पारेषण में ऊर्जा हानि की गणना
विद्युत प्रणाली में, विद्युत संयंत्र में उत्पन्न होने वाली सभी विद्युत ऊर्जा ग्राहक तक नहीं पहुँचती। कुछ ऊर्जा संयंत्र, सबस्टेशन, पारेषण लाइन और वितरण नेटवर्क के मार्ग में ही नष्ट हो जाती है। इन हानियों को ऊर्जा हानि कहा जाता है। पारेषण में ऊर्जा हानियों की गणना दक्षता में सुधार, परिचालन लागत में कमी, उपकरण क्षमता निर्धारण और आपूर्ति की गुणवत्ता एवं विश्वसनीयता बनाए रखने के लिए आवश्यक है। यह लेख पारेषण लाइनों में ऊर्जा हानियों की गणना की अवधारणा, कारणों और व्यावहारिक विधियों पर चर्चा करता है।
1. संचरण ऊर्जा हानियाँ क्या हैं?
संचरण ऊर्जा हानि प्रेषण छोर से भेजी गई विद्युत ऊर्जा और संचरण प्रणाली के प्राप्तकर्ता छोर पर प्राप्त ऊर्जा के बीच का अंतर है। सरल शब्दों में:
ऊर्जा हानि = भेजी गई ऊर्जा – प्राप्त ऊर्जा
ये हानियाँ केवल लेखांकन आंकड़े नहीं हैं; ये वास्तव में चालकों, ट्रांसफार्मर कोर में ऊष्मा में परिवर्तित होती हैं, और विद्युत एवं चुंबकीय क्षेत्र की घटनाओं का परिणाम हैं। सिस्टम स्तर पर, हानियों को आमतौर पर ऊर्जा के लिए kWh में, या किसी दिए गए लोड पर शक्ति के लिए kW/MW में व्यक्त किया जाता है। प्रतिशत हानियों का भी अक्सर उपयोग किया जाता है:
हानि प्रतिशत = (हानि शक्ति / प्रेषण शक्ति) × 100%
2. संचरण हानि के मुख्य कारण
संचरण हानियों को सामान्यतः कई घटकों में विभाजित किया जाता है:
a) कॉपर हानि (I²R हानि)
यह चैनल में सबसे प्रमुख कारक है। जब प्रतिरोध वाले चालक से धारा प्रवाहित होती है, तो उत्पन्न ऊष्मा की मात्रा इस प्रकार है:
P_हानि = I² × R
धारा बढ़ने पर हानि वर्गानुपाती रूप से बढ़ती है। इसलिए, समान शक्ति के लिए संचरण वोल्टेज बढ़ाने से धारा कम हो जाएगी और हानि स्वतः ही कम हो जाएगी।
b) त्वचा के प्रभाव और निकटता के कारण होने वाली हानियाँ
प्रत्यावर्ती धारा में, धारा चालक की सतह के अनुदिश प्रवाहित होती है। इससे विद्युत चालकता (डीसी) की तुलना में प्रभावी प्रतिरोध बढ़ जाता है। समीपवर्ती चालकों में, धारा वितरण भी प्रभावित होता है (निकटता प्रभाव)। ये दोनों ही I²R हानि को बढ़ाते हैं, विशेष रूप से सिस्टम आवृत्तियों (इंडोनेशिया में 50 हर्ट्ज़) पर, हालांकि इसका प्रभाव बड़े चालकों पर अधिक स्पष्ट होता है।
सी) कोरोना से होने वाली हानि
कोरोना तब होता है जब किसी चालक के चारों ओर विद्युत क्षेत्र इतना प्रबल हो जाता है कि हवा का आयनीकरण हो जाता है, जिससे सरसराहट की आवाज, रेडियो में व्यवधान और बिजली की हानि होती है। उच्च वोल्टेज, चालक की खुरदरी सतहों, नम मौसम या बारिश के साथ कोरोना बढ़ जाता है। EHV/UHV प्रणालियों में कोरोना के कारण होने वाली हानि काफी अधिक होती है।
d) परावैद्युत हानि और इन्सुलेशन रिसाव
इन्सुलेटर और इन्सुलेटिंग पदार्थों में परावैद्युत हानि कम होती है। इसके अलावा, सतह रिसाव धारा भी होती है, विशेषकर जब इन्सुलेटर गंदा या गीला हो। यह मान आमतौर पर I²R हानि से कम होता है, लेकिन फिर भी विस्तृत अध्ययनों में इसकी गणना की जाती है।
ई) संबंधित उपकरणों (ट्रांसफार्मर और रिएक्टर) में होने वाली हानियाँ
हालांकि ट्रांसमिशन लाइनों को सख्ती से "लाइन" नहीं कहा जा सकता, फिर भी इनमें व्यावहारिक रूप से हमेशा सबस्टेशन और ट्रांसफार्मर शामिल होते हैं। ट्रांसफार्मर में निम्नलिखित विशेषताएं होती हैं:
– बिना भार के हानि (कोर हानि): भार के सापेक्ष अपेक्षाकृत स्थिर।
– लोड हानि (कॉपर हानि): करंट/लोड पर निर्भर करती है।
यदि अध्ययन का उद्देश्य बस से बस तक होने वाले "सिस्टम ट्रांसमिशन लॉस" का अध्ययन करना है, तो ट्रांसफार्मर लॉस को आमतौर पर शामिल किया जाता है।
3. गणना के लिए आवश्यक डेटा
संचरण हानि की तकनीकी गणना करने के लिए, आमतौर पर निम्नलिखित डेटा की आवश्यकता होती है:
1. प्राप्तकर्ता/प्रेषक छोर पर P (MW) और Q (MVAr) लोड/वितरण या शक्ति।
2. सिस्टम वोल्टेज (kV), सिस्टम प्रकार 1 फेज/3 फेज।
3. चैनल पैरामीटर: प्रतिरोध R (Ω), प्रतिघात X (Ω), और यदि आवश्यक हो तो धारिता/चालकता (π मॉडल)।
4. प्रति किमी R निर्धारित करने के लिए लाइन की लंबाई (किमी) और कंडक्टर का प्रकार।
5. दैनिक/मासिक/वार्षिक ऊर्जा हानि की गणना करते समय समय के सापेक्ष लोड प्रोफाइल का उपयोग करें।
4. सरल विधि का उपयोग करके बिजली हानि की गणना करना
ए) 3-चरण प्रणाली
3-फेज लाइनों के लिए, कुल कॉपर पावर हानि:
P_loss = 3 × I² × R_phase
यदि संचारित सक्रिय शक्ति और शक्ति गुणांक ज्ञात हों:
– P = √3 × V\_LL × I × cos φ
फिर वर्तमान:
– I = P / (√3 × V\_LL × cos φ)
एक बार I ज्ञात हो जाने पर, इसे I²R हानि सूत्र में दर्ज करें।
एक छोटा सा उदाहरण:
उदाहरण के लिए, 150 kV संचरण, 50 MW शक्ति, शक्ति गुणांक 0,9, प्रति चरण कुल प्रतिरोध 2 Ω।
मौजूदा:
I = 50×10⁶ / (√3 × 150×10³ × 0,9) ≈ 214 A
नुकसान करना:
P_loss = 3 × 214² × 2 ≈ 275 किलोवाट
इससे पता चलता है कि हानियाँ धारा (लोड) और लाइन के कुल प्रतिरोध के प्रति बहुत संवेदनशील होती हैं।
b) प्रति किमी R पैरामीटर का उपयोग करना
यदि R का मान प्रति किलोमीटर ज्ञात हो, उदाहरण के लिए 0,06 Ω/किमी प्रति चरण, और लंबाई 80 किमी हो:
R_phase = 0,06 × 80 = 4,8 Ω
फिर उसी सूत्र का प्रयोग करें।
5. विद्युत हानि (किलोवाट) से ऊर्जा हानि (किलोवाट घंटे) की गणना करें।
लोड में परिवर्तन के साथ-साथ विद्युत हानि (किलोवाट में) भी समय के साथ बदलती रहती है। किसी निश्चित अंतराल में स्थिर विद्युत हानि मानते हुए:
E_loss = P_loss × t
यदि P\_loss = 275 kW 10 घंटे के लिए हो:
ई\_हानि = 275 × 10 = 2.750 किलोवाट
अधिक सटीक गणना के लिए, प्रति घंटा लोड डेटा (लोड प्रोफ़ाइल) का उपयोग करें। प्रति घंटा I की गणना करें → प्रति घंटा P_हानि → सभी घंटों का योग:
दैनिक E_हानि = Σ (P_हानि,घंटा × 1 घंटा)
चूंकि P_loss ∝ I², औसत धारा पर आधारित गणनाएँ हमेशा सटीक नहीं होतीं। अंतराल डेटा (जैसे 15 मिनट या 1 घंटा) का उपयोग करना बेहतर है।
6. उन्नत दृष्टिकोण: विद्युत प्रवाह (लोड प्रवाह) के माध्यम से हानि की गणना
मल्टी-बस ट्रांसमिशन नेटवर्क में, हानियों की गणना किसी एक सूत्र से आसानी से नहीं की जा सकती क्योंकि करंट कई लाइनों में विभाजित होता है और बस वोल्टेज भिन्न-भिन्न होते हैं। एक सामान्य विधि सॉफ्टवेयर (ETAP, DIgSILENT PowerFactory, PSS/E, OpenDSS, या pandapower) का उपयोग करके पावर फ्लो अध्ययन करना है।
अवधारणात्मक रूप से:
– किसी लाइन पर होने वाली बिजली की हानि की गणना प्रेषक और प्राप्तकर्ता छोरों पर जटिल शक्ति के अंतर से की जा सकती है:
S_हानि = S_भेजें – S_प्राप्त करें
P\_loss = Re(S\_loss) के साथ।
– वैकल्पिक रूप से, पावर फ्लो परिणाम चैनल करंट और R मान से:
P\_loss = 3 × |I|² × R .
यह दृष्टिकोण ट्रांसफार्मर हानियों, शंट हानियों के साथ-साथ ट्रांसफार्मर टैप सेटिंग्स और प्रतिक्रियाशील क्षतिपूर्ति के प्रभाव की गणना करने की भी अनुमति देता है।
7. संचरण हानियों को कैसे कम करें
एक बार नुकसान का आकलन हो जाने के बाद, अगला कदम उसे कम करना है। कुछ सामान्य रणनीतियों में शामिल हैं:
1. धारा (और I²R हानि) को कम करने के लिए संचरण वोल्टेज बढ़ाएँ।
2. प्रतिरोध को कम करने और कोरोना को दबाने के लिए बड़े क्रॉस-सेक्शन वाले कंडक्टरों का उपयोग करना या उन्हें बंडल करना।
3. प्रतिक्रियाशील धारा को कम करने और पावर फैक्टर को बेहतर बनाने के लिए प्रतिक्रियाशील शक्ति क्षतिपूर्ति (संधारित्र, STATCOM, SVC)।
4. नेटवर्क संचालन अनुकूलन (पुनः प्रेषण, टैप सेटिंग, पुनः विन्यास, पथ चयन)।
5. खराब सतहों के कारण होने वाले रिसाव और कोरोना की समस्याओं को कम करने के लिए इंसुलेटर और कंडक्टरों का रखरखाव।
8. केसिम्पुलन
विद्युत प्रणाली की दक्षता में सुधार के लिए पारेषण में ऊर्जा हानि की गणना करना एक महत्वपूर्ण कदम है। सबसे अधिक हानि आम तौर पर I²R से होती है, जो लाइन करंट और प्रतिरोध से अत्यधिक प्रभावित होती है, जबकि उच्च वोल्टेज और कुछ पर्यावरणीय परिस्थितियों में कोरोना और इन्सुलेशन रिसाव भी महत्वपूर्ण हो सकते हैं। बुनियादी करंट और प्रतिरोध सूत्रों का उपयोग करके सरल गणनाएँ की जा सकती हैं, जबकि जटिल नेटवर्क के लिए विद्युत प्रवाह विश्लेषण आवश्यक है। कारणों और गणना विधियों को समझकर, सिस्टम संचालक और योजनाकार हानि को कम करने और विद्युत ऊर्जा वितरण की विश्वसनीयता में सुधार करने के लिए उचित उपाय निर्धारित कर सकते हैं।
यदि आप चाहें, तो मैं इस लेख को एक विशिष्ट संदर्भ (जैसे 70 kV/150 kV/500 kV) के अनुरूप ढाल सकता हूँ, उदाहरण के तौर पर प्रति घंटा गणनाओं की एक तालिका जोड़ सकता हूँ, या कोरोना सूत्र और रेखा के π मॉडल को शामिल कर सकता हूँ।
