हार्मोनिक्स और पावर फैक्टर कैपेसिटर: असफलता को समझना, अनुनाद और फ़िल्टर समाधान

परिचय

पावर फैक्टर सुधार कैपेसिटर औद्योगिक और वाणिज्यिक सुविधाओं में विद्युत उपकरणों के सबसे व्यापक रूप से स्थापित टुकड़ों में से एक हैं. उनका उद्देश्य सीधा है - आगमनात्मक भार द्वारा खींची गई प्रतिक्रियाशील शक्ति की भरपाई करना, वितरण केबलों और ट्रांसफार्मरों में करंट कम करें, और उन वित्तीय दंडों से बचें जो उपयोगिताएँ खराब पावर फैक्टर वाली सुविधाओं पर लगाती हैं. दशकों तक, ऐसी दुनिया में जहां मोटर जैसे रैखिक भार का प्रभुत्व है, ट्रान्सफ़ॉर्मर, और प्रकाश व्यवस्था, उन्होंने इस भूमिका को विश्वसनीय और लागत प्रभावी ढंग से निभाया.

परिवर्तनीय गति ड्राइव को व्यापक रूप से अपनाना, स्विच-मोड बिजली की आपूर्ति, और अन्य गैर-रैखिक भार ने इस तस्वीर को मौलिक रूप से बदल दिया है. ऐसे संयंत्र में जहां भार का एक महत्वपूर्ण हिस्सा गैर-रैखिक है, हार्मोनिक विरूपण को ध्यान में रखे बिना पावर फैक्टर सुधार कैपेसिटर की स्थापना केवल अप्रभावी से भी बदतर है - यह सक्रिय रूप से खतरनाक है. कैपेसिटर जो सही ढंग से निर्दिष्ट किए गए थे, इंस्टॉल किया, और वर्षों तक बिना किसी समस्या के संचालन करना एक बार गैर-रेखीय भार शुरू होने या विस्तारित होने पर बार-बार और अप्रत्याशित रूप से विफल होना शुरू हो सकता है. फ़्यूज़ बिना किसी स्पष्ट कारण के उड़ जाते हैं. कैपेसिटर केस का उभार या टूटना. ट्रांसफार्मर गरम हो जाते हैं. सुरक्षा रिले ओवरकरंट पर यात्रा करती है और लोड पक्ष में कोई खराबी नहीं होती है. अधिकांश मामलों में मूल कारण एक ही होता है: हार्मोनिक अनुनाद.

यह आलेख बताता है कि पावर फैक्टर कैपेसिटर हार्मोनिक वातावरण में ऐसा व्यवहार क्यों करते हैं, अनुनाद क्या है और जिन परिस्थितियों में यह घटित होता है उनकी गणना कैसे करें, अनुनाद के क्षेत्र लक्षण कैसे दिखते हैं, और इंजीनियरिंग समाधान क्या हैं - अलग किए गए कैपेसिटर बैंकों से निष्क्रिय हार्मोनिक फिल्टर के माध्यम से सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर तक. इंजीनियरों को उनकी विशिष्ट स्थापना के लिए सही दृष्टिकोण चुनने में मदद करने के लिए एक व्यावहारिक चयन मार्गदर्शिका प्रदान की जाती है.

दायरे पर एक नोट: वास्तविक शक्ति कारक बनाम विस्थापन शक्ति कारक का प्रश्न - और हार्मोनिक सुधार और एकता शक्ति कारक दोनों को प्राप्त करने के लिए निष्क्रिय और सक्रिय फ़िल्टरिंग का इष्टतम संयोजन - अपने स्वयं के समर्पित उपचार की गारंटी देने के लिए पर्याप्त गहराई का विषय है और इसे इस श्रृंखला के बाद के लेख में संबोधित किया जाएगा।.

01 पावर फैक्टर सुधार की बुनियादी बातें

पावर फैक्टर इस बात का माप है कि विद्युत ऊर्जा को कितने प्रभावी ढंग से उपयोगी कार्य में परिवर्तित किया जा रहा है - सक्रिय शक्ति का अनुपात \(P\) (वाट) स्पष्ट सत्ता में \(S\) (वोल्ट-एम्पीयर):

\[PF = \frac{पी}{एस} = \frac{पी}{V \cdot I}\]

का एक शक्ति कारक 1.0 इसका मतलब है कि आपूर्ति से ली गई सारी धारा उपयोगी कार्य में योगदान करती है. यूनिटी से नीचे पावर फैक्टर का मतलब है कि करंट का कुछ हिस्सा बिना काम किए स्रोत और लोड के बीच घूम रहा है, केबलों में घाटा बढ़ रहा है, ट्रान्सफ़ॉर्मर, और उत्पादन में योगदान किए बिना स्विचगियर.

विस्थापन शक्ति कारक

रैखिक भार के साथ एक विशुद्ध साइनसोइडल प्रणाली में, पावर फैक्टर गिरावट का एक ही कारण है: आगमनात्मक भार द्वारा उत्पन्न वोल्टेज और धारा के बीच चरण विस्थापन. विस्थापन शक्ति कारक है:

\[DPF = \cos\phi\]

यह वह शक्ति कारक है जिसे पारंपरिक इलेक्ट्रोमैकेनिकल मीटर मापते हैं, और वह मात्रा जो अधिकांश उपयोगिता टैरिफ संरचनाओं ने ऐतिहासिक रूप से पावर फैक्टर दंड के लिए उपयोग की है. कैपेसिटर बैंक स्थानीय स्तर पर आवश्यक प्रेरक भार के लिए प्रतिक्रियाशील धारा की आपूर्ति करके विस्थापन शक्ति कारक को सही करते हैं. प्रतिक्रियाशील शक्ति की आवश्यकता है:

\[Q_C = P \left(\tan\phi_1 – \tan\phi_2\right)\]

जहां \(P\) है औसत माप अवधि के दौरान सक्रिय शक्ति - तात्कालिक शिखर नहीं - संधारित्र बैंक के बड़े आकार से बचने के लिए.

विरूपण शक्ति कारक और वास्तविक शक्ति कारक

गैर-रेखीय भार वाले सिस्टम में, वर्तमान तरंग में मौलिक के पूर्णांक गुणकों पर हार्मोनिक घटक होते हैं. ये हार्मोनिक धाराएं कुल धारा के आरएमएस मूल्य में योगदान करती हैं लेकिन मौलिक आवृत्ति पर कोई शुद्ध सक्रिय शक्ति नहीं रखती हैं. एक गैर-रेखीय भार का वास्तविक शक्ति कारक है:

\[पीएफ_{सत्य} = DPF \times \dfrac{1}{\sqrt{1 + THD_I^{\,2}}}\]

पूर्ण लोड पर 6-पल्स वैरिएबल फ़्रीक्वेंसी ड्राइव \(THD_I = 35\%\) का विरूपण कारक लगभग है 0.944. विस्थापन के साथ भी पावर फैक्टर को कैपेसिटर बैंक द्वारा एकता में सुधारा गया, वास्तविक शक्ति कारक इससे अधिक नहीं होगा 0.944. बड़ी संख्या में ड्राइव वाली सुविधा उपयोगिता दंड को संबोधित करने के लिए अच्छे विश्वास के साथ कैपेसिटर बैंक स्थापित कर सकती है, केवल यह देखने के लिए कि जुर्माना कायम है क्योंकि उपयोगिता मीटर सही पावर फैक्टर को मापता है.

जहां कैपेसिटर लगाए जाते हैं

पावर फैक्टर सुधार कैपेसिटर तीन स्तरों में से एक पर स्थापित किए जाते हैं. पर व्यक्तिगत उपकरण स्तर, कैपेसिटर सीधे मोटर टर्मिनलों से जुड़े होते हैं, सटीक सुधार प्रदान करना लेकिन संभावित अनुनाद सर्किट की संख्या को बढ़ाना. पर समूह या बसबार स्तर - सबसे आम औद्योगिक व्यवस्था - एक निश्चित या स्वचालित रूप से स्विच किया गया बैंक भार के समूह की प्रतिक्रियाशील मांग को सही करता है. पर मुख्य सेवा प्रवेश स्तर, एक बड़ा बैंक आपूर्ति के बिंदु पर पूरी सुविधा को सही करता है - स्थापित करने में सबसे आसान लेकिन पूर्ण अनुनाद जोखिम को एक स्थान पर केंद्रित करना.

छह-चरणीय मूल्यांकन पद्धति

गैर-रेखीय भार वाली सुविधा में किसी भी पावर फैक्टर सुधार उपकरण को निर्दिष्ट करने से पहले, निम्नलिखित संरचित मूल्यांकन किया जाना चाहिए.

कदम 1 - उपयोगिता दंड सीमा निर्धारित करें. उपयोगिता टैरिफ से न्यूनतम स्वीकार्य पावर फैक्टर की पहचान करें - आम तौर पर 0.90 या 0.95 क्षेत्राधिकार पर निर्भर करता है.

कदम 2 - मौजूदा पावर फैक्टर को मापें. उपाय \(P\) (kW) और \(Q\) (बाएं) एक प्रतिनिधि अवधि में बिलिंग मीटर पर - आदर्श रूप से सभी ऑपरेटिंग मोड को कवर करते हुए एक पूरा सप्ताह. एक भी स्नैपशॉट अपर्याप्त है.

कदम 3 - आवश्यक संधारित्र रेटिंग की गणना करें का उपयोग करते हुए \(Q_C = पी(\tan\phi_1 – \tan\phi_2)\). स्वचालित बैंकों के लिए लोड वृद्धि के लिए 10-15% मार्जिन जोड़ें.

कदम 4 - एक हार्मोनिक अध्ययन की आवश्यकता का आकलन करें. कोई सार्वभौमिक रूप से मानकीकृत प्रतिशत सीमाएँ नहीं हैं जो एक हार्मोनिक अध्ययन को अनिवार्य बनाती हैं. तकनीकी रूप से रक्षात्मक ट्रिगर, आईईसी के अनुरूप 61642:2020 [4] और आईईईई 519-2022 [1], are: मापा गया \(THD_V\) से अधिक 5%, मापा गया \(THD_I\) से अधिक 15%, अस्पष्टीकृत संधारित्र विफलता या फ़्यूज़ संचालन, या महत्वपूर्ण और बढ़ता हुआ गैर-रेखीय भार. एक व्यावहारिक स्क्रीनिंग गाइड के रूप में - मानक आवश्यकता नहीं - निम्नलिखित तालिका औद्योगिक प्रतिष्ठानों में ऐतिहासिक घटना आवृत्ति को दर्शाती है [10][13]:

कदम 5 - अनुनाद जाँच. एक सरलीकृत प्रारंभिक जांच केवल ट्रांसफार्मर रेटिंग का उपयोग करती है:

\[h_r \approx \sqrt{\dfrac{अनुसूचित जनजाति}{Q_C}}\]

कठोर मूल्यांकन के लिए शॉर्ट-सर्किट पावर की आवश्यकता होती है \(एस_{अनुसूचित जाति}\) सामान्य युग्मन के बिंदु पर:

\[h_r = \sqrt{\dfrac{एस_{अनुसूचित जाति}}{Q_C}}\]

सरलीकृत विधि अधिक अनुमान लगाती है \(h_r\) और गैर-रूढ़िवादी है - यह केवल पहली स्क्रीनिंग के लिए स्वीकार्य है. अगर \(h_r\) अंदर गिर जाता है 10% एक विशिष्ट हार्मोनिक क्रम का (5वें, 7वें, 11वें, 13वें) बैंक के डिज़ाइन को संशोधित किया जाना चाहिए. अनुभाग 3 इस गणना को एक पूर्ण कार्यान्वित उदाहरण के साथ विकसित करता है.

अधिक परिशुद्धता की आवश्यकता वाले बड़े इंस्टॉलेशन के लिए - विशेष रूप से मध्यम वोल्टेज पर या जहां महत्वपूर्ण गैर-रेखीय भार कनेक्शन के एक बिंदु पर केंद्रित होता है - डिज़ाइन इंजीनियर को औपचारिक रूप से उपयोगिता से न केवल शॉर्ट-सर्किट स्तर का अनुरोध करना चाहिए, बल्कि आवृत्ति के कार्य के रूप में नेटवर्क प्रतिबाधा का भी अनुरोध करना चाहिए।. यह हार्मोनिक प्रतिबाधा स्पेक्ट्रम, कभी-कभी प्रत्येक हार्मोनिक क्रम में आर और एक्स मान के रूप में प्रदान किया जाता है, उपयोगिता नेटवर्क के भीतर अनुनाद स्थितियों के लिए जिम्मेदार है कि एक एकल शॉर्ट-सर्किट एमवीए आंकड़ा प्रकट नहीं कर सकता है. आईईसी 61000-3-6 [5] सामान्य युग्मन के बिंदु पर इस प्रकार के उत्सर्जन और प्रतिबाधा मूल्यांकन के लिए एक रूपरेखा प्रदान करता है.

कदम 6 - उपयोगिता मीटरिंग आधार सत्यापित करें. पुष्टि करें कि उपयोगिता विस्थापन पीएफ पर जुर्माना लगाती है या सच्चे पीएफ पर. अगर सच है पीएफ और \(THD_I\) लगभग से अधिक है 15%, अकेले कैपेसिटर बैंक से जुर्माना समाप्त नहीं होगा. इसे दोनों आईईसी के विरुद्ध सत्यापित किया जाना चाहिए 60831-1 [2] और आईईईई एसटीडी 18-2012 [3].

02 हार्मोनिक्स कैपेसिटर के साथ कैसे इंटरैक्ट करता है

संधारित्र की प्रतिबाधा आवृत्ति के व्युत्क्रमानुपाती होती है:

\[Z_C = \frac{1}{j\omega C} = \frac{1}{j \cdot 2\pi f \cdot C}\]

5वें हार्मोनिक पर - 250 हर्ट्ज - संधारित्र प्रतिबाधा इसके मौलिक मूल्य का पांचवां हिस्सा है. 7वें हार्मोनिक पर यह गिरकर सातवें हिस्से पर आ जाता है. कैपेसिटर सक्रिय रूप से हार्मोनिक धाराओं को आकर्षित करते हैं: एक नेटवर्क में जहां हार्मोनिक धाराएं प्रसारित होती हैं, कैपेसिटर बैंक हार्मोनिक आवृत्तियों पर सबसे कम प्रतिबाधा पथ का प्रतिनिधित्व करता है. बैंक में प्रवाहित होने वाली हार्मोनिक धारा है:

\[मैं_{सी,घंटे} = I_h \cdot \frac{Z_{प्रणाली,घंटे}}{Z_{प्रणाली,घंटे} + Z_{सी,घंटे}}\]

जैसा \(Z_{सी,घंटे}\) बढ़ते हार्मोनिक क्रम के साथ घटता है, संधारित्र में प्रवाहित होने वाली हार्मोनिक धारा का अनुपात बढ़ जाता है.

ऊष्मीय परिणाम

संधारित्र के माध्यम से बहने वाली अतिरिक्त हार्मोनिक धारा ऐसे नुकसान उत्पन्न करती है जिनका मूल विनिर्देश में हिसाब नहीं दिया गया है. हार्मोनिक आवृत्तियों पर संधारित्र हानि अपव्यय कारक द्वारा नियंत्रित होती है \(\tan\delta\), जो आवृत्ति के साथ बढ़ता जाता है. कुल घाटा है:

\[पी_{नुकसान} = \sum_{ज=1}^{एन} मैं_{सी,घंटे}^2 \cdot \frac{\tan\delta_h}{\ओमेगा_एच सी}\]

आईईसी 60831-1 [2] और आईईईई एसटीडी 18-2012 [3] दोनों अधिकतम सतत आरएमएस धारा निर्दिष्ट करते हैं 1.8 पी.यू. रेटेड धारा का जब वोल्टेज हार्मोनिक्स का संयुक्त प्रभाव, समाई सहनशीलता, और ऑपरेटिंग वोल्टेज को ध्यान में रखा जाता है. महत्वपूर्ण हार्मोनिक विरूपण वाले इंस्टॉलेशन में यह सीमा पारंपरिक मीटरिंग से किसी भी संकेत के बिना अक्सर पार हो जाती है, जो केवल मौलिक धारा को मापता है.

ढांकता हुआ उम्र बढ़ने

आधुनिक धातुकृत पॉलीप्रोपाइलीन फिल्म कैपेसिटर में प्रमुख उम्र बढ़ने का तंत्र विद्युत के बजाय थर्मल है. ऑपरेटिंग तापमान और सेवा जीवन के बीच संबंध अरहेनियस मॉडल का अनुसरण करता है [7]: रेटेड मूल्य से ऊपर निरंतर ऑपरेटिंग तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि अपेक्षित सेवा जीवन को लगभग आधा कर देती है. हार्मोनिक धाराएं आंतरिक नुकसान और इसलिए ऑपरेटिंग तापमान को बढ़ाती हैं, उम्र बढ़ने की गति उस दर से बढ़ रही है जिसका अकेले नेमप्लेट डेटा से अनुमान नहीं लगाया जा सकता.

यह उस फ़ील्ड अवलोकन की व्याख्या करता है जिसकी अक्सर रिपोर्ट की जाती है लेकिन शायद ही कभी समझा जाता है: एक कैपेसिटर बैंक जो वर्षों से बिना किसी समस्या के संचालित हो रहा है, नए वैरिएबल फ़्रीक्वेंसी ड्राइव की स्थापना के बाद विफल होना शुरू हो जाता है, भले ही मौलिक प्रतिक्रियाशील मांग नहीं बदली है और बैंक पारंपरिक मानदंडों के अनुसार सही आकार का प्रतीत होता है. नेमप्लेट रेटिंग मौलिक स्तर पर मिलती है - लेकिन हार्मोनिक धाराओं ने आंतरिक तापमान को रेटेड थर्मल लिफाफे से अधिक बढ़ा दिया है.

ढांकता हुआ पर वोल्टेज तनाव एक माध्यमिक उम्र बढ़ने वाला तंत्र है, पुराने संसेचित कागज या पेपर-फिल्म कैपेसिटर के लिए अधिक प्रासंगिक, जिनमें धातुकृत फिल्म प्रौद्योगिकी की स्व-उपचार क्षमता का अभाव है. आधुनिक धातुकृत फिल्म कैपेसिटर के लिए, निरंतर ऊंचा तापमान प्राथमिक जीवन-सीमित कारक है.

03 समानांतर अनुनाद - मुख्य समस्या

जब एक कैपेसिटर बैंक एक वितरण प्रणाली से जुड़ा होता है, यह नेटवर्क के आगमनात्मक प्रतिबाधा के साथ एक समानांतर अनुनाद सर्किट बनाता है. इस गुंजयमान सर्किट में एक प्राकृतिक आवृत्ति होती है जिस पर इसकी प्रतिबाधा सैद्धांतिक रूप से अनंत हो जाती है - व्यवहार में, बहुत अधिक - और जिस पर छोटी हार्मोनिक धाराएं भी संधारित्र और नेटवर्क के प्रेरक तत्वों के बीच बड़े हार्मोनिक वोल्टेज और बड़े परिसंचारी धाराओं का उत्पादन कर सकती हैं.

समानांतर गुंजयमान आवृत्ति, हार्मोनिक क्रम के रूप में व्यक्त किया गया, है:

\[h_r = \sqrt{\dfrac{एस_{अनुसूचित जाति}}{Q_C}}\]

जहां \(एस_{अनुसूचित जाति}\) केवीए में संधारित्र कनेक्शन के बिंदु पर शॉर्ट-सर्किट शक्ति है \(Q_C\) केवीएआर में कैपेसिटर बैंक रेटिंग है. केवल ट्रांसफार्मर रेटिंग का उपयोग करते हुए सरलीकृत प्रपत्र \(S_T\) केवल प्रारंभिक स्क्रीनिंग के लिए स्वीकार्य है - यह अधिक अनुमान लगाता है \(h_r\) और गैर-रूढ़िवादी है.

चित्रा 1 - प्रतिबाधा बनाम आवृत्ति: इंटरैक्टिव अनुनाद एक्सप्लोरर

अनुनाद पर क्या होता है

गुंजयमान हार्मोनिक क्रम में \(h_r\), समानांतर प्रतिबाधा अधिकतम तक पहुँच जाती है. अनुनाद पर प्रतिबाधा केवल प्रतिरोधक अवमंदन - ट्रांसफार्मर वाइंडिंग्स के प्रतिरोध द्वारा सीमित होती है, केबलों, और अन्य प्रतिरोधी तत्व. एक विशिष्ट औद्योगिक वितरण प्रणाली में यह अवमंदन छोटा होता है, और प्रतिध्वनि पर प्रतिबाधा हो सकती है 20 से 50 समान आवृत्ति पर ऑफ-रेजोनेंस प्रतिबाधा से कई गुना अधिक. प्रवर्धन कारक लगभग है:

\[A_h = \frac{एक्स_{L,घंटे} \सीडीओटी एक्स_{सी,घंटे}}{R \cdot |एक्स_{L,घंटे} – एक्स_{सी,घंटे}|}\]

प्रतिध्वनि पर \(एक्स_{L,घंटे} = एक्स_{सी,घंटे}\) और हर शून्य के करीब पहुंचता है - प्रवर्धन केवल सर्किट प्रतिरोध द्वारा सीमित होता है \(R\). व्यवहार में प्रवर्धन कारक 10 से 30 हल्के से नम औद्योगिक नेटवर्क में असामान्य नहीं हैं [8][9].

समानांतर अनुनाद का स्पष्ट विरोधाभास

समानांतर गुंजयमान सर्किट का व्यवहार प्रति-सहज ज्ञान युक्त है और सावधानीपूर्वक स्पष्टीकरण के योग्य है. एक फील्ड इंजीनियर एक ट्रांसफॉर्मर के साथ बसबार से जुड़े कैपेसिटर बैंक को देखकर उचित रूप से उम्मीद कर सकता है कि कैपेसिटर केवल हार्मोनिक धाराओं को अवशोषित करेगा - आखिरकार, इसकी प्रतिबाधा आवृत्ति के साथ घटती जाती है, इसे एक प्राकृतिक हार्मोनिक सिंक बनाना. यह तर्क अनुनाद से बिल्कुल दूर है. जो तुरंत स्पष्ट नहीं है वह यह है कि जब ट्रांसफार्मर इंडक्शन और कैपेसिटर बैंक का समानांतर संयोजन अपनी प्राकृतिक गुंजयमान आवृत्ति पर उत्तेजित होता है तो क्या होता है.

प्रतिध्वनि पर, समानांतर एलसी सर्किट हार्मोनिक वर्तमान स्रोत के लिए बहुत उच्च प्रतिबाधा प्रस्तुत करता है - इस मामले में परिवर्तनीय गति ड्राइव. ड्राइव, वर्तमान स्रोत के रूप में कार्य करना, बस में अपेक्षाकृत छोटा हार्मोनिक करंट इंजेक्ट करता है. यह छोटी सी धारा, तथापि, एलसी टैंक को दोलन में उत्तेजित करने के लिए पर्याप्त है. गुंजयमान आवृत्ति पर प्रेरकत्व और धारिता के बीच ऊर्जा आगे और पीछे प्रसारित होने लगती है - प्रारंभ करनेवाला संधारित्र को चार्ज करता है, संधारित्र प्रारंभ करनेवाला के माध्यम से निर्वहन करता है, और चक्र दोहराता है. ड्राइव को इस परिसंचारी ऊर्जा की आपूर्ति करने की आवश्यकता नहीं है - इसे केवल दोलन को बनाए रखने के लिए सर्किट में प्रतिरोधक नुकसान को दूर करने की आवश्यकता है.

बाहर से - ड्राइव के परिप्रेक्ष्य से - समानांतर संयोजन बहुत उच्च प्रतिबाधा जैसा दिखता है. लूप में बहुत कम धारा प्रवेश करती प्रतीत होती है. लेकिन लूप के अंदर, संधारित्र और ट्रांसफार्मर अधिष्ठापन के बीच, परिसंचारी धारा है \(Q_T\) ड्राइव द्वारा इंजेक्ट किए गए हार्मोनिक करंट से कई गुना बड़ा. एक विशिष्ट औद्योगिक ट्रांसफार्मर के लिए \(Q_T\) = 30 से 50, एक ड्राइव इंजेक्शन 4% 7वें हार्मोनिक के रूप में रेटेड धारा का एक परिसंचारी धारा उत्पन्न कर सकता है 1.2 से 2.0 पी.यू. एलसी लूप के अंदर - आईईसी से अधिक होने के लिए पर्याप्त 60831-1 की सतत वर्तमान सीमा 1.8 पी.यू. और कैपेसिटर फ़्यूज़ को संचालित करें. संधारित्र अतिभारित है, इसलिए नहीं कि ड्राइव सीधे उसमें बड़ी धारा प्रवाहित करती है, लेकिन क्योंकि यह एक ऑसिलेटिंग सर्किट का हिस्सा है जिसकी आंतरिक धाराएं लूप के बाहर से दिखाई देने वाली किसी भी चीज़ से कहीं अधिक हैं.

नेटवर्क आकर्षण प्रभाव

एक सुविधा के भीतर एक गुंजयमान स्थिति न केवल स्थानीय भार द्वारा उत्पन्न हार्मोनिक्स को बढ़ाती है. गुंजयमान सर्किट एक कम-प्रतिबाधा पथ प्रस्तुत करता है - गुंजयमान आवृत्ति पर और उसके निकट - जो उपयोगिता नेटवर्क से दिखाई देता है. समान वितरण फीडर से जुड़े अन्य ग्राहकों द्वारा उत्पन्न हार्मोनिक धाराएं इस कम-प्रतिबाधा नोड की ओर अधिमानतः प्रवाहित होंगी. सुविधा का कैपेसिटर बैंक प्रभावी रूप से व्यापक नेटवर्क के लिए एक हार्मोनिक सिंक बन जाता है, उन स्रोतों से हार्मोनिक ऊर्जा को अवशोषित करना जिसके बारे में उसे कोई जानकारी नहीं है और जिस पर उसका कोई नियंत्रण नहीं है [9][10].

यह उन मामलों की व्याख्या करता है जहां किसी सुविधा में हार्मोनिक समस्याओं को उस सुविधा के भीतर हार्मोनिक स्रोतों द्वारा पूरी तरह से जिम्मेदार नहीं ठहराया जा सकता है - कैपेसिटर बैंक में मापा गया हार्मोनिक धाराएं सुविधा के स्वयं के गैर-रेखीय भार से अधिक हो सकती हैं जो संभावित रूप से उत्पन्न हो सकती हैं.

व्यावहारिक उदाहरण

के साथ एक सुविधा पर विचार करें: 1000 केवीए ट्रांसफार्मर, 6% मुक़ाबला; 150 एमवीए उपयोगिता शॉर्ट-सर्किट 11 केवी; 200 केवीएआर कैपेसिटर बैंक; कुल छह 6-पल्स वीएफडी 300 kW.

ट्रांसफार्मर शॉर्ट-सर्किट योगदान:

\[एस_{अनुसूचित जाति,टी} = \frac{अनुसूचित जनजाति}{Z_T\%} = \frac{1000}{0.06} = 16{,}667 \मूलपाठ{ केवीए}\]

साथ 150 एमवीए उपयोगिता बस (मजबूत नेटवर्क), ट्रांसफार्मर प्रतिबाधा हावी है: \(एस_{अनुसूचित जाति} \लगभग 16{,}667\) केवीए. गुंजायमान आदेश:

\[200 \मूलपाठ{ बाएं}: h_r = \sqrt{\dfrac{16{,}667}{200}} = 9.1 \quad \text{(सुरक्षित - h7 और h11 के बीच)}\]

\[400 \मूलपाठ{ बाएं}: h_r = \sqrt{\dfrac{16{,}667}{400}} = 6.5 \quad \text{(सावधानी - h7 के करीब)}\]

\[500 \मूलपाठ{ बाएं}: h_r = \sqrt{\dfrac{16{,}667}{500}} = 5.8 \quad \text{(ख़तरा - भीतर 16\% h5 का)}\]

एक सिस्टम सुरक्षित है 200 केवीएआर खतरनाक हो जाता है 500 केवीएआर - अनुनाद बैंक आकार के साथ बदलता है.

कमज़ोर उपयोगिता नेटवर्क के लिए (20 वैट पर 11 केवी), \(एस_{अनुसूचित जाति,संयुक्त} \लगभग 9{,}091\) केवीए:

\[200 \मूलपाठ{ बाएं}: h_r = \sqrt{\dfrac{9{,}091}{200}} = 6.7 \quad \text{(अब h7 के करीब)}\]

\[400 \मूलपाठ{ बाएं}: h_r = \sqrt{\dfrac{9{,}091}{400}} = 4.8 \quad \text{(h5 से नीचे - पूर्ण ख़तरा क्षेत्र)}\]

04 विफलता मोड और फ़ील्ड लक्षण

पावर फैक्टर सुधार कैपेसिटर और हार्मोनिक धाराओं के बीच की बातचीत क्षेत्र के लक्षणों में प्रकट होती है जिन्हें अक्सर गलत निदान किया जाता है क्योंकि उनका मूल कारण - हार्मोनिक अनुनाद या हार्मोनिक ओवरलोडिंग - पारंपरिक उपकरण के लिए दृश्यमान नहीं है.

संधारित्र फ्यूज संचालन

हार्मोनिक ओवरलोडिंग का सबसे आम दिखाई देने वाला लक्षण कैपेसिटर फ्यूज तत्वों का बार-बार संचालन है. फ़्यूज़ संचालन जो प्रतिस्थापन के बाद दोबारा होता है, पहचाने जाने योग्य लोड दोष के बिना घटित होता है, या दिन के निश्चित समय पर अधिमानतः घटित होना हार्मोनिक ओवरकरंट का एक मजबूत संकेतक है. एक हार्मोनिक-संबंधित ऑपरेशन कैपेसिटर इकाई को भौतिक रूप से अप्रकाशित छोड़ देता है और प्रतिस्थापन के बाद दोबारा शुरू हो जाता है क्योंकि जिस हार्मोनिक स्थिति के कारण ऐसा हुआ उसका समाधान नहीं किया गया है।. फ़्यूज़ रेटिंग में प्रति आईईसी हार्मोनिक घटकों सहित कुल आरएमएस करंट का हिसाब होना चाहिए 60831-1 [2] और आईईईई एसटीडी 18-2012 [3].

कैपेसिटर केस का उभार और टूटना

संधारित्र मामलों की भौतिक विकृति अत्यधिक आंतरिक ताप के कारण उत्पन्न आंतरिक दबाव का संकेत देती है. एक हार्मोनिक वातावरण में यह विफलता मोड निरंतर थर्मल अधिभार से जुड़ा होता है. केस टूटना एक गंभीर सुरक्षा घटना है - बार-बार केस विकृति का अनुभव करने वाले बैंक को हार्मोनिक मूल्यांकन लंबित रहने तक तुरंत सेवा से बाहर कर दिया जाना चाहिए.

ओवरकरंट सुरक्षा का उपद्रव ट्रिपिंग

ओवरकरंट रिले और सर्किट ब्रेकर स्पष्ट लोड दोष के बिना बार-बार ट्रिप हो सकते हैं. एक समानांतर अनुनाद स्थिति कैपेसिटर बैंक और ट्रांसफार्मर के बीच बड़े परिसंचारी धाराओं को उत्पन्न करती है जो लोड करंट सामान्य होने पर भी सुरक्षा उपकरण के माध्यम से प्रवाहित होती है. अनुनाद-संबंधित और स्विचिंग-क्षणिक-संबंधित यात्राओं के बीच अंतर करने के लिए घटना के समय बिजली की गुणवत्ता माप की आवश्यकता होती है. अनुनाद एक विशिष्ट हार्मोनिक आवृत्ति पर निरंतर उन्नत धारा उत्पन्न करता है; स्विचिंग क्षणिक स्विचिंग के समय एक छोटी अवधि की उच्च आवृत्ति दोलन उत्पन्न करते हैं [9][10].

ट्रांसफार्मर का अत्यधिक गर्म होना

स्पष्ट अधिभार की अनुपस्थिति में ट्रांसफार्मर का अस्पष्टीकृत अधिक गर्म होना हार्मोनिक परिसंचारी धाराओं का एक क्लासिक लक्षण है. अनुनाद कैपेसिटर बैंक के साथ एक बंद लूप में ट्रांसफार्मर द्वितीयक वाइंडिंग्स के माध्यम से बड़े हार्मोनिक धाराओं को चलाता है, हार्मोनिक आवृत्तियों पर अतिरिक्त तांबे के नुकसान और बढ़े हुए कोर नुकसान का उत्पादन. ट्रांसफार्मर हार्मोनिक लोडिंग को K-फैक्टर द्वारा निर्धारित किया जाता है - एक ट्रांसफार्मर जिसकी K-फैक्टर रेटिंग पार हो गई है, वह ऊंचे तापमान पर भी चलेगा, भले ही मौलिक लोड करंट रेटेड सीमा के भीतर हो।.

न्यूट्रल कंडक्टर ओवरलोडिंग

तीन-चरण और एकल-चरण गैर-रेखीय भार के मिश्रण के साथ चार-तार प्रतिष्ठानों में, ट्रिपल हार्मोनिक्स (3तीसरी, 9वें, 15वें) प्रकृति में शून्य-अनुक्रम हैं और रद्द करने के बजाय तटस्थ कंडक्टर में अंकगणितीय रूप से जोड़ते हैं. इससे न्यूट्रल कंडक्टर ओवरहीटिंग का कारण बन सकता है, जिसे अक्सर हार्मोनिक्स के बजाय लोड असंतुलन के लिए गलत माना जाता है. महत्वपूर्ण ट्रिपल हार्मोनिक सामग्री की उपस्थिति कैपेसिटर बैंक द्वारा देखे गए हार्मोनिक स्पेक्ट्रम को बदल देती है और पी = के एक डिट्यूनिंग कारक की आवश्यकता हो सकती है 14% मानक p = के बजाय 7% [4].

हार्मोनिक वोल्टेज विरूपण और उपकरण हस्तक्षेप

कैपेसिटर बैंक को आपूर्ति करने वाले बसबार पर ऊंचा वोल्टेज हार्मोनिक विरूपण अनुनाद प्रवर्धन का प्रत्यक्ष संकेतक है. संधारित्र-संबंधित अनुनाद का एक विशिष्ट हस्ताक्षर एक विशिष्ट हार्मोनिक क्रम में एक स्पष्ट शिखर के साथ एक हार्मोनिक वोल्टेज स्पेक्ट्रम है - गैर-रेखीय भार द्वारा इंजेक्ट किए गए हार्मोनिक वर्तमान के सापेक्ष असंगत रूप से बड़ा. यह विकृति संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक उपकरण - पीएलसी में भी खराबी का कारण बन सकती है, ड्राइव नियंत्रण बोर्ड, पैमाइश, और संचार प्रणालियाँ.

निदान के लिए मापन दृष्टिकोण

जब उपरोक्त लक्षणों में से कोई भी लक्षण दिखाई दे, निदान अनुक्रम को आईईसी की माप पद्धति का पालन करना चाहिए 61000-4-30 एक कक्षा [6]: कैपेसिटर बैंक कनेक्शन बिंदु और ट्रांसफार्मर सेकेंडरी बसबार पर वोल्टेज और वर्तमान हार्मोनिक्स का एक साथ माप, कम से कम एक अवधि में 24 सभी ऑपरेटिंग मोड को कवर करने वाले घंटे, चरण कोण की जानकारी के साथ व्यक्तिगत हार्मोनिक घटकों को कम से कम 50वें क्रम तक कैप्चर करना.

05 डिट्यून्ड कैपेसिटर बैंक

एक अलग संधारित्र बैंक प्रत्येक संधारित्र इकाई के साथ एक श्रृंखला रिएक्टर को जोड़कर अनुनाद को रोकता है, रिएक्टर-कैपेसिटर संयोजन की गुंजयमान आवृत्ति को चिंता के निम्नतम विशेषता हार्मोनिक से नीचे एक बिंदु पर स्थानांतरित करना. एक संधारित्र के साथ श्रृंखला में जुड़ा एक श्रृंखला रिएक्टर एक श्रृंखला गुंजयमान सर्किट बनाता है. इस श्रृंखला की गुंजयमान आवृत्ति के नीचे संयोजन कैपेसिटिव रूप से व्यवहार करता है. इसके ऊपर संयोजन प्रेरक रूप से व्यवहार करता है, हार्मोनिक धाराओं के प्रति बढ़ती हुई बाधा प्रस्तुत करना.

श्रृंखला गुंजयमान आवृत्ति को ट्यूनिंग कारक के रूप में व्यक्त किया जाता है \(p\):

\[p = \left(\फ्राक{f_r}{f_1}\सही)^2 = \frac{एक्स_एल}{एक्स_सी} \टाइम्स 100\% \qquad h_r = \dfrac{1}{\sqrt{पी}}\]

मानक ट्यूनिंग कारक

आईईसी 61642:2020 [4] कई मानक ट्यूनिंग कारकों को पहचानता है:

यूरोपीय औद्योगिक अभ्यास में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला ट्यूनिंग कारक है पी = 7%, श्रृंखला गुंजयमान आवृत्ति को पर रखना 189 हर्ट्ज - 5वें हार्मोनिक पर सुरक्षित रूप से नीचे 250 घटक सहनशीलता के लिए पर्याप्त मार्जिन के साथ हर्ट्ज [4].

प्रतिक्रियाशील बिजली उत्पादन पर प्रभाव

श्रृंखला रिएक्टर शुद्ध प्रतिक्रियाशील बिजली उत्पादन को कम करता है और संधारित्र पर वोल्टेज बढ़ाता है:

\[क्यू_{जाल} = Q_C \times (1 – पी) \क्यूक्वाड V_C = V_{आपूर्ति} \times \frac{1}{1-पी}\]

एक के लिए 200 पी = के साथ केवीएआर संधारित्र 7%: \(क्यू_{जाल} = 186\) बाएं, \(वी_सी = 430\) में. मानक डिट्यून्ड इकाइयाँ ऊंचे वोल्टेज रेटिंग के साथ निर्मित होती हैं - आमतौर पर 440 वी या 480 उपयोग के लिए वी 400 वी नेटवर्क [2][4].

क्षणिक लाभ बदलना

जब एक अव्यवस्थित कदम ऊर्जावान होता है, श्रृंखला रिएक्टर इनरश करंट को सीमित करता है - एक बिना ट्यून वाले बैंक की तुलना में स्विचिंग ट्रांज़िएंट को काफी कम करता है. स्वचालित पावर फैक्टर नियंत्रकों को पूर्ण रिएक्टर-कैपेसिटर इकाइयों को स्विच करना होगा. किसी संधारित्र को उसके संबद्ध रिएक्टर के बिना स्विच करने से सीधे नेटवर्क पर एक असुरक्षित संधारित्र बन जाता है [4][13].

डिट्यूनिंग क्या हासिल करती है और क्या हासिल नहीं करती

घटक रेटिंग रिएक्टर और कैपेसिटर मानों की सटीकता पर निर्भर करती है. आईईसी के तहत कैपेसिटेंस सहिष्णुता 60831-1 [2] व्यक्तिगत इकाइयों के लिए ±5% है. आईईसी के तहत अधिष्ठापन सहिष्णुता 60076-6 [15] आमतौर पर ±3% है. यही कारण है कि एक ट्यूनिंग कारक 3.8% अनुशंसित नहीं है - विनिर्माण सहनशीलता उपरोक्त वास्तविक गुंजयमान आवृत्ति को स्थानांतरित कर सकती है 250 हर्ट्ज, सीधे 5वें हार्मोनिक पर.

06 निष्क्रिय हार्मोनिक फिल्टर

एक शंट निष्क्रिय हार्मोनिक फिल्टर में एक श्रृंखला से जुड़े रिएक्टर और कैपेसिटर होते हैं जो लक्ष्य हार्मोनिक आवृत्ति पर न्यूनतम प्रतिबाधा - श्रृंखला प्रतिध्वनि - प्रस्तुत करने के लिए तैयार होते हैं।. यह लोड के साथ समानांतर में जुड़ा हुआ है ताकि हार्मोनिक धाराएं आपूर्ति नेटवर्क में वापस आने के बजाय कम-प्रतिबाधा फ़िल्टर पथ के माध्यम से अधिमानतः प्रवाहित हों.

श्रृंखला गुंजयमान आवृत्ति है:

\[एच_{देखते} = \dfrac{1}{2\pi f_1 \sqrt{नियंत्रण रेखा}}\]

व्यवहार में फ़िल्टर को जानबूझकर लक्ष्य हार्मोनिक क्रम से थोड़ा नीचे ट्यून किया जाता है - आमतौर पर 4.7 बजाय 5.0 5वें हार्मोनिक फिल्टर के लिए. यह डिट्यूनिंग मार्जिन एक नए समानांतर अनुनाद को लक्ष्य हार्मोनिक के साथ मेल खाने से रोकता है: एक फिल्टर पर ट्यून किया गया 4.7 h = पर कैपेसिटिव प्रतिबाधा प्रस्तुत करता है 5.0, जो नेटवर्क इंडक्शन के साथ मिलकर एक समानांतर अनुनाद बनाता है नीचे एच = 5.0 इसके बजाय उस पर, खतरनाक अनुनाद को विशिष्ट हार्मोनिक से दूर रखना [14]. ट्यूनिंग मार्जिन है:

\[एफ_{देखते} \लगभग 0.94 \समय h_{लक्ष्य} \times f_1\]

गुणवत्ता कारक और प्रतिक्रियाशील शक्ति

फ़िल्टर की प्रभावशीलता गुणवत्ता कारक Q पर निर्भर करती है:

\[Q = \frac{एक्स_एल}{आर} = \frac{\ओमेगा_{देखते} L}{आर}\]

उच्च Q कारक का अर्थ है कम फ़िल्टर प्रतिरोध और बेहतर हार्मोनिक क्षीणन, लेकिन एक तेज़ ट्यूनिंग विशेषता - घटक सहनशीलता और उम्र बढ़ने के प्रति अधिक संवेदनशील. व्यावहारिक क्यू कारकों की सीमा लगभग होती है 30 से 100 [9][14]. फ़िल्टर का मौलिक प्रतिक्रियाशील शक्ति योगदान है:

\[क्यू_{फ़िल्टर} = \frac{V^2 \cdot \omega_1 C}{1 – \बाईं(\फ्राक{f_1}{एफ_{देखते}}\सही)^2} \लगभग 1.047 \times V^2 \cdot \omega_1 C\]

फ़िल्टर प्रकार

एक एकल-ट्यून्ड फ़िल्टर - एक हार्मोनिक आवृत्ति पर ट्यून की गई एक रिएक्टर-कैपेसिटर शाखा - सबसे सरल और सबसे सामान्य कॉन्फ़िगरेशन है. 6-पल्स ड्राइव सिस्टम की पूर्ण स्थापना के लिए आमतौर पर कम से कम दो शाखाओं की आवश्यकता होती है: एक 5वें हार्मोनिक के पास और एक 7वें के पास. प्रत्येक शाखा को शाखाओं के बीच परस्पर क्रिया को ध्यान में रखते हुए डिज़ाइन किया जाना चाहिए - 5वां हार्मोनिक फ़िल्टर 7वें हार्मोनिक द्वारा देखे गए प्रतिबाधा को प्रभावित करता है और इसके विपरीत. नेटवर्क सिमुलेशन सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके एक संयुक्त डिज़ाइन दृष्टिकोण की आवश्यकता है [9][10][14].

एक डबल-ट्यून्ड फ़िल्टर एकल चार-तत्व सर्किट का उपयोग करके दो हार्मोनिक आवृत्तियों पर क्षीणन प्रदान करता है. मध्यम और उच्च वोल्टेज पर अधिक आम है जहां कई स्विचिंग उपकरणों की लागत महत्वपूर्ण है.

एक सी-प्रकार फ़िल्टर रिएक्टर के साथ श्रृंखला में एक संधारित्र रखकर मौलिक आवृत्ति हानि को कम करता है ताकि रिएक्टर-श्रृंखला संधारित्र संयोजन मौलिक आवृत्ति पर प्रतिध्वनित हो, रिएक्टर को प्रभावी ढंग से बायपास करना 50 हार्मोनिक आवृत्तियों पर अपनी प्रतिबाधा बनाए रखते हुए हर्ट्ज. आमतौर पर बड़े आर्क फर्नेस मुआवजा सिस्टम और एचवीडीसी कनवर्टर स्टेशनों में पाया जाता है [9][14].

चित्रा 4 - चार प्रौद्योगिकियाँ: आवृत्ति प्रतिक्रिया तुलना

निष्क्रिय हार्मोनिक फिल्टर की सीमाएं

निष्क्रिय फिल्टर 6-पल्स रेक्टिफायर लोड के विशिष्ट हार्मोनिक्स के प्रभुत्व वाले स्थिर हार्मोनिक वातावरण के लिए प्रभावी और किफायती हैं. उनकी प्रमुख सीमाएँ हैं: प्रदर्शन लोड पर निर्भर है; नेटवर्क प्रतिबाधा के साथ प्रदर्शन बदलता है; वे प्रत्येक ट्यूनिंग बिंदु से थोड़ा नीचे आवृत्तियों पर नई अनुनाद स्थितियां बना सकते हैं; वे गैर-विशेषता हार्मोनिक्स या इंटरहार्मोनिक्स के लिए कोई क्षीणन प्रदान नहीं करते हैं; और वे स्वतंत्र रूप से प्रतिक्रियाशील शक्ति सुधार और हार्मोनिक फ़िल्टरिंग को अनुकूलित नहीं कर सकते हैं. ये सीमाएँ बताती हैं कि क्यों निष्क्रिय और सक्रिय फ़िल्टरिंग का संयोजन प्रदर्शन लाभ प्रदान करता है जो कोई भी तकनीक अकेले हासिल नहीं कर पाती है [11][12].

07 सक्रिय सुरीले फ़िल्टर

एक सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर वास्तविक समय में लोड करंट की हार्मोनिक सामग्री को मापता है और नेटवर्क में समान और विपरीत हार्मोनिक धाराओं को इंजेक्ट करता है, सुपरपोज़िशन द्वारा कनेक्शन के बिंदु पर हार्मोनिक्स को रद्द करना. यह एक नियंत्रित धारा स्रोत के रूप में कार्य करता है:

\[मैं_{आपूर्ति} = मैं_{भार} + मैं_{एएचएफ}\]

एक करंट ट्रांसफार्मर या रोगोस्की कॉइल कुल लोड करंट को मापता है. एक डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर प्रत्येक हार्मोनिक घटक के परिमाण और चरण कोण की पहचान करता है. एक पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेटेड वोल्टेज स्रोत इन्वर्टर - आईजीबीटी के आसपास निर्मित - क्षतिपूर्ति धारा को इंजेक्ट करता है [11][12]:

\[मैं_{एएचएफ} = -\sum_{ज=2}^{एन} मैं_{घंटे}\]

आधुनिक सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर नीचे अवशिष्ट टीएचडी के साथ 50वें क्रम तक हार्मोनिक्स की भरपाई करते हैं 5% रेटेड लोड पर.

चित्रा 6 — सक्रिय फ़िल्टर संचालन सिद्धांत: तरंगरूप रद्दीकरण

एक साथ प्रतिक्रियाशील बिजली मुआवजा

अधिकांश आधुनिक सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर डिज़ाइन एक मौलिक आवृत्ति प्रतिक्रियाशील वर्तमान घटक को भी इंजेक्ट करते हैं, एक स्थिर VAR कम्पेसाटर के रूप में कार्य करना. स्थापनाओं में महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाशील शक्ति सुधार और पर्याप्त हार्मोनिक शमन दोनों की आवश्यकता होती है, संयुक्त मांग एकल सक्रिय फ़िल्टर इकाई की क्षमता से अधिक हो सकती है - ऐसी स्थिति में थोक प्रतिक्रियाशील शक्ति के लिए निष्क्रिय फ़िल्टर और अवशिष्ट सुधार के लिए सक्रिय फ़िल्टर के साथ हार्मोनिक क्षीणन का संयोजन इष्टतम समाधान बन जाता है, इस शृंखला के अगले लेख में विकसित किया गया [11][12][13].

निष्क्रिय फिल्टर पर लाभ

सक्रिय हार्मोनिक फ़िल्टर हार्मोनिक स्पेक्ट्रम में परिवर्तन के लिए स्वचालित रूप से अनुकूलित होता है, कोई अनुनाद जोखिम पैदा नहीं करता, गैर-विशेषता हार्मोनिक्स और इंटरहार्मोनिक्स की एक साथ क्षतिपूर्ति करता है, मुआवज़े के स्तर का सटीक नियंत्रण प्रदान करता है, और नेटवर्क प्रतिबाधा परिवर्तनों से काफी हद तक स्वतंत्र है [11][12].

सीमाएं

सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर को हार्मोनिक करंट के एम्पीयर में रेट किया जाता है, केवीएआर नहीं - बड़े निरपेक्ष हार्मोनिक धाराओं वाली सुविधा में आवश्यक रेटिंग और पूंजीगत लागत महत्वपूर्ण हो सकती है. नियंत्रण बैंडविड्थ सीमा के करीब पहुंचने वाले हार्मोनिक ऑर्डर पर प्रदर्शन में गिरावट आती है (आमतौर पर 50वें हार्मोनिक पर प्रभावी 50 हर्ट्ज). उन्हें स्थिर नेटवर्क वोल्टेज की आवश्यकता होती है - अधिकांश आधुनिक इकाइयाँ THD को सहन करती हैं_में कनेक्शन बिंदु पर 10-15% तक [11][12]. वे नेटवर्क में स्विचिंग फ़्रीक्वेंसी हार्मोनिक घटकों को पेश करते हैं, आमतौर पर आउटपुट एलसीएल फ़िल्टर द्वारा क्षीण किया जाता है.

निष्क्रिय तत्वों के सापेक्ष प्लेसमेंट

ऐसे इंस्टॉलेशन में जहां निष्क्रिय और सक्रिय दोनों फ़िल्टर मौजूद हैं, सक्रिय फ़िल्टर को निष्क्रिय फ़िल्टर के समान बसबार पर जोड़ा जाना चाहिए, निष्क्रिय फ़िल्टर शाखाओं के स्रोत पक्ष पर. यह सक्रिय फ़िल्टर को अवशिष्ट हार्मोनिक धाराओं को रद्द करने की अनुमति देता है जिसे निष्क्रिय फ़िल्टर पूरी तरह से अवशोषित नहीं करता है, और निष्क्रिय फ़िल्टर शाखाओं और नेटवर्क प्रतिबाधा के बीच समानांतर अनुनाद के जोखिम को खत्म करने के लिए [11][12][13].

08 चयन मार्गदर्शिका - सही समाधान चुनना

प्राथमिक चयन मानदंड

चयन प्रक्रिया पाँच प्रश्नों से संचालित होती है: (1) क्या है उद्देश्य- पीएफ सुधार, हार्मोनिक शमन, या दोनों? (2) हार्मोनिक वातावरण क्या है - THD मापा जाता है_में और टीएचडी_मैं प्रति आईईसी व्यक्तिगत हार्मोनिक स्पेक्ट्रम के साथ 61000-4-30 एक कक्षा [6]? (3) हार्मोनिक लोड स्थिर है या परिवर्तनशील? (4) उपयोगिता आवश्यकताएँ क्या हैं - लागू मानक, पीसीसी परिभाषा, और पैमाइश का आधार [1][5]? (5) कनेक्शन के बिंदु पर शॉर्ट-सर्किट स्तर क्या है - अनुनाद गणना और औपचारिक मूल्यांकन के लिए आवश्यक है [4][5]?

चित्रा 7 - चयन निर्णय फ़्लोचार्ट

प्रौद्योगिकी तुलना सारांश

व्यावहारिक उदाहरण

एक खाद्य प्रसंस्करण संयंत्र: 1600 केवीए ट्रांसफार्मर, 6% मुक़ाबला; 200 एमवीए उपयोगिता पर 11 केवी; 400 केवीएआर अनट्यून्ड कैपेसिटर बैंक; कुल मिलाकर बारह 6-पल्स वीएफडी 500 kW (लगभग 40% कुल केवीए का); टीएचडी मापा गया_मैं = 32%, THD_में = 7.8%; आईईईई 519-2022 अनुपालन आवश्यक; लक्षण: बार-बार संधारित्र फ्यूज संचालन, ट्रांसफार्मर सामान्य से 15°C अधिक चल रहा है.

अनुनाद जाँच: \(एस_{अनुसूचित जाति} \लगभग 1600/0.06 = 26{,}667\) केवीए; \(h_r = \sqrt{26{,}667\,/\,400} = 8.2\) - किसी विशेष क्रम में नहीं, लेकिन टी.एच.डी_में की 7.8% और ट्रांसफार्मर का अधिक गरम होना निकट-अनुनाद प्रवर्धन के अनुरूप है. मौजूदा अव्यवस्थित बैंक को बदला या अलग किया जाना चाहिए.

निर्णय फ़्लोचार्ट लागू करना: गैर-रेखीय भार अनुपात 40% → डिट्यून्ड बैंक अनिवार्य; आईईईई 519 अनुपालन आवश्यक; प्रोफ़ाइल चर लोड करें (अलग-अलग गति से वीएफडी) → सक्रिय फ़िल्टर को प्राथमिकता दी जाएगी.

Recommendation: विकल्प डी - डिट्यून्ड बैंक (पी = 7%) प्रतिक्रियाशील शक्ति सुधार के लिए हार्मोनिक शमन के लिए एक सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर के साथ संयुक्त. परिवर्तनीय लोड प्रोफ़ाइल और उपयोगिता अनुपालन आवश्यकता एक सक्रिय फ़िल्टर को पसंदीदा तकनीक बनाती है; अलग किया गया बैंक हार्मोनिक जोखिम के बिना आर्थिक रूप से और सुरक्षित रूप से प्रतिक्रियाशील सुधार को संभालता है.

आर्थिक विचार

हार्मोनिक शमन की पूंजी लागत काफी भिन्न होती है. निष्क्रिय फिल्टर की पूंजी लागत कम होती है लेकिन घटकों की उम्र बढ़ने के साथ-साथ समय-समय पर पुन: ट्यूनिंग की आवश्यकता हो सकती है. सक्रिय फ़िल्टर की पूंजी लागत अधिक होती है लेकिन परिवर्तन लोड करने के लिए स्वचालित रूप से अनुकूलित हो जाते हैं. वास्तविक समय बिजली गुणवत्ता निगरानी की बढ़ती उपलब्धता - उपयोगिता-प्रदत्त सेवाओं और स्वतंत्र निगरानी प्रदाताओं दोनों के रूप में - निरंतर अनुपालन सत्यापन के अर्थशास्त्र को बदल देती है, यह सत्यापित करना अधिक संभव हो गया है कि स्थापित समाधान लोड प्रोफ़ाइल के विकसित होने के अनुसार डिज़ाइन के अनुसार कार्य करता रहता है [10][13]. कई औद्योगिक प्रतिष्ठानों में एकल ट्रांसफार्मर प्रतिस्थापन की लागत या हार्मोनिक-संबंधी विफलता के कारण उत्पादन में रुकावट एक उचित रूप से निर्दिष्ट सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर की पूंजी लागत से अधिक है.

समापन

पावर फैक्टर सुधार कैपेसिटर और हार्मोनिक विरूपण स्वतंत्र विषय नहीं हैं जिन्हें क्रमिक रूप से संबोधित किया जा सकता है - वे गहराई से जुड़े हुए हैं, और एक के बारे में लिए गए निर्णय सीधे दूसरे के परिणामों को निर्धारित करते हैं. किसी भी विद्युत संस्थापन में जहां गैर-रैखिक भार कुल मांग के सार्थक अनुपात का प्रतिनिधित्व करते हैं, पावर फैक्टर सुधार को हार्मोनिक शमन से स्वतंत्र रूप से निर्दिष्ट नहीं किया जा सकता है.

मानक कैपेसिटर बैंकों से डिट्यून्ड बैंकों के माध्यम से प्रगति, निष्क्रिय फ़िल्टर, और सक्रिय फ़िल्टर बढ़ती लागत और जटिलता पर बढ़ती क्षमता का प्रतिनिधित्व करते हैं. इस प्रगति का सही बिंदु हार्मोनिक वातावरण पर निर्भर करता है, भार परिवर्तनशीलता, उपयोगिता आवश्यकताएँ, और आर्थिक संदर्भ - ड्राइव हॉर्सपावर रेटिंग या मनमानी प्रौद्योगिकी प्राथमिकताओं के आधार पर एक निश्चित नियम पर नहीं.

एक डिट्यून्ड कैपेसिटर बैंक एक सुरक्षात्मक उपाय है, शमन उपाय नहीं. निष्क्रिय हार्मोनिक फिल्टर 6-पल्स रेक्टिफायर लोड के विशिष्ट हार्मोनिक्स के प्रभुत्व वाले स्थिर हार्मोनिक वातावरण के लिए प्रभावी और किफायती हैं।. सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर अनुनाद जोखिम को खत्म करते हैं और परिवर्तनीय हार्मोनिक स्पेक्ट्रा के अनुकूल होते हैं. प्रतिक्रियाशील शक्ति सुधार के लिए एक अलग कैपेसिटर बैंक और हार्मोनिक शमन के लिए एक सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर का संयोजन कई आधुनिक औद्योगिक प्रतिष्ठानों के लिए इष्टतम समाधान का प्रतिनिधित्व करता है - इस श्रृंखला के अगले लेख में विस्तार से विकसित किया गया है।.

माप की भूमिका को बढ़ा-चढ़ाकर नहीं बताया जा सकता. किसी औद्योगिक सुविधा का हार्मोनिक वातावरण स्थिर नहीं होता है. समय-समय पर बिजली गुणवत्ता की निगरानी, आईईसी के अनुरूप 61000-4-30 [6], यह सुनिश्चित करने का एकमात्र विश्वसनीय तरीका है कि स्थापित शमन समाधान संस्थापन के पूरे जीवनकाल में डिज़ाइन के अनुसार कार्य करता रहे.

सन्दर्भ

1. आईईईई एसटीडी 519-2022, इलेक्ट्रिक पावर सिस्टम में हार्मोनिक नियंत्रण के लिए आईईईई मानक, आईईईई, 2022.
2. आईईसी 60831-1:2014, ए.सी. के लिए स्व-उपचार प्रकार के शंट पावर कैपेसिटर. तक और सहित रेटेड वोल्टेज वाले सिस्टम 1 000 वी - भाग 1: सामान्य, आईईसी, 2014.
3. आईईईई एसटीडी 18-2012, शंट विद्युत Capacitors के लिए आईईईई मानक, आईईईई, 2012.
4. आईईसी 61642:2020, औद्योगिक नेटवर्क - कैपेसिटर और हार्मोनिक फिल्टर के अनुप्रयोग के लिए गाइड, आईईसी, 2020.
5. आईईसी 61000-3-6:2008, विद्युत चुम्बकीय संगतता - सीमाएँ - विकृत प्रतिष्ठानों को एमवी से जोड़ने के लिए उत्सर्जन सीमा का आकलन, एचवी और EHV पावर सिस्टम्स, आईईसी, 2008.
6. आईईसी 61000-4-30:2015, विद्युत चुम्बकीय संगतता - परीक्षण और माप तकनीक - विद्युत गुणवत्ता माप विधियाँ, आईईसी, 2015.
7. आईईसी 60216 कई, विद्युत इन्सुलेशन सामग्री - थर्मल सहनशक्ति गुण, आईईसी.
8. Girgis, ए.ए., फालोन, सेमी।, Catoe, आर.सी., रुबिनो, सी.पी., “संधारित्र स्विचिंग के कारण हार्मोनिक्स और क्षणिक ओवरवोल्टेज,” उद्योग अनुप्रयोगों पर IEEE लेनदेन, उड़ान. 28, नहीं. 1, पीपी. 196–204, 1992.
9. अरिल्लागा, J., वॉटसन, एन.आर., पावर सिस्टम हार्मोनिक्स, 2एड., जॉन विले & संस, 2003.
10. ड्यूगन, आर.सी., McGranaghan, एम.एफ., सैंटोसो, S., बीटी, एच.डब्लू., विद्युत पावर सिस्टम्स गुणवत्ता, 3तीसरा संस्करण., मैकग्रा-हिल, 2012.
11. Singh, बी।, Al-Haddad, लालकृष्ण, Chandra, ए, “बिजली की गुणवत्ता में सुधार के लिए सक्रिय फिल्टर की समीक्षा,” औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक्स पर आईईईई लेनदेन, उड़ान. 46, नहीं. 5, पीपी. 960–971, 1999.
12. Akagi, H., “सक्रिय हार्मोनिक फिल्टर,” आईईईई की कार्यवाही, उड़ान. 93, नहीं. 12, पीपी. 2128–2141, 2005.
13. एबीबी टेक्निकल एप्लीकेशन पेपर नं. 8, विद्युत संयंत्रों में पावर फैक्टर सुधार और हार्मोनिक फ़िल्टरिंग, एबीबी एसएसीई, 2008.
14. आईईईई एसटीडी 1531-2003, हार्मोनिक फिल्टर के अनुप्रयोग और विशिष्टता के लिए आईईईई गाइड, आईईईई, 2003.
15. आईईसी 60076-6:2007, पावर ट्रांसफार्मर - भाग 6: रिएक्टर, आईईसी, 2007.
16. आईईसी 61000-3-4:1998, विद्युतचुंबकीय संगतता - सीमाएं - से अधिक रेटेड वर्तमान वाले उपकरणों के लिए कम वोल्टेज बिजली आपूर्ति प्रणालियों में हार्मोनिक धाराओं के उत्सर्जन की सीमा 16 एक, आईईसी, 1998.