फोटोव्होल्टेइक प्रणालींमध्ये सर्ज प्रोटेक्टर, सर्किट ब्रेकर आणि फ्यूज यांचे सहयोगी कार्य: कार्यात्मक विश्लेषण आणि आवश्यकतेची चर्चा

प्रस्तावना

जागतिक फोटोव्होल्टेइक उद्योगाच्या जलद विकासामुळे, सौर ऊर्जा निर्मिती प्रणालींची सुरक्षितता आणि स्थिरता हे उद्योगाचे मुख्य लक्ष बनले आहे. फोटोव्होल्टेइक प्रणाली दीर्घकाळ उघड्यावर असतात आणि वीज कोसळणे, पॉवर ग्रिडमधील चढउतार आणि उपकरणांमधील बिघाड यांसारख्या धोक्यांना बळी पडतात, ज्यामुळे उपकरणांचे नुकसान होऊ शकते किंवा आग देखील लागू शकते. सर्ज प्रोटेक्टर (SPDs), सर्किट ब्रेकर आणि फ्यूज ही प्रमुख संरक्षण उपकरणे आहेत, जी आपापली कर्तव्ये पार पाडतात आणि प्रणालीचे सुरक्षित कार्य सुनिश्चित करण्यासाठी एकमेकांना सहकार्य करतात. हा लेख उद्योग वापरकर्त्यांना संदर्भ देण्यासाठी त्यांची कार्ये, समन्वय यंत्रणा आणि आवश्यकता यांचे सखोल विश्लेषण करेल.

१. फोटोव्होल्टेइक प्रणालींसमोरील "अदृश्य मारेकरी"

फोटोव्होल्टेइक ऊर्जा केंद्रे ही उघड्यावर काम करणाऱ्या 'पोलादी योद्ध्यां'सारखी असतात, जी सतत विविध कठोर परीक्षांना तोंड देत असतात.

१.१ वीज पडण्यामुळे निर्माण होणाऱ्या समस्या:

विशेषतः मध्य पूर्व आणि आग्नेय आशियामध्ये, एकाच वादळी पावसाच्या हंगामामुळे संरक्षण नसलेल्या प्रणाली पूर्णपणे ठप्प होऊ शकतात.
१.२ वीज वितरण प्रणालीतील चढउतार:
मी प्रभारी असलेल्या चिलीच्या प्रकल्पात, ग्रीड व्होल्टेजमध्ये अचानक वाढ झाल्यामुळे अनेक उपकरणे जळून गेली.

१.३ शॉर्ट-सर्किटचा धोका:
गेल्या वर्षी जर्मनीमधील एका प्रकल्पात जुन्या केबल्समुळे शॉर्ट सर्किट झाले, ज्यामुळे आग लागता लागता वाचली.

हे धोके अतिशयोक्तीपूर्ण नाहीत. इंटरनॅशनल फोटोव्होल्टेइक सेफ्टी अलायन्सच्या मते, फोटोव्होल्टेइक सिस्टीममधील ६०% पेक्षा जास्त बिघाड अपुऱ्या विद्युत संरक्षणामुळे होतात.

II. सर्ज प्रोटेक्टिव्ह डिव्हाइसेसची (SPD) मुख्य कार्ये

२.१ कार्यप्रणाली
SPD हे मेटल ऑक्साइड व्हॅरिस्टर्स (MOV) किंवा गॅस डिस्चार्ज ट्यूब्स (GDT) द्वारे क्षणिक ओव्हरव्होल्टेजला जमिनीकडे वळवते, ज्यामुळे व्होल्टेज सुरक्षित मर्यादेत राहते. फोटोव्होल्टेइक प्रणालींमध्ये, SPD सामान्यतः खालील ठिकाणी स्थापित केले जातात:
डीसी बाजू (मॉड्यूल्स आणि इन्व्हर्टरच्या दरम्यान): विजेमुळे निर्माण होणाऱ्या विद्युत प्रवाहातील वाढीपासून संरक्षण करण्यासाठी.
एसी बाजू (इन्व्हर्टर आणि ग्रीडच्या दरम्यान): ग्रीड बाजूकडून येणारे ओव्हरव्होल्टेज कमी करण्यासाठी.

२.२ प्रमुख मापदंड
कमाल सतत कार्यरत व्होल्टेज (Uc): फोटोव्होल्टेइक सिस्टमच्या व्होल्टेज पातळीशी जुळले पाहिजे (जसे की 1000V DC किंवा 1500V DC).
डिस्चार्ज करंट (In/Iimp): विजेचा प्रवाह डिस्चार्ज करण्याची क्षमता दर्शवते आणि फोटोव्होल्टेइक सिस्टीमना सामान्यतः 20kA किंवा त्याहून अधिकची आवश्यकता असते.
व्होल्टेज संरक्षण पातळी (वर): अवशिष्ट व्होल्टेजचे प्रमाण निर्धारित करते आणि ते संरक्षित उपकरणाच्या सहनशक्ती व्होल्टेजपेक्षा कमी असणे आवश्यक आहे.

२.३ आवश्यकता
इन्व्हर्टर आणि कंबाइनर बॉक्स यांसारख्या महागड्या उपकरणांना सर्जमुळे होणाऱ्या नुकसानापासून वाचवा.
फोटोव्होल्टेइक ऊर्जा केंद्रांसाठी आंतरराष्ट्रीय मानके (जसे की IEC 6164331, UL 1449) आणि स्वीकृती आवश्यकतांचे पालन करा.

३. सर्किट ब्रेकर आणि फ्यूज यांचे कार्य आणि निवड

३.१ सर्किट ब्रेकर
कार्य:
•ओव्हरलोड संरक्षण: जेव्हा करंट निर्धारित मूल्यापेक्षा जास्त होतो (जसे की रेटेड करंटच्या १.३ पट), तेव्हा थर्मल ट्रिप यंत्रणा कार्यान्वित होते.
• शॉर्ट सर्किट संरक्षण: इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक ट्रिप यंत्रणा काही मिलिसेकंदांमध्ये शॉर्ट-सर्किट करंट (जसे की 10kA) बंद करते.

फोटोव्होल्टेइकसाठी अनुप्रयोगाची वैशिष्ट्ये:
एक समर्पित डीसी सर्किट ब्रेकर (जसे की डीसी 1000V/1500V) निवडणे आवश्यक आहे.
ब्रेकिंग क्षमता सिस्टीमच्या शॉर्ट-सर्किट करंटशी (सामान्यतः ≥ 15kA) जुळली पाहिजे.

३.२ फ्यूज
कार्य:
फ्यूजचा भाग वितळवून, ते सदोष सर्किटला त्वरित वेगळे करू शकते आणि मालिकेत जोडलेल्या शाखेचे संरक्षण करू शकते.

फायदे:
डिस्कनेक्शनचा वेग अधिक जलद (मायक्रोसेकंद पातळीवर) असून, तो उच्च शॉर्ट-सर्किट करंटच्या परिस्थितीसाठी योग्य आहे.
हे आकाराने लहान असून मर्यादित जागा असलेल्या विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या बॉक्ससाठी योग्य आहे.

३.३ एसपीडी सोबत सहकार्य

SPD व्होल्टेज संरक्षणासाठी जबाबदार असते, तर सर्किट ब्रेकर्स/फ्यूज प्रोटेक्टर्स करंट संरक्षणासाठी जबाबदार असतात.
जेव्हा सर्ज ब्रेकडाउनमुळे SPD निकामी होते, तेव्हा सर्किट ब्रेकर्स किंवा फ्यूज प्रोटेक्टर्स आग टाळण्यासाठी सदोष सर्किट त्वरित बंद करू शकतात.

Ⅳ. बहुस्तरीय संरक्षण प्रणालीचा अभ्यास

१ मेगावॅट क्षमतेचे फोटोव्होल्टेइक ऊर्जा केंद्र उदाहरण म्हणून घेऊया:
४.१ डीसी बाजूवरील संरक्षण
घटक मालिका शाखा: प्रत्येक मालिकेसाठी फ्यूज (जसे की 10A gPV प्रकार) बसवा.
कंबाइनर बॉक्सची स्थापना: टाइप II SPD (वर ≤ 1.5kV) आणि DC सर्किट ब्रेकर (63A) स्थापित करा.

४.२ एसी बाजूवरील संरक्षण
इन्व्हर्टरचे आउटपुट टोक: टाइप 1+2 SPD (Iimp ≥ 12.5kA) आणि मोल्डेड केस सर्किट ब्रेकर (250A) कॉन्फिगर करा.

४.३ दोष परिस्थितीचे अनुकरण
जेव्हा वीज पडते: SPD सर्ज करंटला मुक्त करते आणि व्होल्टेजला 2kV च्या खाली नियंत्रित करते; जर शॉर्ट सर्किटमुळे SPD निकामी झाले, तर सर्किट ब्रेकर ट्रिप होतो.
जेव्हा लाइनमध्ये शॉर्ट सर्किट होते: उष्णतेच्या ठिपक्यांचा प्रभाव पसरू नये म्हणून फ्यूज ५ मिलिसेकंदांच्या आत वितळतो.

५. निवड आणि स्थापनेसाठी घ्यावयाची खबरदारी

५.१ एसपीडी निवड
सामान्य AC SPD च्या रिव्हर्स करंटची समस्या टाळण्यासाठी, DC बाजूसाठी फोटोव्होल्टेइक-विशिष्ट SPD (जसे की PVSPD) निवडला पाहिजे.
तापमानाची सुरक्षितता विचारात घेतली पाहिजे (उच्च-तापमानाच्या वातावरणात सुरक्षितता राखणे आवश्यक आहे).

५.२ सर्किट ब्रेकर/फ्यूज जुळवणी
ब्रेकिंग क्षमता सिस्टीमच्या कमाल शॉर्ट-सर्किट करंटपेक्षा जास्त असावी (उदाहरणार्थ, स्ट्रिंगचा फॉल्ट करंट 1.5kA पर्यंत पोहोचू शकतो).
फ्यूजचा रेटेड करंट हा घटक शॉर्ट-सर्किट करंट (Isc) च्या 1.56 पटीपेक्षा जास्त असावा (NEC 690.8 नुसार).

५.३ सिस्टम एकीकरणासाठी सूचना
अवशिष्ट व्होल्टेज कमी करण्यासाठी SPD आणि सर्किट ब्रेकरमधील वायरची लांबी ≤ 0.5m असावी.
SPD स्थिती निर्देशकांची नियमित तपासणी केली पाहिजे आणि नादुरुस्त झालेले मॉड्यूल वेळेवर बदलले पाहिजेत.

५. उद्योग क्षेत्रातील कल आणि मानकांमधील अद्यतने
•उच्च-व्होल्टेजची मागणी: १५००V फोटोव्होल्टेइक प्रणालींच्या व्यापक वापरामुळे, SPD आणि सर्किट ब्रेकर्सच्या व्होल्टेज सहन करण्याच्या क्षमतेतही समकालिक वाढ करणे आवश्यक आहे.

• बुद्धिमान देखरेख: दूरस्थ बिघाडाची पूर्वसूचना मिळवण्यासाठी, तापमान सेन्सर आणि वायरलेस कम्युनिकेशन कार्ये एकत्रित करणारे बुद्धिमान SPDs हळूहळू वापरले जात आहेत.

•मानक मजबुतीकरण: IEC 625482023 च्या नवीन आवृत्तीने फोटोव्होल्टेइक प्रणालींसाठी संरक्षण उपकरणांवर अधिक कठोर समन्वय आवश्यकता लादल्या आहेत.

निष्कर्ष
फोटोव्होल्टेइक प्रणालींमध्ये, सर्ज प्रोटेक्टर, सर्किट ब्रेकर आणि फ्यूज मिळून एक संपूर्ण "व्होल्टेज-करंट" सहयोगी संरक्षण प्रणाली तयार होते. या घटकांची योग्य निवड आणि संरचना केवळ उपकरणांचे सेवा आयुष्य वाढवून संचालन आणि देखभालीचा खर्च कमी करत नाही, तर वीज केंद्रांचे सुरक्षित संचालन सुनिश्चित करण्यासाठी देखील ही एक अत्यावश्यक अट आहे. तंत्रज्ञानाच्या विकासाबरोबर, या संरक्षण उपकरणांचे एकत्रीकरण आणि बुद्धिमत्ता भविष्यात फोटोव्होल्टेइक प्रणालींची विश्वसनीयता आणखी वाढवेल.