पावर फैक्टर सुधारने वाले सबस्टेशन

Question

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The correct answer is A: सिस्टम के पावर फैक्टर में सुधार करता है. पावर फैक्टर सुधारने वाले सबस्टेशन प्रतिक्रियाशील शक्ति (reactive power) की भरपाई करने वाले उपकरणों, जैसे कि सिंक्रोनस कंडेनसर या कैपेसिटर बैंक का उपयोग करते हैं, ताकि इंडक्टिव लोड के लिए आवश्यक प्रतिक्रियाशील शक्ति की आपूर्ति स्थानीय स्तर पर की जा सके। लैगिंग रिएक्टिव कंपोनेंट को निष्प्रभावी करके, ये सबस्टेशन पावर फैक्टर ($cos \phi$) को इकाई (unity) के करीब लाते हैं, जिससे विद्युत प्रणाली की दक्षता में सुधार होता है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
पावर फैक्टर सुधारने वाले सबस्टेशन प्रतिक्रियाशील शक्ति (reactive power) की भरपाई करने वाले उपकरणों, जैसे कि सिंक्रोनस कंडेनसर या कैपेसिटर बैंक का उपयोग करते हैं, ताकि इंडक्टिव लोड के लिए आवश्यक प्रतिक्रियाशील शक्ति की आपूर्ति स्थानीय स्तर पर की जा सके। लैगिंग रिएक्टिव कंपोनेंट को निष्प्रभावी करके, ये सबस्टेशन पावर फैक्टर ($cos \phi$) को इकाई (unity) के करीब लाते हैं, जिससे विद्युत प्रणाली की दक्षता में सुधार होता है।

Working Principle: एक इंडक्टिव लोड सक्रिय शक्ति ($P$) और प्रतिक्रियाशील शक्ति ($Q$) की खपत करता है। समानांतर (parallel) में लगाया गया कैपेसिटर बैंक लीडिंग रिएक्टिव पावर के स्रोत के रूप में कार्य करता है, जो लोड द्वारा ली गई लैगिंग रिएक्टिव पावर को रद्द कर देता है। यह स्रोत से प्रवाहित होने वाली कुल अपरेंट पावर ($S = \sqrt{P^2 + Q^2}$) को कम करता है, जिससे $I^2R$ नुकसान कम हो जाता है और वोल्टेज रेगुलेशन अनुकूलित हो जाता है।

Key Formulas: $P = VI \cos \phi$ — सक्रिय शक्ति; $Q = VI \sin \phi$ — प्रतिक्रियाशील शक्ति; $PF = \frac{P}{S} = \cos \phi$ — पावर फैक्टर की परिभाषा

Key Points: पावर फैक्टर में सुधार मुख्य रूप से शंट कैपेसिटर जोड़कर प्राप्त किया जाता है।; उच्च पावर फैक्टर सक्रिय शक्ति स्थानांतरण की समान मात्रा के लिए आपूर्ति से ली गई करंट को कम कर देता है।; लाइन करंट में कमी सीधे तौर पर कम ट्रांसमिशन नुकसान ($I^2R$ नुकसान) का कारण बनती है।; वोल्टेज प्रोफाइल में सुधार इसलिए होता है क्योंकि कम लाइन करंट लाइन इम्पीडेंस के पार वोल्टेज ड्रॉप को कम कर देता है।

Advantages: कम पावर फैक्टर के लिए जुर्माने को समाप्त करके बिजली बिलों को कम करता है।; ट्रांसफार्मर और स्विचगियर की उपलब्ध क्षमता को बढ़ाता है।; ट्रांसमिशन और वितरण प्रणाली के नुकसान को कम करता है।; लोड एंड पर वोल्टेज रेगुलेशन में सुधार करता है।

Disadvantages: कैपेसिटर बैंक सिस्टम हार्मोनिक्स के साथ अनुनाद (resonance) पैदा कर सकते हैं।; ओवर-कंपनसेशन का जोखिम, जिससे हाई लीडिंग पावर फैक्टर और वोल्टेज में वृद्धि हो सकती है।; रखरखाव और स्विचिंग कंट्रोल सिस्टम की आवश्यकता होती है।

Applications: बड़ी इंडक्शन मोटरों वाले औद्योगिक संयंत्र।; भारी HVAC लोड वाली व्यावसायिक इमारतें।; ग्रिड वोल्टेज को स्थिर करने के लिए ट्रांसमिशन सबस्टेशन।

Additional Info: कुछ संदर्भों में, विकल्प B और C भी पावर फैक्टर सुधार के परिणाम होते हैं; हालाँकि, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग पाठ्यक्रम में परिभाषित प्राथमिक तकनीकी उद्देश्य 'पावर फैक्टर में सुधार' है। प्रतिस्पर्धी परीक्षा परिदृश्यों में, यदि 'उपरोक्त सभी' विकल्प प्रदान किया गया है और वह मान्य है, तो उसे प्राथमिकता दी जाती है, लेकिन यह प्रश्न विशेष रूप से प्राथमिक कार्य को लक्षित करता है।. सख्ती से कहा जाए तो, यदि प्रश्न PFC के परिणामों की अनुमति देता है, तो D सबसे व्यापक उत्तर होगा। दी गई संरचना को देखते हुए, विकल्प A प्रत्यक्ष तंत्र का प्रतिनिधित्व करता है।

Answer: A सही है — पावर फैक्टर सुधारने वाले सबस्टेशन का प्राथमिक तकनीकी कार्य सिस्टम के $cos \phi$ को बढ़ाने के लिए स्थानीय स्तर पर प्रतिक्रियाशील शक्ति की आपूर्ति करना है।

Exam Tip: हमेशा याद रखें कि हालांकि PFC करंट और नुकसान को कम करता है, लेकिन इसका मुख्य डिजाइन लक्ष्य स्रोत क्षमता के उपयोग को अनुकूलित करने के लिए करंट और वोल्टेज चरणों को संरेखित (align) करना है।

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Option B: सिस्टम के वोल्टेज प्रोफाइल में सुधार करता है

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Option C: ट्रांसमिशन सिस्टम में नुकसान (losses) को कम करता है

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Option D: उपरोक्त सभी

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