वोल्टेज अधिनियम

This article is about वोल्टेज नियंत्रण के सामान्य भाग. For एक सहायक सेवा, see वोल्टेज नियंत्रण और प्रतिक्रियाशील विद्युत प्रबंधन.

विद्युत अभियन्त्रण में, विशेष रूप से पॉवर इंजीनियरिंग में, वोल्टेज विनियमन एक घटक, जैसे ट्रांसमिशन लाइन या वितरण लाइन के भेजने और प्राप्त करने वाले छोर के मध्य वोल्टेज परिमाण में परिवर्तन का एक माप है। इस प्रकार से 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 अधीन 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:

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

जहां V_nl बिना लोड पर वोल्टेज है और V_fl पूर्ण 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, लाइन के साथ कोई वोल्टेज ड्रॉप नहीं होने के परिणामस्वरूप V_nl समान V_fl के कारण शून्य के समान होगा। यही कारण है कि वोल्टेज विनियमन का छोटा मान सामान्यतः लाभदायक होता है, जो दर्शाता है कि रेखा आदर्श के समीप है।

वोल्टेज विनियमन सूत्र को निम्नलिखित के साथ देखा जा सकता है: एक लोड पर वितरित की जाने वाली विद्युत पर विचार करें जैसे कि लोड पर वोल्टेज लोड का रेटेड वोल्टेज V_Rated, है यदि तब लोड विलुप्त हो जाता है, तो लोड के बिंदु पर वोल्टेज V_nl तक बढ़ जाएगा.

ट्रांसमिशन लाइनों में वोल्टेज विनियमन इसके भेजने और प्राप्त करने वाले सिरों के मध्य की रेखा के प्रतिबाधा के कारण होता है। और ट्रांसमिशन लाइनों में आंतरिक रूप से कुछ मात्रा में प्रतिरोध, प्रेरकत्व और धारिता होती है जो की लाइन के साथ वोल्टेज को निरंतर परिवर्तित होती रहती है। वास्तविक ट्रांसमिशन लाइन के साथ वोल्टेज का परिमाण और चरण कोण दोनों परिवर्तित होते हैं। किन्तु लाइन प्रतिबाधा के प्रभावों को सरलीकृत परिपथ जैसे छोटी लाइन सन्निकटन (कम से कम स्पष्ट), मध्यम रेखा सन्निकटन (अधिक स्पष्ट), और लंबी लाइन सन्निकटन (सबसे स्पष्ट) के साथ मॉडल किया जा सकता है।

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। छोटी लाइन सन्निकटन में एक सिंगल लाइन धारा I = IS = IR है, जो मध्यम और लंबी लाइन से अलग है। मध्यम लंबाई की लाइन सन्निकटन लाइन के भेजने और प्राप्त करने वाले छोर पर आधे प्रवेश को वितरित करके शंट (इलेक्ट्रिकल) प्रवेश, सामान्यतः 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 स्पष्टता में आते हैं।

वोल्टेज विनियमन सूत्र में, V_{no load} जब प्राप्तकर्ता अंत एक खुला परिपथ होता है तो प्राप्तकर्ता अंत टर्मिनलों पर मापा जाने वाला वोल्टेज होता है। संपूर्ण शॉर्ट लाइन मॉडल इस स्थिति में एक खुला परिपथ है, और खुले परिपथ में कोई धारा प्रवाहित नहीं होता है, इसलिए I = 0 A और ओम के नियम V द्वारा दी गई लाइन पर वोल्टेज ड्रॉप V_{line drop} = IZ_line 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 परिवर्तित किया जाएगा, जो विद्युत पारेषण में आदर्श परिदृश्य है।

जब लोड जुड़ा होता है और ट्रांसमिशन लाइन में धारा प्रवाहित होता है तो V_{full load} प्राप्त छोर पर लोड पर वोल्टेज होता है। अब V_{line drop} = IZ_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 V_{R, full load} ${\textstyle V_{S}-{\frac {V_{S}Z_{line}}{Z_{line}+Z_{load}}}}$ द्वारा दिया गया है .

वोल्टेज परिमाण और चरण कोण पर इस मॉड्यूलेशन के प्रभाव को चरणबद्ध आरेखों का उपयोग करके चित्रित किया गया है जो V_R, V_S, और V_{line drop} के प्रतिरोधक और आगमनात्मक घटकों को मैप करते हैं। तृतीय पावर फैक्टर परिदृश्य दिखाए गए हैं, जहां (a) लाइन एक प्रेरक भार प्रदान करती है, इसलिए वर्तमान अंतिम वोल्टेज प्राप्त करने में देरी होती है, (b) लाइन पूरी तरह से वास्तविक भार प्रदान करती है, इसलिए वर्तमान और प्राप्त अंतिम वोल्टेज चरण में होते हैं, और (c) लाइन एक कैपेसिटिव लोड परोसती है इसलिए धारा 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 शॉर्ट लाइन सन्निकटन सर्किट में V_R से V_S तक पीछे की ओर ट्रेस करते हुए, प्राप्त अंतिम वोल्टेज में जोड़ दिया जाता है। V_R और वोल्टेज ड्रॉप का वेक्टर योग V_S के समान है, और आरेखों में यह स्पष्ट है कि V_S परिमाण या चरण कोण में V_R के समान नहीं है।

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। (a) में लैगिंग धारा भेजने वाले अंतिम वोल्टेज के आवश्यक परिमाण को प्राप्तकर्ता सिरे के सापेक्ष अधिक बड़ा बना देता है। चूंकि, भेजने और प्राप्त करने वाले सिरे के मध्य चरण कोण का अंतर कम हो गया है। (c) 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। (b) में इन-फेज धारा भेजने और प्राप्त करने वाले सिरों के मध्य वोल्टेज के परिमाण को बहुत कम प्रभावित करता है, किन्तु चरण कोण अधिक सीमा तक परिवर्तन किया जाता है।

वास्तविक ट्रांसमिशन लाइनें सामान्यतः आगमनात्मक भार प्रदान करती हैं, जो कि आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स और मशीनों में हर जगह उपस्थित मोटर हैं। बड़ी मात्रा में प्रतिक्रियाशील पॉवर Q को आगमनात्मक भार में स्थानांतरित करने से लाइन धारा लैग वोल्टेज बन जाता है, और वोल्टेज विनियमन को वोल्टेज परिमाण में कमी की विशेषता होती है। वास्तविक पॉवर 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 अतिरिक्त चरण कोण में कमी की विशेषता है।

इस प्रकार से 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 परिपथ और उपकरणों के संबंध में (नीचे देखें)।

इलेक्ट्रॉनिक विद्युत आपूर्ति पैरामीटर

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

पैरामीटर	प्रतीक	विवरण
रेखा विनियमन	Sv	इनपुट वोल्टेज में परिवर्तन के अतिरिक्त, निरंतर आउटपुट वोल्टेज बनाए रखने की क्षमता का माप
लोड विनियमन	Ro	प्रणाली के लोड के आकार के अतिरिक्त किए बिना, निरंतर आउटपुट वोल्टेज बनाए रखने की क्षमता का माप
तापमान पर निर्भरता	ST	प्रणाली के अन्दर विद्युत घटकों, विशेष रूप से अर्धचालक आधारित उपकरणों के तापमान में भिन्नता की परवाह किए बिना, निरंतर आउटपुट वोल्टेज बनाए रखने की क्षमता का माप।

वितरण फीडर विनियमन

Main article: वोल्टेज नियंत्रण और प्रतिक्रियाशील विद्युत प्रबंधन

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

• सबस्टेशन ट्रांसफार्मर पर टैप परिवर्तक (एलटीसी), जो लोड धारा की प्रतिक्रिया में टर्न अनुपात को परिवर्तितता 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, जिससे दूरी पर वोल्टेज ड्रॉप की भरपाई की जा सके; और
• संधारित्र , जो प्रतिक्रियाशील पॉवर का उपभोग करने वाले लोड में वर्तमान प्रवाह को कम करके फीडर के साथ वोल्टेज ड्रॉप को कम करते हैं।

ठोस अवस्था (इलेक्ट्रॉनिक्स) तकनीक पर आधारित वोल्टेज विनियमन के लिए उपकरणों की नई पीढ़ी प्रारंभिक व्यावसायीकरण चरण में है।

इस प्रकार से वितरण विनियमन में विनियमन बिंदु सम्मिलित होता है: वह बिंदु जिस पर उपकरण निरंतर वोल्टेज बनाए रखने का प्रयास करता है। इस बिंदु से आगे के ग्राहक अपेक्षित प्रभाव हल्के भार पर उच्च वोल्टेज, और उच्च भार पर कम वोल्टेज देखते हैं। इस बिंदु के समीप के ग्राहक विपरीत उच्च भार पर उच्च वोल्टेज, और हल्के भार पर कम वोल्टेज प्रभाव का अनुभव करते हैं।

वितरित उत्पादन के कारण सम्मिश्रतः

वितरित उत्पादन, विशेष रूप से वितरण स्तर पर जुड़े फोटोवोल्टिकस, वोल्टेज विनियमन के लिए अनेक 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 अधीन कार्य करता है कि विद्युत ऊर्जा वितरण के साथ दूरी के साथ लाइन वोल्टेज अनुमानित रूप से परिवर्तित करता है। जो की 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। चूंकि, जब डीजी उपस्थित हों तो यह धारणा कायम नहीं रह सकती है। इस प्रकार से 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 आशा 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 विषय वितरण फीडरों के साथ विद्युत उपयोगिता देख-रेख उपकरणों की कमी के कारण सम्मिश्र हैं। किन्तु वितरण वोल्टेज और भार पर जानकारी की सापेक्ष कमी के कारण उपयोगिताओं के लिए वोल्टेज स्तर को परिचालन सीमा के अन्दर रखने के लिए आवश्यक समायोजन करना कठिन हो जाता है।

चूंकि डीजी वितरण स्तर वोल्टेज विनियमन के लिए अनेक महत्वपूर्ण चुनौतियां प्रस्तुत करता है, यदि बुद्धिमान विद्युत के इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ मिलकर डीजी वास्तव में वोल्टेज विनियमन प्रयासों को बढ़ाने के लिए कार्य कर सकता है। ऐसा ही एक उदाहरण वितरण प्रबंधन प्रणाली या वोल्ट-वीएआर नियंत्रण (वीवीसी) वोल्ट-वीएआर नियंत्रण के साथ इनवर्टर के माध्यम से ग्रिड से जुड़ा पीवी है। राष्ट्रीय नवीकरणीय ऊर्जा प्रयोगशाला (एनआरईएल) और विद्युत ऊर्जा अनुसंधान संस्थान द्वारा संयुक्त रूप से किए गए 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 अधिक कम हो गई थी।

ट्रांसफार्मर

वास्तविक ट्रांसफार्मर समतुल्य परिपथ

इस प्रकार से वोल्टेज विनियमन की स्तिथि ट्रांसफार्मर में है। ट्रांसफार्मर के अनूठे घटक धारा प्रवाहित होने पर वोल्टेज में परिवर्तन का कारण बनते हैं। और बिना किसी भार के, जब द्वितीयक कुंडलियों से कोई धारा प्रवाहित नहीं होती है तब, V_nl आदर्श मॉडल द्वारा दिया गया है, जहां V_S = V_P*N_S/N_P. समतुल्य परिपथ 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