کیوں 3-فیز بجلی؟ کیوں نہ 6، 12 یا زیادہ بجلی کے لئے؟

یہ عام طور پر جانا جاتا ہے کہ سینگل فیز اور تین فیز نظام زیریں برق کی نقل و حمل، تقسیم اور استعمال کے لئے سب سے عام مکانیک ہیں۔ دونوں بنیادی بجلی فراہم کرنے کے فریم ورک کے طور پر کام کرتے ہیں، تین فیز نظام اپنے سینگل فیز کے مقابلے میں واضح فوائد پیش کرتے ہیں۔

خاص طور پر، ملٹی فیز نظام (جیسے 6 فیز، 12 فیز وغیرہ) برقیاتی اشیاء میں مخصوص استعمالات پر پائے جاتے ہیں— خصوصاً ریکٹیفائر سرکٹس اور متغیر فریکوئنسی ڈرائیوز (VFDs) میں— جہاں وہ دھڑکتے ہوئے DC آؤٹ پٹ میں رپل کو موثر طور پر کم کرتے ہیں۔ ملٹی فیز کی شکلیں (مثال کے طور پر 6، 9 یا 12 فیز) کو حاصل کرنے کے لئے تاریخی طور پر پیچیدہ فیز شفٹنگ ٹیکنالوجی یا موتروں-جنریٹرز کے سیٹ کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن ان مداخلات کو بڑے پیمانے پر برق کی نقل و حمل اور تقسیم کے لئے معیشتی طور پر غیر مناسب سمجھا جاتا ہے۔

کیوں تین فیز کے بجائے ایک فیز سپلائی نظام؟

تین فیز کا ایک یا دو فیز نظام سے اصل فائدہ یہ ہے کہ ہم زیادہ (مستقل اور یکساں) بجلی کو منتقل کر سکتے ہیں۔

ایک فیز نظام میں بجلی

• P =  V . I  . CosФ

تین فیز نظام میں بجلی

• P = √3 . V_L . I_L . CosФ … یا

• P = 3 x. V_PH . I_PH . CosФ

جہاں:

• P = واط میں بجلی

• V_L = لائن ولٹیج

• I_L = لائن کرنٹ

• V_PH = فیز ولٹیج

• I_PH = فیز کرنٹ

• CosФ = بجلی کا فیکٹر

یہ واضح ہے کہ تین فیز نظام کی بجلی کی قدرت 1.732 (√3) گنا زیادہ ہے ایک فیز نظام کی نسبت۔ موازنہ کیا جائے تو، دو فیز سپلائی ایک فیز کی ترتیب کے مقابلے میں 1.141 گنا زیادہ بجلی منتقل کرتی ہے۔

تین فیز نظام کا ایک کلیدی فائدہ گردش کرنے والے میگنتک فیلڈ (RMF) ہے، جس سے تین فیز موتروں میں خود کو شروع کرنے کی صلاحیت ہوتی ہے اور مستقل فوری بجلی اور ٹورک کی ضمانت ہوتی ہے۔ مقابلے میں، ایک فیز نظام RMF کی کمی ہوتی ہے اور اس میں بجلی کی دھڑکن ہوتی ہے، جس سے موتروں کی کارکردگی محدود ہوتی ہے۔

تین فیز نظام کے ذریعے نقل و حمل کی کارکردگی بھی بہتر ہوتی ہے، کم بجلی کی کھوئش اور ولٹیج کی کمی کے ساتھ۔ مثال کے طور پر، ایک عام ریزسٹو سرکٹ میں:

ایک فیز نظام

• نقل و حمل لائن میں بجلی کی کھوئش = 18I²r … (P = I²R)

• نقل و حمل لائن میں ولٹیج کی کمی = I.6r … (V = IR)

تین فیز نظام

• نقل و حمل لائن میں بجلی کی کھوئش = 9I²r … (P = I²R)

• نقل و حمل لائن میں ولٹیج کی کمی = I.3r … (V = IR)

یہ ظاہر ہے کہ تین فیز نظام میں ولٹیج کی کمی اور بجلی کی کھوئش ایک فیز نظام کی نسبت 50% کم ہوتی ہے۔

دو فیز سپلائی، تین فیز کے مطابق، مستقل بجلی فراہم کر سکتے ہیں، RMF (گردش کرنے والا میگنتک فیلڈ) تولید کر سکتے ہیں، اور مستقل ٹورک کی ضمانت دے سکتے ہیں۔ لیکن، تین فیز نظام ایک اضافی فیز کی وجہ سے دو فیز نظام کے مقابلے میں زیادہ بجلی منتقل کرتے ہیں۔ یہ سوال اٹھاتا ہے: کیوں نہ ہم 6، 9، 12، 24، 48 وغیرہ فیز استعمال کریں؟ ہم یہ مفصل بحث کریں گے اور بتاۓں گے کہ کیسے تین فیز نظام دو فیز نظام کے مقابلے میں زیادہ بجلی منتقل کرتا ہے۔

کیوں نہ دو فیز؟

دونوں دو فیز اور تین فیز نظام RMF (گردش کرنے والا میگنتک فیلڈ) تولید کر سکتے ہیں اور مستقل بجلی اور ٹورک کی ضمانت دے سکتے ہیں، لیکن تین فیز نظام کا ایک کلیدی فائدہ ہے: زیادہ بجلی کی قدرت۔ تین فیز کی ترتیبات میں ایک اضافی فیز کی وجہ سے دو فیز نظام کے مقابلے میں 1.732 گنا زیادہ بجلی کی منتقلی ہوتی ہے۔

دو فیز نظام عام طور پر دو فیز کنڈکٹرز اور دو نیوٹرل کے ذریعے سرکٹ کو مکمل کرنے کے لئے چار تاروں کی ضرورت ہوتی ہے۔ ایک عام نیوٹرل کا استعمال کر کے تین تاروں کا نظام بنانے سے تاروں کی تعداد کم ہو جاتی ہے، لیکن نیوٹرل کو دونوں فیزوں کے واپسی کرنٹ کو برداشت کرنا ہوتا ہے—جو کہ گرمی کی روک تھام کے لئے موٹے کنڈکٹرز (مثال کے طور پر کپر) کی ضرورت ہوتی ہے۔ مقابلے میں، تین فیز نظام بالانسڈ لوڈس (ڈیلٹا کنفیگریشن) کے لئے تین تار استعمال کرتے ہیں یا نا بالانسڈ لوڈس (سٹار کنفیگریشن) کے لئے چار تار، بجلی کی فراہمی اور کنڈکٹرز کی کارکردگی کو بہتر بناتے ہیں۔

کیوں نہ 6 فیز، 9 فیز، یا 12 فیز؟

ہلکی فیز نظام نقل و حمل کی کھوئشوں کو کم کر سکتے ہیں، لیکن ان کو وسیع طور پر قبول نہیں کیا جاتا کیونکہ عملی محدودیتوں کی وجہ سے:

• کنڈکٹرز کی کارکردگی: تین فیز نظام (3) کم سے کم کنڈکٹرز کا استعمال کرتے ہیں تاکہ بالانسڈ بجلی کو منتقل کریں، جبکہ 12 فیز نظام کو 12 کنڈکٹرز کی ضرورت ہوتی ہے—مواد اور نصب کی لاگت کو چار گنا کرتے ہیں۔

• ہارمونک کی کمی: تین فیز نظام میں 120° فیز کا زاویہ خود بخود تیسرے ہارمونک کرنٹ کو کم کرتا ہے، جس سے اعلی فیز سیٹ اپز میں پیچیدہ فلٹرز کی ضرورت ختم ہو جاتی ہے۔

• نظام کی پیچیدگی: اعلی فیز نظام کو دوبارہ انجینئرڈ کمپوننٹس (ٹرانسفورمر، سرکٹ بریکرز، سوئچ گیر) اور بڑے سبسٹیشن کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے ڈیزائن کی پیچیدگی اور نگهداری کی کھپت بڑھتی ہے۔

• عملی محدودیتیں: تین سے زیادہ فیز والے موتروں اور جنریٹرز بڑے ہوتے ہیں اور ٹھنڈا کرنے میں مشکلات کا سامنا کرتے ہیں، جبکہ نقل و حمل کے ٹاورز کو زیادہ بلندی کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ زیادہ کنڈکٹرز کو سماعت کیا جا سکے۔

تین فیز کا فائدہ

تین فیز نظام کامل توازن پر پہنچتے ہیں:

• وہ ایک فیز نظام کے مقابلے میں 50% زیادہ بجلی منتقل کرتے ہیں، کم کرنے کی کھوئشوں کو کم کرتے ہیں۔

• 120° فیز کی ترتیب لوڈ کو متعادل کرتی ہے اور ہارمونک کو کم کرتی ہے بغیر کسی اضافی پیچیدگی کے۔

• وہ ڈیلٹا (بالانسڈ لوڈس) اور سٹار (نا بالانسڈ لوڈس) کے دونوں ترتیبات کو سپورٹ کرتے ہیں، مختلف بجلی کی ضروریات کو فراہم کرتے ہیں۔

اعلی فیز نظام مارجنل فوائد کے ساتھ ہر اضافی فیز کی لاگت کو اسکیلیٹ کرتے ہیں۔ اس وجہ سے، تین فیز ٹیکنالوجی برق کی نقل و حمل کے لئے عالمی معیار رہی ہے، کارکردگی، سادگی اور معیشتی قابلیت کو متعادل کرتے ہوئے۔