پاور سسٹم میں استحکام کی حالت: تعریف، وجوہات اور بہتری کے طرائق

ثابت حالت کے استحکام کی تعریف

ثابت حالت کا استحکام ایک برقی طاقت نظام کی صلاحیت کو ظاہر کرتا ہے جس میں چھوٹی سی پریشانی کے بعد اپنی شروعاتی آپریشنل حالت کو برقرار رکھنا، یا پریشانی کے وجود میں ایک حالت تک پہنچنا جو شروعاتی حالت کے قریب ہو۔ اس مفہوم کو برقی طاقت نظام کے منصوبہ بندی اور ڈیزائن، خاص مخصوص آٹومیٹک کنٹرول دستیابیوں کی ترقی، نئے نظام کے کمپوننٹس کی کمیشننگ، اور آپریشنل حالت کی تبدیلی میں بہت زیادہ اہمیت حاصل ہے۔

ثابت حالت کے استحکام کی حد کا تعین برقی طاقت نظام کے تجزیہ کے لیے ضروری ہے، جس میں مخصوص ثابت حالت کی شرائط کے تحت نظام کی کارکردگی کی جانچ، استحکام کی حدود کا تعین، عبوری عمل کا کیفی جائزہ، اور محرک نظام کی قسم اور اس کے کنٹرولز، کنٹرول میڈز، اور محرک اور آٹومیشن نظام کے پیرامیٹرز جیسے عوامل کا جائزہ شامل ہوتا ہے۔

استحکام کی درخواستیں استحکام کی حد، ثابت حالت کی شرائط کے تحت برقی طاقة کی کوالٹی، اور عبوری کارکردگی سے تعین ہوتی ہیں۔ ثابت حالت کی استحکام کی حد کسی مخصوص نقطہ پر نظام کے ذریعے منتقل کی جانے والی زیادہ سے زیادہ طاقة کو ظاہر کرتی ہے جس کو کسی مخصوص نقطہ پر تدریجی طور پر بڑھا کر بے استحکامی کی شروعات سے پہلے برقرار رکھا جا سکتا ہے۔

برقی طاقت نظام کے تجزیہ میں، کسی ایک سیگمنٹ کے اندر موجود تمام مشینوں کو ایک بڑی مشین کے طور پر وہاں جڑی ہوئی سمجھا جاتا ہے—حتیٰ کہ وہ ایک ہی بس سے مربوط نہ ہوں اور ان کے درمیان کافی ریاکٹنس ہو۔ بڑے پیمانے کے نظام کو عام طور پر مستقل ولٹیج کے ساتھ فرض کیا جاتا ہے اور ایک لامحدود بس کے طور پر ماڈل کیا جاتا ہے۔

ایک نظام کو درج ذیل کے طور پر دیکھا جائے جس میں ایک مولڈر (G)، ایک ٹرانسمیشن لائن، اور ایک سنکرون میٹر (M) کا کام کرنے والا لوڈ شامل ہے۔

نیچے دیا گیا اظہار مولڈر G اور سنکرون میٹر M کی طرف سے پیدا ہونے والی طاقة کو دیتا ہے۔

نیچے دیا گیا اظہار مولڈر G اور سنکرون میٹر M کی طرف سے پیدا ہونے والی زیادہ سے زیادہ طاقة کو دیتا ہے

یہاں، A، B، اور D دونوں ٹرمینل مشین کے عام دائمی عدد کو ظاہر کرتے ہیں۔ اوپر دیا گیا اظہار فیز کے لحاظ سے واٹ میں طاقة کا حساب لگاتا ہے—بالکل ایسا ہی کہ استعمال کی جانے والی ولٹیج فیز ولٹیج ہو۔

نظام کی عدم استحکام کی وجوہات

ایک سنکرون میٹر کو لامحدود بس بار سے مربوط کریں جو مستقل رفتار پر کام کرتا ہے۔ اس کا داخلی طاقة باہر کے طاقة کے برابر ہوتا ہے جس میں نقصانات شامل ہوتے ہیں۔ اگر مشین کے شافٹ کو سب سے چھوٹا بوجھ کا اضافہ کیا جائے تو، مشین کا باہر کا طاقة بڑھ جاتا ہے جبکہ اس کا داخلی طاقة غیر متغیر رہتا ہے۔ یہ ایک صاف رکاوٹ کا ٹارک بناتا ہے جس سے مشین کی رفتار کا عارضی طور پر کم ہونا شروع ہو جاتا ہے۔

جب رکاوٹ کا ٹارک مشین کی رفتار کو کم کرتا ہے، تو مشین کے داخلی ولٹیج اور نظام کے ولٹیج کے درمیان فیز کا زاویہ بڑھتا ہے جب تک کہ برقی داخلی طاقة باہر کے طاقة کے برابر ہو جاتا ہے جس میں نقصانات شامل ہوتے ہیں۔

اس عبوری مدت کے دوران، کیونکہ مشین کا برقی داخلی طاقة مکینکل لوڈ سے کم ہوتا ہے، اس لیے زائد طاقة کی مطلوبہ مقدار روٹنگ نظام کے ذخیرہ شدہ توان سے حاصل کی جاتی ہے۔ مشین توازن کے نقطہ کے گرد گھومتی ہے اور آخر کار رک جا سکتی ہے یا سنکرونزم کھو سکتی ہے۔

ایک نظام کو استحکام کھو جاتا ہے جب کسی بڑے لوڈ کو لاگو کیا جائے یا کسی لوڈ کو مشین پر بہت جلدی لاگو کیا جائے۔

نیچے دیا گیا مساوات مشین کی جانب سے پیدا کی جانے والی زیادہ سے زیادہ طاقة کو ظاہر کرتی ہے۔ یہ زیادہ سے زیادہ لوڈ صرف اس وقت حاصل کیا جا سکتا ہے جب طاقة کا زاویہ (δ) لوڈ کے زاویہ (β) کے برابر ہو۔ لوڈ کو اس حالت تک بڑھایا جا سکتا ہے؛ اس کے بعد کسی بھی مزید لوڈ کا اضافہ مشین کو سنکرونزم کھو دینے کا باعث بنے گا کیونکہ طاقة کا خروج کافی نہیں ہوگا۔

کمی کا طاقة پھر روٹنگ نظام کے ذخیرہ شدہ توان سے فراہم کیا جائے گا، جس سے رفتار کم ہو جائے گی۔ جیسے ہی طاقة کی کمی بڑھتی جائے، زاویہ تدریجی طور پر کم ہوتا جائے گا جب تک کہ مشین کام کرنا بند نہ کر دے۔

کسی بھی مخصوص δ کے لیے، مشین اور مولڈر کی طرف سے پیدا کی گئی طاقة کے درمیان فرق لائن کے نقصانات کے برابر ہوتا ہے۔ اگر لائن کا مقاومت اور شانٹ ایڈمیٹنس غیر محسوس ہو تو، الٹرنیٹر اور مشین کے درمیان منتقل ہونے والی طاقة کو نیچے دیا گیا طور پر ظاہر کیا جا سکتا ہے:

جہاں، X – لائن ریاکٹنس

• V_G – مولڈر کی ولٹیج

• V_M – مشین کی ولٹیج

• δ – لوڈ کا زاویہ

• P_M – مشین کا طاقة

• P_G – مشین کا طاقة

• P_max – زیادہ سے زیادہ طاقة

ثابت حالت کی استحکام کی حد کو بہتر بنانے کے طریقے

الٹرنیٹر اور مشین کے درمیان منتقل ہونے والی زیادہ سے زیادہ طاقة ان کے داخلی الیکٹروموٹیو فورسز (EMFs) کے مصنوع کے تناسب میں اور لائن ریاکٹنس کے بالعکس تناسب میں ہوتی ہے۔ ثابت حالت کی استحکام کی حد کو دو اہم طریقوں سے بڑھایا جا سکتا ہے:

• مولڈر، مشین، یا دونوں کی محرک کو بڑھانا
  محرک کو بڑھانے سے مشینوں کا داخلی EMF بڑھتا ہے، جس کے نتیجے میں ان کے درمیان منتقل ہونے والی زیادہ سے زیادہ طاقة بڑھ جاتی ہے۔ اس کے علاوہ، زیادہ داخلی EMFs لوڈ کا زاویہ (δ) کم کرتے ہیں۔

• نقل و حمل کی ریاکٹنس کو کم کرنا
  نقل و حمل کی ریاکٹنس کو کم کرنے کے لیے:

• کنکشن پوائنٹس کے درمیان متوازی ٹرانسمیشن لائنیں شامل کرنا؛

• بندل کنڈکٹرز کا استعمال، جو لائن ریاکٹنس کو کم کرتا ہے؛

• لائن میں سیریز کیپیسٹرز شامل کرنا۔

سیریز کیپیسٹرز کا اہم استعمال ایکسٹرا ہائی ولٹیج (EHV) لائنیں میں طاقة کے منتقلی کی کارکردگی کو بڑھانے کے لیے ہوتا ہے اور یہ 350 کلومیٹر سے زیادہ کی دوری کے لیے معاشی طور پر محفوظ ہوتا ہے۔