How do Transformer Work

What is an electrical transformer?

An Electrical transformer

An electrical transformer is a static device which is used for the transformation of AC electrical signal in one circuit to the electrical signal of the same frequency in another circuit with a little loss of power. The voltage in a circuit can be increased or decreased, but with a proportional increase or decrease in the current ratings.

Heating Seasonal Performance Factor (HSPF) & Kilo-Watt per Ton (kW/ton)

Heating Seasonal Performance Factor (HSPF)

This is a measurement of the efficiency of a system and the units are the same (BTU/h divided by Watt). However, this measures the efficiency of the system in heating mode, not cooling mode. Therefore it applies only to heat pumps or reversible air conditioning units and not to units that only cool a space. A variant of equation 7 applies:

As with COP, EER, and SEER, the higher the number of HSPF the greater the efficiency.
In the US, the DoE specifies the minimum values for HSPF as shown in table 3. The law was changed in January 2006 and the table lists the old and new standards.
For example, Assume a system has an HSPF of 8. Then from equation 16, the COP is 2.3. This means that 2.3 times the amount of heat is put into the space than is consumed in electricity. Put another way, for every 1 kWh of electrical energy used by the heat pump, 2.3 kWh of heat energy is input to the space.

Kilo-Watt per Ton (kW/ton)

The efficiencies of large industrial air conditioner systems, especially chillers, are given in kW/ton to specify the amount of electrical power that is required for a certain power of cooling. In this case, a smaller value represents a more efficient system. However, as we have seen, to be valid, this number must be reported at various operating conditions, especially the indoor and outdoor temperatures, and the difference between chilled water return and chilled water supply.
You can convert kW/ton to COP as follows:

Because a ton of refrigeration is equivalent to 3.517 kW.

Energy Efficiency Ratio (EER )

Energy Efficiency Ratio, EER

The EER is the ratio of output cooling energy (in BTU) to electrical input energy (in Watt-hour).

The units are therefore BTU/W/h or more formally BTU.W-1.h-1.
The bizarre units of measurement originated in the US to measure the efficiency of an air conditioning system in a steady state. The units are therefore not dimensionless and EER can be measured only over time. Typically, with the system stable, one can measure the energy used over an hour period. One measures the amount of cooling the system has performed during that time.
Many writers erroneously consider the EER to be a ratio of power, not energy:

The units are the same, but now we are dividing the power of the air conditioning unit (in BTU/h) by the power to operate it (in Watt). Although incorrect, this view does have the advantage of allowing us to easily estimate the power used for a certain size of air conditioning unit.
As an example, consider an air conditioning unit that is five tons and has an EER of 11.6. 4 If we want to find out how much power is used we rewrite equation 5:

Where the multiplication by 12,000 converts tons of air conditioning to BTU/h. The EER can be specified only at a specific delta temperature (between inside and outside the space being cooled), because as we see from equation 2, the efficiency changes with this delta temperature. The EER is usually specified under the conditions shown in table 1.

To convert EER to COP, we need to accommodate for the units used. We convert the BTU energy and the electrical input energy to a common energy unit, namely Joule. 5 One BTU equals 1055 J. One Wh equals 3600 Ws or 3600 J. So:

 

Coefficient of Performance (COP)

Coefficient of Performance, COP

The COP is a measure of the amount of power input to a system compared to the amount of power output by that system:[2]

The COP is therefore a measurement of efficiency; the higher the number, the more efficient the system is. The COP is dimensionless because the input power and output power are measured in Watt. The COP is also an instantaneous measurement in that the units are power which can be measured at one point in time.
Consider a simple electric heater. All of the electricity that is input to the unit is converted to heat. There is no waste and the power output (in heat) equals the power input (in electricity), so the COP is one. The COP can be used to describe any system, not just heating and cooling.
An air conditioning system uses power to move heat from one place to another place. When cooling, the air conditioning system is moving heat from the space being cooled (usually a room), to somewhere it is unwanted (usually outside). A heat pump uses the same principles, but it is moving heat from outside (the cold side) to the space being heated inside (the living space).
The maximum theoretical COP for an air conditioning system is expressed by Carnot’s theorem, reduced to the following equation:

Where TC is the cold temperature and TH is the hot temperature. For space cooling, the cold temperature is inside the space; for space heating, the cold temperature is outside. All temperatures are expressed in Kelvin. To convert from °C to Kelvin, add 273.15. To convert from °F to °C, subtract 32, multiply by 5 and divide by 9.
As you can see from equation 2, as the difference between the hot temperature and the cold temperature increases, the COP becomes lower, and vice versa. This means that an air conditioning system is more efficient when the room temperature is closer to the outside temperature and will use more power when there is a larger difference in these temperatures.
As an example, consider the maximum theoretical efficiency of an air conditioning system that is cooling a room to 23°C (73.4°F). If the outside air temperature is 32°C (89.6°F), the theoretical maximum efficiency is:

Typical COP values for air conditioning and heat pump systems are in the range 2 to 4, or about a tenth of the theoretical maximum. However, this helps to explain where the power is used in such a system. Consider the heat pump application shown in figure 1.

The heat pump takes power from the environment and uses electrical power to move that power to the inside space. More power is put into the house than used in electricity. 3 The COP of this system is 4 (power into the house ÷ power consumed). Observe that the electrical power consumed goes into the building. In practice some is expended as heat outside the building, so the actual COP will be slightly less than 4.
An air conditioner operates in the same way, but it is removing power from the space. Consider the figure above in reverse where 1 kW is used to move 3 kW of power from the space. The air conditioner puts 4 kW of power into the environment and this power must be dissipated by the condenser. The air conditioning unit is using more power than is being consumed in electricity. However, in this case, all the power used to operate the air conditioning unit is dissipated outside and has no effect on the power removed from the space. Hence, the COP is equal to 3.

Chiller Refrigeration Tons

The process of cooling is called refrigeration. Refrigeration or cooling capacity can be measured in tons.
A water-chiller refrigeration ton is defined as:

1 Refrigeration Ton (RT) = 1 TONS_cond = 12000 Btu/h = 200 Btu/min = 3025.9 k Calories/h = 12661 kJ/h = 3.517 kW

1 kW = 0.2843 Refrigeration Ton (RT)

A ton is the amount of heat removed by an air conditioning system that would melt 1 ton (2000 lbs.) of ice in 24 hours. The heat required to melt 1 lb of ice at 32 ^oF to water is 144 Btu.

1 Ton Refrigeration = (2000 lb) (144 Btu/lb) / (24 hr)

    = 12000 Btu/hr

Converting between Btu/h and Tons of Refrigeration

Btu/h	Refrigeration Ton	kW
6000	1/2	1.76
12000	1	3.52
18000	1 1/2	5.28
24000	2	7.03
30000	2 1/2	8.79
36000	3	10.6
42000	3 1/2	12.3
48000	4	14.1
54000	4 1/2	15.8
60000	5	17.6

Cooling Tower Tons

A cooling tower ton is defined as:

1 cooling tower ton = 1 TONS_evap = 1 TONS_cond x 1.25 = 15000 Btu/h = 3782 k Calories/h = 15826 kJ/h = 4.396 kW

The equivalent ton on the cooling tower side actually rejects about 15000 Btu/h due to the heat-equivalent of the energy needed to drive the chiller's compressor. This equivalent ton is defined as the heat rejection in cooling 3 U.S. gallons/minute (1500 pound/hour) of water 10°F, which amounts to 15000 Btu/hour, or a chiller coefficient-of-performance (COP) of 4.0 - a COP equivalent to an energy efficiency ratio (EER) of 13.65.

Heat Load and Water Flow

A water systems heat load in Btu/h can be simplified to:

h = c_p ρ q dt
    = (1 Btu/lb_m ^oF) (8.33 lb_m/US gal) q (60 min/h) dt
    = 500 q dt                                                                  (1)
where
h = heat load (Btu/h)
c_p = specific heat, 1 (Btu/lb_m ^oF) for water
ρ = 8.33 (lb_m/US gal) for water
q = water volume flow rate (US gal/min)
dt = temperature difference (^oF)

Example - Water Chiller Cooling

Water flows with 1 gal/min and 10^oF temperature difference. The ton of cooling load can be calculated as:

Cooling load = 500 (1 US gal/min) (10 ^oF) / 12000
    = 0.42 ton

ব্ল্যাকআউট বা নিষ্প্রদীপ বা জাতীয় গ্রিডে বড় ধরণের বিপর্যয় ( Blackout 2014 Bangladesh )

ব্ল্যাকআউট বা নিষ্প্রদীপ (ইঞ্জিনিয়ারদের জন্য গুরুত্বপূর্ণ শব্দ)

আপনারা সবাই জানেন ২০১৪ সালের নভেম্বরের ১ তারিখে পুরো বাংলাদেশে একযোগে বিদ্যুৎ বিচ্ছিন্ন হয়ে যায় । এবং আমরা পুরো দেশের সকল মানুষ প্রায় ১০ ঘন্টা বিদ্যুৎ বিচ্ছিন্ন থাকি ।
এর মূল কারণ ভারত(বহরমপুর) থেকে আমরা যে বিদ্যুৎ কিনে আমাদের দেশে ব্যবহার করতাম সেটা ফেইল করেছিল । প্রসঙ্গত আমরা কুষ্টিয়া ভেড়ামারা দিয়ে ভারত থেকে বিদ্যুৎ কিনে ব্যবহার করি ।

ভারত থেকে ৪০০ কিলোভোল্ট এর ৪৪৫ মেগাওয়াট এর লাইন টি কুষ্টিয়া ভেড়ামাড়ায় সংযোগ দেয়া আছে ।

ব্ল্যাকআউট এর কারণ হিসেবে যেটা বলা হয়েছিল সেটা ছিল একটা চেইন রিঅ্যাকশন এর মত ।
মানে যখনই ভারতের ৪৪৫ মেগাওয়াট এর লাইনের পাওয়ার সাপ্লাই বন্ধ হয়ে যায় , সাথে সাথেই  সেই ৪৪৫ মেগাওয়াট এর চাপটা ন্যাশনাল গ্রিড এর অন্য যে সকল পাওয়ার স্টেশন ছিল সেগুলোতে ফোর্স ক্রিয়েট করে এবং সেই ফোর্স না সামলাতে পেরে অন্য পাওয়ার স্টেশন গুলোও ফেইল করে । 

যখনই আর একটা পাওয়ার স্টেশন ফেইল করে অন্য গুলোতে আরো বেশি চাপ পড়ে এবং এভাবেই প্রায় ঐ ন্যাশনাল গ্রিড এর সকল স্টেশন গুলোই ফেইল করে ।
ব্ল্যাকআউট ইঞ্জিনিয়ারদের জন্য সত্যিই অনেক বেশি চ্যালেঞ্জ এর বিষয় ।

আসুন এবার ব্ল্যাকআউট সর্ম্পকে ইঞ্জিনিয়ার দের মত করে জানি !!!

--পাওয়ার গ্রিড একটা দেশের জন্য, ইঞ্জিনিয়ারদের জন্য খুবি সেনসিটিভ বিষয় ।।

== কত খানি পাওয়ার জেনারেশন হচ্ছে , কত খানি লোড বা ডিমান্ড আছে এই দুইটা জিনিসের ব্যলান্স টা সবচেয়ে বেশি জরুরী ।।। এবং পাওয়ার স্টেশন বা ন্যাশনাল গ্রিড এর ইঞ্জিনিয়ার রা এই লোড এবং জেনারেশন এর ব্যলান্স সব সময়ই করে থাকে এবং ন্যাশনাল গ্রিড এর ফ্রিকোয়েন্সি ৫০ রাখার চেষ্টা করে । যদিও অনেক সময় ১/২ প্লাস মাইনাস হয় , তারপরও নেয়ার অ্যাবাউট ফ্রিকোয়েন্সি ৫০ ই থাকে ।

== এখন যদি কোনো কারণে লোড ও জেনারেশন এর মধ্যে ইমব্যালান্স দেখা দেয় তখনি ফ্রিকোয়েন্সি এর পরিবর্তন ও অটোমেটিক্যালি হয়ে থাকে ।

== যদি কোনো জেনারেটর ফেইল করে , তাহলে সাথে সাথেই জেনারেশন অনুযায়ী লোড এক্সিড করে থাকে, এবং ফ্রিকোয়েন্সী ড্রপ হয় । যদি এই পাওয়ার জেনারেশন ড্রপ টা কম পরিমানে হয়, তবে ন্যাশনাল গ্রিড তার কাজ তবু চালিয়ে যায় লোডশেডিং বা রির্জাভ থেকে পাওয়ার সাপ্লাই দিয়ে । কিন্তু যদি পাওয়ার ড্রপ টা অনেক বেশি পরিমানে হয়ে থাকে , যেমনটা হয়েছিল ভারত-বাংলাদেশ ৪৪৫ মেগাওয়াট এর লাইন ; তবে এই বিশাল পরিমান পাওয়ার খুব দ্রুত রিকভার করা সম্ভব হয় না । যার ইফেক্ট অন্য জেনারেটর গুলোতে পড়ে, অভার লোড এর কারণে  ব্ল্যাকআউট এর মত ঘটনা ঘটে । 

== আবার এরকম ও হতে পারে, যেমন বড় ধরনের লোড একসাথে বন্ধ হয়ে গেল; তখন এক্সেস জেনারেশন এর কারণে ফ্রিকোয়েন্সি বুস্ট করবে এবং এটার প্রভাব গ্রিড এর সব পাওয়ার স্টেশনেই পড়বে ।। যদিও এরকম ঘটনা খুব কমই ঘটে ।।

== কুষ্টিয়া ভেড়ামাড়ার ক্ষেত্রে ফ্রিকোয়েন্সি ৪৫ সাইকেল পার সেকেন্ড এ চলে এসেছিল এবং একটা বড় ধরণের ইলেকট্রিক্যাল সার্জ পুরো সিস্টেমটাকে ইফেক্ট করে ফেলেছিল ।

++ আসুন এবার পুরো বিশ্বের কিছু বড় ধরণের ব্ল্যাকআউট এর ঘটনা সর্ম্পকে জানি !!

১) ব্ল্যাকআউট-২০০৩, ইটালি !!
-- ২৮ সেপ্টেম্বর,২০০৩. ইটালিতে ৫০ বছরের মধ্যে সবচেয়ে বড় ধরনের ব্ল্যাকআউটের ঘটনা ঘটে ।।
-- এফেক্টেড হয়েছিল ৫০ মিলিয়ন জনগন!!
২) ব্ল্যাকআউট-২০০৬, জার্মানি !!
-- ০৪ নভেম্বর-২০০৬.
১০০০ হাজার মেগাওয়াট এর উইন্ড টারবাইন এর কারণে ঘটনাটা ঘটেছিল ।

পরিশেষে ইঞ্জিনিয়ার হিসেবে আমরা কখনোই ব্ল্যাকআউট কে অ্যাভোয়েড করতে পারিনা, কারন লোড এবং জেনারেশন সব আমাদের মানুষ এর দ্বারাই তৈরি , এবং আমরাই নিয়ন্ত্রণ করে থাকি; তবে অতিরিক্ত সচেতনতা বা বিকল্প পদ্ধতি রেডি থাকলে এ ধরণের বড় ধরণের ব্ল্যাকআউট থেকে আমরা দুরে থাকতে পারি !!!! 

আরো একটি কথা !!!
উই আর ইঞ্জিনিয়ার ,
উই পাওয়ার দ্যা ওয়ার্ল্ড !!!
উই দ্যা রিআল এনার্জি !!!