Vipi ni FACTS na Kwa Nini Zinahitajika Katika Mipango ya Umeme?
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) ni mfumo wa teknolojia ya umeme ambao unatumia vifaa vya kimistari kutokimarisha uwezo wa kutumia mizizi na kudhibiti mitandao ya utumiaji wa AC.
Vifaa hivi vya elektroniki ya umeme vinajumuishi katika mitandao ya kimataifa ya AC ili kupunguza vitendawili muhimu, ikiwa ni:
Kabla ya kuwepo kwa vifaa vya elektroniki ya umeme, masuala kama ubovu wa nguvu ya reaktiva na usalama walikuwa husaidiwa kwa kutumia vifaa vya kimistari kutengeneza kapasitansi, reactors, au generators wa kisimuli. Lakini, vifaa vya kimistari vilikuwa na madhara makubwa: muda wa majibu unaonekana ukimaliza, upindelezi wa kimistari, na uaminifu mdogo—kutokimarisha ufanisi wao katika kudhibiti na kuhakikisha usalama wa mizizi ya utumiaji.
Maundukiano ya vifaa vya elektroniki ya umeme ya kiwango cha juu (kama vile thyristors) iliyafanya uwezekano wa kutengeneza mikono ya FACTS, ikifanikisha utaratibu wa misaada ya AC.
Kwa Nini Vifaa vya FACTS Vinahitajika Katika Mfumo wa Umeme?
Mfumo wa umeme wenye usalama unahitaji udhibiti wa kutosha kati ya uzalishaji na malipo. Kama malipo ya umeme yanazidi, kuongeza ufanisi wa zote za mtaa unahitajika—na vifaa vya FACTS vinajihusisha sana katika hii ya kuboresha.
Nguvu ya umeme ina kategori tatu: nguvu ya aktiva (nguvu nzuri ya matumizi ya mwisho), nguvu ya reaktiva (inayotokana na viwango vya kukupa chanzo), na nguvu ya mtazamo (vector sum ya nguvu ya aktiva na reaktiva). Nguvu ya reaktiva, ambayo inaweza kuwa inductive au capacitive, inapaswa kuhakikishwa ili isitegeuka kupitia mizizi ya utumiaji—reactive power yenye kudhibiti siyo inaweza kupunguza uwezo wa mtaa wa kutuma nguvu ya aktiva.
Mbinu za kutoa rasilimali (kutokimarisha inductive na capacitive reactive power kwa kutumia au kuchuma) ni muhimu. Mbinu hizi hupunguza ubora wa nguvu na kuongeza ufanisi wa utumiaji.
Aina za Mbinu za Kutoa Rasilimali
Mbinu za kutoa rasilimali zinaghatiwa kulingana na jinsi vifaa vinavyounganishwa kwa mfumo wa umeme:
1. Mbinu ya Series Compensation
Katika mbinu ya series compensation, vifaa vya FACTS vinavyounganishwa kwa mizizi ya utumiaji. Vifaa hivi huenda kama impedances variable (kama vile capacitors au inductors), na capacitors ya series ni zinazopatikana zaidi.
Njia hii inatumika sana kwenye mizizi ya EHV (Extra High Voltage) na UHV (Ultra High Voltage) ili kuongeza sana uwezo wa kutumia nguvu yao.
Uwezo wa kutumia nguvu wa mizizi bila kutumia kitu cha kutoa rasilimali;
Hapa,
V1 = Voliti ya awali
V2 = Voliti ya mwisho
XL = Reaktansi inductive ya mizizi
δ = Anga ya namba kati ya V1 na V2
P = Nguvu iliyotumika kwa kila phase
Sasa, tunauunganisha capacitor moja kwa series na mizizi. Capacitive reactance ya capacitor hii ni XC. Hivyo, reactance kamili ni XL-XC.Hivyo, na kitu cha kutoa rasilimali, uwezo wa kutumia nguvu unategemea;
Factor k unatafsiriwa kama factor ya kutoa rasilimali au degree of compensation. Mara nyingi, thamani ya k ni kati ya 0.4 hadi 0.7. Tufanye tu thamani ya k ni 0.5.
Hivyo, ni rahisi kutambua kwamba kutumia vifaa vya series compensation vinaweza kuongeza uwezo wa kutumia nguvu kwa asilimia 50%.Wakati capacitors za series zinatumika, anga ya δ kati ya voliti na current ni ndogo kuliko mizizi isiyotumika. Anga ndogo ya δ hupunguza usalama wa mfumo—maana, kwa asilimia tofauti za kutumia nguvu na parameta zinazofanana za awali na mwisho, mizizi imetumika inatoa usalama zaidi kuliko mizizi isiyotumika.
Shunt Compensation
Katika mizizi ya kiwango cha juu, ukubwa wa voliti ya mwisho unategemea kwa hali ya ongezeko. Capacitance inajaribiwa kazi muhimu katika mizizi ya kiwango cha juu.
Wakati mizizi yana ongezeko, ongezeko linahitaji nguvu ya reaktiva, ambayo tangu awali hutumika kutoka capacitance ya mizizi. Lakini, wakati ongezeko linalozidi SIL (Surge Impedance Loading), maombi yasiyotakribwa ya nguvu ya reaktiva huleta upunguzo mkubwa wa voliti katika mwisho.
Ili kutatua hii, banks za capacitors zinauunganishwa kwa parallel na mizizi katika mwisho. Banks hizi zinatoa nguvu ya reaktiva yoyote inayohitajika, kufanya upunguzo wa voliti kwa mwisho.
Ongezeko la capacitance la mizizi linaletea ongezeko la voliti ya mwisho.
Wakati mizizi yana ongezeko kidogo (yaani, ongezeko kilichozidi SIL), maombi ya nguvu ya reaktiva ni ndogo kuliko nguvu ya reaktiva inayotokana na capacitance ya mizizi. Katika hali hii, voliti ya mwisho huanza kuwa zaidi ya voliti ya awali—shughuli inayojulikana kama Ferranti effect.
Ili kutatua hii, shunt reactors zinauunganishwa kwa parallel na mizizi katika mwisho. Reactors hizi zinachuma nguvu ya reaktiva yoyote inayozidi kutokana na mizizi, kuhakikisha voliti ya mwisho inabaki kwa thamani yake.
