சூரிய மின் அமைப்புகளுக்கான மின்னழுத்த எழுச்சி பாதுகாப்பு சாதனங்களைத் தேர்ந்தெடுத்தல் – SPD-களின் வகைகள்

ஒளிமின்னழுத்த (PV) மின் உற்பத்தி என்பது புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலின் ஒரு முக்கிய ஆதாரமாகும், மேலும் இது பாரம்பரிய மின் உற்பத்தியுடன் ஒப்பிடும்போது பொருளாதார ரீதியாக மிகவும் போட்டித்தன்மை வாய்ந்தது. கூரை மேல் பொருத்தப்படும் சூரியத் தகடுகள் போன்ற சிறிய, பரவலாக்கப்பட்ட ஒளிமின்னழுத்த அமைப்புகள் பெருகிய முறையில் பிரபலமடைந்து வருகின்றன. கூரை மேல் பொருத்தப்படும் ஒளிமின்னழுத்த அமைப்புகள், 1500V வரை மின்னழுத்தம் கொண்ட AC மற்றும் DC ஆகிய இரண்டு வகையான மின் விநியோகத்தையும் உள்ளடக்கியுள்ளன. DC பகுதி, குறிப்பாக ஒளிமின்னழுத்தத் தகடுகள், அதிக அபாயம் உள்ள பகுதிகளில் மின்னல் தாக்குதல்களுக்கு நேரடியாக உள்ளாகக்கூடும், இதனால் அவை மின்னல் சேதத்திற்கு ஆளாகும் அபாயம் உள்ளது.

கட்டிடங்களுக்கான மின்னல் பாதுகாப்பு, மின்னல் அபாயத்தின் அடிப்படையில் வெளிப்புறப் பாதுகாப்பு (மின்னல் பாதுகாப்பு அமைப்பு, LPS) மற்றும் உட்புறப் பாதுகாப்பு (மின்னழுத்தப் பாதுகாப்பு நடவடிக்கைகள், SPM) எனப் பிரிக்கப்பட்டுள்ளது. உட்புறப் பாதுகாப்பின் ஒரு பகுதியாக, மின்னழுத்தப் பாதுகாப்பு சாதனங்கள் (SPDs), வளிமண்டல மின்னல் அல்லது நிலைமாற்றும் செயல்பாடுகளால் ஏற்படும் தற்காலிக உயர் மின்னழுத்தங்களிலிருந்து பாதுகாக்கின்றன. SPDs, பாதுகாக்கப்படும் சாதனங்களுக்கு வெளியே நிறுவப்படுகின்றன மற்றும் முக்கியமாகப் பின்வருமாறு செயல்படுகின்றன: மின் அமைப்பில் மின்னழுத்த எழுச்சி இல்லாதபோது, ​​SPD அது பாதுகாக்கும் அமைப்பின் இயல்பான செயல்பாட்டை குறிப்பிடத்தக்க அளவில் பாதிப்பதில்லை. ஒரு மின்னழுத்த எழுச்சி ஏற்படும்போது, ​​SPD குறைந்த மின்மறுப்பை வழங்கி, அந்த எழுச்சி மின்னோட்டத்தைத் தன் வழியாகத் திருப்பிவிட்டு, மின்னழுத்தத்தைப் பாதுகாப்பான நிலைக்குக் கட்டுப்படுத்துகிறது. எழுச்சி கடந்து, எஞ்சிய மின்னோட்டம் நின்ற பிறகு, SPD மீண்டும் உயர் மின்மறுப்பு நிலைக்குத் திரும்புகிறது.

1. மின்னழுத்த எழுச்சி பாதுகாப்பு சாதனங்களை (SPD) நிறுவும் இடம்

SPD-களின் நிறுவல் இடமானது, மின்னல் அச்சுறுத்தலின் அளவைப் பொறுத்தும், IEC 62305-இல் உள்ள மின்னல் பாதுகாப்பு மண்டலங்கள் (LPZ) என்ற கருத்தின் அடிப்படையிலும் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. தற்காலிக மிகை மின்னழுத்தங்கள் படிப்படியாக ஒரு பாதுகாப்பான நிலைக்குக் குறைக்கப்படுகின்றன; இந்த நிலை, பாதுகாக்கப்படும் சாதனத்தின் தாங்கும் மின்னழுத்தத்திற்குக் குறைவாக இருக்க வேண்டும். படத்தில் விளக்கப்பட்டுள்ளபடி, SPD-கள் இந்த மண்டலங்களின் எல்லைகளில் நிறுவப்படுகின்றன. இது, குறைந்த மின்னழுத்த அமைப்புகளில் பயன்படுத்தப்படும் பல-நிலை மின்னழுத்த எழுச்சிப் பாதுகாப்பு என்ற கருத்துக்கு வழிவகுக்கிறது. PV அமைப்புகளைப் பொறுத்தவரை, AC மற்றும் DC பக்கங்கள் வழியாக மின்னல் எழுச்சிகள் நுழைவதைத் தடுப்பதில் கவனம் செலுத்தப்படுகிறது. இதன் மூலம், இன்வெர்ட்டர்கள் போன்ற முக்கியமான கூறுகள் பாதுகாக்கப்படுகின்றன.

2. மின்னழுத்த எழுச்சி பாதுகாப்பு சாதனங்கள் (SPD) தேர்வு வகுப்புகள்

IEC 61643-11-இன் படி, SPD-கள் அவை தாங்குவதற்காக வடிவமைக்கப்பட்ட மின்னல் மின்னோட்டத் துடிப்பின் வகையின் அடிப்படையில் மூன்று சோதனைப் பிரிவுகளாக வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. வகை I சோதனைகள் (T1 எனக் குறிக்கப்படுபவை) ஒரு கட்டிடத்திற்குள் கடத்தப்படக்கூடிய பகுதி மின்னல் மின்னோட்டங்களை உருவகப்படுத்துவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளன. கீழே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இவை 10/350 µs அலைவடிவத்தைப் பயன்படுத்துகின்றன, மேலும் பொதுவாக LPZ0 மற்றும் LPZ1-க்கு இடையேயான எல்லையில்—அதாவது பிரதான விநியோகப் பலகைகள் அல்லது குறைந்த மின்னழுத்த மின்மாற்றி உள்வரும் இணைப்புகள் போன்ற இடங்களில்—பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த நிலைக்கான SPD-கள் பொதுவாக மின்னழுத்த-மாற்றும் வகையைச் சேர்ந்தவை, மேலும் வாயு வெளியேற்றக் குழாய்கள் அல்லது தீப்பொறி இடைவெளிகள் (எ.கா., ஹார்ன் இடைவெளிகள் அல்லது கிராஃபைட் இடைவெளிகள்) போன்ற கூறுகளைக் கொண்டிருக்கும்.

வகை II (T2) மற்றும் வகை III (T3) சோதனைகள் குறுகிய காலத் துடிப்புகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. வகை II SPD-கள் பொதுவாக மின்னழுத்தத்தைக் கட்டுப்படுத்தும் சாதனங்களாகும், அவை மெட்டல் ஆக்சைடு வேரிஸ்டர்கள் (MOV-கள்) போன்ற கூறுகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. அவை 8/20 µs மின்னோட்ட அலைவடிவத்தைப் பயன்படுத்தி (கீழே உள்ள படத்தைப் பார்க்கவும்) ஒரு பெயரளவு வெளியேற்ற மின்னோட்டத்துடன் சோதிக்கப்படுகின்றன, மேலும் மேல்நிலை பாதுகாப்புச் சாதனத்திலிருந்து வரும் எஞ்சிய மின்னழுத்த எழுச்சியை மேலும் கட்டுப்படுத்துவதற்குப் பொறுப்பாகும். வகை III சோதனைகள், இறுதிப் பயன்பாட்டு உபகரணங்களுக்கு நெருக்கமான எழுச்சிகளை உருவகப்படுத்தி, 1.2/50 µs மின்னழுத்தம் மற்றும் 8/20 µs மின்னோட்டத் துடிப்புடன் (கீழே உள்ள படத்தைப் பார்க்கவும்) ஒரு கலவை அலை ஜெனரேட்டரைப் பயன்படுத்துகின்றன.

3. மின்னழுத்த எழுச்சி பாதுகாப்பு சாதனத்தின் (SPDs) இணைப்பு வகை

நிலையற்ற மிகை மின்னழுத்தங்களுக்கு எதிரான பாதுகாப்பில் இரண்டு முக்கிய முறைகள் உள்ளன. முதலாவது பொது-முறைப் பாதுகாப்பு (CT1), இது நேரடி மின்கடத்திகளுக்கும் PE (பாதுகாப்பு புவி) க்கும் இடையில் ஏற்படும் மின்னழுத்தப் பாய்ச்சல்களிலிருந்து பாதுகாக்க வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. உதாரணமாக, மின்னல் தாக்குதல்கள், புவியுடன் ஒப்பிடும்போது ஒரு அமைப்பில் உயர் மின்னழுத்தங்களை அறிமுகப்படுத்தக்கூடும். கீழே விளக்கப்பட்டுள்ளபடி, மின்னல் போன்ற வெளிப்புற இடையூறுகளின் தாக்கத்தைக் குறைக்க பொது-முறைப் பாதுகாப்பு உதவுகிறது.

இரண்டாவது வேறுபாட்டு முறைப் பாதுகாப்பு (CT2) ஆகும், இது லைன் கடத்திக்கும் (L) நியூட்ரல் கடத்திக்கும் (N) இடையில் ஏற்படும் மின்னழுத்த ஏற்றங்களிலிருந்து பாதுகாக்கிறது. கீழே உள்ள வரைபடத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, அமைப்புக்குள்ளேயே உருவாகும் மின் இரைச்சல் அல்லது குறுக்கீடு போன்ற உள் இடையூறுகளைச் சமாளிப்பதற்கு இந்த வகை பாதுகாப்பு மிகவும் முக்கியமானது.

இந்தப் பாதுகாப்பு முறைகளில் ஒன்றையோ அல்லது இரண்டையுமோ செயல்படுத்துவதன் மூலம், மின் அமைப்புகளை மின்னழுத்த ஏற்ற மூலங்களிலிருந்து சிறப்பாகப் பாதுகாக்க முடியும். இது இறுதியில், இணைக்கப்பட்ட உபகரணங்களின் ஆயுளையும் நம்பகத்தன்மையையும் மேம்படுத்தும்.

SPD பாதுகாப்பு முறைகளின் தேர்வு, நடைமுறையில் உள்ள புவி இணைப்பு அமைப்புடன் ஒத்துப்போக வேண்டும் என்பது குறிப்பிடத்தக்கது. TN அமைப்புகளுக்கு, CT1 மற்றும் CT2 ஆகிய இரண்டு பாதுகாப்பு முறைகளையும் பயன்படுத்தலாம். இருப்பினும், TT அமைப்புகளில், CT1-ஐ ஒரு RCD-க்குக் கீழ்நிலையில் மட்டுமே பயன்படுத்த முடியும். IT அமைப்புகளில்—குறிப்பாக நடுநிலை கடத்தி இல்லாதவற்றில்—CT2 பாதுகாப்பு பொருந்தாது. IT புவி இணைப்பு உள்ளமைவுகளைப் பயன்படுத்தும் DC விநியோக அமைப்புகளில் இது ஒரு முக்கியமான கருத்தாகும். விவரங்களை கீழே உள்ள அட்டவணையில் காணலாம்.

4. மின்னழுத்த எழுச்சி பாதுகாப்பு சாதனங்களின் (SPD) முக்கிய அளவுருக்கள்

சர்வதேச தரநிலை IEC 61643-11-இன் படி, குறைந்த மின்னழுத்த மின் விநியோக அமைப்புகளுடன் இணைக்கப்பட்ட SPD-களின் பண்புகளும் சோதனைகளும் படம் 7-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி வரையறுக்கப்பட்டுள்ளன.

(1) மின்னழுத்தப் பாதுகாப்பு நிலை (அதிகரிப்பு)

ஒரு SPD-ஐத் தேர்ந்தெடுப்பதில் மிக முக்கியமான அம்சம் அதன் மின்னழுத்தப் பாதுகாப்பு நிலை (Up) ஆகும். இது, முனையங்களுக்கு இடையேயான மின்னழுத்தத்தைக் கட்டுப்படுத்துவதில் SPD-யின் செயல்திறனை வரையறுக்கிறது. இந்த மதிப்பு, அதிகபட்ச கிளாம்பிங் மின்னழுத்தத்தை விட அதிகமாக இருக்க வேண்டும். SPD வழியாகப் பாயும் மின்னோட்டம், பெயரளவு வெளியேற்ற மின்னோட்டமான In-க்குச் சமமாக இருக்கும்போது இந்த மதிப்பு எட்டப்படுகிறது. தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட மின்னழுத்தப் பாதுகாப்பு நிலை, சுமையின் இம்பல்ஸ் தாங்கும் மின்னழுத்தமான Uw-ஐ விடக் குறைவாக இருக்க வேண்டும். மின்னல் தாக்கும் நேர்வுகளில், SPD முனையங்களுக்கு இடையேயான மின்னழுத்தம் பொதுவாக Up-க்குக் கீழே வைக்கப்படுகிறது. PV DC அமைப்புகளைப் பொறுத்தவரை, சுமை என்பது பொதுவாக PV மாட்யூல்கள் மற்றும் இன்வெர்ட்டர்களைக் குறிக்கிறது.

(2) அதிகபட்ச தொடர்ச்சியான இயக்க மின்னழுத்தம் (Uc)

Uc என்பது SPD பாதுகாப்பு பயன்முறைக்குத் தொடர்ச்சியாகச் செலுத்தக்கூடிய அதிகபட்ச DC மின்னழுத்தமாகும். இது மதிப்பிடப்பட்ட மின்னழுத்தம் மற்றும் அமைப்பின் புவி இணைப்பு உள்ளமைவின் அடிப்படையில் தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டு, SPD-யின் செயல்பாட்டு வரம்பாகச் செயல்படுகிறது. PV அமைப்புகளின் DC பக்கத்தைப் பொறுத்தவரை, Uc ஆனது PV வரிசையின் Uoc Max-ஐ விட அதிகமாகவோ அல்லது சமமாகவோ இருக்க வேண்டும். Uoc Max என்பது, PV வரிசையின் குறிப்பிட்ட புள்ளியில், நேரடி முனையங்களுக்கு இடையேயும், நேரடி முனையத்திற்கும் புவி இணைப்புக்கும் இடையேயும் உள்ள மிக உயர்ந்த திறந்த-சுற்று மின்னழுத்தத்தைக் குறிக்கிறது.

(3) பெயரளவு வெளியேற்ற மின்னோட்டம் (அங்குலத்தில்)

இது, வகை II சோதனைகளுக்கும், வகை I மற்றும் வகை II முன் நிபந்தனை சோதனைகளுக்கும் பயன்படுத்தப்படும், SPD வழியாகப் பாயும் 8/20 μs அலைவடிவ மின்னோட்டத்தின் உச்ச மதிப்பாகும். வகை IIIEC-இன் படி, SPD ஆனது 8/20 μs அலைவடிவ மின்னோட்டத்தின் குறைந்தபட்சம் 19 வெளியேற்றங்களைத் தாங்க வேண்டும். In மதிப்பு அதிகரிக்க அதிகரிக்க, SPD-இன் ஆயுட்காலம் நீடிக்கும், ஆனால் அதன் விலையும் அதிகரிக்கும்.

(4) கணத்தாக்க மின்னோட்டம் (Iimp)

மின்னோட்ட உச்சம் (Ipeak), மின்னூட்டம் (Q) மற்றும் தன் ஆற்றல் (W/R) ஆகிய மூன்று அளவுருக்களால் வரையறுக்கப்படும் இந்த மின்னோட்டம், பின்வருவனவற்றில் பயன்படுத்தப்படுகிறது: வகை I சோதனைகள். வழக்கமான அலைவடிவம் 10/350 μs ஆகும்.