హర్మోనిక్ THD ప్రభావం: గ్రిడ్ నుండి ఉపకరణాలవరకు

హార్మోనిక్ THD పొరపాట్ల ప్రభావాన్ని విద్యుత్ వ్యవస్థలపై రెండు అంశాల నుండి విశ్లేషించాలి: "వాస్తవ గ్రిడ్ THD పరిమితులు మించడం (అధిక హార్మోనిక్ కంటెంట్)" మరియు "THD కొలత పొరపాట్లు (సరిగా పర్యవేక్షణ లేకపోవడం)" — మొదటిది సిస్టమ్ పరికరాలకు మరియు స్థిరత్వానికి ప్రత్యక్ష నష్టాన్ని కలిగిస్తుంది, రెండవది "తప్పు లేదా తప్పిపోయిన అలారమ్‌ల" కారణంగా సరైన చర్యలు తీసుకోకపోవడానికి దారితీస్తుంది. రెండూ కలిసి ఉన్నప్పుడు, ఈ రెండు కారకాలు వ్యవస్థ ప్రమాదాలను పెంచుతాయి. ఈ ప్రభావాలు ఉత్పత్తి → బదిలీ → పంపిణీ → వినియోగం వరకు మొత్తం పవర్ చైన్‌పై సురక్షితంగా, స్థిరంగా మరియు ఆర్థికంగా ప్రభావం చూపుతాయి.

ప్రధాన ప్రభావం 1: అధిక వాస్తవ THD యొక్క ప్రత్యక్ష హాని (ఎక్కువ హార్మోనిక్ కంటెంట్)

గ్రిడ్ THDv (వోల్టేజ్ టోటల్ హార్మోనిక్ డిస్టార్షన్) జాతీయ ప్రమాణాలను (పబ్లిక్ గ్రిడ్‌లకు ≤5%) మించినప్పుడు లేదా THDi (కరెంట్ టోటల్ హార్మోనిక్ డిస్టార్షన్) పరికరాల సహనం కంటే ఎక్కువగా ఉంటే (ఉదా: ట్రాన్స్‌ఫార్మర్లు ≤10%), సిస్టమ్ హార్డ్‌వేర్, పనితీరు స్థిరత్వం మరియు చివరి వినియోగదారు పరికరాలకు భౌతిక నష్టాన్ని కలిగిస్తుంది.

• బదిలీ వ్యవస్థలు: పెరిగిన నష్టాలు మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రత

• పెరిగిన కాపర్ నష్టాలు: హార్మోనిక్ కరెంట్‌లు బదిలీ లైన్‌లలో "స్కిన్ ఎఫెక్ట్"ని కలిగిస్తాయి (ఉదా: 110kV కేబుల్‌లు), కండక్టర్ ఉపరితలంపై అధిక పౌనఃపున్య కరెంట్‌లను కేంద్రీకృతం చేస్తాయి, హార్మోనిక్ ఆర్డర్‌తో నిరోధకత మరియు కాపర్ నష్టాలను పెంచుతాయి.
  ఉదాహరణ: THDi 5% నుండి 10%కి పెరిగినప్పుడు, లైన్ కాపర్ నష్టాలు 20%-30% పెరుగుతాయి (I²R ద్వారా లెక్కించబడతాయి). పొడవైన పనితీరు కండక్టర్ ఉష్ణోగ్రతను పెంచుతుంది (ఉదా: 70°C నుండి 90°Cకి), ఇన్సులేషన్ వయోజన్యాన్ని ప్రేరేపిస్తుంది మరియు లైన్ జీవితకాలాన్ని తగ్గిస్తుంది (30 నుండి 20 సంవత్సరాలు).

• మరింత దుర్బలమైన వోల్టేజ్ సాగ్: హార్మోనిక్ వోల్టేజ్‌లు ప్రాథమిక వోల్టేజ్‌పై అధ్యారోపితం అవుతాయి, లోడ్ చివరల వద్ద తరంగ రూపాలను వక్రీకరిస్తాయి. సున్నిత వినియోగదారులు (ఉదా: సెమీకండక్టర్ ప్లాంట్‌లు) అనియమిత వోల్టేజ్ కారణంగా పరికరాల ఆపవేయడాన్ని ఎదుర్కొనవచ్చు, ఒక్కొక్క సంఘటన లక్షల ఖర్చు చేయవచ్చు.

• పంపిణీ పరికరాలు: అధిక ఉష్ణోగ్రత, నష్టం మరియు తగ్గిన జీవితకాలం

• ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ వైఫల్యం ప్రమాదాలు:
  హార్మోనిక్ కరెంట్‌లు "అదనపు ఇనుప నష్టాలను" పెంచుతాయి (ఎడీ కరెంట్ నష్టాలు హార్మోనిక్ పౌనఃపున్యంతో చదరపు రూపంలో పెరుగుతాయి). THDv=8% వద్ద, రేట్ చేయబడిన పరిస్థితులతో పోలిస్తే ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ ఇనుప నష్టాలు 15%-20% పెరుగుతాయి, కోర్ ఉష్ణోగ్రత పెరుగుతుంది (ఉదా: 100°C నుండి 120°Cకి), ఇన్సులేషన్ నూనె పాడైపోవడాన్ని ప్రేరేపిస్తుంది, ఇది పాక్షిక డిస్చార్జ్ లేదా బర్న్‌అవుట్‌కు దారితీస్తుంది (ఉదా: అధిక 5వ హార్మోనిక్ కారణంగా ఓ సబ్‌స్టేషన్ 10kV ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ ను కోల్పోయింది, నేరుగా ఒక మిలియన్ కంటే ఎక్కువ నష్టాలు జరిగాయి).
  అసమతుల్య మూడు-దశ హార్మోనిక్‌లు న్యూట్రల్ వైర్ కరెంట్‌ను కూడా పెంచుతాయి (దశ కరెంట్ కంటే 1.5× వరకు), న్యూట్రల్ అధిక ఉష్ణోగ్రత మరియు విరిగిపోవడానికి ప్రమాదం ఉంది, దీని వల్ల మూడు-దశ వోల్టేజ్ అసమతుల్యత ఏర్పడుతుంది.

• కెపాసిటర్ బ్యాంక్ రెసొనెన్స్ నష్టం:
  కెపాసిటర్‌లకు హార్మోనిక్‌లకు తక్కువ ఇంపెడెన్స్ ఉంటుంది, గ్రిడ్ ఇండక్టెన్స్‌తో "హార్మోనిక్ రెసొనెన్స్" సులభంగా ఏర్పడుతుంది (ఉదా: 5వ హార్మోనిక్ రెసొనెన్స్ కారణంగా కెపాసిటర్ కరెంట్ రేట్ చేయబడిన విలువ కంటే 3–5× చేరుకోవచ్చు), ఇంసులేషన్ విచ్ఛిన్నం లేదా పేలుడుకు దారితీస్తుంది. 7వ హార్మోనిక్ రెసొనెన్స్ కారణంగా ఓ పారిశ్రామిక వర్క్‌షాప్ ఒక నెలలో మూడు 10kV కెపాసిటర్ బ్యాంకులను నాశనం చేసింది, మరమ్మత్తు ఖర్చు 500,000 దాటిం

  టోటల్ హార్మోనిక్ డిస్టోర్షన్ (THD) కేంద్రీకరణ విచ్యూతులు (ఉదాహరణకు, నిజమైన THDv=6%, కేంద్రీకరించబడినది 4%, విచ్యూతం = -2%) "అసలు ప్రతిపాదన" లేదా "ఎక్కడైన చికాసులు" దశలను పెంపొందిస్తాయి, అది ప్రమాదాలను బాధ్యత చేస్తుంది లేదా ఆర్థిక వ్యర్థంగా చేస్తుంది — అంతటా, "డేటా వికృతం చేస్తుంది, తప్పుడు నిర్ణయాలకు వివరణ."

  • అతిరిక్తం గుర్తించలేది: దీర్ఘకాలం ప్రతికారం, పెరిగిన హాని
    కేంద్రీకరించబడిన THD నిజమైనది కన్నా తక్కువ ఉంటే (ఉదాహరణకు, నిజమైన THDv=6%, కేంద్రీకరణ విచ్యూతం -1%, 5% గా ప్రదర్శించబడినది), ఇది తప్పుడు "హార్మోనిక్ ప్రతిపాదన" అని సూచిస్తుంది, ఫిల్టర్ యంత్రపు స్థాపనను (ఉదాహరణకు, APF) విలమ్బించింది. ఇది దీర్ఘకాలం హార్మోనిక్ అభిక్రమాల రాయడను అనుమతిస్తుంది:

  • చాలా చట్టమైన: ట్రాన్స్‌ఫార్మర్లు, కెపాసిటర్లు మొదలగున పరికరాల వయస్కత పెరిగి ఫెయిల్ రేట్లు ఎక్కువగా ఉంటాయి.

  • దీర్ఘకాలం: వ్యవస్థా ప్రతిద్వందన ప్రమాదం, ప్రాంతీయ గ్రిడ్ పన్ను పొందడం (ఉదాహరణకు, ఒక ప్రాంతీయ గ్రిడ్ నాలుగో హార్మోనిక్ గుర్తించలేదని వల్ల రెండు సంవత్సరాల తర్వాత ప్రతిద్వందన జరిగి, 5 సబ్ స్టేషన్లు ఆఫ్‌లైన్ అయ్యాయి).

  • అతిరిక్తం తప్పు గుర్తించినది: ఎక్కడైన నివేదిక, వ్యర్థం చేసిన ఖర్చులు
    కేంద్రీకరించబడిన THD నిజమైనది కన్నా ఎక్కువ ఉంటే (ఉదాహరణకు, నిజమైన THDv=4%, కేంద్రీకరణ విచ్యూతం +1%, 5% గా ప్రదర్శించబడినది), ఇది తప్పుడు "హార్మోనిక్ అతిరిక్తం" అని సూచిస్తుంది, అనావశ్యం ఫిల్టర్ యంత్రపు స్థాపనను కలిగివుంటుంది:

  • ఆర్థిక వ్యర్థం: 10kV/100A APF ఖర్చు ~500,000; మిట్మిగే అవసరం లేకపోతే, పరికరం నిశ్చలంగా ఉంటుంది (వార్షిక మేంటనెన్స్ 20,000).

  • వ్యవస్థా విఘటన: అతిరిక్త ఫిల్టర్లు కొత్త ప్రతిద్వందన పాయింట్లను సృష్టించవచ్చు (ఉదాహరణకు, 5వ హార్మోనిక్ ఫిల్టర్ స్థాపించినప్పుడు 7వ హార్మోనిక్ ప్రతిద్వందన జరిగింది), కొత్త ప్రమాదాలను అందిస్తాయి.

  • డేటా వికృతం: గ్రిడ్ ప్లానింగ్ మరియు డిస్పాచ్ ప్రభావితం
    THD కేంద్రీకరణ విచ్యూతులు హార్మోనిక్ వితరణ డేటాను వికృతం చేస్తాయి, దీర్ఘకాలం ప్లానింగ్‌ను ప్రభావితం చేస్తాయి:

  • ఉదాహరణ: ఒక ప్రాంతంలో నిరీక్షణ మీద సగటు THDi=8% (నిజమైనది 6%), హార్మోనిక్ మిట్మిగే సామర్థ్యం ఎక్కడైన ప్రత్యామ్నాయం చేయబడుతుంది (2 అదనపు ఫిల్టర్ స్టేషన్లను నిర్మించడం, మొత్తం నివేశం 10 మిలియన్ కి పైగా).

  • డిస్పాచ్ లో, తప్పుడు THD డేటా సరైన హార్మోనిక్ మూలాల గుర్తించడంలో ప్రతిరోధం చేస్తుంది (ఉదాహరణకు, ఒక పీవీ ప్లాంట్ తప్పుడు దోషంగా గుర్తించబడి, దాని ఉత్పత్తిని పరిమితం చేస్తారు), పునరుత్పత్తి శక్తి సంగతిని ప్రభావితం చేస్తుంది.

  మూల ప్రభావం 3: ఆర్థిక నష్టం — నేరమైన ఖర్చులు నుండి పరోక్ష నష్టాలవరకూ

  హార్మోనిక్ THD విచ్యూతులు (అతిరిక్తం మరియు కేంద్రీకరణ తప్పులను కలిగివుంటాయి) పరికరాల నష్టాలు, పెరిగిన శక్తి ఉపభోగం, ఉత్పత్తి నిలంపు ద్వారా పెద్ద ఆర్థిక నష్టాలను కలిగివుంటాయి, మూడు ఖర్చు వర్గాలలో ప్రమాణీకరించవచ్చు:

  నష్ట రకం	విశేష ప్రదర్శనం	పరిమాణీకరణ ఉదాహరణ (10kV ఔధోగిక వాడకదారుని ఉదాహరణగా)
  ప్రత్యక్ష పరికర ఖర్చు	ట్రాన్స్‌ఫార్మర్లు, కెప్సీటర్లు, మోటర్లు వంటి పరికరాల దగ్దాడు/మార్పు	THDv=8% అయినప్పుడు, వార్షిక పరికర మార్పు ఖర్చు 5-20 మిలియన్ యువాన్లు పెరిగింది (2 ట్రాన్స్‌ఫార్మర్లు + 3 కెప్సీటర్ సెట్ల ఆధారంగా లెక్కించబడింది)
  అదనపు శక్తి వినియోగ ఖర్చు	లైన్లు మరియు ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ల తామ్ నష్టం/ఇరన్ నష్టం పెరిగింది	THDi=10% అయినప్పుడు, వార్షిక అదనపు బజాజు వినియోగం 100,000 - 500,000 kWh పెరిగింది (వార్షిక బజాజు వినియోగం 10 మిలియన్ kWh మరియు బజాజు ధర 0.6 యువాన్లు/kWh ఆధారంగా, వార్షిక అదనపు బజాజు ఖర్చు 60,000 - 300,000 యువాన్లు)
  ఉత్పత్తి నిలంపు నష్టం	స్వీకార్య పరికరాల నిలంపు మరియు ఉత్పత్తి లైన్ల విరమణ	ఒక సెమికాండక్టర్ ఫ్యాక్టరీలోని లిథోగ్రాఫీ మెషీన్ THD కారణంగా 1 గంట నిలంపు చేసింది, ఇది వ్యవస్థాపక విలువ క్రింది 500,000 యువాన్లను నష్టపెట్టింది

  సారాంశం: THD తోటలు ప్రవర్తన వ్యవస్థలపై ముఖ్య ప్రభావ శ్రేణి

  హార్మోనిక్ THD తోటల అధికారిక ప్రభావం ఒక క్షణిక శ్రేణిగా ఉంటుంది: "తారంగాకార వికృతి → ఉపకరణ నష్టం → వ్యవస్థా అస్థిరత → ఆర్థిక నష్టం." కొలిచే తోటలు ఈ శ్రేణిని పెంచుతాయి లేదా తప్పుగా అందిస్తాయి:

  • అసలు THD ఎక్కడైనా ఎక్కువ ఉంటే అది "ముఖ్య ప్రభావం" అవుతుంది, అన్ని ప్రవర్తన వ్యవస్థా హార్డ్వేర్ను నష్టపరచుకుంటుంది మరియు స్థిరతను తగ్గిస్తుంది;

  • THD కొలిచే తోటలు "నిర్ణయ బాధకం" అవుతాయి, అనిబంధిత దండాన్ని రుజువించుకుంటాయి—అంతరంలో ప్రభావాలను పెంచుతాయి లేదా వినియోగాలను అస్థిరంగా చేస్తాయి;

  • అంతమైనది, ఇదంతా రెండు విధాలుగా అంగీకరించబడతాయి: ఆర్థిక నష్టాలు (మరమైన ఖర్చులు, శక్తి అస్థిరత, ఉత్పత్తి నిలంపు).

  కాబట్టి, ప్రవర్తన వ్యవస్థలు ఈ రెండు విధానాలను అంగీకరించాలి: "సామర్థ్యవంతమైన నిరీక్షణ (THD కొలిచే తోటలను ≤ ±0.5% నియంత్రించడం) + ప్రభావకర దండాన్ని తగ్గించడం (అసలు THDv ని 5% కి కంటే తక్కువ ఉంచడం)" ఈ రోజువారీ ప్రభావాలను సమగ్రంగా తప్పించడానికి.