فالت کرنٹ لیمٹرز | ٹیکنالوجی اور گرڈ کے استحکام پر اثر

1 فلک کرنٹ لیمیٹر (FCL) ٹیکنالوجی کا تعارف

تدریجی غیر متحرک فلک کرنٹ محدود کرنے کے طرائق جیسے کہ اونچے آئمپیڈنس والے ٹرانسفارمرز، متعینہ ریاکٹروں یا تقسیم شدہ بس بار کے استعمال کے ساتھ ذاتی خلل ہوتے ہیں، جن میں گرڈ کی ساخت کو ٹھیس دینا، مستقل حالت میں نظام کی آئمپیڈنس کو بڑھانا، اور نظام کی سلامتی اور ثبات کو کم کرنا شامل ہے۔ ان رویوں کو آج کے پیچیدہ اور وسیع قیاس کے بجلی کے گرڈوں کے لئے روحوں کے ساتھ نامناسب بنایا جا رہا ہے۔

اس کے مقابلے میں، فلک کرنٹ لیمیٹرز (FCLs) کی نمائندگی کرتے ہوئے متحرک فلک کرنٹ محدود کرنے کی ٹیکنالوجیاں عام طور پر کرنٹ کی محدود کرنے کے دوران کم آئمپیڈنس ظاہر کرتی ہیں۔ جب کوئی خرابی ہوتی ہے تو FCL تیزی سے اونچے آئمپیڈنس کی حالت میں منتقل ہوتا ہے، جس سے فلک کرنٹ کو کم سطح تک محدود کرنے کا اثر ہوتا ہے، جس سے فلک کرنٹ کو متحرک کنٹرول کرنے کی صلاحیت ملتی ہے۔ FCLs نے سلسلہ وار ریاکٹروں پر مبنی کرنٹ محدود کرنے کے رویوں کو توانائی الیکٹرونکس، سپر کنڈکٹیوٹی، اور میگنیٹک سرکٹ کنٹرول جیسی ترقی یافتہ ٹیکنالوجیوں کے ساتھ ملایا ہے۔

FCL کا بنیادی اصول تصویر 1 میں دکھایا گیا ماڈل میں سادہ کیا جا سکتا ہے: عام نظام کے اوپریشن کے دوران، سوچ K بند ہوتی ہے، اور FCL کی جانب سے کوئی کرنٹ محدود کرنے کا آئمپیڈنس شامل نہیں ہوتا۔ صرف جب کوئی خرابی ہوتی ہے تو K تیزی سے کھلتی ہے، ریاکٹر کو شامل کرتی ہے تاکہ فلک کرنٹ کو محدود کیا جا سکے۔

زیادہ تر FCLs یہ بنیادی ماڈل یا اس کے وسیع شدہ متغیرات پر مبنی ہوتے ہیں۔ مختلف FCLs کے درمیان بنیادی فرق کرنٹ محدود کرنے کے آئمپیڈنس کی نوعیت، سوچ K کی لاگو کرنے کی طریق، اور متعلقہ کنٹرول کے منصوبوں میں پایا جاتا ہے۔

2 FCL کے لاگو کرنے کے منصوبے اور اطلاق کی حالت

2.1 سپر کنڈکٹنگ فلک کرنٹ لیمیٹرز (SFCLs)

SFCLs کو سپر کنڈکٹنگ سے عادی حالت (S/N تبدیلی) کو کرنٹ محدود کرنے کے لئے استعمال کرتے ہوئے یا نہ کرتے ہوئے quench-type یا non-quench-type میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ ساختی طور پر، ان کو مقاومتی، برجی، میگنیٹک شیلڈڈ، ٹرانسفرمر-ٹائپ، یا سیٹیوریڈ کور کی قسم کے طور پر مزید تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ Quench-type SFCLs S/N تبدیلی پر (جسے جب درجہ حرارت، میگنیٹک فیلڈ، یا کرنٹ کریٹیکل مقداروں سے زیادہ ہو جائے تو) نظریہ کی بنا پر کام کرتے ہیں، جہاں سپر کنڈکٹر کم مقاومت سے بالکل مقاومت کی طرف منتقل ہوتا ہے، جس سے فلک کرنٹ محدود ہو جاتا ہے۔

Non-quench-type SFCLs سپر کنڈکٹنگ کوئل کو دیگر مصنوعات (مثال کے طور پر، توانائی الیکٹرونکس یا میگنیٹک عنصر) کے ساتھ ملا کر اور کنٹرول کے عمل کی طریقوں کو محدود کرنے کے لئے کام کرتے ہیں۔ SFCLs کے عملی اطلاق کو عام سپر کنڈکٹنگ کی مسائل جیسے کہ قیمت اور خنک کرنے کی کارکردگی کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ علاوہ ازیں، quench-type SFCLs کو لمبے وقت کی واپسی کی ضرورت ہوتی ہے، جو نظام کے دوبارہ کرنے کے ساتھ تضاد کر سکتی ہے، جبکہ non-quench-type SFCLs کی آئمپیڈنس کی تبدیلی ریلے کے تحفظ کے تناسب کو متاثر کر سکتی ہے، جس کی وجہ سے دوبارہ سیٹ کرنے کی ضرورت پڑ سکتی ہے۔

2.2 میگنیٹک عنصر کرنٹ لیمیٹرز

ان کو فلک کنسلیشن اور میگنیٹک سیٹیوریشن سوچ کی قسموں میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ فلک کنسلیشن کی قسم میں، دو کوئل ایک ہی کور پر مخالف قطبیت کے ساتھ لپیٹے گئے ہوتے ہیں۔ عام حالات میں، مساوی اور مخالف فلکس آپس میں کنسل ہوتے ہیں، جس سے کم لیکیج آئمپیڈنس کا اثر ہوتا ہے۔

خرابی کے دوران، ایک کوئل کو بائیپاس کر دیا جاتا ہے، جس سے فلکس کے توازن کو ٹھیس دی جاتی ہے اور بالکل آئمپیڈنس کا اثر ہوتا ہے۔ میگنیٹک سیٹیوریشن سوچ کی قسم کا عمل عام حالات میں کرنٹ محدود کرنے کے کوئل کو سیٹیوریشن میں بیس کر کے (ڈی سی بیس، وغیرہ) کام کرتا ہے، جس سے کم آئمپیڈنس کا اثر ہوتا ہے۔ خرابی کے دوران، خرابی کا کرنٹ کور کو سیٹیوریشن سے باہر نکال دیتا ہے، جس سے کرنٹ محدود کرنے کے لئے بالکل آئمپیڈنس کا اثر ہوتا ہے۔ پیچیدہ کنٹرول کی ضرورت کی وجہ سے میگنیٹک عنصر لیمیٹرز کا اطلاق محدود ہے۔

2.3 PTC ریزسٹر کرنٹ لیمیٹرز

پوزیٹیو ٹیمپریچر کوئفنٹ (PTC) ریزسٹرز غیر خطی ہوتے ہیں؛ وہ عام حالات میں کم مقاومت اور کم گرمی کا اظہار کرتے ہیں۔ خاص قسم کی خرابی کے دوران، ان کی درجہ حرارت تیزی سے بڑھتی ہے، جس کی وجہ سے ملی سیکنڈوں کے اندر مقاومت 8-10 آرڈر کی مقدار میں بڑھ جاتی ہے۔ PTC ریزسٹرز پر مبنی FCLs کو کم ولٹیج کے اطلاقوں میں تجارتی طور پر استعمال کیا گیا ہے۔

لیکن، معروف کمزوریاں شامل ہیں: انڈکٹیو کرنٹ محدود کرنے کے دوران زیادہ اور ولٹیج کا اظہار (پیریلیل اور ولٹیج کے تحفظ کی ضرورت)؛ کام کے دوران ریزسٹر کے اضافے کی وجہ سے مکینکل استرس؛ محدود ولٹیج/کرنٹ کی درجہ بندی (ہنڈرڈس کے ولٹیج، کچھ ایمپیئرز)، جس کی وجہ سے سیریز-پیریلیل کنیکشن کی ضرورت اور بلکل ولٹیج کے استعمال کو محدود کرنا؛ اور لمبا وقت (کئی منٹ) کی واپسی کا وقت (کم خدماتی عمر)، جس کی وجہ سے وسیع پیمانے پر اطلاق کو روکا جاتا ہے۔

2.4 سولڈ-سٹیٹ کرنٹ لیمیٹرز (SSCLs)

SSCLs توانائی الیکٹرونکس پر مبنی نئی قسم کی خاص قسم کی خرابی کے لیمیٹرز ہیں، عام طور پر معمولی ریاکٹروں، توانائی الیکٹرونکس دستیابات، اور کنٹرولرز سے ملکنے کیے گئے ہوتے ہیں۔ ان کے پاس مختلف ٹاپولوجیز، تیز ردعمل، زیادہ کام کرنے کی صلاحیت، اور آسان کنٹرول ہوتے ہیں۔ توانائی الیکٹرونکس دستیابات کی حالت کو کنٹرول کرتے ہوئے SSCL کا معادی آئمپیڈنس تبدیل کیا جاتا ہے تاکہ فلک کرنٹ محدود کیا جا سکے۔ ایک نئی FACTS دستیاب کے طور پر دریافت کیے گئے، SSCLs کو بڑھتی ہوئی توجہ حاصل ہو رہی ہے۔ لیکن، خرابی کے دوران، توانائی الیکٹرونکس دستیابات کو پورا فلک کرنٹ برداشت کرنا ہوتا ہے، جس کی وجہ سے دستیابات کی کارکردگی اور صلاحیت کی زیادہ مانگ ہوتی ہے۔ کئی SSCLs یا دیگر FACTS کنٹرول سسٹم کے درمیان تناسب کی ضرورت ایک کلیدی چیلنج ہے۔

2.5 معاشرتی کرنٹ لیمیٹرز

یہ متمکن ٹیکنالوجی، زیادہ قابل اعتماد، کم قیمت، اور خود کار سوچنے کی صلاحیت کے بغیر بیرونی کنٹرول کے ساتھ فراہم کرتے ہیں۔ ان کو اکثراً آرک-کرنٹ ٹرانسفر اور سیریز-رزوننٹ کی قسموں میں تقسیم کیا جاتا ہے۔ آرک-کرنٹ ٹرانسفر کی قسم میں کرنٹ محدود کرنے کے ریزسٹر کے ساتھ ساتھ ویکیوئم سوچ شامل ہوتا ہے۔ عام حالات میں، لوڈ کرنٹ سوچ کے ذریعے گزرتا ہے۔ خاص قسم کی خرابی کے دوران، سوچ کھلتی ہے، جس کی وجہ سے کرنٹ ریزسٹر کی طرف منتقل ہو جاتا ہے تاکہ کرنٹ محدود کیا جا سکے۔

مسائل شامل ہیں: آرک ولٹیج اور ڈیسٹریکٹنڈ انڈکٹنس کی وجہ سے ٹرانسفر کرنٹ کو متاثر کرنا؛ ٹرانسفر کا وقت سوچ کی رفتار پر منحصر ہوتا ہے؛ اور کم آرک ولٹیج کے دوران کرنٹ ٹرانسفر کی مشکل، جس کی وجہ سے آرک ولٹیج کو بڑھانے اور کرنٹ کو صفر کرنے کے لئے معاون دستیابات کی ضرورت ہوتی ہے۔ سیریز-رزوننٹ FCLs سیٹیوریشن کے ریاکٹروں یا سرگرم کرنے والے آرکسٹرز کو سوچ کے طور پر استعمال کرتے ہیں۔ عام حالات میں، کیپیسٹر اور انڈکٹر سیریز رزوننٹ کے ساتھ کم آئمپیڈنس کا اظہار کرتے ہیں۔ خرابی کے دوران، زیادہ کرنٹ کور کو سیٹیوریشن سے باہر نکال دیتا ہے یا آرکسٹر کو سرگرم کرتا ہے، جس کی وجہ سے رزوننٹ کو دی-ٹیون کیا جاتا ہے اور ریاکٹر کو لائن میں شامل کیا جاتا ہے تاکہ کرنٹ محدود کیا جا سکے۔ الیکٹرومیگنیٹک دفع کی وجہ سے تیز سوچ کو کیپیسٹر کو بائیپاس کرنے کی صلاحیت ہوتی ہے۔

2.6 FCL کے مهندسی اطلاق کی موجودہ حالت

عملی قدرت کے لئے، FCLs کو صرف خرابی کے دوران تیزی سے آئمپیڈنس شامل کرنے کی ضرورت نہیں ہوتی بلکہ خود کار ریسیٹ، متعدد متوالیہ کام، کم ہارمونک کی تولید، اور قابل قبول سرمایہ کاری اور کاریہ کی قیمت کی بھی ضرورت ہوتی ہے۔ حالیہ وقت میں، ٹیکنالوجیکل چیلنجز اور قیمت کی مانگ کی وجہ سے، دنیا بھر میں مختلف تجرباتی پروٹوٹائپس کے وجود کے باوجود، حقیقی گرڈ کے اطلاق کو محدود کیا جا رہا ہے، جو کم ولٹیج، چھوٹی صلاحیت کے پائلوٹ پروجیکٹس تک محدود ہیں۔

کے میدان میں زیادہ دیر سے شروع ہوا ہے، سولڈ-سٹیٹ اور سپر کنڈکٹنگ FCL کی تجارتی کاری کے میں قابل ذکر ترقی ہوئی ہے۔ 1993 میں، 4.6 kV فیڈر پر امریکہ کے آرمی پاور سنٹر میں 6.6 MW سولڈ-سٹیٹ بريکر کو اینٹی-پیریلیل GTOs کے ساتھ نصب کیا گیا تھا، جس کی صلاحیت 300 μs کے اندر خرابی کو کلئیر کرنے کی تھی۔ 1995 میں، EPRI اور Westinghouse کی طرف سے تیار کیے گئے 13.8 kV/675 A سولڈ-سٹیٹ FCL کو PSE&G کے سبسٹیشن پر کمشن کیا گیا تھا۔ سپر کنڈکٹنگ FCLs کے لئے، 1998 میں ACEC-Transport اور GEC-Alsthom کی طرف سے ہائبرڈ AC/DC FCL کو تیار کیا گیا تھا، جس نے تجارتی کاری کی حاصل کی۔ 1999 میں، General Atomics اور دیگر کی طرف سے مشترکہ طور پر تیار کیے گئے 15 kV/1200 A SFCL کو سدرن کیلفورنیا ایڈیسن (SCE) کے سبسٹیشن پر نصب کیا گیا تھا۔

داخلی FCL کی تحقیق کے بعد شروع ہوئی لیکن تیزی سے ترقی کی۔ 2007 میں، چین کے 35 kV سپر کنڈکٹنگ سیٹیوریڈ کور FCL، تیانجن الیکٹرو میکینیکل ہولڈنگز اور بیجنگ YunDian YingNa سپر کنڈکٹر کیبل کمپنی کے ذریعے تیار کیے گئے تھے، جس کو یوننان کے پوجی سبسٹیشن پر گرڈ کنیکشن کی تجربی کاری کے لئے گزارا گیا تھا - تو اس وقت دنیا کا سب سے اوچا ولٹیج، سب سے زیادہ صلاحیت کا سپر کنڈکٹنگ لیمیٹر تھا۔ سیریز-رزوننٹ FCLs کے لئے، چین کا پہلا 500 kV دستیاب، چین الیکٹرک پاور ریسرچ انسٹی ٹیوٹ، Zhongdian Puri، اور ایسٹ چین گرڈ کے ذریعے مشترکہ طور پر تیار کیا گیا تھا، جس کو 2009 کے آخر میں 500 kV Bingyao سٹیشن پر کمشن کیا گیا تھا، جس نے خاص قسم کی خرابی کو 47 kA سے کم کر دیا تھا۔

عالمی طور پر، FCL کے اطلاق ابھی بھی انفرادی پروجیکٹس تک محدود ہیں لیکن بڑھتی ہوئی توجہ حاصل کر رہے ہیں۔ کیپیسٹی کو بڑھانے، ولٹیج کی تحمل کشی، مواد کی بہتری، گرمی کو ڈسپیشن کرنے، قیمت کو کنٹرول کرنے، اور ٹاپولوجی کی بہتری کے مطالعے میں کافی کوشش کرنے کی ضرورت ہے۔

3 FCL کے گرڈ میں شامل کرنے کا اثر بجلی کے نظام کی سلامتی اور ثبات پر

خرابی کے دوران FCLs کی تیز رفتار آئمپیڈنس کی شامل کرنے کا اثر، فلک کرنٹ کو محدود کرنے کے ساتھ ساتھ، نیٹ ورک کے پیرامیٹروں کو تبدیل کرتا ہے، جس سے عبوری ثبات، ولٹیج کی ثبات، ریلے کے تحفظ کی تنظیمات، اور دوبارہ کرنے کے پر اثر ہوتے ہیں۔ بد کنٹرول کی وجہ سے منفی اثرات ہو سکتے ہیں۔ کئی FCLs کے درمیان تناسب کی کنٹرول اور بہترین تنظیم کی ضرورت ہے تاکہ بہترین کارکردگی حاصل کی جا سکے۔

3.1 ریلے کے تحفظ اور دوبارہ کرنے کی تنظیمات پر اثر

سیٹیوریڈ کور SFCLs کے لئے، لمبے وقت کی واپسی کی وجہ سے خرابی کے بعد کافی آئمپیڈنس باقی رہتی ہے، جس کی وجہ سے خود کار دوبارہ کرنے اور ریلے کے تحفظ کی دوبارہ تنظیم کی ضرورت ہوتی ہے۔ مقالات کی تجویز ہے کہ جنریٹر اور مرکزی ٹرانسفارمر شاخوں پر quench-type SFCLs نصب کیے جائیں؛ اگرچہ تحفظ کی دوبارہ تنظیم کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن واپسی کے دوران مستقل بالکل آئمپیڈنس کا اثر براکنگ ریزسٹر کی طرح کام کر سکتا ہے، جس سے عبوری ثبات کو فائدہ ہوتا ہے۔ SFCLs کو دریافت کرنے کے لئے مختلف دور کے تحفظ کی تنظیموں کی تجویز کی گئی ہے۔ سولڈ-سٹیٹ FCLs thyristor ٹریگر سگنلز، بائیپاس بريکر کنٹیکٹس، FCL سوچ کی پوزیشن، اور GAP سرکٹ کا استعمال کر کے صفر-کرینٹ کے تحفظ کی تنظیمات کو تبدیل کر سکتے ہیں، جس سے FCL کی شامل کرنے کے بعد حساسیت کے مسئلے کو حل کیا جا سکتا ہے۔

3.2 عبوری بجلی-زاویہ ثبات پر اثر

FCLs عام طور پر خرابی کے دوران کم آئمپیڈنس کے ساتھ کام کرتے ہیں اور خرابی کے دوران بالکل آئمپیڈنس کے ساتھ کام کرتے ہیں، لیکن ان کے مخصوص کام کرنے کے طریقہ کار اور ساخت کی وجہ سے عبوری بجلی-زاویہ ثبات پر مختلف اثرات ہوتے ہیں۔ سولڈ-سٹیٹ اور سپر کنڈکٹنگ FCLs خرابی کے دوران بالکل آئمپیڈنس کو شامل کرتے ہوئے جنریٹر کی الیکٹرو میگنیٹک بجلی کی آؤٹ پٹ کو بہتر بناتے ہیں اور عبوری ثبات کو بہتر بناتے ہیں۔

مقاومتی نوعیت کے FCLs انڈکٹیو نوعیت کے FCLs کے مقابلے میں زیادہ ثبات کو بہتر بناتے ہیں کیونکہ وہ زیادہ جنریٹر کی بجلی کو کھاتے ہیں۔ لیکن غلط مقاومت کی قیمت کی وجہ سے جنریٹر کی طرف سے ریورس بجلی کا رخ ہو سکتا ہے، جس سے بجلی کی کمی میں خرابی ہو سکتی ہے۔ تجزیہ کا نتیجہ ہے کہ جب خرابی جنریٹر کے دور سے ہوتی ہے تو انڈکٹیو SFCLs کی مثبت فائدہ ہوتا ہے، جس میں کل ٹرانسفر ریاکٹنس کی مقدار کم ہوتی ہے۔ مقاومتی SFCLs بھی ایک ٹھوس مقاومت کے بعد مماثل خصوصیات ظاہر کرتے ہیں۔

اثر خرابی کے مقام اور قسم پر منحصر ہوتا ہے؛ FCLs صرف اس وقت بجلی-زاویہ ثبات کو متاثر کرتے ہیں جب خرابی ان کی نصب شدہ لائن پر ہوتی ہے۔ لائن کے آغاز میں نامتناسق خرابی کے دوران، FCL کی انڈکٹنس کی مثبت فائدہ ہوتا ہے، جس میں انڈکٹنس کی مقدار کے ساتھ بہتری ہوتی ہے۔ لائن کے اختتام پر، اگر خرابی تیز