ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમ્સમાં સર્જ પ્રોટેક્ટર, સર્કિટ બ્રેકર્સ અને ફ્યુઝનું સહયોગી કાર્ય: કાર્યાત્મક વિશ્લેષણ અને આવશ્યકતા ચર્ચા

પરિચય

વૈશ્વિક ફોટોવોલ્ટેઇક ઉદ્યોગના ઝડપી વિકાસ સાથે, સૌર ઉર્જા ઉત્પાદન પ્રણાલીઓની સલામતી અને સ્થિરતા ઉદ્યોગના ધ્યાનનું કેન્દ્ર બની ગઈ છે. ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમો લાંબા સમય સુધી બહારના સંપર્કમાં રહે છે અને વીજળી પડવા, પાવર ગ્રીડમાં વધઘટ અને સાધનોની નિષ્ફળતા જેવા જોખમો માટે સંવેદનશીલ હોય છે, જેના કારણે સાધનોને નુકસાન થઈ શકે છે અથવા તો આગ પણ લાગી શકે છે. સર્જ પ્રોટેક્ટર (SPD), સર્કિટ બ્રેકર્સ અને ફ્યુઝ એ મુખ્ય સુરક્ષા ઉપકરણો છે જે દરેક પોતાની ફરજો બજાવે છે અને સિસ્ટમના સુરક્ષિત સંચાલનને સુનિશ્ચિત કરવા માટે એકબીજા સાથે સહયોગ કરે છે. આ લેખ તેમના કાર્યો, સંકલન પદ્ધતિઓ અને ઉદ્યોગ વપરાશકર્તાઓ માટે સંદર્ભ પ્રદાન કરવાની આવશ્યકતાનું ઊંડાણપૂર્વક વિશ્લેષણ કરશે.

I. ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમ્સનો સામનો કરતો "અદ્રશ્ય કિલર"

ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર સ્ટેશનો ખુલ્લા હવામાં કામ કરતા "સ્ટીલ યોદ્ધાઓ" જેવા છે, સતત વિવિધ કઠોર પરીક્ષણો સહન કરે છે.

૧.૧ વીજળી પડવાની સમસ્યાઓ:

ખાસ કરીને, મધ્ય પૂર્વ અને દક્ષિણપૂર્વ એશિયામાં, એક જ વાવાઝોડાની મોસમ સુરક્ષાનો અભાવ ધરાવતી સિસ્ટમોને લકવાગ્રસ્ત કરી શકે છે.
૧.૨ પાવર ગ્રીડમાં વધઘટ:
ચિલીના જે પ્રોજેક્ટનો હું હવાલો સંભાળી રહ્યો હતો, તેમાં ગ્રીડ વોલ્ટેજમાં અચાનક વધારો થવાને કારણે ઘણા સાધનો બળી ગયા હતા.

૧.૩ શોર્ટ-સર્કિટનું જોખમ:
ગયા વર્ષે, જર્મનીમાં એક પ્રોજેક્ટમાં જૂના કેબલ્સને કારણે શોર્ટ સર્કિટ થયો હતો, જેના કારણે આગ લાગવાની શક્યતા હતી.

આ જોખમો કોઈ અતિશયોક્તિ નથી. ઇન્ટરનેશનલ ફોટોવોલ્ટેઇક સેફ્ટી એલાયન્સ અનુસાર, ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમની 60% થી વધુ નિષ્ફળતાઓ અપૂરતી વિદ્યુત સુરક્ષાને કારણે થાય છે.

II. સર્જ પ્રોટેક્ટિવ ડિવાઇસીસ (SPD) ના મુખ્ય કાર્યો

૨.૧ કાર્યકારી સિદ્ધાંત
SPD મેટલ ઓક્સાઇડ વેરિસ્ટોર્સ (MOV) અથવા ગેસ ડિસ્ચાર્જ ટ્યુબ (GDT) દ્વારા ક્ષણિક ઓવરવોલ્ટેજને જમીન પર વાળે છે, જે વોલ્ટેજને સુરક્ષિત શ્રેણીમાં મર્યાદિત કરે છે. ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમ્સમાં, SPD સામાન્ય રીતે નીચેના સ્થળોએ સ્થાપિત થાય છે:
ડીસી બાજુ (મોડ્યુલ્સ અને ઇન્વર્ટર વચ્ચે): વીજળીથી થતા ઉછાળા સામે રક્ષણ માટે.
એસી બાજુ (ઇન્વર્ટર અને ગ્રીડ વચ્ચે): ગ્રીડ બાજુથી ઓવરવોલ્ટેજ દબાવવા માટે.

૨.૨ મુખ્ય પરિમાણો
મહત્તમ સતત ઓપરેટિંગ વોલ્ટેજ (Uc): ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમના વોલ્ટેજ સ્તર (જેમ કે 1000V DC અથવા 1500V DC) સાથે મેળ ખાતું હોવું જોઈએ.
ડિસ્ચાર્જ કરંટ (ઇન/આઇમ્પ): વીજળીના કરંટને ડિસ્ચાર્જ કરવાની ક્ષમતાને પ્રતિબિંબિત કરે છે, અને ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમ્સને સામાન્ય રીતે 20kA અથવા તેથી વધુની જરૂર પડે છે.
વોલ્ટેજ સુરક્ષા સ્તર (ઉપર): શેષ વોલ્ટેજ કદ નક્કી કરે છે અને તે સુરક્ષિત ઉપકરણોના પ્રતિકાર વોલ્ટેજ કરતા ઓછું હોવું જોઈએ.

૨.૩ જરૂરિયાત
ઇન્વર્ટર અને કોમ્બિનર બોક્સ જેવા મોંઘા સાધનોને ઉછાળાથી નુકસાન થતું અટકાવો.
ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર સ્ટેશનો માટે આંતરરાષ્ટ્રીય ધોરણો (જેમ કે IEC 6164331, UL 1449) અને સ્વીકૃતિ આવશ્યકતાઓનું પાલન કરો.

Ⅲ. સર્કિટ બ્રેકર્સ અને ફ્યુઝનું કાર્ય અને પસંદગી

૩.૧ સર્કિટ બ્રેકર
કાર્ય:
• ઓવરલોડ સુરક્ષા: જ્યારે પ્રવાહ સેટ મૂલ્ય કરતાં વધી જાય છે (જેમ કે રેટ કરેલ પ્રવાહના 1.3 ગણો), ત્યારે થર્મલ ટ્રિપ મિકેનિઝમ કાર્ય કરે છે.
• શોર્ટ સર્કિટ પ્રોટેક્શન: ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ટ્રિપ મિકેનિઝમ શોર્ટ-સર્કિટ કરંટ (જેમ કે 10kA) ને મિલિસેકન્ડમાં કાપી નાખે છે.

•ફોટોવોલ્ટેઇક માટે એપ્લિકેશન લાક્ષણિકતાઓ:
એક સમર્પિત DC સર્કિટ બ્રેકર (જેમ કે DC 1000V/1500V) પસંદ કરવાની જરૂર છે.
બ્રેકિંગ ક્ષમતા સિસ્ટમ શોર્ટ-સર્કિટ કરંટ (સામાન્ય રીતે ≥ 15kA) સાથે મેળ ખાતી હોવી જોઈએ.

૩.૨ ફ્યુઝ
કાર્ય:
ફ્યુઝ તત્વને પીગાળીને, તે ખામીયુક્ત સર્કિટને ઝડપથી અલગ કરી શકે છે અને શ્રેણી-જોડાયેલ શાખાને સુરક્ષિત કરી શકે છે.

ફાયદા:
ડિસ્કનેક્શન ઝડપ વધુ ઝડપી છે (માઈક્રોસેકન્ડ સ્તરે), જે ઉચ્ચ શોર્ટ-સર્કિટ વર્તમાન પરિસ્થિતિઓ માટે યોગ્ય છે.
તે કદમાં નાનું છે અને મર્યાદિત જગ્યાવાળા કરંટ વહન કરતા બોક્સ માટે યોગ્ય છે.

૩.૩ એસપીડી સાથે સહયોગ

SPD વોલ્ટેજ સુરક્ષા માટે જવાબદાર છે, જ્યારે સર્કિટ બ્રેકર્સ/ફ્યુઝ પ્રોટેક્ટર વર્તમાન સુરક્ષા માટે જવાબદાર છે.
જ્યારે સર્જ બ્રેકડાઉનને કારણે SPD નિષ્ફળ જાય છે, ત્યારે સર્કિટ બ્રેકર્સ અથવા ફ્યુઝ પ્રોટેક્ટર આગને રોકવા માટે ખામીયુક્ત સર્કિટને તાત્કાલિક કાપી શકે છે.

Ⅳ. બહુ-સ્તરીય સુરક્ષા પ્રણાલીનો કેસ સ્ટડી

ઉદાહરણ તરીકે 1 મેગાવોટના ફોટોવોલ્ટેઇક પાવર સ્ટેશનને લો:
૪.૧ ડીસી બાજુ રક્ષણ
ઘટક શ્રેણી શાખાઓ: દરેક શ્રેણી માટે ફ્યુઝ (જેમ કે 10A gPV પ્રકાર) ઇન્સ્ટોલ કરો.
કમ્બાઈનર બોક્સની એન્ટ્રી: પ્રકાર II SPD (≤ 1.5kV ઉપર) અને DC સર્કિટ બ્રેકર (63A) ઇન્સ્ટોલ કરો.

૪.૨ એસી બાજુ રક્ષણ
ઇન્વર્ટરનો આઉટપુટ એન્ડ: ટાઇપ 1+2 SPD (Iimp ≥ 12.5kA) અને મોલ્ડેડ કેસ સર્કિટ બ્રેકર (250A) ગોઠવો.

૪.૩ ફોલ્ટ દૃશ્ય સિમ્યુલેશન
જ્યારે વીજળી પડે છે: SPD સર્જ કરંટ છોડે છે અને 2kV થી નીચેના વોલ્ટેજને ક્લેમ્પ કરે છે; જો શોર્ટ સર્કિટને કારણે SPD નિષ્ફળ જાય, તો સર્કિટ બ્રેકર ટ્રિપ થઈ જાય છે.
જ્યારે લાઇન શોર્ટ સર્કિટ થાય છે: થર્મલ સ્પોટ ઇફેક્ટના ફેલાવાને રોકવા માટે ફ્યુઝ 5 મિલીસેકન્ડની અંદર પીગળી જાય છે.

Ⅴ. પસંદગી અને સ્થાપન માટે સાવચેતીઓ

૫.૧ SPD પસંદગી
ડીસી બાજુ માટે, સામાન્ય AC SPD ની રિવર્સ કરંટ સમસ્યા ટાળવા માટે ફોટોવોલ્ટેઇક-વિશિષ્ટ SPD (જેમ કે PVSPD) પસંદ કરવી જોઈએ.
તાપમાન માર્જિન ધ્યાનમાં લેવું જોઈએ (ઉચ્ચ-તાપમાન વાતાવરણમાં Uc ને માર્જિન છોડવાની જરૂર છે).

૫.૨ સર્કિટ બ્રેકર/ફ્યુઝ મેચિંગ
બ્રેકિંગ ક્ષમતા સિસ્ટમના મહત્તમ શોર્ટ-સર્કિટ પ્રવાહ કરતા વધારે હોવી જોઈએ (જેમ કે સ્ટ્રિંગનો ફોલ્ટ પ્રવાહ 1.5kA સુધી પહોંચી શકે છે).
ફ્યુઝનો રેટેડ કરંટ ઘટક શોર્ટ-સર્કિટ કરંટ (ISC) (NEC 690.8 અનુસાર) ના 1.56 ગણા કરતા વધુ હોવો જોઈએ.

૫.૩ સિસ્ટમ એકીકરણ સૂચનો
શેષ વોલ્ટેજ ઘટાડવા માટે SPD અને સર્કિટ બ્રેકર વચ્ચેના વાયરની લંબાઈ ≤ 0.5 મીટર હોવી જોઈએ.
SPD સ્થિતિ સૂચકાંકોનું નિયમિત નિરીક્ષણ કરવું જોઈએ, અને નિષ્ફળ મોડ્યુલોને સમયસર બદલવા જોઈએ.

Ⅵ. ઉદ્યોગના વલણો અને માનક અપડેટ્સ
•ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ માંગ: 1500V ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમ્સના વ્યાપક અપનાવણ સાથે, SPDs અને સર્કિટ બ્રેકર્સના પ્રતિકાર વોલ્ટેજ સ્તરને સમન્વયિત રીતે વધારવાની જરૂર છે.

• બુદ્ધિશાળી દેખરેખ: દૂરસ્થ ફોલ્ટ પ્રારંભિક ચેતવણી પ્રાપ્ત કરવા માટે તાપમાન સેન્સર અને વાયરલેસ સંચાર કાર્યોને સંકલિત કરતા બુદ્ધિશાળી SPDs ધીમે ધીમે લાગુ કરવામાં આવી રહ્યા છે.

•માનક મજબૂતીકરણ: IEC 625482023 ના નવા સંસ્કરણે ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમ્સ માટે સુરક્ષા ઉપકરણો પર કડક સંકલન આવશ્યકતાઓ લાદી છે.

નિષ્કર્ષ
ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમ્સમાં, સર્જ પ્રોટેક્ટર, સર્કિટ બ્રેકર્સ અને ફ્યુઝ એક સંપૂર્ણ "વોલ્ટેજ-કરંટ" સહયોગી સુરક્ષા પ્રણાલી બનાવે છે. આ ઘટકોની યોગ્ય પસંદગી અને ગોઠવણી માત્ર સાધનોના સેવા જીવનને લંબાવી શકે છે અને સંચાલન અને જાળવણી ખર્ચ ઘટાડી શકે છે, પરંતુ પાવર સ્ટેશનોના સલામત સંચાલનને સુનિશ્ચિત કરવા માટે આવશ્યક શરતો પણ છે. ટેકનોલોજીના વિકાસ સાથે, આ સુરક્ષા ઉપકરણોનું એકીકરણ અને બુદ્ધિ ભવિષ્યમાં ફોટોવોલ્ટેઇક સિસ્ટમ્સની વિશ્વસનીયતામાં વધુ વધારો કરશે.