पीव्ही प्रणालींसाठी सर्ज प्रोटेक्शन उपकरणांची निवड – एसपीडीचे प्रकार

फोटोव्होल्टेइक (PV) वीज निर्मिती हा अक्षय ऊर्जेचा एक प्रमुख स्रोत आहे आणि पारंपरिक वीज निर्मितीच्या तुलनेत आर्थिकदृष्ट्या अत्यंत स्पर्धात्मक आहे. छतावरील सौर पॅनेलसारख्या लहान, विखुरलेल्या PV प्रणाली अधिकाधिक लोकप्रिय होत आहेत. छतावरील PV प्रणालींमध्ये AC आणि DC दोन्ही वितरणांचा समावेश असतो, ज्यामध्ये व्होल्टेज १५००V पर्यंत पोहोचते. जास्त धोका असलेल्या भागांमध्ये, DC बाजू, विशेषतः PV पॅनेल, थेट वीज पडण्याच्या संपर्कात येऊ शकतात, ज्यामुळे त्यांना विजेमुळे नुकसान होण्याचा धोका असतो.

इमारतींसाठी वीज संरक्षण हे विजेच्या धोक्यानुसार बाह्य संरक्षण (वीज संरक्षण प्रणाली, LPS) आणि अंतर्गत संरक्षण (सर्ज प्रोटेक्टिव्ह मेजर्स, SPM) यामध्ये विभागलेले आहे. सर्ज प्रोटेक्टिव्ह डिव्हाइसेस (SPDs), अंतर्गत संरक्षणाचा एक भाग म्हणून, वातावरणातील वीज किंवा स्विचिंग ऑपरेशन्समुळे होणाऱ्या क्षणिक ओव्हरव्होल्टेजपासून संरक्षण करतात. SPDs संरक्षित उपकरणांच्या बाहेर स्थापित केले जातात आणि मुख्यत्वे खालीलप्रमाणे कार्य करतात: जेव्हा पॉवर सिस्टीममध्ये कोणताही सर्ज नसतो, तेव्हा SPD ज्या प्रणालीचे संरक्षण करते तिच्या सामान्य कार्यावर लक्षणीय परिणाम करत नाही. जेव्हा सर्ज येतो, तेव्हा SPD कमी इम्पेडन्स प्रदान करते, सर्ज करंटला स्वतःमधून वळवते आणि व्होल्टेजला सुरक्षित पातळीपर्यंत मर्यादित करते. सर्ज निघून गेल्यानंतर आणि कोणताही अवशिष्ट प्रवाह संपुष्टात आल्यानंतर, SPD उच्च इम्पेडन्स स्थितीत परत येते.

१. सर्ज प्रोटेक्टिव्ह डिव्हाइसेस (SPD) च्या स्थापनेचे ठिकाण

SPDs (सर्ज प्रोटेक्शन डिव्हाइसेस) बसवण्याचे ठिकाण विजेच्या धोक्याच्या तीव्रतेनुसार आणि IEC 62305 मधील लाइटनिंग प्रोटेक्शन झोन्स (LPZ) संकल्पनेवर आधारित ठरवले जाते. क्षणिक ओव्हरव्होल्टेज टप्प्याटप्प्याने सुरक्षित पातळीपर्यंत कमी केले जातात, जी संरक्षित उपकरणाच्या सहनशील व्होल्टेजपेक्षा कमी असणे आवश्यक आहे. आकृतीमध्ये दाखवल्याप्रमाणे, SPDs या झोन्सच्या सीमांवर बसवले जातात, ज्यामुळे कमी-व्होल्टेज सिस्टीममध्ये वापरल्या जाणाऱ्या बहु-स्तरीय सर्ज प्रोटेक्शनच्या संकल्पनेचा उदय होतो. PV सिस्टीमसाठी, AC आणि DC बाजूंमधून लाइटनिंग सर्जेस आत येण्यापासून रोखण्यावर लक्ष केंद्रित केले जाते, ज्यामुळे इन्व्हर्टरसारख्या महत्त्वाच्या घटकांचे संरक्षण होते.

२. सर्ज प्रोटेक्टिव्ह डिव्हाइसेस (एसपीडी) चाचणी वर्ग

IEC 61643-11 नुसार, SPDs (स्पार्क पॉवर डिव्हाइसेस) ज्या प्रकारच्या विजेच्या प्रवाहाच्या आवेगाला तोंड देण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत, त्यानुसार त्यांचे तीन चाचणी श्रेणींमध्ये वर्गीकरण केले जाते. प्रकार I चाचण्या (T1 म्हणून चिन्हांकित) इमारतीमध्ये वाहू शकणाऱ्या आंशिक विजेच्या प्रवाहाचे अनुकरण करण्यासाठी असतात. यामध्ये खालील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे 10/350 µs वेव्हफॉर्म वापरला जातो आणि त्या सामान्यतः LPZ0 आणि LPZ1 च्या सीमेवर लागू केल्या जातात—जसे की मुख्य वितरण बोर्ड किंवा कमी-व्होल्टेज ट्रान्सफॉर्मर इनकमर्सवर. या स्तरासाठीचे SPDs सहसा व्होल्टेज-स्विचिंग प्रकारचे असतात, ज्यात गॅस डिस्चार्ज ट्यूब किंवा स्पार्क गॅप्स (उदा., हॉर्न गॅप्स किंवा ग्राफाइट गॅप्स) सारखे घटक असतात.

टाइप II (T2) आणि टाइप III (T3) चाचण्यांमध्ये कमी कालावधीचे आवेग वापरले जातात. टाइप II SPDs सामान्यतः व्होल्टेज-मर्यादित करणारी उपकरणे असतात, ज्यात मेटल ऑक्साइड व्हॅरिस्टर्स (MOVs) सारखे घटक वापरले जातात. त्यांची चाचणी 8/20 µs करंट वेव्हफॉर्म वापरून नाममात्र डिस्चार्ज करंटसह केली जाते (खालील आकृती पहा), आणि अपस्ट्रीम संरक्षण उपकरणातून येणाऱ्या अवशिष्ट सर्ज व्होल्टेजला आणखी मर्यादित करण्याची जबाबदारी त्यांची असते. टाइप III चाचण्यांमध्ये 1.2/50 µs व्होल्टेज आणि 8/20 µs करंट आवेगासह एक संयुक्त वेव्ह जनरेटर वापरला जातो (खालील आकृती पहा), जो अंतिम-वापर उपकरणांच्या जवळच्या सर्जचे अनुकरण करतो.

३. सर्ज प्रोटेक्टिव्ह डिव्हाइसचा (एसपीडी) कनेक्शन प्रकार

क्षणिक अतिदाबांपासून संरक्षणाचे दोन मुख्य प्रकार आहेत. पहिला प्रकार म्हणजे कॉमन-मोड प्रोटेक्शन (CT1), जे जिवंत वाहक आणि पीई (संरक्षक भू) यांच्यातील सर्जेसपासून संरक्षण करण्यासाठी तयार केलेले आहे. उदाहरणार्थ, वीज पडल्याने प्रणालीमध्ये जमिनीच्या तुलनेत उच्च व्होल्टेज निर्माण होऊ शकतात. खाली दर्शवल्याप्रमाणे, कॉमन-मोड प्रोटेक्शन वीज पडण्यासारख्या बाह्य अडथळ्यांचा प्रभाव कमी करण्यास मदत करते.

दुसरा प्रकार म्हणजे डिफरेंशियल-मोड प्रोटेक्शन (CT2), जे लाइन कंडक्टर (L) आणि न्यूट्रल कंडक्टर (N) यांच्यामधील सर्जेसपासून संरक्षण करते. खालील आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे, प्रणालीमध्येच निर्माण होणारे इलेक्ट्रिकल नॉइज किंवा इंटरफेअरन्स यांसारख्या अंतर्गत अडथळ्यांना हाताळण्यासाठी या प्रकारचे संरक्षण विशेषतः महत्त्वाचे आहे.

या संरक्षण पद्धतींपैकी एक किंवा दोन्ही लागू केल्याने, विद्युत प्रणालींना संभाव्य सर्ज स्रोतांपासून अधिक चांगल्या प्रकारे संरक्षित केले जाऊ शकते, ज्यामुळे अखेरीस जोडलेल्या उपकरणांचे आयुष्य आणि विश्वसनीयता वाढते.

हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की SPD संरक्षण मोडची निवड ही अस्तित्वात असलेल्या ग्राउंडिंग प्रणालीशी सुसंगत असावी. TN प्रणालींसाठी, CT1 आणि CT2 हे दोन्ही संरक्षण मोड वापरले जाऊ शकतात. तथापि, TT प्रणालींमध्ये, CT1 फक्त RCD च्या डाउनस्ट्रीमवरच लागू केला जाऊ शकतो. IT प्रणालींमध्ये—विशेषतः ज्यांमध्ये न्यूट्रल कंडक्टर नसतो—CT2 संरक्षण लागू होत नाही. IT ग्राउंडिंग कॉन्फिगरेशन वापरणाऱ्या DC वितरण प्रणालींमध्ये हा एक अत्यंत महत्त्वाचा विचार आहे. तपशील खालील तक्त्यामध्ये आढळेल.

४. सर्ज प्रोटेक्टिव्ह डिव्हाइसेसचे (एसपीडी) प्रमुख मापदंड

आंतरराष्ट्रीय मानक IEC 61643-11 नुसार, कमी-व्होल्टेज वीज वितरण प्रणालीशी जोडलेल्या SPD ची वैशिष्ट्ये आणि चाचण्या परिभाषित केल्या आहेत, जसे की आकृती 7 मध्ये दाखवले आहे.

(1) व्होल्टेज संरक्षण पातळी (वर)

SPD निवडताना सर्वात महत्त्वाचा पैलू म्हणजे त्याची व्होल्टेज संरक्षण पातळी (Up), जी टर्मिनल्समधील व्होल्टेज मर्यादित करण्याच्या SPD च्या कार्यक्षमतेचे वैशिष्ट्य दर्शवते. हे मूल्य कमाल क्लॅम्पिंग व्होल्टेजपेक्षा जास्त असले पाहिजे. जेव्हा SPD मधून वाहणारा प्रवाह नाममात्र डिस्चार्ज प्रवाह In च्या बरोबर असतो, तेव्हा ही पातळी गाठली जाते. निवडलेली व्होल्टेज संरक्षण पातळी लोडच्या आवेग सहनशील व्होल्टेज Uw पेक्षा कमी असणे आवश्यक आहे. वीज पडल्यास, SPD टर्मिनल्सवरील व्होल्टेज सामान्यतः Up च्या खाली ठेवले जाते. PV DC प्रणालींसाठी, लोड म्हणजे सहसा PV मॉड्यूल्स आणि इन्व्हर्टर्स.

(2) कमाल सतत कार्यरत व्होल्टेज (Uc)

Uc हे कमाल डीसी व्होल्टेज आहे जे SPD संरक्षण मोडला सतत लागू केले जाऊ शकते. याची निवड रेटेड व्होल्टेज आणि सिस्टमच्या ग्राउंडिंग कॉन्फिगरेशनच्या आधारावर केली जाते आणि ते SPD ची सक्रियकरण मर्यादा म्हणून काम करते. पीव्ही सिस्टमच्या डीसी बाजूसाठी, Uc हे पीव्ही अॅरेच्या Uoc Max पेक्षा जास्त किंवा समान असले पाहिजे. Uoc Max म्हणजे पीव्ही अॅरेच्या निर्दिष्ट बिंदूवर, लाइव्ह टर्मिनल्समधील आणि लाइव्ह टर्मिनल व ग्राउंडमधील सर्वोच्च ओपन-सर्किट व्होल्टेज होय.

(3) नाममात्र डिस्चार्ज करंट (इंच)

हे SPD मधून वाहणाऱ्या 8/20 μs वेव्हफॉर्म प्रवाहाचे सर्वोच्च मूल्य आहे, जे टाईप II चाचण्यांसाठी आणि टाईप I मधील प्रीकंडिशनिंग चाचण्यांसाठी वापरले जाते. प्रकार IIIEC नुसार, SPD ने 8/20 μs वेव्हफॉर्म करंटचे किमान 19 डिस्चार्ज सहन करणे आवश्यक आहे. In चे मूल्य जितके जास्त असेल, तितके SPD चे आयुर्मान जास्त असते, परंतु खर्चही वाढतो.

(4) आवेग प्रवाह (Iimp)

वर्तमान शिखर (Ipeak), चार्ज (Q), आणि विशिष्ट ऊर्जा (W/R) या तीन पॅरामीटर्सद्वारे परिभाषित केलेला हा प्रवाह, यामध्ये वापरला जातो प्रकार I चाचण्या. सामान्य वेव्हफॉर्म 10/350 μs आहे.