स्रोत और कम पावर फैक्टर के कारण
कम शक्ति गुणांक के कारण और स्रोत
विद्युत शक्ति प्रणाली में, शक्ति गुणांक को वास्तविक शक्ति (किलोवाट, kW में मापा जाता है) और स्पष्ट शक्ति (किलोवोल्ट-एम्पियर, kVA में मापा जाता है) के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है। एक कम शक्ति गुणांक इंगित करता है कि विद्युत लोड उपलब्ध विद्युत शक्ति का प्रभावी रूप से उपयोग नहीं कर रहा है। इस अप्रभाविता कई परिणामों का कारण बन सकती है, जैसे उपभोक्ताओं के लिए ऊर्जा की लागत में वृद्धि और समग्र प्रणाली की दक्षता में कमी। इस लेख में, हम विद्युत प्रणाली में कम शक्ति गुणांक के प्राथमिक स्रोत और कारणों में गहरा जाएंगे।
कम शक्ति गुणांक का सबसे महत्वपूर्ण योगदानकर्ता इंडक्टिव लोडों की उपस्थिति है। एक शुद्ध इंडक्टिव सर्किट में, वोल्टेज से वर्तमान 90 डिग्री पीछे रहता है। यह विशाल फेज-कोण अंतरफलक शून्य शक्ति गुणांक का कारण बनता है, जिसका अर्थ है कि लोड द्वारा वास्तविक शक्ति का प्रभावी रूप से उपभोग नहीं हो रहा है; बल्कि, ऊर्जा केवल इंडक्टर के चुंबकीय क्षेत्र में संचित और विमुक्त होती है बिना किसी उपयोगी कार्य किए। ऐसे सर्किट जिनमें कैपेसिटिव और इंडक्टिव तत्व दोनों मौजूद होते हैं, शक्ति गुणांक शून्य नहीं होता। हालांकि, अनुर्नन या ट्यून किए गए सर्किटों को छोड़कर जहाँ इंडक्टिव रिएक्टेंस XL कैपेसिटिव रिएक्टेंस XC के बराबर होता है, सर्किट को शुद्ध रिसिस्टिव रूप से व्यवहार करने के लिए, वोल्टेज और वर्तमान के बीच फेज-कोण अंतरफलक θ बना रहता है। यह फेज अंतर, कैपेसिटेंस और इंडक्टेंस के बीच के आपसी योगदान के कारण, शक्ति गुणांक के परिमाण पर तत्काल प्रभाव डालता है, जो अक्सर शक्ति-उपयोग की अप्रभाविता का कारण बनता है।
कम शक्ति गुणांक के कारण और स्रोत
कम शक्ति गुणांक के कारण
निम्नलिखित कई कारक विद्युत प्रणालियों में कम शक्ति गुणांक के लिए योगदान करते हैं:
इंडक्टिव लोड
इलेक्ट्रिक मोटर और ट्रांसफार्मर जैसे इंडक्टिव लोड, प्राथमिक दोषी हैं। ये लोड विद्युत प्रणाली से रिएक्टिव शक्ति उपभोग करते हैं, जिससे लगने वाला शक्ति गुणांक बनता है। इंडक्टिव सर्किट में, वर्तमान वोल्टेज से पीछे रहता है, जिससे फेज अंतरफलक बढ़ता है जो रिएक्टिव शक्ति घटक को बढ़ाता है। इंडक्टिव लोड का शक्ति गुणांक इसके संचालन अवस्था पर बहुत अधिक निर्भर करता है:
कैपेसिटिव लोड
कैपेसिटर जैसे कैपेसिटिव लोड, रिएक्टिव शक्ति उत्पन्न करके शक्ति गुणांक को सुधारने की क्षमता रखते हैं। हालांकि, यदि कैपेसिटेंस अत्यधिक हो, तो यह ओवरकंपेंशेशन का कारण बन सकता है, जिससे लीडिंग शक्ति गुणांक बनता है। शुद्ध इंडक्टिव लोडों की तरह, एक शुद्ध कैपेसिटिव लोड भी शून्य शक्ति गुणांक का होता है, क्योंकि वर्तमान वोल्टेज से 90 डिग्री आगे रहता है, और वास्तविक शक्ति का कोई नेट ट्रांसफर नहीं होता।
हार्मोनिक्स
हार्मोनिक्स विद्युत तरंगाकार की गैर-रैखिक विकृतियाँ हैं जो ई-लोड, जैसे कंप्यूटर, सर्वर, और अन्य डिजिटल उपकरणों के साथ आमतौर पर घटित होती हैं। ये विकृतियाँ रिएक्टिव शक्ति में वृद्धि का कारण बनती हैं, जो अपने बारे में शक्ति गुणांक को कम करती हैं। हार्मोनिक्स की उपस्थिति वर्तमान और वोल्टेज की साइनसोइडल प्रकृति को बाधित करती है, जिससे शक्ति उपयोग में अप्रभाविता होती है।
चुंबकीकरण वर्तमान
विद्युत प्रणाली पर लोड स्थिर नहीं होता है। कम लोड की अवधियों में, सप्लाई वोल्टेज अक्सर बढ़ जाता है। यह वोल्टेज में वृद्धि इंडक्टिव उपकरण, जैसे ट्रांसफार्मर और मोटर, के चुंबकीकरण वर्तमान में वृद्धि का कारण बनती है। इस परिणामस्वरूप, शक्ति गुणांक घट जाता है, क्योंकि वास्तविक शक्ति के संबंध में अधिक रिएक्टिव शक्ति उपभोग की जा रही है।
छोटा तार
विशेष रूप से मोटर वाइंडिंग में छोटा तार, महत्वपूर्ण वोल्टेज गिरावट का कारण बन सकता है। ये वोल्टेज गिरावट प्रणाली में रिएक्टिव शक्ति को बढ़ाती है, जिससे शक्ति गुणांक कम हो जाता है। अपर्याप्त तार का आकार विद्युत वर्तमान के प्रवाह को सीमित करता है, जिससे रेझिस्टिव नुकसान और बढ़ी हुई इम्पीडेंस होती है, जो शक्ति-गुणांक प्रदर्शन पर प्रभाव डालती है।
लंबी वितरण लाइनें
लंबी विद्युत वितरण लाइनें एक और कारक हैं जो कम शक्ति गुणांक का कारण बनती हैं। जैसे-जैसे विद्युत लंबी दूरी पर यात्रा करता है, लाइनों में प्रतिरोध और रिएक्टेंस वोल्टेज गिरावट का कारण बनता है। ये वोल्टेज गिरावट रिएक्टिव शक्ति में वृद्धि का कारण बनती है, जिससे प्रणाली का समग्र शक्ति गुणांक कम हो जाता है। लाइन जितनी लंबी होती है, इन प्रभावों उतना ही प्रत्यक्ष होते हैं।
असंतुलित लोड
असंतुलित लोड, जहाँ विद्युत लोड तीन-फेज प्रणाली के फेजों पर असमान रूप से वितरित होता है, रिएक्टिव शक्ति घटक को बढ़ाने का कारण बन सकता है। यह असमान वितरण शक्ति ट्रांसफर में अप्रभाविता का कारण बनता है, जिससे शक्ति गुणांक कम हो जाता है। असंतुलित लोड विद्युत उपकरणों पर अतिरिक्त दबाव भी डाल सकता है, जो शीघ्र विफलता का कारण बन सकता है।
कम शक्ति गुणांक के स्रोत
निम्नलिखित विद्युत प्रणालियों में कम शक्ति गुणांक के प्रमुख स्रोत हैं:
विद्युत उपकरण
प्रणाली-स्तरीय मुद्दे
कम शक्ति गुणांक को संबोधित करना महत्वपूर्ण है, क्योंकि इसके कई दुष्परिणाम होते हैं, जिनमें ऊर्जा नुकसान में वृद्धि, बिजली की बिल में वृद्धि, और सिस्टम क्षमता में कमी शामिल हैं। शक्ति-गुणांक को सुधारने के लिए विभिन्न समाधान लागू किए जा सकते हैं। ये समाधान शामिल हैं: कैपेसिटर जैसे शक्ति-गुणांक-सुधार उपकरणों की स्थापना, नुकसानों को न्यूनतम करने के लिए विद्युत उपकरणों को अपग्रेड करना, और रिएक्टिव-शक्ति उपभोग को कम करने के लिए सिस्टम डिजाइन का अनुकूलन करना। कम शक्ति गुणांक के कारण और स्रोतों की गहरी समझ उन क्षेत्रों की पहचान के लिए आवश्यक है जिनमें सुधार किया जा सकता है और विद्युत प्रणालियों के प्रभावी और लागत-प्रभावी संचालन की सुनिश्चितता की जाए।
