சூரிய மின்சார உற்பத்தி அமைப்புகளில் PV சுற்று முறிப்பான் ஏன் அவசியமாகும்?

டிசி விற்கு விலக்கு ஆபத்துகள் மற்றும் PV பயன்பாடுகளில் பொதுவான AC வெட்டிகள் ஏன் தவறுகின்றன

தொடர்ச்சியான டிசி விற்கு விலக்கு: PV அணிகள் எவ்வாறு தொடர்ந்து செயல்படும் ஆற்றல் மூலங்களாகச் செயல்படுகின்றன

சூரிய வரிசைகள் (சோலார் அரேஸ்) தொடர்ச்சியான நேரடி மின்னோட்டத்தை (டிசி) உருவாக்குகின்றன, இது தனித்துவமான மின்னியல் ஆபத்துகளை ஏற்படுத்துகிறது. மாறுதிசை மின்னோட்டத்தைப் (ஏசி) போலல்லாமல், டிசியில் இயல்பான பூஜ்ஜிய-குறுக்கீட்டு (ஜீரோ-கிராஸிங்) புள்ளிகள் இல்லை—இதனால் ஒரு முறை தொடங்கிய விற்கள் (ஆர்க்ஸ்) எந்த வரம்பும் இன்றி தொடர்ந்து நிலைத்து நிற்க முடியும். பிவி (PV) மாட்யூள்கள் தொடர்ந்து செயல்படும் ஆற்றல் மூலங்களாகச் செயல்படுகின்றன, இவை 600V டிசிக்கு மேற்பட்ட மின்னழுத்தத்தில் விற்களை நிலைத்து நிறுத்த வல்லவை. இந்த நிலைத்த விற்கள் 6,000°F (ஃபாரன்ஹீட்) வெப்பநிலையை எட்டுகின்றன—இது தாமிரக் கடத்திகளை உருக்கி, சுற்றியுள்ள பொருட்களை எரிக்க வல்லது. ஐக்கிய அமெரிக்காவின் நுகர்வோர் பாதுகாப்பு மற்றும் தயாரிப்பு பாதுகாப்பு ஆணையத்தின் (CPSC) கூற்றுப்படி, டிசி விற்கள் தொடர்பான தவறுகளே ஆண்டுதோறும் சோலார் தொடர்பான தீவிபத்துகளின் 40% ஏற்படுத்துகின்றன. இந்த ஆபத்தைக் குறைக்க, டிசி-தரம் கொண்ட கூறுகள் தேவைப்படுகின்றன; இவற்றில் பிவி சுற்று மின்சார விசையியங்கள் (PV circuit breakers) மிக முக்கியமானவை—அவை காந்த வெடிப்பு சுருள்களை (magnetic blowout coils) மற்றும் நீட்டிக்கப்பட்ட தொடர்பு பிரிவு தூரங்களை (extended contact separation distances) கொண்டுள்ளன, இவை ஃபோட்டோவோல்டாயிக் (photovoltaic) அமைப்புகளின் பாதுகாப்புக்காக குறிப்பிட்ட வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டவை.

பூஜ்ஜிய-குறுக்கீட்டு இல்லாமை: டிசி சுற்றுகளில் ஏசி விசையியங்களின் அடிப்படையான குறைபாடு

தரமான மாறுதிசை மின்னோட்ட (AC) சுற்று முறிப்பிகள், வில்லை அழிப்பதற்காக இயல்பான மின்னோட்டச் சுழிய கடந்து செல்லும் நிகழ்வை (natural current zero-crossings) நம்புகின்றன—இந்த நிகழ்வு திசைமாறா மின்னோட்ட (DC) அமைப்புகளில் இல்லை. DC சுற்றுகளில் பயன்படுத்தப்படும்போது, அவை பெரும்பாலும் பேரழிவு நிகழ்வுகளில் தோல்வியுறுகின்றன:

இந்த உள்ளார்ந்த வடிவமைப்பு பொருத்தமின்மை காரணமாகவே NEC 690.15 செயல்பாட்டில் DC-தரவரையிடப்பட்ட மின்னோட்ட கட்டுப்பாட்டு சாதனங்களை கட்டாயமாக்குகிறது. PV சுற்று மின்சார விடுபடுத்திகள் வில்விளக்கு அறைகளையும், டீயானைசிங் தகடுகளையும், காந்தப் புல உருவாக்கிகளையும் ஒருங்கிணைத்துள்ளன, இவை DC வில்விளக்குகளை வலுவாக நீட்டி குளிர்விக்கின்றன—இதன் மூலம் 15 மில்லிவினாடிகளுக்குள் தடுப்பு நிகழ்த்தப்படுகிறது, இது தரமான AC மின்சார விடுபடுத்திகளால் மீண்டும் உருவாக்க முடியாத திறனாகும்.

PV சுற்று மின்சார விடுபடுத்தியின் முக்கிய பாதுகாப்பு செயல்பாடுகள்

NEC 690.15 மற்றும் IEC 60947-2 படி மின்னோட்ட கட்டுப்பாடு மற்றும் பாதுகாப்பான தனிமைப்படுத்தல்

PV சுற்று மின்னழுத்த வெட்டிகள் இரட்டை செயல்பாடுகளை வழங்குகின்றன: மிகை மின்னோட்டப் பாதுகாப்பு மற்றும் பாதுகாப்பான தனிமைப்படுத்தல்—இவை பராமரிப்பு மற்றும் அவசர நிலை நடவடிக்கைகளுக்கு மிகவும் முக்கியமானவை. NEC 690.15 என்பது PV அணுகுமுறையை மாற்றி (inverter) இலிருந்து தனிமைப்படுத்தும் வழிமுறையை வெளிப்படையாகக் கட்டாயப்படுத்துகிறது, அதே நேரத்தில் IEC 60947-2 என்பது சூரிய மின்சாரப் பயன்பாடுகளுக்கான குறைந்த மின்னழுத்த சுற்று மின்னழுத்த வெட்டிகளுக்கான செயல்திறன் தரநிலைகளை வரையறுக்கிறது; இதில் அதிக DC குறுகிய சுற்று மின்னோட்டங்களை நம்பகமாக துண்டித்தல் மற்றும் வலுவான குறுகிய சுற்று தாங்குதல் திறன் ஆகியவை அடங்கும். DC மின்னோட்டம் பூஜ்ஜிய-கடந்த புள்ளியில் (zero-crossing) தன்னிச்சையாக அணையாததால், தொடர்ச்சியான விற்கும் வில்லை (arcing) மற்றும் வெப்ப ஓட்டம் (thermal runaway) ஆகியவற்றைத் தடுக்க கட்டுப்படுத்தப்பட்ட வில்லை அடக்கத்தை (arc suppression) வழங்கும் சான்றிதழ் பெற்ற PV வெட்டிகள் மட்டுமே பயன்படுத்தப்பட வேண்டும்.

மின்னழுத்தம் மற்றும் சுமை ஒத்துப்போகும் தன்மை: 1000V/1500V DC தரவரைகள் மற்றும் 125% தொடர்ச்சியான சுமை விதிமுறை

PV சுற்று மின்னழுத்த வெட்டிகள் (circuit breakers) நவீன சூரிய மின்னழுத்த அமைப்புகளின் கடுமையான மின்னழுத்தம் மற்றும் சுமை விவரங்களுக்கு ஏற்றவாறு இருக்க வேண்டும். இவை உயர் DC மின்னழுத்த அமைப்புகளுக்காக தரம் நிர்ணயிக்கப்பட்டுள்ளன—பொதுவாக 1000V அல்லது 1500V—இது வணிக மற்றும் பயன்பாட்டு அளவிலான நிறுவல்களில் ஸ்ட்ரிங் (string) அமைப்புகளை ஏற்றுக்கொள்ள வசதியாக உள்ளது. அத்துடன், NEC-ன் 125% தொடர் சுமை விதியை நிறைவேற்றுவதும் மிகவும் முக்கியம்: மின்னழுத்த வெட்டியின் மின்னோட்டத் திறன் (ampacity), அமைப்பின் குறுக்குச் சுற்று மின்னோட்டத்தின் (Isc) 1.25 மடங்கு அல்லது அதற்கு மேற்பட்டதாக இருக்க வேண்டும். எடுத்துக்காட்டாக, 10A Isc கொண்ட ஒரு ஸ்ட்ரிங்-க்கு குறைந்தபட்சம் 12.5A தரம் கொண்ட மின்னழுத்த வெட்டி தேவைப்படும். முன்னணி தயாரிப்பாளர்கள் திறந்த சுற்று மின்னழுத்தத்திற்கான (Voc) தரம் குறைத்தலையும் (derating) பரிந்துரைக்கின்றனர்; இது அதிகரித்த சூழல் வெப்பநிலைகளில் நம்பகத்தன்மையை உறுதி செய்ய 1.2 × Voc வரை இயங்கும் வகையில் திறனை வரையறுக்கின்றனர்—இது தவறான (nuisance) ட்ரிப்பிங்-ஐத் தடுத்து, வலுவான மிகஅதிக சுமை பாதுகாப்பை பராமரிக்கிறது.

ஒழுங்குமுறை கட்டாயங்கள்: UL 489B சான்றிதழ் மற்றும் AHJ ஏற்பு

UL 489B — PV சுற்று மின்னழுத்த வெட்டிகளின் பாதுகாப்பு மற்றும் செயல்திறனுக்கான தொழில் தரத்தின் முன்னோடி அளவுகோல்

UL 489B என்பது போட்டோவோல்டாயிக் (PV) சுற்று மின்சார விசைகளுக்கான இறுதியான பாதுகாப்புத் தரநிலையாகும், இது டிசி (DC) போட்டோவோல்டாயிக் அமைப்புகளின் தனித்தன்மையான சவால்களை ஏற்றுக்கொள்கிறது. இது டிசி மிகை-மின்னோட்ட தடுப்பு, விற்கு தடுப்பு (arc fault suppression), மற்றும் நீடித்த உயர் மின்னழுத்த வடிவமைப்பு சோதனைகளுக்கான கண்டிப்பான தேவைகளை விதிக்கிறது — இது ஒரு சாதனத்தின் ஆபத்தான விற்குகளை உருவாக்காமல் குறைபாடு கொண்ட மின்னோட்டத்தை தடுக்கும் திறனை உறுதிப்படுத்துகிறது. அதிகாரம் பெற்ற அதிகாரிகள் (AHJs) அனைவரும் UL 489B சான்றிதழை அங்கீகாரத்திற்கான அடிப்படை தரநிலையாக கட்டாயமாக தேவைப்படுத்துகின்றனர். வடிவமைப்பாளர்கள், ஆய்வாளர்கள் மற்றும் நிறுவுபவர்களுக்கு, UL 489B-பட்டியலில் உள்ள மின்சார விசைகளை குறிப்பிடுவது ஐயப்பாடுகளை நீக்குகிறது, திட்ட நிராகரிப்பைத் தடுக்கிறது மற்றும் விலையுயர்ந்த மீண்டும் வேலைகளைத் தவிர்க்கிறது. UL 489B கீழ் மூன்றாம் தரப்பு சான்றிதழ், சாதனம் உண்மையான குறைபாடு நிலைகளில் பொறியியல் முறையில் வடிவமைக்கப்பட்டபடி செயல்படும் என்பதை அதிகாரபூர்வமாக உறுதிப்படுத்துகிறது.

போட்டோவோல்டாயிக் மின்சார விசைகளை தவறுதலாக விடுபடுத்துதல் அல்லது தவறாக பயன்படுத்துதலின் உண்மையான விளைவுகள்

தீ அபாயம், அமைப்பு நிறுத்தம் மற்றும் குறியீடு மீறல்கள்: CPSC மற்றும் NREL தரவுகளின் விழிப்புணர்வுகள்

PV சுற்று மின்சார விசையினை (circuit breaker) தவறுதலாக விடுபடுத்துதல் அல்லது தவறாகப் பயன்படுத்துதல் ஆகியவை கடுமையான இயக்க மற்றும் சட்டரீதியான விளைவுகளை ஏற்படுத்தும். CPSC தரவுகளின்படி, ஐக்கிய அமெரிக்காவில் ஆண்டுக்கு சுமார் 3,000 வீட்டு சூரிய மின்சார தீவிபத்துகள் ஏற்படுகின்றன; இவற்றில் மிக முக்கியமான காரணங்களில் ஒன்றாக, போதுமான மின்னோட்ட பாதுகாப்பு (overcurrent protection) இன்மை குறிப்பிடப்படுகிறது. NREL ஆய்வுகள், தவறான மின்சார விசையைத் தேர்ந்தெடுப்பது உபகரணங்களுக்கு சேதத்தை ஏற்படுத்துவதையும், அமைப்பின் செயல்பாட்டு நேரத்தை நீட்டிப்பதையும், ஒவ்வொரு சம்பவத்திற்கும் சராசரியாக ஆயிரக்கணக்கான டாலர்கள் அளவிலான சீரமைப்புச் செலவுகளை ஏற்படுத்துவதையும் உறுதிப்படுத்துகின்றன. NEC பிரிவு 690 ஐ மீறுவது, நிறுவுபவர்களுக்கு அபராதங்கள், பொறுப்பு கோரிக்கைகள் மற்றும் கட்டாய அமைப்பு சீரமைப்பு ஆகியவற்றை ஏற்படுத்தும். இந்த விளைவுகள், UL 489B சான்றிதழ் பெற்ற, DC-தரவரையிலான (DC-rated) மின்சார விசைகளை சரியாகத் தேர்ந்தெடுத்தலும் பயன்படுத்துதலும் என்பது சட்ட ஒழுங்குக்கு ஏற்றதாக இருப்பதை மட்டுமே அல்ல, மாறாக வாழ்வுப் பாதுகாப்பு, சொத்துப் பாதுகாப்பு மற்றும் நீண்டகால அமைப்பு நம்பகத்தன்மை ஆகியவற்றின் அடித்தளமாகவும் உள்ளது என்பதை வலியுறுத்துகின்றன.

கேள்விகளுக்கு பதில்கள்

DC விற்கு ஏற்படும் மின்விலக்குகள் (arcs), AC விற்கு ஏற்படும் மின்விலக்குகளை விட ஏன் அதிக ஆபத்தானவை?

AC-க்கு மாறாக, DC-க்கு இயல்பான சுழிக்கடந்த புள்ளிகள் (zero-crossing points) இல்லை, எனவே DC வில்கள் (arcs) ஒருமுறை தொடங்கிய பின் தொடர்ந்து நிலைத்து நிற்கின்றன. இந்த தொடர்ச்சியான மின்னோட்டப் பாய்வு உயர் வெப்பநிலைகள் மற்றும் நீடித்த தீ விபத்துகளுக்கான அபாயத்தை அதிகரிக்கிறது.

தரமான AC சுற்று முறிப்பிகள் (breakers) DC சுற்றுகளில் ஏன் தவறுகின்றன?

AC சுற்று முறிப்பிகள் வில்களை (arcs) அணைக்க சுழிக்கடந்த புள்ளிகளை (zero-crossings) நம்புகின்றன, ஆனால் இவை DC அமைப்புகளில் இல்லை. அவற்றின் வடிவமைப்பு வரம்புகள் காரணமாக தீ விபத்துகள் மற்றும் பேரழிவு நிகழ்வுகளுக்கான அபாயம் அதிகரிக்கிறது.

UL 489B என்றால் என்ன மற்றும் அதன் முக்கியத்துவம் என்ன?

UL 489B என்பது PV சுற்று முறிப்பிகளுக்கான பாதுகாப்பு மற்றும் செயல்திறன் சான்றிதழாகும். இது ஒரு முறிப்பி சூரிய மின்சாரப் பயன்பாடுகளின் குறிப்பிட்ட சவால்களை, உட்பட நீடித்த உயர் DC மின்னழுத்தங்கள் மற்றும் வில் அடக்கம் (arc suppression) ஆகியவற்றை சமாளிக்க முடியும் என்பதை உறுதிப்படுத்துகிறது.

NEC 690.15 எவ்வாறு PV சுற்று முறிப்பிகளுக்கான தேவைகளை பாதிக்கிறது?

NEC 690.15 சூரிய மின்சார அமைப்புகளில் (PV systems) மிகை மின்னோட்டப் பாதுகாப்பு மற்றும் பிரிப்புக்காக DC-தர சுற்று முறிப்பிகளைப் பயன்படுத்துவதைக் கட்டாயப்படுத்துகிறது. இது மின்சாரப் பாதுகாப்பை உறுதிப்படுத்துவதுடன் நீடித்த வில் உருவாதலைத் தடுக்கிறது.

PV சுற்று முறிப்பிகள் விடுபட்டிருந்தால் அல்லது தவறாகப் பயன்படுத்தப்பட்டால் என்ன நடக்கும்?

விடுபடுத்தல் அல்லது தவறான பயன்பாடு ஆகியவை தீ அபாயங்களை அதிகரிக்கவும், அமைப்பு சேதத்தையும், செயலிழப்பையும், விதிமுறை மீறல்களையும் ஏற்படுத்தும், இது அபராதங்கள் மற்றும் விலையுயர்ந்த சரிசெய்யும் பணிகளுக்கு வழிவகுக்கும்.