FACTS کیا ہیں اور ان کی برقی نظاموں میں ضرورت کیوں ہے؟

FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) کا مطلب ایک پاور الیکٹرانکس مبنی نظام ہے جو سٹیٹک ڈیوائسز کا استعمال کرتا ہے تاکہ AC ٹرانسمیشن نیٹ ورک کی پاور ٹرانسفر قابلیت اور کنٹرول پذیری کو بہتر بنائے۔

ان پاور الیکٹرانکس ڈیوائسز کو روایتی AC گرڈز میں شامل کیا جاتا ہے تاکہ کلیدی کارکردگی کے اشارے، جن میں شامل ہیں:

• ٹرانسمیشن لائن کی پاور ٹرانسفر کی صلاحیت

• ولٹیج کی استحکام اور موقتی استحکام

• ولٹیج تنظیم کی دقت

• نظام کی قابلیت برداشت

• ٹرانسمیشن انفراسٹرکچر کی حرارتی حدود

پاور الیکٹرانکس سوئچز کے ظہور سے پہلے، ریاکٹیو پاور کے غیر متعادل ہونے اور استحکام کے مسائل کو مکینکل سوئچز کا استعمال کرتے ہوئے کیپیسٹرز، ریاکٹرز یا سنکرون آئی جینریٹرز کو جوڑ کر حل کیا جاتا تھا۔ تاہم، مکینکل سوئچز کے کئی اہم کمزوریاں تھیں: کند ردعمل کا وقت، مکینکل فرسودگی، اور کم قابلیت برداشت—جو ان کی کارکردگی کو ٹرانسمیشن لائن کی کنٹرول پذیری اور استحکام کو بہتر بنانے میں محدود کرتی تھیں۔

ہائی ولٹیج پاور الیکٹرانکس سوئچز (مثال کے طور پر، تائیسٹرز) کی ترقی نے FACTS کنٹرولرز کی تخلیق کو ممکن بنایا، جس سے AC گرڈ کے مینجمنٹ میں انقلاب آیا۔

پاور سسٹم میں FACTS ڈیوائسز کی ضرورت کیوں ہوتی ہے؟

ایک مستحکم پاور سسٹم کے لیے، پیداوار اور مانگ کے درمیان درست تنظیم کی ضرورت ہوتی ہے۔ جب بجلی کی مانگ بڑھتی ہے، تو نیٹ ورک کے تمام حصوں کی کارکردگی کو زیادہ سے زیادہ کرنے کی ضرورت ہوتی ہے—اور FACTS ڈیوائسز اس میں کلیدی کردار ادا کرتے ہیں۔

برقی طاقت کو تین قسموں میں تقسیم کیا جاتا ہے: ایکٹو پاور (فائدہ مند/صحت مند طاقت)، ریاکٹو پاور (بار کے انرجی-سٹورنگ عناصر کی وجہ سے پیدا ہونے والا)، اور ظاہری طاقت (ایکٹو اور ریاکٹو پاور کا ویکٹر مجموعہ)۔ ریاکٹو پاور، جو انڈکٹو یا کیپیسٹو ہو سکتا ہے، کو ٹرانسمیشن لائن کے ذریعے بہنے سے روکنے کے لیے توازن کرنے کی ضرورت ہوتی ہے—غیر کنٹرول شدہ ریاکٹو پاور نیٹ ورک کی ایکٹو پاور کو منتقل کرنے کی صلاحیت کو کم کرتا ہے۔

تعویضی طریقے (انڈکٹو اور کیپیسٹو ریاکٹو پاور کو توازن کرنے کے لیے اس کو فراہم یا جذب کرنا) کی وجہ سے پاور کی کیفیت میں بہتری آتی ہے اور ٹرانسمیشن کی کارکردگی میں بہتری آتی ہے۔

تعویضی طریقوں کی قسمیں

تعویضی طریقے ڈیوائسز کو پاور سسٹم سے کس طرح جوڑنے کے مطابق درج ذیل قسموں میں تقسیم کیے جاتے ہیں:

1. سیریز تعویض

سیریز تعویض میں، FACTS ڈیوائسز کو ٹرانسمیشن نیٹ ورک کے ساتھ سیریز میں جوڑا جاتا ہے۔ ان ڈیوائسز کا عام طور پر متغیر حائل (مثال کے طور پر، کیپیسٹرز یا انڈکٹرز) کے طور پر عمل کرتا ہے، جہاں سیریز کیپیسٹرز سب سے عام ہیں۔

یہ طریقہ EHV (Extra High Voltage) اور UHV (Ultra High Voltage) ٹرانسمیشن لائنز میں بہت زیادہ استعمال ہوتا ہے تاکہ ان کی پاور ٹرانسفر قابلیت کو بہت زیادہ بہتر بنایا جا سکے۔

تعویض ڈیوائس کے بغیر ٹرانسمیشن لائن کی پاور ٹرانسفر کی صلاحیت؛

جہاں،

• V₁ = بھیجنے والے سرے کی ولٹیج

• V₂ = وصول کرنے والے سرے کی ولٹیج

• X_L = ٹرانسمیشن لائن کا انڈکٹو ریاکٹنس

• δ = V₁ اور V₂ کے درمیان فیز زاویہ

• P = فی فیز منتقل کی گئی طاقت

اب، ہم ایک کیپیسٹر کو ٹرانسمیشن لائن کے ساتھ سیریز میں جوڑتے ہیں۔ اس کیپیسٹر کا کیپیسٹو ریاکٹنس XC ہے۔ تو، کل ریاکٹنس XL-XC ہے۔ تو، تعویض ڈیوائس کے ساتھ، پاور ٹرانسفر کی صلاحیت یوں دی جاتی ہے؛

فاکٹر k کو تعویض فیکٹر یا تعویض کی درجہ کہا جاتا ہے۔ عام طور پر، k کی قیمت 0.4 سے 0.7 کے درمیان ہوتی ہے۔ چلو ہم کی قیمت 0.5 لیتے ہیں۔

اس لیے، واضح ہے کہ سیریز تعویض ڈیوائسز کا استعمال پاور ٹرانسفر کی صلاحیت کو تقریباً 50% تک بڑھا سکتا ہے۔ جب سیریز کیپیسٹرز کا استعمال کیا جاتا ہے، تو ولٹیج اور کرنٹ کے درمیان فیز زاویہ (δ) غیر تعویضی لائن کے مقابلے میں چھوٹا ہوتا ہے۔ چھوٹا δ کی قیمت نظام کی استحکام کو بہتر بناتی ہے—یعنی، ایک ہی پاور ٹرانسفر کی مقدار اور ایک ہی بھیجنے والے اور وصول کرنے والے سرے کے پیرامیٹرز کے لیے، تعویضی لائن غیر تعویضی لائن کے مقابلے میں بہت زیادہ استحکام فراہم کرتی ہے۔

شونٹ تعویض

ایک ہائی ولٹیج ٹرانسمیشن لائن میں، وصول کرنے والے سرے کی ولٹیج کی مقدار لوڈنگ کی حالت پر منحصر ہوتی ہے۔ کیپیسٹنس کو ہائی ولٹیج ٹرانسمیشن لائن میں ایک اہم کردار ادا کرتا ہے۔

جب ٹرانسمیشن لائن لوڈ ہوتی ہے، تو لوڈ کو ریاکٹو پاور کی ضرورت ہوتی ہے، جو پہلے لائن کی ذاتی کیپیسٹنس سے فراہم کی جاتی ہے۔ تاہم، جب لوڈ SIL (Surge Impedance Loading) سے زیادہ ہوجاتی ہے، تو ریاکٹو پاور کی بڑھتی ہوئی ضرورت کے باعث وصول کرنے والے سرے پر ولٹیج کا ایک قابل ذکر گراؤن ہوتا ہے۔

اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے، کیپیسٹر بینکس کو ٹرانسمیشن لائن کے ساتھ وصول کرنے والے سرے پر سائیڈ بائی سائیڈ جوڑا جاتا ہے۔ ان بینکس کی مدد سے مطلوبہ ریاکٹو پاور فراہم کیا جاتا ہے، جس سے وصول کرنے والے سرے پر ولٹیج کا گراؤن موثر طور پر کم کیا جا سکتا ہے۔

لائن کی کیپیسٹنس کی اضافت وصول کرنے والے سرے کی ولٹیج کو بڑھاتی ہے۔

جب ٹرانسمیشن لائن کم لوڈ ہوتی ہے (یعنی، لوڈ SIL سے کم ہوتی ہے)، تو ریاکٹو پاور کی ضرورت لائن کی کیپیسٹنس کے ذریعے پیدا ہونے والے ریاکٹو پاور سے کم ہوتی ہے۔ اس حالت میں، وصول کرنے والے سرے کی ولٹیج بھیجنے والے سرے کی ولٹیج سے زیادہ ہوتی ہے—یہ پدیدہ فیرانٹی ایفیکٹ کے نام سے جانا جاتا ہے۔

اس کو روکنے کے لیے، شونٹ ریاکٹرز کو ٹرانسمیشن لائن کے ساتھ وصول کرنے والے سرے پر سائیڈ بائی سائیڈ جوڑا جاتا ہے۔ ان ریاکٹرز کی مدد سے لائن سے زائد ریاکٹو پاور کو جذب کیا جاتا ہے، جس سے وصول کرنے والے سرے کی ولٹیج اپنی معیاری قیمت پر رہتی ہے۔