فوٹو وولٹک سسٹمز میں سرج پروٹیکٹرز، سرکٹ بریکرز اور فیوز کا باہمی تعاون: فنکشنل تجزیہ اور ضرورت پر بحث

تعارف

عالمی فوٹو وولٹک صنعت کی تیز رفتار ترقی کے ساتھ، شمسی توانائی کی پیداوار کے نظام کی حفاظت اور استحکام صنعت کی توجہ کا مرکز بن گیا ہے۔ فوٹو وولٹک نظام باہر کے سامنے لمبے عرصے تک کھلے رہتے ہیں اور بجلی گرنے، پاور گرڈ میں اتار چڑھاؤ، اور آلات کی خرابی جیسے خطرات کا شکار ہوتے ہیں، جس سے سامان کو نقصان پہنچ سکتا ہے یا آگ بھی لگ سکتی ہے۔ سرج پروٹیکٹرز (SPDs)، سرکٹ بریکرز، اور فیوز اہم حفاظتی آلات ہیں جو ہر ایک اپنے فرائض انجام دیتے ہیں اور نظام کے محفوظ آپریشن کو یقینی بنانے کے لیے ایک دوسرے کے ساتھ تعاون کرتے ہیں۔ یہ مضمون ان کے افعال، کوآرڈینیشن میکانزم، اور صنعت کے صارفین کے لیے حوالہ فراہم کرنے کی ضرورت کا گہرائی سے تجزیہ کرے گا۔

I.The "غیر مرئی قاتل" فوٹو وولٹک سسٹمز کا سامنا

فوٹو وولٹک پاور اسٹیشن کھلی فضا میں کام کرنے والے "اسٹیل واریئرز" کی طرح ہیں، جو مسلسل مختلف سخت امتحانوں کو برداشت کرتے ہیں۔

1.1 بجلی گرنے کے مسائل:

خاص طور پر، مشرق وسطیٰ اور جنوب مشرقی ایشیا میں، طوفان کا ایک ہی موسم ان نظاموں کو مفلوج کر سکتا ہے جن میں تحفظ کی کمی ہے۔
1.2 پاور گرڈ کے اتار چڑھاؤ:
چلی کے پروجیکٹ میں جس کا میں انچارج تھا، گرڈ وولٹیج میں اچانک اضافہ کی وجہ سے آلات کے کئی ٹکڑے جل گئے۔

1.3 شارٹ سرکٹ کا خطرہ:
پچھلے سال جرمنی میں ایک پراجیکٹ میں پرانی تاروں کی وجہ سے شارٹ سرکٹ ہوا تھا جس سے تقریباً آگ لگ گئی تھی۔

یہ خطرات کوئی مبالغہ آرائی نہیں ہیں۔ بین الاقوامی فوٹو وولٹک سیفٹی الائنس کے مطابق، 60% سے زیادہ فوٹو وولٹک نظام کی ناکامیوں کی وجہ ناکافی برقی تحفظ ہے۔

II سرج پروٹیکٹو ڈیوائسز (SPD) کے بنیادی افعال

2.1 کام کرنے کا اصول
SPD عارضی اوور وولٹیج کو میٹل آکسائیڈ ویریسٹرز (MOV) یا گیس ڈسچارج ٹیوب (GDT) کے ذریعے زمین کی طرف موڑ دیتا ہے، وولٹیج کو محفوظ رینج میں محدود کرتا ہے۔ فوٹو وولٹک نظاموں میں، SPDs کو عام طور پر درج ذیل مقامات پر نصب کیا جاتا ہے:
ڈی سی سائیڈ (ماڈیولز اور انورٹر کے درمیان): بجلی سے ہونے والے اضافے سے بچانے کے لیے۔
AC سائیڈ (انورٹر اور گرڈ کے درمیان): گرڈ سائیڈ سے اوور وولٹیج کو دبانے کے لیے۔

2.2 کلیدی پیرامیٹرز
زیادہ سے زیادہ مسلسل آپریٹنگ وولٹیج (Uc): فوٹو وولٹک نظام کے وولٹیج کی سطح سے مماثل ہونا چاہیے (جیسے 1000V DC یا 1500V DC)۔
ڈسچارج کرنٹ (ان/آئی ایم پی): بجلی کے کرنٹ کو خارج کرنے کی صلاحیت کی عکاسی کرتا ہے، اور فوٹو وولٹک سسٹم کو عام طور پر 20kA یا اس سے اوپر کی ضرورت ہوتی ہے۔
وولٹیج پروٹیکشن لیول (اوپر): بقایا وولٹیج کے سائز کا تعین کرتا ہے اور اسے محفوظ آلات کے برداشت کرنے والے وولٹیج سے کم ہونا چاہیے۔

2.3 ضرورت
مہنگے سازوسامان جیسے انورٹرز اور کمبینر بکس کو اضافے سے نقصان پہنچنے سے بچائیں۔
بین الاقوامی معیارات (جیسے IEC 6164331, UL 1449) اور فوٹو وولٹک پاور اسٹیشنوں کے لیے قبولیت کے تقاضوں کی تعمیل کریں۔

Ⅲ سرکٹ بریکرز اور فیوز کا فنکشن اور انتخاب

3.1 سرکٹ بریکر
فنکشن:
•اوورلوڈ پروٹیکشن: جب کرنٹ سیٹ ویلیو سے زیادہ ہو جاتا ہے (جیسے ریٹیڈ کرنٹ سے 1.3 گنا)، تو تھرمل ٹرپ میکانزم کام کرتا ہے۔
•شارٹ سرکٹ پروٹیکشن: برقی مقناطیسی ٹرپ میکانزم شارٹ سرکٹ کرنٹ (جیسے 10kA) کو ملی سیکنڈ میں کاٹ دیتا ہے۔

• فوٹوولٹک کے لیے درخواست کی خصوصیات:
ایک وقف شدہ DC سرکٹ بریکر (جیسے DC 1000V/1500V) کو منتخب کرنے کی ضرورت ہے۔
بریکنگ کی گنجائش سسٹم شارٹ سرکٹ کرنٹ (عام طور پر ≥ 15kA) سے مماثل ہونی چاہیے۔

3.2 فیوز
فنکشن:
فیوز عنصر کو پگھلا کر، یہ ناقص سرکٹ کو تیزی سے الگ کر سکتا ہے اور سیریز سے منسلک شاخ کی حفاظت کر سکتا ہے۔

فوائد:
منقطع ہونے کی رفتار تیز ہے (مائیکرو سیکنڈ لیول پر)، ہائی شارٹ سرکٹ موجودہ حالات کے لیے موزوں ہے۔
یہ سائز میں چھوٹا ہے اور محدود جگہ والے کرنٹ لے جانے والے خانوں کے لیے موزوں ہے۔

3.3 SPD کے ساتھ تعاون

SPD وولٹیج کے تحفظ کے لیے ذمہ دار ہے، جبکہ سرکٹ بریکر/فیوز پروٹیکٹر موجودہ تحفظ کے لیے ذمہ دار ہیں۔
جب سرج بریک ڈاؤن کی وجہ سے SPD ناکام ہو جاتا ہے، سرکٹ بریکر یا فیوز پروٹیکٹر آگ سے بچنے کے لیے ناقص سرکٹ کو فوری طور پر کاٹ سکتے ہیں۔

Ⅳ ملٹی لیول پروٹیکشن سسٹم کا کیس اسٹڈی

مثال کے طور پر 1 میگاواٹ فوٹوولٹک پاور سٹیشن لیں:
4.1 ڈی سی کی طرف تحفظ
اجزاء کی سیریز کی شاخیں: ہر سیریز کے لیے فیوز (جیسے 10A gPV قسم) انسٹال کریں۔
کمبینر باکس کا اندراج: ٹائپ II SPD (Up ≤ 1.5kV) اور DC سرکٹ بریکر (63A) انسٹال کریں۔

4.2 AC سائیڈ پر تحفظ
انورٹر کا آؤٹ پٹ اینڈ: ٹائپ 1+2 SPD (Iimp ≥ 12.5kA) اور مولڈ کیس سرکٹ بریکر (250A) کو ترتیب دیں۔

4.3 فالٹ سیناریو سمولیشن
جب بجلی گرتی ہے: SPD سرج کرنٹ جاری کرتا ہے اور 2kV سے کم وولٹیج کو بند کرتا ہے۔ اگر شارٹ سرکٹ کی وجہ سے ایس پی ڈی ناکام ہوجاتا ہے تو، سرکٹ بریکر ٹرپ کرتا ہے۔
جب لائن شارٹ سرکٹ ہو: تھرمل اسپاٹ اثر کے پھیلاؤ کو روکنے کے لیے فیوز 5ms کے اندر پگھل جاتا ہے۔

Ⅴ انتخاب اور تنصیب کے لیے احتیاطی تدابیر

5.1 SPD انتخاب
DC سائیڈ کے لیے، عام AC SPD کے ریورس کرنٹ کے مسئلے سے بچنے کے لیے فوٹو وولٹک مخصوص SPD (جیسے PVSPD) کا انتخاب کیا جانا چاہیے۔
درجہ حرارت کے مارجن پر غور کیا جانا چاہئے (Uc کو اعلی درجہ حرارت والے ماحول میں مارجن چھوڑنے کی ضرورت ہے)۔

5.2 سرکٹ بریکر/فیوز میچنگ
بریکنگ کی گنجائش سسٹم کے زیادہ سے زیادہ شارٹ سرکٹ کرنٹ سے زیادہ ہونی چاہیے (جیسے سٹرنگ کا فالٹ کرنٹ 1.5kA تک پہنچ سکتا ہے)۔
فیوز کا ریٹیڈ کرنٹ جزو شارٹ سرکٹ کرنٹ (Isc) سے 1.56 گنا زیادہ ہونا چاہیے (NEC 690.8 کے مطابق)۔

5.3 سسٹم انٹیگریشن کی تجاویز
بقایا وولٹیج کو کم کرنے کے لیے SPD اور سرکٹ بریکر کے درمیان تار کی لمبائی ≤ 0.5m ہونی چاہیے۔
SPD اسٹیٹس انڈیکیٹرز کا باقاعدہ معائنہ کیا جانا چاہیے، اور ناکام ماڈیولز کو وقت پر تبدیل کیا جانا چاہیے۔

Ⅵ صنعتی رجحانات اور معیاری اپ ڈیٹس
•ہائی وولٹیج کی طلب: 1500V فوٹوولٹک سسٹمز کو وسیع پیمانے پر اپنانے کے ساتھ، SPDs اور سرکٹ بریکرز کے برداشت کرنے والے وولٹیج کی سطح کو ہم آہنگی سے بڑھانے کی ضرورت ہے۔

ذہین نگرانی: درجہ حرارت کے سینسر اور وائرلیس مواصلات کے افعال کو مربوط کرنے والے ذہین SPDs کو بتدریج ریموٹ فالٹ کی ابتدائی وارننگ حاصل کرنے کے لیے لاگو کیا جا رہا ہے۔

معیاری کمک: IEC 625482023 کے نئے ورژن نے فوٹو وولٹک سسٹمز کے لیے حفاظتی آلات پر کوآرڈینیشن کے سخت تقاضے عائد کیے ہیں۔

نتیجہ
فوٹو وولٹک نظاموں میں، سرج پروٹیکٹرز، سرکٹ بریکرز اور فیوز ایک مکمل "وولٹیج کرنٹ" تعاونی تحفظ کا نظام بناتے ہیں۔ ان اجزاء کا درست انتخاب اور ترتیب نہ صرف آلات کی سروس لائف کو بڑھا سکتی ہے اور آپریشن اور دیکھ بھال کے اخراجات کو کم کر سکتی ہے بلکہ پاور سٹیشنوں کے محفوظ آپریشن کو یقینی بنانے کے لیے بھی ضروری شرائط ہیں۔ ٹیکنالوجی کی ترقی کے ساتھ، ان حفاظتی آلات کا انضمام اور ذہانت مستقبل میں فوٹو وولٹک نظاموں کی وشوسنییتا کو مزید بڑھا دے گی۔