वोल्टेज ड्रॉप क्या है और सीमा क्यों ज़रूरी है
करंट जब केबल से गुज़रता है, तो केबल के प्रतिरोध के कारण उसमें थोड़ा वोल्टेज घटता जाता है। सप्लाई के मुक़ाबले उपयोग-बिंदु पर बचा हुआ यह अंतर ही वोल्टेज ड्रॉप है। यह स्वाभाविक है, पर एक सीमा से ज़्यादा हो तो उपकरण ठीक से काम नहीं करते — लाइट धीमी, मोटर गरम और स्विचगियर की कॉइल टिमटिमाती रहती हैं।
सीमा इसलिए भी ज़रूरी है क्योंकि यह हीटिंग जाँच से अलग बात है। केबल ओवरहीटिंग से पूरी तरह सुरक्षित हो, फिर भी ड्रॉप की जाँच फेल हो सकती है — ख़ासकर लंबी लाइनों पर। इसलिए डिज़ाइन में दोनों जाँचें अलग-अलग की जाती हैं, और दोनों को पास करना ज़रूरी है।
IEC में सीमाएँ: सार्वजनिक और निजी सप्लाई
IEC 60364-5-52 इंस्टॉलेशन की शुरुआत (origin) से किसी भी उपयोग-बिंदु तक के ड्रॉप के लिए मार्गदर्शक मान देता है। सार्वजनिक लो-वोल्टेज नेटवर्क से सीधी सप्लाई होने पर आम आँकड़े हैं — लाइटिंग सर्किट के लिए 3% और अन्य उपयोग के लिए 5%।
निजी लो-वोल्टेज स्रोत — जैसे इमारत को दी गई अपनी ट्रांसफ़ॉर्मर सप्लाई — होने पर मान थोड़े चौड़े होते हैं: लाइटिंग के लिए लगभग 6% और अन्य उपयोग के लिए लगभग 8%। ध्यान दें कि ये मार्गदर्शक मान हैं, आदेश नहीं — राष्ट्रीय कोड या प्रोजेक्ट स्पेसिफिकेशन कोई अलग आँकड़ा तय कर सकती है, और ऐसी स्थिति में वही मान्य होगा।
| सप्लाई का प्रकार | लाइटिंग | अन्य उपयोग |
|---|---|---|
| सार्वजनिक लो-वोल्टेज नेटवर्क | 3% | 5% |
| निजी लो-वोल्टेज स्रोत | ≈ 6% | ≈ 8% |
सीमा हमेशा इंस्टॉलेशन की शुरुआत से मापी जाती है — इसलिए सब-पैनल तक फ़ीडर का ड्रॉप भी हिसाब में आता है, सिर्फ़ आख़िरी सर्किट नहीं। 230 V सिंगल-फेज़ पर 5% का मतलब है लगभग 11.5 V का ड्रॉप — यही बजट है।
सूत्र: सिंगल-फेज़, थ्री-फेज़ और सरल रूप
पूरे रूप में ड्रॉप प्रतिरोध और रिएक्टेंस दोनों से निकलता है: सिंगल-फेज़ सर्किट के लिए ΔU = 2 × I × L × (R × cos φ + X × sin φ) और थ्री-फेज़ के लिए ΔU = √3 × I × L × (R × cos φ + X × sin φ), जहाँ R और X प्रति यूनिट लंबाई हैं, L लाइन की लंबाई और I लोड करंट।
छोटे क्रॉस-सेक्शन और मध्यम लंबाई वाले फ़ाइनल सर्किट में रिएक्टेंस अक्सर नज़रअंदाज़ की जा सकती है, और सूत्र सिर्फ़ चालकता पर आ जाता है: सिंगल-फेज़ के लिए ΔU = 2 × L × I × cos φ / (γ × S) और थ्री-फेज़ के लिए ΔU = √3 × L × I × cos φ / (γ × S)। यहाँ γ चालकता है — तांबे के लिए लगभग 57 m/(Ω·mm²) और एल्युमिनियम के लिए लगभग 34 — और S क्रॉस-सेक्शन, mm² में।
नतीजे को प्रतिशत में बदलने के लिए ड्रॉप को नॉमिनल वोल्टेज से भाग देकर 100 से गुणा करें। cos φ की भूल महँगी पड़ती है: मोटर सर्किट में cos φ = 1 मान लेने पर ड्रॉप कम दिखता है और ख़राब डिज़ाइन छुप जाता है।
प्रोजेक्ट में जाँच का तरीक़ा
जाँच हमेशा सर्किट दर सर्किट, शुरुआत से सबसे दूर के बिंदु तक की जाती है। सब-बोर्ड से खिलाए गए सर्किट का कुल ड्रॉप हर खंड के ड्रॉप का योग होता है — फ़ीडर प्लस फ़ाइनल सर्किट।
- हर सर्किट का डिज़ाइन करंट तय करें — लोड की ज़रूरत के हिसाब से, सुरक्षा उपकरण की रेटिंग के नहीं।
- आरेख या मॉडल से असली रनिंग लंबाई लें — सीधी दूरी से नहीं।
- सूत्र से हर खंड का ड्रॉप निकालें और प्रतिशत में बदलें।
- सब-बोर्ड वाले रास्ते में फ़ीडर और फ़ाइनल सर्किट के ड्रॉप जोड़ें।
- सबसे लंबे सर्किट की जाँच ज़रूर करें — सबसे भारी सर्किट का ड्रॉप सबसे ज़्यादा नहीं होता।
एक छोटा उदाहरण
230 V सिंगल-फेज़, 16 A, तांबे की 2.5 mm² केबल, रनिंग लंबाई 60 m। सरल रूप से: ΔU = 2 × 60 × 16 / (57 × 2.5) ≈ 13.5 V, यानी लगभग 5.9% — यह 5% सीमा से बाहर है। वही लाइन 4 mm² पर: 2 × 60 × 16 / (57 × 4) ≈ 8.4 V, यानी लगभग 3.7% — सीमा के भीतर। देखिए, केबल आधी मोटी करते ही जाँच पास हो गई।
सीमा पार हो तो क्या बदलें
सबसे पहला उपाय क्रॉस-सेक्शन बढ़ाना है — प्रतिरोध क्षेत्रफल के विपरीत घटता है, इसलिए ड्रॉप भी घटता है; फ़ाइनल सर्किट पर यह आमतौर पर सबसे सस्ता उपाय है। दूसरा उपाय बिजली का रास्ता छोटा करना — बोर्ड को लोड के पास लाना, या एक लंबे सर्किट को दो में बाँटना। तीसरा — लोड फिर से बाँटना, जिससे करंट घटे और हीटिंग जाँच को भी मदद मिले।
जो काम नहीं करता — वह है ब्रेकर का साइज़ बड़ा करना। बड़ा ब्रेकर केबल का प्रतिरोध नहीं घटाता, और इससे केबल की करंट कैपेसिटी के साथ तालमेल भी बिगड़ सकता है। सुरक्षा उपकरण केबल के साथ बँधा रहता है — ड्रॉप ठीक करने का काम सेक्शन या रास्ते का है।
जाँच में आम ग़लतियाँ
सबसे आम ग़लती — नाप डिस्ट्रीब्यूशन बोर्ड से शुरू करना। इंस्टॉलेशन की शुरुआत से नापने पर फ़ीडर का ड्रॉप छूट जाता है, और सब-पैनल वाली इमारत में यही छूटा हिस्सा पूरा मार्जिन निकल सकता है।
दूसरी ग़लती — करंट की जगह ब्रेकर की रेटिंग लेना। जाँच लोड करंट पर होनी चाहिए, सुरक्षा उपकरण की रेटिंग पर नहीं; रेटिंग लेने पर ड्रॉप बढ़ा-चढ़ाकर दिखता है और बेवजह मोटी केबल चुननी पड़ती है। तीसरी — मोटर और ट्रांसफ़ॉर्मर सर्किट पर cos φ भूल जाना, जिससे असली ड्रॉप कम दिखता है। और जब बड़े सेक्शन या लंबी फ़ीडर शामिल हों, तो सरल सूत्र के बजाय पूरे रूप (R और X दोनों) से गिनें।
एक बारीक बात तापमान की भी है: लोड के नीचे गरम केबल का प्रतिरोध ठंडे मान से थोड़ा ज़्यादा होता है। फ़ाइनल सर्किट पर फ़र्क़ मामूली है, पर भारी लोड वाली फ़ीडर पर सीमा के क़रीब डिज़ाइन हो तो यह भी ध्यान में रखें। जाँच के बाद नतीजा डिज़ाइन नोट्स में लिख दें — लंबाई, करंट, सेक्शन और प्रतिशत — ताकि बाद में लोड बदलने पर दोबारा गिनना आसान हो।
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अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
वोल्टेज ड्रॉप की कौन सी सीमा इस्तेमाल करें?
सार्वजनिक लो-वोल्टेज सप्लाई पर आमतौर पर लाइटिंग के लिए 3% और अन्य उपयोग के लिए 5%; निजी स्रोत पर लगभग 6% और 8%। राष्ट्रीय कोड कुछ अलग तय करे तो वह मान्य।
थ्री-फेज़ सर्किट के लिए कौन सा सूत्र?
ΔU = √3 × I × L × (R × cos φ + X × sin φ)। छोटे सेक्शन पर सरल रूप √3 × L × I × cos φ / (γ × S) काफ़ी होता है; बड़े सेक्शन पर पूरा रूप लें।
क्या ड्रॉप डिस्ट्रीब्यूशन बोर्ड से नापें?
नहीं। नाप इंस्टॉलेशन की शुरुआत (origin) से होती है, ताकि फ़ीडर का ड्रॉप भी हिसाब में आए। बोर्ड से नापने पर कुल ड्रॉप कम दिखता है।
क्या बड़ा ब्रेकर लगाने से ड्रॉप ठीक होता है?
नहीं। ब्रेकर केबल का प्रतिरोध नहीं बदलता। सुरक्षा उपकरण केबल के साथ मिला रहता है — ड्रॉप क्रॉस-सेक्शन या रास्ता बदलकर ठीक होता है।
जाँच में सबसे ज़्यादा क्या छूटता है?
सबसे लंबा सर्किट। ड्रॉप लंबाई और करंट दोनों से बनता है, इसलिए हल्का लोड भी लंबी लाइन पर सीमा पार कर सकता है — भारी सर्किट नहीं भी।