Total Harmonic Distortion (THD) in Power Systems
To measure the power quality in a generator, the Total Harmonic Distortion (THD) value must be known. Which device we have to run on the generator depends on the THD value.
In generators, if we talk about THD then it means Total Harmonic Distortion. The electrical output reflects the amount of distortion present in the wave from which we receive electricity, which is compared to an ideal sine wave.
What are harmonics?
We understand harmonics from this example. Suppose there is a party and we have invited guests to that party. For some reason, some guests come to this party who have not been invited to the party. The fun of our party will be spoiled because of these guests. Such guests, whom we have not called, are known as harmonics in the world of electricity. Due to distortion inside this sine wave, our original (alternating current) AC gets damaged. We look at what harmonics are, and how they affect your electrical system:
1. Ideal AC Waveform (Ideal Guest):
If we imagine a smooth, sinusoidal wave – this is the ideal shape of your (alternating current) AC power supply. This waveform represents voltage or current, which fluctuates smoothly over time, providing clean and stable power for your devices.
2. Harmonics in Electricity:
Harmonics are essentially uninvited guests in an AC. Harmonics are dirty waveforms with voltage and current frequency that produce distortion in the fundamental frequency. Fundamental frequency is a base AC frequency which is 50 Hz in India. In many countries, it is also of 60Hz.
How many types of common harmonic frequencies are there?
Second harmonic: This harmonic is twice the fundamental frequency (for example, 100 Hz in a 50 Hz system).
Third harmonic: This harmonic is three times the fundamental frequency (for example, 150 Hz in a 50 Hz system).
Fourth harmonic: This harmonic is four times the fundamental frequency (for example, 200 Hz in a 50 Hz system).
Fifth harmonic: This harmonic is five times the fundamental frequency (for example, 250 Hz in a 50 Hz system).
Higher-order harmonics (6th, 7th, etc.) may also be present.
- What is Linear load:
- In AC electrical load where the current waveform is proportional to the voltage. At any point in time, the current is proportional to the voltage.
- Linear loads are Heaters, power factor correction capacitors, inductive lamps, etc.
- What is Non-linear load?
- AC electrical load where the current waveform is not proportional to the voltage.
- Non-linear load: includes computer, laser printer, SMPS, rectifier, PLC, electronic ballast, refrigerator, TV, etc. The nature of non-linear loads is to generate harmonics in the current waveform. Under these circumstances, the voltage waveform is no longer proportional to the current.
3. Source of the problem: non-linear load
Harmonic distortion in electricity occurs due to non-linear load. A very bright bulb (resistor) is the opposite of an idle load. They draw a lot of electricity. Below are some examples of non-linear load:-
Speed regulators for motors, computers, TVs, Fluorescent lights with electronic blasters, LED drivers, etc.
These loads draw electrical current in such a way that unwanted harmonic frequencies are generated.
4. Effect of Harmonics:
The presence of harmonics distorts the smooth, sinusoidal waveform of your AC power. Due to this many problems arise:
- Increase in power losses: Harmonics can cause excess heating in transformers and transmission lines, causing valuable energy to be wasted.
- Equipment overheating: Distorted waveforms can cause overheating of electrical equipment, potentially leading to premature failure.
- Malfunction of electronic equipment: A distorted power supply can cause the malfunction of sensitive electronics.
- Voltage and current imbalance: Harmonics can contribute to imbalance in the 3 phase power system, causing additional problems.
5. Management of Harmonics:
- Using power conditioners: These devices can filter out some harmonic distortion.
- Selection of appropriate equipment: We will use such equipment which will help in reducing harmonic distortion.
- Harmonic Analysis: Analyzing your power system can identify the presence and severity of harmonic distortion, allowing you to take appropriate measures.
Here is a detailed description of the concept:
- Ideal AC Power: Ideally, the power output from the generator should be a perfect sine wave. This means that the graph of the voltage received from the generator goes up and down smoothly.
- Harmonics: The output waveform of conventional generators is not a perfect sine wave, causing distortion. Distortions in a sine wave are called harmonics. They are additional voltage or current components present at multiples (second, third, fourth, etc.) of the fundamental frequency 50 Hz.
- THD Measurement: THD measures the overall impact of these harmonics on the quality of power output by the generator. It is expressed as a percentage and indicates how much the actual waveform deviates from the ideal sine wave.
Whenever we use any delicate equipment through a generator, the first thing we check is the quality of the electricity and whether the electricity is a sine wave or not. If we want clean power from the generator, then our THD value should be less than 5%. If the THD value is more than 6%, it can damage our delicate equipment.
If the generator has more than 5% THD value, then we can run equipment on it which are not delicate like heating elements and induction motors. If the THD value is high, we will see lines on the TV and hear noise from the radio speaker.
Here are some important points to remember:
- Generally, it is very good to have low THD in the power generated from the generator. This results in cleaner and more consistent power, which is important for sensitive electronic devices such as computers, TVs, phones, etc.
- With conventional generators we get high THD, estimated to be above 20%, which can damage sensitive electronics.
- Inverter generators produce very low THD, often below 5%. For this reason, we can easily run sensitive equipment with an inverter generator.
- This is the most accurate way to measure THD, but it requires expensive equipment and technical expertise.
- The oscilloscope allows you to visually see the voltage waveform and calculate THD.
- This is a simpler and more economical method.
- The THD meter directly measures THD as a percentage.
- It is a versatile instrument for measuring many power parameters including THD.
- Power analyzers can also measure THD as a percentage and as the amplitude of voltage and current harmonics.
- Some software applications can analyze data from an oscilloscope or power analyzer to measure THD.
- This can be a convenient way to automate data analysis and create reports.
- Measurement point: THD should be measured at the output terminals of the generator or close to the load
- Measuring Load: THD may vary depending on the type and size of the load.
- Measurement accuracy: The accuracy of the equipment and method used will determine the accuracy of the THD measurement.
Inverter generator price:
If we want a generator whose output is very high quality, we have to install a high-quality engine, inverter, and alternator of generator. The price of this generator is quite high for its high quality. For this reason, the THD value is less than 5% and we can run delicate equipment with an inverter generator.
On the contrary, to reduce the price of an ordinary generator, less attention is paid to its quality. For this reason, the THD value is more than 9% and we cannot run delicate equipment with this generator.
Ordinary generators have a THD value in the 9% range and some produce up to 15% THD.
- In electrical appliances, those appliances that run intermittently and require low power quality, THD is less than 10%.
- To get better power quality, they should have THD of 6-9%.
- More delicate electronics such as laptops, mobiles, LCD screens, TVs and other microprocessor devices require the highest quality "clean power", with a THD value of less than 5%.
पावर सिस्टम में टोटल हार्मोनिक डिस्टॉर्शन (टीएचडी)THD
हॉर्मोनिक्स क्या है ?
कितने प्रकार की सामान्य हार्मोनिक आवृत्तियाँ होती हैं ?
- दूसरा हार्मोनिक: ये हार्मोनिक, मौलिक (fundamental) आवृत्ति से दोगुना होती है (उदाहरण के लिए, 5 0 हर्ट्ज प्रणाली में 100 हर्ट्ज)
- तीसरा हार्मोनिक: ये हार्मोनिक, मौलिक (fundamental) आवृत्ति से तीन गुना होती है (उदाहरण के लिए, 50 हर्ट्ज प्रणाली में 150 हर्ट्ज)
- चौथा हार्मोनिक: ये हार्मोनिक, मौलिक (fundamental) आवृत्ति से चार गुना होती है (उदाहरण के लिए, 50 हर्ट्ज प्रणाली में 200 हर्ट्ज)
- पांचवा हार्मोनिक: ये हार्मोनिक, मौलिक (fundamental) आवृत्ति से पांच गुना होती है (उदाहरण के लिए, 50 हर्ट्ज प्रणाली में 250 हर्ट्ज)
लीनियर लोड क्या है ?
एसी विद्युत भार जहां करंट तरंग रूप वोल्टेज के प्रोपोशनल होते हैं। किसी भी समय करंट वोल्टेज के समानुपाती होता है।लीनियर लोड हैं: हीटर, पावर फैक्टर सुधार कैपेसिटर, अशोभनीय लैंप, आदि।
नॉन-लीनियर लोड क्या है ?
एसी विद्युत भार जहां करंट तरंग रूप वोल्टेज के प्रोपोशनल नहीं होते हैं। नॉन-लीनियर लोड: कंप्यूटर, लेजर प्रिंटर, एसएमपीएस, रिएक्टीफायर, पीएलसी, इलेक्ट्रॉनिक बैलास्ट, रेफ्रिजरेटर, टीवी आदि शामिल हैं। नॉन-लीनियर लोड की प्रकृति करंट तरंग में हार्मोनिक्स उत्पन्न करना है। इन परिस्थितियों में, वोल्टेज तरंगरूप अब धारा के समानुपाती नहीं है।- हार्मोनिक्स की उपस्थिति आपके एसी पावर की स्मूथ , साइनसॉइडल तरंग को विकृत कर देती है। इसके कारण कई समस्याऐ पैदा हो जाती है:
- बिजली की हानि में वृद्धि: हार्मोनिक्स के कारण ट्रांसफार्मर और ट्रांसमिशन लाइनों में अतिरिक्त हीटिंग की समस्या हो सकती है, जिस के कारण हमारी मूल्यवान ऊर्जा बर्बाद हो सकती है।
- उपकरण का अधिक गरम होना: विकृत तरंग विद्युत उपकरण में अत्यधिक ताप का कारण बन सकती है, जिससे संभावित रूप से समय से पहले खराबी हो सकती है।
- इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की खराबी: विकृत बिजली आपूर्ति के कारण संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स में खराबी आ सकती है ।
- वोल्टेज और करंट का असंतुलन: हार्मोनिक्स के कारण 3 फेज बिजली प्रणाली में असंतुलन में योगदान कर सकता है, जिससे अतिरिक्त समस्याएं पैदा हो सकती हैं।
- हमारे विद्युत प्रणाली को ठीक से चलाने केलिए हार्मोनिक्स का कण्ट्रोल होना जरुरी है। यहां कुछ दृष्टिकोण दिए गए हैं:
- पावर कंडीशनर का उपयोग करना: ये उपकरण कुछ हार्मोनिक विरूपण को फ़िल्टर कर सकते हैं।
- उपयुक्त उपकरण का चयन: हमें ऐसे उपकरण प्रयोग में लेन होंगे जिससे हार्मोनिक डिस्टॉरशन को कम करने में मदद मिले।
- हार्मोनिक विश्लेषण: आपके पावर सिस्टम का विश्लेषण करने से हार्मोनिक विरूपण की उपस्थिति और गंभीरता की पहचान की जा सकती है, जिससे आप उचित उपाय कर सकते हैं।
- आदर्श AC पावर: आदर्श रूप से, जनरेटर से निकलने वाली बिजली एक पूर्ण साइन वेव होनी चाहिए। इसका मतलब है कि जनरेटर से प्राप्त वोल्टेज का ग्राफ सुचारू रूप से ऊपर और नीचे जाता है।
- हार्मोनिक्स: पारंपरिक जनरेटरों के आउटपुट तरंगरूप एक पूर्ण साइन वेव नहीं होते हैं, इसमें डिस्टॉरशन पैदा हो जाती है। साइन वेव में डिस्टॉरशन को हार्मोनिक्स कहा जाता है। वे मूल आवृत्ति 50 हर्ट्ज के गुणकों (दूसरा, तीसरा, चौथा, आदि) पर मौजूद अतिरिक्त वोल्टेज या करंट घटक होते हैं.
- THD मापन: THD जनरेटर द्वारा बिजली उत्पादन की गुणवत्ता पर इन हार्मोनिक्स के समग्र प्रभाव को मापता है। इसे प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है, और यह इंगित करता है कि वास्तविक तरंगरूप आदर्श साइन वेव से कितना विचलित होता है.
- आमतौर पर जनरेटर से उत्पन्न बिजली में THD का कम होना बहुत अच्छा होता है। यह स्वच्छ औरअधिक सुसंगत बिजली का संकेत देता है, जो संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों जैसे कि कम्प्यूटर्स, टीवी, फ़ोन, आदि के लिए महत्वपूर्ण है।
- पारंपरिक जनरेटर से हमें उच्च THD, अंदाजा 20% से ऊपर, प्राप्त होती है जो संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स को नुकसान पहुंचा सकते हैं।
- इन्वर्टर जनरेटर से हमें बहुत कम THD, अक्सर 5% से नीचे, उत्पन्न करते हैं। इस कारण से हम संवेदनशील उपकरणों को इन्वर्टर जनरेटर से आसानी चला सकते हैं
THD को मापने के लिए कई तरीके हैं, जिनमें शामिल हैं:
1. ऑसिलोस्कोप का उपयोग:
- यह THD को मापने का सबसे सटीक तरीका है, लेकिन इसके लिए महंगे उपकरण और तकनीकी विशेषज्ञता की आवश्यकता होती है।
- ऑसिलोस्कोप आपको वोल्टेज तरंगरूप को दृष्टिगत रूप से देखने और THD की गणना करने की अनुमति देता है।
2. THD मीटर का उपयोग:
- यह एक सरल और अधिक किफायती तरीका है।
- THD मीटर सीधे THD को प्रतिशत के रूप में मापता है।
3. पावर एनालाइज़र का उपयोग:
- यह THD सहित कई बिजली मापदंडों को मापने के लिए एक बहुमुखी उपकरण है।
- पावर एनालाइज़र THD को प्रतिशत के रूप में और वोल्टेज और करंट हार्मोनिक्स के आयाम के रूप में भी माप सकता है।
4. सॉफ्टवेयर का उपयोग:
- कुछ सॉफ्टवेयर एप्लिकेशन THD को मापने के लिए ऑसिलोस्कोप या पावर एनालाइज़र से डेटा का विश्लेषण कर सकते हैं।
- यह डेटा विश्लेषण को स्वचालित करने और रिपोर्ट बनाने का एक सुविधाजनक तरीका हो सकता है.
THD को मापते समय, निम्नलिखित बातों पर ध्यान देना महत्वपूर्ण है:
- मापन बिंदु: THD को जनरेटर के आउटपुट टर्मिनलों पर या भार के करीब मापा जाना चाहिए।
- मापन भार: THD भार के प्रकार और आकार के आधार पर भिन्न हो सकता है.
- मापन सटीकता: उपयोग किए जाने वाले उपकरण और विधि की सटीकता THD माप की सटीकता को निर्धारित करेगी.
इन्वर्टर जनरेटर की कीमत :
- बिजली उपकरणों में ऐसे उपकरण जो रुक रुक कर चलते हैं,और उसमे पावर की गुणवत्ता कम चाहिए उनमे, THD 10 % से कम होती है।
- पावर की गुणवत्ता अधिक लेने के लिए, उनमे THD 6-9 % तक होनी चाहिए।
- अधिक डेलिकेट इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे लैपटॉप, मोबाइल, एलसीडी स्क्रीन, टीवी और अन्य माइक्रोप्रोसेसर उपकरणों के लिए उच्चतम गुणवत्ता वाली "स्वच्छ शक्ति" की आवश्यकता होती है, उसमे THD वैल्यू 5% से कम होनी चाहिए।
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1 Comments
Good knowledge
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