শর্ট-সার্কিট স্ট্রোম সীমাবদ্ধতা পাওয়ার সিস্টেমগুলিতে এবং ফল্ট কারেন্ট লিমিটার (FCL) এর প্রয়োগ

০ পরিচিতি​
পাওয়ার সিস্টেমগুলির বিকাশ এবং লোড ডিম্যান্ডের বৃদ্ধির সাথে সাথে, বড় ক্ষমতার জেনারেটিং ইউনিট এবং সাবস্টেশন সরঞ্জামের সংযোজন—বিশেষ করে লোড সেন্টারে বড় পাওয়ার প্ল্যান্টের উদ্ভব এবং বড় পাওয়ার সিস্টেমের সংযোগ—অবশ্যই শর্ট-সার্কিট কারেন্টের স্তরে অবিরাম বৃদ্ধি ঘটায়। প্রভাবশালী সীমাবদ্ধকরণ পদক্ষেপ ছাড়া, এই প্রবণতা নতুন সাবস্টেশনের জন্য সরঞ্জাম বিনিয়োগ ব্যয় বেশি হওয়ার সাথে সাথে বিদ্যমান সাবস্টেশন সুবিধাগুলির যোগাযোগ লাইন এবং পাইপলাইনে গুরুতর প্রভাব ফেলবে, যা পুনর্নির্মাণ এবং আপগ্রেডের জন্য বিশাল অর্থ প্রয়োজন হবে।

সিস্টেম বিকাশের প্রথম পর্যায়ে, যখন সিস্টেম ক্ষমতা ছোট এবং শর্ট-সার্কিট কারেন্টের স্তর কম, শর্ট-সার্কিট কারেন্ট বৃদ্ধি সাধারণত সুইচিং ডিভাইস পরিবর্তন করে সমাধান করা যায়—এই পর্যায়ে অন্যান্য সাবস্টেশন সরঞ্জামগুলির প্রায় যথেষ্ট মার্জিন থাকে। তবে, যখন পাওয়ার সিস্টেমের ক্ষমতা বড়, শর্ট-সার্কিট স্তর উচ্চ, এবং সিস্টেম সংযোগ বা আরও ক্ষমতা বিস্তারের কারণে শর্ট-সার্কিট কারেন্ট অবিরাম বৃদ্ধি পায়, তখন শুধুমাত্র সার্কিট ব্রেকার পরিবর্তন আর যথেষ্ট নয়। বিদ্যমান সাবস্টেশনগুলিতে সার্কিট ব্রেকার পরিবর্তনের পাশাপাশি মুখ্য ট্রান্সফরমার, ডিসকনেক্টর, ইনস্ট্রুমেন্ট ট্রান্সফরমার, বাসবার, ইনসুলেটর, স্ট্রাকচার, ফাউন্ডেশন এবং গ্রাউন্ডিং সিস্টেমের উন্নয়ন বা পরিবর্তন প্রয়োজন হতে পারে। এছাড়াও, যোগাযোগ লাইনগুলিতে শিল্ডিং বা পরিবর্তে অধিকার যোগাযোগ কেবল প্রয়োজন হতে পারে।

বিভিন্ন কারণে, ২২০kV গ্রিডে নতুন বড় ক্ষমতার জেনারেটিং ইউনিট এবং পাওয়ার প্ল্যান্ট অবিরাম সংযোজিত হচ্ছে, যা শর্ট-সার্কিট কারেন্টের স্তরে অত্যন্ত দ্রুত বৃদ্ধি ঘটায়। অনেক ২২০kV সার্কিট ব্রেকার এবং এমনকি সম্পূর্ণ সাবস্টেশনের বিচ্ছেদকরণ ক্ষমতা এবং গতিশীল স্থিতিশীলতা পর্যায় আরও বেশি শর্ট-সার্কিট স্তরের সাথে মেলানো যায় না, যা গুরুতর প্রযুক্তিগত এবং অর্থনৈতিক চ্যালেঞ্জ তৈরি করে। শর্ট-সার্কিট কারেন্ট সীমাবদ্ধকরণ গবেষণার দরকার তাই অত্যন্ত প্রয়োজন।

​১ ঐতিহ্যগত কারেন্ট সীমাবদ্ধকরণ পদক্ষেপ এবং তাদের সীমাবদ্ধতা​
শর্ট-সার্কিট কারেন্ট সীমাবদ্ধকরণ সিস্টেম স্ট্রাকচার, অপারেশন এবং সরঞ্জামের দিক থেকে প্রদান করা যেতে পারে। ঐতিহ্যগত পদক্ষেপগুলি নিম্নলিখিত শ্রেণীতে অন্তর্ভুক্ত, তবে প্রত্যেকের বেশ বড় সীমাবদ্ধতা রয়েছে:

• ​a. গ্রিড স্ট্রাকচার সমন্বয়​
  উচ্চ-ভোল্টেজ গ্রিড বিকাশ, নিম্ন-ভোল্টেজ গ্রিড/বাসবার বিভাজন, এবং গ্রিড বিচ্ছেদ অন্তর্ভুক্ত।
• উচ্চ-ভোল্টেজ গ্রিড বিকাশ: বড় বিনিয়োগ প্রয়োজন এবং পরিবেশগত সমস্যা রয়েছে।
• নিম্ন-ভোল্টেজ গ্রিড বিভাজন/বিচ্ছেদ: বাস্তবায়ন সহজ এবং উল্লেখযোগ্য কারেন্ট সীমাবদ্ধকরণ প্রভাব, তবে সিস্টেম নিরাপত্তা মার্জিন হ্রাস করে এবং অপারেশনাল সুরক্ষা সীমিত করে, যা শুধুমাত্র প্রয়োজনীয় পরিস্থিতিতে উপযোগী।
• ​b. DC সংযোগ প্রযুক্তি​
  DC সংযোগ শর্ট-সার্কিট কারেন্ট বেশি পরিমাণে হ্রাস করতে পারে, তবে উভয় প্রান্তের কনভার্টার স্টেশনে বিনিয়োগ অত্যন্ত বেশি। ছোট সংযোগ এবং কম পাওয়ার বিনিময়ের জন্য এই সমাধান অর্থনৈতিকভাবে অব্যবহার্য।
• ​c. উচ্চ-ইম্পিডেন্স ট্রান্সফরমার​
  নিম্ন-ভোল্টেজ পাশে শর্ট-সার্কিট কারেন্ট সীমাবদ্ধ করার জন্য উচ্চ-ইম্পিডেন্স ট্রান্সফরমার ব্যবহার একটি সাধারণ পদক্ষেপ। তবে, এই ট্রান্সফরমারগুলি স্থিতিশীল অপারেশনে বেশি লোস প্রদর্শন করে, যা সিস্টেমের অর্থনৈতিকতাকে প্রভাবিত করে।
• ​d. সিরিজ রিঅ্যাক্টর​
  সিরিজ রিঅ্যাক্টরগুলি বিশদ ম্যানুফ্যাকচারিং প্রযুক্তি এবং স্পষ্ট কারেন্ট সীমাবদ্ধকরণ প্রভাব সহ পাওয়ার প্ল্যান্ট অক্সিলিয়ারি সিস্টেম এবং ১০-৩৫kV সাবস্টেশনে ব্যবহৃত হয়। তবে, অতি-উচ্চ-ভোল্টেজ সিস্টেমে তাদের ব্যবহার নেটওয়ার্ক লোস বৃদ্ধি করে এবং সিস্টেম স্থিতিশীলতা হ্রাস করে, যা তাদের উপযোগীতা সীমিত করে।
• ​e. সরঞ্জাম ক্ষমতা বিস্তার এবং পুনর্নির্মাণ​
  সার্কিট ব্রেকার পরিবর্তন এবং বিদ্যমান সাবস্টেশন পুনর্নির্মাণ করে বেশি শর্ট-সার্কিট কারেন্ট সম্পর্কে সরাসরি সমাধান দেয়, তবে এতে বেশি বিনিয়োগ এবং জটিল নির্মাণ প্রয়োজন, যা অর্থনৈতিক দক্ষতা এবং সুযোগ খারাপ করে।

ঐতিহ্যগত পদক্ষেপের বেশি সীমাবদ্ধতার কারণে, আধুনিক পাওয়ার সিস্টেমে অনুকূল নতুন কারেন্ট সীমাবদ্ধকরণ ডিভাইস বিকাশের প্রয়োজন হয়েছে। ফলে ফল্ট কারেন্ট লিমিটার (FCL) একটি সমাধান হিসেবে উদ্ভূত হয়েছে এবং ফ্লেক্সিবল AC ট্রান্সমিশন সিস্টেম (FACTS) এর একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান।

​২ পাওয়ার সিস্টেমে FCL এর প্রয়োগ​

​২.১ FCL এর মডেল এবং মৌলিক নীতি​
FCL এর মৌলিক নীতি সিরিজ রিঅ্যাক্টর কারেন্ট সীমাবদ্ধকরণ প্রযুক্তি থেকে উদ্ভূত, পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স দ্বারা উন্নত করে ঐতিহ্যগত সিরিজ রিঅ্যাক্টরের দুর্বলতা (উদাহরণস্বরূপ, স্থিতিশীল অবস্থায় উচ্চ লোস এবং সিস্টেম স্থিতিশীলতার প্রভাব) অতিক্রম করে। এর মূল মডেল নিম্নরূপ সংক্ষিপ্ত করা যায়: "স্বাভাবিক অপারেশনে কোন রিঅ্যাক্ট্যান্স, ফল্টের সময় দ্রুত রিঅ্যাক্ট্যান্স সন্নিবেশ করে কারেন্ট সীমাবদ্ধ করে।"

• স্বাভাবিক অপারেশন: সুইচিং ডিভাইস বন্ধ, FCL সমতুল্য ইম্পিডেন্স প্রায় শূন্য, সিস্টেমে কোন প্রভাব নেই।
• ফল্ট অবস্থা: সুইচ দ্রুত খোলা, কারেন্ট সীমাবদ্ধ রিঅ্যাক্টর সন্নিবেশ করে শর্ট-সার্কিট কারেন্ট দমন করে।

FCL এর মূল উপাদানগুলি নিম্নলিখিত চারটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান অন্তর্ভুক্ত:

1. দ্রুত ফল্ট কারেন্ট ডিটেকশন উপাদান: সিস্টেম কারেন্ট বাস্তব সময়ে পর্যবেক্ষণ করে এবং দ্রুত শর্ট-সার্কিট ফল্ট সনাক্ত করে।
2. দ্রুত সুইচিং ডিভাইস: ফল্টের সময় দ্রুত কাজ করে "কোন রিঅ্যাক্ট্যান্স" এবং "রিঅ্যাক্ট্যান্স" অবস্থার মধ্যে সুইচ করে।
3. কারেন্ট সীমাবদ্ধ রিঅ্যাক্টর: মূল কারেন্ট সীমাবদ্ধ উপাদান, ইম্পিডেন্স দ্বারা শর্ট-সার্কিট কারেন্ট দমন করে।
4. ওভারভোল্টেজ প্রোটেকশন উপাদান: ফল্ট সুইচিং সময় ওভারভোল্টেজ প্রতিরোধ করে, সিস্টেম সরঞ্জাম রক্ষা করে।

​২.২ FCL এর ফাংশন এবং ডিজাইন প্রয়োজনীয়তা​

​২.২.১ FCL এর মূল ফাংশন​
FCL পাওয়ার সিস্টেমে ফল্ট কারেন্ট সীমাবদ্ধকরণের একটি নতুন পদ্ধতি প্রদান করে এবং আধুনিক পাওয়ার সিস্টেমের একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান। এর সুবিধাগুলি নিম্নরূপ:

• সার্কিট ব্রেকারের ভার হ্রাস: উচ্চ ভোল্টেজ স্তর বড়, বিচ্ছেদ করা কঠিন ফল্ট কারেন্টের সাথে সম্পর্কিত। FCL সার্কিট ব্রেকারের বিচ্ছেদ কারেন্ট সরাসরি হ্রাস করে, সরঞ্জামের জীবনকাল বাড়ায়।
• সিস্টেম স্থিতিশীলতা উন্নয়ন: দ্রুত শর্ট-সার্কিট কারেন্ট সীমাবদ্ধ করে লাইন ভোল্টেজ হ্রাস এবং জেনারেটর অউট-অফ-স্টেপ সম্ভাবনা হ্রাস করে, পাওয়ার অ্যাঙ্গেল, ভোল্টেজ এবং ফ্রিকোয়েন্সি স্থিতিশীলতা উন্নয়ন করে।
• সরঞ্জাম এবং লাইন ব্যবহার বৃদ্ধি: যদি FCL শর্ট-সার্কিট কারেন্ট পরিমাণ পরিমাপের পূর্বে কাজ করে, তবে এটি থার্মাল এবং গতিশীল স্থিতিশীলতা সীমার প্রয়োজন হ্রাস করে, ফলে লাইনের বাস্তব ট্রান্সমিশন ক্ষমতা বৃদ্ধি পায়।
• ভোল্টেজ গুণমান উন্নয়ন: ফল্ট স্পষ্ট করার পূর্বে দ্রুত কারেন্ট সীমাবদ্ধ করে অ-ফল্ট লাইনে ভোল্টেজ ড্রপের সময় হ্রাস করে, গ্রিড ভোল্টেজ স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করে।
• আশেপাশের সুবিধাগুলির সাথে হস্তক্ষেপ হ্রাস: উচ্চ-ভোল্টেজ গ্রিডে শর্ট-সার্কিট কারেন্ট সীমাবদ্ধ করে নিকটবর্তী যোগাযোগ লাইন এবং রেলওয়ে সিগন্যালিং সিস্টেমের সাথে তড়িৎচুম্বকীয় হস্তক্ষেপ হ্রাস করে।

​২.২.২ FCL এর ডিজাইন প্রয়োজনীয়তা​
পাওয়ার সিস্টেমের অপারেশন বৈশিষ্ট্যের সাথে অনুকূল হওয়ার জন্য FCL নিম্নলিখিত ডিজাইন মান পূরণ করতে হবে:

• স্বাভাবিক অপারেশনে সিস্টেমের উপর কোন প্রভাব (ভোল্টেজ হ্রাস প্রায় শূন্য)।
• ফল্টের সময় দ্রুত প্রতিক্রিয়া (১-২ মিলিসেকেন্ডের মধ্যে), শীর্ষ এবং স্থিতিশীল শর্ট-সার্কিট কারেন্ট সীমাবদ্ধ করে ওভারভোল্টেজ সহ কোন পার্শ্ব প্রভাব না থাকে।
• ফল্ট স্পষ্ট হওয়ার পর স্বয়ংক্রিয় পুনরায় সেট হয়, কোন মানুষীয় হস্তক্ষেপ ছাড়া।
• প্রোটেক্টিভ রিলের স্বাভাবিক অপারেশন লজিকের সাথে কোন হস্তক্ষেপ না থাকে।
• যুক্তিযুক্ত খরচ এবং উচ্চ খরচ দক্ষতা, বিদ্যুৎ প্রকৌশল প্রয়োগের প্রয়োজন পূরণ করে।

​২.৩ বিভিন্ন FCL বাস্তবায়ন পরিকল্পনার তুলনা​

​২.৩.১ পরিকল্পনা তুলনা​

• ​সংক্ষিপ্তসার: নতুন পদার্থ-ভিত্তিক (বিশেষ করে সুপারকন্ডাক্টিভ) এবং পাওয়ার ই