ফ্লেক্সিবল ডি.সি. ট্রান্সমিশন সিস্টেমের জন্য রেজিস্টিভ সুপারকন্ডাক্টিভ ফল্ট কারেন্ট লিমিটারের অপটিমাল রেজিস্টেন্স নির্বাচন সম্পর্কিত অধ্যয়ন

১ রেজিস্টিভ সুপারকনডাক্টিং ফল্ট কারেন্ট লিমিটার

১.১ পরিচালনা নীতি

যখন বিদ্যুৎ গ্রিডের আকার বৃদ্ধি পায়, তখন দেশীয় বিদ্যুৎ প্রणালীর শর্ট-সার্কিট ক্ষমতা দ্রুত বৃদ্ধি পায়, যা গ্রিড নির্মাণ এবং পরিচালনার জন্য বিশাল চ্যালেঞ্জ তৈরি করে। অতিরিক্ত শর্ট-সার্কিট কারেন্টের সমস্যাটি সমাধান করার জন্য, সুপারকনডাক্টিভ নীতি ভিত্তিক সুপারকনডাক্টিং ফল্ট কারেন্ট লিমিটার (SFCL) সম্পর্কে বেশি বেশি মনোযোগ দেওয়া হচ্ছে। SFCL-এর উচ্চ-রোধ অবস্থায় পরিবর্তনের সময় তাদের ড্যাম্পিং বৈশিষ্ট্য অনুসারে, এগুলোকে রেজিস্টিভ এবং ইনডাকটিভ প্রকারে শ্রেণীবদ্ধ করা যায়।

এই মধ্যে, রেজিস্টিভ সুপারকনডাক্টিং ফল্ট কারেন্ট লিমিটার একটি সহজ গঠন, সামান্য আকার, এবং হালকা ওজন সম্পন্ন, এবং এর পরিচালনা নীতি স্পষ্ট। এটি উচ্চ-রোধ অবস্থায় প্রবেশ করলে, এর কারেন্ট-লিমিটিং ইমপিডেন্স দ্রুত বৃদ্ধি পায়, যা শক্তিশালী ফল্ট কারেন্ট দমন ক্ষমতা প্রদান করে। আরও, এই ডিভাইসের ক্ষমতা সুপারকনডাক্টরের সিরিজ বা প্যারালাল কনফিগারেশন দ্বারা সুন্দরভাবে সম্পাদ্য করা যায়। সাম্প্রতিক বছরগুলোতে, ঘরের তাপমাত্রার সুপারকনডাক্টিং পদার্থে বিপ্লব ঘটেছে, যা শিক্ষায়তনিক এবং শিল্প ক্ষেত্রে রেজিস্টিভ SFCL-কে ভবিষ্যতের প্রধান উন্নয়নের দিক হিসেবে ব্যাপকভাবে বিবেচনা করা হচ্ছে।

ক্রিটিক্যাল কারেন্ট, ক্রিটিক্যাল চৌম্বকীয় ক্ষেত্র, এবং ক্রিটিক্যাল তাপমাত্রা হল সুপারকনডাক্টর সুপারকনডাক্টিভ অবস্থায় থাকার জন্য নির্ধারণ করার জন্য গুরুত্বপূর্ণ পদার্থবিদ্যার প্যারামিটার। যদি এই প্যারামিটারগুলোর যেকোনো একটি তার ক্রিটিক্যাল মান ছাড়িয়ে যায়, তবে সুপারকনডাক্টর সুপারকনডাক্টিভ অবস্থা থেকে কোয়েন্চ অবস্থায় পরিবর্তিত হয়। কোয়েন্চিং প্রক্রিয়াটি দুই পর্যায়ে গঠিত: প্রথমে, ফ্লাক্স ফ্লো অবস্থা, এবং তারপর স্বাভাবিক রেজিস্টিভ অবস্থা। যখন সুপারকনডাক্টর দিয়ে প্রবাহিত কারেন্ট ঘনত্ব তার ক্রিটিক্যাল কারেন্ট ঘনত্ব ছাড়িয়ে যায়, তখন সুপারকনডাক্টর ফ্লাক্স ফ্লো অবস্থায় প্রবেশ করে।

যেখানে: E হল বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি; EC হল ক্রিটিক্যাল বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি; J হল কারেন্ট ঘনত্ব; JCT হল ক্রিটিক্যাল কারেন্ট ঘনত্ব; α হল একটি ধ্রুবক; Tt1 এবং Tt2 হল t1 এবং t2 সময়ে সুপারকনডাক্টরের তাপমাত্রা; QRS হল t1 থেকে t2 পর্যন্ত Rs রোধ থেকে উৎপন্ন তাপ; QC হল t1–t2 সময়ের মধ্যে সুপারকনডাক্টর এবং তার পরিবেশের মধ্যে বিনিময় করা তাপ; Cm হল সুপারকনডাক্টরের বিশেষ তাপক্ষমতা; JCT(77) হল 77 K (77 K হল তরল নাইট্রোজেন পরিবেশের তাপমাত্রা) তাপমাত্রায় ক্রিটিক্যাল কারেন্ট ঘনত্ব; TC হল ক্রিটিক্যাল তাপমাত্রা; T হল সুপারকনডাক্টরের তাপমাত্রা।

সমীকরণ (১) অনুযায়ী, যখন কারেন্ট ঘনত্ব J বৃদ্ধি পায়, তখন সুপারকনডাক্টরের বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি E দ্রুত বৃদ্ধি পায়, যা তার রোধ বৃদ্ধি করে। বৃদ্ধি প্রাপ্ত রোধ তাপমান বৃদ্ধি করে, এবং সমীকরণ (২) অনুযায়ী, সুপারকনডাক্টরের তাপমান বৃদ্ধি পায়।

সমীকরণ (৩) থেকে জানা যায় যে, তাপমান বৃদ্ধি ক্রিটিক্যাল কারেন্ট ঘনত্ব হ্রাস করে, যা বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের শক্তি E বৃদ্ধি করে, এবং সুপারকনডাক্টরের রোধ প্রতিনিয়ত বৃদ্ধি করে। রোধ বৃদ্ধির সাথে সাথে, সুপারকনডাক্টর দ্বারা উৎপন্ন তাপ পরিবেশে তাপ বিতরণের সাথে সুষম হয়, এবং তাপমান স্থিতিশীল হয়, শেষমেশ একটি স্থির-রোধ স্বাভাবিক অবস্থায় পৌঁছায়।

১.২ রিজিস্টিভ এসএফসিএল-এর ফ্লেক্সিবল ডিসি সিস্টেমে প্রয়োগ

ফ্লেক্সিবল ডিসি ট্রান্সমিশন সিস্টেমে, ডিসি কারেন্টে স্বাভাবিক জিরো-ক্রসিং অনুপস্থিত। একটি শর্ট-সার্কিট ফল্ট ঘটলে, ফল্ট কারেন্ট দ্রুত বৃদ্ধি পায়, যা সিস্টেমের বিদ্যুৎ উপকরণগুলোর জন্য গুরুতর হুমকি তৈরি করে। সিস্টেমের নির্ভরযোগ্যতা নিশ্চিত করার জন্য, সার্কিট ব্রেকার দ্রুত ফল্ট লাইনটি বিচ্ছিন্ন করতে হয়। বর্তমানে, ডিসি সার্কিট ব্রেকার প্রায়শই প্রায়োগিক প্রয়োজন পূরণ করে না।

ডিসি-পাশে ফল্ট ঘটলে, সাধারণত এসি-পাশের ব্রেকারগুলো ট্রিপ হয়, কিন্তু এটি অবশ্যই কনভার্টার স্টেশনের বন্ধ হওয়ার কারণ হয়, এবং এই সময়ে পাওয়ার ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলো অতিরিক্ত কারেন্টের কারণে ক্ষতিগ্রস্ত হতে পারে। ডিসি প্রোটেকশন কয়েক মিলিসেকেন্ডের মধ্যে সম্পূর্ণ প্রোটেকশন সিকোয়েন্স সম্পন্ন করতে হয়, যেখানে সবচেয়ে দ্রুত এসি সার্কিট ব্রেকারের প্রচলিত সময় ৫০ মিলিসেকেন্ড, যা সিস্টেমের পাওয়ার ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলোকে প্রভাবীভাবে প্রোটেক্ট করতে পারে না।

বর্তমান প্রযুক্তি রিজিস্টিভ এসএফসিএল-এর স্বাভাবিক রেজিস্টিভ অবস্থায় প্রায় ৩ মিলিসেকেন্ডে পৌঁছাতে সক্ষম করে। রেজিস্টিভ সুপারকনডাক্টিং ফল্ট কারেন্ট লিমিটার রিলে প্রোটেকশন চলাকালীন অনেক দ্রুত কারেন্ট-লিমিটিং অবস্থায় পরিবর্তিত হয়, এবং ফল্ট পরিষ্কার হওয়ার আগে উচ্চ-ইমপিডেন্স অবস্থায় পৌঁছায়, যা শর্ট-সার্কিট কারেন্ট প্রভাবীভাবে হ্রাস করে।

২ ফ্লেক্সিবল ডিসি সিস্টেমে ডিসি ফল্টের বৈশিষ্ট্য

ফল্ট পয়েন্টের অবস্থান শুধুমাত্র সিস্টেমের ইমপিডেন্সকে প্রভাবিত করে, কিন্তু কারেন্ট পথ বা শর্ট-সার্কিট ফল্টের মৌলিক বৈশিষ্ট্যগুলোকে প্রভাবিত করে না। মডেলিংয়ের সুবিধার্থে, ফল্টটি ডিসি লাইনের মধ্যবর্তী বিন্দুতে রাখা হয় এবং এটি ধাতব শর্ট-সার্কিট হিসেবে ধরা হয়। PSCAD/EMTDC ব্যবহার করে একটি দুই-প্রান্ত ফ্লেক্সিবল ডিসি সিস্টেমের সিমুলেশন মডেল এবং একটি R-SFCL মডেল নির্মিত হয়, যার সিস্টেমের রেটেড ভোল্টেজ ±১১০ কেভি এবং রেটেড পাওয়ার ৭৫ এমডব্লিউ। R-SFCL-এর ইনস্টলেশন অবস্থান চিত্র ১-এ দেখানো হয়েছে।

ডিসি শর্ট-সার্কিট ফল্ট ঘটলে, IGBT ফল্ট কারেন্ট সনাক্ত করে এবং তার ব্লকিং ফাংশন দ্বারা দ্রুত ব্লক করা হয়। তবে, IGBT-এর সাথে সমান্তরালে সংযুক্ত ডায়োডগুলো এবং ট্রান্সমিশন লাইনগুলো একটি নিয়ন্ত্রণযোগ্য ব্রিজ রেক্টিফায়ার সার্কিট গঠন করে, যা IGBT ব্লক হওয়ার পরেও কমিউটেশন চলতে থাকে। একটি ডিসি পোল-টু-পোল শর্ট-সার্কিট মূলত তিনটি পর্যায়ে বিভক্ত: প্রথম পর্যায় ফল্টের ঠিক পরে ঘটে, যখন ডিসি-পাশের ক্যাপাসিটর দ্রুত ডিসচার্জ হয় এবং ডিসি কারেন্ট কয়েক মিলিসেকেন্ডের মধ্যে তার পরিমাণ পরিমাপে পৌঁছায়।

দ্বিতীয় পর্যায়ে, যখন ক্যাপাসিটর ভোল্টেজ শূন্য হয়, ডায়োডগুলো দিয়ে প্রবাহিত কারেন্ট তাদের রেটেড কারেন্টের দশগুণ পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে, যা পাওয়ার ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলোকে ক্ষতিগ্রস্ত করার জন্য খুব সংবেদনশীল করে। তৃতীয় পর্যায়ে, যখন ডিসি শর্ট-সার্কিট কারেন্ট AC গ্রিড কারেন্টের নিচে হ্রাস পায়, AC গ্রিড ডিসি ফল্ট পয়েন্টে শর্ট-সার্কিট কারেন্ট প্রদান শুরু করে। একটি ডিসি গ্রাউন্ড ফল্টের দ্বিতীয় পর্যায় থাকে না; অন্যথায়, এর বৈশিষ্ট্যগুলো পোল-টু-পোল ফল্টের মতো হয়।

AC কারেন্ট ফিড-ইনের সময়, ডায়োডগুলো দিয়ে প্রবাহিত কারেন্ট তাদের রেটেড কারেন্টের দশগুণ পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে। ফ্লেক্সিবল ডিসি সিস্টেমে এই দুই প্রকারের ডিসি শর্ট-সার্কিট ফল্টের কারেন্ট পথ যথাক্রমে চিত্র ২ এবং চিত্র ৩-এ দেখানো হয়েছে। R-SFCL-এর ফল্ট কারেন্ট পথে ইনস্টল করলে শর্ট-সার্কিট লুপের রোধ দ্রুত বৃদ্ধি পায়, যা ফল্ট পরিষ্কারের জন্য বেশি সময় প্রদান করে এবং DC সার্কিট ব্রেকারের স্বাভাবিক খোলা সময় এবং বিচ্ছিন্ন ক্ষমতার দাবি হ্রাস করে।

৩ সিমুলেশন বিশ্লেষণ

PSCAD/EMTDC সিমুলেশন সফ্টওয়্যার ব্যবহার করে, উন্নত R-SFCL মডেলটি ৭৫ এমডব্লিউ ক্ষমতার দুই-প্রান্ত ফ্লেক্সিবল ডিসি সিস্টেমের সিমুলেশন মডেলে একীভূত করা হয়েছে যাতে যাচাই করা যায়। ডিসি পোল-টু-পোল ফল্টের অধীনে কারেন্ট-লিমিটিং পারফরম্যান্স চিত্র ৪-এ দেখানো হয়েছে, এবং ডিসি লাইন-টু-গ্রাউন্ড ফল্টের অধীনে কারেন্ট-লিমিটিং পারফরম্যান্স চিত্র ৫-এ দেখানো হয়েছে। চিত্র ৪ এবং চিত্র ৫ থেকে দেখা যায়, যে পিক ফল্ট কারেন্ট স্বাভাবিক-অবস্থার রোধ বৃদ্ধির সাথে হ্রাস পায়। এটি স্পষ্ট যে, R-SFCL-এর রোধ এবং ইনস্টলেশনের পর পিক ফল্ট কারেন্টের মধ্যে একটি নির্দিষ্ট হ্রাসমান ফাংশনাল সম্পর্ক রয়েছে।