ITI ELECTRICIAN के लिए जानना बहुत आवश्यक है -What is power factor शक्ति गुणक (Power Factor) विद्युत प्रणाली की दक्षता (Efficiency) को मापने का एक तरीका है। यह बताता है कि आप जितनी कुल विद्युत ऊर्जा (Power) ले रहे हैं, उसमें से कितनी ऊर्जा वास्तव में उपयोगी कार्य (जैसे मोटर चलाना, लाइट जलाना आदि) में लग रही है। ITI ELECTRICIAN के लिए शक्ति गुणक (Power Factor) के बारे मे जानना बहुत आवश्यक है
- ए.सी. परिपथ में वास्तविक शक्ति एवं आभासी शक्ति का अनुपात शक्ति गुणक कहलाता है
शक्ति गुणक= वास्तविक शक्ति/आभासी शक्ति
इस प्रकार, ए.सी. परिपथ में वोल्टेज एवं विद्युत धारा के बीच बने कोण की कोज्या (cosine) को शक्ति गुणक कहते हैं। शक्ति गुणक को निम्न प्रकार भी परिभाषित किया जा सकता है अर्थात्
2. ए.सी. परिपथ में प्रतिरोध (R) तथा प्रतिबाधा (Z) का अनुपात शक्ति गुणक कहलाता है
COSθ =R/Z
🔹 शक्ति गुणक (Power Factor) के प्रकार:
शक्ति गुणक मुख्यतः तीन प्रकार के होते हैं, जो करंट और वोल्टेज के बीच के कोणीय अंतर (फेज डिफरेंस) पर आधारित होते हैं:
1. पश्चगामी शक्ति गुणक (Lagging Power Factor)
🌀 जब विद्युत धारा (Current) वोल्टेज (Voltage) के पीछे चलती है, तो उस स्थिति को Lagging Power Factor कहा जाता है।
- यह स्थिति प्रेरक (Inductive) लोड जैसे मोटर, ट्रांसफॉर्मर आदि के साथ होती है।
- सामान्यतः इंडस्ट्रियल लोड में पाया जाता है।
- यह सबसे आम प्रकार का शक्ति गुणक है।
उदाहरण:
AC मोटर, पंखे, वेल्डिंग मशीन आदि।
2. अग्रगामी शक्ति गुणक (Leading Power Factor)
⚡ जब करंट वोल्टेज से आगे चलता है (i.e., current leads voltage)
- यह स्थिति संधारित्र (Capacitive) लोड के कारण होती है।
- अक्सर शक्ति गुणक सुधार के लिए कैपेसिटर बैंक लगाते समय देखा जाता है।
- ज़्यादा अग्रगामी PF से भी नुकसान हो सकता है।
उदाहरण:
Capacitor Bank, Long unloaded cables, synchronous motors running under-excited।
3. ईकाई शक्ति गुणक (Unity Power Factor)
✅ जब करंट और वोल्टेज एक ही फेज़ में हों (i.e., no phase difference)
- इसका मान होता है: PF = 1.0
- यह आदर्श स्थिति है, जहाँ पूरी शक्ति उपयोगी कार्य में लगती है।
- यह स्थिति केवल तब संभव होती है जब लोड में केवल प्रतिरोध (Resistance) हो और कोई प्रेरक या संधारित्र गुण न हो।
उदाहरण:
हीटर, बल्ब (Incandescent), टोस्टर आदि।
🔸 सारणी रूप में
| शक्ति गुणक का प्रकार | कारण/लोड का प्रकार | PF की प्रकृति | विशेषता |
|---|---|---|---|
|
पश्चगामी (Lagging) |
प्रेरक लोड (Inductive Load)
|
PF < 1 |
करंट पीछे
|
|
अग्रगामी (Leading) |
संधारित्र लोड (Capacitive) |
PF < 1 |
करंट आगे |
|
ईकाई (Unity) |
प्रतिरोधी लोड (Resistive)
|
PF = 1 |
करंट = वोल्टेज
|
🔸 Power Factor क्यों जरूरी है?
शक्ति गुणक (Power Factor) विद्युत प्रणाली की दक्षता (Efficiency) और विश्वसनीयता (Reliability) से जुड़ा हुआ एक बहुत ही महत्वपूर्ण तत्व है। यदि शक्ति गुणक सही नहीं है, तो पूरा सिस्टम कम कुशल हो जाता है और अनावश्यक बिजली हानि होती है।
🔹 Power Factor अच्छा क्यों होना चाहिए?
1. ✅ ऊर्जा की दक्षता बढ़ती है
- उच्च शक्ति गुणक का मतलब है कि आप उतनी ही बिजली से अधिक कार्य कर सकते हैं।
- यह विद्युत उपकरणों को बेहतर और स्थिर रूप से चलाने में मदद करता है।
2. 💸 बिजली बिल में बचत होती है
- कम PF वाले उपभोक्ताओं पर पावर फैक्टर पेनल्टी लगाई जाती है।
- उच्च PF से बिजली बिल कम आता है, खासकर इंडस्ट्रियल उपभोक्ताओं के लिए।
3. ⚡ लाइन हानि (Line Losses) कम होती है
- जब PF कम होता है, तो करंट ज़्यादा बहता है → तारों में अधिक हानि होती है।
- PF सुधारने से करंट कम होता है, जिससे ऊर्जा हानि घटती है।
4. 🏭 उपकरणों पर लोड कम पड़ता है
- ट्रांसफॉर्मर, जनरेटर, और केबलों को कम करंट झेलना पड़ता है, जिससे उनका जीवन बढ़ता है।
5. 🛡️ विद्युत प्रणाली की स्थिरता और सुरक्षा बढ़ती है
- उच्च PF सिस्टम को स्थिर और विश्वसनीय बनाता है।
- ओवरलोडिंग और ट्रिपिंग की संभावनाएं घटती हैं।
🔻 कम Power Factor के नुकसान:
| नुकसान | विवरण |
|---|---|
|
🔌 अधिक करंट की आवश्यकता |
जिससे तारों और उपकरणों पर ज़्यादा लोड पड़ता है
|
|
💸 बिजली बिल में जुर्माना |
बिजली कंपनियाँ कम PF पर चार्ज लगाती हैं
|
|
⚠️ उपकरणों की उम्र घटती है |
ओवरहीटिंग और ओवरलोडिंग के कारण
|
|
🔥 पावर लॉस में वृद्धि |
अधिक करंट = अधिक I²R लॉस
|
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❌ ऊर्जा की बर्बादी |
उपयोगी शक्ति की तुलना में ज़्यादा प्रतीत शक्ति लेनी पड़ती है
|
🔹 Power Factor को कैसे सुधारा जाए?
शक्ति गुणक (Power Factor) सुधारने का मुख्य उद्देश्य प्रतिक्रियाशील शक्ति (Reactive Power) को कम करके विद्युत प्रणाली की दक्षता बढ़ाना होता है। निम्नलिखित उपायों से Power Factor को सुधारा जा सकता है:
✅ 1. कैपेसिटर बैंक (Capacitor Bank) का उपयोग
- सबसे सामान्य और सरल तरीका।
- कैपेसिटर बैंक अग्रगामी धारा उत्पन्न करता है, जो इंडक्टिव लोड की पश्चगामी धारा को संतुलित कर शक्ति गुणक को बेहतर बनाता है।
- लोड के साथ स्थायी रूप से या स्वचालित रूप से जोड़ा जा सकता है।
📌 उदाहरण:
औद्योगिक संयंत्रों में कैपेसिटर पैनल।
✅ 2. APFC पैनल (Automatic Power Factor Correction Panel)
- यह एक स्मार्ट सिस्टम है जो लोड के अनुसार कैपेसिटर को ऑटोमैटिकली ऑन/ऑफ करता है।
- यह PF को 0.95 से ऊपर बनाए रखने में मदद करता है।
- बड़े औद्योगिक सेटअप में बहुत उपयोगी।
📌 फायदा:
मैनुअल हस्तक्षेप की ज़रूरत नहीं होती।
✅ 3. सिनक्रोनस कंडेंसर (Synchronous Condenser)
- यह एक सिनक्रोनस मोटर होती है जो बिना लोड के चलती है और कैपेसिटिव रिएक्टिव पावर प्रदान करती है।
- यह विशेष रूप से विद्युत ग्रिड और सबस्टेशन में उपयोगी होती है।
📌 उपयोग:
बड़ी पावर कंपनियों और ग्रिड ऑपरेटरों द्वारा।
✅ 4. लोड बैलेंसिंग और शेड्यूलिंग
- अगर लोड असंतुलित या ज़्यादा इंडक्टिव हो, तो उसे संतुलित करके और उपयुक्त सुधार तकनीकों से शक्ति गुणक को बेहतर बनाया जा सकता है।
- भारी मशीनरी को पीक आवर्स में न चलाकर PF को बेहतर बनाए रखा जा सकता है।
✅ 5. फेराइट कोर और रिएक्टर का उपयोग (Harmonic Filters)
- यदि कैपेसिटर लगाने से हार्मोनिक डिस्टॉर्शन हो रही है, तो फ़िल्टर का उपयोग करके उसे नियंत्रित किया जाता है।
- इससे शक्ति गुणक के साथ-साथ सिस्टम की गुणवत्ता भी सुधरती है।
🔸 Power Factor सुधारने के लाभ:
| लाभ | विवरण |
|---|---|
|
⚡ ऊर्जा दक्षता बढ़ेगी |
कम ऊर्जा हानि
|
|
💰 बिजली बिल घटेगा |
पेनल्टी से बचाव
|
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🛠️ उपकरणों की उम्र बढ़ेगी |
कम हीटिंग और ओवरलोडिंग |
|
📈 सिस्टम की क्षमता बढ़ेगी |
अधिक लोड झेलने की क्षमता
|
⚡ Power के प्रकार
विद्युत शक्ति को तीन मुख्य प्रकारों में विभाजित किया जाता है:
🔹 1. सक्रिय शक्ति (Active Power / Real Power)
- प्रतीक: P
- इकाई: किलोवाट (kW)
- काम: यह शक्ति वास्तविक कार्य में उपयोग होती है जैसे — बल्ब जलाना, मोटर चलाना।
- विशेषता: यही वह शक्ति है जो उपयोगी कार्य करती है।
🛠️ उदाहरण
हीटर, बल्ब, पंखा आदि
🔹 2. प्रतिक्रियाशील शक्ति (Reactive Power)
- प्रतीक: Q
- इकाई: किलो वोल्ट-एम्पीयर रिएक्टिव (kVAR)
- काम: यह शक्ति चुंबकीय या विद्युत क्षेत्र बनाए रखने में सहायक होती है।
- विशेषता: यह कोई उपयोगी कार्य नहीं करती, लेकिन इंडक्टिव और कैपेसिटिव लोड के लिए आवश्यक है।
⚙️ उदाहरण
मोटर, ट्रांसफॉर्मर, कैपेसिटर
🔹 3. आभासी शक्ति (Apparent Power)
- प्रतीक: S
- इकाई: किलो वोल्ट-एम्पीयर (kVA)
- काम: यह कुल शक्ति है जो स्रोत से सप्लाई होती है — इसमें सक्रिय और प्रतिक्रियाशील दोनों शक्तियाँ शामिल होती हैं।
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