एक्टिव हार्मोनिक फिल्टर या एएचएफ वास्तविक समय में करंट इंजेक्ट करके काम करते हैं, जो विद्युत प्रणालियों में परेशान करने वाले हार्मोनिक विकृतियों को रद्द कर देते हैं। मूल रूप से, ये उपकरण विभिन्न सेंसर का उपयोग करके लोड के माध्यम से प्रवाहित होने वाले करंट पर नज़र रखते हैं। जब वे साफ साइन वेव पैटर्न की तुलना में कुछ भी ठीक नहीं दिखता है, तो वे चीजों को ठीक करने के लिए विपरीत करंट के साथ दखल देते हैं। अधिकांश आधुनिक मॉडल स्थितियों के आधार पर लगभग 90-95% हार्मोनिक्स को कम कर सकते हैं। इसी कारण उद्योगों में वे अब उचित बिजली प्रबंधन के लिए आवृत्ति ड्राइव और समान उपकरणों पर भारी निर्भरता के बिना नहीं रह सकते।
हार्मोनिक विकृतियां मोटर्स और ट्रांसफार्मर्स में इन्सुलेशन डीग्रेडेशन को तेज करते हुए उपकरणों के तापमान में 40% तक वृद्धि करती हैं (पोनेमैन 2023)। अनियंत्रित हार्मोनिक्स के कारण हो सकता है:
| परिणाम | वित्तीय प्रभाव | नियंत्रण प्राथमिकता |
|---|---|---|
| कैपेसिटर बैंक विफलता | 12,000–45,000 रुपये प्रतिस्थापन | उच्च |
| पीएलसी सिस्टम खराबी | 740 हजार डॉलर/घंटा उत्पादन नुकसान | महत्वपूर्ण |
| उपयोगिता जुर्माना शुल्क | ऊर्जा लागत में 7–15% की वृद्धि | माध्यम |
कुल विरूपण विरूपण (थड) स्तर 8% से अधिक होने पर आईईईई 519-2022 मानकों का उल्लंघन होता है, जिससे नियामकीय गैर-अनुपालन का खतरा रहता है।
जबकि पैसिव फिल्टर निश्चित प्रतिबाधा बिंदुओं पर विशिष्ट आवृत्तियों को लक्षित करते हैं, एएचएफ बदलते हार्मोनिक प्रोफाइल के अनुकूल गतिशील रूप से अनुकूलित होते हैं। मुख्य विचार हैं:
अग्रणी निर्माता ऐसी सुविधाओं के लिए एएचएफ (AHF) की अनुशंसा करते हैं जो नवीकरणीय ऊर्जा एकीकरण या एडजस्टेबल-स्पीड ड्राइव का उपयोग कर रही हों, जहां हार्मोनिक पैटर्न अप्रत्याशित रूप से बदलते रहते हैं। 2024 के उद्योग विश्लेषण से पता चलता है कि निर्माण वातावरण में निष्क्रिय विकल्पों की तुलना में एएचएफ (AHF) से रखरखाव लागत में 32% की कमी आती है।
एक सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर के लिए सही आकार प्राप्त करना हार्मोनिक धारा (Ih) को मापने और धारा के कुल विरूपण (THDI) पर नज़र डालकर शुरू होता है। जब हम यह जानना चाहते हैं कि किस प्रकार की फिल्टर क्षमता की आवश्यकता है, तो यह समझदारी है कि भार सर्वाधिक होने पर ये RMS धारा माप लिए जाएँ। यह हमें यह स्पष्ट रूप से बताता है कि प्रणाली को संभालने के लिए वास्तव में किस चीज़ की आवश्यकता है। 2023 में IEEE पावर क्वालिटी समूह द्वारा किए गए अनुसंधान के अनुसार, यदि THDI 15% से अधिक हो जाता है, तो फिल्टरों को लगभग 35% बड़ा होना चाहिए ताकि प्रणाली के सभी स्तरों पर वोल्टेज स्तरों को स्थिर रखा जा सके।
THD मूल्यांकन में तीन सिद्ध विधियाँ प्रमुखता से उपयोग की जाती हैं:
| विधि | सटीकता | आदर्श उपयोग केस |
|---|---|---|
| वास्तविक समय निगरानी | ±2% | निरंतर भार प्रणालियाँ |
| स्पेक्ट्रल विश्लेषण | ±1.5% | परिवर्ती-गति ड्राइव |
| भार प्रोफाइलिंग | ±3% | अनियमित हार्मोनिक्स |
सही तकनीक का चयन करने से आकार निर्धारण में त्रुटियों में 20% तक की कमी आती है, विशेष रूप से उन सुविधाओं में जहाँ मिश्रित रैखिक और अरैखिक भार होते हैं।
हार्मोनिक स्पेक्ट्रम डेटा की जांच करने से उन समस्याग्रस्त आवृत्तियों का पता चलता है, जैसे 5वीं, 7वीं और विशेषकर 11वीं ऑर्डर हार्मोनिक्स, जिनका समाधान करने की आवश्यकता है। विभिन्न उद्योगों में हमारे द्वारा किए गए संयंत्र मूल्यांकनों के अनुभव से पता चलता है कि लगभग दो तिहाई विनिर्माण सुविधाओं में अकेले 5वीं हार्मोनिक से उत्पन्न महत्वपूर्ण समस्याएं होती हैं, जो कुल विरूपण समस्याओं का आधे से अधिक भाग बनाती हैं। इस जानकारी के आधार पर इंजीनियर अनावश्यक रूप से बड़े उपकरणों की स्थापना के बजाय सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर की स्थापना को सटीक रूप से समायोजित कर सकते हैं। परिणाम? बजट के मौसम में प्रत्येक सुविधा प्रबंधक के लिए आवश्यक धन का बेहतर प्रबंधन, बिना प्रणाली के प्रदर्शन में कमी के।
IEEE 519-2022 वाणिज्यिक इमारतों के लिए THDI सीमा 8% से नीचे निर्धारित करता है, लेकिन ऊर्जा सलाहकार गणना की गई फिल्टर क्षमताओं में 20-30% सुरक्षा मार्जिन जोड़ने की सिफारिश करते हैं। इस बफर को शामिल करने वाले सिस्टम में 40% कम हार्मोनिक से संबंधित बंद होने की घटनाएँ दर्ज की गई हैं (Ponemon Institute, 2023)। हमेशा अंतरराष्ट्रीय अनुपालन के लिए IEC 61000-3-6 के साथ परिणामों की तुलना करके सत्यापन करें।
वीएफडी, अपूर्ण प्रतिरोधक इकाइयों और विभिन्न औद्योगिक दिष्टकारी के स्रोतों की तलाश में एक व्यापक सिस्टम जांच से शुरुआत करना उचित होगा। वास्तविक डेटा प्राप्त करने का अर्थ है सुविधा के विभिन्न हिस्सों में विद्युत गुणवत्ता लॉगर्स को तैनात करना ताकि सामान्य संचालन पैटर्न और उत्पादित हार्मोनिक शोर की मात्रा की जांच की जा सके। जब हम इस सभी संकलित जानकारी को उपकरण प्रकारों के उचित वर्गीकरण और समग्र विद्युत व्यवस्था की समझ के साथ जोड़ते हैं, तो यह हमें एएचएफ स्थापना के आकार का पता लगाने के लिए एक मजबूत आधार प्रदान करता है। संख्याएं भी काफी कुछ बताती हैं - अधिकांश कारखानों में पाया जाएगा कि उनके मोटर ड्राइव और दिष्टकारी सिस्टम 2023 में ऊर्जा प्रणाली प्रयोगशाला के हालिया अनुसंधान के अनुसार सभी हार्मोनिक समस्याओं के लगभग दो तिहाई के लिए उत्तरदायी हैं। यह वास्तव में उस कार्य के महत्व पर प्रकाश डालता है जो सिस्टम में प्रत्येक भार की विशेषता निर्धारित करने में न केवल अच्छी प्रथा है बल्कि बिल्कुल आवश्यक कार्य है।
वास्तविक दुनिया की ऑपरेटिंग स्थितियों के तहत हार्मोनिक व्यवहार को कैप्चर करने के लिए 7–14 दिनों के लिए पावर क्वालिटी एनालाइज़र्स को तैनात करें। मापने पर ध्यान केंद्रित करें:
उन्नत स्पेक्ट्रम विश्लेषण में फेज कोण और कैंसिलेशन प्रभाव दिखते हैं जो बुनियादी RMS माप से अदृश्य रहते हैं। उदाहरण के लिए, एक अर्धचालक सुविधा में पाया गया कि शिफ्ट संक्रमण के दौरान हार्मोनिक धाराएं 40% अधिक थीं—यह जानकारी केवल निरंतर निगरानी के माध्यम से ही संभव हुई।
एएचएफ क्षमता की गणना करते समय, हम वास्तविक सामंजस्य धाराओं पर नज़र डालते हैं और सुरक्षा के लिए कुछ अतिरिक्त क्षमता भी शामिल करते हैं: एएचएफ क्षमता (एम्प्स में) सभी Ih के वर्गों के योग के वर्गमूल के बराबर होती है, जिसमें लगभग 30% अतिरिक्त क्षमता भी शामिल होती है ताकि सुरक्षा सुनिश्चित रहे। यहाँ Ih से तात्पर्य विभिन्न सामंजस्य आवृत्तियों के लिए मूल माध्य वर्ग (आरएमएस) मानों से है, और यह सुरक्षा बफर अप्रत्याशित भार वृद्धि या अचानक विद्युत स्पाइक्स से निपटने में सहायता करता है। एक वास्तविक दुनिया के उदाहरण में, एक वस्त्र निर्माण संयंत्र ने इस गणना को ठीक से लागू करके अनुमानित फ़िल्टरिंग उपकरणों की आवश्यकता को लगभग एक चौथाई कम कर दिया, जो कि अनुमान लगाने के लिए अनुमानित नियमों का उपयोग करने पर होता। इससे उन्हें तुरंत लगभग अठारह हजार डॉलर की बचत हुई, और संचालन के दौरान कुल सामंजस्य विरूपण सूचकांक 5% से कम बना रहा।
12 मेगावाट ऑटोमोटिव असेंबली संयंत्र में 87 VFD के साथ मुख्य वितरण बोर्ड पर 22% THDI का सामना करना पड़ा, जिसके कारण 14% वोल्टेज विरूपण हुआ। स्थानीय मापन से पता चला कि
400 एम्पियर AHF - सुरक्षा सीमा के साथ आकारित - ने THDI को 3.8% तक कम कर दिया, जो IEEE 519-2022 सीमा से काफी कम है। स्थापना के बाद, ट्रांसफार्मर और केबलों में कम ऊष्मा होने के कारण ऊर्जा नुकसान में 9.2% की गिरावट आई।
मुख्य वितरण पैनलों पर स्थापित एएचएफ इकाइयाँ पूरे विद्युत प्रणाली में हार्मोनिक्स को संभालती हैं। ये केंद्रीकृत समाधान उन इमारतों में सबसे अच्छा काम करते हैं जहां अधिकांश हार्मोनिक समस्याएं एक ही स्थान से उत्पन्न होती हैं, उदाहरण के लिए डेटा सेंटर के बारे में सोचें। वहां एक अच्छी गुणवत्ता वाला 250 केवीए फ़िल्टर सिस्टम वाइड थीडीआई को लगभग 85% तक कम कर सकता है, जो काफी अंतर डालता है। जब हम ऑन-साइट इंस्टॉलेशन की बात करते हैं, तो कंपनियां छोटे फिल्टर (आमतौर पर 50 से 100 केवीए के बीच) को सीएनसी मशीनों या बैकअप पावर सप्लाई जैसे समस्या उत्पन्न करने वाले विशिष्ट उपकरणों के ठीक बगल में लगाती हैं। जबकि यह स्थानीय समस्याओं पर बेहतर नियंत्रण प्रदान करता है, लेकिन लागत काफी बढ़ जाती है। औद्योगिक ऊर्जा रिपोर्टों में दिखाया गया है कि इन विकेंद्रीकृत सेटअप्स को अक्सर केंद्रीकृत फ़िल्टरिंग दृष्टिकोणों की तुलना में लगभग 22% अधिक धन अग्रिम में आवश्यकता होती है।
जब एक विनिर्माण सुविधा में भार सही ढंग से संतुलित नहीं होते, तो विभिन्न चरणों में ये परेशान करने वाली सामंजस्यहीन असंतुलन पैदा होते हैं, जो यह तय करते समय बहुत मायने रखते हैं कि AHF इकाइयों को कितना बड़ा होना चाहिए। एक सामान्य प्रेस शॉप के परिदृश्य पर विचार करें जहां चरण C में व्यस्त समय में लगभग 40 प्रतिशत THDI उछाल आते हैं। नवीनतम IEEE 519-2022 मानकों के अनुसार, उन्हें वास्तव में उन फिल्टरों की आवश्यकता होती है जो मापे गए उच्चतम हार्मोनिक धारा के लगभग 130 प्रतिशत को संभालने में सक्षम हों। केंद्रीकृत प्रणालियों के साथ गणित और भी मुश्किल हो जाता है क्योंकि आमतौर पर उन्हें सभी चलती भागों को संभालने के लिए अतिरिक्त क्षमता के बीच 18 और 25 प्रतिशत की आवश्यकता होती है। और स्थानीय फिल्टरों के बारे में भी मत भूलें। इन्हें 10 किलोहर्ट्ज़ से अधिक आवृत्तियों पर अचानक परिवर्तनों पर तुरंत प्रतिक्रिया करनी पड़ती है, जो यहां तक कि अनुभवी इंजीनियरों को भी चौंका सकती है अगर वे पर्याप्त सावधानी से नहीं देख रहे हों।
गलत आकार चुनने से परिचालन और वित्त दोनों दृष्टिकोण से गंभीर समस्याएं उत्पन्न हो सकती हैं। जब सिस्टम अतिमापित होते हैं, तो कंपनियों को आईईईई की 2023 पावर क्वालिटी रिपोर्ट के अनुसार लगभग 40% अधिक प्रारंभिक लागत वहन करनी पड़ती है, इसके अलावा अतिरिक्त ऊर्जा भी बर्बाद होती है क्योंकि अप्रयुक्त क्षमता के कारण प्रतिघात समस्याएं उत्पन्न होती हैं। दूसरी ओर, यदि फ़िल्टर पर्याप्त बड़े नहीं होते हैं, तो वे उन अवांछित हार्मोनिक धाराओं को ठीक से संभाल नहीं पाते, जिससे इन्सुलेशन बहुत तेज़ी से ख़राब होता है। इसकी पुष्टि संख्याओं से भी होती है, 2022 की इपीआरआई की केसबुक में पाया कि ट्रांसफार्मर्स की आयु 8% से अधिक कुल विरूपण सूचकांक हार्मोनिक्स पर सामान्य दर की तुलना में तीन गुना तेज़ी से कम होने लगती है। इस प्रकार के त्वरित पहनावे से सुविधा संचालकों के लिए लंबे समय में काफी अधिक खर्च बढ़ जाता है।
एक निर्माण संयंत्र ने 15% कम आकार के एएचएफ की स्थापना की, जिसके कारण नौ महीनों के भीतर संधारित्र बैंक की बार-बार विफलता हुई। पश्च परिणाम विश्लेषण में पाया गया कि हार्मोनिक वोल्टेज ने आईईईई 519-2022 सीमा को 12% से पार कर लिया, जिसके कारण 740,000 अमेरिकी डॉलर का अनियोजित अवरोध हुआ।
भार धारा या ट्रांसफार्मर kVA रेटिंग पर आधारित त्वरित अनुमान विधियां महत्वपूर्ण चरों को नजरअंदाज करती हैं:
7 दिनों तक विद्युत गुणवत्ता लॉगर का उपयोग करके व्यापक विश्लेषण से सामान्यतः 18–25% अधिक हार्मोनिक सामग्री का पता चलता है (NEMA मानक AB-2021)। आज के उन्नत सॉफ्टवेयर वास्तविक समय वाले स्पेक्ट्रम डेटा को पूर्वानुमान वाले एल्गोरिदम के साथ जोड़कर 98.5% मापने की सटीकता प्राप्त करते हैं, 2024 पावर इलेक्ट्रॉनिक्स जर्नल के अनुसार।
AHF का मुख्य कार्य वास्तविक समय में सुधारात्मक धाराओं को डालकर विद्युत प्रणालियों में हार्मोनिक विरूपण को समाप्त करना है। यह एक स्वच्छ साइन वेव पैटर्न बनाए रखने और स्थिर बिजली गुणवत्ता सुनिश्चित करने में मदद करता है।
हार्मोनिक्स उपकरणों के तापमान में वृद्धि कर सकते हैं, जिससे इन्सुलेशन कमजोर होने और उपकरणों के खराब होने की संभावना बढ़ जाती है। यह कैपेसिटर बैंक की खराबी, पीएलसी के खराब काम करने का कारण बन सकता है और ऊर्जा लागत में वृद्धि के कारण उपयोगिता जुर्माना शुल्क भी बढ़ सकता है।
एक्टिव फिल्टर उन वातावरणों में आदर्श होते हैं जहां हार्मोनिक विकृति का स्तर अधिक होता है और जहां हार्मोनिक पैटर्न अनियमित रूप से बदलते रहते हैं। पैसिव फिल्टर बजट प्रतिबंधित परियोजनाओं के लिए उपयुक्त होते हैं जो ज्ञात हार्मोनिक आवृत्तियों को लक्षित करते हैं।
एएचएफ के सटीक आकार का चुनाव अत्यधिक खर्च से बचने, परिचालन दक्षता सुनिश्चित करने और अपर्याप्त रूप से उपचारित हार्मोनिक्स के कारण उपकरणों के जल्दी खराब होने से बचाव के लिए आवश्यक है।
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