हार्मोनिक मिटिगेशन क्यों बिजली प्रणाली के विश्वासघात के लिए महत्वपूर्ण है

हार्मोनिक्स की समझ और उनका पावर सिस्टम पर प्रभाव

विद्युत नेटवर्क में हार्मोनिक विकृति की परिभाषा

जब हम विद्युत नेटवर्क में हार्मोनिक विरूपण के बारे में बात करते हैं, तो हम वास्तव में उन अवांछित विचलनों का वर्णन कर रहे होते हैं जो हमारी विद्युत प्रणालियों में प्रवाहित होने वाली सही साइन तरंग से होते हैं। ऐसा तब होता है जब अधिकांश भारों के गैर-रैखिक विशेषताएं होती हैं। आम उपकरणों पर एक नज़र डालें जैसे कि दिष्टकारी (रेक्टिफायर), इन्वर्टर, और डीसी ड्राइव, ये सभी मिश्रण में अतिरिक्त आवृत्तियों को डालते हैं। इसका क्या अर्थ है? अच्छा, मूल रूप से ये अवांछित जोड़ मूल तरंग आकृति के आकार को प्रभावित करते हैं, जिससे ग्रिड में ऊर्जा के प्रसारण में कठिनाई होती है। आईईईई ने कुछ दिशानिर्देशों को परिभाषित किया है, जिन्हें आईईईई 519 कहा जाता है, जो यह बताते हैं कि विरूपण की कितनी मात्रा की अनुमति है, जिससे पावर गुणवत्ता से संबंधित समस्याएं शुरू न हो जाएँ। इन नियमों का पालन करने से इंजीनियरों को हार्मोनिक्स के कारण होने वाली समस्याओं से निपटने में मदद मिलती है, ताकि उनकी प्रणालियाँ बिना किसी अनावश्यक नुकसान या उपकरण क्षति के लंबे समय तक सुचारु रूप से काम करती रहें।

गैर-रैखिक लोड कैसे उत्पन्न करते हैं विघटन आवृत्तियाँ

कंप्यूटर, एलईडी लाइट्स और एसी मोटर ड्राइव जैसे उपकरण हार्मोनिक्स पैदा करते हैं जो सामान्य वोल्टेज और धारा पैटर्नों में हस्तक्षेप करते हैं। इन उपकरणों के बिजली को सुचारु रूप से खींचने के बजाय, ये बिजली को छोटे-छोटे ब्रस्ट में खींचते हैं जिससे तरंग रूप में विकृति आती है। औसत कारखाने के तल का उदाहरण लें। जब कई गैर-रैखिक भार साथ में संचालित होते हैं, तो वे ऊर्जा को बर्बाद करने वाले और रखरखाव की लागत बढ़ाने वाले हार्मोनिक धाराओं का उत्पादन करते हैं। समस्या यह है कि बिजली की आपूर्ति जाल (एक सुचारु साइन वेव) की अपेक्षा और इन आधुनिक उपकरणों के संचालित होने के बीच मेल नहीं खाती। यह अमेल अवांछित आवृत्तियों को उत्पन्न करता है जिन्हें उचित तरीके से संभालने की आवश्यकता होती है यदि हम अप्रत्याशित विफलताओं के बिना विश्वसनीय रूप से सिस्टम चलाना चाहते हैं।

हार्मोनिक्स और पावर फ़ैक्टर की क्षय के बीच संबंध

जब हार्मोनिक्स पावर फैक्टर को प्रभावित करते हैं, तो यह व्यवस्था में बिजली के उपयोग की दक्षता को दर्शाता है। यदि समय के साथ पावर फैक्टर खराब होता है, तो विद्युत प्रणालियाँ वास्तविक आवश्यकता से कहीं अधिक ऊर्जा का उपयोग करती हैं। इससे महीने के अंत में बिल बढ़ जाते हैं और विभिन्न प्रकार के उपकरणों पर अतिरिक्त दबाव पड़ता है, जिससे वे अपेक्षित समय से पहले खराब हो जाते हैं। इन समस्याओं को दूर करने के लिए, कंपनियाँ आमतौर पर किसी प्रकार के पावर फैक्टर करेक्शन उपकरण या तकनीकों की स्थापना करती हैं। कई कारखानों द्वारा अपने पावर फैक्टर को सही करने के बाद अपनी ऊर्जा लागत में लगभग 10 प्रतिशत की बचत करने की सूचना दी जाती है। बड़ी सुविधाओं को लगातार चलाने वाले निर्माताओं के लिए हार्मोनिक्स पर नजर रखना और पावर फैक्टर की समस्याओं को ठीक करना व्यावसायिक दृष्टि से भी उचित है, क्योंकि यह न केवल लागत को कम करता है, बल्कि मशीनों के बदले जाने से पहले के समय को भी बढ़ाता है।

औद्योगिक स्थानों में हार्मोनिक्स के बिना प्रबंधन के कारण होने वाले परिणाम

उपकरण का अतिस्वेदन और पहले से उपकरण का ख़त्म होना

जब औद्योगिक वातावरण में हार्मोनिक विकृति अनियंत्रित रहती है, तो आमतौर पर यह उपकरणों को अत्यधिक गर्म कर देती है और उपकरणों के हिस्सों को अपेक्षित समय से पहले खराब कर देती है। यह हार्मोनिक ट्रांसफार्मर्स, मोटर्स और कैपेसिटर्स को प्रभावित करती है, जिससे वे अपने सामान्य कार्य से अधिक काम करने लगते हैं। अतिरिक्त तनाव से उत्पन्न ऊष्मा के कारण अंततः खराबी आ जाती है। जब ऐसा होता है, तो औद्योगिक सुविधाओं को वास्तविक समस्याओं का सामना करना पड़ता है - उत्पादन बंद हो जाता है, मरम्मत का काम बढ़ जाता है, और धन तेजी से निकल जाता है। कई संयंत्रों ने इन छिपी हुई हार्मोनिक समस्याओं के कारण गंभीर उपकरणों के पिघलने का अनुभव किया है। इसीलिए स्मार्ट ऑपरेटर शुरुआत से ही उचित हार्मोनिक नियंत्रण उपायों में निवेश करते हैं। इन विद्युत विक्षोभों पर नजर रखना केवल अच्छी प्रथा नहीं है, बल्कि यह महंगे उपकरणों की रक्षा करने और विनिर्माण इकाइयों में निर्बाध संचालन बनाए रखने के लिए आवश्यक है।

वृद्धित व्यवस्था हानि के माध्यम से ऊर्जा व्यर्थ

हार्मोनिक्स वास्तव में ऊर्जा दक्षता को नुकसान पहुँचाते हैं क्योंकि वे सिस्टम में अतिरिक्त नुकसान पैदा करते हैं और पॉवर डिलीवरी को समग्र रूप से कम प्रभावी बनाते हैं। जो होता है वह काफी सीधा है: जब हार्मोनिक्स मौजूद होते हैं, तो वे सिस्टम के माध्यम से अतिरिक्त करंट प्रवाहित करते हैं जो वास्तव में कोई उपयोगी कार्य नहीं करता। इस मुद्दे पर की गई अध्ययनों में कुछ बहुत ही बोलने वाली बातें सामने आई हैं - कारखानों और संयंत्रों में, जहां हार्मोनिक्स बेकाबू होते हैं, पॉवर नुकसान 3% से 5% तक बढ़ जाता है। यह दिखने में थोड़ा सा लग सकता है, लेकिन समय के साथ ये प्रतिशत बहुत अधिक धन के नुकसान के बराबर होते हैं। हार्मोनिक समस्याओं का समाधान केवल बिजली के बिल बचाने के बारे में नहीं है; इसका मतलब है कि उपकरण ठंडा रहता है, अधिक समय तक चलता है, और दिन-प्रतिदिन बेहतर प्रदर्शन करता है।

पावर फ़ैक्टर सहजीकरण उपकरणों पर बाधा

जब तरंग विकृति (हार्मोनिक डिस्टोर्शन) पावर फैक्टर करेक्शन उपकरणों में प्रवेश कर जाती है, तो यह चीजों को बिगाड़ देती है। पावर फैक्टर कम हो जाता है, और कंपनियों को अपने बिजली आपूर्तिकर्ताओं से जुर्माना लगने का खतरा होता है। ये उपकरण मुख्य रूप से यह सुनिश्चित करने के लिए मौजूद होते हैं कि विद्युत प्रणालियाँ कुशलता से काम करें और बिल कम रहें, लेकिन जब हार्मोनिक्स व्यवधान उत्पन्न करने लगते हैं, तो ये उपकरण ठीक से काम नहीं करते। पावर फैक्टर करेक्शन कई रूपों में आता है - संधारित्रों (कैपेसिटर्स) के बारे में सोचें, औद्योगिक स्थलों पर दिखने वाले बड़े बक्सों के रूप में, या कभी-कभी विशेष वोल्टेज स्थायीकरण उपकरणों के रूप में भी। उचित करेक्शन के बिना, व्यवसाय ऊर्जा बर्बाद करते हुए पैसा बर्बाद कर देते हैं। कई सुविधा प्रबंधकों ने यह स्थिति स्वयं अनुभव की है, अपने मासिक खर्चों में वृद्धि देखी है, भले ही वे सभी अन्य कार्य सही ढंग से कर रहे हों। इसीलिए अधिकांश आधुनिक स्थापनाओं में अब शुरुआत से ही किसी न किसी प्रकार के हार्मोनिक फिल्टर या अन्य निवारक रणनीति को शामिल किया जाता है, बजाय इसके कि समस्याओं को बाद में ठीक करने की कोशिश की जाए।

आधुनिक पावर प्रणालियों के लिए सिद्ध हुए हार्मोनिक कम करने की तकनीकें

सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर डायनेमिक लोड अनुकूलन के लिए

एक्टिव हार्मोनिक फिल्टर विद्युत प्रणालियों में भार स्थितियों में परिवर्तन के दौरान हार्मोनिक विरूपण के प्रबंधन के लिए एक उन्नत तरीका प्रदान करते हैं। ये उपकरण नेटवर्क पर क्या हो रहा है, लगातार निगरानी करते हैं और फिर विशेष धाराएं भेजते हैं जो तुरंत खराब हार्मोनिक्स को रद्द कर देती हैं। इन्हें अलग करने वाली बात अपनी तत्काल आवश्यकता के अनुसार समायोजित होने की क्षमता है, जो कई अलग-अलग उद्योगों में बहुत अच्छी तरह से काम करती है। उदाहरण के लिए, ऑटोमोटिव संयंत्रों में वेरिएबल स्पीड मोटर्स पर भारी निर्भरता होती है, जो विभिन्न प्रकार की विद्युत शोर उत्पन्न करती हैं। उचित फ़िल्टरिंग के बिना, इससे उपकरण क्षति और बंद होने की स्थिति उत्पन्न हो सकती है। वास्तविक दुनिया के परीक्षणों से पता चलता है कि ये फिल्टर हार्मोनिक विरूपण को कुल मिलाकर लगभग 20% तक कम कर देते हैं, हाल की उद्योग रिपोर्टों के अनुसार। बस केवल बिजली की गुणवत्ता में सुधार करने के अलावा, कंपनियों को पाया जाता है कि एक्टिव हार्मोनिक फिल्टर स्थापित करने से महत्वपूर्ण नियमों जैसे IEEE 519 आवश्यकताओं को पूरा करने में मदद मिलती है और लंबे समय में धन बचाने में भी सहायता मिलती है।

स्थिर कार्यात्मक परिवेश के लिए पैसिव फ़िल्टर समाधान

जब लोड की स्थिति लगभग स्थिर बनी रहती है, तो वातावरणों को संभालते समय, पैसिव फिल्टर हार्मोनिक समस्याओं से निपटने के लिए एक बजट अनुकूल समाधान प्रदान करते हैं। आमतौर पर प्रतिरोधकों, प्रेरकों और संधारित्रों के साथ सामूहिक रूप से बनाए जाने पर, ये फ़िल्टर विशिष्ट हार्मोनिक आवृत्तियों पर केंद्रित होते हैं जो अन्यथा समस्याएँ पैदा कर सकती हैं। यहां मुख्य कार्य स्थिर संचालन बनाना है, जिसके लिए उन अवांछित हार्मोनिक्स को कम किया जाता है, जो भवनों में एचवीएसी सिस्टम और प्रकाश व्यवस्था सहित चीजों में बहुत महत्वपूर्ण है। पैसिव फिल्टर क्या खास बनाते हैं? खैर, ये अपने एक्टिव समकक्षों की तुलना में स्थापित करने में काफी सरल होते हैं और आमतौर पर अपेक्षाकृत सस्ते होते हैं। फ़ील्ड परीक्षणों से पता चलता है कि स्थापना के बाद हार्मोनिक स्तर में काफी कमी आती है, जिसका अनुवाद समग्र प्रणाली प्रदर्शन में सुधार में होता है। कई उद्योगों ने अपने बिजली प्रणालियों को सुचारु रूप से चलाने के लिए सफलतापूर्वक पैसिव फिल्टर तैनात किए हैं, समय के साथ महंगे उपकरणों पर हस्तक्षेप समस्याओं और पहनने में कमी लाते हैं।

इंटीग्रेटेड मिटिगेशन टेक्नोलॉजी के साथ VFD ऑप्टिमाइज़ेशन

वीएफडी (VFDs) में हार्मोनिक निरोधक तकनीक (harmonic mitigation tech) के साथ वास्तव में एक समय में दो काम होते हैं: वे मोटरों को बेहतर ढंग से नियंत्रित करते हैं और उन परेशान करने वाले हार्मोनिक विरूपण (harmonic distortions) को कम करते हैं। अच्छे वीएफडी (VFDs) या तो निर्मित निम्न हार्मोनिक डिज़ाइन (built-in low harmonic designs) के साथ आते हैं या फिर सक्रिय फ्रंट-एंड तकनीक (active front-end technology) का उपयोग करके हार्मोनिक्स को उनके स्रोत पर रोक देते हैं। उदाहरण के लिए, कागज मिलों और सीमेंट संयंत्रों में, यह विशेष वीएफडी (VFDs) उद्योगों को बहुत अधिक लाभ पहुंचा रहे हैं क्योंकि ये ऊर्जा बचाते हैं और मानक उपकरणों की तुलना में हार्मोनिक्स पर काफी कम प्रभाव डालते हैं। कुछ वास्तविक संख्याएं दिखाती हैं कि इस तकनीक का उपयोग करने वाले कारखानों में ऊर्जा लागतों में लगभग 10% या अधिक की बचत हुई है। जब कंपनियां अपनी प्रणालियों में इन ड्राइव्स को शामिल करना शुरू करती हैं, तो यह स्पष्ट हो जाता है कि हार्मोनिक सीमा के नियमों का उल्लंघन किए बिना मोटरों को कुशलतापूर्वक चलाने के लिए ये कितने महत्वपूर्ण हैं।

भारी औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए मल्टी-पल्स कनवर्टर प्रणाली

बड़े औद्योगिक परिवेश में, बहु-इंपल्स कनवर्टर प्रणाली वास्तव में अच्छी तरह से काम करती है जब यह हार्मोनिक्स को कम करने की बात आती है। ये सेटअप कई अलग-अलग चरणों में आने वाली शक्ति को फैलाते हैं जो उन सामंजस्य शिखरों को काफी कम करने में मदद करता है, इसलिए कठिन औद्योगिक परिस्थितियों में चीजों को गड़बड़ करने वाले कम विद्युत शोर होते हैं। जब कंपनियां 12 या 18 धड़कन वाले संस्करण स्थापित करती हैं, तो वे हार्मोनिक स्तरों में काफी नाटकीय गिरावट देखते हैं, जिससे उन्हें इस पूरे हार्मोनिक मुद्दे पर ठोस नियंत्रण मिलता है। देखिए कि स्टील मिलों और रासायनिक प्रसंस्करण सुविधाओं जैसे स्थानों पर क्या होता है जो इन प्रणालियों पर स्विच करते हैं। वे कुल मिलाकर बेहतर बिजली की गुणवत्ता की रिपोर्ट करते हैं और उनका उपकरण दिन-प्रतिदिन सुचारू रूप से चलता है। बेशक, अन्य विकल्पों की तुलना में प्रारंभिक निवेश अधिक है, लेकिन अधिकांश ऑपरेटरों को लगता है कि समय के साथ रखरखाव और मरम्मत पर बचाए गए पैसे से यह हर पैसा लायक है, खासकर जहां मशीनरी को लगातार गंभीर कार्यभार संभालना पड़ता है।

अनुपालन और पर्यवेक्षण: लंबे समय तक प्रणाली की योग्यता का निश्चय

IEEE 519 हार्मोनिक वोल्टेज और करंट सीमा के मानक

IEEE 519 मानक विद्युत प्रणालियों में हार्मोनिक वोल्टेज और धाराओं के संबंध में स्वीकार्य क्या है, इसके बारे में महत्वपूर्ण नियम निर्धारित करते हैं। इन नियमों का पालन करना महत्वपूर्ण है क्योंकि किसी को भी जुर्माना या अप्रत्याशित बंद होना पसंद नहीं होगा। मानक वास्तव में वोल्टेज स्तरों और लोड के आकार के आधार पर कुल हार्मोनिक विरूपण (THD) पर विशिष्ट सीमाएं तय करता है। उदाहरण के लिए, 69kV या उससे नीचे की रेटिंग वाली प्रणालियों पर विचार करें - THD 5% से अधिक नहीं होना चाहिए। ये संख्याएं बेतरतीब नहीं हैं; वे विद्युत शोर को नियंत्रित करने में मदद करती हैं जबकि बिजली को साफ और विश्वसनीय बनाए रखा जाता है। आजकल अधिक कंपनियां IEEE 519 आवश्यकताओं का पालन करना शुरू कर रही हैं, खासकर डेटा सेंटर जैसी जगहों पर जहां लगातार अपटाइम सब कुछ है। जब सुविधाएँ इन दिशानिर्देशों का पालन करती हैं, तो वे भविष्य में महंगी समस्याओं से बच जाती हैं और मूल रूप से समग्र पावर ग्रिड पारिस्थितिकी तंत्र में बेहतर साझेदार बन जाती हैं।

निरंतर शक्ति गुणवत्ता मॉनिटरिंग की रणनीतियाँ

बिजली की गुणवत्ता पर लगातार नजर रखना उन छोटी-मोटी हार्मोनिक समस्याओं को बड़ी समस्याओं में बदलने से रोकने में मदद करता है, जिससे वर्षों तक सिस्टम सुचारु रूप से काम करते रहते हैं। इस कार्य के लिए बाजार में कई तकनीकी विकल्प उपलब्ध हैं। बिजली की गुणवत्ता का विश्लेषण करने वाले उपकरण और स्मार्ट मीटर्स इस काम में विस्तृत जानकारी प्रदान करते हैं, जो बिजली के प्रवाह में हो रहे परिवर्तनों के बारे में होती है। कंपनियां वास्तव में समस्याओं को होने से पहले ही उन्हें ठीक कर सकती हैं और अपनी दैनिक बिजली खपत पर बेहतर नियंत्रण प्राप्त कर सकती हैं। ऑटो निर्माण क्षेत्र के एक उदाहरण पर विचार करें। कई कारखानों ने अपनी बिजली की खपत को नियंत्रित करके बंद रहने के समय और खर्चों में काफी कमी की है। जब निर्माता अच्छे निगरानी उपकरणों पर निवेश करते हैं, तो उन्हें दैनिक संचालन से लेकर लाभ की अंतिम पंक्ति तक सुधार दिखाई देता है।

ऊर्जा कفاءत उद्योगों के साथ विरोध का समाकलन

जब कंपनियां अपनी ऊर्जा दक्षता प्रोग्रामों के साथ-साथ हार्मोनिक कमी की तकनीकों को भी शामिल करती हैं, तो वे आमतौर पर अपने सिस्टमों से बेहतर परिणाम प्राप्त करती हैं और साथ ही समय के साथ इन सिस्टमों को अधिक स्थायी भी बनाती हैं। कई औद्योगिक सुविधाओं ने पाया है कि इन दृष्टिकोणों को एक साथ जोड़ने से उनके द्वारा खपत ऊर्जा में होने वाली बचत और उपकरणों के दिन-प्रतिदिन विश्वसनीय तरीके से संचालन में वास्तविक सुधार होता है। उदाहरण के लिए, मिडवेस्ट में एक फैक्ट्री के बारे में सोचिए, जहां कार्यकर्ताओं ने उत्पादन क्षेत्र में नए LED लाइट्स के साथ-साथ विशेष हार्मोनिक फिल्टर भी लगाए। परिणाम क्या हुआ? कुल मिलाकर लगभग 15% कम बिजली की खपत के साथ-साथ साइट पर सभी मशीनों का सुचारु संचालन। पर्यावरण के संबंध में, यह तरीका स्पष्ट रूप से उचित है, लेकिन इसके साथ-साथ यह आर्थिक रूप से भी लाभदायक है, क्योंकि कम बिल का मतलब वर्ष के अंत में अधिक लाभ होता है। अधिकांश स्मार्ट व्यापार मालिक यह जानते हैं कि इन दोनों चीजों को सही तरीके से करने से न केवल वर्तमान में पैसों की बचत होती है, बल्कि भविष्य में वातावरण में उत्सर्जित होने वाले ग्रीनहाउस गैसों को भी कम किया जा सकता है।