कैपेसिटर बँक: परिभाषा, उपयोग और लाभ

कैपेसिटर बैंक समान रेटिंग वाले कई कैपेसिटरों का एक समूह होता है जो श्रृंखला या समानांतर में जुड़े होते हैं ताकि इलेक्ट्रिक पावर सिस्टम में इलेक्ट्रिक ऊर्जा को संचित किया जा सके। कैपेसिटर ऐसी उपकरण हैं जो दो धातु प्लेटों के बीच एक इलेक्ट्रिक क्षेत्र बनाकर इलेक्ट्रिक चार्ज को संचित कर सकते हैं, जो एक अवरोधक सामग्री से अलग किए गए होते हैं। कैपेसिटर बैंक का उपयोग विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जाता है, जैसे पावर फैक्टर कोरेक्शन, वोल्टेज रेगुलेशन, हार्मोनिक फिल्टरिंग, और ट्रांजिएंट सुप्रेशन।

पावर फैक्टर क्या है?

पावर फैक्टर एक AC (वैकल्पिक धारा) पावर सिस्टम की आपूर्तित पावर का कितना कुशल उपयोग किया जा रहा है, इसका माप है। इसे वास्तविक पावर (P) और स्पष्ट पावर (S) के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है, जहाँ वास्तविक पावर लोड में उपयोगी कार्य करने वाली पावर है, और स्पष्ट पावर वोल्टेज (V) और धारा (I) का उत्पाद है। पावर फैक्टर को वोल्टेज और धारा के बीच के कोण (θ) के कोसाइन के रूप में भी व्यक्त किया जा सकता है।

पावर फैक्टर = P/S = VI cos θ

आदर्श पावर फैक्टर 1 है, जिसका अर्थ है कि आपूर्तित सभी पावर उपयोगी कार्य में परिवर्तित हो जाती है, और सर्किट में कोई भी प्रतिक्रियात्मक पावर (Q) नहीं है। प्रतिक्रियात्मक पावर इंडक्टिव या कैपेसिटिव तत्वों, जैसे मोटर, ट्रांसफॉर्मर, कैपेसिटर आदि की उपस्थिति के कारण स्रोत और लोड के बीच आगे-पीछे बहती है। प्रतिक्रियात्मक पावर कोई कार्य नहीं करती है, लेकिन यह अतिरिक्त नुकसान पैदा करती है और सिस्टम की दक्षता को कम कर देती है।

प्रतिक्रियात्मक पावर = Q = VI sin θ

सिस्टम का पावर फैक्टर 0 से 1 तक हो सकता है, जो इस पर जुड़े लोड के प्रकार और मात्रा पर निर्भर करता है। एक कम पावर फैक्टर उच्च प्रतिक्रियात्मक पावर मांग और आपूर्तित पावर का खराब उपयोग का संकेत देता है। एक उच्च पावर फैक्टर कम प्रतिक्रियात्मक पावर मांग और आपूर्तित पावर का बेहतर उपयोग का संकेत देता है।

पावर फैक्टर कोरेक्शन क्यों महत्वपूर्ण है?

पावर फैक्टर कोरेक्शन एक सिस्टम के पावर फैक्टर को सुधारने की प्रक्रिया है, जिसमें कैपेसिटर बैंक या सिंक्रोनस कंडेंसर जैसे प्रतिक्रियात्मक पावर स्रोतों को जोड़ा या हटाया जाता है। पावर फैक्टर कोरेक्शन उपयोगकर्ता और उपभोक्ता दोनों के लिए कई लाभ है, जैसे:

• लाइन नुकसानों को कम करना और सिस्टम की दक्षता में सुधार करना: एक कम पावर फैक्टर एक उच्च धारा प्रवाह का संकेत देता है, जो सिस्टम में विरोधी नुकसान (I2R) को बढ़ाता है और लोड के अंतिम भाग पर वोल्टेज स्तर को कम कर देता है। पावर फैक्टर को बढ़ाकर धारा प्रवाह को कम किया जा सकता है, और नुकसान को न्यूनतम किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप एक उच्च वोल्टेज स्तर और बेहतर सिस्टम प्रदर्शन होता है।

• सिस्टम की क्षमता और विश्वसनीयता में वृद्धि: एक कम पावर फैक्टर एक उच्च स्पष्ट पावर मांग का संकेत देता है, जो स्रोत से वास्तविक पावर की डिलिवरी को सीमित कर देता है। पावर फैक्टर को बढ़ाकर स्पष्ट पावर मांग को कम किया जा सकता है, और अधिक वास्तविक पावर लोड को डिलिवर किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप एक उच्च सिस्टम क्षमता और विश्वसनीयता होती है।

• विद्युत शुल्क और दंड को कम करना: कई उपयोगकर्ताओं को जिनका पावर फैक्टर कम है, उन पर अतिरिक्त शुल्क या दंड लगाया जाता है, क्योंकि वे प्रसार और वितरण नेटवर्क पर अधिक बोझ डालते हैं और उनकी संचालन लागत बढ़ जाती है। पावर फैक्टर को बढ़ाकर इन शुल्क या दंडों को टाला या कम किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप उपभोक्ताओं के लिए कम विद्युत बिल होते हैं।

कैपेसिटर बैंक कैसे काम करता है?

कैपेसिटर बैंक अपने कनेक्शन मोड और स्थान के आधार पर सिस्टम से प्रतिक्रियात्मक पावर प्रदान करने या उसे अवशोषित करने के द्वारा काम करता है। दो प्रमुख प्रकार के कैपेसिटर बैंक होते हैं: शंट कैपेसिटर बैंक और श्रृंखला कैपेसिटर बैंक।

शंट कैपेसिटर बैंक

शंट कैपेसिटर बैंक लोड या सिस्टम के विशिष्ट बिंदुओं, जैसे सबस्टेशन या फीडर के साथ समानांतर में जुड़े होते हैं। वे इंडक्टिव लोड, जैसे मोटर, ट्रांसफॉर्मर आदि द्वारा पैदा किए गए लगिंग प्रतिक्रियात्मक पावर (नकारात्मक Q) को रद्द करने या कम करने के लिए लीडिंग प्रतिक्रियात्मक पावर (सकारात्मक Q) प्रदान करते हैं। इससे सिस्टम का पावर फैक्टर सुधार होता है और लाइन नुकसान कम होते हैं।

शंट कैपेसिटर बैंक अन्य प्रकार के प्रतिक्रियात्मक पावर कंपेंशेशन उपकरणों, जैसे:

• वे अपेक्षाकृत सरल, सस्ते और स्थापना और रखरखाव में आसान होते हैं।

• वे लोड के परिवर्तन या सिस्टम की आवश्यकता के अनुसार चालू या बंद किए जा सकते हैं।

• वे छोटे इकाइयों या चरणों में विभाजित किए जा सकते हैं ताकि प्रतिक्रियात्मक पावर नियंत्रण में अधिक लचीलापन और सटीकता हो।

• वे स्थानीय प्रतिक्रियात्मक समर्थन प्रदान करके लोड के अंतिम भाग पर वोल्टेज स्थिरता और गुणवत्ता में सुधार कर सकते हैं।

हालांकि, शंट कैपेसिटर बैंक के कुछ नुकसान या सीमाएँ भी होती हैं, जैसे:

• यदि उन्हें ठीक से डिजाइन नहीं किया गया है या अन्य उपकरणों के साथ समन्वित नहीं किया गया है, तो वे ओवरवोल्टेज या रिझोनेंस समस्याएँ पैदा कर सकते हैं।

• यदि उन्हें ठीक से फिल्टर या सुरक्षित नहीं किया गया है, तो वे सिस्टम में हार्मोनिक्स या विकृतियों को जोड़ सकते हैं।

• वे लंबी प्रसार लाइनों या वितरित लोडों के लिए प्रभावी नहीं हो सकते।

श्रृंखला कैपेसिटर बैंक

श्रृंखला कैपेसिटर बैंक लोड या प्रसार लाइन के साथ श्रृंखला में जुड़े होते हैं, जो सर्किट के प्रभावी इम्पीडेंस को कम करते हैं। वे लंबी केबल, प्रस