फोटोवोल्टिक प्रणालियों में सर्ज प्रोटेक्टर, सर्किट ब्रेकर और फ्यूज का सहयोगात्मक कार्य: कार्यात्मक विश्लेषण और आवश्यकता पर चर्चा

परिचय

वैश्विक फोटोवोल्टाइक उद्योग के तीव्र विकास के साथ, सौर ऊर्जा उत्पादन प्रणालियों की सुरक्षा और स्थिरता उद्योग जगत का मुख्य केंद्र बन गई है। फोटोवोल्टाइक प्रणालियाँ लंबे समय तक खुले वातावरण में रहती हैं और बिजली गिरने, बिजली ग्रिड में उतार-चढ़ाव और उपकरण की खराबी जैसे खतरों के प्रति संवेदनशील होती हैं, जिससे उपकरणों को नुकसान हो सकता है या आग भी लग सकती है। सर्ज प्रोटेक्टर (एसपीडी), सर्किट ब्रेकर और फ्यूज प्रमुख सुरक्षा उपकरण हैं जो सिस्टम के सुरक्षित संचालन को सुनिश्चित करने के लिए अपने-अपने कार्य करते हैं और एक दूसरे के साथ सहयोग करते हैं। यह लेख उद्योग जगत के उपयोगकर्ताओं के लिए संदर्भ प्रदान करने हेतु इनके कार्यों, समन्वय तंत्र और आवश्यकता का गहन विश्लेषण करेगा।

I. फोटोवोल्टिक प्रणालियों के सामने मौजूद "अदृश्य हत्यारा"

फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन खुले आसमान के नीचे काम करने वाले "स्टील योद्धाओं" की तरह हैं, जो लगातार विभिन्न कठोर परीक्षणों का सामना करते रहते हैं।

1.1 बिजली गिरने से संबंधित समस्याएं:

विशेष रूप से मध्य पूर्व और दक्षिण पूर्व एशिया में, एक ही तूफानी मौसम उन प्रणालियों को पंगु बना सकता है जिनके पास सुरक्षा का अभाव है।
1.2 विद्युत ग्रिड में उतार-चढ़ाव:
चिली में जिस परियोजना का मैं प्रभारी था, उसमें ग्रिड वोल्टेज में अचानक वृद्धि के कारण कई उपकरण जलकर खराब हो गए।

1.3 शॉर्ट-सर्किट जोखिम:
पिछले साल जर्मनी में एक परियोजना के दौरान पुरानी केबलों के कारण शॉर्ट सर्किट हो गया था, जिससे लगभग आग लग गई थी।

ये जोखिम कोई अतिशयोक्ति नहीं हैं। इंटरनेशनल फोटोवोल्टाइक सेफ्टी एलायंस के अनुसार, फोटोवोल्टाइक सिस्टम की 60% से अधिक विफलताएं अपर्याप्त विद्युत सुरक्षा के कारण होती हैं।

II. सर्ज प्रोटेक्टिव डिवाइसेस (एसपीडी) के मुख्य कार्य

2.1 कार्य सिद्धांत
SPD धातु ऑक्साइड वैरिस्टर (MOV) या गैस डिस्चार्ज ट्यूब (GDT) के माध्यम से क्षणिक ओवरवोल्टेज को ग्राउंड में भेजकर वोल्टेज को सुरक्षित सीमा के भीतर सीमित करता है। फोटोवोल्टिक प्रणालियों में, SPD को आमतौर पर निम्नलिखित स्थानों पर स्थापित किया जाता है:
डीसी साइड (मॉड्यूल और इन्वर्टर के बीच): बिजली गिरने से उत्पन्न होने वाले वोल्टेज सर्ज से सुरक्षा के लिए।
एसी साइड (इन्वर्टर और ग्रिड के बीच): ग्रिड साइड से आने वाले ओवरवोल्टेज को दबाने के लिए।

2.2 मुख्य पैरामीटर
अधिकतम निरंतर परिचालन वोल्टेज (Uc): यह फोटोवोल्टिक सिस्टम के वोल्टेज स्तर (जैसे 1000V DC या 1500V DC) से मेल खाना चाहिए।
डिस्चार्ज करंट (इन/इम्प): यह बिजली के करंट को डिस्चार्ज करने की क्षमता को दर्शाता है, और फोटोवोल्टाइक सिस्टम को आमतौर पर 20kA या उससे अधिक की आवश्यकता होती है।
वोल्टेज सुरक्षा स्तर (ऊपर): अवशिष्ट वोल्टेज के आकार को निर्धारित करता है और संरक्षित उपकरण के सहन वोल्टेज से कम होना चाहिए।

2.3 आवश्यकता
इन्वर्टर और कंबाइनर बॉक्स जैसे महंगे उपकरणों को बिजली के अचानक बढ़ने से होने वाले नुकसान से बचाएं।
फोटोवोल्टिक पावर स्टेशनों के लिए अंतरराष्ट्रीय मानकों (जैसे कि IEC 6164331, UL 1449) और स्वीकृति आवश्यकताओं का अनुपालन करें।

Ⅲ. सर्किट ब्रेकर और फ्यूज के कार्य और चयन

3.1 सर्किट ब्रेकर
समारोह:
•ओवरलोड सुरक्षा: जब करंट निर्धारित मान (जैसे रेटेड करंट का 1.3 गुना) से अधिक हो जाता है, तो थर्मल ट्रिप तंत्र सक्रिय हो जाता है।
•शॉर्ट सर्किट सुरक्षा: विद्युत चुम्बकीय ट्रिप तंत्र मिलीसेकंड के भीतर शॉर्ट-सर्किट करंट (जैसे 10kA) को काट देता है।

• फोटोवोल्टिक के लिए अनुप्रयोग विशेषताएँ:
एक विशिष्ट डीसी सर्किट ब्रेकर (जैसे कि डीसी 1000V/1500V) का चयन करना आवश्यक है।
ब्रेकिंग क्षमता सिस्टम के शॉर्ट-सर्किट करंट (आमतौर पर ≥ 15kA) के बराबर होनी चाहिए।

3.2 फ्यूज
समारोह:
फ्यूज एलिमेंट को पिघलाकर, यह दोषपूर्ण सर्किट को तुरंत अलग कर सकता है और श्रृंखला में जुड़े हुए ब्रांच की सुरक्षा कर सकता है।

लाभ:
डिस्कनेक्शन की गति तेज है (माइक्रोसेकंड स्तर पर), जो उच्च शॉर्ट-सर्किट करंट वाले परिदृश्यों के लिए उपयुक्त है।
यह आकार में छोटा है और सीमित स्थान वाले करंट ले जाने वाले बक्सों के लिए उपयुक्त है।

3.3 एसपीडी के साथ सहयोग

SPD वोल्टेज सुरक्षा के लिए जिम्मेदार है, जबकि सर्किट ब्रेकर/फ्यूज प्रोटेक्टर करंट सुरक्षा के लिए जिम्मेदार हैं।
जब बिजली के अचानक बढ़ने से उत्पन्न वोल्टेज (एसपीडी) में खराबी आ जाती है, तो सर्किट ब्रेकर या फ्यूज प्रोटेक्टर तुरंत खराब सर्किट को बंद कर सकते हैं ताकि आग लगने से रोका जा सके।

IV. बहुस्तरीय सुरक्षा प्रणाली का केस स्टडी

एक मेगावाट के फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन का उदाहरण लें:
4.1 डीसी पक्ष पर सुरक्षा
घटक श्रृंखला शाखाएँ: प्रत्येक श्रृंखला के लिए फ़्यूज़ (जैसे 10A gPV प्रकार) स्थापित करें।
कंबाइनर बॉक्स का प्रवेश द्वार: टाइप II SPD (अप ≤ 1.5kV) और DC सर्किट ब्रेकर (63A) स्थापित करें।

4.2 एसी पक्ष पर सुरक्षा
इन्वर्टर का आउटपुट सिरा: टाइप 1+2 SPD (Iimp ≥ 12.5kA) और मोल्डेड केस सर्किट ब्रेकर (250A) को कॉन्फ़िगर करें।

4.3 दोष परिदृश्य अनुकरण
बिजली गिरने की स्थिति में: एसपीडी (SPD) सर्ज करंट को मुक्त करता है और वोल्टेज को 2kV से नीचे स्थिर कर देता है; यदि शॉर्ट सर्किट के कारण एसपीडी विफल हो जाता है, तो सर्किट ब्रेकर ट्रिप हो जाता है।
लाइन में शॉर्ट सर्किट होने पर: थर्मल स्पॉट प्रभाव के प्रसार को रोकने के लिए फ्यूज 5 मिलीसेकंड के भीतर पिघल जाता है।

V. चयन और स्थापना के लिए सावधानियां

5.1 एसपीडी चयन
डीसी पक्ष के लिए, साधारण एसी एसपीडी की रिवर्स करंट समस्या से बचने के लिए एक फोटोवोल्टाइक-विशिष्ट एसपीडी (जैसे पीवीएसपीडी) का चयन किया जाना चाहिए।
तापमान संबंधी मार्जिन पर विचार किया जाना चाहिए (उच्च तापमान वाले वातावरण में यूसी को मार्जिन छोड़ना आवश्यक है)।

5.2 सर्किट ब्रेकर/फ्यूज मिलान
ब्रेकिंग क्षमता सिस्टम की अधिकतम शॉर्ट-सर्किट धारा से अधिक होनी चाहिए (जैसे कि स्ट्रिंग की फॉल्ट धारा 1.5kA तक पहुंच सकती है)।
फ्यूज की रेटेड धारा घटक शॉर्ट-सर्किट धारा (Isc) के 1.56 गुना से अधिक होनी चाहिए (एनईसी 690.8 के अनुसार)।

5.3 सिस्टम एकीकरण सुझाव
अवशिष्ट वोल्टेज को कम करने के लिए एसपीडी और सर्किट ब्रेकर के बीच तार की लंबाई ≤ 0.5 मीटर होनी चाहिए।
एसपीडी स्टेटस इंडिकेटर्स का नियमित रूप से निरीक्षण किया जाना चाहिए और खराब मॉड्यूल को समय पर बदल दिया जाना चाहिए।

Ⅵ. उद्योग के रुझान और मानक अद्यतन
• उच्च वोल्टेज की मांग: 1500V फोटोवोल्टिक प्रणालियों को व्यापक रूप से अपनाने के साथ, SPD और सर्किट ब्रेकर के सहन वोल्टेज स्तरों को समकालिक रूप से बढ़ाने की आवश्यकता है।

•बुद्धिमान निगरानी: तापमान सेंसर और वायरलेस संचार कार्यों को एकीकृत करने वाले बुद्धिमान एसपीडी को दूरस्थ त्रुटि की प्रारंभिक चेतावनी प्राप्त करने के लिए धीरे-धीरे लागू किया जा रहा है।

•मानक सुदृढ़ीकरण: आईईसी 625482023 के नए संस्करण ने फोटोवोल्टिक प्रणालियों के लिए सुरक्षा उपकरणों पर सख्त समन्वय आवश्यकताओं को लागू किया है।

निष्कर्ष
फोटोवोल्टिक प्रणालियों में, सर्ज प्रोटेक्टर, सर्किट ब्रेकर और फ्यूज मिलकर एक संपूर्ण "वोल्टेज-करंट" सहयोगात्मक सुरक्षा प्रणाली बनाते हैं। इन घटकों का सही चयन और विन्यास न केवल उपकरणों की सेवा अवधि को बढ़ाता है और संचालन एवं रखरखाव लागत को कम करता है, बल्कि बिजली स्टेशनों के सुरक्षित संचालन को सुनिश्चित करने के लिए भी आवश्यक है। प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, इन सुरक्षा उपकरणों का एकीकरण और बुद्धिमत्ता भविष्य में फोटोवोल्टिक प्रणालियों की विश्वसनीयता को और भी बढ़ाएगी।