थाइरिस्टर-स्विच्ड कैपेसिटर

एक थाइरिस्टर-स्विच्ड संधारित्र (टीएससी) एक प्रकार का उपकरण है जिसका उपयोग विद्युत शक्ति प्रणालियों में प्रतिक्रियाशील शक्ति की भरपाई के लिए किया जाता है। इसमें एक द्विदिश थाइरिस्टर वाल्व के साथ श्रृंखला में जुड़ा एक पावर कैपेसिटर होता है और सामान्यतः एक वर्तमान सीमित रिएक्टर (प्रारंभ करनेवाला) होता है। थाइरिस्टर स्विच्ड कैपेसिटर स्टेटिक वीएआर कम्पेसाटर (एसवीसी) का एक महत्वपूर्ण घटक है, जहां इसे अधिकांशतः थाइरिस्टर नियंत्रित रिएक्टर (टीसीआर) के संयोजन के साथ प्रयोग किया जाता है। स्टेटिक वीएआर कम्पेसाटर लचीला एसी संचरण प्रणाली (तथ्य) वर्ग के सदस्य हैं।

परिपथ आरेख

एक टीएससी सामान्यतः एक तीन-चरण असेंबली होती है, जो या तो डेल्टा या स्टार व्यवस्था में जुड़ी होती है। टीसीआर के विपरीत एक टीएससी कोई लयबद्ध उत्पन्न नहीं करता है और इसलिए फ़िल्टरिंग की आवश्यकता नहीं होती है। इस कारण से कुछ एसवीसी केवल टीएससीएस के साथ बनाए गए हैं। इससे अपेक्षाकृत निवेश प्रभावी समाधान हो सकता है जहां एसवीसी को केवल कैपेसिटिव रिएक्टिव पावर की आवश्यकता होती है चूँकि एक हानि यह है कि प्रतिक्रियाशील पावर आउटपुट केवल चरणों में भिन्न हो सकता है। निरन्तर परिवर्तनीय प्रतिक्रियाशील विद्युत् उत्पादन केवल वहीं संभव है जहां एसवीसी में एक टीसीआर या एक अन्य परिवर्तनीय तत्व जैसे स्टैटकॉम सम्मिलित है।

ऑपरेटिंग सिद्धांत

टीसीआर के विपरीत टीएससी केवल कभी भी पूरी तरह से या पूरी तरह से संचालित होता है। 'फेज नियंत्रण ' में टीएससी को संचालित करने के प्रयास के परिणामस्वरूप बहुत बड़े आयाम वाली गुंजयमान धाराएं उत्पन्न होंगी, जिससे कैपेसिटर बैंक और थाइरिस्टर वाल्व का अधिक गर्म होगा, और एसी प्रणाली में हार्मोनिक विरूपण होगा जिससे एसवीसी जुड़ा हुआ है।

स्थिर स्थिति वर्तमान

जब टीएससी चालू होता है, या डीब्लॉक होता है, तो धारा वोल्टेज को 90° तक ले जाता है (जैसा कि किसी कैपेसिटर के साथ होता है)। आरएमएस धारा द्वारा दिया जाता है:

$I_{tsc}={V_{svc} \over {X_{tsc}}}$

जहाँ :

$X_{tsc}={{1 \over {2\pi fC_{tsc}}}-2\pi fL_{tsc}}$

V_svc रेखा-से-रेखा बसबार वोल्टेज का आरएमएस मान है जिससे एसवीसी जुड़ा हुआ है

C_tsc प्रति चरण कुल टीएससी समाई है

L_tsc प्रति चरण कुल टीएससी अधिष्ठापन है

f एसी प्रणाली की आवृत्ति है

टीएससी एक प्रेरक-संधारित्र (एलसी) गुंजयमान परिपथ बनाता है जिसकी विशेषता आवृत्ति होती है:

$f_{tsc}={1 \over {2\pi {\sqrt {C_{tsc}L_{tsc}}}}}$

ट्यून की गई आवृत्ति को सामान्यतः 60 हर्ट्ज प्रणाली पर 150-250 हर्ट्ज या 50 हर्ट्ज प्रणाली पर 120-210 हर्ट्ज की सीमा में चुना जाता है। यह टीएससी रिएक्टर के आकार (जो घटती आवृत्ति के साथ बढ़ता है) और थाइरिस्टर वाल्व को अत्यधिक दोलनशील धाराओं से बचाने की आवश्यकता के बीच एक आर्थिक विकल्प है जब टीएससी लहर के गलत बिंदु ("मिसफायरिंग") पर चालू होता है। .

टीएससी को सामान्यतः मुख्य आवृत्ति के एक गैर-पूर्णांक हार्मोनिक के लिए ट्यून किया जाता है जिससे टीएससी के एसी प्रणाली से बहने वाली हार्मोनिक धाराओं द्वारा अतिभारित होने के कठिन परिस्थिति से बचा जा सकता है।

ऑफ-स्टेट वोल्टेज

जब टीएससी को बंद कर दिया जाता है, या ब्लॉक कर दिया जाता है, तो कोई धारा प्रवाहित नहीं होता है और वोल्टेज थाइरिस्टर वाल्व द्वारा समर्थित होता है। टीएससी को लंबे समय (घंटों) के लिए बंद करने के बाद कैपेसिटर पूरी तरह से डिस्चार्ज हो जाएगा, और थाइरिस्टर वाल्व केवल एसवीसी बसबार के एसी वोल्टेज का अनुभव करेगा। चूँकि, जब टीएससी बंद हो जाता है, तो यह पीक कैपेसिटर वोल्टेज के अनुरूप शून्य धारा पर ऐसा करता है। कैपेसिटर केवल बहुत धीमी गति से डिस्चार्ज होता है, इसलिए थाइरिस्टर वाल्व द्वारा अनुभव किया जाने वाला वोल्टेज अवरुद्ध होने के लगभग आधे चक्र के बाद पीक एसी वोल्टेज के दोगुने से अधिक के शिखर तक पहुंच जाएगा। इस वोल्टेज को सुरक्षित रूप से झेलने के लिए थाइरिस्टर वाल्व को श्रृंखला में पर्याप्त थायरिस्टर्स रखने की आवश्यकता होती है।

डीब्लॉकिंग - सामान्य स्थितियां

जब टीएससी को फिर से चालू (डीब्लॉक) किया जाता है, तो बहुत बड़ी दोलनशील धाराओं को बनाने से बचने के लिए सही पल का चयन करने के लिए सावधानी रखनी चाहिए। चूंकि टीएससी एक गुंजयमान परिपथ है, कोई भी अचानक झटका उत्तेजना एक उच्च आवृत्ति रिंगिंग प्रभाव उत्पन्न करेगा जो थाइरिस्टर वाल्व को हानि पहुंचा सकता है।

टीएससी को चालू करने का इष्टतम समय तब होता है जब संधारित्र को अभी भी अपने सामान्य चरम मान पर चार्ज किया जाता है और टर्न-ऑन कमांड को न्यूनतम वाल्व वोल्टेज पर भेजा जाता है। यदि टीएससी को इस बिंदु पर डीब्लॉक किया जाता है, तो वापस संचालन स्थिति में संक्रमण सुचारू हो जाएगा।

डिब्लॉकिंग - असामान्य स्थितियां

चूँकि कभी-कभी टीएससी गलत क्षण में चालू हो सकता है (नियंत्रण या माप दोष के परिणामस्वरूप), या संधारित्र सामान्य मूल्य से ऊपर वोल्टेज पर चार्ज हो सकता है जिससे न्यूनतम वाल्व वोल्टेज पर भी एक बड़ा क्षणिक प्रवाह हो परिणाम टीएससी में धारा तब एक मौलिक-आवृत्ति घटक (50 हर्ट्ज या 60 हर्ट्ज) से युक्त होगा जो टीएससी की ट्यून्ड आवृत्ति पर बहुत बड़े धारा पर आरोपित होगा। इस क्षणिक धारा को समाप्त होने में सैकड़ों मिलीसेकंड लग सकते हैं, इस समय थाइरिस्टर में संचयी ताप अत्यधिक हो सकता है।

मुख्य उपकरण

एक टीएससी में सामान्यतः तीन मुख्य उपकरण सम्मिलित होते हैं: मुख्य कैपेसिटर बैंक, थाइरिस्टर वाल्व और वर्तमान-सीमित रिएक्टर, जो सामान्यतः एयर-कोरेड होता है।

संधारित्र बैंक

टीएससी में उपकरण का सबसे बड़ा आइटम, कैपेसिटर बैंक, रैक-माउंटेड आउटडोर कैपेसिटर इकाइयों से निर्मित होता है, प्रत्येक इकाई की सामान्यतः 500 - 1000 किलोवार्स (केवीएआर) की सीमा होती है।

टीएससी रिएक्टर

टीएससी रिएक्टर का कार्य पीक धारा और धारा के बढ़ने की दर (di/dt) को सीमित करना है जब टीएससी गलत समय पर चालू होता है। रिएक्टर सामान्यतः एक एयर-कोरेड रिएक्टर होता है, जो टीसीआर के समान होता है, किन्तु छोटा होता है। टीएससी रिएक्टर का आकार और निवेश टीएससी की ट्यूनिंग आवृत्ति से अधिक प्रभावित होती है और कम आवृत्तियों के लिए बड़े रिएक्टरों की आवश्यकता होती है।

टीएससी रिएक्टर सामान्यतः मुख्य कैपेसिटर बैंक के बाहर स्थित होता है।

थाइरिस्टर वाल्व

थाइरिस्टर वाल्व में सामान्यतः श्रृंखला में जुड़े थायरिस्टर्स के 10-30 व्युत्क्रम-समानांतर-जुड़े जोड़े होते हैं। व्युत्क्रम-समानांतर कनेक्शन की आवश्यकता है क्योंकि अधिकांश व्यावसायिक रूप से उपलब्ध थाइरिस्टर केवल एक दिशा में धारा का संचालन कर सकते हैं। श्रृंखला कनेक्शन की आवश्यकता है क्योंकि व्यावसायिक रूप से उपलब्ध थाइरिस्टर्स (लगभग 8.5 केवी तक) की अधिकतम वोल्टेज रेटिंग उस वोल्टेज के लिए अपर्याप्त है जिस पर टीसीआर जुड़ा हुआ है। कुछ लो-वोल्टेज अनुप्रयोगों के लिए थायरिस्टर्स के श्रृंखला-कनेक्शन से बचना संभव हो सकता है; ऐसे स्थितियों में थाइरिस्टर वाल्व केवल दो थायरिस्टर्स का विपरीत-समानांतर कनेक्शन होता है।

विशिष्ट टीएससी वाल्व

स्वयं अवरोध के अतिरिक्त, थाइरिस्टर्स के प्रत्येक व्युत्क्रम-समानांतर जोड़े में एक प्रतिरोधक-संधारित्र स्नबर' परिपथ जुड़ा होता है, जो वाल्व भर में वोल्टेज को थाइरिस्टर्स के बीच समान रूप से विभाजित करने के लिए और कम्यूटेशन ओवरशूट को नम करने के लिए विवश करता है, जो तब होता है जब वाल्व बंद हो जाता है।

टीएससी के लिए थाइरिस्टर वाल्व टीसीआर के समान है, किन्तु (किसी दिए गए एसी वोल्टेज के लिए) सामान्यतः एसी वोल्टेज और फंसे हुए कैपेसिटर वोल्टेज ब्लॉक करने के बाद दोनों का सामना करने की आवश्यकता के कारण श्रृंखला में 1.5 और 2 गुना के बीच कई थाइरिस्टर जुड़े होते हैं।

थाइरिस्टर वाल्व सामान्यतः एक उद्देश्य से निर्मित, हवायुक्त इमारत या एक संशोधित शिपिंग कंटेनर में स्थापित किया जाता है। थायरिस्टर्स और स्नबर रेसिस्टर्स के लिए शीतलन सामान्यतः विआयनीकृत पानी द्वारा प्रदान की जाती है।

विशेष प्रकार के टीएससी

कुछ टीएससीएस को कैपेसिटर और इंडक्टर के साथ बनाया गया है जो एक साधारण ट्यून किए गए एलसी परिपथ के रूप में नहीं किंतु एक नम फिल्टर के रूप में व्यवस्थित है। इस प्रकार की व्यवस्था तब उपयोगी होती है जब टीएससी से जुड़ी विद्युत् प्रणाली में पृष्ठभूमि हार्मोनिक विरूपण के महत्वपूर्ण स्तर होते हैं, या जहां विद्युत् प्रणाली और टीएससी के बीच अनुनाद का कठिन परिस्थिति होता है।

नेशनल ग्रिड (ग्रेट ब्रिटेन) के लिए बनाए गए कई "रिलोकेबल एसवीसी" में, असमान आकार के तीन टीएससी प्रदान किए गए थे, प्रत्येक स्थिति में कैपेसिटर और प्रारंभ करने वाला को "सी-टाइप" नम फिल्टर के रूप में व्यवस्थित किया गया था। सी-टाइप फ़िल्टर में, कैपेसिटर दो श्रृंखला-जुड़े वर्गों में विभाजित होता है। एक भिगोना रोकनेवाला दो संधारित्र वर्गों और प्रारंभ करने वाले में से एक में जुड़ा हुआ है, इस खंड की ट्यून आवृत्ति ग्रिड आवृत्ति के समान है। इस तरह हार्मोनिक आवृत्तियों के लिए नमी प्रदान की जाती है किन्तु ग्रिड आवृत्ति पर परिपथ में कोई विद्युत् हानि नहीं होती है।

यह भी देखें

• स्विच्ड कैपेसिटर (एससी)

बाहरी संबंध

• ABB तथ्य
• Alstom Grid तथ्य Solutions Alstom Grid homepage
• Siemens Flexible एसी Transmission Systems (तथ्य), Siemens, Energy Sector homepage
• https://web.archive.org/web/20090614120113/http://www.amsc.com/products/transmissiongrid/static-VAR-compensators-एसवीसी.html
• https://web.archive.org/web/20111008175713/http://www.amsc.com/products/transmissiongrid/reactive-power-AC-transmission.html