एक्टिव हार्मोनिक फिल्टर के लिए आवश्यक क्षमता की गणना कैसे करें?

एक्टिव हार्मोनिक फिल्टर साइज़िंग सिद्धांतों की व्याख्या

बिजली की गुणवत्ता में सुधार में एक्टिव हार्मोनिक फिल्टर की भूमिका

एक्टिव हार्मोनिक फिल्टर, या AHF संक्षिप्त रूप में, वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव (VFDs) और रेक्टिफायर जैसी चीजों से उत्पन्न होने वाली हार्मोनिक विकृतियों से निपटने में मदद करते हैं। ये उपकरण विद्युत संकेतों की जांच करके काम करते हैं जो उन्हें प्राप्त होते हैं। जब समस्याएं दिखाई देती हैं, AHF विशेष धाराएं भेजते हैं जो खराब चीजों को रद्द कर देती हैं। इसे बिजली के लिए नॉइस कैंसिलेशन की तरह समझा जा सकता है। परिणाम? साफ तरंग रूप जो खराब दांतेदार रेखाओं के बजाय चिकनी साइन तरंगों की तरह दिखते हैं। इसका व्यावहारिक रूप से बड़ा अंतर होता है क्योंकि ट्रांसफार्मर ठंडा रहता है और पूरे सिस्टम में वोल्टेज फ्लिकर कम हो जाता है। जो संयंत्र इन फिल्टरों की स्थापना करते हैं, अक्सर हफ्तों में अपनी समग्र बिजली की गुणवत्ता में स्पष्ट सुधार देखते हैं।

सिस्टम स्थिरता के लिए सटीक AHF माप गणना क्यों महत्वपूर्ण है

जब एएचएफ बहुत छोटे होते हैं, तो वे ठीक से हार्मोनिक्स को संभाल नहीं पाते, जिससे पूरे सिस्टम को उपकरण क्षति का खतरा होता है। दूसरी ओर, इन यूनिट्स को बहुत बड़ा चुनना केवल पैसों की बर्बादी है, चाहे वह शुरुआत में हो या नियमित संचालन के दौरान, क्योंकि कोई वास्तविक लाभ प्राप्त नहीं होता। पोनेमन इंस्टीट्यूट के 2023 में किए गए शोध के अनुसार, निर्माण स्थलों पर लगभग 10 में से 6 अप्रत्याशित उपकरण खराब होने का कारण अपर्याप्त हार्मोनिक नियंत्रण था। इन घटनाओं के कारण कंपनियों को प्रत्येक वर्ष लगभग सात लाख चालीस हजार डॉलर का नुकसान उत्पादन समय के नुकसान से होता था। सही आकार के एएचएफ का होना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह सिस्टम को उस यूनिट की वास्तविक क्षमता के भीतर सबसे अच्छा काम करने की अनुमति देता है, वह सही बिंदु खोजना जहां चीजें दिन-प्रतिदिन की भरोसेमंदी को नुकसान पहुंचाए बिना कुशलता से चलती हैं।

एक्टिव हार्मोनिक फ़िल्टर के आकार में मुख्य मापदंड

एएचएफ क्षमता को निर्धारित करने वाले तीन प्राथमिक कारक हैं:

1. हार्मोनिक धारा का परिमाण : प्रमुख हार्मोनिक्स (जैसे, 5वां, 7वां, 11वां) के शिखर और आरएमएस मान मापें।
2. लोड प्रोफाइल परिवर्तनशीलता : वेल्डिंग मशीनों और यूपीएस सिस्टम जैसे अरैखिक लोड के समानांतर संचालन को ध्यान में रखें।
3. सिस्टम स्केलेबिलिटी : भविष्य के लोड वृद्धि के लिए 15–20% क्षमता मार्जिन शामिल करें।

उदाहरण के लिए, हार्मोनिक धारा के 300A के साथ एक सुविधा के लिए सामान्यतः ट्रांजिएंट सर्ज और मापन अनिश्चितताओं को सुरक्षित रूप से संभालने के लिए 360A AHF की आवश्यकता होती है।

हार्मोनिक विरूपण की पहचान करना और लोड स्थितियों का मापन

उच्च कुल हार्मोनिक विरूपण (THDi) के क्या कारण हैं?

जब वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव और रेक्टिफायर जैसे उपकरणों को विद्युत प्रणालियों से जोड़ा जाता है, तो वे बिजली के सामान्य साइन वेव पैटर्न को बिगाड़ देते हैं, अतिरिक्त आवृत्तियों को उत्पन्न करते हैं जिन्हें हार्मोनिक्स कहा जाता है, जो पूरे पावर नेटवर्क में फैल जाते हैं। इसका परिणाम उच्च कुल विरूपण (थोड़ा समय में) होता है, जो मूल रूप से यह मापता है कि ये अवांछित आवृत्तियां प्रणाली में मुख्य आवृत्ति की तुलना में कितनी हैं। आईईईई 519-2022 से उद्योग मानकों के अनुसार, इमारतों में जहां 80% से अधिक भार इन गैर-रैखिक उपकरणों से आता है, आमतौर पर थोड़ा मान 25% से अधिक देखा जाता है। यह सिर्फ कागज पर संख्याएं भी नहीं हैं। ये बढ़ी हुई विरूपण स्तर वास्तव में ट्रांसफार्मर्स को अपने डिज़ाइन के मुकाबले अधिक काम करने पर मजबूर कर सकते हैं और संधारित्रों में खतरनाक अनुनाद समस्याओं का कारण बन सकते हैं, जिससे भविष्य में उपकरण विफल हो सकते हैं।

औद्योगिक सुविधाओं में सामान्य स्रोत हार्मोनिक धारा परिमाण

तीन-चरण औद्योगिक उपकरण हार्मोनिक उत्पादन में मुख्य योगदानकर्ता हैं:

• वेल्डिंग सिस्टम : आर्क इग्निशन के दौरान 5वीं और 7वीं हार्मोनिक्स उत्पन्न करें
• एचवीएसी कंप्रेसर : मोटर की गति संक्रमण के दौरान 3वीं और 9वीं हार्मोनिक्स उत्पन्न करें
• पीएलसी-नियंत्रित मशीनरी : 50वें ऑर्डर तक ब्रॉडबैंड हार्मोनिक शोर उत्पन्न करें

जब एक साथ संचालित किया जाता है, तो ये लोड ओवरलैपिंग हार्मोनिक स्पेक्ट्रा बनाते हैं जो कुल धारा विरूपण को बढ़ाते हैं।

अधिकतम भार की स्थिति में THDi और हार्मोनिक स्पेक्ट्रम का मापन

एएचएफ के आकार का निर्धारण करने के लिए कक्षा ए पावर एनालाइज़र का उपयोग करके सिंक्रनाइज़ड, मल्टी-फेज़ मापन आवश्यक है। मुख्य मापदंडों में शामिल हैं:

पैरामीटर	मापन प्रोटोकॉल	महत्वपूर्ण सीमा मान
THDi (%)	24 घंटे की निरंतर निगरानी	>8% के लिए उपशमन की आवश्यकता होती है
आवृत्ति गुणक	50वें गुणक तक स्पेक्ट्रम विश्लेषण	3% RMS से अधिक व्यक्तिगत आवृत्तियाँ
भार चक्र	उत्पादन अनुसूचियों के साथ सहसंबंध	अधिकतम और औसत भिन्नता ≥15%

शिखर भार स्थितियों का आकलन यह सुनिश्चित करता है कि AHF धातु स्टैम्पिंग या इंजेक्शन मोल्डिंग जैसी प्रक्रियाओं में सामान्य रूप से होने वाली अस्थायी आवृत्ति चोटियों को संभाल सके।

एक्टिव हार्मोनिक फिल्टर क्षमता की गणना के लिए मुख्य पद्धति

फ़िल्टर क्षमता निर्धारण के लिए चरण-दर-चरण प्रक्रिया

एएचएफ का आकार निर्धारित करना शिखर भार के दौरान पावर एनालाइज़र का उपयोग करके हार्मोनिक धाराओं को मापने से शुरू होता है, उसके बाद प्रमुख हार्मोनिक ऑर्डर (आमतौर पर 5वां, 7वां, 11वां) की पहचान की जाती है। आईईईई 519-2022 उद्योग-विशिष्ट टीएचडीआई सीमाएं प्रदान करता है और उपशमन लक्ष्यों को निर्धारित करता है। हार्मोनिक धारा का आकलन करने के लिए एक आधारभूत सूत्र है:

[ I_h = THDi \times K \times I_{rms} ]
जहां ( I_h ) = कुल हार्मोनिक धारा, ( K ) = भार परिवर्तनशीलता कारक (1.15–1.3), और ( I_{rms} ) = मूल आरएमएस धारा।

हार्मोनिक धारा गणना का उपयोग करके एएचएफ के आकार का सही निर्धारण

एएचएफ क्षमता सीधे हार्मोनिक परिमाण और सिस्टम गतिकी से प्रभावित होती है। प्रमुख मान्यताएं निम्नलिखित हैं:

पैरामीटर	आकार निर्धारण पर प्रभाव
टीएचडीआई स्तर	उच्च टीएचडीआई के लिए आनुपातिक रूप से बड़ी एएचएफ क्षमता की आवश्यकता होती है
लोड परिवर्तनशीलता	अस्थायी या अनियमित भारों के लिए 15–30% बफर की आवश्यकता होती है
हार्मोनिक स्पेक्ट्रम	उच्च-क्रम वाले हार्मोनिक्स (≥11वां) के लिए कम दोलनों के कारण कम संतुलन की आवश्यकता होती है

मापा नहीं गया हार्मोनिक्स और मापन सहनशीलता को ध्यान में रखते हुए, (I_h) की गणना से कम से कम 20% अधिक रेटिंग वाले AHF का चयन करें।

क्षमता गणना में भविष्य के भार वृद्धि को ध्यान में रखना

औद्योगिक भार आमतौर पर प्रति वर्ष 5–7% बढ़ते हैं (EPRI 2023)। अकाल अपग्रेड से बचने के लिए:

• 5 वर्ष के क्षितिज पर भार विस्तार का पूर्वानुमान लगाएं
• नए गैर-रैखिक उपकरणों के लिए 25–40% क्षमता मार्जिन जोड़ें
• समानांतर विस्तार का समर्थन करने वाले मॉड्यूलर AHF डिज़ाइन का विकल्प चुनें

एक्टिव हार्मोनिक फिल्टर्स के अतिमापन और अल्पमापन: जोखिम और व्यापार-बंद

अतिमापन से प्रारंभिक लागत में 50% तक की वृद्धि होती है और हल्के भार के तहत दक्षता कम हो जाती है। अल्पमापन के कारण IEEE 519 के साथ असुसंगतता, लगातार उपकरणों पर तनाव और संभावित दंड हो सकता है। 2023 के एक मामले के अध्ययन में दिखाया गया कि 20% सुरक्षा मार्जिन लागत, अनुपालन और ±15% भार उतार-चढ़ाव के अनुकूलन के बीच आदर्श संतुलन बनाए रखता है।

सटीक मापदंडों के लिए सिस्टम विश्लेषण और भार प्रोफाइलिंग करना

एक्टिव हार्मोनिक फिल्टर के सही माप के लिए व्यापक सिस्टम विश्लेषण और विस्तृत भार प्रोफाइलिंग पर निर्भर करता है जो वास्तविक दुनिया की संचालन गतिकता को दर्शाता है। ये प्रथाएं अतिरिक्त निवेश को रोकती हैं और अधिकतम मांग के दौरान विश्वसनीय हार्मोनिक नियंत्रण सुनिश्चित करती हैं।

व्यापक विद्युत गुणवत्ता लेखा परीक्षा करना

उचित पावर क्वालिटी ऑडिट करना उन AHF डिवाइसों के सही आकार के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। अधिकांश इंजीनियर इस कार्य के लिए क्लास A एनालाइज़र्स का उपयोग करते हैं क्योंकि उन्हें कुल हार्मोनिक विरूपण, समय के साथ वोल्टेज परिवर्तन, और वास्तविक प्रणाली में उपस्थित हार्मोनिक्स की जांच करने की आवश्यकता होती है। इन ऑडिट्स को चलाते समय, तकनीशियन आमतौर पर पहले उस उपकरण पर ध्यान केंद्रित करते हैं जो बड़ी समस्याएं पैदा करते हैं, विशेष रूप से वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव और अनइंटरप्टिबल पावर सप्लाई। ये डिवाइस कारखानों में हमारे सामने आने वाली लगभग 60 से 80 प्रतिशत तक की हानिकारक हार्मोनिक धाराओं के लिए उत्तरदायी होते हैं, जैसा कि IEEE मानकों में 2022 में बताया गया है। ऑडिट का एक अन्य महत्वपूर्ण हिस्सा यह देखने पर भी केंद्रित होता है कि क्या वर्तमान पावर फैक्टर करेक्शन कैपेसिटर्स और विभिन्न हार्मोनिक फ्रीक्वेंसीज़ के बीच अवांछित पारस्परिक क्रियाएं हो रही हैं।

परिवर्तनीय हार्मोनिक हस्ताक्षरों को कैप्चर करने के लिए लोड प्रोफाइलिंग तकनीकें

7 से 30 दिनों तक निरंतर निगरानी संचालन परिवर्त्यता की पूरी रेंज को दर्ज करती है। पोर्टेबल लॉगर चरण-विशिष्ट तिर्यक धाराओं को दर्ज करते हैं, जबकि उन्नत पूर्वानुमान मॉडल मशीन ड्यूटी साइकिल्स को तिर्यक उत्पादन के साथ सहसंबंधित करते हैं। यह दृष्टिकोण अंतराल स्रोतों - जैसे रोबोटिक वेल्डिंग सेल - को उजागर करता है कि स्थानातरण माप अक्सर अनदेखा करते हैं।

गतिशील औद्योगिक वातावरण के लिए समय-आधारित भार मूल्यांकन

शिखर तिर्यक घटनाएं अक्सर सीएनसी मशीनों या कंप्रेसर के समानांतर स्टार्टअप के साथ मेल खाती हैं। समय-भारित मूल्यांकन मूल्यांकन करता है:

• अल्पकालिक तिर्यक विस्फोट (15-मिनट के अंतराल)
• स्थिर-अवस्था पृष्ठभूमि विकृति
• दोष या संक्रमण अवस्थाओं के दौरान सबसे खराब परिदृश्य

यह विधि सुनिश्चित करती है कि एएचएफ आईईईई 519 अनुपालन बनाए रखता है (<5% वोल्टेज थडी) भले ही संक्रमणकालीन उछाल के दौरान।

वास्तविक दुनिया का अनुप्रयोग: एक निर्माण संयंत्र के लिए सक्रिय तिर्यक फिल्टर का आकार निर्धारित करना

पृष्ठभूमि: एक धातु प्रसंस्करण सुविधा में उच्च थीडीआई स्तर

एक मध्यम आकार के धातु प्रसंस्करण संयंत्र में गंभीर हार्मोनिक विरूपण के कारण मोटर विफलताएं और उपयोगिता दंड लगातार आ रहे थे। बिजली की गुणवत्ता के निरीक्षण में पता चला कि चरम संचालन के दौरान THDi स्तर 28% तक पहुंच गया था, जो IEEE 519-2022 सीमा 8% से काफी अधिक है। तीन उत्पादन लाइनों में VFD और आर्क भट्टियों को प्रमुख हार्मोनिक स्रोत के रूप में पहचाना गया।

हार्मोनिक विश्लेषण से 5वीं और 7वीं क्रम की धाराओं का प्राबल्य सामने आया

विस्तृत स्पेक्ट्रम विश्लेषण से हार्मोनिक प्रोफ़ाइल की मात्रा निर्धारित हुई:

हार्मोनिक क्रम	THDi में योगदान	धारा परिमाण
5वां	65%	412A
7वां	23%	149A
11वां	७%	45A

इन डेटा के आधार पर, 600A AHF को शुरू में हार्मोनिक विरूपण के 95% भाग को दूर करने के लिए पर्याप्त माना गया, जिसमें 15% सुरक्षा सीमा भी शामिल थी।

फ़िल्टर क्षमता अंतिम रूप देने के लिए भार प्रोफ़ाइलिंग डेटा का उपयोग करना

तीस-दिवसीय लोड प्रोफाइलिंग से पता चला कि शिफ्ट परिवर्तन और उपकरणों की शुरुआत के दौरान काफी मात्रा में हार्मोनिक स्पाइक्स उत्पन्न होते हैं। पांच वर्षों में 20% लोड वृद्धि के प्रोजेक्शन को ध्यान में रखते हुए, इंजीनियरों ने भविष्य में स्केल करने योग्यता के लिए समान्तर संचालन क्षमता के साथ 750A मॉड्यूलर एएचएफ प्रणाली का निर्देशांकन किया।

स्थापना के बाद के परिणाम: थेडी 28% से घटकर 4% हो गया

तैनाती के बाद, थेडी 4% से नीचे स्थिर हो गया, आईईईई 519 के साथ पूर्ण अनुपालन प्राप्त किया। संयंत्र ने वार्षिक उपयोगिता दंड में 74,000 डॉलर की बचत की, और हार्मोनिक ओवरहीटिंग के कारण मोटर विफलताएं छह महीने के भीतर 62% तक कम हो गईं, जिससे डेटा-संचालित आकार दृष्टिकोण की प्रभावशीलता की पुष्टि हुई।

सामान्य प्रश्न अनुभाग

एक्टिव हार्मोनिक फिल्टर (एएचएफ) क्या है?

एक्टिव हार्मोनिक फिल्टर ऐसी डिवाइस हैं जिनकी डिज़ाइन वेरिएबल फ्रीक्वेंसी ड्राइव और रेक्टिफायर जैसे नॉन-लीनियर लोड्स के कारण विद्युत प्रणालियों में हार्मोनिक विकृतियों को कम करने के लिए की गई है। ये स्मूथ साइन वेव्स के समान साफ़ तरंग रूप प्रदान करते हैं।

सटीक एएचएफ आकार निर्धारण क्यों महत्वपूर्ण है?

एएचएफ का सटीक आकार निर्धारण महत्वपूर्ण है क्योंकि कम आकार के कारण उपकरण क्षति हो सकती है जबकि बड़ा आकार आर्थिक रूप से अक्षम होता है। उचित आकार निर्धारण से सिस्टम की विश्वसनीयता और क्षमता सुनिश्चित होती है।

एएचएफ क्षमता को कौन से कारक प्रभावित करते हैं?

एएचएफ क्षमता हार्मोनिक धाराओं के परिमाण, भार परिवर्तनशीलता और भविष्य की भार वृद्धि पर विचार करके प्रभावित होती है।

कुल हार्मोनिक विकृति सूचकांक (THDi) का क्या महत्व है?

THDi विद्युत प्रणाली में हार्मोनिक विकृति की मात्रा का एक उपाय है। उच्च THDi के कारण ट्रांसफार्मर में अत्यधिक गर्मी और उपकरणों की कार्यप्रणाली में गड़बड़ी हो सकती है, इसलिए महत्वपूर्ण सीमा से नीचे रखना आवश्यक है।

एएचएफ आकार निर्धारण में भार प्रोफाइल कैसे सहायता करती है?

भार प्रोफाइल समय के साथ भार स्थितियों में परिवर्तनशीलता को पकड़ने में मदद करती है ताकि विद्युत प्रणाली की हार्मोनिक प्रोफाइल का सटीक मूल्यांकन किया जा सके, यह सुनिश्चित करना कि एएचएफ वर्तमान और भावी स्थितियों के लिए पर्याप्त आकार का है।