Power Factor Correction MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Power Factor Correction - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

सिद्धांत

शक्ति गुणांक में सुधार के लिए आवश्यक शंट संधारित्र की रेटिंग इस प्रकार दी गई है:

\(Q=P({tanϕ_1-tanϕ_2})\)

जहाँ, Q = प्रतिक्रियाशील शक्ति

P = सक्रिय शक्ति

ϕ₁ = शक्ति गुणांक सुधार से पहले शक्ति गुणांक कोण

ϕ₂ = शक्ति गुणांक सुधार के बाद शक्ति गुणांक कोण

गणना

दिया गया है, P = 240 kW

cos ϕ1 = 0.8 ⇒ ϕ1 = 36.86°

cos ϕ2 = 1 ⇒ ϕ2 = 0°

\(Q=240({tan\space 36.86-tan\space 0})\)

Q = 180 kVAr

शंट संधारित्रों का उपयोग करके पावर फैक्टर में सुधार

एक आगमनात्मक लोड (जैसे मोटर, ट्रांसफार्मर, या औद्योगिक मशीनें) में, अत्यधिक प्रतिक्रियाशील शक्ति (Q) के कारण पावर फैक्टर पिछड़ रहा है। पावर फैक्टर को बेहतर बनाने के लिए, लोड के पार शंट संधारित्र जुड़े होते हैं, जो पिछड़े प्रभाव का प्रतिकार करने के लिए अग्रणी प्रतिक्रियाशील शक्ति प्रदान करते हैं।

सबसे किफायती पावर फैक्टर यह विचार करके निर्धारित किया जाता है:

• संधारित्रों के प्रति kVAr वार्षिक शुल्क: यह संधारित्र बैंकों को स्थापित करने और बनाए रखने से जुड़ी लागत का प्रतिनिधित्व करता है।
• प्रति kW स्थापना पर वार्षिक प्रतिफल: यह बिजली के नुकसान को कम करने, वोल्टेज विनियमन में सुधार करने और उपयोगिता कंपनियों से जुर्माने से बचने से प्राप्त वित्तीय बचत का प्रतिनिधित्व करता है।

आर्थिक पावर फैक्टर (cos ϕ_econ) दिया गया है:

\(cos(\phi_{econ})=\cos \left[\tan ^{-1}\left(\frac{\text { संधारित्रों के प्रति kVAr वार्षिक शुल्क }}{\text { प्रति kW स्थापना पर वार्षिक प्रतिफल }}\right)\right] \)

सूत्र की व्याख्या:

• यदि प्रति kVAr संधारित्रों पर वार्षिक शुल्क प्रति kW स्थापना पर वार्षिक प्रतिफल की तुलना में अधिक है, तो पावर फैक्टर को बहुत आक्रामक रूप से सही नहीं किया जाना चाहिए।
• यदि प्रति kW स्थापना पर वार्षिक प्रतिफल अधिक है, तो पावर फैक्टर को एकता के करीब बेहतर बनाना अधिक किफायती हो सकता है।

व्याख्या:

स्वचालित शक्ति गुणांक नियंत्रक (APFC)

परिभाषा: एक स्वचालित शक्ति गुणांक नियंत्रक (APFC) एक ऐसा उपकरण है जो किसी विद्युत प्रणाली के शक्ति गुणांक को वांछित स्तर पर स्वचालित रूप से बनाए रखने के लिए डिज़ाइन किया गया है। शक्ति गुणांक यह माप है कि विद्युत शक्ति कितनी प्रभावी ढंग से उपयोग की जा रही है, और कम शक्ति गुणांक खराब दक्षता को इंगित करता है। APFC इकाइयाँ प्रतिक्रियाशील शक्ति की भरपाई के लिए सर्किट में संधारित्रों को स्विच करके ऐसा करती हैं, जिससे शक्ति गुणांक में सुधार होता है।

कार्य सिद्धांत: APFC सेंसर और माइक्रोप्रोसेसर का उपयोग करके विद्युत प्रणाली के शक्ति गुणांक की लगातार निगरानी करता है। जब शक्ति गुणांक वांछित स्तर से विचलित होता है, तो APFC इसे ठीक करने के लिए आवश्यक प्रतिक्रियाशील शक्ति की मात्रा की गणना करता है। फिर यह शक्ति गुणांक को वांछित स्तर पर वापस समायोजित करने के लिए सर्किट में उपयुक्त संधारित्रों को चालू या बंद करता है। यह प्रक्रिया स्वचालित और निरंतर है, जो इष्टतम शक्ति गुणांक सुधार सुनिश्चित करती है।

लाभ:

• विद्युत प्रणाली में नुकसान को कम करके ऊर्जा दक्षता में सुधार करता है।
• कम शक्ति गुणांक के लिए जुर्माने को कम करके बिजली के बिलों को कम करता है।
• घटकों पर तनाव को कम करके विद्युत उपकरणों के जीवनकाल को बढ़ाता है।
• विद्युत ग्रिड पर मांग को कम करता है, जिससे अधिक स्थिर आपूर्ति होती है।

नुकसान:

• स्थापना की प्रारंभिक लागत अधिक हो सकती है।
• इष्टतम प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए नियमित रखरखाव की आवश्यकता होती है।
• बहुत गतिशील लोड स्थितियों में सीमाएँ हो सकती हैं जहाँ शक्ति गुणांक तेज़ी से बदलता है।

अनुप्रयोग: APFC इकाइयों का उपयोग आमतौर पर औद्योगिक और वाणिज्यिक सेटिंग्स में किया जाता है जहाँ बड़े विद्युत भार मौजूद होते हैं, जैसे कि विनिर्माण संयंत्र, वाणिज्यिक भवन और डेटा केंद्र। वे उन वातावरणों में आवश्यक हैं जहाँ परिचालन दक्षता और लागत बचत के लिए उच्च शक्ति गुणांक बनाए रखना महत्वपूर्ण है।

सही विकल्प विश्लेषण:

सही विकल्प है:

विकल्प 4: जब भी शक्ति गुणांक वांछित स्तर से विचलित होता है

यह विकल्प APFC के संचालन का सटीक वर्णन करता है। APFC का प्राथमिक कार्य विद्युत प्रणाली के शक्ति गुणांक की लगातार निगरानी करना और वांछित स्तर से विचलित होते ही समायोजन करना है। ऐसा करके, यह सुनिश्चित करता है कि शक्ति गुणांक एक इष्टतम सीमा के भीतर रहे, जिससे विद्युत प्रणाली की दक्षता और विश्वसनीयता में सुधार होता है।

अतिरिक्त जानकारी

विश्लेषण को और समझने के लिए, आइए अन्य विकल्पों का मूल्यांकन करें:

विकल्प 1: केवल पीक लोड समय के दौरान

यह विकल्प गलत है क्योंकि APFC इकाइयाँ केवल पीक लोड समय के दौरान ही संचालित नहीं होती हैं। वे लोड की स्थिति की परवाह किए बिना, लगातार इष्टतम स्तर पर शक्ति गुणांक बनाए रखने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। जबकि पीक लोड समय में अधिक महत्वपूर्ण शक्ति गुणांक विचलन हो सकते हैं जिन्हें सुधार की आवश्यकता होती है, APFC हर समय शक्ति गुणांक का प्रबंधन करने के लिए लगातार काम करता है।

विकल्प 2: मोटर स्टार्टअप के दौरान

यह विकल्प भी गलत है। जबकि उच्च प्रवाह धाराओं के कारण मोटर स्टार्टअप महत्वपूर्ण शक्ति गुणांक विचलन का कारण बन सकता है, APFC इकाइयाँ केवल इन समयों के दौरान ही संचालित होने तक सीमित नहीं हैं। वे सभी परिचालन स्थितियों के दौरान, न केवल मोटर स्टार्टअप के दौरान, वांछित सीमा के भीतर शक्ति गुणांक की लगातार निगरानी और समायोजन करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।

विकल्प 3: मोटर शटडाउन के दौरान

यह विकल्प भी गलत है। मोटर स्टार्टअप के समान, मोटर शटडाउन शक्ति गुणांक को प्रभावित कर सकता है, लेकिन APFC केवल इन घटनाओं के दौरान ही संचालित होने तक सीमित नहीं है। यह वांछित स्तर से विचलित होने पर, चाहे मोटर चालू हो रही हों, चल रही हों या बंद हो रही हों, लगातार शक्ति गुणांक की निगरानी और सुधार करता है।

निष्कर्ष:

विद्युत प्रणाली की दक्षता और विश्वसनीयता बनाए रखने के लिए स्वचालित शक्ति गुणांक नियंत्रक (APFC) की भूमिका और कार्यक्षमता को समझना महत्वपूर्ण है। APFC लगातार शक्ति गुणांक की निगरानी करता है और वांछित स्तर से विचलित होने पर आवश्यक समायोजन करता है, जिससे इष्टतम प्रदर्शन सुनिश्चित होता है। यह निरंतर संचालन इसे अन्य विकल्पों से अलग करता है जो सीमित या सशर्त कार्यक्षमता का सुझाव देते हैं। उच्च शक्ति गुणांक बनाए रखने से, APFC इकाइयाँ ऊर्जा हानि को कम करने, बिजली की लागत को कम करने और विद्युत उपकरणों के जीवनकाल को बढ़ाने में मदद करती हैं।

समकालिक संघनित्र का मुख्य कार्य शक्ति गुणांक में सुधार है।

एक समकालिक संघनित्र एक अति-उत्तेजित सिंक्रोनस मोटर है जो बिना लोड के अग्रणी शक्ति गुणांक पर संचालित होता है।

• लाइन इंडक्टेंस के कारण पश्चगामी धाराओं की भरपाई के लिए लाइन के साथ समकालिक संघनित्र लगाकर लंबी बिजली ट्रांसमिशन लाइनों की दक्षता बढ़ाई जा सकती है।
• यदि समकालिक संघनित्र प्रतिक्रियाशील शक्ति को अवशोषित करके शक्ति गुणांक को एकता के करीब लाते हैं, तो एक निश्चित आकार की लाइन के माध्यम से अधिक वास्तविक शक्ति प्रेषित की जा सकती है।
• समकालिक संघनित्र की क्षमता क्षणिक आधार पर प्रतिक्रियाशील शक्ति को अवशोषित या उत्पन्न करने के लिए शॉर्ट सर्किट और अन्य क्षणिक दोष स्थितियों के खिलाफ बिजली ग्रिड को स्थिर करती है।

महत्वपूर्ण बिंदु:

• अव-उत्तेजित प्रत्यावर्तित अग्रणी शक्ति गुणांक पर काम करता है।
• सामान्य रूप से उत्तेजित प्रत्यावर्तित एकता शक्ति गुणांक पर काम करता है।
• अति-उत्तेजित प्रत्यावर्तित पश्चगामी शक्ति गुणांक पर काम करता है।

सिंक्रोनस मोटर के लिए यह प्रत्यावर्तित के विपरीत है,

• अव-उत्तेजित सिंक्रोनस मोटर पश्चगामी शक्ति गुणांक पर काम करता है।
• सामान्य रूप से उत्तेजित सिंक्रोनस मोटर एकता शक्ति गुणांक पर काम करता है।
• अति-उत्तेजित सिंक्रोनस मोटर अग्रणी शक्ति गुणांक पर काम करता है।

Concept:

• An induction machine requires reactive power for  the purpose of excitation
•  When an induction generator is connected to a grid, it takes reactive power from the grid.
• A capacitor bank can be connected across the stator terminals to supply reactive power to the machine as well as to the load
•  A small voltage is generated across the stator terminals due to residual magnetism when the rotor is rotated at enough speed.
• Due to this small generated voltage, capacitor current is produced which provides further reactive power for magnetization.
• A capacitor bank is connected across the stator terminals of the Induction generator and loaded into a conversion system to supply reactive power to both the machine and load

कॉन्सेप्ट:

एकल फेज की वास्तविक शक्ति P = VI cosθ

एकल फेज की प्रतिघाती शक्ति Q = VI sinθ

शुद्ध धारिता परिपथ Q = v²ω c

नोट: प्रेरणिक प्रभाव का अवरोध करने के लिए, हम भार में शुद्ध धारिता भार को जोडते हैं।

गणना:

दिया गया है  V = 250 volt

I = 50 amp

θ = 30°

ω = 2 × π × 50 = 314

प्रतिघाती शक्ति = 250 × 50 × sin30° = 6250 VAr

इकाई शक्ति गुणक के लिए हम भार में धारिता जोडते हैं

V²ωC = 6250 VAr

⇒ 250² × 314 × C = 6250 VAr

कॉन्सेप्ट:

हमें ज्ञात है कि

\(Q = \frac{{{V^2}}}{{{X_L}}} = \frac{{{V^2}}}{{2\pi fL}}\)

\(\frac{{{Q_2}}}{{{Q_1}}} = {\left( {\frac{{{V_2}}}{{{V_1}}}} \right)^2} \times \left( {\frac{{{f_1}}}{{{f_2}}}} \right)\)

गणना:

\({Q_2} = 100\;MVAR{\left[ {\frac{{0.98{V_1}}}{{{V_1}}}} \right]^2}\left[ {\frac{{{f_1}}}{{0.96{f_1}}}} \right]\)

= 100.042 MVAR

P = S cos ɸ

P = 300 kW, cos ɸ = 0.6

S = 300/0.6 = 500 kVA

अब, cos ɸ = 1, S = 500 kVA

P = 500 × 1 = 500 kW

स्थैतिक पार्श्वपथ संधारित्र​:

• पश्चगामी शक्ति गुणांक पर संचालित होने वाले उपकरणों के साथ समानांतर संधारित्र को जोड़कर शक्ति गुणांक को बेहतर बनाया जा सकता है
• यह हमेशा एक संधारित्र बैंक के पास प्रतिघाती भार में नियुक्त करना वांछित है, यह नेटवर्क के बडे हिस्से में से प्रतिघाती kVARS के पारेषण को हटा देता है
• पार्श्वपथ संधारित्र अग्रगामी शक्ति गुणक (जैसे बिना-भार अति-उत्तेजित तुल्‍यकालिक मोटर) पर काम करते हैं। वे पश्चगामी VAR प्रदान करके अग्रगामी VAR का उपभोग करते हैं।
• संधारित्र बैंक द्वारा आपूर्ति किया गया प्रतिक्रियाशील शक्ति सूत्र निम्न द्वारा दिया गया है: \(Q = P\left( {\tan \delta - \tan \delta '} \right)\)

लाभ:

• इसमें निम्न हानि होती है
• इन्हें कम रखरखाव की आवश्यकता होती है क्योंकि इसमें कोई घूर्णित भाग नहीं होता है
• यह आसानी से स्थापित किए जा सकते हैं क्योंकि यह हल्के होते हैं और इन्हे किसी भी आधार की आवश्यकता नहीं होती है
• यह साधारण वायुमंडलीय परिस्थितियों में काम कर सकते हैं

हानि:

• इनका 8 से 10 साल तक का छोटा सेवाकाल होता है
• यदि वोल्टेज निर्धारित मान से अधिक होता है तो यह आसानी से क्षतिग्रस्त हो जाते हैं
• एक बार जब संधारित्र क्षतिग्रस्त हो जाते हैं, तो उनकी मरम्मतखर्चीली होती है

उस भार के साथ समानांतर में एक उपकरण स्थापित करके शक्ति गुणक में सुधार किया जा सकता है जिसमें अग्रगामी प्रतिक्रियाशील शक्ति होती है। इस उद्देश्य के लिए शंट संधारित्र का उपयोग किया जाता है।

निम्न शक्ति गुणक से निम्न तरीकों से बचा जा सकता है:

• प्रेरण मोटर के बजाय तुल्यकालिक मोटर का उपयोग करना
• निम्न गति वाली मशीनों के लिए उच्च गति वाले प्रेरण मोटर का उपयोग करना
• रेटेड आउटपुट से कम पर प्रेरण मोटर का संचालन नहीं करना
• निम्नलिखित उपकरणों का प्रयोग करने द्वारा

1. स्थैतिक संधारित्र
2. तुल्यकालिक संघनित्र
3. फेज अग्रकारी

Important Points

निम्न शक्ति गुणक के कारण:

• अधिकांश AC मोटर प्रेरण प्रकार (1φ और 3φ प्रेरण मोटर) के होते हैं जिसमें निम्न पश्चगामी शक्ति गुणक होता है
• यह मोटर ऐसे शक्ति गुणक पर कार्य करता है जो हल्के भार (0.2 से 0.3) पर बहुत छोटे होते हैं और पूर्ण भार पर 0.8 या 0.9 तक बढ़ जाते हैं
• आर्क लैंप, विद्युत निर्वहन लैंप और औद्योगिक तापन भट्टियां निम्न पश्चगामी शक्ति गुणक पर संचालित होते हैं
• शक्ति प्रणाली पर भार बदलता रहता है; यह सुबह और शाम के दौरान उच्च और अन्य समय पर निम्न होता है
• निम्न भार वाली अवधि के दौरान आपूर्ति वोल्टेज बढ़ता है जो चुंबकीय धारा में वृद्धि करता है, इसके परिणामस्वरूप शक्ति गुणक में कमी होती है

सही उत्तर विकल्प 1 है) :(मशीन और भार दोनों को प्रतिघाती शक्ति की आपूर्ति करने के लिए)

संकल्पना:

• उत्तेजना के उद्देश्य के लिए एक प्रेरण मशीन को प्रतिघाती शक्ति की आवश्यकता होती है।
• जब एक प्रेरण जनरेटर एक ग्रिड से जुड़ा होता है, तो यह ग्रिड से प्रतिघाती  शक्ति लेता है।
• मशीन के साथ-साथ भार को प्रतिघाती शक्ति की आपूर्ति करने के लिए एक संधारित्र बैंक को स्टेटर टर्मिनलों से जोड़ा जा सकता है।
• घूर्णक को पर्याप्त गति से घुमाने पर अवशिष्ट चुंबकत्व के कारण स्टेटर टर्मिनलों पर एक न्यून वोल्टेज उत्पन्न होता है।
• इस न्यून उत्पन्न वोल्टेज के कारण, संधारित्र धारा उत्पन्न होती है जो चुंबकत्व के लिए आगे और प्रतिघाती शक्ति प्रदान करती है।
• एक संधारित्र बैंक, प्रेरण जनरेटर के स्टेटर टर्मिनलों से जुड़ा हुआ है और मशीन और भार दोनों को प्रतिघाती शक्ति प्रदान करने के लिए पवन ऊर्जा रूपांतरण प्रणाली में भारित किया जाता है।

संकल्पना

प्रत्यावर्तित्र का शक्ति गुणक निम्न द्वारा दिया जाता है:

\(cos\space ϕ={P\over S}\)

जहाँ, cosϕ = शक्ति गुणक

P = सक्रीय गुणक

Q = क्रियाशील ऊर्जा

गणना

स्थिति 1: P = 200 kW और cosϕ = 0.5 पश्चगामी

\(0.5={200\over S}\)

S = 400 KVA

स्थिति 2: cosϕ = इकाई

माना अतिरिक्त kW को P_x द्वारा निरूपित किया जाता है

PT = 200 + Px

\(1={P_T\over S}\)

PT = S

400 = 200 + Px

Px = 200 kW

फेरेंटी प्रभाव:

• संचरण लाइन में शून्य भार की स्थिति में, अभिग्राही सिरे पर वोल्टेज प्रेषित सिरे से अधिक हो जाता है। इस स्थिति को फेरेंटी प्रभाव के रूप में जाना जाता है।
• ऐसी स्थिति में, लाइन का शक्ति कारक प्रकृति में अग्रणी हो जाता है।
• ऐसी स्थिति में, एक तुल्यकालिक रिएक्टर अभिग्राही सिरे से जुड़ा होता है।
• यह लाइन में उपलब्ध अतिरिक्त अभिक्रियाशील शक्ति को अवशोषित करता है, इस प्रकार अभिवॉल्टेज की स्थिति को कम करता है।

निम्न शक्ति गुणांक के कारण:

• अधिकांश AC मोटर प्रेरण प्रकार (1φ और 3φ प्रेरण मोटर) के होते हैं जिसमें निम्न पश्चगामी शक्ति गुणांक होता है
• ये मोटर ऐसे शक्ति गुणांक पर कार्य करती हैं जो हल्के भार (0.2 से 0.3) पर बहुत छोटी होती हैं और पूर्ण भार पर 0.8 या 0.9 तक बढ़ जाती हैं
• आर्क लैंप, विद्युत निर्वहन लैंप और औद्योगिक तापन भट्ठी निम्न पश्चगामी शक्ति गुणांक पर संचालित होते हैं
• शक्ति प्रणाली पर भार बदलता रहता है; यह सुबह और शाम के दौरान उच्च और अन्य समय पर निम्न होता है
• निम्न भार वाली अवधि के दौरान आपूर्ति वोल्टेज बढ़ता है जो चुंबकीय धारा में वृद्धि करता है, इसके परिणामस्वरूप शक्ति गुणांक में कमी होती है

तुल्यकालिक संघनित्र:

• एक तुल्यकालिक मोटर अति-उत्तेजित होने पर इसमें अग्रगामी धारा प्रवाहित होती है और इसलिए, यह संधारित्र के रूप में व्यवहार करता है
• शून्य भार पर संचालित एक अति- उत्तेजित तुल्यकालिक मोटर को तुल्यकालिक संघनित्र के रूप में जाना जाता है
• जब ऐसी मशीन आपूर्ति के साथ समानांतर में जुड़ी होती है, तो इसमें अग्रगामी धारा प्रवाहित होती है जो भार के पश्चगामी प्रतिघाती घटक को आंशिक रूप से निष्प्रभावी कर देती है
• यह VAR जनरेटर के रूप में काम करता है
• इस प्रकार, शक्ति गुणांक में सुधार होता है

लाभ:

• क्षेत्र उत्तेजना को परिवर्तित करके, मोटर द्वारा खींची गई धारा के परिमाण को किसी भी राशि से बदला जा सकता है, यह शक्ति गुणांक के चरणरहित नियंत्रण को प्राप्त करने में मदद करता है
• मोटर कुण्डलियों में लघु परिपथ धाराओं के लिए उच्च तापीय स्थिरता होती है
• दोषों को आसानी से हटाया जा सकता है

हानि:

• मोटर में काफी हानि होती है
• रखरखाव की लागत अधिक होती है
• यह शोर उत्पन्न करता है
• 500 kVA से ऊपर के आकारों के अतिरिक्त, समान निर्धार के स्थिर संधारित्र की तुलना में लागत अधिक होती है
• एक तुल्यकालिक मोटर में कोई स्वतःप्रारंभिक आघूर्ण नहीं होता है, इसलिए, इस उद्देश्य के लिए एक सहायक उपकरण प्रदान किया जाना चाहिए