විදුලි බිල අඩුකරන ගැජට් වලින් ඇත්තටම විදුලි බිල අඩුවෙනවාද? ( 1- කොටස )

සක්‍රිය ක්ෂමතාවය (active power), දෘශ්‍ය ක්ෂමතාවය (apparent power), ක්ෂමතා සාධකය (power factor) සහ තරංග හැඩ විකෘති (Waveform distortion)

පසුගිය මාස කීපය ඇතුලත මට email මගින් සහ වෙනත් යහලුවන් කීප දෙනෙකුගෙන්ම දැනගන්න ලැබුනා මේ 35% ක් දක්වා විදුලි බිල අඩුකරන ගැජට් එකක් විකුනන්න තියෙනෙවා කියලා. මේ උපකරනය නිවසේ තියෙන විදුලි පේනුවකට් සම්බන්ධ කරන්න විතරයි තියෙන්නෙ. මේ ගැජට් එක ඇත්තටම වැඩ කරනවාද, කොහොමද වැඩ කරන්නේ (ක්‍රියාකරීත්වය ගැන) බොහොම දෙනෙක් විමසා සිටියා. ඉතින් හැම දෙනාටම ප්‍රයොජනවත් වෙන්න මගේ අදහස් ඒ ගැන ලියා තියන්න හිතුවා. ඒකෙ විස්තර පත්‍රිකාවෙ ක්‍රියාකාරීත්වය ගැන කියවෙන තැන්වල තියෙන තාක්ෂනික වචන කීපයක් සහ ඒවයේ තේරුම, වැදගත්කම ගැන තමයි මේ ලිපියෙන් ලියන්න යන්නෙ. ඉදිරි ලිපිවලින් අපේ ගෘහස්ත විදුලි මීටරවල ක්‍රියාකාරීත්වය ගැනත්. මේකියන විදිහට 35% විදුලි බිල අඩු වෙනවද කියන එක ගැන මගේ අදහසත් ලියන්න බලාපොරොත්තු වෙනවා.

අපි මුලින්ම බලමු විදුලි බිල හැදෙන්නෙ කොහොමද කියලා.



විදුලි බිල තීරනය වෙන්න අපි පාවිච්චි කරන විදුලි ප්‍රමානයට අනුවනෙ. ඉතින් මොකක්ද මේ "විදුලි ප්‍රමානය" කියන්නෙ? මේක තේරුම සරලව කිව්වොත් කොච්චර ශක්ති (energy) ප්‍රමානයක් අපි විදුලිය මගින් ලබාගන්නවද කියන එකයි. මෙකත් ඉතින් යම් ශක්තියක් නිසා මැනිය යුතු SI ඒකකය "ජූල්" (Joule) . මේ "ජූල්" කියන ඒකකය අපි සාමාන්‍යයෙන් මසකදී පාවිච්චි කරන ශක්ති ප්‍රමානයත් එක්ක බැලුවහම ගොඩක් කුඩායි. එනිසා අපි විදුලි පාවිච්චිය මනින්න කිලෝ වොට් පැය (kilo Watt hour – kWh) කියන ඒකකය පාවිච්චි කරනවා. මේ කිලෝ වොට් පැය 1 කට තමයු අපි යුනිට් එකක් (1 kWh = 1 Unit) කියන්නෙ. ඒ කියන්නෙ අපි කිලෝ වොට් 1 (1kW)ක ක්ෂමතාවයක් (power) ඇති උපකරනයක් පැය 1ක් ක්‍රියත්මක කරොත් වැය වෙන විදුලි ප්‍රමානයට තමයි යුනිට් 1ක් කියලා කියන්නෙ. තවත් විදිහකට කිව්වොත් යම් විදුලි උපකරනයක ක්ෂමතාවය, ඒ උපකරනය පාවිච්චි කරන කාලයෙන් ගුණකලහම, ඒ උපකරනය සදහා වැයවෙන විදුලි ප්‍රමානය ලැබෙනවා.
උදා: 60W බල්බයක් දිනකට පැය 8 බැගින් මාසයක්( දින 30 ) පත්තු කලා නම් වැයවන විදුලි ප්‍රමානය :

බල්බයේ ක්ෂමතාවය = 60W = 0.06 kW
පාවිච්චි කල කාලය = 8 * 30 = 240 h
පාවිච්චි කල විදුලි ප්‍රමානය = 0.06 * 240 = 14.4 Units

විදුලි උපකරනයක ක්ෂමතාවය(power) කියන්නේ එක කොච්චර් ශීග්‍රතාවයකින් ශක්තිය ලබාගන්නවාද කියන එකයි. ඕනැම මොහොතක ක්ෂමතාවය උපකරනය ලබාගන්නා ධාරාව (ඇම්පියර් ප්‍රමානය ) හා ඒ උපකරනය හරහා වොල්ටීයතාවය ( වොල්ට් ප්‍රමානය ) ගුනකිරීමෙන් ලබාගන්න පුලුවන්.

සරල ධාරා (DC) සදහා නම් මේක මැනිමේ ගැටලුවක් නැහැ. පහත පරිපථයේ වොල්ට්මීටර හා ඇමීටර පාඨාංක ගුන කිරීමෙන් ක්ෂමතාවය ලැබෙනවා.

ඒත් ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරා (AC) සදහා තත්වය මීට වෙනස්. ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරා (AC) සදහා මේ ක්‍රමය හරියන්නෙ සූත්‍රිකා බල්බ(filament bulbs), කේතල(kettles), විදුලි උදුන්(electric ovens) වගේ ප්‍රතිරොධමය(Resistive) උපකරන වලට විතරයි. CFL පහන්, විදුලි පංකා, රෙදි සෝදන යන්ත්‍ර, පරිගනක, රූපවාහිනී (CRT/LCD) වගෙ උපකරන වල මේ විදිහට ක්ෂමතාවය මනින්න බැහැ. මේ කියපු උපකරන වලට යොදන වොල්ටීයතාවය හා ලබාගන්න ධාරව සමකලා (in phase) නොවීම තමයි මේකට හේතුව. පහත රූප වලින් මේ ගැන තවත් අවබෝධ කරගන්න පුලුවන්.

ගෙදර දොරේ පාවිච්චි කරන උපකරන වලින් සූත්‍රිකා බල්බ(filament bulbs), කේතල(kettles), විදුලි උදුන්(electric ovens) වගේ ප්‍රධාන වශයෙන් තාපය නිපදවන උපකරන අයිති වෙන්නෙ ප්‍රතිරොධමය(Resistive) වර්ගයට.

 මෝටර්, ට්‍රන්ස්ෆොර්මර්, වගෙ දෙවල් අඩංගු වෙන උපකරන (විදුලි පංකා, රෙදි සෝදන යන්ත්‍ර, වතුර පොම්ප) අයිති වෙන්නෙ ප්‍රේරන (Inductive loads) වර්ගයට, පරිගනක, රූපවාහිනී (CRT/LCD), CFL පහන් වගේ switching power supply අඩංගු උපකරන අයිති වෙන්නෙ ධාරිතාමය (Capacitive loads) වර්ගයට.
මේ වගෙ උපකරන ලබාගන්නා ධාරාව හා යොදා ඇති වෝල්ටීයතාවය ( පලමු ස්ටහනෙ විදිහට මැනීමෙන් ) ගුන කිරීමෙන් ලැබෙන රාශියට කියන්නෙ දෘශ්‍ය ක්ෂමතාවය (apparent power) කියලා. මේකෙ ඒකකය වොල්ට්-ඇම්පියර් (Volt Ampere : VA) ලෙසයි සදහන් කරන්නෙ.

මේ විදිහට උපකරනය ලබාගන්නව යයි පෙනෙන මුලු ක්ෂමතාවයම වැය වෙන්නේ නැහැ. කොටසක් පමනයි සත්‍ය ලෙසම වැය වෙන්නෙ. ඉතිරි කොටස උපකරනය තුලට සහ පිටතට මරුවෙමින් තියෙනවා ( චුම්භක හෝ විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයන් නිසා තමයි මෙහෙම වෙන්නෙ ). මේහෙම සත්‍ය වශයෙන්ම වැයවන ක්ෂමතාවයට තමයි සක්‍රිය ක්ෂමතාවය (active power, true power) කියන්නෙ. මේකෙ ඒකකය වොට් (Watt : W). මේ එහාට මෙහාට දෝලනය වෙන කොටසට කියන්නෙ ප්‍රතික්‍රියක ක්ෂමතාවය (Reactive Power) කියලා. මේකෙ ඒකකය ප්‍රතික්‍රියක වොල්ට්-ඇම්පියර් ( Reactive Volt Ampere : VAR). මේ ක්ෂමතා තුන අතර සම්බන්දය පහත රූපයෙ පරිදි සෘජුකෝනී ත්‍රිකෝනයකින් පෙන්වන්න පුලුවන්.

මේ ක්ෂමතා තුනෙන් අපේ ගෙවල් වල තියෙන විදුලි මීටර පෙන්වන්නෙ සක්‍රිය ක්ෂමතාවය විතරයි. එනම් අපේ විදුලි ඒකක ගනන කියන්නෙ අපි සත්‍ය වශයෙන්ම වැයකල විදුලි ප්‍රමානයයි. මේ පාඨාංකයට දෘශ්‍ය ක්ෂමතාවය හෝ ප්‍රතික්‍රියක ක්ෂමතාවය බලපෑමක් නැහැ. නමුත් මේ උපකරන වලට බලය සපයන ජනකයට (generator), උපකරනය ලබාගන්නවා යයි පෙනෙන දෘශ්‍ය ක්ෂමතාවයම ලබාදිය හැකි විය යුතුයි. මේ නිසා තමයි බොහොවිට ජෙනරටර් (Generator), UPS වැනි බලය සපයන උපකරන වල ධාරිතාවයන් වොල්ට්-ඇම්පියර් (VA) වලින් සදහන් කරන්නෙ.

ඉතින් මේ සක්‍රිය ක්ෂමතාවය හා දෘශ්‍ය ක්ෂමතාවය අතර අනුපාතයට තමයි ක්ෂමතා සාධකය (power factor) කියලා කියන්නෙ. මේකට ඒකක නැහැ. අගය පරාසය 0 සිට 1 දක්වා වෙනවා. සයිනාකාර තරංග සදහා මේ අනුපාතය වෝල්ටීයතවය හා ධාරාව අතර කලාවෙනසේ (Ø) කෝසයිනයට ( cosØ )සමානයි.

මේ ක්ෂමතා සාධකය වැඩි (1 ට ආසන්න ) උපකරන ඒවා ලබාගන්නවා යයි පෙනෙන ක්ෂමතාවයට ආසන්න ප්‍රමානයක් ඇත්තටම වැය කරනවා (දෘශ්‍ය ක්ෂමතාවයම හා සක්‍රිය ක්ෂමතාවය ආසන්න වශ්‍යයෙන් සමානයි). ජනකය මගින් සපයන බලයෙන් මුලු ප්‍රමානයම වගෙ මෙවන් උපකරන වැය කරනවා. එනිසා අවශ්‍ය ජනකයේ ධාරිතාව උපකරනයේ ක්ෂමතවයට ආසන්නයි.
උදා: 230V, 250W පරිගනක යන්ත්‍රයක ක්ෂමතා සාධකය (power factor) ය 0.8 යයි සිතමු.

සක්‍රිය ක්ෂමතාවය = දෘශ්‍ය ක්ෂමතාවය x ක්ෂමතා සාධකය
250 W = දෘශ්‍ය ක්ෂමතාවය x 0.8

දෘශ්‍ය ක්ෂමතාවය = 250 / 0.8 = 312.5 VA
ලබාගන්නා ධාරාව = 312.5 VA / 230 V = 1.36A

එනම් මෙම පරිගනකය සදහා අවම වශයෙන් 312.5VA (ප්‍රායෝගිකව 400VA පමන) ධාරිතාවක් ඇති සැපයුමක් අවශ්‍ය වෙනවා. සැපයුම හා පරිගනකය අතර 1.36A ධාරාවක් ගලායන බව පෙනෙනවා. නමුත් විදුලි මීටරය සටහන් කරන්නේ 250W ක්ෂමතාවය පමනයි.

ක්ෂමතා සාධකය අඩු (0 ට ආසන්න ) උපකරන ඒවා ලබාගන්නවා යයි පෙනෙන ක්ෂමතාවයෙන් සුළු කොටසක් පමනයි ඇත්තටම වැය කරන්නෙ (දෘශ්‍ය ක්ෂමතාවයම, සක්‍රිය ක්ෂමතාවයට වඩා සැලකියයුතු තරම් වැඩියි). ජනකය මගින් සපයන බලයෙන් සුළු කොටසක් පමනයි ඇත්තටම මෙවන් උපකරන වැය කරන්නෙ. එනිසා අවශ්‍ය ජනකයේ ධාරිතාව උපකරනයේ ක්ෂමතවයට වඩා සැලකියයුතු තරම් වැඩියි.
උදා: 230V, 250W පරිගනක යන්ත්‍රයක ක්ෂමතා සාධකය (power factor) ය 0.4 යයි සිතමු.

සක්‍රිය ක්ෂමතාවය = දෘශ්‍ය ක්ෂමතාවය x ක්ෂමතා සාධකය
250 W = දෘශ්‍ය ක්ෂමතාවය x 0.4

දෘශ්‍ය ක්ෂමතාවය = 250 / 0.4 = 625 VA
ලබාගන්නා ධාරාව = 625 VA / 230 V = 2.72A

එනම් මෙම පරිගනකය සදහා අවම වශයෙන් 625VA(ප්‍රායෝගිකව 700VA පමන) ධාරිතාවක් ඇති සැපයුමක් අවශ්‍ය වෙනවා. සැපයුම හා පරිගනකය අතර 2.72A ධාරාවක් ගලායන බව පෙනෙනවා. නමුත් විදුලි මීටරය සටහන් කරන්නේ 250W ක්ෂමතාවය පමනයි.

ප්‍රේරක (Inductor) මගින් ඇතිකරන වොල්ටීයතාව හා ධාරාවෙ කාලා වෙනසට ප්‍රතිවිරුද්ධ දිශාවට තමයි ධාරිත්‍රක (Capacitor) මගින් කලා වෙනස ඇතිකරන්නෙ. එනිසා ප්‍රේරනමය භරයක් (Inductive load)මගින් ඇතිකරපු කලාවෙනස එයට සමාන්තරගතව සම්බන්ධ කරන ධාරිත්‍රකයක් මගින් නැතිකරන්න හෝ අඩුකරන්න පුලුවන්. මේකට තමයි ක්ෂමතා සාධක නිවරදි කරනය (power factor correction) කියන්නෙ. මෙමගින් ක්ෂමතා සාධකය අඩු තිබුනු උපකරන වල ක්ෂමතා සාධකය වැඩි කරගන්න පුලුවන්. නමුත් සක්‍රිය ක්ෂමතාවයට මෙයින් කිසිදු බලපෑමක් වෙන්නෙ නැහැ. මෙයින් වෙන වාසිය තමයි සම්බන්ධක වයරයන් තුලින් අඩු ධාරාවක් ගලායාම ( සිහින් වයර භාවිතයට හැකි වීම, වයර රත්වීම අඩුවීම - මේ සදහා අදාල කැපෑසිටරය අදාල භාරයට හැකිතරම් ලගින් සවි කරන්න ඕනා) හා අඩු VA ධාරිතාවක් සහිත බලසැපයුමක් භාවිතා කරන්න පුලුවන් වීම.

අපෙ නිවෙස් වලට සපයන විදුලි තරංගයේ හැඩය කවුරුත් දන්න විදිහට සයිනකාරයි. ඉතින් මේකට බල්බයක් වගෙ සම්බන්ද කලොත් ඒක ලබාගන්නා ධාරාවත් සයිනාකාරයි. නමුත් CFL, පරිගනක, ඉලෙක්ට්‍රොනික පංකා පාලක (Electronic fan controller) වගෙ දේවල් ධාරාව ලබා ගන්නේ යම් සුලු කාලකට විතරයි. එතකොට ඒවගෙ උපකරන ලබාගන්නා ධාරාවේ තරංග හැඩය සයිනාකාර බවෙන් සෑහෙන තරම් වෙනස් වෙනවා. ඉතින් මේ විදිහට තරංග හැඩය වෙනස් වීම තමයි තරංග හැඩ විකෘති (Waveform distortion) කියලා කියන්නේ.

සංකීර්ණ ගණිත ක්‍රම පාවිච්චි කරලා අපිට පුලුවන් ඕනෑම තරංග හැඩයක් එහි මූලික සංඛ්‍යාතයේ හා එහි ගුනාකාර වල සයිනාකාර තරංග ගනනාවක එකතුවක් විදිහට දක්වන්න. මේ ක්‍රමයේ දී මූලික සංඛ්‍යාතයේ (fundamental frequency) ගුනාකාරවලට කියන්නෙ ප්‍රසංවාද (Harmonics - හාර්මොනික්ස් ) කියලා. 2 ගුනාකාරය - දෙවැනි ප්‍රසංවාදය (2nd harmonic), 3 ගුනාකාරය - තෙවැනි ප්‍රසංවාදය (3rd hormonic) ආදී වශයෙන්.

Pure sine wave

Sine wave with Triangular like distrotion

Square wave like distrotion

Wave form similar to CFL current - Note: Harmonics are greater than the fundamental

යම් තරංගයක මූලික සංඛ්‍යාතයට අමතරව තියෙන හාර්මොනික්ස් ප්‍රමානය එම තරංග හැඩයේ විකෘතිතාවය පිලිබද මිනුමක් විදිහට පාවිච්චි කරනවා. මේ මිනුමට කියන්නෙ මුළු ප්‍රසංවාදී විකෘතිය (Total Harmonic Distortion) නත්නම් "THD" කියලා. මේක ප්‍රතිශතයක් විදිහට තමයි සදහන් කරන්නෙ. මේ මිනුම බලසැපයුම්ක තත්වය (power quality) පිලිබදව කතාකරද්දී සැලකෙන ප්‍රධානම සාධකයක්. බල සැපයුමක වොල්ටීයතාවය ප්‍රායොගිකව 100% ක්ම සයිනාකාර නැහැ. ලංකාවෙ මම නිරීක්ෂනය කරපු විදිහට වොල්ටීයතාවේ විකෘතිය THD 2% - 7% පමන උනා.

මට බලන්න පුලුවන් වුන උපකරන කීපයක power factor හා ධාරාව සදහා ලැබුනු THD අගයන් පහල වගුවෙ තියෙනවා.

මීලග ලිපියෙන් ගෘහස්ථ විදුලි මීටරයක ක්‍රියාකාරීත්වය ගැන ලියන්න බලාපොරොත්තු වෙනවා. එතෙක් මේ ලිපියෙ තියෙන දේ ගැන නොපහැදිලි දෙයක් තියෙනවා නම් comment එකක් දාන්න.