پاور سسٹم میں شارٹ سرکٹ کرنٹ کی محدودیت اور فلٹ کرنٹ لائیمٹرز (FCL) کا اطلاق

0 تعارف​
بجلو آنکہ بجلی کے نظاموں میں ترقی ہوتی جارہی ہے اور لوڈ کی درخواستوں میں اضافہ ہوتا جا رہا ہے، بڑے سنجیدگی کے پیداواری یونٹس اور سبسٹیشن کے معدات کو جوڑنا— خصوصی طور پر لوڈ کے مرکزوں میں بڑے بجلی گھروں کی موجودگی اور بڑے بجلی کے نظاموں کے درمیان ربط— ناگزیر طور پر کم وقت کے کرنٹ کے سطح کو مستقل طور پر بڑھاتا ہے۔ اگر موثر حدود کی تدابیر نہیں لی جاتیں تو، یہ رجحان صرف نئے سبسٹیشن کے معدات کے لیے سرمایہ کاری کو قابل ذکر طور پر بڑھانے کے علاوہ موجودہ سبسٹیشن کے معدات کی کمیونیکیشن لائنوں اور نالیوں پر بھی شدید اثر ڈالتا ہے، جس کی وجہ سے تجدید اور اپ گریڈ کے لیے بڑی رقم کی ضرورت ہو سکتی ہے۔

نظام کی ترقی کے ابتدائی مراحل میں، جب نظام کی قدرت چھوٹی ہوتی ہے اور کم وقت کے کرنٹ کے سطح کم ہوتی ہیں، کم وقت کے کرنٹ کو بڑھانے کو عام طور پر سوئچنگ ڈیوائس کو تبدیل کرتے ہیں— دیگر سبسٹیشن کے معدات کو عام طور پر اس مرحلے میں کافی مارجن ہوتا ہے۔ لیکن جب بجلی کے نظام کی قدرت بڑی ہوتی ہے، کم وقت کے سطح بلند ہوتی ہیں، اور نظام کے ربط یا مزید قدرت کے وسیع کرنے کی وجہ سے کم وقت کے کرنٹ کا مستقل طور پر اضافہ ہوتا ہے، تو صرف سرکٹ بریکرز کو تبدیل کرنا کافی نہیں ہوتا۔ موجودہ سبسٹیشن کے لیے صرف سرکٹ بریکرز کو تبدیل کرنے کے علاوہ مین ٹرانسفارمرز، ڈسکنیکٹرز، انٹرومنٹ ٹرانسفارمرز، بس بار، انسلیٹرز، ساختیں، بنیادیں، اور زمینی نظام کو بھی بہتر کرنے یا تبدیل کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ علاوہ ازیں، کمیونیکیشن لائنوں کو شیلڈ کرنے یا ممکنہ طور پر زمینی کمیونیکیشن کیبلز میں تبدیل کرنے کی ضرورت ہو سکتی ہے۔

متعدد عوامل کی وجہ سے، نئے بڑے سنجیدگی کے پیداواری یونٹس اور بجلی گھروں کو 220kV گرڈ میں مسلسل شامل کیا جا رہا ہے، جس کی وجہ سے کم وقت کے کرنٹ کے سطح کا بہت تیزی سے اضافہ ہو رہا ہے۔ کثیر تعداد میں 220kV سرکٹ بریکرز—اور یہاں تک کہ پورے سبسٹیشن—کی رکاوٹ کی قدرت اور دینامک استحکام کی کارکردگی کم وقت کے سطح کے بڑھتے ہوئے سطح کے ساتھ میل نہیں کرسکتی ہے، جس کی وجہ سے شدید فنی اور معاشی چیلنجز پیدا ہوتے ہیں۔ کم وقت کے کرنٹ کی حدود کی تحقیق کی ضرورت ہے۔

​1 روایتی کرنٹ کی حدود کی تدابیر اور ان کی محدودیتیں​
کم وقت کے کرنٹ کی حدود کو نظام کی ساخت، کارکردگی، اور معدات کے منظر سے حل کیا جا سکتا ہے۔ روایتی تدابیر کی مختلف قسمیں ہیں، لیکن ہر ایک کی شدید محدودیتیں ہیں:

• ​a. گرڈ کی ساخت کی تبدیلی​
  بالا ولٹیج کے گرڈ کو تیار کرنے، کم ولٹیج کے گرڈ/بسوں کو تقسیم کرنے، اور گرڈ کو الگ کرنے کا شامل ہے۔
• بالا ولٹیج کے گرڈ کو تیار کرنے: کثیر سرمایہ کاری کی ضرورت ہوتی ہے اور یہ ماحولیاتی خدشات کا باعث بنتا ہے۔
• کم ولٹیج کے گرڈ کو تقسیم کرنے/الگ کرنے: یہ بہت آسان طریقہ ہے اور کم وقت کے کرنٹ کو کم کرنے کا قابل ذکر اثر ہوتا ہے، لیکن یہ نظام کی سلامتی کے مارجن کو کم کرتا ہے اور کارکردگی کی مرونة کو محدود کرتا ہے، جس کی وجہ سے یہ صرف ضروری موقعوں کے لیے مناسب ہے۔
• ​b. ڈائریکٹ کرنٹ کا رابطہ ٹیکنالوجی​
  ڈائریکٹ کرنٹ کا رابطہ کم وقت کے کرنٹ کو کثیر حد تک کم کر سکتا ہے، لیکن دونوں سرے پر کنورٹر اسٹیشن کی سرمایہ کاری بہت زیادہ ہوتی ہے۔ کم قدرت کے تبادلے کے لیے کم رابطے کے لیے یہ حل معاشی طور پر غیر ممکن ہے۔
• ​c. بالا حائل ٹرانسفارمرز​
  بالا حائل ٹرانسفارمرز کو استعمال کر کے کم ولٹیج کے طرف کم وقت کے کرنٹ کو کم کرنا عام طور پر استعمال کیا جانے والا طریقہ ہے۔ لیکن یہ ٹرانسفارمرز استحکامی کارکردگی میں زیادہ نقصان ہوتا ہے، جس کی وجہ سے نظام کی معیشتی صلاحیت کو متاثر کرتا ہے۔
• ​d. سیریز ریاکٹرز​
  سیریز ریاکٹرز کی تیاری کی ٹیکنالوجی پختہ ہے اور کم وقت کے کرنٹ کو کم کرنے کا واضح اثر ہوتا ہے، جو پہلے سے ہی بجلی گھروں کے معاون نظاموں اور 10–35kV سبسٹیشن میں استعمال ہوتا ہے۔ لیکن یہ ٹیکنالوجی بالا ولٹیج نظاموں میں استعمال کرنے سے نیٹ ورک کے نقصانات بڑھتے ہیں اور نظام کی استحکام کو کم کرتا ہے، جس کی وجہ سے یہ کم مناسب ہوتا ہے۔
• ​e. معدات کی قدرت کو وسیع کرنا اور تجدید کرنا​
  سرکٹ بریکرز کو تبدیل کرنا اور موجودہ سبسٹیشن کو تجدید کر کے زیادہ کم وقت کے کرنٹ کو سنبھالنا کم وقت کے کرنٹ کے مسئلے کو مستقیماً حل کرتا ہے، لیکن یہ کثیر سرمایہ کاری اور پیچیدہ تعمیر کی ضرورت ہوتی ہے، جس کی وجہ سے معاشی کارکردگی اور تیاری کم ہوتی ہے۔

روایتی تدابیر کی شدید محدودیتوں کی وجہ سے، نئے کرنٹ کی حدود کے معدات کو تیار کرنا جدید بجلی کے نظاموں کے لیے ضروری ہو گیا ہے۔ فلٹ کرنٹ لیمیٹر (FCL) کو ایک حل کے طور پر ظاہر کیا گیا ہے اور یہ فلیکسیبل AC ٹرانسمیشن سسٹمز (FACTS) کا ایک اہم حصہ بھی ہے۔

​2 FCL کا بجلی کے نظاموں میں استعمال​

​2.1 FCL کا ماڈل اور بنیادی اصول​
FCL کا بنیادی اصول سیریز ریاکٹرز کرنٹ کی حدود کی ٹیکنالوجی سے مشتق ہوتا ہے، جسے پاور الیکٹرونکس کے ذریعے بہتر کیا گیا ہے تاکہ روایتی سیریز ریاکٹرز کے نقصانات (مثال کے طور پر، استحکامی کارکردگی میں زیادہ نقصان اور نظام کی استحکام پر اثر) کو دور کیا جا سکے۔ اس کا بنیادی ماڈل کو ایک طرح سے خلاصہ کیا جا سکتا ہے: "معمولی کارکردگی کے دوران کوئی ریاکٹنس نہیں؛ فلٹ کے دوران تیزی سے ریاکٹنس کو داخل کر کے کرنٹ کو کم کرنا۔"

• معمولی کارکردگی: سوئچنگ ڈیوائس بند ہوتا ہے، FCL کی معادلہ ریاکٹنس قریب ہوتی ہے صفر، نظام پر کوئی اثر نہیں۔
• فلٹ کی حالت: سوئچ تیزی سے کھلتا ہے، کرنٹ کی حدود کرنے والے ریاکٹر کو داخل کرتا ہے تاکہ کم وقت کے کرنٹ کو کم کرے۔

FCL کے بنیادی مكونات چار کلیدی عناصر ہیں:

1. تیزی سے فلٹ کرنٹ کا پتہ لگانے والا عنصر: نظام کے کرنٹ کو محفوظ ریال ٹائم میں نگرانی کرتا ہے اور تیزی سے کم وقت کے فلٹ کو شناخت کرتا ہے۔
2. تیزی سے سوئچنگ ڈیوائس: فلٹ کے دوران تیزی سے کام کرتا ہے تاکہ "کوئی ریاکٹنس" اور "ریاکٹنس" کی حالت کے درمیان سوئچ کرے۔
3. کرنٹ کی حدود کرنے والا ریاکٹر: کرنٹ کی حدود کرنے کا بنیادی مكون، ریاکٹنس کے ذریعے کم وقت کے کرنٹ کو کم کرتا ہے۔
4. آور وولٹیج کی حفاظت کا عنصر: فلٹ سوئچنگ کے دوران آور وولٹیج کو روکتا ہے، نظام کے معدات کی حفاظت کرتا ہے۔

​2.2 FCL کی کارکردگی اور ڈیزائن کی ضروریات​

​2.2.1 FCL کی بنیادی کارکردگی​
FCL بجلی کے نظاموں میں فلٹ کرنٹ کی حدود کے لیے نئی رہنمائی فراہم کرتا ہے اور یہ جدید بجلی کے نظاموں کا ایک اہم حصہ ہے۔ اس کے فوائد یہ ہیں:

• سرکٹ بریکرز کے بوجھ کو کم کرنا: بلند ولٹیج کے سطح کے مطابق زیادہ بڑے اور روکنے کے لیے مشکل فلٹ کرنٹ ہوتے ہیں۔ FCL سرکٹ بریکرز کے رکاوٹ کرنے کے کرنٹ کو مستقیماً کم کرتا ہے، معدات کی عمر میں اضافہ کرتا ہے۔
• نظام کی استحکام کو بہتر بنانا: تیزی سے کم وقت کے کرنٹ کو کم کرنا لائن کے ولٹیج کے گراؤنڈ کو کم کرتا ہے اور جنریٹروں کے آؤٹ آف سٹیپ کی امکانات کو کم کرتا ہے، بجلی کے زاویہ، ولٹیج، اور فریکوئنسی کی استحکام کو بہتر بناتا ہے۔
• معدات اور لائن کو استعمال کو بڑھانا: اگر FCL کم وقت کے کرنٹ کے چوٹی کے قبل کام کرتا ہے تو، یہ حرارتی اور دینامک استحکام کی حدود کی ضرورت کو کم کرتا ہے، جس کی وجہ سے لائن کی حقیقی منتقلی کی قدرت میں اضافہ ہوتا ہے۔
• ولٹیج کی کوالٹی کو بہتر بنانا: فلٹ کلیئر کرنے سے قبل تیزی سے کرنٹ کو کم کرنا غیر فلٹ لائن پر ولٹیج کے گراؤنڈ کے مدت کو کم کرتا ہے، گرڈ کے ولٹیج کی استحکام کو یقینی بناتا ہے۔
• حولیہ کے فیصلوں کے ساتھ تداخل کم کرنا: بلند ولٹیج گرڈ میں کم وقت کے کرنٹ کو کم کرنا قریبی کمیونیکیشن لائنوں اور ریلوے کے سگنلنگ سسٹمز کے ساتھ میگنتک تداخل کو کم کرتا ہے۔

​2.2.2 FCL کی ڈیزائن کی ضروریات​
بجلی کے نظام کی کارکردگی کے خصوصیات کے مطابق FCL کو درج ذیل ڈیزائن کے معیار پر پورا کرنا چاہیے:

• معمولی کارکردگی کے دوران نظام پر کوئی اثر نہ ہو (ولٹیج گراؤنڈ قریب صفر ہو)۔
• فلٹ کے دوران تیز ردعمل (1–2 ملی سیکنڈ کے اندر)، چوٹی اور استحکامی کم وقت کے کرنٹ کو کم کرنا بغیر کسی آور وولٹیج جیسے جانبی اثرات کے۔
• فلٹ کلیئر کرنے کے بعد خود کار طور پر ری سیٹ ہو جائے بغیر کسی منوال انٹرفیئرنس کے۔
• پروٹیکشن ریلیز کی معمولی کارکردگی کے منطق کو کوئی تداخل نہ ہو۔
• معقول قیمت اور اعلیٰ قیمت کی افادیت، یوتیلٹی انجینئرنگ کے اطلاق کی ضروریات کو پورا کرنا۔

​2.3 مختلف FCL کے اجرائی منصوبوں کا موازنہ​

​2.3.1 منصوبے کا موازنہ​

• ​نیتیجا: نئی مادہ (خاص طور پر سپر کنڈکٹنگ) اور پاور الیکٹرونکس پر مبنی FCL حال ہی کے بہترین حل ہیں۔ پہلے کی ساخت سادہ اور ثقہ ہے لیکن مادہ کی ٹیکنالوجی کی وجہ سے محدود ہے؛ دوسرا کنٹرول کی قوت کو فراہم کرتا ہے، اور پاور الیکٹرونکس کی قیمت کم ہونے کی وجہ سے یہ انجینئرنگ عملی ہو گیا ہے، جس کی وجہ سے یہ سب سے وعده دار R&D کی سمت ہے۔

​2.5 FCL کے مستقبل کی تحقیق کی سمتیں​
FCL کے مستقبل کی تحقیق کو "کارکردگی کی بہتری، کارکردگی کا اتحاد، اور انجینئرنگ کی قابلیت" پر مرکوز ہونا چاہیے۔ کلیدی سمتیں یہ ہیں:

1. مستقل طور پر قابل تنظیم ریاکٹنس کنورٹرز: موجودہ "دو حالت کی ریاکٹنس (صفر یا لامتناہی)" کی محدودیت کو پار کر کے تیز ردعمل کے ساتھ قابل تنظیم ریاکٹنس کنورٹرز کو تیار کرنا جو بڑے فلٹ کرنٹ کے ساتھ زیادہ ریاکٹنس کو تناسب کرتے ہیں۔ ان کو بھی پاور فیکٹر کمپینسیشن اور آور وولٹیج کی امتصاص کے ساتھ کنٹرول کی نظریات (مثال کے طور پر، نیگیٹو فیڈ بیک، PID کنٹرول) کو شامل کرنا چاہیے تاکہ نظام کی اتومیشن کو بہتر بنایا جا سکے۔
2. FACTS کنٹرولرز کے ساتھ اتحاد: FCL کو دیگر FACTS کمپوننٹس (مثال کے طور پر، SVG، SVC) کے ساتھ کام کرنے والے کلی کنٹرول ڈیوائس کو تیار کرنا جو کلی قیمت کی افادیت کو بہتر بناتا ہے اور کنٹرول کی AC ٹرانسمیشن اور ڈسٹریبوشن نظاموں کو آگے بڑھاتا ہے۔
3. کلیدی ٹیکنالوجی کی کامیابیاں:
• FCL کا بجلی کے نظام کی استحکام پر اثرات کا مطالعہ۔
• FCL اور پروٹیکشن ریلیز کے درمیان تنظیم کا منطق۔
• تیز ردعمل کرنے والے فلٹ سگنل کے پتہ لگانے کے نظام اور کنٹرولرز کی بہتری۔
• FCL کا بجلی کی کوالٹی (مثال کے طور پر، ہارمونکس، ولٹیج کے گراؤنڈ) پر اثرات اور معتدل کرنے کے اقدامات۔

​3 نیتیجا​

• a. بجلی کے نظاموں میں کم وقت کے کرنٹ کی حدود کرنا ایک اہم مسئلہ بن گیا ہے جس کی فوری تشویش کی ضرورت ہے۔ فلٹ کرنٹ لیمیٹر (FCL) کے طور پر ایک نیا حفاظتی معدات، موثر حل فراہم کرتا ہے، اور جدید گرڈ کے لیے متعارف کرانے کے لیے FCL کو تیار کرنا نظریہ اور انجینئرنگ دونوں کی قدرت کا حامل ہے۔
• b. پاور الیکٹرونکس پر مبنی FCL کو اب نظریہ کی بنیاد اور انجینئرنگ کی قابلیت حاصل ہے۔ ان کی عمدہ کنٹرول کی قوت اور پاور الیکٹرونکس کے معدات کی قیمت کم ہونے کی وجہ سے یہ وسیع ترقی کی منظرنامہ ہے۔
• c. FACTS/CusPow ٹیکنالوجی کی ترقی کے ساتھ، FCL—FACTS خاندان کا ایک کلیدی رکن—صرف ٹرانسمیشن اور ڈسٹریبوشن گرڈ میں کرنٹ کی حدود کے مسئلے کو حل کرنے کے لیے مستقل طور پر کام کرنے کے علاوہ دیگر FACTS کنٹرولرز کے ساتھ مل کر کنٹرول کی AC ٹرانسمیشن اور ڈسٹریبوشن نظاموں کی ترقی کو آگے بڑھانے کے لیے بھی کام کرنا چاہیے۔