विद्युत प्रसारण में एचवीएसी और एचवीडीसी के बीच क्या अंतर हैं

HVAC और HVDC के बीच का अंतर

पावर प्लांटों में उत्पन्न विद्युत को लंबी दूरी पर विद्युत सबस्टेशनों तक प्रसारित किया जाता है, जो फिर इसे उपभोक्ताओं तक वितरित करते हैं। लंबी दूरी पर पावर प्रसारण के लिए उपयोग की जाने वाली वोल्टेज अत्यंत ऊँची होती है, और हम बाद में इस ऊँची वोल्टेज के कारणों का अध्ययन करेंगे। इसके अलावा, प्रसारित शक्ति विकल्पत: विकल्पी धारा (AC) या सीधी धारा (DC) के रूप में हो सकती है। इसलिए, शक्ति को HVAC (High Voltage Alternating Current) या HVDC (High Voltage Direct Current) का उपयोग कर प्रसारित किया जा सकता है।

प्रसारण के लिए उच्च वोल्टेज की आवश्यकता क्यों है?

वोल्टेज लाइन नुकसान, जिसे प्रसारण नुकसान भी कहा जाता है, को कम करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। प्रत्येक विद्युत प्रसारण के लिए उपयोग किए जाने वाले चालक में एक निश्चित मात्रा में ओहमिक प्रतिरोध (R) होता है। जब धारा (I) इन चालकों में प्रवाहित होती है, तो वे थर्मल ऊर्जा उत्पन्न करते हैं, जो मूल रूप से व्यर्थ ऊर्जा या शक्ति (P) है।

ओह्म के नियम के अनुसार

जैसा कि स्पष्ट है, प्रसारण के दौरान चालक में व्यर्थ होने वाली ऊर्जा धारा पर निर्भर करती है, वोल्टेज पर नहीं। हालांकि, हम विशेष उपकरणों का उपयोग करके वोल्टेज रूपांतरण द्वारा धारा की मात्रा को समायोजित कर सकते हैं।

वोल्टेज रूपांतरण के दौरान, शक्ति संरक्षित और अपरिवर्तित रहती है। वोल्टेज और धारा सिर्फ एक ही कारक से विपरीत रूप से बदलते हैं, इस सिद्धांत का पालन करते हुए:

उदाहरण के लिए, 220v वोल्टेज पर 11KW शक्ति में 50 एंपियर होते हैं। ऐसे मामले में, प्रसारण लाइन नुकसान होंगे

चलो वोल्टेज को 10 गुना बढ़ा दें। तो 11KW की वही शक्ति 2200v वोल्टेज और 5 एंपियर की होगी। अब लाइन नुकसान होंगे;

जैसा कि आप देख सकते हैं, वोल्टेज को बढ़ाने से प्रसारण लाइनों में शक्ति नुकसान बहुत कम हो जाता है। इसलिए, प्रसारण केबलों में धारा को कम करने के लिए, हम वोल्टेज को बढ़ाते हैं, जबकि शक्ति प्रसारण की एक ही मात्रा बनी रहती है।

धाराओं का युद्ध (AC vs. DC)

1880 के अंत में, "धाराओं के युद्ध" के दौरान, सीधी धारा (DC) पावर प्रसारण के लिए पहले तैनात की गई थी। हालांकि, यह अत्यंत अक्षम साबित हुई, क्योंकि वोल्टेज रूपांतरण उपकरणों की अनुपलब्धता के कारण - जिसके विपरीत विकल्पत: विकल्पी धारा (AC) ट्रांसफार्मरों का उपयोग कर आसानी से बढ़ाई या घटाई जा सकती थी। शुरुआती निम्न वोल्टेज DC पावर स्टेशन केवल कुछ मीलों की त्रिज्या में विद्युत प्रदान कर सकते थे; इसके बाहर, वोल्टेज तेजी से गिर जाता था, जिसके लिए छोटे क्षेत्रों में एकाधिक जनरेटिंग स्टेशनों की आवश्यकता होती थी - एक महंगा दृष्टिकोण।

जबकि उच्च वोल्टेज DC प्रसारण अंतर्निहित रूप से AC की तुलना में कम नुकसान उत्पन्न करता है, शुरुआती DC सिस्टम लंबी दूरी पर प्रसारण के लिए उच्च वोल्टेज AC को DC में परिवर्तित करने के लिए मरक्यूरी आर्क वैल्व (रेक्टिफायर) पर निर्भर करते थे। ये टर्मिनल उपकरण भारी, महंगे थे और नियमित रखरखाव की आवश्यकता थी। विपरीत रूप से, AC प्रसारण ट्रांसफार्मरों पर निर्भर करता था - जो अधिक कुशल, सस्ते और विश्वसनीय थे - जिससे AC उस समय लंबी दूरी पर पावर प्रसारण के लिए प्रमुख चुनाव बन गया।

जब HVAC (High Voltage Alternating Current) और HVDC (High Voltage Direct Current) के बीच चुनाव करना हो, तो कई महत्वपूर्ण कारकों को ध्यान में रखना चाहिए। यह लेख इन कारकों का विस्तार से अध्ययन करता है।

HVAC & HVDC

HVAC (High Voltage Alternating Current) और HVDC (High Voltage Direct Current) लंबी दूरी पर पावर प्रसारण के लिए उपयोग की जाने वाली वोल्टेज रेंजों को संदर्भित करते हैं। आम तौर पर, अत्यधिक लंबी दूरी (आमतौर पर 600 किमी से अधिक) के लिए HVDC पसंद किया जाता है, हालांकि दोनों सिस्टम आज विश्व भर में व्यापक रूप से उपयोग किए जा रहे हैं, प्रत्येक अपने लाभों और दोषों के साथ।

प्रसारण लागत

लंबी दूरी पर पावर प्रसारण के लिए उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है, जिसमें टर्मिनल स्टेशनों द्वारा वोल्टेज रूपांतरण किया जाता है। इस प्रकार, कुल प्रसारण लागत दो घटकों पर निर्भर करती है: टर्मिनल स्टेशन लागत और प्रसारण लाइन लागत।

• टर्मिनल स्टेशन
  टर्मिनल स्टेशन प्रसारण के लिए वोल्टेज स्तरों को रूपांतरित करते हैं। AC सिस्टमों के लिए, यह आमतौर पर ट्रांसफार्मरों का उपयोग करके किया जाता है, जो उच्च और निम्न वोल्टेज के बीच स्विच करते हैं। DC सिस्टमों के लिए, टर्मिनल स्टेशन थाय्रिस्टर या IGBT-आधारित कनवर्टरों का उपयोग करते हैं जो DC वोल्टेज स्तरों को समायोजित करते हैं।

  क्योंकि ट्रांसफार्मर ठोस-स्थिति कनवर्टरों की तुलना में अधिक विश्वसनीय और सस्ते होते हैं, AC टर्मिनल स्टेशन DC टर्मिनल स्टेशनों की तुलना में कम महंगे होते हैं, जिससे AC वोल्टेज रूपांतरण अर्थव्यवस्थात्मक बन जाता है।

• प्रसारण लाइनें
  लाइन लागत चालकों की संख्या और प्रसारण टावरों के डिजाइन पर निर्भर करती है। HVDC सिस्टमों के लिए केवल दो चालकों की आवश्यकता होती है, जबकि HVAC सिस्टमों के लिए तीन या अधिक चालकों (इनक्लूडिंग कोरोना प्रभावों को घटाने के लिए बंडल चालक) की आवश्यकता होती है।

  AC प्रसारण टावरों को भारी यांत्रिक लोडों का समर्थन करना होता है, जिसके लिए अधिक मजबूत, ऊँचे और चौड़े संरचनाओं की आवश्यकता होती है, जबकि HVDC टावरों की तुलना में। लाइन लागत दूरी के साथ बढ़ती है, और प्रति 100 किमी, HVAC लाइनें HVDC लाइनों की तुलना में बहुत अधिक महंगी होती हैं।

• कुल प्रसारण लागत
  कुल लागत टर्मिनल लागत (स्थिर, दूरी से स्वतंत्र) और लाइन लागत (परिवर्तनीय, दूरी के साथ बढ़ती) से निर्धारित होती है। इस प्रकार, प्रसारण सिस्टम की कुल लागत दूरी के साथ बढ़ती है।

ब्रेक-इवन दूरी

"ब्रेक-इवन दूरी" उस प्रसारण लंबाई को संदर्भित करती है, जिसके बाद HVAC की कुल निवेश लागत HVDC से अधिक हो जाती है। यह दूरी लगभग 400-500 मील (600-800 किमी) है। इस थ्रेशहोल्ड से अधिक दूरी के लिए, HVDC अधिक लागत-प्रभावी विकल्प है; छोटी दूरियों के लिए, HVAC अधिक अर्थव्यवस्थात्मक है। यह संबंध ऊपर दिए गए ग्राफ में दृश्य रूप से दिखाया गया है।

लचीलापन

HVDC आमतौर पर बिंदु-से-बिंदु लंबी दूरी पर प्रसारण के लिए उपयोग किया जाता है, क्योंकि मध्यवर्ती बिंदुओं पर शक्ति निकालने के लिए उच्च DC वोल्टेज को घटाने के लिए महंगे कनवर्टरों की आवश्यकता होती है। विपरीत रूप से, HVAC अधिक लचीलापन प्रदान करता है: एकाधिक टर्मिनल स्टेशन निम्न लागत ट्रांसफार्मरों का उपयोग करके उच्च वोल्टेज को घटा सकते हैं, जिससे लाइन के विभिन्न बिंदुओं पर शक्ति निकाली जा सकती है।

शक्ति नुकसान

HVAC प्रसारण कई प्रकार के नुकसानों का सामना करता है, जिनमें कोरोना नुकसान, स्किन प्रभाव नुकसान, विकिरण नुकसान और प्रेरण नुकसान शामिल हैं, जो अधिकांशत: या न्यूनतम हैं या HVDC सिस्टमों में अनुपस्थित हैं:

• कोरोना नुकसान: जब वोल्टेज एक महत्वपूर्ण थ्रेशहोल्ड से अधिक हो जाता है, तो चालकों के आसपास का हवा आयनित हो जाती है, जिससे चिंगारी (कोरोना डिस्चार्ज) उत्पन्न होती है जो ऊर्जा व्यर्थ करती है। ये नुकसान आवृत्ति-निर्भर हैं-क्योंकि DC की आवृत्ति शून्य होती है, HVAC कोरोना नुकसान लगभग तीन गुना अधिक होते हैं HVDC की तुलना में।

• स्किन प्रभाव नुकसान: AC प्रसारण में, धारा घनत्व चालक की सतह पर सबसे अधिक होता है और कोर में सबसे कम (स्किन प्रभाव), जो धारा प्रवाह के लिए उपयोग की जाने वाली प्रभावी अनुप्रस्थ क्षेत्र को कम करता है। यह चालक के प्रतिरोध को बढ़ाता है और I²R नुकसान को बढ़ाता है। DC धारा, इसके विपरीत, चालक के सभी हिस्सों में समान रूप से वितरित होती है, जिससे यह प्रभाव दूर हो जाता है।

• विकिरण और प्रेरण नुकसान: HVAC का विकल्पत: विकल्पी चुंबकीय क्षेत्र लंबी प्रसारण लाइनों को एंटेना की तरह कार्य करने का कारण बनता है (अपुनर्प्राप्त ऊर्जा का विकिरण) और निकटवर्ती चालकों में धाराओं को प्रेरित करता है (प्रेरण नुकसान)। HVDC का स्थिर चुंबकीय क्षेत्र दोनों समस्याओं से बचता है।

स्किन प्रभाव

स्किन प्रभाव, जो आवृत्ति के सीधे अनुपात में होता है, अधिकांश AC धारा को चालक की सतह के निकट प्रवाहित करने के लिए मजबूर करता है, कोर को अप्रयुक्त छोड़ देता है। यह चालक की दक्षता को कम करता है: बड़ी धाराओं को ले जाने के लिए, HVAC सिस्टम बड़े अनुप्रस्थ क्षेत्र वाले चालकों की आवश्यकता होती है, जो सामग्री की लागत को बढ़ाता है। HVDC, जो स्किन प्रभाव से प्रभावित नहीं होता, चालकों का अधिक दक्ष उपयोग करता है।

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