سری رزونانس دھات کرنٹ لائیمٹر معمولی کمپوننٹس پر مبنی: ایک معیاری اور قابل اعتماد شارٹ سرکٹ کرنٹ حل

1. مقدمہ: تحقیق کا پس منظر اور بنیادی مقاصد

1. کھٹک لین کے برقی سرنگ کے مسئلے کی شدت
   برقی شبکے کے پیمانے کے مسلسل وسعت ہونے اور ان کی صلاحیت کے مستقل طور پر بڑھنے کے ساتھ، نظام کے کھٹک لین کے برقی سرنگ کا سطح بلند ہو چکا ہے، موجودہ آلات کی تحمل کی حد تک پہنچ چکا ہے یا اس سے بھی زیادہ ہو گیا ہے۔
   • ڈیٹا کی حمایت: نگرانی ظاہر کرتی ہے کہ ملک میں کچھ 500kV، 220kV، اور یہاں تک کہ 10kV سب سٹیشنز پر متوقع کھٹک لین کا برقی سرنگ 100 kA سے زیادہ ہو چکا ہے؛ اہم برقی ذخائر کے کھٹک لین کے برقی سرنگ کا زیادہ سے زیادہ دورانیہ مولفہ 300 kA تک پہنچ چکا ہے۔
   • جدی خطرات: بہت زیادہ کھٹک لین کے برقی سرنگ کی وجہ سے مناسب ہائی وولٹج سرکٹ بریکر کے ماڈل کی کمی ہوتی ہے، برقی آلات کو حرارتی اور الیکٹروڈائنامک فورس کی حدود سے زیادہ ہونے کی وجہ سے نقصان ہوتا ہے، اور یہ برقی مواصلات کے نظام میں میگنتک مداخلت، زمین کے پوٹینشل کی افزائش، اور قدم کے ولٹیج جیسے سلامتی کے مسائل کا باعث بھی ہوسکتا ہے۔ یہ برقی شبکے کی سلامت اور معاشی ترقی کی کلیدی فنی بندش بن گیا ہے۔
2. موجودہ FCL ٹیکنالوجیوں کی محدودیتیں
   موجودہ میں عام طور پر استعمال ہونے والی فلٹ کرنٹ لمیٹر (FCL) ٹیکنالوجیوں کی ذاتی کمزوریاں ہیں، جس کی وجہ سے بڑے پیمانے پر استعمال مشکل ہو گیا ہے:
   • سوپر کنڈکٹنگ FCL: یہ سوپر کنڈکٹنگ میٹریئل پر منحصر ہے، جو ابھی تک مکمل طور پر تیار نہیں ہوئی ہے، کم روایتی ہے، اوپریشن اور مینٹیننس کی لاگت زیادہ ہوتی ہے، اور معاشی طور پر مناسب نہیں ہے، جس کی وجہ سے اس کا مہنجائی استعمال کوتاہ اور متوسط مدت میں ممکن نہیں ہے۔
   • پاور الیکٹرونک FCL: یہ پاور سیمنڈکٹر ڈیوائسز کی ولٹیج تحمل اور کرنٹ کیری کیپیسٹی کی محدودیت کے تحت ہے، سلسلہ وار / متوازی ولٹیج اور کرنٹ شیئرنگ کنٹرول کے چیلنجز کا سامنا کرتا ہے، پیچیدہ نظام کی ڈھانچہ (اضافی کرنٹ لمیٹنگ کمپوننٹس اور تیز حفاظتی سرکٹ کی ضرورت)، اور یہ مہنگا ہے۔
3. اس تحقیق کا بنیادی مقصد
   بالا مذکور مسائل کو حل کرنے کے لیے، یہ مطالعہ روایتی برقی کمپوننٹس کے مبنی پر ایک سلسلہ وار ریزوننٹ فلٹ کرنٹ لمیٹر حل پیش کرنے کا مقصد رکھتا ہے، جو غیر سوپر کنڈکٹنگ اور غیر پاور الیکٹرونک ہے۔ خصوصی طور پر، دو ٹاپولوجیاں مطالعہ کی گئی ہیں:
4. سیٹریبل ریاکٹر پر مبنی سلسلہ وار ریزوننٹ FCL
5. ZnO آرریسٹر پر مبنی سلسلہ وار ریزوننٹ FCL
   یہ تحقیق الیکٹرومیگنٹک ٹرانسنٹ پروگرام (EMTP) سیمولیشن کا استعمال کرکے ان کی عارضی کرنٹ لمیٹنگ خصوصیات کا گہرا تجزیہ کرے گی، تشبیہ کرے گی، اور آخر کار ان کی فنی قابلیت، معاشیات، اور آپریشنل روایتی کے معیاری فائدے کی تصدیق کرے گی۔

II. سیٹریبل ریاکٹر پر مبنی سلسلہ وار ریزوننٹ FCL

1. サーキットトポロジーと動作原理
   • トポロジ構造：コアは飽和リアクターLB、キャパシタC、およびシリーズリアクターLで構成されています。LBはCと並列に接続され、この組み合わせはLと直列にシステムに接続されます。
   • 動作原理：
   o 通常運転時：ライン電流が小さい場合、LBは非飽和領域で動作します（その等価インダクタンスLB1は非常に大きい）。LBとCの並列組み合わせはインダクティブに動作します。シリーズリアクターLとともに、商用周波数のシリーズ共振条件（ωL - 1/ωC ≈ 0）を満たします。デバイスは非常に低いインピーダンスを示し、システム損失は最小限に抑えられます。
   o 故障状態：短絡電流の急激な増加により、LBは急速に飽和します（その等価インダクタンスが急激にLB2に低下します）。LBの並列ブランチは効果的にキャパシタCを短絡させ、共振条件を破ります。この時点で、シリーズリアクターLと飽和リアクターLB2がシステムに挿入され、短絡電流を効果的に制限します。
   o 故障解消後：故障が解消された後、電流が減少すると、LBは自動的に飽和から脱し、キャパシタが再接続され、回路は共振状態に戻り、外部電源なしで自己トリガリングスイッチングを実現します。
   • パラメータ選択の原則：
   o ω²LB1C >> 1（通常運転時に並列ブランチがインダクティブに動作するように保証）
   o ωL - 1/ωC ≈ 0（通常運転時の共振条件を満たす）
   o ω²LB2C << 1（故障時に並列ブランチがキャパシティブに動作し、キャパシタを効果的にショートするように保証）
2. カレントリミティング特性のシミュレーション分析（EMTP）
   220kVシステム（予想短絡電流ピーク：110kA）における一相接地短絡故障条件でのシミュレーションが行われました。主な結論は以下の通りです。

III. ZnO アーレスターに基づくシリーズ共鳴FCL

1. サーキットトポロジーと動作原理
   • トポロジ構造：飽和リアクターLBはZnOアーレスターに置き換えられます。残りの構造（並列C + シリーズL）は変更ありません。
   • 動作原理：原則は飽和リアクター型と同じです。通常運転時には、ZnOは高抵抗を示し、回路は共振します。故障時には、キャパシタ電圧の上昇により、ZnOが導通します（低抵抗を示し）、キャパシタをショートし、共振を破ります。シリーズリアクターLが電流を制限します。故障が解消された後、システムは自動的に復旧します。全過程はZnOの非線形電圧-アンペア特性を利用して自動スイッチングを行います。
2. カレントリミティング特性のシミュレーション分析
   同じシステム条件下でのシミュレーションの主要な結論は以下の通りです。

IV. 二つのFCLスキームの包括的な比較

V. 結論

本研究提出了两种基于常规元件的创新系列谐振故障电流限制器解决方案，成功克服了传统超导和电力电子FCL的技术和经济瓶颈。

1. 饱和反应器FCL：通过仔细优化磁滞回线特性，将饱和电感值（LB2）设置为约等于容性电抗的1/3，并确保与电容器和串联电抗器参数的良好协调，可以有效抑制电容器过电压并实现优异的瞬态限流性能。特别适合于110kV等中低电压等级的电网。
2. ZnO避雷器FCL：利用ZnO的非线性特性可以轻松限制电容器过电压，其性能不受短路相角的影响。然而，需要注意避免由于L值过大导致串联电抗器本身的过电压。它更适合对电容器安全要求高且限流需求适中的场合。