वोल्टेज अधिनियम

This article is about general aspects of voltage control. For an ancillary service, see Voltage control and reactive power management.

विद्युत अभियन्त्रण में, विशेष रूप से पॉवर इंजीनियरिंग में, वोल्टेज विनियमन एक घटक, जैसे संचरण लाइन या वितरण लाइन के भेजने और प्राप्त करने वाले छोर के बीच वोल्टेज परिमाण में परिवर्तन का एक माप है। वोल्टेज विनियमन विद्युत भार स्थितियों की एक विस्तृत श्रृंखला पर निरंतर वोल्टेज प्रदान करने की प्रणाली की क्षमता का वर्णन करता है। यह शब्द एक निष्क्रिय संपत्ति को संदर्भित कर सकता है जिसके परिणामस्वरूप विभिन्न लोड स्थितियों के तहत अधिक या कम वोल्टेज ड्रॉप होता है, या वोल्टेज को समायोजित करने के विशिष्ट उद्देश्य के लिए उपकरणों के साथ सक्रिय हस्तक्षेप होता है।

विद्युत ऊर्जा प्रणालियाँ

विद्युत ऊर्जा प्रणालियों में, वोल्टेज विनियमन एक आयामहीन मात्रा है जिसे ट्रांसमिशन लाइन के प्राप्त अंत में इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

${\text{Percent }}VR={\frac {|V_{nl}|-|V_{fl}|}{|V_{fl}|}}\times 100$

कहाँ वी_nlबिना लोड और V पर वोल्टेज है_flपूर्ण भार पर वोल्टेज है। एक आदर्श ट्रांसमिशन लाइन का प्रतिशत वोल्टेज विनियमन, जैसा कि शून्य विद्युत प्रतिरोध और संचालन और विद्युत प्रतिक्रिया के साथ ट्रांसमिशन लाइन द्वारा परिभाषित किया गया है, वी के कारण शून्य के बराबर होगा_nlवी के बराबर_flलाइन में कोई वोल्टेज ड्रॉप न होने के परिणामस्वरूप। यही कारण है कि वोल्टेज विनियमन का छोटा मान आमतौर पर फायदेमंद होता है, जो दर्शाता है कि रेखा आदर्श के करीब है।

वोल्टेज विनियमन सूत्र को निम्नलिखित के साथ देखा जा सकता है: एक लोड पर वितरित की जाने वाली बिजली पर विचार करें जैसे कि लोड पर वोल्टेज लोड का रेटेड वोल्टेज V है_Rated, यदि तब लोड गायब हो जाता है, तो लोड के बिंदु पर वोल्टेज V तक बढ़ जाएगा_nl.

Voltage regulation in transmission lines occurs due to the impedance of the line between its sending and receiving ends. Transmission lines intrinsically have some amount of resistance, inductance, and capacitance that all change the voltage continuously along the line. Both the magnitude and phase angle of voltage change along a real transmission line. The effects of line impedance can be modeled with simplified circuits such as the short line approximation (least accurate), the medium line approximation (more accurate), and the long line approximation (most accurate).

छोटी रेखा सन्निकटन। यहां रेखा प्रतिबाधा Z = R + jωL है।

छोटी लाइन सन्निकटन ट्रांसमिशन लाइन की धारिता को नजरअंदाज करता है और ट्रांसमिशन लाइन के प्रतिरोध और प्रतिक्रिया को एक साधारण श्रृंखला अवरोधक और प्रारंभ करनेवाला के रूप में मॉडल करता है। इस संयोजन में प्रतिबाधा R + jωL या R + jX है। एक एकल लाइन धारा I = I है_S = मैं_R छोटी रेखा सन्निकटन में, मध्यम और लंबी रेखा से भिन्न। मध्यम लंबाई की लाइन सन्निकटन लाइन के भेजने और प्राप्त करने वाले छोर पर आधे प्रवेश को वितरित करके शंट (इलेक्ट्रिकल) प्रवेश, आमतौर पर शुद्ध कैपेसिटेंस को ध्यान में रखता है। इस कॉन्फ़िगरेशन को अक्सर नाममात्र - π के रूप में जाना जाता है। लंबी लाइन सन्निकटन इन गांठदार प्रतिबाधा और प्रवेश मूल्यों को लेता है और उन्हें लाइन की लंबाई के साथ समान रूप से वितरित करता है। इसलिए लंबी रेखा सन्निकटन के लिए अंतर समीकरणों को हल करने की आवश्यकता होती है और परिणाम उच्चतम स्तर की सटीकता में आते हैं।

वोल्टेज विनियमन सूत्र में, वी_{no load} जब प्राप्तकर्ता अंत एक खुला सर्किट होता है तो प्राप्तकर्ता अंत टर्मिनलों पर मापा जाने वाला वोल्टेज होता है। संपूर्ण शॉर्ट लाइन मॉडल इस स्थिति में एक खुला सर्किट है, और खुले सर्किट में कोई करंट प्रवाहित नहीं होता है, इसलिए I = 0 A और ओम के नियम V द्वारा दी गई लाइन पर वोल्टेज ड्रॉप होता है_{line drop} = से_line 0 V है। भेजने और प्राप्त करने वाले अंतिम वोल्टेज इस प्रकार समान हैं। यह मान वह है जो प्राप्तकर्ता छोर पर वोल्टेज होगा यदि ट्रांसमिशन लाइन में कोई प्रतिबाधा नहीं है। वोल्टेज को लाइन द्वारा बिल्कुल भी नहीं बदला जाएगा, जो विद्युत पारेषण में एक आदर्श परिदृश्य है।

वी_{full load} जब लोड जुड़ा होता है और ट्रांसमिशन लाइन में करंट प्रवाहित होता है तो प्राप्त छोर पर लोड पर वोल्टेज होता है। अब वी_{line drop} = से_line गैर-शून्य है, इसलिए वोल्टेज और ट्रांसमिशन लाइन के भेजने और प्राप्त करने वाले सिरे समान नहीं हैं। वर्तमान I को एक संयुक्त रेखा और लोड प्रतिबाधा का उपयोग करके ओम के नियम को हल करके पाया जा सकता है: ${\textstyle I={\frac {V_{S}}{Z_{line}+Z_{load}}}}$. फिर वी_{R, full load} द्वारा दिया गया है ${\textstyle V_{S}-{\frac {V_{S}Z_{line}}{Z_{line}+Z_{load}}}}$.

वोल्टेज परिमाण और चरण कोण पर इस मॉड्यूलेशन के प्रभाव को वी मैप करने वाले चरण आरेखों का उपयोग करके चित्रित किया गया है_R, में_S, और वी के प्रतिरोधक और आगमनात्मक घटक_{line drop}. तीन पावर फैक्टर परिदृश्य दिखाए गए हैं, जहां (ए) लाइन एक प्रेरक भार प्रदान करती है, इसलिए वर्तमान अंतिम वोल्टेज प्राप्त करने में देरी होती है, (बी) लाइन पूरी तरह से वास्तविक भार प्रदान करती है, इसलिए वर्तमान और प्राप्त अंतिम वोल्टेज चरण में होते हैं, और (सी) लाइन एक कैपेसिटिव लोड परोसती है इसलिए करंट अंतिम वोल्टेज प्राप्त करता है। सभी मामलों में लाइन प्रतिरोध आर वोल्टेज ड्रॉप का कारण बनता है जो वर्तमान के साथ चरण में होता है, और लाइन एक्स की प्रतिक्रिया वोल्टेज ड्रॉप का कारण बनती है जो वर्तमान को 90 डिग्री तक ले जाती है। इन क्रमिक वोल्टेज बूंदों को वी से पीछे की ओर ट्रेस करते हुए, प्राप्त अंतिम वोल्टेज में जोड़ा जाता है_R अक्षर बी_S छोटी लाइन सन्निकटन सर्किट में. V का सदिश योग_R और वोल्टेज ड्रॉप V के बराबर है_S, और आरेखों में यह स्पष्ट है कि वी_S V के बराबर नहीं है_R परिमाण या चरण कोण में.

लैगिंग, इन-फ़ेज़ और लीडिंग लोड को सर्व करने वाली एक छोटी ट्रांसमिशन लाइन के लिए वोल्टेज चरण आरेख।

आरेख दर्शाते हैं कि लाइन में धारा का चरण कोण वोल्टेज विनियमन को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है। (ए) में लैगिंग करंट भेजने वाले अंतिम वोल्टेज के आवश्यक परिमाण को प्राप्तकर्ता सिरे के सापेक्ष काफी बड़ा बना देता है। हालाँकि, भेजने और प्राप्त करने वाले सिरे के बीच चरण कोण का अंतर कम हो गया है। (सी) में अग्रणी धारा वास्तव में भेजने वाले अंत वोल्टेज परिमाण को प्राप्त करने वाले अंत परिमाण से छोटा होने की अनुमति देती है, इसलिए लाइन के साथ वोल्टेज प्रति-सहज रूप से बढ़ता है। (बी) में इन-फेज करंट भेजने और प्राप्त करने वाले सिरों के बीच वोल्टेज के परिमाण को बहुत कम प्रभावित करता है, लेकिन चरण कोण काफी हद तक बदल जाता है।

वास्तविक ट्रांसमिशन लाइनें आम तौर पर आगमनात्मक भार प्रदान करती हैं, जो कि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स और मशीनों में हर जगह मौजूद मोटर हैं। बड़ी मात्रा में प्रतिक्रियाशील शक्ति Q को आगमनात्मक भार में स्थानांतरित करने से लाइन करंट लैग वोल्टेज बन जाता है, और वोल्टेज विनियमन को वोल्टेज परिमाण में कमी की विशेषता होती है। वास्तविक शक्ति P की एक बड़ी मात्रा को वास्तविक भार में स्थानांतरित करने में, धारा अधिकतर वोल्टेज के साथ चरण में होती है। इस परिदृश्य में वोल्टेज विनियमन परिमाण के बजाय चरण कोण में कमी की विशेषता है।

कभी-कभी, वोल्टेज विनियमन शब्द का उपयोग उन प्रक्रियाओं का वर्णन करने के लिए किया जाता है जिनके द्वारा मात्रा वीआर कम हो जाती है, विशेष रूप से इस उद्देश्य के लिए विशेष सर्किट और उपकरणों के संबंध में (नीचे देखें)।

इलेक्ट्रॉनिक बिजली आपूर्ति पैरामीटर

किसी सिस्टम के वोल्टेज विनियमन की गुणवत्ता तीन मुख्य मापदंडों द्वारा वर्णित है:

Parameter	Symbol	Description
Line regulation	Sv	Measure of the ability to maintain a constant output voltage, regardless of changes to the input voltage
Load regulation	Ro	Measure of the ability to maintain a constant output voltage, regardless of the size of the system's load
Temperature dependence	ST	Measure of the ability to maintain a constant output voltage, regardless of variations in temperature of electrical components within the system, especially semiconductor based devices.

वितरण फीडर विनियमन

Main article: Voltage control and reactive power management

विद्युत उपयोगिता का उद्देश्य ग्राहकों को एक विशिष्ट वोल्टेज स्तर पर सेवा प्रदान करना है, उदाहरण के लिए, 220 वी या 240 वी। हालांकि, किरचॉफ के सर्किट कानूनों के कारण|किरचॉफ के नियम, वोल्टेज परिमाण और इस प्रकार ग्राहकों को सेवा वोल्टेज वास्तव में भिन्न होगा एक कंडक्टर की लंबाई जैसे वितरण फीडर (इलेक्ट्रिक पावर वितरण देखें)। कानून और स्थानीय अभ्यास के आधार पर, सहिष्णुता बैंड जैसे ±5% या ±10% के भीतर वास्तविक सेवा वोल्टेज को स्वीकार्य माना जा सकता है। बदलती लोड स्थितियों के तहत सहनशीलता के भीतर वोल्टेज बनाए रखने के लिए, विभिन्न प्रकार के उपकरणों को पारंपरिक रूप से नियोजित किया जाता है:

• सबस्टेशन ट्रांसफार्मर पर एक टैप परिवर्तक (एलटीसी), जो लोड करंट की प्रतिक्रिया में टर्न अनुपात को बदलता है और इस तरह फीडर के भेजने वाले छोर पर आपूर्ति किए गए वोल्टेज को समायोजित करता है;
• वोल्टेज नियामक, जो अनिवार्य रूप से फीडर के साथ वोल्टेज को समायोजित करने के लिए नल परिवर्तक वाले ट्रांसफार्मर होते हैं, ताकि दूरी पर वोल्टेज ड्रॉप की भरपाई की जा सके; और
• संधारित्र , जो प्रतिक्रियाशील शक्ति का उपभोग करने वाले लोड में वर्तमान प्रवाह को कम करके फीडर के साथ वोल्टेज ड्रॉप को कम करते हैं।

ठोस अवस्था (इलेक्ट्रॉनिक्स) |सॉलिड-स्टेट तकनीक पर आधारित वोल्टेज विनियमन के लिए उपकरणों की एक नई पीढ़ी प्रारंभिक व्यावसायीकरण चरण में है। वितरण विनियमन में एक विनियमन बिंदु शामिल होता है: वह बिंदु जिस पर उपकरण निरंतर वोल्टेज बनाए रखने का प्रयास करता है। इस बिंदु से आगे के ग्राहक एक अपेक्षित प्रभाव देखते हैं: हल्के भार पर उच्च वोल्टेज, और उच्च भार पर कम वोल्टेज। इस बिंदु के करीब के ग्राहक विपरीत प्रभाव का अनुभव करते हैं: उच्च भार पर उच्च वोल्टेज, और हल्के भार पर कम वोल्टेज।

वितरित पीढ़ी के कारण जटिलताएँ

वितरित उत्पादन, विशेष रूप से वितरण स्तर पर जुड़े फोटोवोल्टिक्स, वोल्टेज विनियमन के लिए कई महत्वपूर्ण चुनौतियाँ प्रस्तुत करते हैं।

बिना डीजी वाले वितरण फीडर पर अपेक्षित विशिष्ट वोल्टेज प्रोफ़ाइल। यह वोल्टेज प्रोफाइल बिना किसी डीजी वाले फीडरों के माध्यम से प्रवाहित धारा के परिणामस्वरूप होता है जो सबस्टेशन से दूरी के साथ घटता है।

पारंपरिक वोल्टेज विनियमन उपकरण इस धारणा के तहत काम करता है कि विद्युत ऊर्जा वितरण के साथ दूरी के साथ लाइन वोल्टेज अनुमानित रूप से बदलता है। विशेष रूप से, लाइन प्रतिबाधा के कारण सबस्टेशन से बढ़ती दूरी के साथ फीडर वोल्टेज गिरता है और विद्युत सबस्टेशन से दूर वोल्टेज ड्रॉप की दर कम हो जाती है। हालाँकि, जब डीजी मौजूद हों तो यह धारणा कायम नहीं रह सकती। उदाहरण के लिए, अंत में डीजी की उच्च सांद्रता वाला एक लंबा फीडर उन बिंदुओं पर महत्वपूर्ण वर्तमान इंजेक्शन का अनुभव करेगा जहां वोल्टेज सामान्य रूप से सबसे कम है। यदि विद्युत भार पर्याप्त रूप से कम है, तो धारा विपरीत दिशा में (अर्थात सबस्टेशन की ओर) प्रवाहित होगी, जिसके परिणामस्वरूप एक वोल्टेज प्रोफ़ाइल बनेगी जो सबस्टेशन से दूरी के साथ बढ़ती है। यह उलटा वोल्टेज प्रोफ़ाइल पारंपरिक नियंत्रणों को भ्रमित कर सकता है। ऐसे एक परिदृश्य में, सबस्टेशन से दूरी के साथ वोल्टेज कम होने की उम्मीद करने वाले लोड टैप परिवर्तक एक ऑपरेटिंग बिंदु चुन सकते हैं जो वास्तव में लाइन के नीचे वोल्टेज को ऑपरेटिंग सीमा से अधिक कर देता है।

बिना पीवी, 20% पीवी और वोल्ट-वीएआर नियंत्रण के साथ 20% पीवी वाले फीडर पर 24 घंटे के वोल्टेज स्विंग की तुलना।

वितरण स्तर पर डीजी के कारण होने वाले वोल्टेज विनियमन मुद्दे वितरण फीडरों के साथ विद्युत उपयोगिता निगरानी उपकरणों की कमी के कारण जटिल हैं। वितरण वोल्टेज और भार पर जानकारी की सापेक्ष कमी के कारण उपयोगिताओं के लिए वोल्टेज स्तर को परिचालन सीमा के भीतर रखने के लिए आवश्यक समायोजन करना मुश्किल हो जाता है।

हालांकि डीजी वितरण स्तर वोल्टेज विनियमन के लिए कई महत्वपूर्ण चुनौतियां पेश करता है, अगर बुद्धिमान बिजली के इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ मिलकर डीजी वास्तव में वोल्टेज विनियमन प्रयासों को बढ़ाने के लिए काम कर सकता है। ऐसा ही एक उदाहरण वितरण प्रबंधन प्रणाली#वोल्ट-वीएआर नियंत्रण (वीवीसी)|वोल्ट-वीएआर नियंत्रण के साथ इनवर्टर के माध्यम से ग्रिड से जुड़ा पीवी है। राष्ट्रीय नवीकरणीय ऊर्जा प्रयोगशाला|राष्ट्रीय नवीकरणीय ऊर्जा प्रयोगशाला (एनआरईएल) और विद्युत ऊर्जा अनुसंधान संस्थान | द्वारा संयुक्त रूप से किए गए एक अध्ययन में| इलेक्ट्रिक पावर रिसर्च इंस्टीट्यूट (ईपीआरआई), जब 20% पीवी प्रवेश के साथ वितरण फीडर में वोल्ट-वीएआर नियंत्रण जोड़ा गया था, तो फीडर पर दैनिक वोल्टेज स्विंग काफी कम हो गई थी।

ट्रांसफार्मर

वास्तविक ट्रांसफार्मर समतुल्य सर्किट

वोल्टेज विनियमन का एक मामला ट्रांसफार्मर में है। ट्रांसफार्मर के अनूठे घटक धारा प्रवाहित होने पर वोल्टेज में परिवर्तन का कारण बनते हैं। बिना किसी भार के, जब द्वितीयक कुंडलियों से कोई धारा प्रवाहित नहीं होती, वी_nlआदर्श मॉडल द्वारा दिया गया है, जहां वी_S = वी_P*एन_S/एन_P. समतुल्य सर्किट को देखते हुए और शंट घटकों की उपेक्षा करते हुए, जैसा कि एक उचित अनुमान है, कोई भी सभी प्रतिरोध और प्रतिक्रिया को द्वितीयक पक्ष में संदर्भित कर सकता है और स्पष्ट रूप से देख सकता है कि बिना किसी लोड के द्वितीयक वोल्टेज वास्तव में आदर्श मॉडल द्वारा दिया जाएगा। इसके विपरीत, जब ट्रांसफार्मर पूरा लोड देता है, तो वाइंडिंग प्रतिरोध पर वोल्टेज ड्रॉप होता है, जिससे लोड पर टर्मिनल वोल्टेज अनुमान से कम हो जाता है। उपरोक्त परिभाषा के अनुसार, यह एक गैर-शून्य वोल्टेज विनियमन की ओर जाता है जिसे ट्रांसफार्मर के उपयोग में माना जाना चाहिए।

यह भी देखें

• विद्युत् दाब नियामक
• विद्युत विद्युत वितरण
• शंट नियामक