कैपेसिटर बैंकों के कार्य, कार्य सिद्धांत और क्षमता गणना

1. मौलिक कार्य सिद्धांत

औद्योगिक विद्युत प्रणालियों में अधिकांश विद्युत भार आगमनात्मक भार होते हैं, जैसे अतुल्यकालिक मोटर, ट्रांसफार्मर, वेल्डिंग मशीन, फ्लोरोसेंट लैंप और इलेक्ट्रोमैग्नेट। विद्युत रूप से, इन भारों को श्रृंखला में जुड़े प्रतिरोध और अधिष्ठापन के संयोजन के रूप में माना जा सकता है। परिणामस्वरूप, लोड करंट वोल्टेज से पीछे हो जाता है, जिससे बड़ी मात्रा में आगमनात्मक प्रतिक्रियाशील धारा और प्रतिक्रियाशील शक्ति उत्पन्न होती है।

 

किसी परिपथ में कुल धारा में दो घटक होते हैं:

सक्रिय धारा, जो वोल्टेज के साथ चरण में है और मोटर चलाने और गर्मी पैदा करने जैसे उपयोगी कार्य करता है;

 

प्रतिक्रियाशील धारा, जो वोल्टेज से 90 डिग्री पीछे है और इसका उपयोग केवल प्रभावी कार्य किए बिना विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों को स्थापित करने और बनाए रखने के लिए किया जाता है।

यद्यपि प्रतिक्रियाशील धारा उपयोगी आउटपुट पावर उत्पन्न नहीं करती है, फिर भी यह ट्रांसफार्मर और लाइन क्षमता पर कब्जा कर लेती है, सिस्टम हानि को बढ़ाती है और समग्र बिजली की गुणवत्ता को कम करती है। यह औद्योगिक विद्युत प्रणालियों में ऊर्जा बर्बादी का एक प्रमुख कारण है।

 

इसके विपरीत, एक संधारित्र की धारा वोल्टेज को 90 डिग्री तक ले जाती है, जो चरण में प्रेरक प्रतिक्रियाशील धारा के विपरीत है। जब कैपेसिटर आगमनात्मक भार के साथ समानांतर में जुड़े होते हैं, तो कैपेसिटिव रिएक्टिव करंट आंशिक या पूरे इंडक्टिव रिएक्टिव करंट को ऑफसेट कर देता है, जिससे रिएक्टिव पावर मुआवजा प्राप्त होता है। यह कैपेसिटर बैंक का मूल परिचालन सिद्धांत है।

2. कैपेसिटर बैंकों के मुख्य कार्य

संधारित्र बैंकपावर फैक्टर में सुधार करने, प्रतिक्रियाशील बिजली हानियों को कम करने, बिजली की गुणवत्ता बढ़ाने और ऊर्जा बचत हासिल करने के लिए कम वोल्टेज वाली औद्योगिक बिजली वितरण प्रणालियों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

 

उनके मुख्य कार्यों में शामिल हैं:

• पावर फैक्टर में सुधार

कैपेसिटर द्वारा उत्पन्न कैपेसिटिव प्रतिक्रियाशील शक्ति लोड की आगमनात्मक प्रतिक्रियाशील शक्ति की भरपाई करती है, वोल्टेज और करंट के बीच चरण अंतर को कम करती है और सिस्टम पावर फैक्टर में प्रभावी ढंग से सुधार करती है।

 

• लाइन लॉस को कम करना और ओवरलोड को रोकना

सिस्टम में अनावश्यक प्रतिक्रियाशील धारा को कम करने से, कुल लाइन धारा तदनुसार कम हो जाती है, जो केबल और ट्रांसफार्मर में बिजली के नुकसान को कम करती है और अत्यधिक प्रतिक्रियाशील शक्ति के कारण होने वाले अधिभार को रोकने में मदद करती है।

 

• ग्रिड वोल्टेज को स्थिर करना

भारी आगमनात्मक भार के कारण अक्सर वोल्टेज में गिरावट और उतार-चढ़ाव होता है, जो विद्युत उपकरणों के सामान्य संचालन को प्रभावित कर सकता है। कैपेसिटर मुआवजा टर्मिनल वोल्टेज को स्थिर करने और बिजली आपूर्ति विश्वसनीयता में सुधार करने में मदद करता है।

 

• ट्रांसफार्मर क्षमता जारी करना

प्रतिक्रियाशील शक्ति ट्रांसफार्मर की रेटेड क्षमता का हिस्सा होती है, जिससे सक्रिय शक्ति वितरित करने की इसकी क्षमता सीमित हो जाती है। प्रतिक्रियाशील बिजली मुआवजा ट्रांसफार्मर की क्षमता को मुक्त करता है और उपकरण उपयोग दक्षता में सुधार करता है।

 

3. कैबिनेट संरचना और संचालन विशेषताएँ

3.1 मुख्य घटक

एक मानक निम्न -वोल्टेज संधारित्र बैंक में मुख्य रूप से शामिल होते हैं:

• कैबिनेट का घेरा
• बसबार
• परिपथ तोड़ने वाले
• पृथक्करण स्विच
• एसी संपर्ककर्ता
• थर्मल रिले
• बिजली रोकने वाले
• मुआवजा कैपेसिटर
• श्रृंखला रिएक्टर
• स्वचालित पावर फैक्टर नियंत्रक
• मापने के उपकरण
• प्राथमिक और माध्यमिक वायरिंग सिस्टम
• टर्मिनल ब्लॉक

 

3.2 परिचालन विशेषताएँ

कैपेसिटर बैंक सामान्य परिस्थितियों में स्वचालित रूप से संचालित होता है और आम तौर पर नियमित मैन्युअल हस्तक्षेप की आवश्यकता नहीं होती है। यह मुख्य बिजली आपूर्ति प्रणाली के साथ शुरू और बंद होता है।

 

अंतर्निर्मित बुद्धिमाननियंत्रकवास्तविक समय में लोड स्थितियों और सिस्टम पावर फैक्टर की लगातार निगरानी करता है। प्रतिक्रियाशील बिजली की मांग के अनुसार, यह इष्टतम क्षतिपूर्ति स्थिति बनाए रखने और प्रतिक्रियाशील बिजली हानि को कम करने के लिए स्वचालित रूप से कैपेसिटर बैंकों को चालू या बंद कर देता है।

 

नियमित रखरखाव के लिए, निम्नलिखित की जाँच के लिए नियमित निरीक्षण किया जाना चाहिए:

• संधारित्र तेल का रिसाव या सूजन
• असामान्य शोर या ज़्यादा गरम होना
• ढीले तारों के कनेक्शन
• पुराने तार या क्षतिग्रस्त घटक

 

4. कम पावर फैक्टर (अत्यधिक प्रतिक्रियाशील शक्ति) के खतरे

यदि बड़े आगमनात्मक भार वाले सिस्टम में प्रतिक्रियाशील पावर मुआवजा स्थापित नहीं किया गया है, तो पावर फैक्टर काफी कम हो जाएगा, जिससे निम्नलिखित समस्याएं पैदा होंगी:

• उच्च लाइन करंट से केबलों और ट्रांसफार्मरों में थर्मल हानि बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप अधिक ऊर्जा खपत होती है और बिजली बर्बाद होती है;
• अत्यधिक वोल्टेज ड्रॉप के कारण ग्रिड वोल्टेज अस्थिर और कम हो जाता है, जो विद्युत उपकरणों के सामान्य संचालन को प्रभावित कर सकता है;
• प्रतिक्रियाशील शक्ति ट्रांसफार्मर की क्षमता पर कब्जा कर लेती है और उपलब्ध सक्रिय बिजली उत्पादन को सीमित कर देती है, जिससे बिजली वितरण उपकरण की उपयोग दक्षता कम हो जाती है।

 

5. आवश्यक मुआवजा क्षमता के लिए गणना विधि

औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए अनुभवजन्य आकार निर्धारण विधि

व्यावहारिक इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में, आवश्यक क्षतिपूर्ति क्षमता आम तौर पर ट्रांसफार्मर की रेटेड क्षमता (यूनिट: केवीएआर) का लगभग एक तिहाई के रूप में ली जाती है।

वास्तविक लोड विशेषताओं और परिचालन स्थितियों के आधार पर, मुआवजा क्षमता आम तौर पर ट्रांसफार्मर की रेटेड क्षमता के 30% से 40% की सीमा के भीतर होती है।

 

उदाहरण

200 केवीए वितरण ट्रांसफार्मर के लिए:

अनुशंसित मुआवजा क्षमता:

200 × (30% ~ 40%)=60 ~ 80 केवीएआर

इसलिए, 60 केवीएआर और 80 केवीएआर के बीच की क्षमता वाले कैपेसिटर बैंक को आम तौर पर साइट पर प्रतिक्रियाशील बिजली क्षतिपूर्ति आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए अनुशंसित किया जाता है।