क्यों हम विद्युत प्रणालियों के लिए 50 Hz या 60 Hz आवृत्ति का उपयोग करते हैं

एक पावर सिस्टम विद्युत के उत्पादन, प्रसारण और वितरण का एक नेटवर्क है जो अंतिम उपयोगकर्ताओं तक विद्युत पहुंचाता है। पावर सिस्टम एक निश्चित आवृत्ति पर संचालित होता है, जो विद्युत धारा (AC) के वोल्टेज और धारा के प्रति सेकंड चक्रों की संख्या होती है। पावर सिस्टम के लिए सबसे आम आवृत्तियाँ 50 Hz और 60 Hz हैं, जो विश्व के क्षेत्रों पर निर्भर करती हैं। लेकिन हम क्यों इन आवृत्तियों का उपयोग करते हैं और अन्य नहीं? विभिन्न आवृत्तियों के फायदे और नुकसान क्या हैं? और ये आवृत्तियाँ कैसे मानकीकृत हो गईं? यह लेख इन प्रश्नों का उत्तर देगा और पावर सिस्टम आवृत्ति के इतिहास और तकनीकी पहलुओं को समझाएगा।

पावर सिस्टम आवृत्ति क्या है?

पावर सिस्टम आवृत्ति AC वोल्टेज या धारा के दशा कोण के परिवर्तन की दर के रूप में परिभाषित की जाती है। इसे हर्ट्ज (Hz) में मापा जाता है, जो एक सेकंड में एक चक्र के बराबर होता है। पावर सिस्टम की आवृत्ति उत्पन्न करने वाले जनरेटरों की घूर्णन गति पर निर्भर करती है। जनरेटर जितना तेज़ घूमते हैं, उतनी ही अधिक आवृत्ति होती है। आवृत्ति विद्युत का उपयोग करने या उत्पन्न करने वाले विभिन्न विद्युत उपकरणों और उपकरणों के प्रदर्शन और डिजाइन पर भी प्रभाव डालती है।

50 Hz और 60 Hz आवृत्तियाँ कैसे उत्पन्न हुईं?

पावर सिस्टम के लिए 50 Hz या 60 Hz आवृत्ति का चयन किसी मजबूत तकनीकी कारण पर नहीं बल्कि ऐतिहासिक और आर्थिक कारकों पर आधारित है। 19वीं और 20वीं शताब्दी के अंत में, जब व्यावसायिक विद्युत पावर सिस्टम का विकास हो रहा था, तब आवृत्ति या वोल्टेज का कोई मानकीकरण नहीं था। विभिन्न क्षेत्र और देश अपनी स्थानीय पसंद और आवश्यकताओं के आधार पर 16.75 Hz से 133.33 Hz तक की विभिन्न आवृत्तियों का उपयोग करते थे। आवृत्ति के चयन पर प्रभाव डालने वाले कुछ कारक थे:

• प्रकाश: निम्न आवृत्तियाँ उस समय व्यापक रूप से प्रकाशन के लिए उपयोग किए जाने वाले इंकैंडेसेंट लैंप्स और आर्क लैंप्स में दृश्य झिलमिलाहट का कारण बनती थीं। उच्च आवृत्तियाँ झिलमिलाहट को कम करती थीं और प्रकाश की गुणवत्ता में सुधार करती थीं।

• घूर्णन मशीनें: उच्च आवृत्तियाँ छोटे और हल्के मोटर और जनरेटर की अनुमति देती थीं, जो सामग्री और परिवहन की लागत को कम करती थीं। हालांकि, उच्च आवृत्तियाँ घूर्णन मशीनों में हानि और गर्मी को बढ़ाती थीं, जो दक्षता और विश्वसनीयता को कम करती थीं।

• संचार और ट्रांसफॉर्मर: उच्च आवृत्तियाँ संचार लाइनों और ट्रांसफॉर्मरों की प्रतिरोधकता को बढ़ाती थीं, जो शक्ति स्थानांतरण क्षमता को कम करती थीं और वोल्टेज गिरावट को बढ़ाती थीं। निम्न आवृत्तियाँ लंबी संचार दूरियों और कम हानि की अनुमति देती थीं।

• सिस्टम इंटरकनेक्शन: विभिन्न आवृत्तियों वाले पावर सिस्टमों को जोड़ने के लिए जटिल और महंगे कन्वर्टर या सिंक्रोनाइज़र की आवश्यकता होती है। एक सामान्य आवृत्ति सिस्टम एकीकरण और समन्वय को सुगम बनाती है।

जब पावर सिस्टम विस्तारित और जुड़ते गए, तो जटिलता को कम करने और संगतता को बढ़ाने के लिए आवृत्ति का मानकीकरण की आवश्यकता थी। हालांकि, विभिन्न निर्माताओं और क्षेत्रों के बीच अपने मानकों और मोनोपोलियों को बनाए रखने की द्वंद्व था। इससे दो प्रमुख समूहों के बीच विभाजन हुआ: एक जिसने यूरोप और एशिया में मुख्य रूप से 50 Hz को मानक आवृत्ति के रूप में अपनाया, और दूसरा जिसने उत्तरी अमेरिका और लैटिन अमेरिका के कुछ हिस्सों में 60 Hz को मानक आवृत्ति के रूप में अपनाया। जापान एक अपवाद था जिसने 50 Hz और 60 Hz दोनों आवृत्तियों का उपयोग किया: पूर्वी जापान (टोक्यो सहित) में 50 Hz और पश्चिमी जापान (ओसाका सहित) में 60 Hz।

विभिन्न आवृत्तियों के फायदे और नुकसान क्या हैं?

पावर सिस्टम के लिए 50 Hz या 60 Hz आवृत्ति का उपयोग करने का कोई स्पष्ट फायदा या नुकसान नहीं है, क्योंकि दोनों आवृत्तियाँ विभिन्न कारकों पर निर्भर करती हैं। कुछ फायदे और नुकसान निम्न हैं:

• शक्ति: 60 Hz सिस्टम 50 Hz सिस्टम की तुलना में समान वोल्टेज और धारा के लिए 20% अधिक शक्ति होती है। इसका अर्थ है कि 60 Hz पर चलने वाले मशीन और मोटर 50 Hz पर चलने वालों की तुलना में तेज़ चल सकते हैं या अधिक उत्पादन कर सकते हैं। हालांकि, यह भी इसका अर्थ है कि 60 Hz पर चलने वाले मशीन और मोटर 50 Hz पर चलने वालों की तुलना में अधिक शीतलन या सुरक्षा की आवश्यकता हो सकती है।

• आकार: उच्च आवृत्ति ट्रांसफॉर्मर और मोटरों में चुंबकीय कोरों के आकार को कम करके छोटे और हल्के विद्युत उपकरणों और उपकरणों की अनुमति देती है। यह स्थान, सामग्री और परिवहन की लागत को कम कर सकता है। हालांकि, यह भी इसका अर्थ है कि उच्च-आवृत्ति उपकरणों की अधिक दीवार शक्ति या अधिक हानि हो सकती है।

   

• हानि: उच्च आवृत्ति विद्युत उपकरणों और उपकरणों में त्वचा प्रभाव, एडी करंट, हिस्टेरिसिस, डाइइलेक्ट्रिक गर्मी, आदि के कारण हानि बढ़ाती है। ये हानियाँ विद्युत उपकरणों और उपकरणों की दक्षता को कम करती हैं और उनमें गर्मी बढ़ाती हैं। हालांकि, ये हानियाँ लेमिनेशन, शील्डिंग, शीतलन, आदि जैसी उचित डिजाइन तकनीकों का उपयोग करके कम की जा सकती हैं।

• हार्मोनिक्स: उच्च आवृत्ति निम्न आवृत्ति की तुलना में अधिक हार्मोनिक्स उत्पन्न करती है। हार्मोनिक्स आधार आवृत्ति के गुणक होते हैं जो विद्युत उपकरणों और उपकरणों में विकृति, हस्तक्षेप, रिजोनेंस, आदि का कारण बन सकते हैं। हार्मोनिक्स पावर सिस्टमों में शक्ति की गुणवत्ता और विश्वसनीयता को कम कर सकते हैं। हालांकि, हार्मोनिक्स फिल्टर, कंपेंसेटर, कन्वर्टर, आदि का उपयोग करके नियंत्रित किए जा सकते हैं।

पावर सिस्टम आवृत्ति को कैसे नियंत्रित किया जाता है?

पावर सिस्टम आवृत्ति को विद्युत (उत्पादन) और मांग (भार) के वास्तविक समय में संतुलन बनाकर नियंत्रित किया जाता है। यदि उत्पादन मांग से अधिक हो, तो आवृत्ति बढ़ती है; यदि मांग उत्पादन से अधिक हो, तो आवृत्ति घटती है। आवृत्ति के विचलन पावर सिस्टमों की स्थिरता और सुरक्षा, और विद्युत उपकरणों और उपकरणों के प्रदर्शन और संचालन पर प्रभाव डाल सकते हैं।

आवृत्ति को स्वीकार्य सीमाओं (आमतौर पर नामित मान के चारों ओर ±0.5%) के भीतर बनाए रखने के लिए, पावर सिस्टम निम्न विधियों का उपयोग करते हैं:

• समय त्रुटि संशोधन (TEC): यह एक विधि है जिसमें जनरेटरों की गति को आवृत्ति के विचलन के कारण एक लंबे समय तक जमा हुई समय त्रुटि को संशोधित करने के लिए लगातार समायोजित किया जाता है। उदाहरण के लिए, यदि आवृत्ति लंबे समय तक नामित से कम हो (जैसे, उच्च भार के कारण), तो जनरेटर थोड़ा तेज़ हो जाएंगे ताकि खोए हुए समय को पूरा किया जा सके।

• भार-आवृत्ति नियंत्रण (LFC): यह एक विधि है जिसमें किसी निश्चित क्षेत्र या क्षेत्र (जैसे, एक राज्य या देश) में भार में किसी भी परिवर्तन के अनुसार जनरेटरों का उत्पादन स्वचालित रूप से समायोजित किया जाता है। उदाहरण के लिए, यदि भार अचानक बढ़ता है (जैसे, उपकरणों को चालू करने के कारण), तो जनरेटर आवृत्ति बनाए रखने के लि