन्न होता है ताकि उन्हे अलग किया जा सके।

यूरोप
यूरोप में, तीन-चरण विद्युत शक्ति 230/400 V का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। हालाँकि, 230/460 V, तीन-तार, एकल-चरण प्रणालीयों का उपयोग खेतों और घरों के छोटे समूहों को चलाने के लिए किया जाता है, जब तीन-चरण उच्च-वोल्टेज कंडक्टरों में से केवल दो का उपयोग किया गया हो, एक स्प्लिट-फेज फाइनल स्टेप-डाउन ट्रांसफॉर्मर का उपयोग किया जाता है, जिसमें सेंटर-टैप अर्थ किया जाता है और दो हिस्सों में समान्यतः सिंगल फेज की आपूर्ति के साथ अलग-अलग इमारतों की आपूर्ति की जाती है, हालांकि यूके में एक बड़े फार्म को 230-0-230 दिया जा सकता है जो कि एक (नाममात्र) की आपूर्ति है।

यूनाइटेड किंगडम में, बड़े निर्माण और विध्वंस स्थलों पर बिजली के उपकरण और वहनीय प्रकाश व्यवस्था BS7375 द्वारा नियंत्रित होती है, और जहां संभव हो, लाइव कंडक्टर और पृथ्वी के बीच केवल 55 V के साथ केंद्र-टैप सिस्टम से सिंचित करने की सिफारिश की जाती है (जिसे CTE या  या सेंटर टैप अर्थ, या 55-0-55) कहा जाता है। यह कम वोल्टेज प्रणाली 110 V उपकरण के साथ प्रयोग की जाती है। कोई तटस्थ कंडक्टर वितरित नहीं किया गया है। उच्च जोखिम वाले स्थानों में, अतिरिक्त डबल पोल अवशिष्ट-करंट उपकरण (RCD) सुरक्षा का उपयोग किया जा सकता है। यहा अभिप्राय बिजली के खतरे को कम करना है जो गीले या बाहरी निर्माण स्थल पर बिजली के उपकरण का उपयोग करते समय मौजूद हो सकता है, और यह गलतियों के दौरान झटके की रोकथाम के लिए तेजी से स्वत: वियोग की आवश्यकता को समाप्त कर सकता है। निर्माण उपकरण का एक सामान्य टुकड़ा पोर्टेबल ट्रांसफॉर्मर है जो सिंगल-फेज 240 V को 110 V स्प्लिट-फेज सिस्टम में बदलते हैं। निर्माण स्थलों के लिए उपयोग किए जाने वाले जेनरेटर सेट सीधे इसकी आपूर्ति करने के लिए सुसज्जित होते हैं।

एक आकस्मिक लाभ यह है कि ऐसी प्रणालियों में उपयोग किए जाने वाले 110 वोल्ट गरमागरम लैंप के तंतु मोटे होते हैं और इसलिए यांत्रिक रूप से 240 वोल्ट लैंप की तुलना में अधिक मजबूत होते हैं।

उत्तरी अमेरिका
आवासीय और हल्के वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए उत्तरी अमेरिका में यह तीन-तार एकल चरण प्रणाली आम है। सर्किट ब्रेकर पैनल में समान्यतः दो लाइव (गर्म) तार होते हैं, और एक तटस्थ, एक बिंदु पर एक स्थानीय ट्रांसफार्मर के ग्राउंडेड सेंटर टैप से जुड़ा होता है। समान्यतः, लाइव तारों में से एक काला और दूसरा लाल होता है; तटस्थ तार हमेशा सफेद होता है। सिंगल पोल सर्किट ब्रेकर पैनल  के भीतर 120 वोल्ट बसों में से एक से 120 वोल्ट सर्किट को सिंचित करते हैं, या दो-पोल सर्किट ब्रेकर दोनों बसों से 240 वोल्ट सर्किट को सिंचित करते हैं। 120 V सर्किट सबसे आम हैं, और NEMA 1 और NEMA 5 आउटलेट, और अधिकांश आवासीय और हल्के वाणिज्यिक डायरेक्ट-वायर्ड लाइटिंग सर्किट को बिजली देने के लिए उपयोग किया जाता है। 240 V सर्किट का उपयोग उच्च मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, जैसे  एयर कंडीशनर,  स्पेस हीटर ,  बिजली चूल्हा , इलेक्ट्रिक  कपड़े सुखाने वाला ,  जल तापन  और इलेक्ट्रिक वाहन  चार्ज बिंदु । ये NEMA 10 या NEMA 14 आउटलेट का उपयोग करते हैं जो इच्छापूर्वक 120 V आउटलेट के साथ असंगत हैं।

तारों के नियम विभाजित-चरण सर्किट के अनुप्रयोग को नियंत्रित करते हैं। चूंकि तटस्थ (वापसी) कंडक्टर फ्यूज या सर्किट ब्रेकर द्वारा संरक्षित नहीं है, एक तटस्थ तार आपूर्ति प्रणाली की विपरीत रेखाओं से सिंचित दो सर्किटों द्वारा ही साझा किया जा सकता है। विरोधी रेखाओं से दो सर्किट एक तटस्थ साझा कर सकते हैं यदि दोनों ब्रेकर एक तार से जुड़े हुए हैं ताकि दोनों एक साथ यात्रा कर सकें ( NEC 210.4), यह 120 V को 240 V सर्किट में सिंचित होने से रोकता है।

रेलवे
स्वीडन में कुछ रेलवे पर विभाजित चरण विद्युत शक्ति का भी उपयोग किया जाता है। सेंटर टैप ग्राउंडेड है, जो कि एक पोल को ओवरहेड वायर सेक्शन से सिंचित करता है, जबकि दूसरे तार का उपयोग दूसरे सेक्शन के लिए किया जाता है।

न्यू यॉर्क और बोस्टन के बीच पूर्वोत्तर कॉरिडोर में एमट्रैक की 60 हर्ट्ज ट्रैक्शन पावर सिस्टम भी विभाजित चरण विद्युत शक्ति का उपयोग करता है। ट्रैक के साथ दो अलग-अलग तार चलाए जाते हैं, पहला लोकोमोटिव के लिए संपर्क तार और दूसरा विद्युत रूप से अलग सिंचित तार। प्रत्येक तार को जमीन के संबंध में 25 kV से सिंचित किया जाता है। ट्रैक के साथ ऑटोट्रांसफॉर्मर  प्रतिरोधक नुकसान को कम करते हुए संपर्क और सिंचितर तारों के बीच भार को संतुलित करते हैं।

यूके नेटवर्क रेल  में सभी नए 50 हर्ट्ज विद्युतीकरण पर ऑटोट्रांसफॉर्मर का उपयोग कर रहे हैं, और (2014 तक) कई पुराने बूस्टर ट्रांसफार्मर इंस्टॉलेशन को ऑटोट्रांसफॉर्मर में परिवर्तित कर रहे हैं, ऊर्जा हानियों को कम करने  और विद्युत चुंबकीय हस्तक्षेप को निर्यात करने के लिए। दोनों में तब वृद्धि होती है जब, भारी, या तेज गति वाली रैलगाड़ियां पेश की जाती हैं, जो आपूर्ति से उच्च शिखर धाराकरंट खींचती हैं। ध्यान दें कि बूस्टर ट्रांसफॉर्मर केवल पृथ्वी के माध्यम से यादृच्छिक रूप के बजाए, अपने इच्छित "पथ, "रिटर्न कंडक्टर" के माध्यम से ट्रैक्शन करंट की वापसी को बढ़ावा देते हैं, और ट्रेन में उपलब्ध वोल्टेज को बढ़ावा नहीं देते हैं, बल्कि कम करते हैं, और अतिरिक्त नुकसान का परिचय देते हैं। ऑटोट्रांसफॉर्मर सिस्टम ट्रांसमिशन नुकसान को कम करते हुए ट्रैक्शन रिटर्न करंट को अपने इच्छित पथ पर ले जाता है, और इसलिए पृथ्वी पर रिटर्न करंट लीकेज को नियंत्रित करने और कम ऊर्जा हानि सुनिश्चित करने के साथ-साथ दोनों आवश्यक उद्देश्यों को प्राप्त करता है। यह एक प्रारंभिक लागत जुर्माना है क्योंकि पिछला रिटर्न कंडक्टर, एक काफी मामूली वोल्टेज के लिए अछूता है जिसे एंटी-फेज फीडर द्वारा प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए, जो कि 25 kV तक अछूता है, और ऑटोट्रांसफार्मर स्वयं पिछले बूस्टर ट्रांसफार्मर की तुलना में बड़े और अधिक महंगे हैं; लेकिन समय के साथ ऊर्जा की कम हानि के परिणामस्वरूप समग्र लागत बचत होती है।

यह भी देखें

 * साझा तटस्थ