फोटोवोल्टिक पैनलों को विद्युत खतरों से कैसे बचाता है PV सर्किट ब्रेकर?

PV सर्किट ब्रेकर के मुख्य सुरक्षात्मक कार्य

थर्मल-चुंबकीय ट्रिपिंग के माध्यम से अतिधारा और लघु-परिपथ की सुरक्षा

एक PV सर्किट ब्रेकर में थर्मल-चुंबकीय द्वैध प्रणाली होती है, जो लंबे समय तक के अतिभार और अचानक घटित होने वाली छोटी अवधि की विफलताओं पर प्रतिक्रिया कर सकती है। उदाहरण के लिए, यदि सौर पैनल पर अत्यधिक तीव्रता के सूर्यप्रकाश के कारण प्रणाली में बहुत अधिक धारा लंबे समय तक प्रवाहित होती है, तो ब्रेकर का थर्मल भाग एक धातु स्ट्रिप को विकृत करके और तोड़कर सर्किट ब्रेक को सक्रिय करता है। दूसरी ओर, यदि कोई समस्या उत्पन्न होती है और धारा उस सामान्य मान से अधिक हो जाती है, जिसके लिए प्रणाली को डिज़ाइन किया गया है, तो ब्रेकर का चुंबकीय भाग प्रतिक्रिया करता है; इस स्थिति में, धारा सामान्य मान से तीन गुना अधिक हो जाती है। चुंबकीय कुंडली केंद्रित हो जाती है और सर्किट के संपर्कों को इस प्रकार तोड़ देती है कि कोई भी दोष धारा दोषपूर्ण रूप से असुरक्षित रूप से प्रवाहित नहीं हो सकती है। यह तीव्र प्रतिक्रिया इन्सुलेशन को क्षतिग्रस्त होने से रोकेगी, अतितापन को रोकेगी और ज्वलनशील पदार्थों (जिनमें PV केबलें भी शामिल हैं) के निकट आग के स्रोतों को रोकेगी। ब्रेकर की मुख्य विशेषता यह है कि यह फ्यूज़ से भिन्न है, क्योंकि इसे रीसेट किया जा सकता है, अर्थात् ब्रेकर को पुनः सक्रिय किया जा सकता है और इसे पुनः संचालन के लिए तैयार किया जा सकता है, जिससे ऐसी PV स्थापनाओं में प्रणाली का अवरोध समय कम हो जाता है। इस संदर्भ में, PV ब्रेकर विशेष रूप से बड़े पैमाने के वाणिज्यिक PV बिजली संयंत्रों के लिए लाभदायक हैं, जहाँ प्रणाली का उपयोग समय (अपटाइम) अत्यंत महत्वपूर्ण होता है।

डीसी दोष धारा अवरोधन: फोटोवोल्टिक प्रणालियों में मानक एसी ब्रेकर के उपयोग के जोखिम

मानक एसी ब्रेकर फोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों में प्रभावी नहीं होते हैं, क्योंकि वे डीसी आर्क को प्रभावी ढंग से बुझा नहीं सकते हैं। एसी शक्ति प्रति सेकंड 100 से 120 अंतरालों में प्राकृतिक रूप से शून्य पर वापस आ जाती है, जिससे आर्क रुक जाता है। डीसी प्रणालियों में ऐसे शून्य-क्रॉसिंग नहीं होते हैं; अतः आर्क स्वतः नहीं रुकते हैं। वास्तव में, अध्ययनों से पता चलता है कि स्पाइक आर्क पुनः प्रज्वलन के मामले में मानक एसी ब्रेकर डीसी-विशिष्ट ब्रेकर की तुलना में अधिक खराब होते हैं: 78% पुनः प्रज्वलन दर। बंद आर्क का तापमान 6,000°F तक पहुँच सकता है—जो तांबे के बसबार को पिघलाने के लिए पर्याप्त गर्मी है। यही कारण है कि सौर अनुप्रयोगों में मानक एसी ब्रेकर पर्याप्त नहीं हैं; डीसी-विशिष्ट ब्रेकर की आवश्यकता होती है, जैसे कि वे जिनमें आर्क च्यूट्स (arc chutes) शामिल होते हैं। आर्क च्यूट्स को इस प्रकार डिज़ाइन किया गया है कि आर्क को केवल विद्युतचुंबकीय प्रतिकर्षण के सिद्धांत द्वारा ही नहीं, बल्कि आर्क की लंबाई को बढ़ाकर भी बुझाया जाए—ताकि वह पुनः प्रज्वलित होने से पहले ठंडा हो सके। यह 600 से 1500 वोल्ट के उपयोगिता-पैमाने के परियोजनाओं में निवेश की सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए एक आवश्यकता है।

डीसी आर्क दमन: पीवी सर्किट में शून्य क्रॉसिंग की समस्या का समाधान कैसे करें

पीवी सर्किट ब्रेकर्स आर्किंग को कैसे कम करते हैं

चूँकि डीसी वोल्टेज में कोई प्राकृतिक शून्य बिंदु नहीं होता है, जब कोई दोष उत्पन्न होता है, तो डीसी वोल्टेज अविरत आर्क उत्पन्न करता है और वोल्टेज के 80% में अविरत आर्क होते हैं (NREL 2023)। ये आर्क कंडक्टर्स को 3000 डिग्री सेल्सियस से अधिक गर्म करने में सक्षम होते हैं, जिससे एक महत्वपूर्ण अग्नि संबंधी खतरा उत्पन्न हो जाता है। इसे रोकने के लिए, पीवी सर्किट ब्रेकर्स में चुंबकीय आर्क च्यूट्स नामक घटक शामिल होते हैं, जो एक नियंत्रित चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं जो आर्क को पकड़ता है, लंबा करता है और ठंडा करता है। चुंबकीय आर्क च्यूट की प्रभावशीलता इस बात पर निर्भर करती है कि वह आर्क को छोटे-छोटे खंडों में कितनी आसानी से विभाजित कर सकता है और कुछ मिलीसेकंड के भीतर आर्क को बुझा सकता है। यह उच्च वोल्टेज डीसी अनुप्रयोगों में थर्मल रनअवे सुरक्षा और संचालन सुरक्षा प्रदान करता है।

उच्च वोल्टेज डायरेक्ट करंट (डीसी) प्रणालियों और सर्किट ब्रेकर्स के आसपास का रहस्य

जैसे-जैसे सीसी सिस्टम वोल्टेज बढ़ता है, वैसे-वैसे फोटोवोल्टिक सिस्टम की दक्षता भी बढ़ जाती है, हालांकि, आर्किंग से जुड़ी ऊर्जा भी बढ़ जाती है। उदाहरण के लिए, 1500 वी डीसी प्रणाली 400 वी डीसी प्रणाली की 15 गुना आर्किंग ऊर्जा का उत्पादन कर सकती है। यह हमें एक अनूठी चुनौती के साथ प्रस्तुत करता है। जितनी अधिक दक्षता होगी, हमें दोष को जल्दी से साफ करने की आवश्यकता होगी, और जितनी अधिक मजबूत प्रणालीएं हमें लागू करने की आवश्यकता होगी। आधुनिक पीवी सर्किट ब्रेकर अब इन समस्याओं को कम करने में सक्षम हैं, और कई नई विशेषताएं UL 2024 अनुपालन के साथ करना है, जो अब हम चर्चा करेंगे, इस फिर से डिजाइन पीवी सर्किट ब्रेकर प्रौद्योगिकी सक्षम किया है।

अति-तेज़ यात्रा समय (3ms या उससे कम) और संबंधित आर्क शमन (ब्रेकर संपर्कों के बीच अंतराल, और कई चरणों के आर्क स्प्रूट्स, एक सर्किट को बाधित करते समय आर्क शमन को बेहतर बनाने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं) ।

डीसी वोल्टेज और आर्क शमन क्षमता के संबंध में ब्रेकर ट्रिप सेटिंग्स को भी सिस्टम के भीतर उपयोग किए जाने वाले वोल्टेज के अनुरूप समायोजित किया गया है।

सुरक्षा सुविधा 400V सिस्टम 1500V सिस्टम महत्वपूर्ण अंतर

ट्रिप गति 10ms ≤3ms 70% तीव्रतर प्रतिक्रिया

आर्क च्यूट विभाजन 8 से 10 15 से 20 100% अधिक विभाजन

संपर्क अंतर 10mm 25mm 150% बड़ा अंतर

ये डिज़ाइन विशेषताएँ 'अनियंत्रित आर्किंग'—एक ऐसी दोष स्थिति को काफी कम कर देंगी या पूरी तरह समाप्त कर देंगी, जो उच्च वोल्टेज सिस्टम में लगातार और क्षतिकारक आर्किंग का कारण बन सकती है, भले ही सर्किट ब्रेकर संचालित हो चुका हो। यह बात यह भी स्पष्ट रूप से स्थापित करती है कि पारंपरिक एसी सर्किट ब्रेकर्स का उपयोग उच्च वोल्टेज PV सिस्टम में क्यों नहीं किया जा सकता।

स्ट्रिंग-स्तरीय सुरक्षा: समानांतर PV ऐरे में विपरीत धारा और आग को कैसे रोकें

छायांकन और मॉड्यूल विफलता के दौरान विपरीत धारा द्वारा उत्पन्न खतरा और PV सर्किट ब्रेकर्स के उपयोग द्वारा क्रमिक दोषों को कैसे नियंत्रित किया जाता है।

जब सौर पैनलों पर छायांकन होता है या *समानांतर* स्थापनाओं में मॉड्यूल विफलताएँ उत्पन्न होती हैं, तो कुछ अप्रत्याशित विद्युत घटनाएँ होती हैं। एक प्रभावित स्ट्रिंग पर ध्यान केंद्रित करने पर: यह अन्य स्ट्रिंग्स के विपरीत व्यवहार करने लगती है। यह ऊर्जा उत्पन्न करने के बजाय वास्तव में ऊर्जा का अवशोषण करने लगती है। इस व्यवहार का परिणाम काफी चिंताजनक है: विपरीत दिशा में प्रवाहित होने वाली ऊर्जा के कारण ऐसा क्या होता है जिसे *हॉट स्पॉट* (गर्म स्थान) कहा जाता है। यह फोटोवोल्टिक (PV) प्रणालियों में सबसे खतरनाक घटनाओं में से एक है और इसे प्रभावित स्ट्रिंग पर विद्युत रोधन सामग्रियों के स्व-प्रज्वलन का कारण बनने के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है। यदि इसे अनदेखा कर दिया जाए, तो स्ट्रिंग्स के एक सेट में एकल दोष के परिणामस्वरूप पूरी स्ट्रिंग में श्रृंखलाबद्ध दोष उत्पन्न हो सकते हैं। ऐसे व्यवहार का साहित्य में अच्छी तरह से दस्तावेज़ीकरण किया गया है। पिछले वर्ष प्रकाशित NREL के शोध में दस्तावेज़ीकृत किया गया कि PV पैनलों की स्ट्रिंग्स में अनियंत्रित दोषों के परिणामों की लागत, उन दोषों की लागत से तीन गुना तक अधिक हो सकती है। यह शोध स्पष्ट रूप से दर्शाता है कि स्थिति कितनी तेज़ी से अनियंत्रित हो सकती है।

फोटोवोल्टिक (PV) सर्किट ब्रेकर्स समस्याओं की पहचान करते हैं और धारा की दिशा की पहचान करके उनके फैलने को रोकते हैं। यदि प्रतिलोम धारा स्ट्रिंग की रेटिंग के 10% से अधिक हो जाती है, तो स्वदेशी निर्मित चुंबकीय सेंसर मिलीसेकंड के भीतर सक्रिय हो जाते हैं और खराब भाग से बिजली को डिस्कनेक्ट कर देते हैं, जबकि सिस्टम के शेष भाग को अप्रभावित छोड़ दिया जाता है। इसके अतिरिक्त, इन ब्रेकर्स में विशेष मॉड्यूलर डिज़ाइन होते हैं जो आर्क को तोड़ते हैं और आर्क को ब्रेकर के बाहर ही संरक्षित करते हैं, जिससे खतरनाक डीसी प्लाज्मा के निर्माण को रोका जाता है जो आग लगाने का कारण बन सकता है। एक ही स्ट्रिंग तक समस्याओं को सीमित करके, ये उपकरण सौर स्थापनाओं को महंगे उपकरण क्षति से बचाने, सुरक्षित रूप से संचालन जारी रखने और सबसे महत्वपूर्ण बात यह कि बड़े पैमाने पर सौर स्थापनाओं के भीतर आग के फैलाव को रोकने में सहायता प्रदान करते हैं।

एकीकृत ग्राउंड फॉल्ट डिटेक्शन और NEC अनुपालन: PV सर्किट ब्रेकर में ग्राउंड फॉल्ट डिटेक्शन प्रणालियाँ शामिल होती हैं, जो कर्मचारियों को घातक रिसाव धाराओं से सुरक्षा प्रदान करने में सहायता करती हैं, जिनसे विद्युत झटका और आग लग सकती है। ये उपकरण आंतरिक चालकों की निरंतर निगरानी करते हैं और जब ग्राउंड फॉल्ट धारा NEC अनुच्छेद 690 द्वारा परिभाषित 6mA के दहलीज मान को पार कर जाती है, तो सर्किट को डिस्कनेक्ट कर देते हैं। ये ब्रेकर DC ग्राउंड फॉल्ट्स का पता लगाने और उन्हें डिस्कनेक्ट करने में सक्षम हैं, जो अन्य प्रकार के ग्राउंड फॉल्ट्स की तुलना में अधिक खतरनाक होते हैं। ग्राउंड फॉल्ट्स तब होते हैं जब नमी प्रणाली में प्रवेश कर जाती है या जब प्रणाली की विद्युतरोधन प्रणाली विफल हो जाती है और ग्राउंड फॉल्ट्स विकसित होते हैं। अधिकांश घरेलू AC सर्किट ब्रेकर ग्राउंड फॉल्ट्स का पता नहीं लगा सकते, क्योंकि उनकी संवेदनशीलता कम होती है और DC फॉल्ट धारा के परिपथ अंतरण के लिए उनका स्विचिंग तंत्र अनुपयुक्त होता है। संवेदनशीलता और अंतरण क्षमता को NEC 2020 नियमों, विशेष रूप से धारा 690.41(B) की आवश्यकताओं को पूरा करना आवश्यक है। नए PV सर्किट ब्रेकर उपरोक्त आवश्यकताओं से अधिक हैं, क्योंकि वे वास्तविक समय में दोष का पता लगाने और सही प्रकार के DC चुंबकीय ट्रिप उपकरण के संयोजन के कारण अधिक कुशल हैं। यह संयोजन और एकीकृत कम प्रतिबाधा उपकरण ग्राउंडिंग कंडक्टर (EGC) ग्राउंडिंग परिपथ उत्तर अमेरिका भर की असंख्य सौर स्थापनाओं में दोष निवारण की उच्च विश्वसनीयता और गति प्रदान करते हैं। अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न: PV सर्किट ब्रेकर एक सामान्य सर्किट ब्रेकर से किस प्रकार भिन्न है? सामान्य AC सर्किट ब्रेकर के विपरीत, जो स्थायी DC आर्क से सुरक्षा प्रदान करने में असमर्थ होते हैं और इसलिए आग और क्षति का कारण बन सकते हैं, PV सर्किट ब्रेकर स्थायी DC आर्क से सुरक्षा प्रदान करते हैं और इसलिए फोटोवोल्टिक प्रणालियों में सफलतापूर्ण रूप से कार्य करने में सक्षम होते हैं।

चुंबकीय आर्क शूट्स क्या सुरक्षात्मक भूमिका निभाते हैं?

चुंबकीय आर्क शूट्स लगातार चलने वाले डीसी आर्क को तोड़ने और ठंडा करने तथा थर्मल रनअवे को रोकने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण हैं। वे पीवी सिस्टम्स को सुरक्षा और विश्वसनीयता प्रदान करते हैं, यहाँ तक कि 1500V जैसे उच्च वोल्टेज पर भी।

उच्च वोल्टेज डीसी सिस्टम का क्या अर्थ है?

उच्च डीसी सिस्टम वोल्टेज का अर्थ है उच्च दक्षता, लेकिन साथ ही उच्च आर्क ऊर्जा भी। इससे क्षति को न्यूनतम करने और सुरक्षा को बनाए रखने के लिए तीव्र ट्रिप वक्रों तथा शक्तिशाली क्वेंचिंग की आवश्यकता होती है।

पीवी सर्किट ब्रेकर रिवर्स करंट्स के संबंध में क्या कार्य करते हैं?

पीवी सर्किट ब्रेकर रिवर्स करंट का पता लगाते हैं और चुंबकीय सेंसर्स का उपयोग करके केवल प्रभावित खंड में ही सर्किट को खोल देते हैं, जिससे डोमिनो प्रभाव और आग को रोका जा सकता है।

ये ब्रेकर एनईसी मानकों को कैसे पूरा करते हैं?

एनईसी मानकों को पूरा करने के लिए, पीवी सर्किट ब्रेकर्स को ग्राउंड फॉल्ट सर्किट ब्रेकर्स के साथ डिज़ाइन किया गया है, जो विद्युत झटके और आग को रोकने के लिए डीसी दोषों और रिसाव धाराओं का नियंत्रण एवं पता लगाने का कार्य करते हैं।