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

उपकरणों में अत्यधिक ऊष्मा और समय से पहले खराबी

हार्मोनिक विरूपण ट्रांसफॉर्मर, केबल और मोटर्स में तापीय तनाव कैसे पैदा करता है

जब तुल्यकालिक धाराएँ विद्युत प्रणालियों के माध्यम से प्रवाहित होती हैं, तो वे I वर्ग R तापन के रूप में ज्ञात प्रतिरोध हानि उत्पन्न करती हैं, और आवृत्तियों में वृद्धि के साथ ये हानि बहुत तेजी से बढ़ जाती है। मोटर्स भी इस समस्या से प्रभावित होते हैं, जहाँ उच्च आवृत्ति के तुल्यकालिक वास्तव में रोटर के भागों के अंदर अवांछित भँवर धाराएँ उत्पन्न करते हैं। इसी समय, जब वोल्टेज तरंगरूप विकृत हो जाते हैं, तो ट्रांसफॉर्मर्स को अपने डिज़ाइन की तुलना में अधिक काम करना पड़ता है, जिससे अक्सर उनकी रेटेड kVA सीमा से अधिक कार्य हो जाता है। 2023 में बिजली प्रणालियों पर एक हालिया अध्ययन ने सुविधा प्रबंधकों के लिए कुछ काफी चिंताजनक बातें सामने रखीं। 18% से अधिक कुल तुल्यकालिक विरूपण के साथ चल रहे संयंत्र IEEE-519 मानकों का पालन करने वालों की तुलना में लगभग 25% तेजी से केबल इन्सुलेशन के टूटने का अनुभव करते हैं। समय के साथ यह घिसावट जमा हो जाती है और मरम्मत व प्रतिस्थापन में धन की हानि होती है।

अतितापन को कम करने और उपकरण जीवन को बढ़ाने में सक्रिय तुल्यकालिक फ़िल्टर की भूमिका

सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर तब होने वाली विपरीत हार्मोनिक धाराओं को छोड़कर थर्मल तनाव को कम करते हैं, जिससे कई कारखानों में परीक्षण के अनुसार ट्रांसफॉर्मर के तापमान में लगभग 18 डिग्री सेल्सियस (लगभग 32 फ़ारेनहाइट) की कमी आती है। निष्क्रिय फ़िल्टर अलग होते हैं क्योंकि वे कभी-कभी अनुनाद समस्याएँ उत्पन्न करते हैं। नए सक्रिय संस्करण हार्मोनिक पैटर्न बदलने पर स्वयं को समायोजित कर लेते हैं, जो पुरानी प्रणाली कर नहीं सकती। अधिकांश सुविधाओं में स्थापना के बाद उनका पावर फैक्टर 0.98 से ऊपर चला जाता है, हालाँकि परिणाम विशिष्ट परिस्थितियों और उपकरणों की आयु के आधार पर भिन्न हो सकते हैं।

केस अध्ययन: सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर स्थापना के साथ औद्योगिक सुविधा में मोटर विफलता को कम करना

मिडवेस्ट के एक पैकेजिंग संयंत्र ने 600A सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर प्रणाली स्थापित करने के 12 महीनों के भीतर मोटर प्रतिस्थापन लागत में 72% की कमी की। दर्ज किए गए आंकड़ों में दिखाया गया:

पैरामीटर	प्री-इंस्टॉलेशन	पोस्ट-इंस्टॉलेशन
मोटर वाइंडिंग तापमान	148°C	112°C
बेयरिंग प्रतिस्थापन प्रदान करते हैं	19/माह	5/माह
ऊर्जा लागत	$42,800/माह	$37,200/माह

186,000 डॉलर के निवेश पर 22 महीनों में संयुक्त ऊर्जा बचत और कम रखरखाव खर्च के माध्यम से पूर्ण निवेश वापसी प्राप्त हुई।

संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में बार-बार खराबी

नियंत्रण प्रणालियों और आईटी बुनियादी ढांचे पर हार्मोनिक प्रदूषण का प्रभाव

जब तिरंगा प्रदूषण मिश्रण में आता है, तो यह उन साफ वोल्टेज तरंगरूपों को बिगाड़ देता है और संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए हर तरह की समस्याएं पैदा करता है। संख्याएं भी काफी कुछ कहती हैं। 5% से अधिक वोल्टेज कुल तिरंगा विरूपण (THD) की सूचना देने वाली सुविधाओं में उनकी प्रणालियों पर लगभग एक तिहाई अधिक PLC त्रुटि कोड दिखाई दिए। और जब THD 8% से ऊपर चढ़ जाता है, तो हाल के 2023 के सर्वेक्षणों के अनुसार औद्योगिक स्थलों पर सर्वर्स को लगभग आधे से अधिक बार रीबूट की आवश्यकता होने लगती है। जो बात कई इंजीनियर पर्याप्त नहीं चर्चा करते, वह यह है कि इन तिरंगा धाराओं से संधारित्र के परावैद्युत पर तनाव कैसे बढ़ता है, जो आम से तेजी से सर्किट बोर्ड को घिस देता है। यह पूरी समस्या उन स्थानों के लिए और भी बड़ी समस्या बन जाती है जो बहुत सारे चर आवृत्ति ड्राइव और उन स्विच्ड-मोड पावर सप्लाई को चला रहे होते हैं जो अब हर जगह देखे जाते हैं। आधुनिक इमारतों की विद्युत प्रणालियों में बहने वाली सभी तिरंगा धाराओं का 60 से 85 प्रतिशत तक तो केवल इन उपकरणों के कारण होता है।

तरंग रूप सुधार के माध्यम से सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर के साथ स्वच्छ बिजली को बहाल करना

सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर वास्तविक समय पर निगरानी और IGBT (इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर) तकनीक का उपयोग करके हार्मोनिक आवृत्तियों (2 वीं से 50 वीं क्रम तक) का पता लगाते हैं, विपरीत कला धाराओं को डालते हैं, और कुल विकृति गुणांक (THD) को 3% से नीचे ले जाते हैं। स्वच्छ धारा तरंग रूपों के पुनर्निर्माण द्वारा, ये प्रणाली डिजिटल नियंत्रण प्रणालियों में डेटा भ्रष्टाचार से जुड़ी 92% वोल्टेज नॉचिंग घटनाओं को खत्म कर देती हैं।

व्यावहारिक अनुप्रयोग: व्यावसायिक इमारतों में संवेदनशील भार को सुरक्षित करना

मिडवेस्ट में स्थित एक डेटा केंद्र ने SCADA प्रणाली में त्रुटियों में उल्लेखनीय गिरावट देखी - वास्तव में लगभग 78% तक कमी आई - जब उन्होंने 400A सक्रिय आर्मोनिक फ़िल्टर लगाया। इस फ़िल्टर ने धारा THD स्तर को समस्याग्रस्त 15% पठन से लेकर अधिकांश लोगों द्वारा सामान्य सीमा माने जाने वाले स्तर तक लाने में मदद की। इस समाधान के साथ कई परेशान करने वाली समस्याओं का समाधान हुआ, जिनमें असुविधाजनक समय पर होने वाले EMI से संबंधित फ़ायरवॉल रीसेट भी शामिल थे। महत्वपूर्ण संचालन के दौरान तापमान नियंत्रण प्रणालियों को प्रभावित करने वाले वोल्टेज ड्रॉप भी कम हुए, और UPS प्रणालियों से आने वाली लगातार झूठी चेतावनियाँ अंततः कर्मचारियों को परेशान करना बंद कर दीं। अंतिम परिणामों को देखते हुए, वार्षिक रखरखाव व्यय लगभग आधा रह गया, जो यह दर्शाता है कि अप्रत्याशित रुकावटों के बिना दिन-प्रतिदिन चीजों को सुचारू रूप से चलाने के लिए उचित आर्मोनिक प्रबंधन कितना महत्वपूर्ण है।

कैपेसिटर बैंक ओवरलोड और आर्मोनिक अनुनाद समस्याएँ

तत्काल शक्ति क्षतिपूर्ति प्रणालियों को तब गंभीर समस्याओं का सामना करना पड़ता है जब आवृत्ति अनुनाद उत्पन्न होता है। कैपेसिटर बैंक तब समस्या उत्पन्न कर सकते हैं जब वे कुछ विशिष्ट आवृत्ति आवृत्तियों पर प्रणाली के प्रेरकत्व के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। जो होता है, वह यह है कि प्रतिबाधा अचानक काफी कम हो जाती है। इससे विरूपण धाराएँ उत्पन्न होती हैं जो वास्तव में IEEE मानक 18-2020 के अनुसार 400 प्रतिशत तक बढ़ सकती हैं। इस स्थिति का परिणाम यह होता है कि कैपेसिटरों पर त्वरित घिसावट होती है क्योंकि कई कारक काम करते हैं। विद्युत बलों के कारण परावैद्युत तनाव होता है, धारा के स्तर कैपेसिटरों की रेटिंग से अधिक चले जाते हैं, और उपकरण के आंतरिक तापमान में उत्पन्न अतिरिक्त ऊष्मा के कारण महत्वपूर्ण वृद्धि होती है। इन संयुक्त प्रभावों के कारण शामिल घटकों का जीवनकाल वास्तव में कम हो जाता है।

तत्काल शक्ति क्षतिपूर्ति प्रणालियों में आवृत्ति अनुनाद के खतरे को समझना

औद्योगिक वातावरण में संधारित्र की 73 प्रतिशत विफलताएँ अनिदानित आवृत्ति अनुनाद के कारण होती हैं (आईईईई पावर क्वालिटी रिपोर्ट 2022)। जब विद्युत आवृत्तियाँ प्राकृतिक अनुनाद बिंदुओं से मेल खाती हैं, तो पारंपरिक शक्ति गुणांक सुधार प्रणाली समस्या को और बढ़ा सकती है, जिसकी गणना इस प्रकार की जाती है:

f_resonance = f_base × √(SSC / Q)

जहाँ SSC सिस्टम शॉर्ट-सर्किट क्षमता है और Q संधारित्र बैंक रेटिंग है। हाल के बिजली गुणवत्ता अध्ययनों में दिखाया गया है कि सामान्य 5वीं और 7वीं विषमताएँ (300–420 हर्ट्ज़) अक्सर मानक 50 हर्ट्ज़/60 हर्ट्ज़ नेटवर्क में अनुनाद को ट्रिगर करती हैं।

निष्क्रिय समाधानों के बजाय सक्रिय विषमता फ़िल्टर का उपयोग करके संधारित्र विफलता को रोकना

आधुनिक सक्रिय विषमता फ़िल्टर 50 माइक्रोसेकंड के भीतर रद्दीकरण धाराएँ प्रवाहित करते हैं — सामान्य संधारित्र प्रतिक्रिया समय की तुलना में 25 गुना तेज़ — बिना किसी नए अनुनाद जोखिम के। निष्क्रिय फ़िल्टर के विपरीत, वे 2वीं से 51वीं विषमताओं तक व्यापक स्पेक्ट्रम सुधार प्रदान करते हैं और कोई मैन्युअल ट्यूनिंग की आवश्यकता नहीं होती।

विशेषता	निष्क्रिय फिल्टर	एक्टिव फिल्टर
अनुनाद जोखिम	उच्च	कोई नहीं
THD कमी सीमा	निश्चित आवृत्तियाँ	2वीं से 51वीं विषमताएँ
मरम्मत की आवश्यकता	त्रैमासिक ट्यूनिंग	स्व-निगरानी

47 सुविधाओं की एक 2023 तकनीकी समीक्षा में पाया गया कि निष्क्रिय प्रणालियों की तुलना में सक्रिय फ़िल्टर तैनाती ने संधारित्र प्रतिस्थापन लागत में 92% की कमी की, जिससे बचे बेकार समय और रखरखाव के माध्यम से 14 महीने से भी कम समय में निवेश पर लाभ (ROI) प्राप्त हुआ।

मानकों से अधिक होने वाली कुल विकृति (THD) के उच्च स्तर

वोल्टेज और धारा THD को मापकर बिजली की गुणवत्ता के अनुपालन का आकलन करना (उदाहरण के लिए, IEEE-519)

कुल विरूपण (THD) या टोटल हार्मोनिक डिस्टॉर्शन, मूल रूप से हमें बताता है कि हमारी विद्युत प्रणालियों में कितना अवांछित हार्मोनिक शोर मौजूद है। 2022 के नवीनतम IEEE मानक के अनुसार, वोल्टेज विरूपण को 5% से कम और करंट विरूपण को 8% से नीचे रखने की सिफारिश की गई है। लेकिन आजकल अधिकांश औद्योगिक सुविधाओं में देखें, विशेष रूप से उनमें जहां बहुत सारे चर आवृत्ति ड्राइव चल रहे हों, तो हमें क्या मिलता है? प्रणाली के महत्वपूर्ण बिंदुओं पर THD मापन अक्सर 15% से भी अधिक तक पहुँच जाता है। यह उससे लगभग 2.7 गुना अधिक है जिसे स्वीकार्य माना जाता है। और नए आंकड़ों को देखने पर स्थिति और भी खराब लगती है। 2024 में जारी एक अनुपालन रिपोर्ट दिखाती है कि संयुक्त राज्य अमेरिका के प्रत्येक पांच में से एक निर्माण संयंत्र अभी भी नए मानकों से अधिक THD स्तर के साथ संघर्ष कर रहे हैं, भले ही नियामकों ने नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों को समायोजित करने के लिए थोड़ी छूट दे दी हो।

वास्तविक समय में >18% से <5% तक THD कम करने के लिए सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर

हार्मोनिक फ़िल्टर वास्तव में काफी तेज़ी से काम करते हैं, जो 2023 में किए गए कुछ हालिया परीक्षणों के अनुसार केवल 2 मिलीसेकंड में उन परेशान करने वाले विकृतियों को दूर कर देते हैं। इन उपकरणों में एक स्मार्ट आंतरिक अनुकूलन क्षमता होती है जो तब भी सब कुछ नियमानुरूप बनाए रखती है जब आजकल हम जैसे अजीब बिजली भारों के साथ काम कर रहे होते हैं, जैसे कि कारखानों में घूम रहे बड़े औद्योगिक रोबोट या हर जगह उभर रहे सुपर फास्ट EV चार्जिंग स्टेशन। उदाहरण के लिए एक अर्धचालक संयंत्र लें, जहाँ उनकी बिजली की गुणवत्ता में गंभीर समस्याएँ थीं जो उत्पादन को बिगाड़ रही थीं। मॉड्यूलर एक्टिव फ़िल्टर स्थापित करने के बाद, उन्होंने अपने वोल्टेज THD स्तरों को लगभग 17.8% से घटाकर लगभग 3.2% तक ले आए। इस परिवर्तन ने उन्हें हर साल लगभग सात लाख चालीस हजार डॉलर बचाए क्योंकि उन्हें उन परेशान करने वाले बिजली के उतार-चढ़ाव के कारण लगातार बैच नष्ट होने के कारण वेफर का नुकसान बंद हो गया।

बढ़ती उद्योग प्रवृत्ति: नियामक सीमाओं को पूरा करने के लिए सुविधाओं द्वारा एक्टिव हार्मोनिक फ़िल्टर अपनाना

ग्रैंड व्यू रिसर्च के अनुसार 2024 में, सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर के विश्व स्तरीय बाज़ार को वर्ष 2030 तक लगभग 8.9% वार्षिक दर से वृद्धि होने की उम्मीद है। इसका एक बड़ा हिस्सा 14 जी20 राष्ट्रों में अब लागू की जा रही कठोर बिजली गुणवत्ता नियमों के कारण है। कई खाद्य प्रसंस्करण इकाइयाँ पुराने संधारित्र बैंकों से इन नए सक्रिय प्रणालियों में परिवर्तन कर रही हैं। उद्योग की रिपोर्टों में दिखाया गया है कि लगभग दो-तिहाई सुविधाओं में स्थापना के बाद उनके रखरखाव बिल में कमी आई, जबकि लगभग आधे ने अपने संचालन पर वांछित एनर्जी स्टार लेबल प्राप्त कर लिया। इस सब के पीछे वास्तविक प्रेरणा क्या है? बिजली कंपनियाँ कुल तनाव विरूपण (हार्मोनिक डिस्टॉर्शन) के मुद्दों पर कड़ाई से कार्रवाई कर रही हैं। व्यावसायिक क्षेत्रों में 8% से ऊपर के स्तर पर लंबे समय तक पाए गए संयंत्रों को प्रति किलोवाट घंटे 12 डॉलर तक के जुर्माने का सामना करना पड़ सकता है।

सामान्य प्रश्न

हार्मोनिक विकृति क्या है?

विद्युत प्रणालियों में हार्मोनिक विरूपण शुद्ध धारा तरंगों से विचलन को संदर्भित करता है, जो आमतौर पर मोटर्स या इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे गैर-रैखिक भारों के कारण होता है।

हार्मोनिक विकृति ट्रांसफॉर्मर को कैसे प्रभावित करती है?

विकृत तरंग रूप ट्रांसफॉर्मर पर अतिभार डाल सकते हैं, जिससे वे अपनी क्षमता से अधिक काम करने लगते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अत्यधिक गर्मी और समय से पहले खराबी हो सकती है।

एक्टिव हार्मोनिक फ़िल्टर क्या हैं?

एक्टिव हार्मोनिक फ़िल्टर उन्नत उपकरण हैं जो विपरीत कला में धारा प्रवाहित करके हार्मोनिक धाराओं का विरोध करते हैं, जिससे विद्युत प्रणालियों में कुल हार्मोनिक विकृति (THD) कम हो जाती है।

चर आवृत्ति ड्राइव हार्मोनिक प्रदूषण क्यों उत्पन्न करते हैं?

चर आवृत्ति ड्राइव मोटरों को आपूर्ति की जाने वाली बिजली की आवृत्ति में परिवर्तन करते हैं, जिससे हार्मोनिक धाराएँ उत्पन्न होती हैं जो विद्युत प्रणाली प्रदूषण में योगदान देती हैं।