फोटोवोल्टिक डीसी आर्क मुद्दे परिचय और समाधान

सौर प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास के साथ, फोटोवोल्टिक बिजली उत्पादन दुनिया भर में महत्वपूर्ण हरित ऊर्जा समाधानों में से एक बन गया है। फोटोवोल्टिक प्रणालियाँ एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं, चाहे आवासीय छतों पर, औद्योगिक पार्कों पर, या बड़े पैमाने पर सौर ऊर्जा संयंत्रों पर। साथ ही, फोटोवोल्टिक प्रणालियों के सुरक्षा मुद्दे धीरे-धीरे ध्यान आकर्षित कर रहे हैं। डीसी आर्क, एक विद्युत घटना के रूप में जो फोटोवोल्टिक प्रणालियों की स्थिरता को प्रभावित कर सकती है, प्रत्येक व्यवसायी और उपयोगकर्ता द्वारा सावधानीपूर्वक समझने योग्य है।

1.डीसी आर्क स्ट्राइकिंग का अर्थ

डायरेक्ट करंट आर्किंग, जैसा कि नाम से पता चलता है, उस घटना को संदर्भित करता है जहां डायरेक्ट करंट सर्किट में करंट पथ अचानक बाधित होने पर संपर्क बिंदुओं के बीच एक आर्क बनता है।

विद्युत चाप एक प्रकार की गैस डिस्चार्ज घटना है। जब कोई गैस आयनित होती है, तो यह एक प्रवाहकीय चैनल बनाती है, जिसके परिणामस्वरूप एक विद्युत चाप बनता है। फोटोवोल्टिक डीसी सर्किट में, जब सर्किट में एक छोटा सा गैप होता है, तो गैप के पार डीसी वोल्टेज इसके भीतर एक विद्युत क्षेत्र बनाएगा। जब विद्युत क्षेत्र की ताकत एक निश्चित स्तर तक पहुंच जाती है, तो वायु के अणु आयनित हो जाते हैं। वायु के अणु परमाणुओं से बने होते हैं, जिनमें धनात्मक आवेशित नाभिक और ऋणात्मक आवेशित इलेक्ट्रॉन होते हैं। एक मजबूत विद्युत क्षेत्र के तहत, इलेक्ट्रॉन नाभिक से मुक्त होने और मुक्त इलेक्ट्रॉन बनने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं। ये मुक्त इलेक्ट्रॉन विद्युत क्षेत्र में तेजी लाते हैं, अन्य वायु अणुओं से टकराते हैं, अधिक अणुओं को आयनित करते हैं, जिससे बड़ी संख्या में मुक्त इलेक्ट्रॉन और सकारात्मक आयन बनते हैं। इस प्रक्रिया को गैस ब्रेकडाउन के रूप में जाना जाता है। एक बार जब गैस टूट जाती है, तो एक विद्युत चाप बनता है।

डीसी आर्क स्ट्राइकिंग प्रक्रिया:

प्रत्यक्ष धारा के लिए, चूँकि इसमें कोई शून्य क्रॉसिंग बिंदु नहीं है और धारा की दिशा नहीं बदलती है, चाप लगातार ऊर्जा प्राप्त कर सकता है, जिससे इसे स्वयं बुझाना मुश्किल हो जाता है।

सर्किट कनेक्शन विधि और आर्क स्थान के अनुसार, आर्क को श्रृंखला आर्क और समानांतर आर्क में विभाजित किया जा सकता है (ग्राउंडिंग आर्क को एक विशेष प्रकार के समानांतर आर्क के रूप में माना जा सकता है)। श्रृंखला चाप आमतौर पर एक ही जीवित कंडक्टर के भीतर होते हैं। क्योंकि कंडक्टरों के बीच का अंतर छोटा है और कई कंडक्टर हैं, घटना की आवृत्ति अधिक है; इसके अलावा, चूंकि सीरीज आर्क सिग्नल कमजोर है और आसानी से शोर से छिप जाता है, इसलिए इसका पता लगाना मुश्किल है और अगर समय रहते इसका समाधान नहीं किया गया तो यह आसानी से आग का कारण बन सकता है। समानांतर चाप आमतौर पर विभिन्न जीवित कंडक्टरों के बीच होते हैं। चूंकि कंडक्टरों के बीच की दूरी बड़ी है और पथ जटिल है, घटना की आवृत्ति कम है। वर्तमान में, फ़्यूज़ और सर्किट ब्रेकर जैसे सुरक्षात्मक उपाय समानांतर आर्क के प्रभाव को प्रभावी ढंग से नियंत्रित कर सकते हैं।

2.के कारणडीसी आर्क स्ट्राइकिंग

2.1कनेक्शन घटक मुद्दे

कनेक्शन घटक फोटोवोल्टिक प्रणालियों में सबसे आम समस्या स्थानों में से एक हैं और डीसी आर्किंग का एक प्रमुख कारण भी हैं।

• ढीले, ऑक्सीकृत, या घिसे हुए कनेक्टर (जैसे MC4 प्लग) आम समस्याएं हैं: लंबे समय तक उपयोग के दौरान, कंपन और तापमान परिवर्तन जैसे कारकों के कारण कनेक्टर ढीले हो सकते हैं। ढीले कनेक्टर संपर्क प्रतिरोध को बढ़ा सकते हैं, जिससे करंट गुजरने पर बड़ी मात्रा में गर्मी पैदा होती है, जिससे कनेक्टर का तापमान बढ़ जाता है। उच्च तापमान कनेक्टर के ऑक्सीकरण और घिसाव को तेज करता है, जिससे एक दुष्चक्र बनता है जो अंततः अंतराल की ओर ले जाता है, जो आर्किंग को ट्रिगर कर सकता है।

• केबल संयुक्त क्रिम्पिंग मानक तक नहीं है: अपर्याप्त क्रिम्पिंग बल या रिसाव से केबल जोड़ों पर खराब संपर्क हो सकता है, जो संपर्क प्रतिरोध को बढ़ाता है, उच्च तापमान उत्पन्न करता है, और परिणामस्वरूप आर्किंग का कारण बन सकता है।

2.2कंडक्टर समस्याएँ

करंट संचारित करने के लिए तार फोटोवोल्टिक प्रणालियों में महत्वपूर्ण घटक हैं, और उनकी गुणवत्ता और स्थिति सीधे सिस्टम के सुरक्षित संचालन को प्रभावित करती है।

• केबल इन्सुलेशन परत को नुकसान होने से कंडक्टर और ग्राउंडिंग बॉडी या धातु समर्थन के बीच एक अंतर हो सकता है, जिससे आर्किंग हो सकती है: यांत्रिक क्षति या रासायनिक संक्षारण जैसे कारकों के कारण स्थापना या उपयोग के दौरान केबल इन्सुलेशन क्षतिग्रस्त हो सकता है।

• तार बाहरी ताकतों (जैसे कि कृंतकों का कुतरना या यांत्रिक घर्षण) से क्षतिग्रस्त हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप स्थानीय जोखिम होता है, जो आर्क स्ट्रेचिंग के कारणों में से एक है: कुछ बाहरी फोटोवोल्टिक पावर स्टेशनों में, कृंतक केबलों को कुतरना समय-समय पर होता है।

2.3पर्यावरण और उम्र बढ़ने के कारक

पर्यावरणीय कारक और उपकरण की उम्र बढ़ना भी फोटोवोल्टिक प्रणालियों में डीसी उत्पन्न होने के महत्वपूर्ण कारण हैं।

• लंबे समय तक उच्च तापमान और उच्च आर्द्रता के संपर्क में रहने से घटकों की उम्र बढ़ने में तेजी आ सकती है, जिससे इन्सुलेशन प्रदर्शन में गिरावट आ सकती है: उच्च तापमान वाले वातावरण में, घटकों की सामग्री थर्मल उम्र बढ़ने से गुजरती है, जिससे उनका प्रदर्शन धीरे-धीरे कम हो जाता है; उच्च आर्द्रता वाले वातावरण में, घटक नम हो सकते हैं, जिससे उनके इन्सुलेशन गुण प्रभावित हो सकते हैं।

• कनेक्शन बिंदुओं पर धूल और जंग जमा हो जाती है, जो विद्युत निरंतरता को बाधित कर सकती है और गैप डिस्चार्ज का कारण बन सकती है: मजबूत संक्षारण वाले धूल भरे वातावरण में, कनेक्शन बिंदुओं पर बड़ी मात्रा में धूल और संक्षारक पदार्थ जमा हो जाते हैं। ये सामग्रियां विद्युत प्रवाह के संचरण में बाधा डाल सकती हैं, कनेक्शन बिंदुओं पर प्रतिरोध बढ़ा सकती हैं, उच्च तापमान उत्पन्न कर सकती हैं और संभावित रूप से जलन पैदा कर सकती हैं।

3. फोटोवोल्टिक्स में डीसी आर्क का पता लगाने की तकनीक और अनुप्रयोग

3.1आर्क फॉल्ट सर्किट इंटरप्रेटर (एएफसीआई)।/एएफडीडी)

एएफसीआई का कार्य आग लगने पर तुरंत 'पता लगाना और बिजली काटना' है, जिससे आग को फैलने से रोका जा सके।

वास्तविक समय में वर्तमान संकेतों की निगरानी के लिए इसे आमतौर पर डीसी कंबाइनर बॉक्स, इनवर्टर या सर्किट ब्रेकर में एकीकृत किया जाता है। जब एक चाप उत्पन्न होता है, तो वर्तमान तरंग विशिष्ट उच्च आवृत्ति शोर और विरूपण प्रदर्शित करती है। एएफसीआई इस असामान्य सिग्नल का पता लगाने के लिए एल्गोरिदम का उपयोग करता है और सर्किट को तुरंत डिस्कनेक्ट कर देता है।

जैसा कि ऊपर वर्तमान स्पेक्ट्रम तरंग में दिखाया गया है, लाल एक विद्युत चाप की घटना को इंगित करता है, जो स्पष्ट रूप से नीले रंग के विपरीत है जहां कोई चाप नहीं है।

एक विशिष्ट विद्युत प्रणाली में, पृष्ठभूमि यादृच्छिक शोर आम तौर पर केवल 200 kHz से ऊपर की आवृत्तियों पर ही स्पष्ट रूप से भिन्न होता है। इसके विपरीत, विद्युत प्रणाली में इनवर्टर जैसे स्विचिंग नियंत्रक सर्किट आमतौर पर 50 किलोहर्ट्ज़ से नीचे स्पेक्ट्रा पर काम करते हैं। उल्लेख करने की आवश्यकता नहीं है, एसी बिजली आपूर्ति सिग्नल स्वयं 50/60 हर्ट्ज की और भी कम आवृत्ति पर है। इसलिए, पता लगाए गए केबल करंट को फ़्रीक्वेंसी डोमेन में परिवर्तित करने के लिए FFT एल्गोरिदम का उपयोग करके और फिर 30 kHz और 100 kHz के बीच फ़्रीक्वेंसी बैंड का विश्लेषण करके, सर्किट सिस्टम के सामान्य संचालन और असामान्य आर्किंग स्थितियों के बीच प्रभावी ढंग से अंतर करना संभव है।

मुख्य संरचना

एएफसीआई आर्क फॉल्ट सर्किट ब्रेकर में मुख्य रूप से ब्रेकर मॉड्यूल, लीकेज मॉड्यूल, पावर मॉड्यूल, सिग्नल कंडीशनिंग मॉड्यूल, ट्रिप यूनिट मॉड्यूल और संचार इंटरफ़ेस मॉड्यूल शामिल होते हैं।

• पावर मॉड्यूल: एएफसीआई/एएफडीडी के अंदर संबंधित उपकरणों को बिजली की आपूर्ति करता है।

• सिग्नल कंडीशनिंग मॉड्यूल: मुख्य सर्किट में करंट सिग्नल एक लाइन करंट ट्रांसफार्मर के माध्यम से सिग्नल कंडीशनिंग मॉड्यूल तक भेजा जाता है। प्रसंस्करण के लिए माइक्रोकंट्रोलर को भेजने से पहले मॉड्यूल सिग्नल को बढ़ाता है, सुधारता है और फ़िल्टर करता है।

• ट्रिपिंग मॉड्यूल: एएफसीआई आर्क फॉल्ट सर्किट ब्रेकर में, ट्रिपिंग मॉड्यूल की विद्युत चुम्बकीय संरचना एक नई ऊर्जा बचत तकनीक को अपनाती है, जिससे स्विच इलेक्ट्रोमैग्नेटिक सिस्टम के कोर नुकसान और शॉर्ट सर्किट नुकसान को कम किया जाता है, जिससे ऊर्जा बचत अधिकतम होती है। विद्युत चुम्बकीय प्रणाली पर ऊर्जा प्रभाव को कम करने, स्विच के समापन प्रदर्शन में सुधार करने और इसकी सेवा जीवन को बढ़ाने के लिए एक बफरिंग डिवाइस जोड़ा गया है। ट्रिपिंग मॉड्यूल का ऑपरेटिंग तंत्र मुख्य नियंत्रण चिप एमसीयू द्वारा पता लगाए गए गलती संकेतों को प्राप्त कर सकता है और नियंत्रण संपर्कों के माध्यम से कॉइल सर्किट को बाधित कर सकता है, विद्युत चुम्बकीय तंत्र मुख्य सर्किट को तोड़ सकता है। दोष दूर होने के बाद, ऑपरेटिंग बटन दबाने से मॉड्यूल रीसेट हो जाता है।

• संचार इंटरफ़ेस मॉड्यूल: यह मॉड्यूल रिमोट मॉनिटरिंग को सक्षम करते हुए, टर्मिनल कंप्यूटर पर वर्तमान, वोल्टेज, वर्तमान चरण और आर्क सिग्नल जैसे डेटा के वास्तविक समय पर संचरण की अनुमति देता है।

काम के सिद्धांत

एएफसीआई आर्क फॉल्ट सर्किट ब्रेकर का मुख्य नियंत्रण चिप एमसीयू वास्तविक समय में मुख्य सर्किट में वर्तमान सिग्नल की निगरानी करता है। जब मुख्य सर्किट में एक आर्क दोष का पता चलता है, तो माइक्रोकंट्रोलर एक ट्रिप सिग्नल भेजता है, और ट्रिप सर्किट ट्रिप ऑपरेशन को निष्पादित करता है।

3.2 इन्फ्रारेड थर्मल इमेजिंग प्रौद्योगिकी

इन्फ्रारेड थर्मल इमेजिंग तकनीक इन्फ्रारेड कैमरे के माध्यम से कनेक्शन बिंदुओं पर असामान्य हीटिंग का पता लगाती है, जिससे संभावित आर्क जोखिमों को पहले से पहचाना जा सकता है। खराब संपर्क अक्सर स्थानीयकृत उच्च तापमान के साथ होता है, और इन्फ्रारेड थर्मल इमेजिंग इन उच्च तापमान क्षेत्रों को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित कर सकती है, जिससे रखरखाव कर्मियों को एक सहज संदर्भ मिलता है।

4. फोटोवोल्टिक्स में डीसी आर्क दोषों के लिए सुरक्षात्मक उपाय और कार्यान्वयन

4.1 मानक स्थापना

फोटोवोल्टिक प्रणालियों में डीसी आर्किंग को रोकने के लिए उचित स्थापना आधार है। स्थापना प्रक्रिया के दौरान, सुनिश्चित करें कि ढीले कनेक्शन से बचने के लिए कनेक्टर और केबल जोड़ मजबूती से दबाए गए हैं। कनेक्शन बिंदुओं पर न्यूनतम संपर्क प्रतिरोध सुनिश्चित करने के लिए निर्दिष्ट बल के साथ काम करते हुए, क्रिम्पिंग के लिए पेशेवर उपकरणों का उपयोग किया जाना चाहिए।

साथ ही, यांत्रिक क्षति के जोखिम को कम करने के लिए मानकों को पूरा करने वाली इन्सुलेशन सामग्री चुनें। केबल स्थापित करते समय, इन्सुलेशन परत को नुकसान से बचाने के लिए अत्यधिक झुकने और खींचने से बचें।

4.2घटक चयन

ऐसे कनेक्टर और केबल चुनें जो उम्र बढ़ने और उच्च तापमान के प्रति प्रतिरोधी हों, और विशेष रूप से कठोर वातावरण में, घटकों के सुरक्षा स्तर को बढ़ाते हों (जैसे IP65/IP67)। घटकों का चयन करते समय, फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन की पर्यावरणीय स्थितियों, जैसे तापमान, आर्द्रता और संक्षारणशीलता पर पूरी तरह से विचार करें।

उदाहरण के लिए, उच्च तापमान वाले क्षेत्रों में फोटोवोल्टिक बिजली संयंत्रों में, ऐसे कनेक्टर और केबल चुने जाने चाहिए जो उच्च तापमान पर स्थिर प्रदर्शन बनाए रख सकें; तटीय क्षेत्रों जैसे अत्यधिक संक्षारक वातावरण में, संक्षारण प्रतिरोध वाले घटकों का चयन किया जाना चाहिए।

4.3 सिस्टम डिज़ाइन अनुकूलन

फोटोवोल्टिक प्रणालियों में डीसी आर्किंग को रोकने के लिए सिस्टम डिज़ाइन अनुकूलन महत्वपूर्ण है। डिज़ाइन प्रक्रिया के दौरान, अत्यधिक उच्च डीसी वोल्टेज (जिसे सुरक्षा मानकों का पालन करना चाहिए) से बचना, लंबे केबल रन को कम करना और गैप डिस्चार्ज की संभावना को कम करना महत्वपूर्ण है।

केबल की लंबाई को कम करने और केबलों में मोड़ों और जोड़ों की संख्या को कम करने के उद्देश्य से, फोटोवोल्टिक मॉड्यूल की व्यवस्था और केबलों के रूटिंग की उचित योजना बनाएं। साथ ही, सर्किट में किसी भी असामान्यता के मामले में तुरंत बिजली काटने के लिए उचित सुरक्षात्मक उपकरण, जैसे फ़्यूज़, सर्किट ब्रेकर और आर्क फॉल्ट सुरक्षा उपकरण स्थापित किए जाने चाहिए।