बिजली की गुणवत्ता

बिजली की गुणवत्ता वह डिग्री है जिस पर बिजली आपूर्ति प्रणाली के वोल्टेज, आवृत्ति और तरंग स्थापित विनिर्देशों के अनुरूप होते हैं। अच्छी बिजली की गुणवत्ता को स्थिर आपूर्ति वोल्टेज के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो निर्धारित सीमा के भीतर रहता है, रेटेड मूल्य के करीब स्थिर एसी आवृत्ति, और चिकनी वोल्टेज वक्र तरंग (जो साइन लहर जैसा दिखता है)। सामान्य तौर पर, बिजली की गुणवत्ता को विद्युत आउटलेट से निकलने वाली चीजों और उसमें प्लग किए गए लोड के बीच अनुकूलता के रूप में विचार करना उपयोगी होता है। शब्द का उपयोग विद्युत शक्ति का वर्णन करने के लिए किया जाता है जो विद्युत भार को चलाता है और लोड की ठीक से काम करने की क्षमता। उचित शक्ति के बिना, विद्युत उपकरण (या लोड) खराब हो सकता है, समय से पहले विफल हो सकता है या बिल्कुल भी काम नहीं कर सकता है। ऐसे कई तरीके हैं जिनमें विद्युत शक्ति खराब गुणवत्ता की हो सकती है, और ऐसी खराब गुणवत्ता वाली शक्ति के और भी कई कारण हैं।

इलेक्ट्रिक पावर उद्योग में बिजली उत्पादन (एसी पावर), विद्युत शक्ति संचरण और अंततः इलेक्ट्रिक पावर के अंतिम उपयोगकर्ता के परिसर में स्थित बिजली मीटर के लिए इलेक्ट्रिक पावर वितरण शामिल है। बिजली तब अंतिम उपयोगकर्ता के वायरिंग सिस्टम के माध्यम से तब तक चलती है जब तक कि वह लोड तक नहीं पहुंच जाती। मौसम, उत्पादन, मांग और अन्य कारकों में बदलाव के साथ संयुक्त रूप से उत्पादन के बिंदु से खपत के बिंदु तक विद्युत ऊर्जा वितरण स्थानांतरित करने के लिए प्रणाली की जटिलता आपूर्ति की गुणवत्ता से समझौता करने के कई अवसर प्रदान करती है।

जबकि बिजली की गुणवत्ता कई लोगों के लिए सुविधाजनक शब्द है, यह वोल्टेज की गुणवत्ता है - न कि बिजली उद्योग विद्युत प्रवाह - जो वास्तव में शब्द द्वारा वर्णित है। शक्ति केवल ऊर्जा का प्रवाह है, और भार द्वारा मांग की जाने वाली धारा काफी हद तक बेकाबू होती है।



परिचय
विद्युत शक्ति की गुणवत्ता को मापदंडों के मूल्यों के सेट के रूप में वर्णित किया जा सकता है, जैसे:


 * सेवा की निरंतरता (चाहे विद्युत शक्ति वोल्टेज में गिरावट के अधीन हो या थ्रेसहोल्ड स्तर से नीचे या ऊपर ओवरएज हो, जिससे ब्लैकआउट या ब्राउनआउट (बिजली) हो )
 * वोल्टेज परिमाण में भिन्नता (नीचे देखें)
 * क्षणिक (दोलन) वोल्टेज और धाराएं
 * एसी पावर के लिए तरंगों में हार्मोनिक्स (विद्युत शक्ति) सामग्री

बिजली की गुणवत्ता को :wikt: अनुकूलता समस्या के रूप में सोचना अक्सर उपयोगी होता है: क्या ग्रिड से जुड़ा उपकरण ग्रिड पर घटनाओं के साथ संगत है, और यह ग्रिड द्वारा दी गई शक्ति है, जिसमें घटनाएँ शामिल हैं, उपकरण के साथ संगत है जो जुड़ा है? संगतता समस्याओं के हमेशा कम से कम दो समाधान होते हैं: इस मामले में, या तो बिजली को साफ करें, या उपकरण को अधिक लचीला बनाएं।

वोल्टेज विविधताओं के लिए डेटा-प्रोसेसिंग उपकरण की सहनशीलता को अक्सर सूचना प्रौद्योगिकी मानकों के लिए अंतर्राष्ट्रीय समिति #CBEMA वक्र द्वारा चित्रित किया जाता है, जो वोल्टेज विविधताओं की अवधि और परिमाण देता है जिसे सहन किया जा सकता है। आदर्श रूप से, एसी वोल्टेज की आपूर्ति साइन वेव के रूप में यूटिलिटी द्वारा की जाती है, जिसका आयाम और फ्रीक्वेंसी राष्ट्रीय मानकों (मुख्य बिजली के मामले में) या सिस्टम विनिर्देशों (बिजली फ़ीड के मामले में सीधे बिजली से जुड़ी नहीं है) द्वारा दी जाती है। सभी आवृत्ति पर शून्य ओम प्रतिबाधा।

विचलन
कोई वास्तविक जीवन शक्ति स्रोत आदर्श नहीं है और आम तौर पर कम से कम निम्न तरीकों से विचलित हो सकता है:

वोल्टेज

 * आयाम या मूल माध्य वर्ग (RMS) वोल्टेज में भिन्नता दोनों ही विभिन्न प्रकार के उपकरणों के लिए महत्वपूर्ण हैं।
 * जब आरएमएस वोल्टेज 0.5 चक्र से 1 मिनट के लिए नाममात्र वोल्टेज 10 से 80% से अधिक हो जाता है, तो घटना को प्रफुल्लित कहा जाता है।
 * एक डिप (ब्रिटिश अंग्रेजी में) या सैग (अमेरिकी अंग्रेजी में दो शब्द समतुल्य हैं) विपरीत स्थिति है: आरएमएस वोल्टेज 0.5 चक्र से 1 मिनट के लिए नाममात्र वोल्टेज से 10 से 90% कम है।
 * नाममात्र के 90 और 110% के बीच RMS वोल्टेज में यादृच्छिक या दोहराव भिन्नता प्रकाश उपकरणों में पावर लाइन झिलमिलाहट के रूप में जानी जाने वाली घटना उत्पन्न कर सकती है। झिलमिलाहट प्रकाश स्तर का तेजी से दिखाई देने वाला परिवर्तन है। आपत्तिजनक प्रकाश झिलमिलाहट पैदा करने वाले वोल्टेज उतार-चढ़ाव की विशेषताओं की परिभाषा चल रहे शोध का विषय रही है।
 * अचानक, वोल्टेज में बहुत संक्षिप्त वृद्धि, जिसे वोल्टेज स्पाइक, आवेग, या उछाल कहा जाता है, आमतौर पर बड़ी विद्युत मोटर के चालू होने, या अधिक गंभीर रूप से बिजली गिरने के कारण होता है।
 * अंडरवॉल्टेज तब होता है जब नाममात्र वोल्टेज 1 मिनट से अधिक समय तक 90% से नीचे चला जाता है। ब्राउनआउट शब्द पूर्ण शक्ति (चमकदार रोशनी) और ब्लैकआउट (कोई शक्ति नहीं - कोई प्रकाश नहीं) के बीच कहीं वोल्टेज ड्रॉप के लिए उपयुक्त विवरण है। यह सिस्टम की खराबी या ओवरलोडिंग आदि के दौरान, नियमित गरमागरम रोशनी के ध्यान देने योग्य से लेकर महत्वपूर्ण मंदता तक आता है, जब घरेलू प्रकाश व्यवस्था (आमतौर पर) में पूर्ण चमक प्राप्त करने के लिए अपर्याप्त शक्ति उपलब्ध होती है। यह शब्द सामान्य उपयोग में है, इसकी कोई औपचारिक परिभाषा नहीं है, लेकिन आमतौर पर उपयोगिता या सिस्टम ऑपरेटर द्वारा मांग को कम करने या सिस्टम ऑपरेटिंग मार्जिन को बढ़ाने के लिए सिस्टम वोल्टेज में कमी का वर्णन करने के लिए उपयोग किया जाता है।
 * वोल्टेज से अधिक तब होता है जब नाममात्र वोल्टेज 1 मिनट से अधिक के लिए 110% से अधिक हो जाता है।

फ्रीक्वेंसी

 * उपयोगिता आवृत्ति में बदलाव।
 * अशून्य निम्न-आवृत्ति विद्युत प्रतिबाधा (जब लोड अधिक शक्ति खींचता है, तो वोल्टेज गिर जाता है)।
 * गैर-शून्य उच्च-आवृत्ति प्रतिबाधा (जब भार बड़ी मात्रा में करंट की मांग करता है, तो अचानक इसकी मांग करना बंद कर देता है, बिजली आपूर्ति लाइन में अधिष्ठापन के कारण वोल्टेज में गिरावट या वोल्टेज स्पाइक होगा)।
 * तरंग आकार में बदलाव - आमतौर पर कम आवृत्तियों (आमतौर पर 3 किलोहर्ट्ज़ से कम) पर हार्मोनिक्स (विद्युत शक्ति) के रूप में वर्णित किया जाता है और उच्च आवृत्तियों पर सामान्य मोड विरूपण या इंटरहार्मोनिक्स के रूप में वर्णित किया जाता है।

तरंग

 * वोल्टेज और करंट का दोलन आदर्श रूप से साइन या कोसाइन फ़ंक्शन के रूप में होता है, हालांकि जनरेटर या भार में खामियों के कारण यह बदल सकता है।
 * आमतौर पर, जनरेटर वोल्टेज विकृतियों का कारण बनते हैं और भार वर्तमान विकृतियों का कारण बनते हैं। ये विकृतियां नाममात्र आवृत्ति की तुलना में अधिक तेजी से दोलनों के रूप में होती हैं, और इन्हें हार्मोनिक्स कहा जाता है।
 * आदर्श तरंग के विरूपण के लिए हार्मोनिक्स के सापेक्ष योगदान को कुल हार्मोनिक विरूपण (THD) कहा जाता है।
 * एक तरंग में कम हार्मोनिक सामग्री आदर्श है क्योंकि हार्मोनिक्स कंपन, भिनभिनाहट, उपकरण विकृतियों, और नुकसान और ट्रांसफॉर्मर में अति ताप का कारण बन सकता है।

इनमें से प्रत्येक बिजली की गुणवत्ता की समस्या का अलग कारण है। कुछ समस्याएं साझा बुनियादी ढांचे का परिणाम हैं। उदाहरण के लिए, नेटवर्क में खराबी के कारण गिरावट आ सकती है जो कुछ ग्राहकों को प्रभावित करेगी; गलती का स्तर जितना अधिक होगा, प्रभावित होने वालों की संख्या उतनी ही अधिक होगी। ग्राहक की साइट पर समस्या क्षणिक कारण हो सकती है जो ही सबसिस्टम पर अन्य सभी ग्राहकों को प्रभावित करती है। समस्याएँ, जैसे हार्मोनिक्स, ग्राहक की स्वयं की स्थापना के भीतर उत्पन्न होती हैं और नेटवर्क पर फैल सकती हैं और अन्य ग्राहकों को प्रभावित कर सकती हैं। हार्मोनिक समस्याओं को अच्छे डिजाइन अभ्यास और अच्छी तरह सिद्ध कमी उपकरण के संयोजन से निपटाया जा सकता है।

पावर कंडीशनिंग
पावर कंडीशनर इसकी गुणवत्ता में सुधार करने के लिए शक्ति को संशोधित कर रहा है।

यदि लाइन पर क्षणिक (दोलन) (अस्थायी) स्थिति है, तो मुख्य बिजली को बंद करने के लिए अबाधित विद्युत आपूर्ति (यूपीएस) का उपयोग किया जा सकता है। हालांकि, सस्ती यूपीएस इकाइयां साइन लहर के ऊपर उच्च-आवृत्ति और कम-आयाम वर्ग तरंग लगाने के समान ही खराब-गुणवत्ता वाली बिजली पैदा करती हैं। उच्च-गुणवत्ता वाली यूपीएस इकाइयाँ दोहरे रूपांतरण टोपोलॉजी का उपयोग करती हैं जो डीसी में आने वाली एसी शक्ति को तोड़ती है, बैटरी को चार्ज करती है, फिर एसी साइन लहर को फिर से बनाती है। यह पुन: निर्मित साइन वेव मूल एसी पावर फीड की तुलना में उच्च गुणवत्ता वाला है।

एक डायनेमिक वोल्टेज रेगुलेटर (DVR) और स्थिर तुल्यकालिक श्रृंखला कम्पेसाटर (SSSC) का उपयोग सीरीज़ वोल्टेज-सैग क्षतिपूर्ति के लिए किया जाता है।

एक वृद्धि रक्षक या साधारण संधारित्र या varistor अधिकांश ओवरवॉल्टेज स्थितियों से रक्षा कर सकता है, जबकि तड़ित पकड़क गंभीर स्पाइक्स से बचाता है।

इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर हार्मोनिक्स को हटा सकते हैं।

समार्ट ग्रिड और बिजली की गुणवत्ता
आधुनिक प्रणालियाँ बिजली की गुणवत्ता की निगरानी के लिए अपने पूरे नेटवर्क में वितरित फेजर मापन इकाइयों (पीएमयू) नामक सेंसर का उपयोग करती हैं और कुछ मामलों में स्वचालित रूप से उनका जवाब देती हैं। नेटवर्क में विसंगतियों के तेजी से संवेदन और स्वचालित स्व-उपचार की ऐसी स्मार्ट ग्रिड सुविधाओं का उपयोग उच्च गुणवत्ता वाली बिजली और कम डाउनटाइम लाने का वादा करता है, साथ ही साथ आंतरायिक बिजली स्रोतों और वितरित उत्पादन से बिजली का समर्थन करता है, जो कि अनियंत्रित बिजली की गुणवत्ता को कम कर देगा।

संपीड़न एल्गोरिथ्म
एक पावर क्वालिटी कम्प्रेशन कलन विधि एल्गोरिथम है जिसका उपयोग पावर क्वालिटी के विश्लेषण में किया जाता है। उच्च गुणवत्ता वाली विद्युत शक्ति सेवा प्रदान करने के लिए, विद्युत विद्युत नेटवर्क के साथ विभिन्न स्थानों पर विद्युत संकेतों की गुणवत्ता की निगरानी करना आवश्यक है, जिसे बिजली की गुणवत्ता (PQ) भी कहा जाता है। विद्युत उपयोगिताओं विभिन्न नेटवर्क स्थानों पर तरंगों और धाराओं की लगातार निगरानी करती हैं, यह समझने के लिए कि बिजली आउटेज और ब्लैकआउट जैसी किसी भी अप्रत्याशित घटना का क्या कारण है। यह उन जगहों पर विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जहां पर्यावरण और सार्वजनिक सुरक्षा खतरे में है (अस्पतालों, सीवेज उपचार संयंत्रों, खानों आदि जैसे संस्थान)।

चुनौतियां
इंजीनियर कई प्रकार के मीटर का उपयोग करते हैं, जो विद्युत शक्ति तरंगों को पढ़ता और प्रदर्शित करता है और तरंगों के मापदंडों की गणना करता है। वे मापते हैं, उदाहरण के लिए:


 * विद्युत प्रवाह और वोल्टेज आरएमएस
 * बहु-चरण संकेत के तरंगों के बीच चरण संबंध
 * ऊर्जा घटक
 * उपयोगिता आवृत्ति
 * कुल हार्मोनिक विरूपण (THD)
 * सक्रिय शक्ति (किलोवाट)
 * प्रतिक्रियाशील शक्ति (केवीएआर)
 * स्पष्ट शक्ति (केवीए)
 * सक्रिय ऊर्जा (kWh)
 * प्रतिक्रियाशील ऊर्जा (kVArh)
 * स्पष्ट ऊर्जा (केवीएएच)
 * और भी कई

अप्रत्याशित घटनाओं की पर्याप्त निगरानी करने के लिए, रिबेरो एट अल। बताते हैं कि इन मापदंडों को प्रदर्शित करना ही पर्याप्त नहीं है, बल्कि हर समय वोल्टेज तरंग डेटा को भी कैप्चर करना है। बड़ी मात्रा में डेटा शामिल होने के कारण यह अव्यावहारिक है, जिसे "बोतल प्रभाव" के रूप में जाना जाता है। उदाहरण के लिए, प्रति चक्र 32 नमूनों की नमूना दर पर, प्रति सेकंड 1,920 नमूने एकत्र किए जाते हैं। तीन-चरण मीटर के लिए जो वोल्टेज और वर्तमान तरंग दोनों को मापते हैं, डेटा 6-8 गुना ज्यादा है। हाल के वर्षों में विकसित अधिक व्यावहारिक समाधान डेटा को केवल तभी संग्रहीत करते हैं जब कोई घटना होती है (उदाहरण के लिए, जब उच्च स्तर के पावर सिस्टम हार्मोनिक्स का पता लगाया जाता है) या वैकल्पिक रूप से विद्युत संकेतों के आरएमएस मूल्य को संग्रहीत करने के लिए। हालाँकि, यह डेटा हमेशा समस्याओं की सटीक प्रकृति को निर्धारित करने के लिए पर्याप्त नहीं होता है।

कच्चा डेटा संपीड़न
निसेनब्लैट एट अल। बिजली गुणवत्ता संपीड़न एल्गोरिदम (हानिपूर्ण संपीड़न विधियों के समान) के विचार का प्रस्ताव करता है जो मीटर को या अधिक बिजली संकेतों के तरंग को लगातार स्टोर करने में सक्षम बनाता है, भले ही ब्याज की घटना की पहचान की गई हो या नहीं। PQZip के रूप में संदर्भित यह एल्गोरिथ्म प्रोसेसर को मेमोरी के साथ सशक्त बनाता है जो तरंग को स्टोर करने के लिए पर्याप्त है, सामान्य बिजली की स्थिति में, कम से कम महीने, दो महीने या वर्ष की लंबी अवधि में। संपीड़न वास्तविक समय में किया जाता है, क्योंकि सिग्नल प्राप्त होते हैं; सभी संपीड़ित डेटा प्राप्त होने से पहले यह संपीड़न निर्णय की गणना करता है। उदाहरण के लिए, पैरामीटर स्थिर रहना चाहिए, और अन्य में उतार-चढ़ाव होता है, संपीड़न निर्णय केवल निरंतर डेटा से प्रासंगिक होता है, और सभी उतार-चढ़ाव डेटा को बरकरार रखता है। यह तब तरंग के विभिन्न अवधियों में, कई घटकों के पावर सिग्नल के तरंग को विघटित करता है। यह अलग-अलग अवधियों में इनमें से कम से कम कुछ घटकों के मूल्यों को अलग-अलग संकुचित करके प्रक्रिया को समाप्त करता है। यह वास्तविक समय संपीड़न एल्गोरिदम, नमूनाकरण से स्वतंत्र प्रदर्शन करता है, डेटा अंतराल को रोकता है और इसमें 1000: 1 संपीड़न अनुपात होता है।

कुल डेटा संपीड़न
एक शक्ति विश्लेषक का विशिष्ट कार्य दिए गए अंतराल पर एकत्र किए गए डेटा संग्रह का निर्माण होता है। आमतौर पर 10 मिनट या 1 मिनट के अंतराल का उपयोग IEC/IEEE PQ मानकों द्वारा निर्दिष्ट के रूप में किया जाता है। इस तरह के उपकरण के संचालन के दौरान महत्वपूर्ण संग्रह आकार बनाया जाता है। क्रॉस एट अल के रूप में। Lempel-Ziv-Markov चेन एल्गोरिथम, bzip या अन्य समान दोषरहित संपीड़न एल्गोरिदम का उपयोग करके ऐसे अभिलेखागार पर संपीड़न अनुपात का प्रदर्शन किया जा सकता है। वास्तविक बिजली गुणवत्ता संग्रह में संग्रहीत समय श्रृंखला पर भविष्यवाणी और मॉडलिंग का उपयोग करके पोस्ट प्रोसेसिंग संपीड़न की दक्षता में आमतौर पर और सुधार होता है। सरलीकृत तकनीकों के इस संयोजन से डेटा संग्रहण और डेटा अधिग्रहण प्रक्रियाओं दोनों में बचत होती है।

मानक
आपूर्ति की गई बिजली की गुणवत्ता अंतरराष्ट्रीय मानकों और विभिन्न देशों द्वारा अपनाए गए उनके स्थानीय डेरिवेटिव में निर्धारित है:

EN50160 बिजली की गुणवत्ता के लिए यूरोपीय मानक है, जो एसी पावर में वोल्टेज को परिभाषित करने वाले विभिन्न मापदंडों के लिए विरूपण की स्वीकार्य सीमा निर्धारित करता है।

IEEE-519 बिजली प्रणालियों के लिए उत्तर अमेरिकी दिशानिर्देश है। इसे अनुशंसित अभ्यास के रूप में परिभाषित किया गया है और, EN50160 के विपरीत, यह दिशानिर्देश वर्तमान विरूपण के साथ-साथ वोल्टेज को संदर्भित करता है।

IEC 61000-4-30 बिजली की गुणवत्ता की निगरानी के लिए मानक परिभाषित करने के तरीके हैं। संस्करण 3 (2015) में वर्तमान माप शामिल हैं, पिछले संस्करणों के विपरीत जो अकेले वोल्टेज माप से संबंधित हैं।

यह भी देखें

 * गतिशील वोल्टेज बहाली