आपको अभी सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर की आवश्यकता है, इसके 5 संकेत

हार्मोनिक विरूपण के कारण उपकरणों में अत्यधिक अतिताप

औद्योगिक बिजली प्रणालियों में हार्मोनिक्स के कारण अतिताप कैसे होता है

जब तरंग विकृति होती है, तो उच्च आवृत्ति की धाराएँ उत्पन्न होती हैं जो प्रतिरोध में वृद्धि करती हैं और विद्युत घटकों के आंतरिक हिस्सों में अवांछित ऊष्मा के जमाव का कारण बनती हैं। ट्रांसफॉर्मर, मोटर्स और चालक अपने सामान्य से अधिक काम करने लगते हैं, जो उनके थर्मल डिज़ाइन द्वारा संभाले जा सकने वाले स्तर से काफी आगे निकल जाता है। इसके बाद क्या होता है? ये धाराएँ चुंबकीय कोर और वाइंडिंग्स के भीतर भंवर धाराओं को उत्पन्न करती हैं। इस प्रक्रिया के कारण इन्सुलेशन के बुर्जुआ होने की दर तेजी से बढ़ जाती है, कभी-कभी सामान्य परिस्थितियों की तुलना में 40% तक तेजी से घिसावट हो जाती है। विभिन्न निर्माण संयंत्रों में 2023 के आंकड़ों पर एक नजर डालें, और हमें एक महत्वपूर्ण बात पता चलती है: लगभग सात में से दस प्रारंभिक मोटर विफलताओं का कारण हार्मोनिक्स के कारण हुई इसी तरह की अत्यधिक गर्मी थी। संधारित्र बैंक भी इससे बहुत बेहतर स्थिति में नहीं हैं। उच्च कुल तरंग विकृति वाले वातावरण में काम करने वाले संधारित्रों में परावैद्युत भंजन की घटना सामान्य से तीन गुना अधिक बार होती है।

हार्मोनिक-प्रेरित तापीय तनाव से प्रभावित सामान्य उपकरण

• परिवर्ती आवृत्ति ड्राइव (VFDs): हार्मोनिक धाराएँ ड्राइव घटकों में I²R हानि को 15–30% तक बढ़ा देती हैं
• ड्राई-टाइप ट्रांसफॉर्मर: 8% THD स्तर पर घुमावदार तार में 25% तेज गिरावट देखी गई (IEEE Std C57.110-2018)
• पावर केबल्स: तीन-चरण प्रणाली में तटस्थ चालक हार्मोनिक अनुनाद के दौरान धारा की नामित धारा से 170% तक धारा ले सकते हैं

हाल के मामले अध्ययन दिखाते हैं कि सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर CNC मशीन समूहों में चालक के तापमान को 18–35°C तक कम कर देते हैं, जिससे उपकरण के सेवा अंतराल में 22% की वृद्धि होती है।

उच्च हार्मोनिक स्तर का संकेतक के रूप में तापमान वृद्धि का मापन

अवरक्त तापीय इमेजिंग उच्च संचालन तापमान के माध्यम से हार्मोनिक तनाव के शुरुआती लक्षणों की पहचान करने में मदद करती है:

सुविधाएँ जो IEEE 519-2022 हार्मोनिक सीमा को पार कर जाती हैं, आमतौर पर उत्पादन चक्रों के दौरान तापमान में 2.3 गुना तेजी से वृद्धि का अनुभव करती हैं। आधुनिक निगरानी प्रणाली THD% और तापीय डेटा को एकीकृत करती है ताकि तापमान 55°C जैसी महत्वपूर्ण सीमा तक पहुँचने पर स्वचालित रूप से सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर को सक्रिय किया जा सके।

नियमित रखरखाव के बावजूद उपकरणों में बार-बार खराबी

अस्पष्ट नियंत्रण प्रणाली विफलताओं के पीछे बिजली की गुणवत्ता संबंधी समस्याओं की पहचान करना

औद्योगिक नियंत्रण प्रणालियाँ तब भी खराब हो जाती हैं जब उनका नियमित रखरखाव किया जाता है, और इसका कारण होता है आभासी विरूपण (हार्मोनिक डिस्टॉर्शन)। जो होता है वह यह है कि यह विरूपण वोल्टेज तरंगों को प्रभावित करता है और उपकरणों के भीतर स्थित सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक घटकों को बाधित कर देता है। परिणाम? रिले असामान्य रूप से काम करने लगते हैं, सेंसर गलत पठन देते हैं, और सर्वो मोटर्स अपने समय से पहले ही घिस जाती हैं। हाल ही में 2023 में बिजली की गुणवत्ता पर किए गए एक ऑडिट के अनुसार, कारखानों में लगभग दो-तिहाई रहस्यमय मोटर विफलताएँ वास्तव में यांत्रिक समस्याएँ नहीं थीं, बल्कि हार्मोनिक्स के कारण अस्थिर वोल्टेज से उत्पन्न हुई थीं। अधिकांश रखरखाव दल इन छिपी हुई विद्युत समस्याओं को पूरी तरह याद कर देते हैं, और सिर्फ उसी चीज़ की मरम्मत करते हैं जो सतह पर टूटी हुई दिखाई देती है, जबकि वास्तविक समस्या चुपचाप पृष्ठभूमि में बैठी रहती है और अधिक समस्याएँ पैदा करने के लिए तैयार रहती है।

केस अध्ययन: आभासी अनुनाद के कारण PLC बंद होना

मीट पैकिंग सुविधा प्रत्येक सप्ताह लगातार पीएलसी विफलताओं से जूझ रही थी, भले ही वे निर्माता द्वारा अनुशंसित रखरखाव कार्यक्रमों का सख्ती से पालन कर रहे थे। जब इंजीनियरों ने बिजली की गुणवत्ता के मुद्दों की जांच की, तो उन्हें 480V विद्युत प्रणाली में अनुनाद समस्याएं पैदा करने वाली समस्याग्रस्त 7वीं और 11वीं हार्मोनिक आवृत्तियां मिलीं। इन हार्मोनिक्स ने ऐसे अस्थायी वोल्टेज स्पाइक्स उत्पन्न किए जो कुल हार्मोनिक विरूपण (THD) के खतरनाक 23% स्तर तक पहुंच गए, जो नियंत्रण सर्किट्री के लिए IEEE 519-2022 मानक द्वारा निर्दिष्ट 8% के थ्रेशहोल्ड से काफी अधिक था। इस स्थिति को और खराब बनाने वाली बात यह थी कि ये विशिष्ट आवृत्ति पैटर्न नियमित सर्ज प्रोटेक्टर्स से छिप निकलने में सफल रहे, जिसके परिणामस्वरूप कई पीएलसी इनपुट/आउटपुट मॉड्यूल जल गए। समाधान तब आया जब उन्होंने अनुकूली सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर (AHFs) स्थापित किए। स्थापना के केवल तीन महीनों के भीतर, हार्मोनिक स्तर 4% से नीचे आ गए, और उनके उत्पादन शेड्यूल से वो परेशान करने वाले अनियोजित बंद होने के मामले बस गायब हो गए।

एक्टिव हार्मोनिक फ़िल्टर के कार्यान्वयन से संचालन में बाधा कैसे रोकी जाती है

एक्टिव हार्मोनिक फ़िल्टर नुकसानदायक हार्मोनिक्स को वास्तविक समय में निष्प्रभावी करने के लिए विपरीत कला धाराओं का इंजेक्शन गतिशील रूप से करते हैं। निश्चित आवृत्तियों तक सीमित निष्क्रिय फ़िल्टर के विपरीत, एएचएफ़ VFD और वेल्डिंग उपकरण का उपयोग करने वाली सुविधाओं में सामान्य बदलते भार के अनुकूल होते हैं। यह निरंतर सुधार:

• मोटर स्टार्टअप के दौरान भी वोल्टेज THD को 5% से कम बनाए रखता है
• त्रिकला प्रणालियों में तटस्थ धाराओं को 92% तक कम करता है
• नियंत्रण प्रणाली त्रुटि दर में 78% की कमी करता है (EPRI, 2023)

हार्मोनिक विकृति के मूल कारण को दूर करके, एएचएफ़ उपकरणों के जीवन को बढ़ाते हैं और मौजूदा रखरखाव कार्यक्रमों को बेहतर बनाते हैं। एएचएफ़ का उपयोग करने वाली सुविधाओं में प्रति वर्ष प्रतिक्रियाशील रखरखाव कार्य आदेशों में 43% कमी देखी गई है।

IEEE-519 अनुपालन सीमाओं से परे उच्च कुल तनाव विकृति (THD)

शक्ति प्रणाली की विश्वसनीयता पर THD और इसके प्रभाव की समझ

कुल तन्यता विरूपण, या संक्षेप में THD, इस बात को मापता है कि कोई सिग्नल शुद्ध साइन वेव से कितना विचलित है। जब THD 5% से अधिक हो जाता है, तो यह दक्षता में गिरावट और भरोसेमंदी से जुड़ी समस्याओं जैसी वास्तविक समस्याएं पैदा कर सकता है। THD के उच्च स्तर ट्रांसफॉर्मर में लगभग 12% या अधिक ऊर्जा की हानि का कारण बनते हैं, मोटर प्रणालियों में अवांछित प्रतीप टोक़ उत्पन्न करते हैं, चालकों को त्वचा प्रभाव में वृद्धि के कारण अधिक काम करने के लिए मजबूर करते हैं, और इन्सुलेशन सामग्री को सामान्य से तेजी से खराब कर देते हैं। पिछले वर्ष के कुछ हालिया उद्योग डेटा को देखते हुए, उन संयंत्रों ने जो वोल्टेज THD के लिए IEEE 519 मानकों को पूरा नहीं करते थे, अन्य की तुलना में रखरखाव पर लगभग 23% अतिरिक्त खर्च किया। ये अतिरिक्त लागत मुख्य रूप से विफल कैपेसिटर बैंक और खराब रिले के कारण आती हैं, जिनसे नियमित संचालन के दौरान कोई भी निपटना नहीं चाहता।

अपनी सुविधा की तन्यता अनुपालन का आकलन करने के लिए IEEE-519 मानकों का उपयोग करना

IEEE 519-2022 निम्न-वोल्टेज प्रणालियों (<1 kV) के लिए <8% और मध्यम-वोल्टेज नेटवर्क (1–69 kV) के लिए <5% पर अधिकतम अनुमेय वोल्टेज THD निर्धारित करता है। उपयोगिता संविदात्मक खंडों के माध्यम से अनुपालन को बढ़ा चढ़ाकर लागू कर रही हैं। 2023 के एक EnergyWatch अध्ययन में दिखाया गया कि आम संयोजन बिंदु पर THD के 6.5% से अधिक होने पर 42% औद्योगिक उपयोगकर्ताओं को गैर-अनुपालन सूचनाएं मिलीं।

आवश्यक THD कमी प्राप्त करने में निष्क्रिय फ़िल्टर अक्सर विफल क्यों होते हैं

पारंपरिक फिक्स्ड-ट्यून किए गए निष्क्रिय फिल्टर विशिष्ट हार्मोनिक आवृत्तियों के साथ काम करते समय सबसे अच्छा काम करते हैं लेकिन आज की औद्योगिक सेटिंग्स में संघर्ष करते हैं जहां चर आवृत्ति ड्राइव स्पेक्ट्रम में हार्मोनिक की एक विस्तृत श्रृंखला उत्पन्न करते हैं। वास्तविक दुनिया के माप से पता चलता है कि ये निष्क्रिय दृष्टिकोण आमतौर पर अधिकतम 30 से 50 प्रतिशत तक कुल सामंजस्य विकृतियों को कम करते हैं। इसकी तुलना अनुकूलनशील सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर से करें जो लगातार 80 से 95 प्रतिशत प्रभावशीलता के बीच आते हैं। क्या कारण है? ये उन्नत प्रणालीएं विद्युत तरंगों के रूपों की निरंतर निगरानी करती हैं और वास्तविक समय में प्रतिप्रवाह इंजेक्ट करती हैं, इसलिए वे उपकरण को अनुरूप बनाए रखती हैं भले ही दिन भर भार बदलता रहे। हालांकि यह एक चांदी की गोली समाधान नहीं है, कई संयंत्रों ने पाया है कि एएचएफ उनकी बिजली गुणवत्ता प्रबंधन रणनीतियों में महत्वपूर्ण अंतर करते हैं।

गैर-रैखिक भार और खराब बिजली गुणवत्ता से जुड़ी ऊर्जा लागत में वृद्धि

वीएफडी, यूपीएस और डीसी ड्राइव कैसे हार्मोनिक्स के माध्यम से ऊर्जा अपशिष्ट में योगदान करते हैं

वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव (VFD), अविच्छिन्न बिजली आपूर्ति या UPS प्रणाली, और डायरेक्ट करंट ड्राइव जैसे उपकरण सभी इन परेशान करने वाली हार्मोनिक धाराओं को उत्पन्न करते हैं जो वोल्टेज तरंगों के आकार को बिगाड़ देते हैं और मूल रूप से प्रणाली की दक्षता को कम कर देते हैं। इसके बाद क्या होता है? खैर, ट्रांसफॉर्मर और केबल अपने आवश्यकता से अधिक काम करने लगते हैं, जिसका अर्थ है कि उद्योग आवश्यकता से लगभग 12% अधिक ऊर्जा का उपयोग करते हैं। किसी भी कारखाने के तल पर नज़र डालें और इस पर विचार करें: मानक 500 kW मोटर ड्राइव सेटअप चलाने में केवल उन परेशान करने वाले प्रतिक्रियाशील शक्ति शुल्कों के कारण प्रति वर्ष लगभग $18k अतिरिक्त लागत आ सकती है। और जब हम 5वीं और 7वीं क्रम की हार्मोनिक्स के संयुक्त प्रभाव की बात करते हैं तो स्थिति और खराब हो जाती है। वे बस चुपचाप नहीं बैठतीं; बजाय इसके वे विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप उत्पन्न करती हैं जिससे मोटर्स और भी कम दक्षता से काम करती हैं, जबकि वितरण पैनल सामान्य परिस्थितियों की तुलना में अधिक गर्म चलते हैं।

AHF के साथ वास्तविक समय में शक्ति गुणक सुधार से लागत बचत की गणना

सक्रिय तिरंगा फ़िल्टर THD को 5% से कम रखते हैं और 0.95 से अधिक पावर फैक्टर बनाए रखते हुए मापने योग्य वित्तीय लाभ प्रदान करते हैं:

• मांग शुल्क में कमी: तिरंगा धाराओं को खत्म करने से kVA मांग 15–25% तक कम हो जाती है
• हानि में कमी: स्वच्छ बिजली से चालकों में I²R हानि 30–40% तक कम हो जाती है
• जुर्माने से बचाव: उपयोगिता बिजली गुणवत्ता मानकों के साथ अनुपालन सुनिश्चित करता है, जिससे 5–8% टैरिफ अतिरिक्त शुल्क से बचा जा सकता है

इन संयुक्त बचतों के माध्यम से एक सामान्य 480V AHF प्रणाली 18–24 महीनों के भीतर लागत वसूली प्राप्त कर लेती है।

प्रवृत्ति: सक्रिय तिरंगा फ़िल्टर में निवेश को अधिक तत्काल बनाते हुए बिजली दरों में वृद्धि

विश्व बैंक के पिछले साल के आंकड़ों के अनुसार, 2021 के बाद से औद्योगिक सुविधाओं के लिए बिजली लागत में दुनिया भर में लगभग 22% की वृद्धि हुई है, और अब पीक मांग शुल्क कंपनियों द्वारा प्रति माह ऊर्जा आवश्यकताओं के लिए भुगतान की जाने वाली राशि का लगभग एक तिहाई हिस्सा बन गया है। अधिकांश उपयोगिता प्रदाता IEEE 519 मानकों से अधिक होने वाली प्रतिक्रियाशील शक्ति और आघाती विरूपण जैसी समस्याओं पर कड़ी कार्रवाई कर रहे हैं, जब ये समस्याएं बहुत अधिक हो जाती हैं तो कभी-कभी $12 प्रति kVAR तक शुल्क लगा रहे हैं। सक्रिय आघाती फ़िल्टर लागू करने वाले संयंत्रों में आमतौर पर उन पुराने सुविधाओं की तुलना में 18% से 27% तक ऊर्जा बिल में कमी देखी गई है जो अभी भी निष्क्रिय फ़िल्टर का उपयोग कर रही हैं। लागत कम करने और अनुपालन बनाए रखने की कोशिश कर रहे निर्माताओं के लिए, इन अनुकूलनीय समाधानों में निवेश करना केवल समझदारी भरा व्यापार नहीं है, बल्कि आज की बाजार परिस्थितियों में यह लगभग आवश्यक बनता जा रहा है।

परिवर्तनशील आघाती फ़िल्टरिंग समाधानों की आवश्यकता वाले गतिशील लोड परिवर्तन

परिवर्तनशील लोड स्थितियों के तहत पारंपरिक फ़िल्टरों की सीमाएं

निश्चित-आवृत्ति निष्क्रिय फ़िल्टर विशिष्ट हार्मोनिक्स के लिए समायोजित पूर्वनिर्धारित LC सर्किट पर निर्भर करते हैं, जिससे वे परिवर्तनशील भार वाले आधुनिक औद्योगिक वातावरण के लिए अनुपयुक्त हो जाते हैं। प्रमुख सीमाएं इस प्रकार हैं:

• जब सिस्टम प्रतिबाधा में परिवर्तन होता है तो अनुनाद का जोखिम
• कम भार वाली अवधि के दौरान अति-क्षतिपूर्ति, जिससे प्रेरणात्मक शक्ति गुणांक उत्पन्न हो सकता है
  अनुसंधान से पता चलता है कि चर-गति ड्राइव (VSD) अनुप्रयोगों में निष्क्रिय फ़िल्टर केवल 45% से कम THD कमी दक्षता प्राप्त कर पाते हैं, जो 85% से अधिक प्रभावकारिता वाली अनुकूली तकनीकों की तुलना में काफी कम है।

सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर तकनीक वास्तविक समय प्रतिक्रिया को कैसे सक्षम बनाती है

आधुनिक सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर तत्काल हार्मोनिक सुधार प्रदान करने के लिए डिजिटल सिग्नल प्रोसेसिंग का उपयोग करते हैं:

1. DSP नियंत्रकों का उपयोग करके प्रत्येक चक्र में 256 बार विकृति की निगरानी करें
2. पता चलने के 50 μs के भीतर विपरीत-कला धाराओं का उत्पादन करें
3. हार्मोनिक गंभीरता के आधार पर स्वचालित रूप से क्षतिपूर्ति को प्राथमिकता दें
   यह वास्तविक समय प्रतिक्रिया विशेष रूप से उत्पादन संयंत्रों में मूल्यवान है जहां उत्पादन लाइन के पुन: विन्यास के कारण 30% और 100% क्षमता के बीच त्वरित भार परिवर्तन होते हैं।

सर्वोत्तम प्रथाएँ: अधिकाधिक VFD वाले सुविधाओं में AHF की तैनाती

VFD से भरे वातावरण में प्रदर्शन को अधिकतम करने के लिए:

• आठ से अधिक VFD समूहों की सेवा करने वाले स्विचगियर पैनल पर AHF स्थापित करें
• हार्मोनिक-संबंधित तापन में कमी की पुष्टि करने के लिए तिमाही थर्मल इमेजिंग का संचालन करें
• PLC समन्वय के माध्यम से उत्पादन अनुसूची के साथ फ़िल्टर सक्रियण को एकीकृत करें
  इन प्रथाओं को लागू करने वाले शीर्ष प्रदर्शन वाले खाद्य प्रसंस्करण संयंत्रों ने हार्मोनिक हस्तक्षेप के कारण हुई अनियोजित डाउनटाइम घटनाओं में 92% की कमी की सूचना दी है।

सामान्य प्रश्न

कुल विकृति विरूपण (THD) क्या है और यह महत्वपूर्ण क्यों है?

कुल विकृति विरूपण (THD) एक शुद्ध साइन तरंग से संकेत के विचलन को मापता है। उच्च THD से बिजली प्रणालियों में अक्षमता और विश्वसनीयता संबंधी समस्याएं उत्पन्न होती हैं, जिससे ऊर्जा की हानि, उपकरणों पर अत्यधिक क्षय और संभावित संचालन विफलता हो सकती है।

एक्टिव हार्मोनिक फ़िल्टर (AHF) कुल विकृति (THD) को कम करने में कैसे सहायता कर सकते हैं?

AHF वास्तविक समय में हानिकारक हार्मोनिक्स को कम करने के लिए विपरीत-चरण धाराओं को गतिशील रूप से प्रवाहित करते हैं, परिवर्तनशील भारों के अनुकूल होते हैं और THD को स्वीकार्य स्तर से नीचे बनाए रखते हैं। इससे बिजली की गुणवत्ता में सुधार होता है और उपकरणों के जीवनकाल में वृद्धि होती है।

औद्योगिक वातावरण में हार्मोनिक्स के कारण होने वाली सामान्य समस्याएँ क्या हैं?

हार्मोनिक्स उपकरणों के अत्यधिक ताप, I²R हानि में वृद्धि, संधारित्रों में परावैद्युत भंजन, नियंत्रण प्रणालियों में अनियमित व्यवहार और ऊर्जा की खपत में वृद्धि का कारण बन सकते हैं, जिससे संचालन लागत बढ़ जाती है।

ऊर्जा लागत में बचत के लिए AHF कैसे योगदान देते हैं?

AHF शक्ति गुणांक में सुधार करते हैं और आर्मोनिक धाराओं को कम करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप मांग शुल्क में कमी, I²R हानि को न्यूनतम करना और बिजली गुणवत्ता मानकों के साथ असुसंगति से जुड़े जुर्माने से बचा जा सकता है, जिससे अक्सर 18-24 महीनों के भीतर निवेश पर प्रतिफल प्राप्त होता है।