ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് സിസ്റ്റങ്ങളിലെ സർജ് പ്രൊട്ടക്ടറുകൾ, സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കറുകൾ, ഫ്യൂസുകൾ എന്നിവയുടെ സഹകരണ പ്രവർത്തനം: പ്രവർത്തന വിശകലനവും ആവശ്യകതയും സംബന്ധിച്ച ചർച്ച.

ആമുഖം

ആഗോള ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് വ്യവസായത്തിന്റെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വികസനത്തോടെ, സൗരോർജ്ജ ഉൽപ്പാദന സംവിധാനങ്ങളുടെ സുരക്ഷയും സ്ഥിരതയും വ്യവസായത്തിന്റെ ശ്രദ്ധാകേന്ദ്രമായി മാറിയിരിക്കുന്നു. ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് സംവിധാനങ്ങൾ വളരെക്കാലം പുറത്ത് തുറന്നിരിക്കും, കൂടാതെ മിന്നലാക്രമണങ്ങൾ, പവർ ഗ്രിഡ് ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ, ഉപകരണങ്ങളുടെ തകരാറുകൾ തുടങ്ങിയ ഭീഷണികൾക്ക് ഇരയാകുകയും ചെയ്യും, ഇത് ഉപകരണങ്ങളുടെ കേടുപാടുകൾക്കോ ​​തീപിടുത്തത്തിനോ പോലും കാരണമാകും. സർജ് പ്രൊട്ടക്ടറുകൾ (SPD-കൾ), സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കറുകൾ, ഫ്യൂസുകൾ എന്നിവ ഓരോന്നും അവരുടെ കടമകൾ നിർവഹിക്കുകയും സിസ്റ്റത്തിന്റെ സുരക്ഷിതമായ പ്രവർത്തനം ഉറപ്പാക്കാൻ പരസ്പരം സഹകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന പ്രധാന സംരക്ഷണ ഉപകരണങ്ങളാണ്. ഈ ലേഖനം അവയുടെ പ്രവർത്തനങ്ങൾ, ഏകോപന സംവിധാനങ്ങൾ, വ്യവസായ ഉപയോക്താക്കൾക്ക് റഫറൻസ് നൽകേണ്ടതിന്റെ ആവശ്യകത എന്നിവ ആഴത്തിൽ വിശകലനം ചെയ്യും.

I. ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് സിസ്റ്റങ്ങളെ നേരിടുന്ന "അദൃശ്യ കൊലയാളി"

ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് പവർ സ്റ്റേഷനുകൾ തുറന്ന വായുവിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്ന "ഉരുക്ക് യോദ്ധാക്കൾ" പോലെയാണ്, നിരന്തരം വിവിധ കഠിനമായ പരീക്ഷണങ്ങൾ സഹിക്കുന്നു.

1.1 മിന്നലാക്രമണ പ്രശ്നങ്ങൾ:

പ്രത്യേകിച്ച്, മിഡിൽ ഈസ്റ്റിലും തെക്കുകിഴക്കൻ ഏഷ്യയിലും, ഒരൊറ്റ ഇടിമിന്നൽ സീസൺ സംരക്ഷണം ഇല്ലാത്ത സംവിധാനങ്ങളെ തളർത്തും.
1.2 പവർ ഗ്രിഡ് ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ:
ഞാൻ ചുമതല വഹിച്ചിരുന്ന ചിലിയൻ പദ്ധതിയിൽ, ഗ്രിഡ് വോൾട്ടേജിലെ പെട്ടെന്നുള്ള വർദ്ധനവ് കാരണം നിരവധി ഉപകരണങ്ങൾ കത്തിനശിച്ചു.

1.3 ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് അപകടസാധ്യത:
കഴിഞ്ഞ വർഷം, ജർമ്മനിയിലെ ഒരു പ്രോജക്റ്റിൽ കേബിളുകൾ പഴകിയത് കാരണം ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് സംഭവിച്ചു, അത് തീപിടുത്തത്തിന് വരെ കാരണമായി.

ഈ അപകടസാധ്യതകൾ അതിശയോക്തിയല്ല. ഇന്റർനാഷണൽ ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് സേഫ്റ്റി അലയൻസ് അനുസരിച്ച്, 60%-ത്തിലധികം ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് സിസ്റ്റം പരാജയങ്ങളും വേണ്ടത്ര വൈദ്യുത സംരക്ഷണം ഇല്ലാത്തതുകൊണ്ടാണ്.

II. സർജ് പ്രൊട്ടക്റ്റീവ് ഡിവൈസുകളുടെ (SPD) പ്രധാന പ്രവർത്തനങ്ങൾ

2.1 പ്രവർത്തന തത്വം
മെറ്റൽ ഓക്സൈഡ് വാരിസ്റ്ററുകൾ (MOV) അല്ലെങ്കിൽ ഗ്യാസ് ഡിസ്ചാർജ് ട്യൂബുകൾ (GDT) വഴി SPD ക്ഷണികമായ ഓവർ വോൾട്ടേജ് നിലത്തേക്ക് തിരിച്ചുവിടുന്നു, ഇത് വോൾട്ടേജിനെ സുരക്ഷിതമായ പരിധിക്കുള്ളിൽ പരിമിതപ്പെടുത്തുന്നു. ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് സിസ്റ്റങ്ങളിൽ, SPD-കൾ സാധാരണയായി ഇനിപ്പറയുന്ന സ്ഥലങ്ങളിൽ ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്യപ്പെടുന്നു:
ഡിസി സൈഡ് (മൊഡ്യൂളുകൾക്കും ഇൻവെർട്ടറിനും ഇടയിൽ): മിന്നൽ മൂലമുണ്ടാകുന്ന സർജുകളിൽ നിന്ന് പരിരക്ഷിക്കുന്നതിന്.
എസി സൈഡ് (ഇൻവെർട്ടറിനും ഗ്രിഡിനും ഇടയിൽ): ഗ്രിഡ് സൈഡിൽ നിന്നുള്ള അമിത വോൾട്ടേജ് അടിച്ചമർത്താൻ.

2.2 പ്രധാന പാരാമീറ്ററുകൾ
പരമാവധി തുടർച്ചയായ ഓപ്പറേറ്റിംഗ് വോൾട്ടേജ് (Uc): ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് സിസ്റ്റത്തിന്റെ വോൾട്ടേജ് ലെവലുമായി (1000V DC അല്ലെങ്കിൽ 1500V DC പോലുള്ളവ) പൊരുത്തപ്പെടണം.
ഡിസ്ചാർജ് കറന്റ് (ഇൻ/ഐഇമ്പ്): മിന്നൽ കറന്റ് ഡിസ്ചാർജ് ചെയ്യാനുള്ള കഴിവിനെ പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് സിസ്റ്റങ്ങൾക്ക് സാധാരണയായി 20kA അല്ലെങ്കിൽ അതിൽ കൂടുതൽ ആവശ്യമാണ്.
വോൾട്ടേജ് സംരക്ഷണ നില (മുകളിലേക്ക്): ശേഷിക്കുന്ന വോൾട്ടേജ് വലുപ്പം നിർണ്ണയിക്കുന്നു, കൂടാതെ സംരക്ഷിത ഉപകരണങ്ങളുടെ താങ്ങാനാവുന്ന വോൾട്ടേജിനേക്കാൾ കുറവായിരിക്കണം.

2.3 ആവശ്യകത
ഇൻവെർട്ടറുകൾ, കോമ്പിനർ ബോക്സുകൾ തുടങ്ങിയ വിലകൂടിയ ഉപകരണങ്ങൾക്ക് സർജുകൾ മൂലം കേടുപാടുകൾ സംഭവിക്കുന്നത് തടയുക.
അന്താരാഷ്ട്ര മാനദണ്ഡങ്ങളും (IEC 6164331, UL 1449 പോലുള്ളവ) ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് പവർ സ്റ്റേഷനുകൾക്കുള്ള സ്വീകാര്യത ആവശ്യകതകളും പാലിക്കുക.

Ⅲ. സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കറുകളുടെയും ഫ്യൂസുകളുടെയും പ്രവർത്തനവും തിരഞ്ഞെടുപ്പും

3.1 സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കർ
പ്രവർത്തനം:
•ഓവർലോഡ് സംരക്ഷണം: കറന്റ് നിശ്ചിത മൂല്യത്തിൽ കൂടുതലാകുമ്പോൾ (റേറ്റുചെയ്ത കറന്റിന്റെ 1.3 മടങ്ങ് പോലുള്ളവ), തെർമൽ ട്രിപ്പ് മെക്കാനിസം പ്രവർത്തിക്കുന്നു.
•ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് സംരക്ഷണം: ഇലക്ട്രോമാഗ്നറ്റിക് ട്രിപ്പ് മെക്കാനിസം മില്ലിസെക്കൻഡുകൾക്കുള്ളിൽ ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് കറന്റ് (10kA പോലുള്ളവ) വിച്ഛേദിക്കുന്നു.

•ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്‌ക്കിനുള്ള ആപ്ലിക്കേഷൻ സവിശേഷതകൾ:
ഒരു സമർപ്പിത DC സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കർ (DC 1000V/1500V പോലുള്ളവ) തിരഞ്ഞെടുക്കേണ്ടതുണ്ട്.
ബ്രേക്കിംഗ് കപ്പാസിറ്റി സിസ്റ്റം ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് കറന്റുമായി (സാധാരണയായി ≥ 15kA) പൊരുത്തപ്പെടണം.

3.2 ഫ്യൂസ്
പ്രവർത്തനം:
ഫ്യൂസ് എലമെന്റ് ഉരുക്കുന്നതിലൂടെ, തകരാറുള്ള സർക്യൂട്ട് വേഗത്തിൽ ഒറ്റപ്പെടുത്താനും സീരീസ്-ബന്ധിത ശാഖയെ സംരക്ഷിക്കാനും ഇതിന് കഴിയും.

പ്രയോജനങ്ങൾ:
വിച്ഛേദിക്കൽ വേഗത കൂടുതലാണ് (മൈക്രോസെക്കൻഡ് തലത്തിൽ), ഉയർന്ന ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് കറന്റ് സാഹചര്യങ്ങൾക്ക് അനുയോജ്യമാണ്.
ഇത് വലിപ്പത്തിൽ ചെറുതാണ്, പരിമിതമായ സ്ഥലമുള്ള കറന്റ് കൊണ്ടുപോകുന്ന ബോക്സുകൾക്ക് അനുയോജ്യമാണ്.

3.3 SPD യുമായുള്ള സഹകരണം

വോൾട്ടേജ് സംരക്ഷണത്തിന് SPD ഉത്തരവാദിയാണ്, അതേസമയം സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കറുകൾ/ഫ്യൂസ് പ്രൊട്ടക്ടറുകൾ കറന്റ് സംരക്ഷണത്തിന് ഉത്തരവാദികളാണ്.
സർജ് ബ്രേക്ക്ഡൗൺ കാരണം SPD പരാജയപ്പെടുമ്പോൾ, തീ തടയുന്നതിന് സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കറുകൾക്കോ ​​ഫ്യൂസ് പ്രൊട്ടക്ടറുകൾക്കോ ​​തകരാറുള്ള സർക്യൂട്ട് ഉടനടി വിച്ഛേദിക്കാൻ കഴിയും.

Ⅳ. മൾട്ടി-ലെവൽ പ്രൊട്ടക്ഷൻ സിസ്റ്റത്തിന്റെ കേസ് പഠനം.

ഉദാഹരണത്തിന് 1MW ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് പവർ സ്റ്റേഷൻ എടുക്കുക:
4.1 ഡിസി വശത്തെ സംരക്ഷണം
ഘടക പരമ്പര ശാഖകൾ: ഓരോ പരമ്പരയ്ക്കും ഫ്യൂസുകൾ (10A gPV തരം പോലുള്ളവ) ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്യുക.
കോമ്പിനർ ബോക്സിന്റെ എൻട്രി: ടൈപ്പ് II SPD (മുകളിലേക്ക് ≤ 1.5kV), DC സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കർ (63A) എന്നിവ ഇൻസ്റ്റാൾ ചെയ്യുക.

4.2 എസി വശത്തെ സംരക്ഷണം
ഇൻവെർട്ടറിന്റെ ഔട്ട്‌പുട്ട് അവസാനം: കോൺഫിഗർ ടൈപ്പ് 1+2 SPD (Iimp ≥ 12.5kA) ഉം മോൾഡഡ് കേസ് സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കറും (250A).

4.3 ഫോൾട്ട് സിനാരിയോ സിമുലേഷൻ
മിന്നലാക്രമണം ഉണ്ടാകുമ്പോൾ: SPD സർജ് കറന്റ് പുറത്തുവിടുകയും 2kV യിൽ താഴെയുള്ള വോൾട്ടേജ് ക്ലാമ്പ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു; ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് കാരണം SPD പരാജയപ്പെടുകയാണെങ്കിൽ, സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കർ ട്രിപ്പ് ചെയ്യുന്നു.
ലൈൻ ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് ഉണ്ടാകുമ്പോൾ: തെർമൽ സ്പോട്ട് ഇഫക്റ്റ് വ്യാപിക്കുന്നത് തടയാൻ ഫ്യൂസ് 5 മീറ്ററിനുള്ളിൽ ഉരുകുന്നു.

Ⅴ. തിരഞ്ഞെടുക്കലിനും ഇൻസ്റ്റാളേഷനുമുള്ള മുൻകരുതലുകൾ

5.1 SPD തിരഞ്ഞെടുപ്പ്
ഡിസി വശത്തിന്, സാധാരണ എസി എസ്പിഡിയുടെ റിവേഴ്സ് കറന്റ് പ്രശ്നം ഒഴിവാക്കാൻ ഒരു ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക്-നിർദ്ദിഷ്ട എസ്പിഡി (പിവിഎസ്പിഡി പോലുള്ളവ) തിരഞ്ഞെടുക്കണം.
താപനില മാർജിൻ പരിഗണിക്കണം (ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള സാഹചര്യങ്ങളിൽ യുസി ഒരു മാർജിൻ വിടേണ്ടതുണ്ട്).

5.2 സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കർ/ഫ്യൂസ് പൊരുത്തപ്പെടുത്തൽ
സിസ്റ്റത്തിന്റെ പരമാവധി ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് കറന്റിനേക്കാൾ ബ്രേക്കിംഗ് കപ്പാസിറ്റി കൂടുതലായിരിക്കണം (സ്ട്രിംഗിന്റെ ഫോൾട്ട് കറന്റ് 1.5kA വരെ എത്തിയേക്കാം).
ഫ്യൂസിന്റെ റേറ്റുചെയ്ത കറന്റ്, ഘടക ഷോർട്ട് സർക്യൂട്ട് കറന്റിന്റെ (Isc) 1.56 മടങ്ങിൽ കൂടുതലായിരിക്കണം (NEC 690.8 അനുസരിച്ച്).

5.3 സിസ്റ്റം ഇന്റഗ്രേഷൻ നിർദ്ദേശങ്ങൾ
ശേഷിക്കുന്ന വോൾട്ടേജ് കുറയ്ക്കുന്നതിന് SPD യ്ക്കും സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കറിനും ഇടയിലുള്ള വയറിന്റെ നീളം ≤ 0.5m ആയിരിക്കണം.
SPD സ്റ്റാറ്റസ് സൂചകങ്ങളുടെ പതിവ് പരിശോധനകൾ നടത്തുകയും, പരാജയപ്പെട്ട മൊഡ്യൂളുകൾ യഥാസമയം മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുകയും വേണം.

Ⅵ. വ്യവസായ പ്രവണതകളും സ്റ്റാൻഡേർഡ് അപ്‌ഡേറ്റുകളും
•ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് ആവശ്യകത: 1500V ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് സിസ്റ്റങ്ങൾ വ്യാപകമായി സ്വീകരിക്കപ്പെടുന്നതോടെ, SPD-കളുടെയും സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കറുകളുടെയും പ്രതിരോധശേഷിയുള്ള വോൾട്ടേജ് ലെവലുകൾ സമന്വയിപ്പിച്ച് വർദ്ധിപ്പിക്കേണ്ടതുണ്ട്.

•ഇന്റലിജന്റ് മോണിറ്ററിംഗ്: വിദൂര തെറ്റ് നേരത്തെയുള്ള മുന്നറിയിപ്പ് നേടുന്നതിനായി താപനില സെൻസറുകളും വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ ഫംഗ്ഷനുകളും സംയോജിപ്പിക്കുന്ന ഇന്റലിജന്റ് SPD-കൾ ക്രമേണ പ്രയോഗിക്കുന്നു.

•സ്റ്റാൻഡേർഡ് ബലപ്പെടുത്തൽ: IEC 625482023 ന്റെ പുതിയ പതിപ്പ് ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് സിസ്റ്റങ്ങൾക്കായുള്ള സംരക്ഷണ ഉപകരണങ്ങളിൽ കർശനമായ ഏകോപന ആവശ്യകതകൾ ഏർപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്.

തീരുമാനം
ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് സിസ്റ്റങ്ങളിൽ, സർജ് പ്രൊട്ടക്ടറുകൾ, സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കറുകൾ, ഫ്യൂസുകൾ എന്നിവ ഒരു സമ്പൂർണ്ണ "വോൾട്ടേജ്-കറന്റ്" സഹകരണ സംരക്ഷണ സംവിധാനമാണ്. ഈ ഘടകങ്ങളുടെ ശരിയായ തിരഞ്ഞെടുപ്പും കോൺഫിഗറേഷനും ഉപകരണങ്ങളുടെ സേവന ആയുസ്സ് വർദ്ധിപ്പിക്കാനും പ്രവർത്തന, പരിപാലന ചെലവുകൾ കുറയ്ക്കാനും മാത്രമല്ല, പവർ സ്റ്റേഷനുകളുടെ സുരക്ഷിതമായ പ്രവർത്തനം ഉറപ്പാക്കുന്നതിനുള്ള അവശ്യ വ്യവസ്ഥകൾ കൂടിയാണ്. സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വികസനത്തോടെ, ഈ സംരക്ഷണ ഉപകരണങ്ങളുടെ സംയോജനവും ബുദ്ധിശക്തിയും ഭാവിയിൽ ഫോട്ടോവോൾട്ടെയ്ക് സിസ്റ്റങ്ങളുടെ വിശ്വാസ്യത കൂടുതൽ വർദ്ധിപ്പിക്കും.