कम नुकसान और उच्च दक्षता के साथ उच्च-वोल्टेज पूर्ण सेट

उच्च-वोल्टेज पूर्ण सेट क्या हैं और वे कैसे काम करते हैं?

उच्च-वोल्टेज पूर्ण सेट की परिभाषा और मुख्य कार्य

उच्च वोल्टेज पूर्ण सेट्स एकीकृत विद्युत प्रणालियों को दर्शाते हैं जो 36 किलोवोल्ट से अधिक वोल्टेज को सुरक्षित ढंग से संभालने और ऊर्जा की बर्बादी को न्यूनतम रखने के लिए बनाए गए होते हैं। इस प्रणाली में ट्रांसफॉर्मर, विभिन्न प्रकार के स्विचगियर उपकरण और सुरक्षा रिले उपकरण जैसे आवश्यक भागों को एक सुसंगत व्यवस्था में एकीकृत किया जाता है। इस व्यवस्था के कारण औद्योगिक अनुप्रयोगों में लंबी दूरी तक बिजली के वितरण में बहुत अधिक विश्वसनीयता आती है। हाल के वर्षों में किए गए क्षेत्र अध्ययनों के अनुसार, जब इन प्रणालियों को उचित ढंग से कॉन्फ़िगर किया जाता है, तो वे पारंपरिक तरीकों की तुलना में लगभग 15 प्रतिशत तक ट्रांसमिशन नुकसान कम कर देते हैं। यह सुधार पूरे नेटवर्क में स्मार्ट कंडक्टर डिज़ाइन विकल्पों और बढ़ी हुई विद्युत चुंबकीय विशेषताओं के कारण आता है।

मुख्य घटक: ट्रांसफॉर्मर, स्विचगियर और नियंत्रण प्रणाली

इन प्रणालियों को परिभाषित करने वाले तीन मुख्य तत्व हैं:

• ट्रांसफार्मर आधुनिक इकाइयों द्वारा 98—99.7% दक्षता प्राप्त करते हुए दक्ष संचरण और वितरण के लिए वोल्टेज स्तरों को समायोजित करते हैं।
• स्विचगियर सर्किट ब्रेकर और डिस्कनेक्ट स्विच का उपयोग करके दोषों को अलग करें, जो 25 मिलीसेकंड से कम समय में लगातार विफलताओं को रोकता है।
• नियंत्रण प्रणाली लोड को संतुलित करने, वोल्टेज को नियंत्रित करने और गतिशील प्रतिक्रिया प्रोटोकॉल के माध्यम से उपकरणों पर तनाव को रोकने के लिए वास्तविक समय के सेंसर और स्वचालन का उपयोग करें।

शक्ति संचरण और वितरण नेटवर्क में भूमिका

उच्च वोल्टेज पूर्ण प्रणाली बिजली संयंत्रों से लेकर उन शहरों तक बिजली की बड़ी मात्रा के स्थानांतरण के लिए आधार बनाती है जहाँ लोग रहते और काम करते हैं। ये प्रणाली विद्युत ग्रिड को स्थिर रखने में सहायता करती हैं जब दिनभर में मांग ऊपर-नीचे होती रहती है। उदाहरण के लिए, जब सभी लोग एक साथ अपने एयर कंडीशनर चालू करते हैं, तब ये प्रणाली उन परेशान करने वाले ब्राउनआउट को रोकती हैं जिनसे हम सभी इतना नफरत करते हैं। वे इसे इस तरह से करते हैं कि वोल्टेज को उसके आवश्यक स्तर के करीब रखा जाए, आमतौर पर लगभग 5% के भीतर। इन्हें विशेष बनाने वाली बात यह है कि वे सभी महत्वपूर्ण घटकों को एक ही स्थान पर एकीकृत करते हैं। इस दृष्टिकोण से पुरानी प्रणालियों की तुलना में बहुत सारे अतिरिक्त भागों को हटा दिया जाता है, जिसका अर्थ है कम जटिलता और ऊर्जा का कम बर्बाद होना।

उच्च वोल्टेज प्रणालियों में ऊर्जा हानि की समझ

उच्च वोल्टेज पूर्ण सेटों में बिजली हानि के मुख्य कारण

अधिकांश ऊर्जा की हानि तारों के माध्यम से बिजली प्रवाहित होने पर उत्पन्न ऊष्मा के कारण होती है (इसे I वर्ग R हानि कहा जाता है) और ट्रांसफार्मर के पूरी तरह से काम न करने की समस्याओं के कारण भी होती है। लगभग 40 प्रतिशत ऊर्जा अपव्यय खुद ट्रांसफार्मर में ही होता है। इस हानि के दो मुख्य कारण हैं: एक तो यह कि जब वे बिल्कुल निष्क्रिय अवस्था में रहते हुए भी अपने कोर के माध्यम से ऊर्जा खो देते हैं, और दूसरा यह कि जब वे वास्तव में काम कर रहे होते हैं, तो तांबे के घटकों के गर्म होने के कारण और अधिक ऊर्जा खो देते हैं। पुराने विद्युत प्रणाली स्थिति को और भी खराब बना देते हैं। समय के साथ भागों के बीच कनेक्शन संक्षारित हो जाते हैं, और दशकों तक उपयोग के बाद इन्सुलेशन खराब हो जाता है। 25 वर्ष से अधिक पुराने नेटवर्क में अक्सर कुल प्रतिरोध लगभग 15% तक बढ़ जाता है, जिसका अर्थ है कि पूरे ग्रिड में और अधिक ऊर्जा बर्बाद होती है।

संचरण हानि की गणना: Ploss = I² × R की व्याख्या

सूत्र P हानि बराबर I वर्ग गुना R को देखने से स्पष्ट होता है कि धारा का हानियों पर इतना बड़ा प्रभाव क्यों पड़ता है। जब धारा में केवल 10% की वृद्धि होती है, तो प्रतिरोधक हानियाँ वास्तव में चार गुना अधिक बढ़ जाती हैं। एक सामान्य 132 kV बिजली लाइन पर विचार करें जो कि प्रति किलोमीटर लगभग 0.1 ओम प्रतिरोध वाले एल्यूमीनियम तारों में 800 ऐम्पियर की धारा प्रवाहित कर रही है। ऐसी व्यवस्था प्रत्येक किलोमीटर में लगभग 64 किलोवाट ऊर्जा का दुरुपयोग करती है, जिससे लगभग 70 घरों के बराबर बिजली प्रदान की जा सकती है। दिलचस्प बात यह है कि इंजीनियरों को पाता है कि तारों के आकार के बारे में बेहतर निर्णय लेने से इन हानियों में कमी लाने में वोल्टेज स्तर बढ़ाने की तुलना में अधिक प्रभावी ढंग से मदद मिलती है। गणित सही बैठता है, लेकिन व्यावहारिक अनुभव यह दिखाता है कि सुरक्षा के मुद्दे उठने से पहले वोल्टेज को वास्तविक रूप से कितना ऊँचा ले जाया जा सकता है, इसकी सीमाएँ होती हैं।

बूढ़े बुनियादी ढांचे में आम अक्षमताएँ और वास्तविक दुनिया का प्रभाव

बूढ़े एचवी घटक कई अक्षमताएँ पेश करते हैं:

• घिसे-पिटे बुशिंग और इंसुलेटर डाइइलेक्ट्रिक ताकत में कमी के कारण कोरोना डिस्चार्ज बढ़ा देते हैं
• ढीले बसबार कनेक्शन प्रति जंक्शन 0.5—2 © प्रतिरोध जोड़ते हैं
• खनिज-तेल ट्रांसफार्मर हर 8—12 वर्ष में लगभग 2.5% दक्षता खो देते हैं
  सामूहिक रूप से, ये कारक खराब तरीके से बनाए रखे गए ग्रिड में ऊर्जा के 6—9% वार्षिक नुकसान में योगदान देते हैं, जिसके परिणामस्वरूप प्रति वर्ष प्रति 100 किमी लाइन पर 740,000 अमेरिकी डॉलर की अनावश्यक लागत आती है (पोनेमन 2023)

केस अध्ययन: शहरी ग्रिड अपग्रेड में ऊर्जा नुकसान कम करना

2023 में एक महानगरीय ग्रिड अपग्रेड ने तीन प्रमुख उपायों के माध्यम से ऊर्जा नुकसान में 12% की कमी प्राप्त की:

1. 40 वर्ष पुराने ट्रांसफार्मर को एमॉर्फस-कोर मॉडल से बदलकर नो-लोड नुकसान में 3% की कमी
2. 230 kV कंडक्टर्स को ACSR से GZTACIR में अपग्रेड करके I²R नुकसान में 18% की कमी
3. ट्रांसफार्मर को 65—80% क्षमता के बीच संचालित रखने के लिए वास्तविक समय भार मॉनिटरिंग का उपयोग करना
   1.4 करोड़ अमेरिकी डॉलर के निवेश से अब प्रतिवर्ष 21 लाख अमेरिकी डॉलर की बचत हो रही है, जिसकी वापसी की अवधि 6.7 वर्ष है

कम नुकसान, उच्च दक्षता वाले उच्च वोल्टेज पूर्ण सेट के लिए डिजाइन सिद्धांत

न्यूनतम प्रतिरोधक और निष्क्रिय हानि के लिए अनुकूलित प्रणाली डिज़ाइन

दक्ष डिज़ाइन बसबार लेआउट में संतुलित भार वितरण, प्रतिबाधा मिलान और चालक लंबाई को कम करने पर जोर देते हैं। गतिशील भार प्रबंधन 30% क्षमता से कम संचालन को रोकता है—जहाँ आमतौर पर निष्क्रिय हानि में 18—22% की वृद्धि होती है (एनर्जी सिस्टम्स जर्नल 2023)—यह सुनिश्चित करते हुए कि घटक अपनी इष्टतम दक्षता सीमा के भीतर संचालित हों।

I²R हानि को कम करने के लिए चालक का आकार और सामग्री चयन

महत्वपूर्ण रणनीतियाँ शामिल हैं:

• न्यूनतम ऐम्पेसिटी आवश्यकताओं की तुलना में 15—20% अधिक अनुप्रस्थ काट वाले चालक का उपयोग करना
• एल्युमीनियम-चालक इस्पात-प्रबलित (ACSR) केबल का चयन करना, जो शुद्ध तांबे के विकल्पों की तुलना में प्रतिरोधक हानि को 27% तक कम कर देता है
• सतह लीकेज धाराओं को दबाने के लिए इन्सुलेटर पर जल-प्रतिकूल लेप लगाना
  फ़ील्ड डेटा से पता चलता है कि उचित सामग्री चयन 15 वर्ष के संचालन जीवनकाल में संचयी प्रणाली हानि में 11.4% की कमी करता है।

ट्रांसफॉर्मर दक्षता: भार मांग के अनुरूप आकार निर्धारण और नो-लोड हानि में कमी

उच्च-वोल्टेज प्रणालियों में कुल हानि का 38% ट्रांसफॉर्मर के कारण होता है। उन्नत डिज़ाइन में कोर सामग्री के अनुकूलन और सटीक भार संरेखण के माध्यम से प्रदर्शन में सुधार होता है:

डिज़ाइन विशेषता	मानक ट्रांसफॉर्मर	उच्च-कुशलता मॉडल
कोर सामग्री	सीआरजीओ स्टील	अमॉर्फस धातु
नॉन-लोड लॉस	2.3 KW	0.9 किलोवाट (-61%)
75°C पर भार हानि	9.5 KW	7.2 किलोवाट (-24%)
वार्षिक ऊर्जा बचत	—	22,200 किलोवाट-घंटा

शिखर मांग के बजाय वास्तविक भार प्रोफ़ाइल के अनुरूप ट्रांसफॉर्मर का उचित आकार निर्धारण दो दशकों में कुल स्वामित्व लागत में 19% की कमी करता है, जैसा कि ट्रांसफॉर्मर दक्षता अनुसंधान में बताया गया है।

आधुनिक उच्च-वोल्टेज उपकरण नवाचार जो दक्षता में वृद्धि करते हैं

उच्च दक्षता को बढ़ावा देने वाले नवाचार में शामिल हैं:

• गैस-अलगाव स्विचगर्ल (जीआईएस) 40% कम पदचिह्न और 15% कम आर्क नुकसान के साथ
• ठोस अवस्था संरक्षण रिले जो यांत्रिक समकक्षों की तुलना में 5 एमएस तेजी से प्रतिक्रिया करते हैं
• मॉड्यूलर कनेक्टर सिस्टम जो 500 केवी पर 98.7% ऊर्जा हस्तांतरण दक्षता प्रदान करते हैं
  इन प्रौद्योगिकियों के साथ मिलकर पारंपरिक संयंत्रों की तुलना में सिस्टम दक्षता में 2.8 से 3.4% की वृद्धि होती है और रखरखाव अंतराल 30% तक बढ़ जाते हैं।

उच्च वोल्टेज प्रणालियों में ट्रांसफार्मर दक्षता और वोल्टेज विनियमन

कैसे ट्रांसफार्मर समग्र प्रणाली दक्षता को प्रभावित करते हैं

ट्रांसफार्मरों के डिजाइन से प्रभावित होता है कि ऑपरेशन के दौरान कितनी ऊर्जा खो जाती है। नए मॉडल इस समस्या का समाधान करते हैं विशेष स्टील लेमिनेशन का उपयोग करके जो उन कष्टप्रद धुंधली धाराओं को कम करते हैं, जबकि बेहतर आकार के कंडक्टर प्रतिरोध हानि को कम करने में भी मदद करते हैं। पिछले साल प्रकाशित बिजली ग्रिड के उन्नयन के बारे में शोध के अनुसार, पुराने ट्रांसफार्मर को अकार्मिक कोर वाले ट्रांसफार्मर से बदलकर लगभग दो तिहाई तक बेकार ऊर्जा की खपत को कम किया जा सकता है। और ये सुधार महत्वपूर्ण हैं क्योंकि छोटे लाभ भी वास्तविक बचत में बदल जाते हैं। हर 1% की दक्षता में वृद्धि के लिए, हम बात कर रहे हैं लगभग 4.7 मिलियन वाट घंटे बचाए गए हर साल केवल एक 100 मेगावोल्ट एम्पियर इकाई से। इसे पूरे बिजली वितरण प्रणालियों में गुणा करें और समय के साथ संचयी प्रभाव पर्याप्त हो जाता है।

एचवी नेटवर्क में वोल्टेज विनियमन चुनौतियां और समाधान

बड़े विद्युत नेटवर्क में लगभग 5% के भीतर स्थिर वोल्टेज बनाए रखने के लिए इन दिनों कुछ बहुत ही परिष्कृत नियंत्रण विधियों की आवश्यकता होती है। कई उपयोगिताएं मांग में अचानक परिवर्तनों को संभालने के लिए स्थिर वीएआर मुआवजाकार जैसे प्रतिक्रियाशील शक्ति मुआवजा उपकरणों के साथ ऑन-लोड नल परिवर्तक या ओएलटीसी पर निर्भर करती हैं। जब अनुकूलन योग्य ओएलटीसी प्रणाली वाइड एरिया मॉनिटरिंग सिस्टम (डब्ल्यूएएमएस) के साथ मिलकर काम करती है तो वे वास्तव में विभिन्न सबस्टेशनों में वोल्टेज सुधारों को सिंक्रनाइज़ कर सकती हैं। क्षेत्र परीक्षणों से पता चला है कि यह संयोजन वोल्टेज डंप के बाद रिकवरी समय को लगभग 92% तक कम करता है। और ऑपरेटरों ने हाल के परीक्षणों के अनुसार इन प्रणालियों को ठीक से लागू करने पर ट्रांसमिशन लाइनों के साथ लगभग 12 से 18 प्रतिशत कम ऊर्जा हानि की रिपोर्ट की है।

ट्रांसफार्मर चयन में अग्रिम लागत बनाम दीर्घकालिक दक्षता का संतुलन

उच्च दक्षता वाले ट्रांसफॉर्मर प्रारंभ में 15 से 30 प्रतिशत अधिक लागत कर सकते हैं, लेकिन लगभग सात से दस वर्षों के बाद उनका लाभ शुरू हो जाता है। 99.7% दक्षता पर चलने वाले 150 MVA ट्रांसफॉर्मर की तुलना 98.5% पर चलने वाले एक ट्रांसफॉर्मर से कीजिए। वर्तमान बिजली दरों ($0.08 प्रति किलोवाट घंटा) के आधार पर, बेहतर प्रदर्शन वाली इकाई अपने 25 वर्ष के जीवनकाल में लगभग 12 लाख डॉलर की बचत करती है। यह काफी प्रभावशाली है, खासकर जब आप यह ध्यान में रखें कि अधिकांश व्यवसाय केवल प्रारंभिक खरीद लागत के बारे में सोचते हैं। और उन कंपनियों के लिए जो ऐसे क्षेत्रों में स्थित हैं जहाँ बिजली कंपनियाँ पीक आवर्स के दौरान अतिरिक्त शुल्क लेती हैं, ये दक्ष मॉडल स्थिर वोल्टेज स्तर बनाए रखकर प्रति kVA वार्षिक रूप से 180 डॉलर तक की बचत कर सकते हैं। सख्त मांग शुल्क नीतियों वाले स्थानों पर बचत तेजी से बढ़ जाती है।

दक्ष उच्च-वोल्टेज पूर्ण सेट के संचालन लाभ और लागत बचत

अधिकतम दक्षता के लिए अभिकल्पित आधुनिक उच्च-वोल्टेज पूर्ण सेट वित्तीय और संचालन रिटर्न में महत्वपूर्ण योगदान देते हैं, जीवनकाल लागत को कम करते हुए और ग्रिड विश्वसनीयता में सुधार करते हुए।

दीर्घकालिक संचालन दक्षता और रखरखाव लागत में कमी

परिशुद्धता-अभियांत्रित प्रणालियाँ 12—18% कम वार्षिक रखरखाव खर्च प्राप्त करती हैं (ऊर्जा बुनियादी ढांचा जर्नल 2023)। टिकाऊ चालक मिश्र धातुएँ और संपर्क सतह के उपचार आर्किंग के क्षरण को कम करते हैं, जिससे सेवा अंतराल 40% तक बढ़ जाता है। 15 वर्षों में सीलबंद गैस-इन्सुलेटेड स्विचगियर में कण-संबंधित विफलताओं में 97% कमी दर्ज की गई है, जिससे अनियोजित मरम्मत की आवश्यकता बहुत कम हो जाती है।

एचवी/एलवी प्रणाली आधुनिकीकरण के माध्यम से ऊर्जा बचत

आधुनिक उच्च वोल्टेज पूर्ण सेट में अपग्रेड करने से सामान्य वितरण नेटवर्क में संचरण नुकसान में 9—14% की कमी आती है। एक 2022 की शहरी परियोजना ने त्रि-चरण संतुलन और गतिशील वोल्टेज नियमन के माध्यम से खोई गई ऊर्जा का 11.7% पुनः प्राप्त किया, जो वर्तमान औद्योगिक दरों पर प्रति उप-स्टेशन प्रति वर्ष 480,000 डॉलर से अधिक की बचत के बराबर है।

एचवी प्रणालियों में स्मार्ट निगरानी और भविष्यकथन रखरखाव प्रवृत्तियाँ

प्रमुख ऑपरेटर अब आईओटी सेंसर को मशीन लर्निंग एनालिटिक्स के साथ एकीकृत करते हैं ताकि विफलता से 6 से 8 महीने पहले इन्सुलेशन की गिरावट का पता लगाया जा सके। यह पूर्वानुमानात्मक दृष्टिकोण 73% तक अनियोजित आउटेज को कम करता है और 55 प्रतिशत तक नैदानिक श्रम लागत को कम करता है। वास्तविक दुनिया के कार्यान्वयन से पता चलता है कि इस तरह के एकीकरण निर्माता के अनुमानों से 4 से 7 साल तक ट्रांसफार्मर जीवनकाल का विस्तार कर सकते हैं।

जीवनचक्र लागत विश्लेषणः उच्च दक्षता वाले सेटों में निवेश को उचित बनाना

15 से 20% अधिक प्रारंभिक लागत के बावजूद, उच्च दक्षता वाले सिस्टम 4 से 8 वर्षों के भीतर मजबूत आरओआई प्रदान करते हैं क्योंकिः

• 18 से 22 प्रतिशत कम ऊर्जा हानि
• ओवरहाल की आवृत्ति में 35% की कमी
• प्रतिस्थापन भागों की सूची में 60% की कमी
  2024 के एक उद्योग-विभाजित विश्लेषण में पाया गया कि अनुकूलित उच्च वोल्टेज पूर्ण सेट मानक विन्यास की तुलना में 25 वर्षों में 2.3:1 का शुद्ध वर्तमान मूल्य अनुपात उत्पन्न करते हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

उच्च वोल्टेज पूर्ण सेट क्या हैं?

उच्च वोल्टेज पूर्ण सेट 36 किलोवोल्ट से अधिक वोल्टेज को संभालने के लिए डिज़ाइन की गई एकीकृत विद्युत प्रणालियां हैं, जो ऊर्जा की बर्बादी को कम करने के लिए ट्रांसफार्मर, स्विचगियर और रिले उपकरणों जैसे घटकों को जोड़ती हैं।

उच्च वोल्टेज पूर्ण सेट ऊर्जा हानि को कैसे कम करते हैं?

वे स्मार्ट कंडक्टर डिजाइन का उपयोग करते हैं और पारंपरिक तरीकों की तुलना में 15% तक संचरण नुकसान को कम करने के लिए विद्युत चुम्बकीय गुणों को अनुकूलित करते हैं।

ट्रांसमिशन हानि की गणना के लिए सूत्र क्या है?

ट्रांसमिशन हानि की गणना के लिए सूत्र P_loss = I2 × R है, जहां I वर्तमान है और R प्रतिरोध है।

आधुनिक उच्च वोल्टेज प्रणाली पुरानी प्रणालियों की तुलना में अधिक कुशल क्यों हैं?

आधुनिक प्रणालियों में उन्नत प्रौद्योगिकियां और सामग्री शामिल हैं, जैसे कि अमूर्त-कोर ट्रांसफार्मर और स्मार्ट निगरानी प्रणाली, जो दक्षता में वृद्धि करती है और नुकसान को कम करती है।