पीवी सिस्टम के लिए सर्ज प्रोटेक्शन डिवाइस का चयन – एसपीडी के प्रकार

फोटोवोल्टाइक (पीवी) विद्युत उत्पादन नवीकरणीय ऊर्जा का एक प्रमुख स्रोत है और पारंपरिक विद्युत उत्पादन की तुलना में आर्थिक रूप से अत्यधिक प्रतिस्पर्धी है। छोटे वितरित पीवी सिस्टम, जैसे कि रूफटॉप सोलर पैनल, तेजी से लोकप्रिय हो रहे हैं। रूफटॉप पीवी सिस्टम में एसी और डीसी दोनों प्रकार का वितरण होता है, जिसमें वोल्टेज 1500V तक पहुंच सकता है। डीसी पक्ष, विशेष रूप से पीवी पैनल, उच्च जोखिम वाले क्षेत्रों में बिजली गिरने के सीधे संपर्क में आ सकते हैं, जिससे वे बिजली से होने वाले नुकसान के प्रति संवेदनशील हो जाते हैं।

भवनों की बिजली से सुरक्षा को बिजली गिरने के जोखिम के आधार पर बाहरी सुरक्षा (बिजली सुरक्षा प्रणाली, एलपीएस) और आंतरिक सुरक्षा (ऊर्जा वृद्धि सुरक्षा उपाय, एसपीएम) में विभाजित किया गया है। आंतरिक सुरक्षा के भाग के रूप में, ऊर्जा वृद्धि सुरक्षा उपकरण (एसपीडी) वायुमंडलीय बिजली गिरने या स्विचिंग संचालन के कारण उत्पन्न होने वाले क्षणिक अतिवोल्टेज से सुरक्षा प्रदान करते हैं। एसपीडी संरक्षित उपकरणों के बाहर स्थापित किए जाते हैं और मुख्य रूप से निम्न प्रकार से कार्य करते हैं: जब बिजली प्रणाली में कोई वृद्धि नहीं होती है, तो एसपीडी उस प्रणाली के सामान्य संचालन को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित नहीं करता है जिसकी वह सुरक्षा करता है। वृद्धि होने पर, एसपीडी कम प्रतिबाधा प्रदान करता है, वृद्धि धारा को अपने माध्यम से मोड़ता है और वोल्टेज को सुरक्षित स्तर तक सीमित करता है। वृद्धि समाप्त होने और किसी भी अवशिष्ट धारा के समाप्त होने के बाद, एसपीडी उच्च प्रतिबाधा स्थिति में लौट आता है।

1. सर्ज प्रोटेक्टिव डिवाइस (एसपीडी) की स्थापना का स्थान

बिजली गिरने के खतरे की गंभीरता के आधार पर और IEC 62305 में उल्लिखित लाइटनिंग प्रोटेक्शन ज़ोन (LPZ) अवधारणा के अनुसार SPD की स्थापना का स्थान निर्धारित किया जाता है। क्षणिक ओवरवोल्टेज को धीरे-धीरे एक सुरक्षित स्तर तक कम किया जाता है, जो संरक्षित उपकरण के सहन वोल्टेज से नीचे होना चाहिए। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, SPD को इन ज़ोन की सीमाओं पर स्थापित किया जाता है, जिससे कम वोल्टेज प्रणालियों में उपयोग की जाने वाली बहु-स्तरीय सर्ज सुरक्षा की अवधारणा का जन्म होता है। PV प्रणालियों के लिए, AC और DC दोनों तरफ से बिजली के सर्ज को प्रवेश करने से रोकने पर ध्यान केंद्रित किया जाता है, जिससे इनवर्टर जैसे महत्वपूर्ण घटकों की सुरक्षा होती है।

2. सर्ज प्रोटेक्टिव डिवाइसेस (एसपीडी) टेस्ट क्लासेस

IEC 61643-11 के अनुसार, SPD को उनके द्वारा सहन किए जाने वाले बिजली के करंट इंपल्स के प्रकार के आधार पर तीन परीक्षण श्रेणियों में वर्गीकृत किया गया है। टाइप I परीक्षण (T1 के रूप में चिह्नित) आंशिक बिजली के करंट का अनुकरण करने के लिए हैं जो किसी भवन में प्रवाहित हो सकते हैं। इनमें 10/350 µs तरंगरूप का उपयोग किया जाता है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है, और इन्हें आमतौर पर LPZ0 और LPZ1 के बीच की सीमा पर लगाया जाता है—जैसे कि मुख्य वितरण बोर्ड या निम्न-वोल्टेज ट्रांसफार्मर इनकमर पर। इस स्तर के लिए SPD आमतौर पर वोल्टेज-स्विचिंग प्रकार के होते हैं, जिनमें गैस डिस्चार्ज ट्यूब या स्पार्क गैप (जैसे हॉर्न गैप या ग्रेफाइट गैप) जैसे घटक होते हैं।

टाइप II (T2) और टाइप III (T3) परीक्षणों में कम अवधि के आवेगों का उपयोग किया जाता है। टाइप II SPD आमतौर पर वोल्टेज-सीमित करने वाले उपकरण होते हैं जिनमें मेटल ऑक्साइड वैरिस्टर (MOV) जैसे घटक उपयोग किए जाते हैं। इनका परीक्षण 8/20 µs करंट वेवफॉर्म (नीचे दिया गया चित्र देखें) का उपयोग करके नाममात्र डिस्चार्ज करंट के साथ किया जाता है, और ये अपस्ट्रीम सुरक्षा उपकरण से आने वाले अवशिष्ट सर्ज वोल्टेज को और सीमित करने के लिए जिम्मेदार होते हैं। टाइप III परीक्षण 1.2/50 µs वोल्टेज और 8/20 µs करंट आवेग (नीचे दिया गया चित्र देखें) के साथ एक संयुक्त तरंग जनरेटर का उपयोग करते हैं, जो अंतिम उपयोग उपकरण के निकट सर्ज का अनुकरण करते हैं।

3. सर्ज प्रोटेक्टिव डिवाइस (एसपीडी) का कनेक्शन प्रकार

क्षणिक अतिवोल्टेज से सुरक्षा के दो मुख्य तरीके हैं। पहला है कॉमन-मोड प्रोटेक्शन (CT1), जिसे लाइव कंडक्टर और PE (प्रोटेक्टिव अर्थ) के बीच वोल्टेज सर्ज से सुरक्षा प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उदाहरण के लिए, बिजली गिरने से सिस्टम में ग्राउंड के सापेक्ष उच्च वोल्टेज उत्पन्न हो सकता है। कॉमन-मोड प्रोटेक्शन बिजली गिरने जैसी बाहरी गड़बड़ियों के प्रभाव को कम करने में मदद करता है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

दूसरा प्रकार डिफरेंशियल-मोड प्रोटेक्शन (CT2) है, जो लाइन कंडक्टर (L) और न्यूट्रल कंडक्टर (N) के बीच होने वाले अचानक विद्युत प्रवाह में अचानक वृद्धि से सुरक्षा प्रदान करता है। इस प्रकार की सुरक्षा विशेष रूप से सिस्टम के भीतर उत्पन्न होने वाले आंतरिक व्यवधानों, जैसे कि विद्युत शोर या हस्तक्षेप, से निपटने के लिए महत्वपूर्ण है, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

इन दोनों सुरक्षा मोड में से एक या दोनों को लागू करके, विद्युत प्रणालियों को संभावित सर्ज स्रोतों से बेहतर ढंग से सुरक्षित किया जा सकता है, जिससे अंततः जुड़े उपकरणों की दीर्घायु और विश्वसनीयता में वृद्धि होती है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि SPD सुरक्षा मोड का चयन मौजूदा ग्राउंडिंग सिस्टम के अनुरूप होना चाहिए। TN सिस्टम के लिए, CT1 और CT2 दोनों सुरक्षा मोड का उपयोग किया जा सकता है। हालांकि, TT सिस्टम में, CT1 को केवल RCD के बाद ही लागू किया जा सकता है। IT सिस्टम में—विशेष रूप से जिनमें न्यूट्रल कंडक्टर नहीं होता—CT2 सुरक्षा लागू नहीं होती। यह उन DC वितरण प्रणालियों के लिए एक महत्वपूर्ण बिंदु है जो IT ग्राउंडिंग कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करती हैं। विवरण नीचे दी गई तालिका में पाया जा सकता है।

4. सर्ज प्रोटेक्टिव डिवाइसेस (एसपीडी) के प्रमुख पैरामीटर

अंतर्राष्ट्रीय मानक IEC 61643-11 के अनुसार, कम वोल्टेज बिजली वितरण प्रणालियों से जुड़े SPD की विशेषताओं और परीक्षणों को परिभाषित किया गया है, जैसा कि चित्र 7 में दिखाया गया है।

(1) वोल्टेज सुरक्षा स्तर (ऊपर)

SPD का चयन करते समय सबसे महत्वपूर्ण पहलू इसका वोल्टेज सुरक्षा स्तर (Up) है, जो टर्मिनलों के बीच वोल्टेज को सीमित करने में SPD के प्रदर्शन को दर्शाता है। यह मान अधिकतम क्लैम्पिंग वोल्टेज से अधिक होना चाहिए। यह तब प्राप्त होता है जब SPD से प्रवाहित होने वाली धारा नाममात्र डिस्चार्ज धारा In के बराबर हो जाती है। चयनित वोल्टेज सुरक्षा स्तर लोड के आवेग सहन वोल्टेज Uw से कम होना चाहिए। बिजली गिरने की स्थिति में, SPD टर्मिनलों के बीच वोल्टेज को आमतौर पर Up से नीचे रखा जाता है। PV DC सिस्टम के लिए, लोड आमतौर पर PV मॉड्यूल और इनवर्टर को संदर्भित करता है।

(2) अधिकतम सतत परिचालन वोल्टेज (Uc)

Uc वह अधिकतम DC वोल्टेज है जिसे SPD सुरक्षा मोड में लगातार लागू किया जा सकता है। इसका चयन रेटेड वोल्टेज और सिस्टम के ग्राउंडिंग कॉन्फ़िगरेशन के आधार पर किया जाता है और यह SPD की सक्रियण सीमा के रूप में कार्य करता है। PV सिस्टम के DC पक्ष के लिए, Uc, PV ऐरे के Uoc Max से अधिक या उसके बराबर होना चाहिए। Uoc Max, PV ऐरे के निर्दिष्ट बिंदु पर लाइव टर्मिनलों के बीच और लाइव टर्मिनल तथा ग्राउंड के बीच उच्चतम ओपन-सर्किट वोल्टेज को दर्शाता है।

(3) नाममात्र डिस्चार्ज करंट (इंच में)

यह SPD से प्रवाहित होने वाली 8/20 μs तरंग धारा का अधिकतम मान है, जिसका उपयोग टाइप II परीक्षणों और टाइप I में पूर्व-अनुकूलन परीक्षणों के लिए किया जाता है। प्रकार IIआईईसी के अनुसार, एसपीडी कम से कम 8/20 μs तरंगदैर्ध्य धारा के 19 डिस्चार्ज झेलने में सक्षम होना चाहिए। In का मान जितना अधिक होगा, एसपीडी का जीवनकाल उतना ही लंबा होगा, लेकिन लागत भी बढ़ जाएगी।

(4) आवेग धारा (Iimp)

तीन मापदंडों द्वारा परिभाषित: धारा शिखर (Ipeak), आवेश (Q), और विशिष्ट ऊर्जा (W/R), इस धारा का उपयोग किया जाता है टाइप I परीक्षण। विशिष्ट तरंगरूप 10/350 μs है।