इमारतों में डीसी पावर के बजाय एसी क्यों प्रसारित किया जाता है?

विद्युत वितरण के लिए वैकल्पिक धारा (एसी) का प्रयोग किया जाता है क्योंकि इसे ट्रांसफार्मर का उपयोग करके वोल्टेज में कुशलतापूर्वक बढ़ाया या घटाया जा सकता है।यह बिजली को बहुत उच्च वोल्टेज पर लंबी दूरी तय करने की अनुमति देता है, प्रतिरोध ऊर्जा हानि को कम करता है, फिर सुरक्षित रूप से 120 वी तक कम किया जाता हैसीधी धारा (डीसी) ट्रांसफार्मर का उपयोग नहीं कर सकती है, जिससे लंबी दूरी की डीसी ट्रांसमिशन ऐतिहासिक रूप से अव्यावहारिक हो जाती है।

19वीं शताब्दी के अंत में एसी ने डीसी पर विजय प्राप्त करने का सबसे महत्वपूर्ण कारण यह है कि ट्रांसफार्मर केवल वैकल्पिक धारा के साथ काम करते हैं।

एक ट्रांसफार्मर विद्युत चुम्बकीय प्रेरण पर काम करता है (फारेडे का नियम): प्राथमिक कॉइल में एक बदलते चुंबकीय क्षेत्र द्वितीयक कॉइल में एक वोल्टेज को प्रेरित करता है। क्योंकि डीसी एक निरंतर दिशा में बहता है,यह एक स्थैतिक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है िक कोई प्रेरण नहीं होता है, तो एक साधारण ट्रांसफार्मर DC वोल्टेज नहीं बदल सकता है।

एसी के साथ, वोल्टेज हो सकता हैः

• बिजली संयंत्र में सैकड़ों किलोवोल्ट (उदाहरण के लिए, 230 kV, 500 kV, 765 kV) को लंबी दूरी के संचरण के लिए बढ़ाया गया।
• स्थानीय सबस्टेशनों में वितरण स्तरों (उदाहरण के लिए, 11 kV, 33 kV) तक गिराया गया।
• अंतिम उपयोग के लिए भवन के पास या अंदर 120 वी, 240 वी या 230 वी पर फिर से कदम रखा।

यह बहु-चरण वोल्टेज परिवर्तन आधुनिक ग्रिड की रीढ़ है और यह केवल इसलिए संभव है क्योंकि एसी प्रति सेकंड 50 या 60 बार दिशा उलटता है।

प्रसारण के दौरान गर्मी के रूप में खोई हुई विद्युत शक्ति इस सूत्र का पालन करती हैः

P_loss = I2 × R

जहां I वर्तमान है और R लाइन प्रतिरोध है। इस बीच, कुल शक्ति वितरित हैः

P = V × I

बिजली की एक निश्चित राशि के लिए, वोल्टेज (वी) को बढ़ाने के लिए वर्तमान (आई) को कम करता है। क्योंकि नुकसान वर्तमान के वर्ग के साथ पैमाने पर,यहां तक कि वर्तमान में मामूली कमी बर्बाद ऊर्जा में एक नाटकीय गिरावट का उत्पादन.

ठोस उदाहरण: 12 केवी पर 100 मेगावाट की आपूर्ति करने के लिए लगभग 8,333 ए की धारा की आवश्यकता होती है। 230 केवी पर एक ही 100 मेगावाट के लिए केवल लगभग 435 ए की आवश्यकता होती है।कि लगभग 360 बार लाइन में गर्मी का नुकसान कम करता है.

यही कारण है कि बिजली संयंत्र उच्च वोल्टेज ट्रांसमिशन लाइनों के माध्यम से चरम वोल्टेज पर बिजली भेजते हैं, फिर अंत उपयोगकर्ताओं के करीब आने पर धीरे-धीरे इसे कम करते हैं।ट्रांसफार्मर के बिना एक डीसी प्रणाली एक ही कम पर प्रसारित करना होगा, इमारत के स्तर पर वोल्टेज ग्राहक का उपयोग करता है, जिसके परिणामस्वरूप छोटी दूरी पर भी विनाशकारी ऊर्जा हानि होती है।

एसी के स्रोत पर और ग्रिड पर भी फायदे हैंः

• एसी जनरेटर यांत्रिक रूप से सरल होते हैं। चुंबकीय क्षेत्र में घूमने वाली कॉइल स्वाभाविक रूप से वैकल्पिक धारा उत्पन्न करती है।डीसी उत्पन्न करने के लिए एक कम्यूटेटर की आवश्यकता होती है जो एक घूर्णन यांत्रिक स्विच है जो आउटपुट को ठीक करता है जो पहनने को जोड़ता है, रखरखाव और विफलता बिंदु।
• ग्रिड सिंक्रनाइज़ेशन सीधा है। एसी सिस्टम स्वाभाविक रूप से एक ही आवृत्ति (50 हर्ट्ज या 60 हर्ट्ज) पर सिंक्रनाइज़ होते हैं, जिससे कई बिजली संयंत्र एक ग्रिड से जुड़ सकते हैं और लोड साझा कर सकते हैं।
• एक सदी से भी अधिक समय से एसी के प्रभुत्व ने ट्रांसफार्मर, स्विचगियर, सुरक्षा उपकरण, मोटर्स,और उपकरण एसी के चारों ओर इंजीनियर.

एक बार जब बिजली एक इमारत तक पहुँच जाती है, तो एसी के ट्रांसफार्मर इसे कम, मानकीकृत वोल्टेज पर सुरक्षित रूप से वितरित करते हैंः

• 120 वोल्ट (उत्तरी अमेरिका) और 230 वोल्ट (यूरोप, एशिया, ऑस्ट्रेलिया) बिजली के झटके की गंभीरता को कम करने के लिए पर्याप्त कम हैं जबकि अभी भी अधिकांश घरेलू भारों को बिजली प्रदान करते हैं।
• सर्किट ब्रेकर और फ्यूज एक ही वोल्टेज पर डीसी की तुलना में अधिक विश्वसनीय रूप से एसी को बाधित करते हैं, क्योंकि एसी स्वाभाविक रूप से शून्य वोल्ट को 100-120 बार प्रति सेकंड पार करता है, जो दोष की स्थिति के दौरान आर्क को बुझाने में मदद करता है।
• मानकीकृत प्लग और कंटेनर (NEMA, Schuko, Type A/B आदि) एक सार्वभौमिक सुरक्षा इंटरफ़ेस बनाते हैं।

इसके विपरीत, डीसी लगातार आर्क करता है और इसे बाधित करना कठिन है क्योंकि डीसी रेटेड सर्किट ब्रेकर भौतिक रूप से बड़े और अधिक महंगे होते हैं।

यह कहानी पूरी तरह से एकतरफा नहीं है। आज, उच्च वोल्टेज डीसी (एचवीडीसी) का उपयोग विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए किया जाता हैः

• बहुत लंबी दूरी के संचरण (सैकड़ों से लेकर हजारों किलोमीटर तक), जहां डीसी लाइनों में एसी की तुलना में कम कैपेसिटिव/इंडक्टिव हानि होती है।
• समुद्र के नीचे केबल, जहां समुद्र के पानी के माध्यम से एसी कैपेसिटेंस अत्यधिक हो जाता है।
• विभिन्न आवृत्तियों या चरणों पर कार्य करने वाले असिंक्रोनस ग्रिडों को आपस में जोड़ना।

एचवीडीसी वोल्टेज-परिवर्तन समस्या को ट्रांसफार्मर के साथ नहीं बल्कि पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ हल करता है (AC→DC) भेजने वाले छोर पर और इनवर्टर (DC→AC) प्राप्त करने वाले छोर पर।ये केवल हाल के दशकों में ही सस्ती हो गई हैं.

इस बीच, इमारतों के अंदर, कई उपकरण पहले से ही डीसी पर चलते हैंः फोन, लैपटॉप, एलईडी प्रकाश व्यवस्था, ईवी चार्जर, सौर पैनल, और डेटा सेंटर सर्वर।वे एसी को डीसी में परिवर्तित करने के लिए अंतर्निहित रेक्टिफायर या बिजली की आपूर्ति का उपयोग करते हैं जो कुछ ऊर्जा बर्बाद करता है और लागत जोड़ता हैयही कारण है कि कुछ नई इमारतें और डेटा सेंटर ऑन-साइट डीसी वितरण के साथ प्रयोग कर रहे हैं, लेकिन ट्रांसमिशन ग्रिड स्वयं भारी रूप से एसी बना हुआ है।

निष्कर्ष

एसी भवनों में बिजली प्रेषण के लिए मानक बन गया क्योंकि इसने दो समस्याओं को हल किया जो प्रारंभिक विद्युतीकरण को परिभाषित करते थे:कुशल लंबी दूरी की डिलीवरी (उच्च वोल्टेज ट्रांसफार्मर और निम्न धारा संचरण के माध्यम से) और सुरक्षित, व्यावहारिक अंत-उपयोग वितरण (कम वोल्टेज, विश्वसनीय रुकावट और मानकीकृत उपकरण) । जबकि एचवीडीसी और ऑन-साइट डीसी आला अनुप्रयोगों में जमीन हासिल कर रहे हैं,विद्युत संयंत्र से दीवार की आउटलेट तक बिजली पहुंचाने का सबसे किफायती और सार्वभौमिक रूप से संगत तरीका है.