छोटे पैमाने के विद्युत प्रणालियों के लिए सक्रिय हार्मोनिक मिटीगेटर

छोटे पैमाने की प्रणालियों में सक्रिय हार्मोनिक कम करने को समझें

हार्मोनिक क्या हैं और वे बिजली की प्रणालियों को कैसे प्रभावित करते हैं?

विद्युत प्रणालियों में, हार्मोनिक्स उन परेशान करने वाली अतिरिक्त आवृत्तियों के रूप में दिखाई देते हैं जो हम सभी चाहते हैं कि वह साफ साइन वेव को बिगाड़ देते हैं। ज्यादातर समय, ये उपकरणों जैसे वेरिएबल स्पीड ड्राइव और रेक्टिफायर से आते हैं, जो प्रत्यावर्ती धारा को लेते हैं और इसे सीधे धारा में बदल देते हैं, फिर इसे मोटर्स को नियंत्रित करने के लिए वापस फ्लिप कर देते हैं। जब ये उपकरण मुख्य आवृत्ति के गुणक डालते हैं, उदाहरण के लिए 120 हर्ट्ज़ पर तीसरा हार्मोनिक या 180 हर्ट्ज़ पर पांचवां, तो वे वास्तव में मूल वेवफॉर्म के आकार को बिगाड़ देते हैं। फिर क्या होता है? यह प्रकार का विरूपण उपकरणों में सामान्य से अधिक गर्मी और अपेक्षित से अधिक धारा खींचने जैसी समस्याओं का कारण बनता है, जिससे पूरे सिस्टम में बिजली की गुणवत्ता प्रभावित होती है। उद्योग के आंकड़ों से पता चलता है कि लगभग 30 प्रतिशत बिजली की गुणवत्ता से संबंधित समस्याएं हार्मोनिक्स के कारण होती हैं, इसलिए स्पष्ट रूप से वे कई अलग-अलग प्रणालियों में काफी खलबली मचा रहे हैं।

एक्टिव और पैसिव मिटिगेशन विधियों के बीच की मुख्य अंतर

हार्मोनिक समस्याओं को समझने का मतलब है, सक्रिय और निष्क्रिय न्यूनीकरण दृष्टिकोणों के बीच के अंतर को जानना। निष्क्रिय विधियां आमतौर पर फ़िल्टरों पर निर्भर करती हैं जो या तो कुछ आवृत्तियों को समायोजित करती हैं या उनसे दूर जाती हैं। लेकिन यहां बात यह है कि ये फ़िल्टर बदलते भार को अच्छी तरह से संभाल नहीं पाते और वास्तविक समय में स्वयं को समायोजित नहीं कर सकते। सक्रिय न्यूनीकरण एक अलग तरीके से काम करता है। ये प्रणालियां लगातार निगरानी करती हैं और प्रणाली में उत्पन्न होने वाले किसी भी हार्मोनिक्स के लिए प्रतिक्रिया करती हैं। अवांछित संकेतों का पता लगाने और उन्हें रद्द करने की उनकी क्षमता के साथ, सक्रिय समाधान सभी प्रकार की स्थितियों में बेहतर काम करते हैं। इसी कारण से कई सुविधाएं अपरिवर्तनीय भार या घटती-बढ़ती आवृत्ति पैटर्न से निपटने के लिए इन्हीं का चयन करती हैं। औद्योगिक संयंत्रों को विशेष रूप से इस लचीलेपन से लाभ मिलता है क्योंकि उपकरण दिन-प्रतिदिन ठीक एक जैसा व्यवहार करने में असमर्थ रहते हैं।

छोटे पैमाने पर शक्ति गुणवत्ता पर हार्मोनिक का प्रभाव

उपकरण की खराबी और ऊर्जा कुशलता का नुकसान

विद्युत हार्मोनिक्स मोटर्स जैसे उपकरणों पर विशेष रूप से ओवरहीटिंग की समस्याओं और पूरे सिस्टम में परेशान करने वाले कंपनों के माध्यम से असर डालते हैं। जब ये हार्मोनिक्स सामान्य साइन वेव पैटर्न के साथ हस्तक्षेप करते हैं, तो वास्तव में उपकरणों द्वारा निर्धारित धारा से अधिक खींच ली जाती है, जिससे घटकों के अंदर विभिन्न प्रकार की ऊष्मा उत्पन्न होती है। परिणाम? घटकों का उतना समय तक टिकाऊपन नहीं रहता जितना कि मरम्मत या प्रतिस्थापन से पहले होना चाहिए। रखरखाव रिकॉर्ड से प्राप्त वास्तविक क्षेत्र डेटा की जांच करने से औद्योगिक वातावरण के लिए काफी चिंताजनक स्थिति सामने आती है। बहुत अधिक हार्मोनिक विरूपण वाले क्षेत्रों में संचालित मोटर्स की अपेक्षा की तुलना में लगभग 25% पहले खराब होने की प्रवृत्ति दिखाती हैं। उत्पादकों के लिए ऐसा बंद बहुत अधिक नुकसानदायक होता है क्योंकि अधिकांश उत्पादन लाइनें दिन-प्रतिदिन के व्यापार के निरंतर संचालन के लिए मोटर संचालन पर निर्भर करती हैं।

अभिजात्य स्तरों और इस बात के बीच संबंध कि प्रणालियां ऊर्जा का उपयोग कितनी दक्षता से करती हैं, व्यवहार में बहुत महत्वपूर्ण होता है। जब अभिजात्य विकृति के उच्च स्तर होते हैं, तो यह पूरे सिस्टम में पावर फैक्टर को कम कर देता है, जिसका अर्थ है कि चीजें उतनी दक्षता से काम नहीं करती जितना कि वे करना चाहिए। औद्योगिक सुविधाओं में अक्सर इन अभिजात्य राशियों से समस्याएं होती हैं। कुछ शोध से पता चलता है कि केवल विनिर्माण संयंत्रों में 20% तक ऊर्जा इन समस्याओं के कारण बर्बाद हो जाती है। मासिक उपयोगिता बिलों पर विचार करने पर वित्तीय प्रभाव तेजी से बढ़ जाता है। इसके अलावा, ऐसी परिस्थितियों के तहत उपकरण अधिक बार खराब होने लगते हैं। कंपनियों को अपने सिस्टम को निरंतर रखरखाव की समस्याओं के बिना ठीक से काम करने में सक्षम बनाने के लिए पावर फैक्टर में सुधार करने के लिए विशेष उपकरणों की स्थापना जैसे सुधारात्मक उपायों पर अतिरिक्त पैसा खर्च करना पड़ता है।

अनियंत्रित हार्मोनिक विकृति के वित्तीय परिणाम

अवांछित ध्वनि विरूपण समस्याओं को नजरअंदाज करने से वित्तीय रूप से नुकसान हो सकता है, और इसका पहला संकेत आमतौर पर बिजली के बिलों में वृद्धि होती है। जब व्यवसाय मानकों जैसे IEEE 519 का पालन नहीं करते हैं, तो नियामकों द्वारा जुर्माना लगाए जाने का खतरा होता है। ये जुर्माने उन संगठनों के लिए और भी अधिक कठिन स्थिति पैदा करते हैं जो पहले से ही मुश्किल में होते हैं। उदाहरण के लिए विनिर्माण संयंत्र लें। यदि उन पर अनुपालन दंड लगाया जाता है, तो उनकी उपयोगिता लागतें भी अक्सर बढ़ जाती हैं क्योंकि उनका उपकरण अब कुशलतापूर्वक काम नहीं कर रहा होता। इसका मतलब है कि कंपनियों को दो बार भुगतान करना पड़ता है: एक बार जुर्माने के रूप में और फिर बढ़ी हुई ऊर्जा लागतों के माध्यम से, जिससे स्थिति पहली नजर में दिखने वाली समस्या से कहीं अधिक खराब हो जाती है।

हार्मोनिक न्यूनीकरण समाधानों में निवेश करने से वित्तीय रूप से काफी लाभ होता है। अध्ययनों से पता चलता है कि उन सुविधाओं में जहां हार्मोनिक समस्याओं का सामना करना पड़ता है, अगर वे रिएक्टिव पावर कॉम्पेन्सेशन उपकरण लगाते हैं तो वास्तविक बचत होती है। आमतौर पर यह बचत उस लागत को पार कर जाती है जो दो साल के भीतर सब कुछ स्थापित करने में आती है। यदि हार्मोनिक्स पर नियंत्रण न रखा जाए तो क्या होता है? अधिक बार मरम्मत की आवश्यकता पड़ती है, और जब भी उपकरण अचानक खराब हो जाते हैं, तो उत्पादन समय का नुकसान होता है। जो निर्माण संयंत्र इस तरह की समस्याओं का सामना कर रहे होते हैं, वे आमतौर पर पाते हैं कि उचित न्यूनीकरण तकनीक के माध्यम से बिजली की गुणवत्ता संबंधी समस्याओं को ठीक करने से उन्हें शुरुआत में किए गए खर्च से कहीं अधिक बचत होती है। इससे नीचली पंक्ति में सुधार होता है और साथ ही संचालन भी सुचारु रूप से चलता है, जो किसी भी व्यवसाय के लिए दीर्घकालिक लाभ की दृष्टि से तार्किक है।

एक्टिव हार्मोनिक मिटिगेटर्स के मूल सिद्धांत

वास्तविक समय में आवृत्ति विश्लेषण और एडैप्टिव फ़िल्टरिंग

हार्मोनिक मिटिगेटर कुछ स्मार्ट तकनीकी चीजों जैसे वास्तविक समय में आवृत्ति विश्लेषण और अनुकूलनीय फ़िल्टरिंग के माध्यम से अपना जादू करते हैं, जिससे समग्र बिजली की गुणवत्ता में सुधार होता है। जब हम वास्तविक समय में आवृत्ति विश्लेषण की बात करते हैं, तो हम वास्तव में उन्नत एल्गोरिदम और संकेत संसाधन तकनीकों की ओर देख रहे हैं, जो बिजली प्रणालियों में लगातार उपस्थित हानिकारक हार्मोनिक विरूपणों की निगरानी करते हैं। ये प्रणालियाँ समस्याओं को तेजी से पहचानती हैं ताकि ऑपरेटर समस्या को बढ़ने से पहले ही उसका समाधान कर सकें। इसके अलावा अनुकूलनीय फ़िल्टरिंग की बात है, जो मूल रूप से बिजली की आपूर्ति में परिवर्तन के अनुसार अपने आप को समायोजित कर लेती है। यह स्वचालित रूप से अपने आप को परिवर्तित कर लेती है जब भी परिस्थितियाँ बदलती हैं, यह सुनिश्चित करते हुए कि प्रत्येक सुविधा को बिल्कुल वही मिले जो उसे चाहिए और ऊर्जा की बर्बादी न हो। हाल के वास्तविक स्थापना के अवलोकन से पता चलता है कि इन संयुक्त दृष्टिकोणों से औद्योगिक बिजली प्रणालियों में समय के साथ स्थिरता काफी हद तक बढ़ जाती है (हालांकि विशिष्ट जानकारी की पुष्टि वास्तविक दस्तावेजों के आधार पर करनी होगी)। वे संयंत्र जहाँ इन तकनीकों को एक साथ लागू किया जाता है, पुरानी विधियों पर निर्भर रहने वाले संयंत्रों की तुलना में हार्मोनिक समस्याओं से निपटने में बेहतर होते हैं, जिससे मशीनों के सुचारु रूप से चलने और समग्र रूप से अप्रत्याशित बंद होने की संख्या में कमी आती है।

बिजली कारक सही करने की रणनीतियों के साथ एकीकरण

एक्टिव हार्मोनिक मिटिगेटर्स को पावर फैक्टर करेक्शन गियर के साथ संयोजित करना विद्युत प्रणालियों को अनुकूलित करने के लिए एक मजबूत रणनीति बनाता है। सबसे पहले उन छिपे हुए हार्मोनिक्स पर नियंत्रण करें, और अचानक पावर फैक्टर करेक्शन बेहतर ढंग से काम करने लगता है, ताकि पूरी प्रणाली सुचारु रूप से चले। ये एक्टिव मिटिगेटर हार्मोनिक करंट को कम कर देते हैं, जिसका मतलब है कि प्रतिक्रियाशील शक्ति क्षतिपूर्ति उपकरण वास्तव में अपना काम ठीक से कर सकते हैं। यह संयोजन पावर फैक्टर समस्याओं का सामना करता है और साथ में कई अतिरिक्त लाभ भी देता है – बिजली के बिलों में कमी और उपकरणों की लंबी आयु का उल्लेख करना तो बनता है। निर्माण संयंत्रों ने दोनों तकनीकों को अपनाने के बाद अपने ऊर्जा व्यय और मशीनों की आयु में वृद्धि की वास्तविक बचत की सूचना दी है। यह तर्कसंगत लगता है, क्योंकि शुरुआत में हार्मोनिक समस्याओं को ठीक करने से बाद की प्रणालियों में सब कुछ बेहतर ढंग से काम करने लगता है।

IEEE 519-2022 के लिए छोटे पैमाने के अनुप्रयोगों का सहयोग

वोल्टेज THD और करंट TDD की आवश्यकताओं की व्याख्या

थैम्पर हार्मोनिक डिस्टॉर्शन (THD) या कुल आवृत्ति विकृति के साथ-साथ TDD (कुल मांग विकृति) विद्युत प्रणालियों में बिजली की गुणवत्ता प्रबंधन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। मूल रूप से, THD वोल्टेज तरंग रूप में होने वाली विकृति को शुद्ध साइन तरंग के संबंध में प्रतिशत के रूप में देखता है। TDD अपने आप को अलग तरीके से काम में लेता है, यह वर्तमान विकृति को उस मान से मापता है, जिसे प्रणाली चरम समय में वहन कर सकती है। नवीनतम IEEE मानक 519-2022 यहां स्पष्ट सीमाएं निर्धारित करता है, वोल्टेज THD को लगभग 5% से नीचे रखते हुए ताकि उपकरण हार्मोनिक समस्याओं से प्रभावित न हों। उदाहरण के लिए, VFD मोटर्स जैसी चीजों को चलाने वाली औद्योगिक सुविधाओं को अक्सर उस 3% के निशान से भी काफी कम THD बनाए रखने की आवश्यकता होती है ताकि भविष्य में समस्याएं न हों। इन दिशानिर्देशों का पालन करने से व्यवहार में काफी अंतर आता है। यह केवल यादृच्छिक विद्युत शोर से संचालन को बचाता ही नहीं है, बल्कि उपकरणों के लंबे जीवनकाल और मरम्मत के लिए कम यात्राओं की भी गारंटी देता है, जिससे लंबे समय में धन की बचत होती है।

प्रणाली-विशिष्ट प्रयोजन दृष्टिकोण

हार्मोनिक विरूपण से छुटकारा पाने के लिए ऐसे कस्टमाइज़ समाधानों की आवश्यकता होती है जो न केवल वास्तविक दैनिक ऑपरेशन की आवश्यकताओं के अनुकूल हों, बल्कि नियमों की आवश्यकताओं के भी अनुरूप हों। अधिकांश विशेषज्ञ आमतौर पर किसी भी अन्य कार्य से पहले व्यापक सिस्टम जांच से शुरुआत करते हैं, क्योंकि कोई भी दो स्थापनाएं बिल्कुल समान नहीं होतीं। नेशनल इलेक्ट्रिकल मैन्युफैक्चरर्स एसोसिएशन लगातार यह ज़ोर देता रहता है कि नियमों के साथ सुमेलन में सटीक भाषा का कितना महत्व होता है। व्यावहारिक दृष्टिकोण से, स्रोत के निकट नॉनलीनियर लोड्स को स्थानांतरित करने से हस्तक्षेप समस्याओं में कमी आती है। विशेष आवृत्तियों के लिए डिज़ाइन किए गए आइसोलेशन ट्रांसफॉर्मर्स भी काफी अंतर ला सकते हैं। लाइन रिएक्टर्स भी उन तेज धारा तरंगों को सुचारु करने में मदद करते हैं। इन सभी विधियों का क्षेत्र में व्यापक परीक्षण किया जा चुका है। फिर भी नियमित लेखा परीक्षण आवश्यक बने रहते हैं, क्योंकि वे उन स्थानों की पहचान करने में सहायता करते हैं जहां सुधार किया जा सकता है, जिससे अंततः सुविधाएं स्वीकार्य हार्मोनिक सीमाओं के भीतर बनी रहें और विभिन्न औद्योगिक वातावरणों में समग्र बिजली की गुणवत्ता में वृद्धि होती है।

कंपैक्ट पावर सिस्टम के लिए सक्रिय मिटिगेशन का अधिकतमीकरण

स्पेस-इफ़िशियंट डिजाइन पर विचार

छोटे पैमाने के पावर सिस्टम के लिए स्थान सीमाएं एक प्रमुख समस्या बनी रहती हैं, इसलिए हार्मोनिक समस्याओं से निपटते समय ऐसे डिज़ाइन अपनाना बेहद आवश्यक हो जाता है जो स्थान बचाएं। जब फर्श का पर्याप्त स्थान उपलब्ध नहीं होता, तो बिना प्रदर्शन प्रभावित किए हुए चीजों को कैसे फिट किया जाए, इसमें रचनात्मकता दिखाना बहुत महत्वपूर्ण होता है। हाल के दिनों में विभिन्न उद्योगों में कुछ काफी स्मार्ट दृष्टिकोणों ने कमाल कर दिया है। उदाहरण के लिए, स्विचगियर कैबिनेट में सीधे निर्मित या नियंत्रण पैनलों के पीछे माउंट किए गए छोटे सक्रिय फिल्टर। विशेष रूप से दूरसंचार सुविधाओं और डेटा केंद्रों जैसी जगहों पर, जहां हर वर्ग इंच की अत्यंत महत्वता होती है, इन्होंने वास्तविक सफलता हासिल की है। यहां तक कि यहां तक की बोनस यह है कि स्थान बचाने के अलावा, ये संकुचित समाधान वास्तव में समग्र पावर गुणवत्ता में सुधार करते हैं, कुल विरूपण (थोड़े समय में) के स्तर को कम करके, जो विद्युत प्रणालियों को दिन-प्रतिदिन चिकनी गति से काम करने में मदद करता है।

अनुक्रिया शक्ति पूर्ति को हार्मोनिक नियंत्रण के साथ संतुलित करना

प्रतिक्रियाशील शक्ति क्षतिपूर्ति और हार्मोनिक नियंत्रण के बीच सही संतुलन बनाए रखना छोटे स्तर के विद्युत प्रणालियों के मामले में सब कुछ बदल सकता है। सक्रिय हार्मोनिक मिटिगेटर्स की यहां बड़ी भूमिका होती है क्योंकि वे दोनों हार्मोनिक समस्याओं का सामना करते हैं और शक्ति गुणकों को बढ़ावा देते हैं, जिससे पूरी प्रणाली बेहतर ढंग से काम करती है। अधिकांश स्थापनाएं प्रतिक्रियाशील शक्ति को संभालती हैं जिनमें संधारित्रों का उपयोग किया जाता है जो मूल रूप से प्रेरक भारों के कारण उत्पन्न होने वाले प्रभाव को रद्द कर देते हैं। जब हम फ़िल्टर जैसी तकनीकों के माध्यम से कुछ हार्मोनिक नियंत्रण तकनीकों को भी शामिल करते हैं, तो ये प्रणालियां स्वीकार्य शक्ति गुणवत्ता मानकों के भीतर बनी रहती हैं और ऊर्जा लागतों में भी काफी बचत होती है। वास्तविक दुनिया की स्थापनाओं में इस संतुलित रणनीति को अपनाने के बाद स्पष्ट अंतर देखा गया है। ऊर्जा हानि में काफी कमी आती है और वोल्टेज स्थिरता बहुत बेहतर तरीके से सुनिश्चित होती है। उद्योग की रिपोर्टों में लगातार कुल मांग विरूपण (TDD) के पठन में कमी दिखाई देती है जब भी प्रतिक्रियाशील शक्ति प्रबंधन और हार्मोनिक समाधानों के उचित संयोजन को एक साथ लागू किया जाता है।

सामान्य प्रश्न अनुभाग

विद्युत प्रणाली में हार्मोनिक क्या हैं?

हार्मोनिक अपरागत आवृत्तियाँ हैं जो विद्युत प्रणालियों में आदर्श साइनसॉइडल तरंग रूप में बाधा पैदा करती हैं, जो अक्सर चर गति ड्राइव और रेक्टिफायर जैसे उपकरणों से उत्पन्न होती हैं।

हार्मोनिक उपकरणों पर कैसे प्रभाव डालते हैं?

हार्मोनिक मोटर जैसे उपकरणों को अधिक तापमान पर गरम होने और काँपने का कारण बन सकते हैं। यह विकृति बढ़ी हुई विद्युत खपत, प्रारंभिक से अधिक स्थिरांक और कमजोरी का कारण बनती है।

सक्रिय हार्मोनिक कम करने की विधि को पासिव विधियों की तुलना में क्यों पसंद किया जाता है?

सक्रिय मिटिगेशन विधियां बदलती आवृत्तियों और लोड स्थितियों के अनुसार तुरंत अनुकूलित होती हैं, जो पासिव सिस्टम्स की तुलना में अधिक लचीलापन और कुशलता प्रदान करती हैं, जो डायनेमिक लोड के साथ संघर्ष करते हैं।

अनियंत्रित हार्मोनिक विकृति के वित्तीय प्रभाव क्या हैं?

हार्मोनिक विकृति को नजरअंदाज करने से ऊँचे ऊर्जा खर्च, अनुपालन के लिए जुर्माने, बढ़ी हुई उपयोगिता शुल्क, और बार-बार अपरिदर्शन अनुसूचियां हो सकती हैं।

सक्रिय हार्मोनिक मिटिगेटर्स विद्युत प्रणाली की अनुकूलन में क्या भूमिका निभाते हैं?

सक्रिय हार्मोनिक मिटिगेटर्स वास्तविक समय में आवृत्ति विश्लेषण और अनुकूलित फ़िल्टरिंग के माध्यम से विद्युत गुणवत्ता को बढ़ाते हैं, जो बदलती विद्युत स्थितियों के लिए डायनेमिक प्रतिक्रियाएं प्रदान करते हैं।