क्यों हम विद्युत प्रणाली के लिए ५० Hz या ६० Hz आवृत्ति का उपयोग करते हैं?

एक पावर सिस्टम एक विद्युत घटकों का नेटवर्क होता है जो विद्युत उत्पन्न, प्रसारित और अंतिम उपयोगकर्ताओं तक वितरित करता है। पावर सिस्टम एक निश्चित आवृत्ति पर संचालित होता है, जो विद्युत वोल्टेज और धारा (AC) के प्रति सेकंड चक्रों की संख्या होती है। विभिन्न क्षेत्रों में पावर सिस्टमों के लिए सबसे आम रूप से उपयोग की जाने वाली आवृत्तियाँ 50 Hz और 60 Hz हैं। लेकिन यह क्यों है कि हम 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 का इतिहास और तकनीकी पहलू 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 प्रति सेकंड एक चक्र के बराबर होता है। पावर सिस्टम की आवृत्ति उन जनरेटरों की घूर्णन गति पर निर्भर करती है जो AC वोल्टेज उत्पन्न करते हैं। जनरेटर जितना तेज़ घूमते हैं, आवृत्ति उतनी ही ऊँची 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 उभरीं?

पावर सिस्टमों के लिए 50 Hz या 60 Hz आवृत्तियों का चयन किसी मजबूत तकनीकी कारण पर नहीं आधारित है, बल्कि ऐतिहासिक और आर्थिक कारकों पर आधारित है। 19वीं और 20वीं शताब्दी के अंत में, जब व्यावसायिक विद्युत पावर सिस्टमों का विकास किया जा रहा था, तब आवृत्ति या वोल्टेज का कोई मानकीकरण नहीं था। विभिन्न क्षेत्र और देश 16.75 Hz से 133.33 Hz तक की विभिन्न आवृत्तियों का उपयोग करते थे, जो उनकी स्थानीय पसंद और आवश्यकताओं पर निर्भर करता था। आवृत्ति के चयन को प्रभावित करने वाले कुछ कारक थे:

• प्रकाश: निम्न आवृत्तियाँ रोशनी में झिलमिलाहट का कारण बनती थीं, जो उस समय प्रकाश के लिए व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली थी। 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 ट्रांसफार्मर: उच्च आवृत्तियाँ संचार लाइनों और ट्रांसफार्मरों की प्रतिरोध को बढ़ाती थीं, जो शक्ति स्थानांतरण की क्षमता को कम करती थीं और वोल्टेज गिरावट बढ़ाती थीं। निम्न आवृत्तियाँ लंबी संचार दूरी और कम हानि की अनुमति देती थीं।

• सिस्टम इंटरकनेक्शन: विभिन्न आवृत्तियों वाले पावर सिस्टमों को जोड़ने के लिए जटिल और महंगे कन्वर्टर या सिंक्रोनाइजर की आवश्यकता होती है। सामान आवृत्ति ने सिस्टम एकीकरण और समन्वय को सुविधाजनक बनाया।

जैसे-जैसे पावर सिस्टम विस्तारित हुए और एकीकृत हुए, जटिलता को कम करने और संगतता को बढ़ाने के लिए आवृत्ति के मानकीकरण की आवश्यकता थी। हालांकि, विभिन्न निर्माताओं और क्षेत्रों के बीच अपने मानकों और एकाधिकार को बनाए रखने की प्रतिस्पर्धा थी। यह दो प्रमुख समूहों के बीच विभाजन का कारण बना: एक जो यूरोप और एशिया में मुख्य रूप से 50 Hz को मानक आवृत्ति के रूप में अपनाया, और दूसरा जो उत्तरी अमेरिका और लैटिन अमेरिका के कुछ हिस्सों में मुख्य रूप से 60 Hz को मानक आवृत्ति के रूप में अपनाया। जापान एक अपवाद था, जिसने 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 सिस्टमों के लिए 50 Hz या 60 Hz आवृत्तियों का उपयोग करने का कोई स्पष्ट फायदा या नुकसान नहीं है, क्योंकि दोनों आवृत्तियाँ विभिन्न कारकों पर निर्भर करती हैं। कुछ फायदे और नुकसान निम्नलिखित हैं:

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

• आकार: उच्च आवृत्ति छोटे और हल्के विद्युत उपकरणों और उपकरणों की अनुमति देती है, क्योंकि यह ट्रांसफार्मर और मोटरों में चुंबकीय कोर का आकार कम करती है। यह स्थान, सामग्री और परिवहन की लागत को बचाता है। हालांकि, यह भी अर्थ है कि उच्च-आवृत्ति उपकरणों की विद्युत आवरण शक्ति कम हो सकती है या हानि अधिक हो सकती है।

   

• हानि: उच्च आवृत्ति विद्युत उपकरणों और उपकरणों में त्वचा प्रभाव, ईडी करंट, हिस्टरीसिस, डाइएलेक्ट्रिक हीटिंग आदि के कारण हानि बढ़ाती है। ये हानि विद्युत उपकरणों और उपकरणों की दक्षता को कम करती हैं और उनमें गर्मी बढ़ाती हैं। हालांकि, इन हानियों को लेमिनेशन, शील्डिंग, शीतलन आदि जैसी उचित डिजाइन तकनीकों का उपयोग करके कम किया जा सकता है।

• हार्मोनिक्स: उच्च आवृत्ति निम्न आवृत्ति की तुलना में अधिक हार्मोनिक्स उत्पन्न करती है। हार्मोनिक्स मौलिक आवृत्ति के गुणक होते हैं, जो विद्युत उपकरणों और उपकरणों में विकृति, हस्तक्षेप, रिजोनेंस आदि का कारण बनते हैं। हार्मोनिक्स पावर सिस्टमों में शक्ति की गुणवत्ता और विश्वसनीयता को कम करते हैं। हालांकि, हार्मोनिक्स को फिल्टर, कंपेंसेटर, कन्वर्टर आदि का उपयोग करके कम किया जा सकता है।

पावर सिस्टम आवृत्ति का नियंत्रण कैसे किया जाता है?

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

स्वीकार्य सीमाओं (आमतौर पर नामित मान के ±0.5% के आसपास) में आवृत्ति बनाए रखने के लिए, पावर सिस्टम निम्नलिखित विधियों का उपयोग करते हैं:

• समय त्रुटि संशोधन (TEC): यह विधि जनरेटरों की गति को लंबे समय तक आवृत्ति विचलनों के कारण इकट्ठा होने वाली किसी समय त्रुटि को संशोधित करने के लिए लगातार समायोजित करने की विधि है। उदाहरण के लिए, यदि आवृत्ति लंबे समय तक नामित से कम हो (जैसे, उच्च लोड के कारण), तो जनरेटर थोड़ा तेज चलेंगे ताकि खोई हुई समय को बनाया जा सके।

• लोड-आवृत्ति नियंत्रण (LFC): यह विधि जनरेटरों का आउटपुट स्वचालित रूप से लोड में किसी भी परिवर्तन के साथ मेल खाने के लिए समायोजित करने की विधि है, जिसका लक्ष्य किसी विशिष्ट क्षेत्र या जोन (जैसे, एक राज्य या एक देश