एसी बिजली की आपूर्ति और बिजली के नुकसान

एक सर्किट की शक्ति जिसमें केवल सक्रिय प्रतिरोध होता है उसे सक्रिय शक्ति P कहा जाता है। इसकी गणना निम्न सूत्रों में से एक का उपयोग करके सामान्य रूप से की जाती है:

सक्रिय शक्ति वर्तमान ऊर्जा की अपरिवर्तनीय (अपरिवर्तनीय) खपत की विशेषता है।

जंजीरों में प्रत्यावर्ती धारा डीसी सर्किट की तुलना में अप्राप्य ऊर्जा हानि के कई और कारण हैं। ये कारण इस प्रकार हैं:

1. तार को धारा द्वारा गर्म करना... दिष्टधारा के लिए, ऊष्मा हानि का लगभग एकमात्र रूप है। और प्रत्यावर्ती धारा के लिए, जो प्रत्यक्ष धारा के साथ मूल्य में समान है, सतह के प्रभाव के कारण तार के प्रतिरोध में वृद्धि के कारण तार को गर्म करने के लिए ऊर्जा की हानि अधिक होती है। उच्चतर वर्तमान आवृत्ति, उतना ही अधिक प्रभावित करता है सतह प्रभाव और तार को गर्म करने के लिए बड़ा नुकसान।

2. भँवर धाराएँ बनाने के लिए नुकसान, अन्यथा फौकॉल्ट धाराएँ कहलाती हैं ... ये धाराएँ प्रत्यावर्ती धारा द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र में सभी धात्विक पिंडों में प्रेरित होती हैं। क्रिया से एड़ी धाराएं धातु निकाय गर्म हो जाते हैं।स्टील कोर में विशेष रूप से महत्वपूर्ण एड़ी वर्तमान नुकसान देखा जा सकता है। भँवर धाराएँ बनाने के लिए ऊर्जा की हानि बढ़ती आवृत्ति के साथ बढ़ती है।

भंवर धाराएं - बड़े कोर में, b - लैमेलर कोर में

3. चुंबकीय हिस्टैरिसीस का नुकसान... एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में, फेरोमैग्नेटिक कोर को फिर से चुम्बकित किया जाता है। इस मामले में, कोर के कणों का आपसी घर्षण होता है, जिसके परिणामस्वरूप कोर गर्म हो जाता है। जैसे-जैसे फ्रीक्वेंसी से नुकसान बढ़ता है चुंबकीय हिस्टैरिसीस वृद्धि हो रही है।

4. ठोस या तरल अचालक में हानि... ऐसे अचालक में, वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र का कारण बनता है अणुओं का ध्रुवीकरण, अर्थात्, आवेश अणुओं के विपरीत पक्षों पर दिखाई देते हैं, मूल्य में समान लेकिन संकेत में भिन्न। ध्रुवीकृत अणु क्षेत्र की क्रिया के तहत घूमते हैं और परस्पर घर्षण का अनुभव करते हैं। इसके कारण ढांकता हुआ गर्म हो जाता है। जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, इसके नुकसान बढ़ते जाते हैं।

5. इन्सुलेशन रिसाव नुकसान ... उपयोग किए जाने वाले इन्सुलेट पदार्थ आदर्श डाइलेक्ट्रिक्स नहीं हैं और उनमें रिसाव रिसाव देखा जाता है। दूसरे शब्दों में, इन्सुलेशन प्रतिरोध, हालांकि बहुत अधिक है, अनंत के बराबर नहीं है। इस प्रकार का नुकसान डायरेक्ट करंट में भी होता है। उच्च वोल्टेज पर, आवेशों का तार के आसपास की हवा में प्रवाहित होना भी संभव है।

6. इलेक्ट्रोमैग्नेटिक वेव्स के रेडिएशन से होने वाले नुकसान... कोई एसी केबल विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करता है, और जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, उत्सर्जित तरंगों की ऊर्जा तेजी से बढ़ती है (आवृत्ति के वर्ग के अनुपात में)।विद्युत चुम्बकीय तरंगें अपरिवर्तनीय रूप से कंडक्टर को छोड़ देती हैं, और इसलिए तरंगों के उत्सर्जन के लिए ऊर्जा की खपत कुछ सक्रिय प्रतिरोध में नुकसान के बराबर होती है। रेडियो ट्रांसमीटर एंटेना में, इस प्रकार का नुकसान उपयोगी ऊर्जा हानि है।

7. अन्य सर्किटों को बिजली संचरण के लिए नुकसान... एक परिणाम के रूप में विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की घटनाएं कुछ एसी बिजली पास में स्थित एक सर्किट से दूसरे सर्किट में स्थानांतरित की जाती है। कुछ मामलों में, जैसे ट्रांसफॉर्मर में, यह ऊर्जा हस्तांतरण फायदेमंद होता है।

एसी सर्किट का सक्रिय प्रतिरोध सभी सूचीबद्ध प्रकार के गैर-पुनर्प्राप्ति योग्य ऊर्जा हानियों को ध्यान में रखता है। द करेंट:

इस प्रकार, किसी दिए गए करंट के लिए, सर्किट का सक्रिय प्रतिरोध जितना अधिक होता है, सक्रिय शक्ति उतनी ही अधिक होती है, यानी कुल ऊर्जा हानि जितनी अधिक होती है।

आगमनात्मक प्रतिरोध के साथ सर्किट अनुभाग में शक्ति कहा जाता है प्रतिक्रियाशील शक्ति क्यू... यह प्रतिक्रियाशील ऊर्जा की विशेषता है, अर्थात, वह ऊर्जा जो अपरिवर्तनीय रूप से खपत नहीं होती है, लेकिन केवल एक चुंबकीय क्षेत्र में अस्थायी रूप से संग्रहीत होती है। इसे सक्रिय शक्ति से अलग करने के लिए, प्रतिक्रियाशील शक्ति को वाट में नहीं, बल्कि प्रतिक्रियाशील वोल्ट-एम्पीयर (var या var) में मापा जाता है... इस संबंध में, इसे पहले निर्जल कहा जाता था।

प्रतिक्रियाशील शक्ति सूत्रों में से एक द्वारा निर्धारित की जाती है:

जहां UL आगमनात्मक प्रतिरोध xL वाले खंड में वोल्टेज है; मैं इस खंड में वर्तमान हूं।

सक्रिय और आगमनात्मक प्रतिरोध वाले एक श्रृंखला सर्किट के लिए, कुल शक्ति S की अवधारणा पेश की गई है ... यह कुल सर्किट वोल्टेज U और वर्तमान I के उत्पाद द्वारा निर्धारित किया जाता है और वोल्ट-एम्पीयर (VA या VA) में व्यक्त किया जाता है।

सक्रिय प्रतिरोध वाले खंड में शक्ति की गणना उपरोक्त सूत्रों में से किसी एक या सूत्र द्वारा की जाती है:

जहां φ वोल्टेज यू और वर्तमान I के बीच का चरण कोण है।

Cosφ का गुणांक शक्ति कारक है ... इसे अक्सर कहा जाता है «कोसाइन फी»… पावर फैक्टर दर्शाता है कि कुल पावर का कितना सक्रिय पावर है:

सक्रिय और प्रतिक्रियाशील प्रतिरोध के बीच के अनुपात के आधार पर cosφ का मान शून्य से एकता तक भिन्न हो सकता है। यदि सर्किट में केवल एक है जेट, तब φ = 90 °, cosφ = 0, P = 0 और सर्किट में शक्ति विशुद्ध रूप से प्रतिक्रियाशील है। यदि केवल सक्रिय प्रतिरोध है, तो φ = 0, cosφ = 1 और P = S, अर्थात, परिपथ की सारी शक्ति विशुद्ध रूप से सक्रिय है।

Cosφ जितना कम होगा, आभासी शक्ति का सक्रिय शक्ति हिस्सा उतना ही छोटा होगा और प्रतिक्रियाशील शक्ति उतनी ही अधिक होगी। लेकिन करंट का काम, यानी उसकी ऊर्जा का किसी अन्य प्रकार की ऊर्जा में संक्रमण, केवल सक्रिय शक्ति की विशेषता है। और प्रतिक्रियाशील शक्ति उस ऊर्जा की विशेषता है जो जनरेटर और सर्किट के प्रतिक्रियाशील भाग के बीच उतार-चढ़ाव करती है।

विद्युत ग्रिड के लिए, यह बेकार है और हानिकारक भी है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि रेडियो इंजीनियरिंग में प्रतिक्रियाशील शक्ति आवश्यक है और कई मामलों में उपयोगी है। उदाहरण के लिए, दोलन परिपथों में, जो व्यापक रूप से रेडियो इंजीनियरिंग में उपयोग किए जाते हैं और विद्युत दोलनों को उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, इन दोलनों की शक्ति लगभग विशुद्ध रूप से प्रतिक्रियाशील होती है।
सदिश आरेख दर्शाता है कि कैसे बदलते cosφ रिसीवर वर्तमान I को अपनी शक्ति अपरिवर्तित के साथ बदलता है।

निरंतर शक्ति और विभिन्न शक्ति कारकों पर रिसीवर धाराओं का वेक्टर आरेख

जैसा कि देखा जा सकता है, पावर फैक्टर cosφ वैकल्पिक ईएमएफ जनरेटर द्वारा विकसित कुल शक्ति के उपयोग की डिग्री का एक महत्वपूर्ण संकेतक है... इस तथ्य पर विशेष ध्यान देना आवश्यक है कि cosφ <1 जनरेटर को बनाना होगा एक वोल्टेज और करंट जिसका उत्पाद सक्रिय शक्ति से अधिक है। उदाहरण के लिए, यदि विद्युत नेटवर्क में सक्रिय शक्ति 1000 kW और cosφ = 0.8 है, तो आभासी शक्ति इसके बराबर होगी:

मान लीजिए कि इस मामले में वास्तविक शक्ति 100 kV के वोल्टेज और 10 A के करंट पर प्राप्त होती है। हालाँकि, स्पष्ट शक्ति होने के लिए जनरेटर को 125 kV का वोल्टेज उत्पन्न करना चाहिए

यह स्पष्ट है कि एक उच्च वोल्टेज के लिए एक जनरेटर का उपयोग नुकसानदेह है और, इसके अलावा, उच्च वोल्टेज पर तारों के इन्सुलेशन में सुधार करना आवश्यक होगा ताकि बढ़ते रिसाव या क्षति की घटना से बचा जा सके। इससे बिजली ग्रिड की कीमत में वृद्धि होगी।

प्रतिक्रियाशील शक्ति की उपस्थिति के कारण जेनरेटर वोल्टेज बढ़ाने की आवश्यकता सक्रिय और प्रतिक्रियाशील प्रतिरोध वाले श्रृंखला सर्किट की विशेषता है। यदि सक्रिय और प्रतिक्रियाशील शाखाओं के साथ एक समानांतर सर्किट है, तो जनरेटर को एक सक्रिय प्रतिरोध के साथ आवश्यकता से अधिक करंट बनाना चाहिए। दूसरे शब्दों में, जनरेटर को अतिरिक्त प्रतिक्रियाशील धारा के साथ लोड किया जाता है।

उदाहरण के लिए, उपरोक्त मानों के लिए P = 1000 kW, cosφ = 0.8 और S = 1250 kVA, जब समानांतर में जुड़ा होता है, तो जनरेटर को 10 A का नहीं, बल्कि 100 kV के वोल्टेज पर 12.5 A का करंट देना चाहिए। .इस मामले में, न केवल जनरेटर को एक बड़े करंट के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए, बल्कि विद्युत लाइन के तारों को जिसके माध्यम से यह करंट प्रसारित किया जाएगा, को अधिक मोटाई के साथ लेना होगा, जिससे प्रति लाइन लागत भी बढ़ेगी। यदि जनरेटर की लाइन और वाइंडिंग्स में 10 ए के करंट के लिए डिज़ाइन किए गए तार हैं, तो यह स्पष्ट है कि 12.5 ए के करंट से इन तारों में गर्मी बढ़ेगी।

इस प्रकार, हालांकि अतिरिक्त प्रतिक्रियाशील धारा प्रतिक्रियाशील ऊर्जा को जनरेटर से प्रतिक्रियाशील भार और इसके विपरीत में स्थानांतरित करता है, लेकिन तारों के सक्रिय प्रतिरोध के कारण अनावश्यक ऊर्जा हानि पैदा करता है।

मौजूदा विद्युत नेटवर्क में, प्रतिक्रियाशील प्रतिरोध वाले वर्गों को श्रृंखला में और समानांतर में सक्रिय प्रतिरोध वाले वर्गों के साथ जोड़ा जा सकता है। इसलिए, जनरेटर को उपयोगी सक्रिय शक्ति, प्रतिक्रियाशील शक्ति के अलावा, बढ़ी हुई वोल्टेज और बढ़ी हुई धारा का विकास करना चाहिए।

जो कहा गया है, उससे यह स्पष्ट है कि विद्युतीकरण के लिए यह कितना महत्वपूर्ण है cosφ मान बढ़ाना… इसकी कमी विद्युत नेटवर्क में प्रतिक्रियाशील भार को शामिल करने के कारण होती है। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रिक मोटर्स या ट्रांसफार्मर जो निष्क्रिय हैं या पूरी तरह से लोड नहीं हैं, महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाशील भार बनाते हैं क्योंकि उनके पास अपेक्षाकृत उच्च वाइंडिंग इंडक्शन है। Cosφ को बढ़ाने के लिए, यह महत्वपूर्ण है कि मोटर और ट्रांसफार्मर पूरे लोड पर काम करें। यह मौजूद है Cosφ बढ़ाने के कई तरीके.

अंत में, हम ध्यान दें कि तीनों बल निम्नलिखित संबंध से परस्पर जुड़े हुए हैं:

अर्थात्, आभासी शक्ति सक्रिय और प्रतिक्रियाशील शक्ति का अंकगणितीय योग नहीं है।यह कहना प्रथागत है कि शक्ति S, P और Q की शक्तियों का ज्यामितीय योग है।

यह सभी देखें: इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में प्रतिक्रिया