జనరేటర్ యొక్క ప్రధాన భాగాలు మరియు జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లో అది పనిచేసే విధానం
జలవిద్యుత్ కేంద్రం (PLTA) విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయడానికి నీటి యొక్క స్థితిజ మరియు గతిజ శక్తిని ఉపయోగించుకుంటుంది. ఈ వ్యవస్థలో అత్యంత ముఖ్యమైన భాగాలలో ఒకటి జనరేటర్. ఇది విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ సూత్రం ద్వారా టర్బైన్ భ్రమణం నుండి వచ్చే యాంత్రిక శక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా మార్చే ఒక యంత్రం. సమర్థవంతమైన శక్తి మార్పిడిని నిర్ధారించడానికి, ఒక జలవిద్యుత్ జనరేటర్ సమగ్రంగా పనిచేసే అనేక కీలక భాగాలతో కూడి ఉంటుంది. ఈ వ్యాసం ఈ భాగాలను చర్చిస్తుంది మరియు జలవిద్యుత్ కేంద్రం సందర్భంలో ఒక జనరేటర్ ఎలా పనిచేస్తుందో వివరిస్తుంది.
జలవిద్యుత్ శక్తి వ్యవస్థ యొక్క సంక్షిప్త అవలోకనం
జనరేటర్ భాగాన్ని పరిశీలించే ముందు, జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లో శక్తి ప్రవాహాన్ని అర్థం చేసుకోవడం ముఖ్యం. జలాశయం లేదా ఆనకట్ట నుండి నీరు పెన్స్టాక్ ద్వారా టర్బైన్లోకి ప్రవహిస్తుంది. నీటి పీడనం మరియు ప్రవాహ వేగం కారణంగా టర్బైన్ తిరుగుతుంది. టర్బైన్ యొక్క భ్రమణం, నేరుగా జనరేటర్కు అనుసంధానించబడిన షాఫ్ట్కు ప్రసారం చేయబడుతుంది. ఆ తర్వాత జనరేటర్ విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేస్తుంది, దానిని ట్రాన్స్ఫార్మర్ ద్వారా వోల్టేజ్ను పెంచి, ప్రసార నెట్వర్క్కు పంపిణీ చేస్తారు.
ఈ వ్యాసం యొక్క ప్రధాన దృష్టి, యాంత్రిక శక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా మార్చే దశపై, అంటే జనరేటర్పై ఉంది.
జనరేటర్ల ప్రాథమిక సూత్రాలు: విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ
జనరేటర్లు ఫారడే నియమం ఆధారంగా పనిచేస్తాయి, ఈ నియమం ప్రకారం ఒక వాహకంలోని అయస్కాంత ఫ్లక్స్లో మార్పు ఒక విద్యుత్ చాలక శక్తిని (EMF) ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఒక జనరేటర్లో, అయస్కాంత క్షేత్రం మరియు వాహక కాయిల్స్ మధ్య సాపేక్ష చలనం వల్ల ఈ అయస్కాంత ఫ్లక్స్ మార్పు ఏర్పడుతుంది. రోటర్ తిరుగుతున్నప్పుడు, అయస్కాంత క్షేత్రం స్టేటర్ కాయిల్స్కు సాపేక్షంగా తిరుగుతుంది, దీనివల్ల కాయిల్స్ అంతటా ఒక వోల్టేజ్ ఏర్పడుతుంది. ఈ వోల్టేజ్ను ఒక లోడ్ లేదా నెట్వర్క్ సిస్టమ్కు అనుసంధానించినప్పుడు, అది విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లలో, అధిక, స్థిరమైన విద్యుత్ మరియు అధిక సామర్థ్యానికి అనువైనది కాబట్టి, సాధారణంగా త్రీ-ఫేజ్ సింక్రోనస్ జనరేటర్ను ఉపయోగిస్తారు.
జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లలో జనరేటర్ల ప్రధాన భాగాలు
1. స్టేటర్ (స్థిరమైన భాగం)
స్టేటర్ అనేది జనరేటర్లో భ్రమణం చెందని భాగం. ఇక్కడే ప్రధాన ప్రేరిత వోల్టేజ్ ఉత్పత్తి అవుతుంది. స్టేటర్లో ఇవి ఉంటాయి:
– స్టేటర్ ఫ్రేమ్: అంతర్గత భాగాలకు ఆధారాన్నిచ్చే యాంత్రిక నిర్మాణం.
– స్టేటర్ కోర్: ఎడ్డీ కరెంట్ నష్టాలను తగ్గించడానికి సిలికాన్ స్టీల్ లామినేషన్లతో కూడి ఉంటుంది. ఈ లామినేషన్లు ఎడ్డీ కరెంట్ మార్గాన్ని విచ్ఛిన్నం చేయడానికి ఒకదానిపై ఒకటి పేర్చబడిన పలుచని షీట్లు.
– స్టేటర్ వైండింగ్: స్టేటర్ కోర్ యొక్క స్లాట్లలో ఉంచబడిన వాహక తీగ (సాధారణంగా రాగి) యొక్క చుట్ట. ఈ చుట్ట సాధారణంగా మూడు-ఫేజ్ అవుట్పుట్ను ఉత్పత్తి చేయడానికి రూపొందించబడింది.
స్టేటర్ విద్యుత్ శక్తి బయటకు వెళ్ళడానికి ఒక "ప్రదేశం"గా పనిచేస్తుంది, ఎందుకంటే దాని కాయిల్లో ప్రేరిత వోల్టేజ్ ఏర్పడుతుంది.
2. రోటర్ (తిరిగే భాగం)
రోటర్ అనేది జనరేటర్లో టర్బైన్ షాఫ్ట్తో పాటు తిరిగే భాగం. ఒక సింక్రోనస్ జలవిద్యుత్ జనరేటర్లో, రోటర్ ప్రధాన అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. సాధారణంగా రెండు రకాల రోటర్లు ఉంటాయి:
– సేలియంట్ పోల్ రోటర్: జల విద్యుత్ ప్లాంట్లలో ఇది సర్వసాధారణం, ఎందుకంటే హైడ్రో టర్బైన్లు సాధారణంగా సాపేక్షంగా తక్కువ వేగంతో తిరుగుతాయి. ఈ రకమైన రోటర్లో అయస్కాంత ధ్రువాలు బయటకు పొడుచుకుని ఉంటాయి, ఇది బహుళ ధ్రువాలకు అనుకూలంగా ఉండి, తక్కువ వేగంతో కావలసిన ఫ్రీక్వెన్సీని సాధించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది.
– స్థూపాకార రోటర్ (నాన్-సేలియంట్): ఇది అధిక-వేగ థర్మల్ జనరేటర్లలో సర్వసాధారణం, కానీ కొన్ని పరిస్థితులలో కూడా ఉపయోగించవచ్చు.
అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి, DC కరెంట్ను సరఫరా చేసే ఫీల్డ్ వైండింగ్ కూడా రోటర్కు అమర్చబడి ఉంటుంది.
3. ఉద్దీపన వ్యవస్థ
రోటర్ అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి, రోటర్ కాయిల్స్కు DC కరెంట్ను సరఫరా చేసే ఒక ఎక్సైటేషన్ సిస్టమ్ జనరేటర్కు అవసరం. ఈ ఎక్సైటేషన్ సిస్టమ్ చాలా కీలకమైనది, ఎందుకంటే అది ఈ క్రింది వాటిని నిర్ధారిస్తుంది:
– జెనరేటర్ అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ పరిమాణం,
– రియాక్టివ్ పవర్ను (VAR) సరఫరా చేయడానికి లేదా గ్రహించడానికి జనరేటర్ యొక్క సామర్థ్యం,
– లోడ్ మారినప్పుడు కార్యాచరణ స్థిరత్వం.
సాధారణ రకాల ఉత్తేజం:
– బ్రష్లెస్ ఎక్సైటర్: మరింత విశ్వసనీయమైనది, తక్కువ నిర్వహణ అవసరం, ఆధునిక జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.
– బ్రష్తో కూడిన ఎక్సైటర్ (బ్రష్/స్లిప్ రింగ్): ఇది సరళమైనది, కానీ కాంటాక్ట్ భాగాలు రాపిడికి గురవడం వలన దీనికి నిర్వహణ అవసరం.
దీనికి అదనంగా, వోల్టేజ్ను స్థిరంగా ఉంచడానికి సాధారణంగా AVR (ఆటోమేటిక్ వోల్టేజ్ రెగ్యులేటర్) ద్వారా ఎక్సైటేషన్ను నియంత్రిస్తారు.
4. షాఫ్ట్ మరియు క్లచ్
షాఫ్ట్ అనేది టర్బైన్ మరియు జనరేటర్ రోటర్ మధ్య ఉండే యాంత్రిక అనుసంధానం. భారీ జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లలో, షాఫ్ట్కు ఈ క్రిందివి తప్పనిసరిగా ఉండాలి:
– మెలితిప్పడాన్ని తట్టుకునే అధిక బలం,
– కంపన నిరోధకత,
– అధిక అరుగుదలను నివారించడానికి మంచి అమరిక కచ్చితత్వం.
కప్లింగ్ (ఉపయోగిస్తే) టర్బైన్ మరియు జనరేటర్ను అనుసంధానించడానికి సహాయపడుతుంది, మరియు కంపనాలు లేదా చిన్నపాటి అమరిక లోపాల ప్రభావాలను తగ్గిస్తుంది.
5. బేరింగ్లు
రోటర్ యొక్క అధిక భ్రమణ వేగం కారణంగా, షాఫ్ట్ స్థిరత్వాన్ని కాపాడుకోవడానికి మరియు ఘర్షణను తగ్గించడానికి బేరింగ్ వ్యవస్థ అవసరం. బేరింగ్లలో రెండు ప్రధాన రకాలు ఉన్నాయి:
– గైడ్ బేరింగ్: షాఫ్ట్ స్థానాన్ని నిటారుగా ఉంచుతుంది మరియు పక్కకు జరగకుండా చేస్తుంది.
– థ్రస్ట్ బేరింగ్: టర్బైన్పై నీటి బలం మరియు రోటర్ బరువు కారణంగా ఉత్పన్నమయ్యే అక్షీయ బలాన్ని (తోపుడును) నిరోధిస్తుంది.
అధిక వేడిని నివారించడానికి బేరింగ్ కందన (నూనె కందన) మరియు శీతలీకరణ వ్యవస్థలు సాధారణంగా ఏకీకృతం చేయబడతాయి.
6. జెనరేటర్ శీతలీకరణ వ్యవస్థ
జలవిద్యుత్ జనరేటర్లు అధిక శక్తి ఉత్పత్తితో పనిచేస్తాయి, ఈ క్రమంలో విద్యుత్ మరియు యాంత్రిక నష్టాల వలన వేడి పుడుతుంది. కాయిల్ ఇన్సులేషన్ను మరియు అధిక సామర్థ్యాన్ని కాపాడుకోవడానికి, శీతలీకరణ అవసరం, ఉదాహరణకు:
– అంతర్గత ఫ్యాన్తో గాలిని చల్లబరచడం,
– హీట్ ఎక్స్ఛేంజర్లో నీటి శీతలీకరణ,
– కొన్ని యూనిట్లలో, సామర్థ్యాన్ని బట్టి మరింత సంక్లిష్టమైన శీతలీకరణ వ్యవస్థను ఉపయోగించవచ్చు.
మంచి శీతలీకరణ స్టేటర్ మరియు రోటర్ ఇన్సులేషన్ యొక్క మన్నికను పెంచుతుంది.
7. ఐసోలేషన్ మరియు రక్షణ వ్యవస్థ
స్టేటర్ మరియు రోటర్ కాయిల్స్ అధిక వోల్టేజ్లు, ఉష్ణోగ్రతలు మరియు తేమను తట్టుకోగల బలమైన ఇన్సులేషన్ వ్యవస్థను కలిగి ఉండాలి. అంతేకాకుండా, నష్టాన్ని నివారించడానికి జనరేటర్లో ఈ క్రింది రక్షణ చర్యలు అమర్చబడి ఉంటాయి:
– షార్ట్ సర్క్యూట్ మరియు ఓవర్కరెంట్ రక్షణ,
– వైండింగ్ ఉష్ణోగ్రత రక్షణ,
– కంపన రక్షణ,
– గ్రౌండ్ ఫాల్ట్ ప్రొటెక్షన్,
– ఉత్తేజ రక్షణ కోల్పోవడం.
ఈ వ్యవస్థలు సాధారణంగా నియంత్రణ ప్యానెళ్లు మరియు SCADA వ్యవస్థలకు అనుసంధానించబడి ఉంటాయి.
8. అవుట్పుట్ టెర్మినల్స్ మరియు స్టెప్-అప్ ట్రాన్స్ఫార్మర్ (సంబంధిత విభాగం)
జనరేటర్ అవుట్పుట్ సాధారణంగా మీడియం వోల్టేజ్లో ఉంటుంది (ఉదాహరణకు, డిజైన్ను బట్టి 6–20 kV). ప్రసార నష్టాలను తగ్గించడానికి, విద్యుత్ను ట్రాన్స్మిషన్ వోల్టేజ్కు (ఉదాహరణకు, 70 kV, 150 kV, 275 kV, లేదా అంతకంటే ఎక్కువ) పెంచడానికి దానిని ఒక స్టెప్-అప్ ట్రాన్స్ఫార్మర్కు పంపిస్తారు.
ట్రాన్స్ఫార్మర్ జెనరేటర్లో అంతర్గత భాగం కానప్పటికీ, అది జలవిద్యుత్ పంపిణీ వ్యవస్థలో ఒక ముఖ్యమైన భాగం.
జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లలో జనరేటర్లు పనిచేసే విధానం: ప్రక్రియ క్రమం
1. పీడనంతో కూడిన నీరు టర్బైన్ను తిప్పుతుంది
జల శక్తి టర్బైన్ షాఫ్ట్ భ్రమణ రూపంలో యాంత్రిక శక్తిగా మార్చబడుతుంది.
2. టర్బైన్ షాఫ్ట్ జనరేటర్ రోటర్ను తిప్పుతుంది.
అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని కలిగి ఉన్న రోటర్ ఒక నిర్దిష్ట వేగంతో తిరుగుతుంది. ఈ వేగాన్ని సిస్టమ్ ఫ్రీక్వెన్సీకి (ఇండోనేషియాలో 50 Hz) అనుగుణంగా నియంత్రిస్తారు.
3. రోటర్ అయస్కాంత క్షేత్రం స్టేటర్ కాయిల్స్ను “ఖండిస్తుంది”
రోటర్ తిరిగే కొద్దీ, స్టేటర్ కాయిల్స్ యొక్క స్థానానికి అనుగుణంగా అయస్కాంత ఫ్లక్స్ మారుతుంది. ఈ కారణంగానే స్టేటర్ వైండింగ్స్లో ప్రేరిత వోల్టేజ్ ఏర్పడుతుంది.
4. స్టేటర్ టెర్మినల్స్ వద్ద త్రీ-ఫేజ్ వోల్టేజ్ కనిపిస్తుంది.
స్టేటర్ కాయిల్ 120-డిగ్రీల ఎలక్ట్రికల్ షిఫ్ట్తో త్రీ-ఫేజ్గా రూపొందించబడినందున, జనరేటర్ అవుట్పుట్ పెద్ద లోడ్ల కోసం స్థిరమైన త్రీ-ఫేజ్ AC సిస్టమ్గా ఉంటుంది.
5. వోల్టేజ్ను స్థిరంగా ఉంచడానికి AVR ఉత్తేజాన్ని నియంత్రిస్తుంది
లోడ్ హెచ్చుతగ్గులకు లోనైనప్పుడు, అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ను సిస్టమ్ ప్రమాణంలో ఉంచడానికి AVR రోటర్ ఎక్సైటేషన్ కరెంట్ను మారుస్తుంది.
6. విద్యుత్ శక్తి ట్రాన్స్ఫార్మర్ మరియు నెట్వర్క్కు పంపిణీ చేయబడుతుంది
జనరేటర్ అవుట్పుట్ స్టెప్-అప్ ట్రాన్స్ఫార్మర్లోకి ప్రవేశించి, ఆ తర్వాత ప్రసార మరియు పంపిణీ నెట్వర్క్ ద్వారా వినియోగదారులకు పంపబడుతుంది.
పెనుటప్
జలవిద్యుత్ జనరేటర్ అనేది టర్బైన్ నుండి వచ్చే యాంత్రిక శక్తిని, విద్యుదయస్కాంత ప్రేరణ ద్వారా విద్యుత్ శక్తిగా మార్చే ఒక కీలకమైన పరికరం. దీని ప్రధాన భాగాలలో స్టేటర్, రోటర్, ఎక్సైటేషన్ సిస్టమ్, షాఫ్ట్, బేరింగ్లు, కూలింగ్, ఇన్సులేషన్ మరియు రక్షణ పరికరాలు ఉంటాయి. ఈ భాగాలన్నీ కలిసి గ్రిడ్కు ప్రసారం చేయడానికి స్థిరమైన, సమర్థవంతమైన మరియు సురక్షితమైన త్రీ-ఫేజ్ విద్యుత్ను ఉత్పత్తి చేయడానికి పనిచేస్తాయి. జలవిద్యుత్ జనరేటర్ యొక్క భాగాలు మరియు పనితీరును అర్థం చేసుకోవడం ద్వారా, ఒక జలవిద్యుత్ ప్లాంట్ విజయవంతంగా పనిచేయడం అనేది కేవలం నీటి లభ్యతపై మాత్రమే కాకుండా, జనరేటర్లోని సంక్లిష్టమైన ఎలక్ట్రోమెకానికల్ వ్యవస్థ యొక్క విశ్వసనీయతపై కూడా ఆధారపడి ఉంటుందని మనం చూడవచ్చు.
