PV సిస్టమ్‌ల కోసం సర్జ్ ప్రొటెక్షన్ పరికరాల ఎంపిక – SPDల రకాలు

ఫోటోవోల్టాయిక్ (PV) విద్యుత్ ఉత్పత్తి పునరుత్పాదక శక్తికి ఒక కీలక వనరు మరియు సాంప్రదాయ విద్యుత్ ఉత్పత్తితో పోలిస్తే ఆర్థికంగా అత్యంత పోటీతత్వాన్ని కలిగి ఉంది. ఇంటి పైకప్పు సౌర ఫలకాల వంటి చిన్న వికేంద్రీకృత PV వ్యవస్థలు రోజురోజుకూ ప్రాచుర్యం పొందుతున్నాయి. ఇంటి పైకప్పు PV వ్యవస్థలలో AC మరియు DC పంపిణీ రెండూ ఉంటాయి, వీటి వోల్టేజ్‌లు 1500V వరకు చేరుకుంటాయి. అధిక ప్రమాదం ఉన్న ప్రాంతాలలో, DC వైపు, ముఖ్యంగా PV ఫలకాలు, నేరుగా పిడుగుపాటుకు గురయ్యే అవకాశం ఉంది, దీనివల్ల అవి పిడుగుపాటు నష్టానికి గురయ్యే అవకాశం ఉంది.

భవనాలకు మెరుపుల నుండి రక్షణను, మెరుపుల ప్రమాదాన్ని బట్టి బాహ్య రక్షణ (మెరుపుల రక్షణ వ్యవస్థ, LPS) మరియు అంతర్గత రక్షణ (సర్జ్ రక్షణ చర్యలు, SPM)గా విభజించారు. అంతర్గత రక్షణలో భాగంగా ఉండే సర్జ్ ప్రొటెక్టివ్ డివైజ్‌లు (SPDs), వాతావరణంలోని మెరుపులు లేదా స్విచ్చింగ్ కార్యకలాపాల వల్ల కలిగే తాత్కాలిక అధిక వోల్టేజ్‌ల నుండి రక్షణ కల్పిస్తాయి. SPDs రక్షిత పరికరాలకు వెలుపల అమర్చబడతాయి మరియు ప్రధానంగా ఈ క్రింది విధంగా పనిచేస్తాయి: విద్యుత్ వ్యవస్థలో సర్జ్ లేనప్పుడు, SPD అది రక్షించే వ్యవస్థ యొక్క సాధారణ పనితీరును గణనీయంగా ప్రభావితం చేయదు. సర్జ్ సంభవించినప్పుడు, SPD తక్కువ ఇంపెడెన్స్‌ను అందించి, సర్జ్ కరెంట్‌ను తన గుండా మళ్లించి, వోల్టేజ్‌ను సురక్షిత స్థాయికి పరిమితం చేస్తుంది. సర్జ్ గడిచిపోయి, మిగిలిన కరెంట్ అంతా ఆగిపోయిన తర్వాత, SPD తిరిగి అధిక ఇంపెడెన్స్ స్థితికి వస్తుంది.

1. సర్జ్ ప్రొటెక్టివ్ డివైసెస్ (SPD) యొక్క సంస్థాపన స్థానం

మెరుపుల ప్రమాద తీవ్రతను బట్టి మరియు IEC 62305లోని మెరుపుల రక్షణ మండలాల (LPZ) భావన ఆధారంగా SPDల సంస్థాపన ప్రదేశం నిర్ణయించబడుతుంది. తాత్కాలిక అధిక వోల్టేజీలు క్రమంగా సురక్షిత స్థాయికి తగ్గించబడతాయి, ఇది రక్షిత పరికరాల తట్టుకోగల వోల్టేజ్ కంటే తక్కువగా ఉండాలి. పటంలో చూపిన విధంగా, ఈ మండలాల సరిహద్దుల వద్ద SPDలు వ్యవస్థాపించబడతాయి, ఇది తక్కువ-వోల్టేజ్ వ్యవస్థలలో ఉపయోగించే బహుళ-స్థాయి సర్జ్ రక్షణ భావనకు దారితీస్తుంది. PV వ్యవస్థల విషయానికొస్తే, AC మరియు DC వైపుల నుండి మెరుపుల సర్జ్‌లు ప్రవేశించకుండా నిరోధించడంపై దృష్టి ఉంటుంది, తద్వారా ఇన్వర్టర్ల వంటి కీలక భాగాలను రక్షిస్తుంది.

2. సర్జ్ ప్రొటెక్టివ్ డివైసెస్ (SPD) టెస్ట్ క్లాసెస్

IEC 61643-11 ప్రకారం, SPDలు అవి తట్టుకోగల మెరుపు కరెంట్ ఇంపల్స్ రకం ఆధారంగా మూడు పరీక్షా వర్గాలుగా వర్గీకరించబడ్డాయి. టైప్ I పరీక్షలు (T1గా గుర్తించబడినవి) ఒక భవనంలోకి ప్రసరించగల పాక్షిక మెరుపు కరెంట్‌లను అనుకరించడానికి ఉద్దేశించబడ్డాయి. ఇవి, కింద చిత్రంలో చూపిన విధంగా, 10/350 µs వేవ్‌ఫార్మ్‌ను ఉపయోగిస్తాయి మరియు సాధారణంగా LPZ0 మరియు LPZ1 మధ్య సరిహద్దు వద్ద—అంటే మెయిన్ డిస్ట్రిబ్యూషన్ బోర్డులు లేదా లో-వోల్టేజ్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ ఇన్‌కమర్‌ల వద్ద—వర్తింపజేయబడతాయి. ఈ స్థాయికి చెందిన SPDలు సాధారణంగా వోల్టేజ్-స్విచ్చింగ్ రకానికి చెందినవిగా ఉంటాయి, వీటిలో గ్యాస్ డిశ్చార్జ్ ట్యూబ్‌లు లేదా స్పార్క్ గ్యాప్‌లు (ఉదాహరణకు, హార్న్ గ్యాప్‌లు లేదా గ్రాఫైట్ గ్యాప్‌లు) వంటి భాగాలు ఉంటాయి.

టైప్ II (T2) మరియు టైప్ III (T3) పరీక్షలు తక్కువ వ్యవధి గల ఇంపల్స్‌లను ఉపయోగిస్తాయి. టైప్ II SPDలు సాధారణంగా మెటల్ ఆక్సైడ్ వేరిస్టర్లు (MOVలు) వంటి భాగాలను ఉపయోగించే వోల్టేజ్-పరిమిత పరికరాలు. వీటిని 8/20 µs కరెంట్ వేవ్‌ఫార్మ్ (క్రింది పటాన్ని చూడండి) ఉపయోగించి నామినల్ డిశ్చార్జ్ కరెంట్‌తో పరీక్షిస్తారు, మరియు ఇవి అప్‌స్ట్రీమ్ ప్రొటెక్షన్ పరికరం నుండి వచ్చే అవశేష సర్జ్ వోల్టేజ్‌ను మరింత పరిమితం చేయడానికి బాధ్యత వహిస్తాయి. టైప్ III పరీక్షలు, తుది-వినియోగ పరికరాలకు దగ్గరగా ఉండే సర్జ్‌లను అనుకరించడానికి, 1.2/50 µs వోల్టేజ్ మరియు 8/20 µs కరెంట్ ఇంపల్స్‌తో కూడిన కాంబినేషన్ వేవ్ జనరేటర్‌ను (క్రింది పటాన్ని చూడండి) ఉపయోగిస్తాయి.

3. సర్జ్ ప్రొటెక్టివ్ డివైస్ (SPD)ల కనెక్షన్ రకం

తాత్కాలిక అధిక వోల్టేజీల నుండి రక్షణ కోసం రెండు ప్రధాన పద్ధతులు ఉన్నాయి. మొదటిది కామన్-మోడ్ ప్రొటెక్షన్ (CT1), ఇది లైవ్ కండక్టర్లు మరియు PE (ప్రొటెక్టివ్ ఎర్త్) మధ్య వచ్చే సర్జ్‌ల నుండి రక్షించడానికి రూపొందించబడింది. ఉదాహరణకు, పిడుగులు ఒక సిస్టమ్‌లోకి భూమికి సాపేక్షంగా అధిక వోల్టేజీలను ప్రవేశపెట్టగలవు. కింద చూపిన విధంగా, కామన్-మోడ్ ప్రొటెక్షన్ పిడుగు వంటి బాహ్య అంతరాయాల ప్రభావాన్ని తగ్గించడంలో సహాయపడుతుంది.

రెండవది డిఫరెన్షియల్-మోడ్ ప్రొటెక్షన్ (CT2), ఇది లైన్ కండక్టర్ (L) మరియు న్యూట్రల్ కండక్టర్ (N) మధ్య వచ్చే సర్జ్‌ల నుండి రక్షణ కల్పిస్తుంది. కింద ఉన్న రేఖాచిత్రంలో చూపిన విధంగా, సిస్టమ్‌లోనే ఉత్పన్నమయ్యే ఎలక్ట్రికల్ నాయిస్ లేదా ఇంటర్‌ఫెరెన్స్ వంటి అంతర్గత అంతరాయాలను పరిష్కరించడానికి ఈ రకమైన రక్షణ చాలా ముఖ్యమైనది.

ఈ రక్షణ పద్ధతులలో ఒకటి లేదా రెండింటినీ అమలు చేయడం ద్వారా, విద్యుత్ వ్యవస్థలను సంభావ్య సర్జ్ మూలాల నుండి మరింత మెరుగ్గా రక్షించవచ్చు, తద్వారా అనుసంధానించబడిన పరికరాల మన్నిక మరియు విశ్వసనీయత అంతిమంగా మెరుగుపడుతుంది.

SPD రక్షణ మోడ్‌ల ఎంపిక అమలులో ఉన్న గ్రౌండింగ్ సిస్టమ్‌కు అనుగుణంగా ఉండాలని గమనించడం ముఖ్యం. TN సిస్టమ్‌ల కోసం, CT1 మరియు CT2 రెండు రక్షణ మోడ్‌లను ఉపయోగించవచ్చు. అయితే, TT సిస్టమ్‌లలో, CT1ని RCD తర్వాత మాత్రమే వర్తింపజేయవచ్చు. IT సిస్టమ్‌లలో—ముఖ్యంగా న్యూట్రల్ కండక్టర్ లేని వాటిలో—CT2 రక్షణ వర్తించదు. IT గ్రౌండింగ్ కాన్ఫిగరేషన్‌లను ఉపయోగించే DC పంపిణీ వ్యవస్థలలో ఇది ఒక కీలకమైన అంశం. వివరాలను దిగువ పట్టికలో చూడవచ్చు.

4. సర్జ్ ప్రొటెక్టివ్ డివైసెస్ (SPD) యొక్క కీలక పారామితులు

అంతర్జాతీయ ప్రమాణం IEC 61643-11 ప్రకారం, తక్కువ-వోల్టేజ్ విద్యుత్ పంపిణీ వ్యవస్థలకు అనుసంధానించబడిన SPDల లక్షణాలు మరియు పరీక్షలు, పటం 7లో చూపిన విధంగా నిర్వచించబడ్డాయి.

(1) వోల్టేజ్ రక్షణ స్థాయి (పైకి)

SPDని ఎంచుకోవడంలో అత్యంత ముఖ్యమైన అంశం దాని వోల్టేజ్ రక్షణ స్థాయి (Up), ఇది టెర్మినల్స్ మధ్య వోల్టేజ్‌ను పరిమితం చేయడంలో SPD పనితీరును సూచిస్తుంది. ఈ విలువ గరిష్ట క్లాంపింగ్ వోల్టేజ్ కంటే ఎక్కువగా ఉండాలి. SPD ద్వారా ప్రవహించే కరెంట్, నామినల్ డిశ్చార్జ్ కరెంట్ Inకు సమానమైనప్పుడు ఈ స్థాయికి చేరుకుంటుంది. ఎంచుకున్న వోల్టేజ్ రక్షణ స్థాయి, లోడ్ యొక్క ఇంపల్స్ విత్‌స్టాండ్ వోల్టేజ్ Uw కంటే తక్కువగా ఉండాలి. పిడుగులు పడినప్పుడు, SPD టెర్మినల్స్ అంతటా వోల్టేజ్ సాధారణంగా Up కంటే తక్కువగా ఉంచబడుతుంది. PV DC సిస్టమ్‌ల కోసం, లోడ్ సాధారణంగా PV మాడ్యూల్స్ మరియు ఇన్వర్టర్లను సూచిస్తుంది.

(2) గరిష్ట నిరంతర ఆపరేటింగ్ వోల్టేజ్ (Uc)

Uc అనేది SPD రక్షణ మోడ్‌కు నిరంతరం వర్తింపజేయగల గరిష్ట DC వోల్టేజ్. ఇది రేటెడ్ వోల్టేజ్ మరియు సిస్టమ్ యొక్క గ్రౌండింగ్ కాన్ఫిగరేషన్ ఆధారంగా ఎంపిక చేయబడుతుంది మరియు SPD యొక్క యాక్టివేషన్ థ్రెషోల్డ్‌గా పనిచేస్తుంది. PV సిస్టమ్‌ల యొక్క DC వైపున, Uc అనేది PV శ్రేణి యొక్క Uoc Max కంటే ఎక్కువగా లేదా సమానంగా ఉండాలి. Uoc Max అనేది PV శ్రేణి యొక్క నిర్దేశిత పాయింట్ వద్ద లైవ్ టెర్మినల్స్ మధ్య మరియు లైవ్ టెర్మినల్ మరియు గ్రౌండ్ మధ్య ఉండే అత్యధిక ఓపెన్-సర్క్యూట్ వోల్టేజ్‌ను సూచిస్తుంది.

(3) నామమాత్రపు డిశ్చార్జ్ కరెంట్ (In)

ఇది SPD ద్వారా ప్రవహించే 8/20 μs తరంగరూప కరెంట్ యొక్క గరిష్ఠ విలువ, దీనిని టైప్ II పరీక్షల కోసం మరియు టైప్ I మరియు టైప్ I లలో ప్రీకండిషనింగ్ పరీక్షల కోసం ఉపయోగిస్తారు. టైప్ II8/20 μs తరంగరూప కరెంట్ యొక్క కనీసం 19 డిశ్చార్జ్‌లను SPD తట్టుకోగలగాలని IEC నిర్దేశిస్తుంది. In విలువ ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, SPD జీవితకాలం అంత ఎక్కువగా ఉంటుంది, కానీ దాని ధర కూడా పెరుగుతుంది.

(4) ఇంపల్స్ కరెంట్ (Iimp)

కరెంట్ పీక్ (Ipeak), ఛార్జ్ (Q), మరియు నిర్దిష్ట శక్తి (W/R) అనే మూడు పారామితుల ద్వారా నిర్వచించబడిన ఈ కరెంట్‌ను దీనిలో ఉపయోగిస్తారు రకం I పరీక్షలు. సాధారణ తరంగరూపం 10/350 μs.