विद्युत शक्ति प्रणाली

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एक भाप टर्बाइन विद्युत ऊर्जा प्रदान करने के लिए प्रयोग किया जाता है

विद्युत शक्ति प्रणाली एक विद्युत ऊर्जा की आपूर्ति, हस्तांतरण और उपयोग के लिए नियुक्त विद्युत घटकों का एक संजाल होता है। विद्युत व्यवस्था का एक उदाहरण विद्युत ग्रिड होता है जो एक विस्तारित क्षेत्र के घरों और उद्योगों को विद्युत प्रदान करता है। विद्युत ग्रिड को विद्युत जनरेटर में विभाजित किया जा सकता है जो विद्युत की आपूर्ति करता है, विद्युत ऊर्जा संचरण उत्पादन केंद्रों से वितरण बोर्ड तक विद्युत पहुंचाता है, और विद्युत वितरण जो आस-पास के घरों और उद्योगों को विद्युत प्रदान करता है।

उद्योगों, अस्पतालों, वाणिज्यिक भवनों और घरों में भी छोटी विद्युत प्रणालियाँ पाई जाती है। एक एकल पंक्ति आरेख इस पूरे प्रणाली को दर्शाने में मदद करता है। इनमें से अधिकांश प्रणालियाँ तीन-चरण ऊर्जा पर निर्भर करती है - आधुनिक दुनिया भर में बड़े स्थिति पर विद्युत संचरण और वितरण के लिए मानक होती है। विशिष्ट विद्युत प्रणालियाँ जो हमेशा तीन-चरण ऊर्जा पर निर्भर नहीं होती है, वह विमान, विद्युत रेल प्रणाली, महासागर पंक्ति, पनडुब्बी और ऑटोमोबाइल में पाई जाती है।

इतिहास

पर्ल स्ट्रीट स्टेशन का एक रेखाचित्र

1881 में, दो अभियंत्रकों ने इंग्लैंड में गोडाल्मिंग में दुनिया की पहली विद्युत प्रणाली का निर्माण किया था। यह दो पानी के पहियों द्वारा संचालित था और एक प्रत्यावर्ती धारा उत्पन्न करता था जो बदले में 250 वोल्ट पर सात सीमेंस चाप दीपक और 40 वोल्ट पर 34 दीपक की आपूर्ति करता था।[1] चूंकि, दीपक की आपूर्ति रुक-रुक कर हो रही थी और 1882 में थॉमस एडीसन और उनकी कंपनी, एडिसन विद्युत् लाइट कंपनी ने न्यूयॉर्क शहर में पर्ल स्ट्रीट पर पहला भाप से चलने वाला विद्युत् ऊर्जा स्टेशन विकसित किया था। पर्ल स्ट्रीट स्टेशन ने प्रारंभ में 59 ग्राहकों के लिए लगभग 3,000 दीपक संचालित किए थे।[2][3] ऊर्जा स्टेशन ने दिष्ट धारा उत्पन्न की और एकल वोल्टेज पर संचालित किया था। लंबी दूरी के संचरण के दौरान विद्युत के नुकसान को कम करने के लिए आवश्यक उच्च वोल्टेज के लिए प्रत्यक्ष वर्तमान ऊर्जा को आसानी से या कुशलता से परिवर्तित नहीं किया जा सकता है, इसलिए जनरेटर और भार के बीच अधिकतम आर्थिक दूरी लगभग आधा मील (800 मीटर) तक सीमित थी।[4]

उसी वर्ष लंदन में, लुसिएन गॉलार्ड और जॉन डिक्सन गिब्स ने "द्वितीयक जनरेटर" का प्रदर्शन किया था- वास्तविक विद्युत व्यवस्था में उपयोग के लिए उपयुक्त पहला परिवर्तक था।[5] गॉलार्ड और गिब्स के परिवर्तक का व्यावहारिक मूल्य 1884 में ट्यूरिन में प्रदर्शित किया गया था जहां परिवर्तक का उपयोग एक वैकल्पिक चालू जनरेटर से 40 किलोमीटर (25 मील) रेलवे को रोशन करने के लिए किया गया था।[6] प्रणाली की सफलता के अतिरिक्त, इस जोड़ी ने कुछ मौलिक गलतियाँ की थी। संभवतः सबसे गंभीर परिवर्तक की प्राइमरी को श्रृंखला में जोड़ना था जिससे कि सक्रिय दीपक अन्य दीपकों की चमक को आगे की रेखा से प्रभावित कर सकें।

1885 में, ओट्टो टिटुस्ज़ ब्लेथी ने केरोली ज़िपरनोव्स्की और मिक्सा डेरी के साथ काम करते हुए गौलार्ड और गिब्स के द्वितीयक जनरेटर को एक बंद लोहे की कोर और इसके वर्तमान नाम के साथ प्रदान करते हुए सिद्ध किया: परिवर्तक।[7] तीन अभियांत्रिकों ने बुडापेस्ट की राष्ट्रीय सामान्य प्रदर्शनी में एक विद्युत व्यवस्था प्रस्तुत की, जिसने एक ब्रिटिश वैज्ञानिक द्वारा प्रस्तावित समानांतर एसी वितरण प्रणाली को लागू किया।[lower-alpha 1] जिसमें कई विद्युत परिवर्तक की प्राथमिक वाइंडिंग एक उच्च वोल्टेज वितरण पंक्ति से समानांतर में खिलाई जाती है। प्रणाली ने 1000 से अधिक कार्बन फिलामेंट दीपक जलाए और उस वर्ष मई से नवंबर तक सफलतापूर्वक संचालित किया था।[8]

इसके अतिरिक्त 1885 में, एक अमेरिकी उद्यमी, जॉर्ज वेस्टिंगहाउस ने गॉलार्ड-गिब्स परिवर्तक के पेटेंट अधिकार प्राप्त किए और सीमेंस जनरेटर के साथ उनमें से कई का आयात किया था, और अपने अभियांत्रिकों को एक वाणिज्यिक में उपयोग के लिए उन्हें सुधारने की उम्मीद में उनके साथ प्रयोग करने के लिए तैयार किया था। 1886 में, वेस्टिंगहाउस के अभियांत्रिकों में से एक, विलियम स्टेनली ने स्वतंत्र रूप से समांतर के विपरीत श्रृंखला में परिवर्तक को जोड़ने की समस्या को पहचाना और यह भी महसूस किया कि परिवर्तक के लोहे के कोर को पूरी तरह से बंद लूप बनाने से सेकेंडरी वाइंडिंग के वोल्टेज विनियमन में सुधार होता है।[9] इस ज्ञान का उपयोग करते हुए उन्होंने 1886 में ग्रेट बैरिंगटन, मैसाचुसेट्स में एक मल्टी-वोल्टेज परिवर्तक-आधारित अल्टरनेटिंग-धारा ऊर्जा प्रणाली का निर्माण किया था, जो कई घरों और व्यवसायों की सेवा करता है।[10] प्रणाली अविश्वसनीय और अल्पकालिक थी, चूंकि, मुख्य रूप से पीढ़ी के समस्याओं के कारण था।[11] चूंकि, उस प्रणाली के आधार पर, वेस्टिंगहाउस उस वर्ष बाद में एडिसन कंपनी के साथ प्रतिस्पर्धा में परिवर्तक प्रणाली स्थापित करना प्रारंभ कर दिया था। 1888 में, वेस्टिंगहाउस ने पॉलीफ़ेज़ एसी प्रवर्तन मोटर और परिवर्तक नमूने के लिए निकोला टेस्ला के पेटेंट को लाइसेंस दिया था। टेस्ला ने वेस्टिंगहाउस विद्युत् और उत्पादन कंपनी में एक साल के लिए परामर्श किया लेकिन वेस्टिंगहाउस के अभियांत्रिकों को एक काम करने योग्य पॉलीपेज़ प्रणाली और संचरण प्रणाली विकसित करने में और चार साल लग गए थे।[12][13]

1889 तक, विद्युत उद्योग फल-फूल रहा था, और विद्युत कंपनियों ने संयुक्त राज्य अमेरिका और यूरोप में हजारों विद्युत प्रणालियों (प्रत्यक्ष और वैकल्पिक दोनों) का निर्माण किया था। ये संजाल विद्युत प्रकाश व्यवस्था प्रदान करने के लिए प्रभावी रूप से समर्पित थे। इस समय के दौरान थॉमस एडिसन और जॉर्ज वेस्टिंगहाउस की कंपनियों के बीच प्रतिद्वंद्विता एक प्रचार अभियान में बदल गई थी कि प्रसारण का कौन सा रूप (प्रत्यक्ष या प्रत्यावर्ती धारा) बेहतर था, घटनाओं की एक श्रृंखला जिसे "धाराओं के युद्ध" के रूप में जाना जाता है[14] 1891 में, वेस्टिंगहाउस ने पहली प्रमुख विद्युत प्रणाली स्थापित किया था, जिसे 100 हॉर्सऊर्जा (75 kW) की सिंक्रोनस विद्युत् मोटर चलाने के लिए तैयार किया गया था।[15] अटलांटिक के दूसरी ओर, मिखाइल डोलिवो-डोब्रोवल्स्की और चार्ल्स यूजीन लेंसलॉट ब्राउन ने लॉफेन से पहली लंबी दूरी (175 किलोमीटर (109 मील)) हाई-वोल्टेज (15 केवी, फिर एक रिकॉर्ड) तीन-चरण संचरण पंक्ति का निर्माण किया था। फ्रैंकफर्ट में विद्युत अभियांत्रिकी प्रदर्शनी के लिए फ्रैंकफर्ट एम मेन के लिए, जहां दीपक जलाने और पानी पंप चलाने के लिए विद्युत का उपयोग किया गया था।[16][9] संयुक्त राज्य अमेरिका में एसी/डीसी प्रतियोगिता समाप्त हो गई जब एडिसन सामान्य विद्युतीय को उनके प्रमुख एसी प्रतिद्वंद्वी, थॉमसन-ह्यूस्टन विद्युत् कंपनी ने जनरल विद्युत् बनाने के लिए अधिग्रहण कर लिया था। 1895 में, एक लंबा निर्णय लेने की प्रक्रिया के बाद, प्रत्यावर्ती धारा को संचरण मानक के रूप में चुना गया था, जिसमें वेस्टिंगहाउस ने नायग्रा फॉल्स में एडम्स नंबर 1 जनरेटिंग स्टेशन का निर्माण किया और जनरल विद्युत् ने 11 kV पर आपूर्ति के लिए तीन-चरण वैकल्पिक विद्युत प्रणाली का निर्माण किया था।[9]

विद्युत प्रणालियों में विकास उन्नीसवीं शताब्दी के बाद भी जारी रहा था। 1936 में मरकरी चाप वाल्वों का उपयोग करने वाली पहली प्रायोगिक उच्च वोल्टेज दिष्ट धारा (एचवीडीसी) पंक्ति शेनेक्टैडी और मैकेनिकविले, न्यूयॉर्क के बीच बनाई गई थी।[17] एचवीडीसी को पहले श्रृंखला से जुड़े प्रत्यक्ष धारा जनरेटर और मोटर्स (सिद्धांत प्रणाली) द्वारा प्राप्त किया गया था, चूंकि यह गंभीर विश्वसनीयता के समस्याओं से ग्रस्त था।[18][17] सामान्य विद्युत के उपयोग के लिए उपयुक्त पहला सॉलिड-स्थिति मेटल डायोड 1928 में अर्नस्ट प्रेसर द्वारा विकसित किया गया था। इसमें एक एल्यूमीनियम प्लेट पर सेलेनियम की एक परत सम्मलित थी।[19] 1957 में, एक जनरल विद्युत् अनुसंधान ग्रुप ने विद्युत के अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए उपयुक्त पहला थाइरिस्टर विकसित किया था, जिसने विद्युत इलेक्ट्रॉनिक्स में एक क्रांति प्रारंभ की थी। उसी वर्ष, सीमेंस ने एक सॉलिड-स्थिति संशोधित का प्रदर्शन किया था, लेकिन 1970 के दशक की प्रारंभ तक एचवीडीसी में सॉलिड-स्थिति उपकरण मानक नहीं बने थे, जब जीई थाइरिस्टर-आधारित एचवीडीसी के शीर्ष आपूर्तिकर्ताओं में से एक के रूप में उभरा था।[20] 1979 में, सीमेंस, ब्राउन बोवेरी और सी और एईजी सहित एक यूरोपीय संघ ने कबोरा बासा से जोहानसबर्ग तक रिकॉर्ड एचवीडीसी लिंक का एहसास किया था, जो 1,420 किलोमीटर (880 मील) से अधिक का विस्तार करता है, जो 533 kV पर 1.9 GW ले जाता है।[17]

हाल के दिनों में, सूचना और संचार प्रौद्योगिकी (आईसीटी) क्षेत्र में ऊर्जा अभियांत्रिकी क्षेत्र में विस्तारित करने से कई महत्वपूर्ण विकास हुए है। उदाहरण के लिए, कंप्यूटर के विकास का मतलब है कि लोड फ्लो अध्ययन को अधिक कुशलता से चलाया जा सकता है, जिससे विद्युत प्रणालियों की बेहतर योजना बनाई जाती है। सूचना प्रौद्योगिकी और दूरसंचार में अग्रिमों ने विद्युत व्यवस्था के स्विचगियर और जनरेटर के प्रभावी रिमोट कंट्रोल के लिए भी अनुमति दी थी।

विद्युत ऊर्जा की मूल बातें

तीन-चरण प्रत्यावर्ती धारा का एनिमेशन

विद्युत ऊर्जा दो मात्राओं का उत्पाद है: विद्युत प्रवाह और विद्युत क्षमता। ये दो मात्राएँ समय (एसी ऊर्जा) के संबंध में भिन्न हो सकती है या इन्हें स्थिर स्थिति (प्रत्यक्ष धारा) पर रखा जा सकता है।

अधिकांश रेफ्रिजरेटर, एयर कंडीशनर, पंप और औद्योगिक तन्त्र एसी ऊर्जा का उपयोग करते है, जबकि अधिकांश कंप्यूटर और डिजिटल उपकरण डीसी ऊर्जा का उपयोग करते है (मुख्य रूप से प्लग किए गए डिजिटल उपकरणों में एसी से डीसी ऊर्जा में बदलने के लिए आंतरिक या बाहरी एसी अनुकूलक होता है)। एसी ऊर्जा को वोल्टेज के बीच आसानी से बदलने का फायदा होता है और इसे ब्रशलेस तन्त्र द्वारा उत्पन्न और उपयोग करने में सक्षम होता है। डीसी ऊर्जा डिजिटल प्रणाली में एकमात्र व्यावहारिक विकल्प है और बहुत अधिक वोल्टेज पर लंबी दूरी पर संचारित करने के लिए अधिक किफायती हो सकता है (एचवीडीसी देखें)।[21][22]

एसी विद्युत के वोल्टेज को आसानी से बदलने की क्षमता दो कारणों से महत्वपूर्ण है: सबसे पहले, उच्च वोल्टेज पर कम नुकसान के साथ विद्युत को लंबी दूरी पर प्रेषित किया जा सकता है। तो विद्युत प्रणालियों में जहां उत्पादन लोड से दूर होता है, यह वांछनीय है कि उत्पादन बिंदु पर विद्युत के वोल्टेज को बढ़ाते है और फिर लोड के पास वोल्टेज को कम करते है। दूसरे, अधिकांश उपकरणों द्वारा उपयोग किए जाने वाले टर्बाइनों को स्थापित करना अधिकांशतः अधिक किफायती होता है, इसलिए वोल्टेज को आसानी से बदलने की क्षमता का मतलब होता है कि वोल्टेज के बीच इसको आसानी से प्रबंधित किया जाता है।[21]

सॉलिड स्थिति उपकरण, जो अर्धचालक क्रांति के उत्पाद होते है, डीसी से डीसी कनवर्टर में बदलना संभव बनाते है, ब्रशलेस डीसी विद्युत् मोटर और स्विच्ड-मोड विद्युत की आपूर्ति का निर्माण करते है। फिर भी, सॉलिड-स्थिति तकनीक का उपयोग करने वाले उपकरण अधिकांशतः अपने पारंपरिक समकक्षों की तुलना में अधिक महंगे होते है, इसलिए एसी विद्युत व्यापक उपयोग में रहती है।[23]

विद्युत प्रणालियों के घटक

आपूर्ति

कोयले से चलने वाले विद्युतघर ऐसे ही है

सभी विद्युत प्रणालियों में ऊर्जा के एक या अधिक स्रोत होते है। कुछ ऊर्जा प्रणाली के लिए, ऊर्जा का स्रोत प्रणाली के लिए बाहरी है, लेकिन दूसरों के लिए, यह प्रणाली का ही हिस्सा है- यह आंतरिक ऊर्जा स्रोत है जिन पर इस खंड के शेष भाग में चर्चा की गई है। डायरेक्ट धारा विद्युत की आपूर्ति बैटरी (विद्युत), ईंधन सेल या फोटोवोल्टाइक सेल द्वारा की जा सकती है। वैकल्पिक वर्तमान ऊर्जा सामान्यतः एक रोटर द्वारा आपूर्ति की जाती है जो टर्बो जनरेटर के रूप में जाने वाले उपकरण में चुंबकीय क्षेत्र में घूमती है। जीवाश्म ईंधन (कोयला, गैस और तेल सहित) या परमाणु ऊर्जा से गिरने वाले पानी (जलविद्युत ऊर्जा) और पवन (पवन ऊर्जा) का उपयोग करके भाप से गरम किए गए टरबाइन के रोटर को स्पिन करने के लिए तकनीकों की एक विस्तृत श्रृंखला का उपयोग किया गया है।

जिस गति से रोटर घूमता है, जनरेटर के खंभे की संख्या के साथ संयोजन में जनरेटर द्वारा उत्पादित प्रत्यावर्ती धारा की आवृत्ति निर्धारित करता है। एकल तुल्यकालिक प्रणाली पर सभी जनरेटर, उदाहरण के लिए, राष्ट्रीय ग्रिड (यूके), एक ही गति के उप-गुणकों पर घूमते है और इसलिए एक ही आवृत्ति पर विद्युत प्रवाह उत्पन्न करते है। यदि प्रणाली पर लोड बढ़ता है, तो जनरेटर को उस गति से स्पिन करने के लिए और अधिक गति की आवश्यकता होती है और स्समूह ऊर्जा स्टेशन में टर्बाइनों को अधिक भाप की आपूर्ति की जाती है इस प्रकार उपयोग की गई भाप और खर्च किए गए ईंधन की आपूर्ति की गई जिसका विद्युत ऊर्जा की मात्रा से सीधा संबंध है। पवन टरबाइन डिजाइन गियरलेस पवन टरबाइन या एचवीडीसी लिंक जैसे सिंक्रोनस के माध्यम से ग्रिड से जुड़े विद्युत इलेक्ट्रॉनिक्स को सम्मलित करने वाले जनरेटर के लिए एक अपवाद उपस्तिथ है - ये विद्युत प्रणाली आवृत्ति से स्वतंत्र आवृत्तियों पर काम कर सकते है।

ध्रुवों को कैसे खिलाया जाता है, इस पर निर्भर करते हुए, वैकल्पिक वर्तमान जनरेटर विद्युत के चरणों की एक चर संख्या का उत्पादन कर सकते है। चरणों की अधिक संख्या अधिक कुशल विद्युत प्रणाली संचालन की ओर ले जाती है, लेकिन प्रणाली की बुनियादी सुविधाओं की आवश्यकताओं को भी बढ़ाती है।[24] विद्युत ग्रिड प्रणाली एक ही आवृत्ति पर चलने वाले कई जनरेटर को संयोजित करते है: सबसे समान 50 या 60 Hz पर तीन-फेज होते है।

विद्युत आपूर्ति के लिए कई प्रकार के डिजाइन विचार किए गए है। ये स्पष्ट है: जनरेटर को कितनी विद्युत की आपूर्ति करने में सक्षम होना चाहिए? जनरेटर प्रारंभ करने के लिए स्वीकार्य समय सीमा क्या है (कुछ जनरेटर प्रारंभ होने में घंटों लग सकते है)? क्या विद्युत के स्रोत की उपलब्धता स्वीकार्य है (कुछ नवीनीकरण तभी उपलब्ध होते है जब सूरज चमक रहा हो या हवा चल रही हो)? अधिक तकनीकी के लिए: जनरेटर कैसे प्रारंभ होना चाहिए (कुछ टर्बाइन मोटर की तरह काम करते है जिससे कि वे खुद को गति में ला सकें, जिस स्थिति में उन्हें एक उपयुक्त प्रारंभिक परिपथ की आवश्यकता होती है)? टर्बाइन के संचालन की यांत्रिक गति क्या है और इसके परिणामस्वरूप आवश्यक ध्रुवों की संख्या क्या है? किस प्रकार का जनरेटर उपयुक्त है (तुल्यकालिक जनरेटर या प्रेरण जनरेटर) और किस प्रकार का रोटर (गिलहरी-पिंजरा रोटर, घाव रोटर, सैलिएंट पोल रोटर या बेलनाकार रोटर)?[25]

लोड

एक टोअस्टर एकल-चरण भार का एक बढ़िया उदाहरण है जो निवास में दिखाई दे सकता है। टोस्टर सामान्यतः 110 से 260 वोल्ट पर लगभग 600 से 1200 वाट विद्युत की खपत करते हुए 2 से 10 एम्पियर लेते है।

ऊर्जा प्रणाली एक कार्य करने वाले भार को ऊर्जा प्रदान करते है। ये भार घरेलू उपकरणों से लेकर औद्योगिक तन्त्र तक है। अधिकांश भार एक निश्चित वोल्टेज की अपेक्षा करते है और वर्तमान उपकरणों को बदलने के लिए, एक निश्चित आवृत्ति और चरणों की संख्या होती है। उदाहरण के लिए, आवासीय सेटिंग में पाए जाने वाले उपकरण, सामान्यतः 110 और 260 वोल्ट (राष्ट्रीय मानकों के आधार पर) के बीच वोल्टेज के साथ 50 या 60 Hz पर एकल-फेज़ संचालन होते है। बड़े केंद्रीकृत एयर कंडीशनिंग प्रणाली के लिए एक अपवाद उपस्तिथ है क्योंकि ये अब अधिकांशतः तीन-चरण वाले होते है क्योंकि इससे उन्हें अधिक कुशलता से संचालित करने की अनुमति मिलती है। सभी विद्युत उपकरणों में एक वाटेज रेटिंग भी होती है, जो उपकरण द्वारा खपत की जाने वाली विद्युत की मात्रा को निर्दिष्ट करती है। किसी भी एक समय में, विद्युत प्रणाली पर लोड द्वारा खपत की गई शुद्ध ऊर्जा आपूर्ति द्वारा उत्पादित विद्युत की शुद्ध मात्रा के बराबर होती है, जो संचरण में खोई हुई ऊर्जा से कम होती है।[26][27]

यह सुनिश्चित करना कि लोड को आपूर्ति की जाने वाली वोल्टेज, आवृत्ति और विद्युत की मात्रा उम्मीदों के अनुरूप है, ऊर्जा प्रणाली अभियांत्रिकी की बड़ी चुनौतियों में से एक है। चूँकि यह एकमात्र चुनौती नहीं होती है, उपयोगी कार्य करने के लिए लोड द्वारा उपयोग की जाने वाली ऊर्जा के अतिरिक्त (जिसे वास्तविक ऊर्जा कहा जाता है) कई प्रत्यावर्ती धारा उपकरण भी अतिरिक्त मात्रा में विद्युत का उपयोग करते है क्योंकि वे प्रत्यावर्ती वोल्टेज और प्रत्यावर्ती धारा को थोड़ा बाहर कर देते है -ऑफ़-सिंक (प्रतिक्रियाशील ऊर्जा कहा जाता है)। वास्तविक ऊर्जा की तरह प्रतिक्रियाशील ऊर्जा को संतुलित होता है (अर्थात प्रणाली पर उत्पादित प्रतिक्रियाशील ऊर्जा प्रतिक्रियाशील ऊर्जा के बराबर होती है) और जनरेटर से आपूर्ति की जाती है, चूंकि संधारित्र से ऐसी ऊर्जा की आपूर्ति करना अधिकांशतः अधिक किफायती होता है।[28]

लोड के साथ अंतिम विचार विद्युत की गुणवत्ता के साथ करना होता है। निरंतर ओवरवॉल्टेज और अंडरवॉल्टेज (वोल्टेज विनियमन समस्याओं) के साथ-साथ प्रणाली आवृत्ति (आवृत्ति विनियमन समस्याओं) से निरंतर विचलन के अतिरिक्त, विद्युत प्रणाली भार अस्थायी समस्याओं की एक श्रृंखला से प्रतिकूल रूप से प्रभावित हो सकते है। इनमें वोल्टेज सैग, डिप्स और स्वेल्स, ट्रांसिएंट ओवरवॉल्टेज, झिलमिलाहट, हाई-आवृत्ति शोर, फेज असंतुलन और खराब ऊर्जा कारक सम्मलित है।[29] विद्युत की गुणवत्ता की समस्या तब होती है जब लोड को विद्युत की आपूर्ति आदर्श से विचलित हो जाती है। विशेषज्ञ औद्योगिक तन्त्र या अस्पताल उपकरण की बात आने पर विद्युत की गुणवत्ता की समस्या विशेष रूप से महत्वपूर्ण होती है।

सुचालक

कैलिफोर्निया में आंशिक रूप से अछूता मध्यम-वोल्टेज सुचालक

सुचालक जनरेटर से भार तक विद्युत ले जाते है। एक विद्युत ग्रिड में, सुचालकों को विद्युत ऊर्जा संचरण से संबंधित के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है, जो उच्च वोल्टेज (सामान्यतः 69 केवी से अधिक) पर बड़ी मात्रा में विद्युत उत्पन्न करता है, जो उत्पादन केंद्रों से लोड केंद्रों तक विद्युत वितरण करता है, जो छोटे को खिलाता है। लोड केंद्रों से आस-पास के घरों और उद्योगों तक कम वोल्टेज (सामान्यतः 69 केवी से कम) पर विद्युत की मात्रा है।[30]

सुचालकों की पसंद लागत, संचरण हानियों और धातु की अन्य वांछनीय विशेषताओं जैसे तन्यता ताकत जैसे विचारों पर आधारित है। ताँबा, अल्युमीनियम की तुलना में कम प्रतिरोधकता के साथ, अधिकांश विद्युत प्रणालियों के लिए पसंद का संवाहक था। चूंकि, एल्युमीनियम की समान वर्तमान वहन क्षमता के लिए कम लागत है और अब यह अधिकांशतः पसंद का संवाहक है। अतिरिक्त रेखा सुचालकों को स्टील या एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं के साथ प्रबलित किया जा सकता है।[31]

बाहरी विद्युत प्रणालियों में सुचालकों को उपरि या भूमिगत रखा जा सकता है। उपरि सुचालक सामान्यतः हवा से अछूता रहता है और चीनी मिट्टी के बरतन, कांच या बहुलक पृथक्रकरण पर समर्थित होता है। भूमिगत संचरण या बिल्डिंग वायरिंग के लिए उपयोग किए जाने वाले केबल्स क्रॉस-लिंक्ड पॉलीथीन या अन्य लचीले इन्सुलेशन के साथ पृथक्रकरण किए जाते है। सुचालक अधिकांशतः उन्हें अधिक लचीला बनाने और इसलिए स्थापित करने में आसान बनाने के लिए फंसे हुए है।[32]

सुचालकों को सामान्यतः अधिकतम धारा के लिए रेट किया जाता है जो वे परिवेशी परिस्थितियों में दिए गए तापमान वृद्धि पर ले जा सकते है। जैसे ही एक सुचालक के माध्यम से धारा का प्रवाह बढ़ता है, यह गर्म हो जाता है। अछूता सुचालकों के लिए, रेटिंग इन्सुलेशन द्वारा निर्धारित की जाती है।[33] खुले सुचालकों के लिए, रेटिंग उस बिंदु से निर्धारित होती है जिस पर सुचालकों की शिथिलता अस्वीकार्य हो जाती है।[34]

संधारित्र और प्रतिघातक

टेम्पलस्टोवे, विक्टोरिया सबस्टेशन, मेलबर्न, विक्टोरिया में एक तुल्यकालिक कंडेनसर स्थापना

एक विशिष्ट एसी ऊर्जा प्रणाली में अधिकांश भार आगमनात्मक होता है, धारा वोल्टेज से पिछड़ जाता है। चूंकि वोल्टेज और धारा आउट-ऑफ-फेज होता है, यह प्रतिक्रियाशील ऊर्जा के रूप में ज्ञात ऊर्जा के एक काल्पनिक रूप के उद्भव की ओर जाता है। प्रतिक्रियाशील ऊर्जा कोई औसत अंकित का काम नहीं करती है, लेकिन प्रतिक्रियाशील ऊर्जा स्रोत के बीच आगे और पीछे प्रसारित होती है और हर चक्र को लोड करती है। यह प्रतिक्रियाशील ऊर्जा स्वयं जनरेटर द्वारा प्रदान की जा सकती है, लेकिन संधारित्र के माध्यम से इसे प्रदान करना अधिकांशतः सस्ता होता है, इसलिए संधारित्र को अधिकांशतः विद्युत प्रणाली पर वर्तमान मांग को कम करने के लिए आगमनात्मक भार के पास रखा जाता है।

स्विचयार्ड प्रतिघातक प्रतिक्रियाशील ऊर्जा का उपभोग करता है और लंबी संचरण पंक्ति पर वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है। हल्की लोड स्थितियों में, जहां संचरण पंक्ति पर लोडिंग वृद्धि प्रतिबाधा लोड अधिक नीचे होता है, प्रतिघातकों में स्विच करके ऊर्जा प्रणाली की दक्षता में वास्तव में सुधार किया जा सकता है। ऊर्जा प्रणाली में श्रृंखला में स्थापित प्रतिघातक भी वर्तमान प्रवाह को सीमित करते है, इसलिए संधारित्र में स्विचिंग से जुड़े वर्तमान भीड़ को सीमित करने के लिए संधारित्र के साथ श्रृंखला में छोटे प्रतिघातक लगभग हमेशा स्थापित होते है। श्रृंखला प्रतिघातकों का उपयोग दोष धाराओं को सीमित करने के लिए भी किया जा सकता है।

संधारित्र और प्रतिघातकों को परिपथ ब्रेकरों द्वारा स्विच किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिक्रियाशील ऊर्जा में बड़े स्थिति पर परिवर्तन होता है। इसका एक समाधान तुल्यकालिक कंडेनसर, स्टैटिक वीएआर कम्पेसाटर और स्टेटकॉम के रूप में आता है। संक्षेप में, सिंक्रोनस कंडेनसर सिंक्रोनस मोटर होते है जो प्रतिक्रियाशील ऊर्जा उत्पन्न करने या अवशोषित करने के लिए स्वतंत्र रूप से स्पिन करते है।[35] स्थितििक वीएआर कम्पेसाटर परिपथ ब्रेकर के विपरीत थाइरिस्टर्स का उपयोग करके संधारित्र में स्विच करके काम करते है, जिससे संधारित्र को एक चक्र के भीतर स्विच-अंदर और स्विच-बाहर करने की अनुमति मिलती है। यह परिपथ-ब्रेकर-स्विच्ड संधारित्र की तुलना में कहीं अधिक परिष्कृत प्रतिक्रिया प्रदान करता है। स्थितििक सिंक्रोनस कम्पेसाटर केवल विद्युत के इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करके प्रतिक्रियाशील ऊर्जा समायोजन प्राप्त करके इसे एक कदम आगे ले जाते है।

ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक्स

यह बाहरी घरेलू एसी टू डीसी ऊर्जा एडॉप्टर ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करता है

ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक्स अर्धचालक आधारित उपकरण है जो कुछ सौ वाट से लेकर कई सौ मेगावाट तक की विद्युत की मात्रा को स्विच करने में सक्षम है। उनके अपेक्षाकृत सरल कार्य के अतिरिक्त, उनके संचालन की गति (सामान्यतः नैनोसेकंड के क्रम में[36]) का मतलब है कि वे कई तरह के ऐसे काम करने में सक्षम है जो पारंपरिक तकनीक के साथ कठिनाई या असंभव होता है। ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक्स का क्लासिक कार्य संशोधित होता है, या एसी-से-डीसी ऊर्जा का रूपांतरण होता है, इसलिए ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक्स लगभग हर डिजिटल उपकरण में पाए जाते है जो एसी स्रोत से आपूर्ति की जाती है या एडाप्टर के रूप में होती है जो दीवार में प्लग करती है (फोटो देखें)। एचवीडीसी नामक प्रणाली में लंबी दूरी के संचरण के लिए एसी ऊर्जा को डीसी ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए उच्च ऊर्जा वाले विद्युत इलेक्ट्रॉनिक्स का भी उपयोग किया जा सकता है। एचवीडीसी का उपयोग किया जाता है क्योंकि यह बहुत लंबी दूरी (सैकड़ों से हजारों किलोमीटर) के लिए इसी तरह के उच्च वोल्टेज एसी प्रणाली की तुलना में अधिक किफायती सिद्ध होता है। एचवीडीसी इंटरसंयोजित के लिए भी वांछनीय है क्योंकि यह आवृत्ति स्वतंत्रता की अनुमति देता है जिससे प्रणाली स्थिरता में सुधार होता है। ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक्स किसी भी विद्युत स्रोत के लिए भी आवश्यक है जो एक एसी आउटपुट का उत्पादन करने के लिए आवश्यक होता है, लेकिन इसकी प्रकृति डीसी आउटपुट का उत्पादन करती है। इसलिए उनका उपयोग फोटोवोल्टिक प्रतिष्ठानों द्वारा किया जाता है।

ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक्स अधिक विदेशी उपयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में भी सम्मलित है। वे सभी आधुनिक विद्युत् और हाइब्रिड वाहनों के केंद्र में है - जहां उनका उपयोग मोटर नियंत्रण और ब्रशलेस डीसी मोटर दोनों के हिस्से के रूप में किया जाता है। ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक्स व्यावहारिक रूप से सभी आधुनिक पेट्रोल चालित वाहनों में पाए जाते है, इसका कारण यह है कि कार की बैटरी द्वारा प्रदान की जाने वाली ऊर्जा कार के जीवन के लिए इग्निशन, एयर कंडीशनिंग, आंतरिक प्रकाश व्यवस्था, रेडियो और डैशबोर्ड डिस्प्ले प्रदान करने के लिए अपर्याप्त होते है। इसलिए गाड़ी चलाते समय बैटरियों को रिचार्ज किया जाता है—एक ऐसा कारनामा जो सामान्यतः ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करके पूरा किया जाता है।[37]

कुछ विद्युत् रेलवे प्रणाली भी डीसी ऊर्जा का उपयोग करते है और इस प्रकार लोकोमोटिव को ग्रिड ऊर्जा देने के लिए और अधिकांशतः लोकोमोटिव के मोटर की गति नियंत्रण के लिए ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करते है। बीसवीं शताब्दी के मध्य में, सुधारक लोकोमोटिव लोकप्रिय थे, डीसी मोटर द्वारा उपयोग के लिए रेलवे संजाल से एसी ऊर्जा को परिवर्तित करने के लिए ये ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करते थे।[38] आज अधिकांश विद्युत् लोकोमोटिव एसी ऊर्जा के साथ आपूर्ति की जाती है और एसी मोटरों का उपयोग करते है, लेकिन फिर भी उपयुक्त मोटर नियंत्रण प्रदान करने के लिए ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग करते है। सुधार के अतिरिक्त, मोटर नियंत्रण और प्रारंभिक परिपथ के साथ सहायता के लिए ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग औद्योगिक तन्त्र की एक विस्तृत श्रृंखला में प्रदर्शित होने वाले ऊर्जा इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए जिम्मेदार होता है।

सुरक्षात्मक उपकरण

Main article: पावर प्रणाली सुरक्षा
एक वितरण फीडर की सुरक्षा के लिए सामान्यतः एक सबस्टेशन पर स्थापित एक बहुक्रिया डिजिटल सुरक्षात्मक रिले

विफलताओं के दौरान चोट या क्षति को रोकने के लिए ऊर्जा प्रणाली में सुरक्षात्मक उपकरण होते है। सर्वोत्कृष्ट सुरक्षात्मक उपकरण फ्यूज होता है। जब फ्यूज के माध्यम से धारा एक निश्चित सीमा से अधिक हो जाता है, तो फ्यूज तत्व पिघल जाता है, परिणामी अंतराल में एक चाप का निर्माण होता है जो कभी बुझ जाता है, जिससे परिपथ बाधित हो जाता है। यह देखते हुए कि फ्यूज को प्रणाली के कमजोर बिंदु के रूप में बनाया जा सकता है, फ्यूज परिपथ को क्षति से बचाने के लिए आदर्श होता है। फ्यूज में चूंकि दो समस्याएँ होती है: पहली, उनके काम करने के बाद, फ्यूज को बदलना होता है क्योंकि उन्हें रीसेट नहीं किया जा सकता है। यह असुविधाजनक सिद्ध हो सकता है यदि फ्यूज किसी दूरस्थ स्थान पर है या अतिरिक्त फ्यूज हाथ में नहीं होता है। और दूसरा, फ्यूज सामान्यतः अधिकांश विद्युत प्रणालियों में एकमात्र सुरक्षा उपकरण के रूप में अपर्याप्त होते है क्योंकि वे वर्तमान प्रवाह को अच्छी तरह से अधिक होने देते है जो मानव या जानवर के लिए घातक सिद्ध होते है।

परिपथ वियोजक के उपयोग से पहली समस्या का समाधान किया जाता है - ऐसे उपकरण जिन्हें वर्तमान प्रवाह को तोड़ने के बाद रीसेट किया जा सकता है। आधुनिक प्रणालियों में जो लगभग 10 kW से कम का उपयोग करते है, सामान्यतः लघु परिपथ ब्रेकर का उपयोग किया जाता है। ये उपकरण उस तंत्र को जोड़ते है जो यात्रा प्रारंभ करता है (अतिरिक्त वर्तमान को महसूस करके) साथ ही तंत्र जो एक इकाई में वर्तमान प्रवाह को तोड़ता है। कुछ मिनिएचर परिपथ ब्रेकर पूरी तरह से इलेक्ट्रोमैग्नेटिज्म के आधार पर काम करते है। इन लघु परिपथ ब्रेकरों में, धारा एक सोलेनोइड के माध्यम से चलाया जाता है, और, अतिरिक्त धारा प्रवाह की स्थिति में, सोलनॉइड का चुंबकीय खिंचाव परिपथ ब्रेकर के संपर्कों को खोलने के लिए पर्याप्त होता है।

उच्च ऊर्जा वाले अनुप्रयोगों में, सुरक्षात्मक रिले जो एक गलती का पता लगाते है और यात्रा प्रारंभ करते है, परिपथ ब्रेकर से अलग होते है। प्रारंभिक रिले विद्युत चुम्बकीय सिद्धांतों के आधार पर काम करते है जो पिछले उल्लेख में उल्लिखित है, डिजिटल सुरक्षात्मक रिले अनुप्रयोग-विशिष्ट कंप्यूटर है जो यह निर्धारित करते है कि ऊर्जा प्रणाली से रीडिंग के आधार पर ट्रिप करना है या नहीं करना है। अलग-अलग रिले अलग-अलग ऊर्जा प्रणाली सुरक्षा के आधार पर ट्रिप प्रारंभ करते है। उदाहरण के लिए, एक ओवरकुरेंट रिले एक यात्रा प्रारंभ कर सकता है यदि किसी चरण पर वर्तमान एक निश्चित सीमा से अधिक होता है, जबकि विभेदक रिले का एक सेट यात्रा प्रारंभ करता है उनके बीच धाराओं का योग इंगित करता है जिससे कि पृथ्वी पर वर्तमान रिसाव हो सकता है। उच्च ऊर्जा वाले अनुप्रयोगों में परिपथ ब्रेकर भी भिन्न होते है। सामान्यतः हवा चाप को बुझाने के लिए पर्याप्त नहीं होती है, जो तब बनती है जब संपर्क खुले होते है इसलिए कई तरह की तकनीकों का उपयोग किया जाता है। सबसे लोकप्रिय तकनीकों में से एक यह है कि चेंबर को सल्फर हेक्साफ्लोराइड (SF6)—एक गैर-विषाक्त गैस जिसमें ध्वनि चाप-शमन गुण होते है।[39]

दूसरी समस्या, अधिकांश विद्युत प्रणालियों में एकमात्र सुरक्षा उपकरण के रूप में कार्य करने के लिए फ्यूज की अपर्याप्तता, संभवतः अवशिष्ट-वर्तमान उपकरणों (आरसीडी) के उपयोग से सबसे अच्छी तरह से हल हो जाती है। किसी भी ठीक से काम कर रहे विद्युत उपकरण में, सक्रिय पंक्ति पर उपकरण में बहने वाली धारा को तटस्थ रेखा पर उपकरण से बहने वाली धारा के बराबर होती है। एक अवशिष्ट वर्तमान उपकरण सक्रिय और तटस्थ पंक्ति की निगरानी करके काम करता है और यदि यह अंतर देखता है तो सक्रिय पंक्ति को ट्रिप कर देता है।[40] अवशिष्ट वर्तमान उपकरणों को प्रत्येक चरण के लिए एक अलग तटस्थ रेखा की आवश्यकता होती है और नुकसान होने से पहले एक समय सीमा के भीतर यात्रा करने में सक्षम होती है। यह सामान्यतः अधिकांश आवासीय अनुप्रयोगों में कोई समस्या नहीं होती है जहां मानक वायरिंग प्रत्येक उपकरण के लिए एक सक्रिय और तटस्थ रेखा प्रदान करती है और वोल्टेज अपेक्षाकृत कम होते है चूंकि ये समस्या आरसीडी की प्रभावशीलता को सीमित करती है। आरसीडी की स्थापना के साथ भी, विद्युत का संपर्क अभी भी घातक सिद्ध हो सकता है।

एससीएडीए प्रणाली

बड़े विद्युत् ऊर्जा प्रणाली् में, एससीएडीए का उपयोग जनरेटर पर स्विच करने, जनरेटर आउटपुट को नियंत्रित करने और रखरखाव के लिए प्रणाली तत्वों को स्विच अंदर या बाहर करने जैसे कार्यों के लिए किया जाता है। लागू की गई पहली पर्यवेक्षी नियंत्रण प्रणाली में नियंत्रित संयंत्र के पास एक केंद्रीय सांत्वना पर दीपक और स्विच का एक पैनल सम्मलित था। दीपक ने संयंत्र की स्थिति पर प्रतिक्रिया प्रदान की और स्विच ने संयंत्र को किए जाने वाले समायोजन की अनुमति दी थी। आज, एससीएडीए प्रणालियाँ बहुत अधिक परिष्कृत है और संचार प्रणालियों में प्रगति के कारण, संयंत्र को नियंत्रित करने वाले सांत्वना को अब संयंत्र के पास ही होने की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अतिरिक्त, डेस्कटॉप कंप्यूटर के समान उपकरणों के साथ नियंत्रित करना अब समान बात है। कंप्यूटर के माध्यम से ऐसे संयंत्रों को नियंत्रित करने की क्षमता ने सुरक्षा की आवश्यकता को बढ़ा दिया है - ऐसी प्रणालियों पर पहले से ही साइबर हमलों की खबरें आ रही है, जिससे विद्युत प्रणालियों में महत्वपूर्ण व्यवधान उत्पन्न हो रहे है।[41]

अभ्यास में ऊर्जा प्रणाली

उनके सामान्य घटकों के अतिरिक्त, ऊर्जा प्रणाली उनके डिजाइन और वे कैसे काम करते है, दोनों के संबंध में व्यापक रूप से भिन्न होते है। यह खंड कुछ सामान्य विद्युत प्रणालियों के प्रकारों का परिचय देता है और संक्षेप में उनके संचालन की व्याख्या करता है।

आवासीय विद्युत व्यवस्था

आवासीय आवास लगभग हमेशा कम वोल्टेज वितरण पंक्ति या केबलों से आपूर्ति लेते है जो आवास के पीछे चलते है। ये राष्ट्रीय मानकों के आधार पर 110 और 260 वोल्ट (फेज़-टू-अर्थ) के बीच के वोल्टेज पर काम करते है। कुछ दशक पहले छोटे आवासों को समर्पित दो-कोर सर्विस केबल (सक्रिय चरण के लिए एक कोर और तटस्थ वापसी के लिए एक कोर) का उपयोग करके एकल चरण में खिलाया जाता था। सक्रिय पंक्ति तब वितरण बोर्ड में एक मुख्य आइसोलेटिंग स्विच के माध्यम से चलाई जाती है और फिर घर के अंदर प्रकाश व्यवस्था और उपकरणों को खिलाने के लिए एक या एक से अधिक परिपथ में विभाजित हो जाती है। परिपाटी के अनुसार, प्रकाश व्यवस्था और उपकरण परिपथ को अलग रखा जाता है जिससे कि किसी उपकरण की विफलता आवास के रहने वालों को अंधेरे में नहीं छोड़ती है। उस परिपथ के लिए उपयोग किए जाने वाले तार के आकार के आधार पर सभी परिपथों को उपयुक्त फ्यूज के साथ जोड़ा जाता है। परिपथ में एक सक्रिय और तटस्थ दोनों तार होते है, जिसमें लाइटिंग और ऊर्जा सॉकेट दोनों समानांतर में जुड़े होते है। सॉकेट्स को एक सुरक्षात्मक अर्थ भी प्रदान किया जाता है। यह किसी भी धातु के आवरण से जुड़ने के लिए उपकरणों के लिए उपलब्ध कराया जाता है। यदि यह आवरण सजीव हो जाता है, तो सिद्धांत यह है कि पृथ्वी से समपर्क एक आरसीडी या फ्यूज को ट्रिप करने का कारण बनता है - इस प्रकार उपकरण को संभालने वाले एक निवासी के इलेक्ट्रोक्यूशन को रोकता है। अर्थिंग प्रणाली क्षेत्रों के बीच भिन्न होते है, लेकिन यूनाइटेड किंगडम और ऑस्ट्रेलिया जैसे देशों में मुख्य आइसोलेटिंग स्विच से पहले फ्यूज बॉक्स के पास सुरक्षात्मक अर्थ और तटस्थ पंक्ति दोनों को एक साथ अर्थिंग किया जाता है और तटस्थ अर्थिंग एक बार फिर से वितरण परिवर्तक पर वापस आ जाता है।[42]

आवासीय वायरिंग के अभ्यास में पिछले कुछ वर्षों में कई छोटे बदलाव हुए है। विकसित देशों में आधुनिक आवासीय विद्युत प्रणालियों के कुछ सबसे महत्वपूर्ण विधियाँ पुराने लोगों से भिन्न होते है:

  • सुविधा के लिए, लघु परिपथ ब्रेकर अब फ्यूज बॉक्स में फ्यूज के अतिरिक्त लगभग हमेशा उपयोग किए जाते है क्योंकि इन्हें आसानी से रहने वालों द्वारा रीसेट किया जाता है और यदि थर्मोमैग्नेटिक प्रकार के होते है, तो कुछ प्रकार के दोषों पर अधिक तेज़ी से प्रतिक्रिया कर सकते है।
  • सुरक्षा कारणों से, अवशिष्ट-वर्तमान उपकरण अब अधिकांशतः उपकरण परिपथ पर और, तेजी से, प्रकाश परिपथ पर भी स्थापित होते है।
  • जबकि अतीत के आवासीय एयर कंडीशनरों को एकल चरण से जुड़े एक समर्पित परिपथ से खिलाया जाता है, बड़े केंद्रीकृत एयर कंडीशनर जिन्हें तीन चरण की ऊर्जा की आवश्यकता होती है, अब कुछ देशों में समान हो रहे है।
  • धात्विक दीपक होल्डरों को अर्थिंग करने की अनुमति देने के लिए सुरक्षात्मक अर्थ अब प्रकाश परिपथ के साथ चलाए जाते है।
  • तेजी से आवासीय विद्युत प्रणालियां सूक्ष्म पीढ़ी, सबसे विशेष रूप से, फोटोवोल्टिक कोशिकाओं को सम्मलित कर रही है।

वाणिज्यिक विद्युत व्यवस्था

वाणिज्यिक विद्युत व्यवस्था जैसे शॉपिंग सेंटर या ऊंची इमारतें आवासीय प्रणालियों की तुलना में बड़े स्थिति पर होते है। बड़े वाणिज्यिक प्रणालियों के लिए विद्युत डिजाइन सामान्यतः लोड प्रवाह, शॉर्ट-परिपथ गलती के स्थिति और वोल्टेज ड्रॉप के लिए अध्ययन किया जाता है। अध्ययन का उद्देश्य उचित उपकरण और सुचालक के आकार को सुनिश्चित करना होता है और सुरक्षात्मक उपकरणों का समन्वय करना होता है जिससे कि जब कोई खराबी दूर हो जाती है तो कम से कम व्यवधान उत्पन्न होता है। बड़े व्यावसायिक प्रतिष्ठानों में उप-पैनलों की एक व्यवस्थित प्रणाली होती है, जो बेहतर प्रणाली सुरक्षा और अधिक कुशल विद्युत स्थापना की अनुमति देने के लिए मुख्य वितरण बोर्ड से अलग होती है।

सामान्यतः गर्म जलवायु में एक वाणिज्यिक विद्युत व्यवस्था से जुड़े सबसे बड़े उपकरणों में से एक एचवीएसी इकाई होती है, जो यह सुनिश्चित करती है कि इस इकाई की पर्याप्त आपूर्ति की जाती है, वाणिज्यिक विद्युत प्रणालियों में एक महत्वपूर्ण विचार होते है। व्यावसायिक प्रतिष्ठानों के लिए विनियम व्यावसायिक प्रणालियों पर अन्य आवश्यकताएं रखी जाती है जो आवासीय प्रणालियों पर नहीं रखी जाती है। उदाहरण के लिए, ऑस्ट्रेलिया में, वाणिज्यिक प्रणालियों को AS 2293, आपातकालीन प्रकाश व्यवस्था के मानक का पालन करता है, जिसके लिए मुख्य आपूर्ति के नुकसान की स्थिति में कम से कम 90 मिनट के लिए आपातकालीन प्रकाश व्यवस्था बनाए रखना आवश्यक होता है।[43] संयुक्त राज्य अमेरिका में, राष्ट्रीय विद्युत कोड के लिए आवश्यक है कि कम से कम एक 20A साइन आउटलेट के साथ व्यावसायिक प्रणाली बनाया जाए जिससे कि बाहरी साइनेज को रोशन किया जा सके।[44] बिल्डिंग कोड विनियम आपातकालीन प्रकाश व्यवस्था, निकासी, आपातकालीन ऊर्जा, धूम्रपान नियंत्रण और सुरक्षा के लिए विद्युत प्रणाली पर विशेष आवश्यकताएं रख सकते है।

ऊर्जा प्रणाली प्रबंधन

ऊर्जा प्रणाली प्रबंधन ऊर्जा प्रणाली के आधार पर भिन्न होता है। आवासीय ऊर्जा प्रणाली और यहां तक ​​​​कि ऑटोमोटिव विद्युत प्रणाली भी अधिकांशतः असफल होते है। विद्युत व्यवस्था उपलब्धता सुनिश्चित करने के लिए अतिरेक का उपयोग करती है। बोइंग 747|बोइंग 747-400 पर चार इंजनों में से कोई भी ऊर्जा प्रदान कर सकता है और परिपथ ब्रेकरों को प्रीफ्लाइट जांच सूची के भाग के रूप में जाँचा जाता है। ऊर्जा-अप एक ट्रिप्ड परिपथ ब्रेकर एक खराबी का संकेत देता है।[45] बड़ी विद्युत प्रणालियों को सक्रिय प्रबंधन की आवश्यकता होती है। औद्योगिक संयंत्रों या खनन स्थलों में गलती प्रबंधन, वृद्धि और रखरखाव के लिए एक समूह जिम्मेदार हो सकता है। जहां तक ​​ विद्युत ग्रिड का सवाल है, प्रबंधन को कई विशिष्ट समूहों में बांटा गया है।

दोष प्रबंधन

दोष प्रबंधन में विद्युत व्यवस्था के व्यवहार की निगरानी करना सम्मलित होता है जिससे कि प्रणाली की विश्वसनीयता को प्रभावित करने वाले समस्याओं की पहचान और सुधार किया जाता है।[46] दोष प्रबंधन विशिष्ट और प्रतिक्रियाशील हो सकता है: उदाहरण के लिए, एक तूफान के दौरान नीचे लाए गए सुचालक को रोकने के लिए एक समूह भेजना या, वैकल्पिक रूप से, प्रणालीगत सुधारों पर ध्यान केंद्रित कर सकते है: जैसे कि प्रणाली के उन हिस्सों पर रिक्लोसर की स्थापना की गई जो अधिकांशतः अस्थायी व्यवधानों के अधीन होते है (जैसा कि वनस्पति, विद्युत या वन्य जीवन के कारण हो सकता है)।[47]

रखरखाव और वृद्धि

दोष प्रबंधन के अतिरिक्त, विद्युत प्रणालियों को रखरखाव या वृद्धि की आवश्यकता हो सकती है। चूंकि इस कार्य के दौरान प्रणाली के बड़े हिस्से का होना अधिकांशतः न तो किफायती होता है और न ही व्यावहारिक होता है, ऊर्जा प्रणाली कई स्विच के साथ बनाए जाते है। ये स्विच प्रणाली के उस हिस्से को अलग करने की अनुमति देते है जिस पर काम किया जा रहा होता है। उच्च वोल्टेज पर, नोट के दो स्विच होते है: आइसोलेटर स्विच और परिपथ ब्रेकर। परिपथ ब्रेकर लोड-ब्रेकिंग स्विच है जहां लोड के अनुसार संचालन आइसोलेटर्स अस्वीकार्य और खतरनाक चापिंग का कारण बनता है। एक विशिष्ट नियोजित आउटेज में, कई परिपथ ब्रेकरों को ट्रिप किया जाता है जिससे कि आइसोलेटर्स को स्विच करने की अनुमति दी जाती है, इससे पहले कि परिपथ तोड़ने वाले को फिर से बंद कर दिया जाता है जिससे कि अलग-अलग क्षेत्र के आसपास ऊर्जा को फिर से चलाया जा सके। यह पृथक क्षेत्र पर काम पूरा करने की अनुमति देता है।[48]

आवृत्ति और वोल्टेज प्रबंधन

गलती प्रबंधन और रखरखाव से परे विद्युत प्रणालियों में मुख्य कठिनाइयों में से एक यह है कि सक्रिय विद्युत की खपत के साथ-साथ नुकसान भी उत्पादित सक्रिय ऊर्जा के बराबर होता है। यदि लोड कम हो जाता है जबकि उत्पादन इनपुट स्थिर रहता है तो सिंक्रोनस जेनरेटर तेजी से घूमता है और प्रणाली आवृत्ति को बढ़ाता है। लोड बढ़ने पर इसका उल्टा होता है। इस तरह प्रणाली आवृत्ति को मुख्य रूप से चालू और बंद करके सक्रिय रूप से प्रबंधित किया जाता है। यह सुनिश्चित करना कि आवृत्ति स्थिर है, सामान्यतः एक संचरण प्रणाली प्रचालक का कार्य होता है।[49] आवृत्ति बनाए रखने के अतिरिक्त, प्रणाली प्रचालक को यह सुनिश्चित करते हुए व्यस्त रखा जा सकता है:

  1. प्रणाली पर उपकरण या ग्राहकों को आवश्यक वोल्टेज के साथ आपूर्ति की जाती है
  2. प्रतिक्रियाशील विद्युत संचरण को कम किया जाता है
  3. समूहों को भेजा जाता है और किसी भी तरह की गड़बड़ी को दूर करने के लिए प्रणाली को स्विच किया जाता है
  4. प्रणाली को काम करने की अनुमति देने के लिए रिमोट स्विचिंग की जाती है[50]

टिप्पणियाँ

  1. ↑ Simply referred to in the literature as R. Kennedy[7]

यह भी देखें

संदर्भ

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  50. ↑ Template:उद्धरण रिपोर्ट


बाहरी संबंध

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