Resonant Voltage Transformers (RVTs) || working principle of RVTs and their application in power capacitor banks

 

Introduction

Power Capacitor banks are an important component of modern power systems that enable utilities to increase power transmission capacity, reduce power losses, and improve power quality. However, the installation of these capacitor banks can lead to resonance problems, which can cause serious damage to the power system. To overcome these problems, Resonant Voltage Transformers (RVTs) are used. In this article, we will discuss the working principle of RVTs and their application in power capacitor banks.

परिचय

पावर कैपेसिटर बैंक आधुनिक पावर सिस्टम का एक महत्वपूर्ण घटक है जो उपयोगिताओं को बिजली संचरण क्षमता बढ़ाने, बिजली के नुकसान को कम करने और बिजली की गुणवत्ता में सुधार करने में सक्षम बनाता है। हालांकि, इन कैपेसिटर बैंकों की स्थापना से प्रतिध्वनि की समस्या हो सकती है, जिससे बिजली व्यवस्था को गंभीर नुकसान हो सकता है। इन समस्याओं को दूर करने के लिए, अनुनाद वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर (आरवीटी) का उपयोग किया जाता है। इस लेख में, हम आरवीटी के कार्य सिद्धांत और पावर कैपेसिटर बैंकों में उनके आवेदन पर चर्चा करेंगे।

Working Principle of RVT

Resonant Voltage Transformers are designed to suppress the voltage and current harmonic resonance caused by the installation of capacitor banks in the power system. An RVT consists of a resonant circuit that is tuned to a specific frequency, usually the 5th or 7th harmonic of the power system frequency. The RVT circuit is connected in series with the power system, and the voltage across the RVT circuit is used to drive a voltage transformer. The output of the voltage transformer is then used to control the switching of the capacitor banks.

The RVT circuit is designed to have a high impedance at the fundamental frequency and a low impedance at the harmonic frequency. When the harmonic frequency is present, the RVT circuit resonates, and the voltage across the RVT circuit becomes large. This voltage is then used to control the switching of the capacitor banks. When the harmonic frequency is absent, the RVT circuit does not resonate, and the voltage across the RVT circuit is negligible.

आरवीटी का कार्य सिद्धांत

अनुनाद वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर बिजली व्यवस्था में कैपेसिटर बैंकों की स्थापना के कारण वोल्टेज और वर्तमान हार्मोनिक अनुनाद को दबाने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। एक आरवीटी में एक गुंजयमान सर्किट होता है जो एक विशिष्ट आवृत्ति के लिए ट्यून किया जाता है, आमतौर पर पावर सिस्टम फ्रीक्वेंसी का 5वां या 7वां हार्मोनिक। आरवीटी सर्किट पावर सिस्टम के साथ श्रृंखला में जुड़ा हुआ है, और आरवीटी सर्किट में वोल्टेज का उपयोग वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर को चलाने के लिए किया जाता है। वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर का आउटपुट तब कैपेसिटर बैंकों के स्विचिंग को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

आरवीटी सर्किट को मौलिक आवृत्ति पर उच्च प्रतिबाधा और हार्मोनिक आवृत्ति पर कम प्रतिबाधा के लिए डिज़ाइन किया गया है। जब हार्मोनिक आवृत्ति मौजूद होती है, तो आरवीटी सर्किट प्रतिध्वनित होता है, और आरवीटी सर्किट में वोल्टेज बड़ा हो जाता है। इस वोल्टेज का उपयोग कैपेसिटर बैंकों के स्विचिंग को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। जब हार्मोनिक आवृत्ति अनुपस्थित होती है, तो आरवीटी सर्किट प्रतिध्वनित नहीं होता है, और आरवीटी सर्किट में वोल्टेज नगण्य होता है।

Applications of RVT in Power Capacitor banks

RVTs are used in power capacitor banks to suppress the voltage and current harmonic resonance caused by the installation of the capacitor banks. When capacitor banks are installed in a power system, they can create a resonance problem, which can cause serious damage to the power system. The resonance problem occurs when the capacitor bank and the power system form a resonant circuit at the harmonic frequency.

The resonance problem can be solved by using RVTs. RVTs are connected in series with the capacitor banks and are tuned to the same frequency as the resonance frequency. The RVT circuit is designed to have a high impedance at the fundamental frequency and a low impedance at the harmonic frequency. When the harmonic frequency is present, the RVT circuit resonates, and the voltage across the RVT circuit becomes large. This voltage is then used to control the switching of the capacitor banks. When the harmonic frequency is absent, the RVT circuit does not resonate, and the voltage across the RVT circuit is negligible.

पावर कैपेसिटर बैंकों में आरवीटी के अनुप्रयोग

कैपेसिटर बैंकों की स्थापना के कारण वोल्टेज और वर्तमान हार्मोनिक अनुनाद को दबाने के लिए आरवीटी का उपयोग पावर कैपेसिटर बैंकों में किया जाता है। जब कैपेसिटर बैंक बिजली व्यवस्था में स्थापित होते हैं, तो वे एक अनुनाद समस्या पैदा कर सकते हैं, जिससे बिजली व्यवस्था को गंभीर नुकसान हो सकता है। अनुनाद समस्या तब होती है जब संधारित्र बैंक और पावर सिस्टम हार्मोनिक आवृत्ति पर एक गुंजयमान सर्किट बनाते हैं।

RVTs का उपयोग करके अनुनाद समस्या को हल किया जा सकता है। आरवीटी कैपेसिटर बैंकों के साथ श्रृंखला में जुड़े हुए हैं और अनुनाद आवृत्ति के समान आवृत्ति पर ट्यून किए गए हैं। आरवीटी सर्किट को मौलिक आवृत्ति पर उच्च प्रतिबाधा और हार्मोनिक आवृत्ति पर कम प्रतिबाधा के लिए डिज़ाइन किया गया है। जब हार्मोनिक आवृत्ति मौजूद होती है, तो आरवीटी सर्किट प्रतिध्वनित होता है, और आरवीटी सर्किट में वोल्टेज बड़ा हो जाता है। इस वोल्टेज का उपयोग कैपेसिटर बैंकों के स्विचिंग को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। जब हार्मोनिक आवृत्ति अनुपस्थित होती है, तो आरवीटी सर्किट प्रतिध्वनित नहीं होता है, और आरवीटी सर्किट में वोल्टेज नगण्य होता है।

Formulae Used in RVT

आरवीटी में प्रयुक्त सूत्र

The following formulae are used in the design of RVTs:

आरवीटी के डिजाइन में निम्नलिखित सूत्रों का उपयोग किया जाता है:

Resonant frequency:

The resonant frequency of the RVT circuit is given by the formula:

                            f_r = 1 / (2π √(L C))

where L is the inductance of the RVT circuit and C is the capacitance of the RVT circuit.

गुंजयमान आवृत्ति:

RVT सर्किट की गुंजयमान आवृत्ति सूत्र द्वारा दी गई है:

                                        f_r = 1 / (2π √(एल सी))

जहां L RVT सर्किट का इंडक्शन है और C RVT सर्किट का कैपेसिटेंस है।

Impedance at the resonant frequency:

The impedance of the RVT circuit at the resonant frequency is given by the formula:

                                            Z_r = √(L / C)

where L is the inductance of the RVT circuit and C is the capacitance of the RVT circuit.

गुंजयमान आवृत्ति पर प्रतिबाधा:

गुंजयमान आवृत्ति पर RVT सर्किट का प्रतिबाधा सूत्र द्वारा दिया गया है:

                                            Z_r = √ (एल / सी)

जहां L RVT सर्किट का इंडक्शन है और C RVT सर्किट का कैपेसिटेंस है।

Voltage across the RVT circuit:

The voltage across the RVT circuit is given by the formula:

                                             V_r = I_r Z_r

where I_r is the current flowing through the RVT circuit and Z_r is the impedance of the RVT circuit at the resonant frequency.

आरवीटी सर्किट में वोल्टेज:

आरवीटी सर्किट में वोल्टेज सूत्र द्वारा दिया जाता है:

                                             वी_आर = आई_आर जेड_आर

जहां I_r RVT सर्किट के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा है और Z_r गुंजयमान आवृत्ति पर RVT सर्किट का प्रतिबाधा है।

Design of RVT Circuit

The RVT circuit is designed to have a high impedance at the fundamental frequency and a low impedance at the harmonic frequency. The resonant frequency of the RVT circuit is chosen to be the same as the frequency of the resonance problem caused by the installation of the capacitor banks in the power system. The inductance and capacitance of the RVT circuit are chosen to achieve the desired resonant frequency.

The inductance of the RVT circuit is typically chosen to be in the range of a few millihenries to a few hundred millihenries, while the capacitance is typically in the range of a few nano farads to a few microfarads. The impedance of the RVT circuit at the resonant frequency is typically in the range of a few hundred ohms to a few kilohms.

The RVT circuit can be implemented using different topologies such as series-resonant, parallel-resonant, and hybrid-resonant topologies. The choice of topology depends on the specific application and the requirements of the power system.

आरवीटी सर्किट का डिजाइन

आरवीटी सर्किट को मौलिक आवृत्ति पर उच्च प्रतिबाधा और हार्मोनिक आवृत्ति पर कम प्रतिबाधा के लिए डिज़ाइन किया गया है। आरवीटी सर्किट की गुंजयमान आवृत्ति को विद्युत प्रणाली में कैपेसिटर बैंकों की स्थापना के कारण अनुनाद समस्या की आवृत्ति के समान चुना जाता है। वांछित अनुनाद आवृत्ति प्राप्त करने के लिए आरवीटी सर्किट की अधिष्ठापन और क्षमता का चयन किया जाता है।

RVT सर्किट का अधिष्ठापन आमतौर पर कुछ मिलीहेनरी से लेकर कुछ सौ मिलियन तक की सीमा में चुना जाता है, जबकि कैपेसिटेंस आमतौर पर कुछ नैनो फैराड से कुछ माइक्रोफ़ारड की सीमा में होता है। गुंजयमान आवृत्ति पर आरवीटी सर्किट का प्रतिबाधा आमतौर पर कुछ सौ ओम से लेकर कुछ किलोहोम तक होता है।

आरवीटी सर्किट को विभिन्न टोपोलॉजी जैसे श्रृंखला-अनुनाद, समांतर-अनुनाद, और हाइब्रिड-अनुनाद टोपोलॉजी का उपयोग करके कार्यान्वित किया जा सकता है। टोपोलॉजी का चुनाव विशिष्ट अनुप्रयोग और बिजली व्यवस्था की आवश्यकताओं पर निर्भर करता है।

Advantages of RVTs in Power Capacitor banks

पावर कैपेसिटर बैंकों में आरवीटी के लाभ

1. Improved Power Quality: The use of RVTs in power capacitor banks helps to reduce voltage and current harmonic distortion, which improves the power quality of the power system.

1. बेहतर बिजली की गुणवत्ता: पावर कैपेसिटर बैंकों में आरवीटी का उपयोग वोल्टेज और वर्तमान हार्मोनिक विरूपण को कम करने में मदद करता है, जिससे बिजली व्यवस्था की बिजली की गुणवत्ता में सुधार होता है।

2. Increased Power Transmission Capacity: The installation of capacitor banks in the power system helps to increase the power transmission capacity. However, the resonance problem caused by the installation of the capacitor banks can limit the benefits of the capacitor banks. The use of RVTs helps to overcome this problem, thus enabling the full benefits of the capacitor banks to be realized.

2. पावर ट्रांसमिशन क्षमता में वृद्धि: पावर सिस्टम में कैपेसिटर बैंकों की स्थापना से पावर ट्रांसमिशन क्षमता बढ़ाने में मदद मिलती है। हालाँकि, संधारित्र बैंकों की स्थापना के कारण होने वाली अनुनाद समस्या संधारित्र बैंकों के लाभों को सीमित कर सकती है। आरवीटी का उपयोग इस समस्या को दूर करने में मदद करता है, इस प्रकार कैपेसिटर बैंकों के पूर्ण लाभों को प्राप्त करने में सक्षम बनाता है।

3. Reduced Power Losses: The use of RVTs helps to reduce power losses in the power system by reducing voltage and current harmonic distortion.

3. कम बिजली नुकसान: आरवीटी का उपयोग वोल्टेज और वर्तमान हार्मोनिक विरूपण को कम करके बिजली व्यवस्था में बिजली के नुकसान को कम करने में मदद करता है।

4. Improved System Stability: The resonance problem caused by the installation of the capacitor banks can cause instability in the power system. The use of RVTs helps to stabilize the power system by suppressing the resonance problem.

4. बेहतर सिस्टम स्थिरता: कैपेसिटर बैंकों की स्थापना के कारण होने वाली अनुनाद समस्या बिजली व्यवस्था में अस्थिरता पैदा कर सकती है। आरवीटी का उपयोग अनुनाद समस्या को दबाकर बिजली व्यवस्था को स्थिर करने में मदद करता है।

Disadvantages of RVTs in Power Capacitor banks

पावर कैपेसिटर बैंकों में आरवीटी के नुकसान

1. Cost: The installation of RVTs in power capacitor banks can be expensive, especially for large power systems.

1. लागत: पावर कैपेसिटर बैंकों में आरवीटी की स्थापना महंगी हो सकती है, खासकर बड़ी बिजली प्रणालियों के लिए।

2. Complexity: The design and implementation of RVTs require expertise in power system engineering and may be complex for some applications.

2. जटिलता: आरवीटी के डिजाइन और कार्यान्वयन के लिए पावर सिस्टम इंजीनियरिंग में विशेषज्ञता की आवश्यकता होती है और कुछ अनुप्रयोगों के लिए यह जटिल हो सकता है।

Conclusion 

In conclusion, RVTs are an important component of power capacitor banks. They are used to suppress voltage and current harmonic resonance caused by the installation of the capacitor banks in the power system. The RVT circuit is designed to have a high impedance at the fundamental frequency and a low impedance at the harmonic frequency. The resonant frequency of the RVT circuit is chosen to be the same as the frequency of the resonance problem caused by the installation of the capacitor banks in the power system. The use of RVTs helps to improve power quality, increase power transmission capacity, reduce power losses, and improve system stability. However, the installation of RVTs can be expensive and may require expertise in power system engineering.

निष्कर्ष

अंत में, आरवीटी पावर कैपेसिटर बैंकों का एक महत्वपूर्ण घटक है। वे बिजली व्यवस्था में कैपेसिटर बैंकों की स्थापना के कारण वोल्टेज और वर्तमान हार्मोनिक अनुनाद को दबाने के लिए उपयोग किए जाते हैं। आरवीटी सर्किट को मौलिक आवृत्ति पर उच्च प्रतिबाधा और हार्मोनिक आवृत्ति पर कम प्रतिबाधा के लिए डिज़ाइन किया गया है। आरवीटी सर्किट की गुंजयमान आवृत्ति को विद्युत प्रणाली में कैपेसिटर बैंकों की स्थापना के कारण अनुनाद समस्या की आवृत्ति के समान चुना जाता है। आरवीटी के उपयोग से बिजली की गुणवत्ता में सुधार, बिजली संचरण क्षमता में वृद्धि, बिजली के नुकसान को कम करने और सिस्टम स्थिरता में सुधार करने में मदद मिलती है। हालांकि, आरवीटी की स्थापना महंगी हो सकती है और इसके लिए पावर सिस्टम इंजीनियरिंग में विशेषज्ञता की आवश्यकता हो सकती है।