क्या कम शक्ति गुणांक और दक्षता के बीच कोई संबंध है?

कम शक्ति कारक और दक्षता के बीच संबंध

शक्ति कारक (PF) और दक्षता विद्युत प्रणालियों में दो महत्वपूर्ण प्रदर्शन मापदंड हैं, और उनके बीच निश्चित रूप से एक संबंध है, विशेष रूप से विद्युत उपकरणों और प्रणालियों के संचालन में। नीचे यह विस्तार से बताया गया है कि कम शक्ति कारक दक्षता पर कैसे प्रभाव डालता है:

1. शक्ति कारक की परिभाषा

शक्ति कारक को सक्रिय शक्ति (Active Power, P) और स्पष्ट शक्ति (Apparent Power, S) के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है, जिसे आमतौर पर cosϕ के रूप में दर्शाया जाता है:

शक्ति कारक (PF)= SP=cosϕ

सक्रिय शक्ति 

P: उपयोगी काम करने के लिए वास्तविक शक्ति, जिसे वाट (W) में मापा जाता है।

प्रतिक्रियात्मक शक्ति 

Q: चुंबकीय या विद्युत क्षेत्रों को स्थापित करने के लिए इस्तेमाल की जाने वाली शक्ति, जो उपयोगी काम करने में नहीं लगती, जिसे वोल्ट-एम्पियर प्रतिक्रियात्मक (VAR) में मापा जाता है।

स्पष्ट शक्ति 

S: सक्रिय और प्रतिक्रियात्मक शक्ति का सदिश योग, जिसे वोल्ट-एम्पियर (VA) में मापा जाता है।

शक्ति कारक 0 से 1 के बीच होता है, जिसमें आदर्श मान 1 के नजदीक होता है, जो इंगित करता है कि सर्किट में स्पष्ट शक्ति के सापेक्ष सक्रिय शक्ति का अनुपात ऊँचा है और प्रतिक्रियात्मक शक्ति कम है।

2. कम शक्ति कारक का प्रभाव

2.1 धारा मांग में वृद्धि

कम शक्ति कारक का मतलब है कि सर्किट में प्रतिक्रियात्मक शक्ति का महत्वपूर्ण घटक है। सक्रिय शक्ति के समान स्तर को बनाए रखने के लिए, स्रोत को अधिक स्पष्ट शक्ति प्रदान करनी पड़ती है, जिससे धारा मांग में वृद्धि होती है। यह धारा में वृद्धि कई मुद्दों का कारण बनती है:

• वृद्धि रोधी नुकसान: अधिक धारा तारों में रोधी नुकसान (I2 R नुकसान) में वृद्धि करती है, जिससे ऊर्जा बर्बाद होती है।

• ट्रांसफार्मर और वितरण उपकरणों पर भार: अधिक धारा ट्रांसफार्मर, सर्किट ब्रेकर और अन्य वितरण उपकरणों पर अधिक दबाव डालती है, जिससे गर्मी, कम जीवनकाल या तोड़-फोड़ हो सकती है।

2.2 प्रणाली दक्षता में कमी

कम शक्ति कारक के साथ, अधिक धारा के कारण विद्युत प्रणाली के विभिन्न घटक (जैसे केबल, ट्रांसफार्मर और जनरेटर) अधिक धारा लेते हैं, जिससे ऊर्जा नुकसान बढ़ता है। ये नुकसान मुख्य रूप से शामिल हैं:

• तांबे के नुकसान (रोधी नुकसान): तारों में धारा के प्रवाह से होने वाले गर्मी नुकसान।

• कोर नुकसान: ट्रांसफार्मर जैसे उपकरणों में चुंबकीय कोर नुकसान, हालांकि ये शक्ति कारक से कम सीधे संबंधित हैं, अधिक धारा इन नुकसानों को अप्रत्यक्ष रूप से बढ़ाती है।

• वोल्टेज गिरावट: अधिक धारा लाइनों पर अधिक वोल्टेज गिरावट का कारण बनती है, जो उपकरणों के सही कामकाज पर प्रभाव डाल सकती है और इसके लिए उच्च इनपुट वोल्टेज की आवश्यकता हो सकती है, जो ऊर्जा खपत को और बढ़ाती है।

इस परिणामस्वरूप, कम शक्ति कारक विद्युत प्रणाली की समग्र दक्षता को कम करता है क्योंकि अधिक ऊर्जा प्रसार और वितरण में बर्बाद होती है बजाय उत्पादक काम में उपयोग के।

3. शक्ति कारक संशोधन के लाभ

दक्षता में सुधार करने के लिए, शक्ति कारक संशोधन उपाय अक्सर लागू किए जाते हैं। सामान्य विधियाँ शामिल हैं:

• समानांतर कैपेसिटर: प्रतिक्रियात्मक शक्ति को मापांक करने के लिए समानांतर में कैपेसिटर लगाना, जिससे धारा मांग कम होती है और रोधी नुकसान कम होता है।

• संक्रमणीय कंडेंसर: बड़ी औद्योगिक प्रणालियों में, संक्रमणीय कंडेंसर प्रतिक्रियात्मक शक्ति को गतिशील रूप से नियंत्रित कर सकते हैं, शक्ति कारक को 1 के नजदीक रखते हुए।

• बुद्धिमत्ता से नियंत्रित प्रणालियाँ: आधुनिक शक्ति प्रणालियाँ वास्तविक समय की लोड स्थितियों के आधार पर शक्ति कारक को स्वचालित रूप से समायोजित करने वाली बुद्धिमत्ता से नियंत्रित प्रणालियों का उपयोग करती हैं, जो ऊर्जा उपयोग को अनुकूलित करती हैं।

शक्ति कारक को संशोधित करके, धारा मांग को महत्वपूर्ण रूप से कम किया जा सकता है, ऊर्जा नुकसान कम होता है और प्रणाली की समग्र दक्षता में सुधार होता है, जिससे उपकरणों का जीवनकाल बढ़ता है और रखरखाव की लागत कम होती है।

4. व्यावहारिक अनुप्रयोग

4.1 मोटर ड्राइव प्रणालियाँ

औद्योगिक उत्पादन में, विद्युत मोटर बिजली के बड़े उपभोक्ता हैं। यदि एक मोटर का शक्ति कारक कम है, तो धारा मांग बढ़ती है, जिससे केबल और ट्रांसफार्मर में नुकसान बढ़ता है, जो फिर पूरी प्रणाली की दक्षता को कम करता है। शक्ति कारक संशोधन के लिए उपयुक्त कैपेसिटर लगाने से धारा मांग को कम किया जा सकता है, नुकसान कम होता है और मोटर की दक्षता में सुधार होता है।

4.2 प्रकाश प्रणालियाँ

फ्लोरेसेंट लाम्प और अन्य प्रकार के गैस-विसर्जन लाम्प आमतौर पर कम शक्ति कारक रखते हैं। इलेक्ट्रोनिक बॉलास्ट या समानांतर कैपेसिटर का उपयोग करके इन लाम्पों का शक्ति कारक सुधार किया जा सकता है, जिससे धारा मांग कम होती है और वितरण प्रणाली के नुकसान कम होते हैं, जिससे प्रकाश प्रणाली की समग्र दक्षता में सुधार होता है।

4.3 डेटा केंद्र

डेटा केंद्र सर्वरों और कूलिंग प्रणालियों के लिए बड़ी मात्रा में बिजली उपभोग करते हैं, जो अक्सर बड़ी मात्रा में प्रतिक्रियात्मक शक्ति की मांग के साथ आते हैं। शक्ति कारक संशोधन वितरण प्रणाली पर धारा मांग को कम कर सकता है, कूलिंग प्रणालियों पर लोड कम कर सकता है और डेटा केंद्र की समग्र ऊर्जा दक्षता में सुधार कर सकता है।

सारांश

कम शक्ति कारक धारा मांग में वृद्धि, रोधी नुकसान में वृद्धि और उपकरणों पर अधिक लोड का कारण बनता है, जो विद्युत प्रणाली की समग्र दक्षता को कम करता है। शक्ति कारक संशोधन उपायों के लागू करके, धारा मांग को कम किया जा सकता है, ऊर्जा नुकसान कम होता है और प्रणाली की दक्षता में सुधार होता है, जिससे उपकरणों का जीवनकाल बढ़ता है और रखरखाव की लागत कम होती है। इसलिए, शक्ति कारक और दक्षता के बीच एक निकट संबंध है, और शक्ति कारक का संशोधन विद्युत प्रणालियों की दक्षता में सुधार करने का एक महत्वपूर्ण चरण है।