नवीकरणीय ऊर्जा परियोजनाओं के लिए स्विचगियर का चयन किस आधार पर किया जाता है?

अक्षय ऊर्जा स्विचगियर के लिए वोल्टेज, लोड और दोष प्रदर्शन आवश्यकताएँ

ग्रिड इंटरफ़ेस बिंदुओं और परियोजना के पैमाने के साथ मध्यम वोल्टेज (MV)/उच्च वोल्टेज (HV) वोल्टेज वर्गों का संरेखण

मध्यम वोल्टेज (MV: लगभग 1 किलोवोल्ट से 52 किलोवोल्ट तक) और उच्च वोल्टेज (HV: 52 किलोवोल्ट से अधिक कोई भी वोल्टेज) के बीच चयन करना वास्तव में ग्रिड की आवश्यकताओं और परियोजना के आकार पर निर्भर करता है। बड़े सौर ऊर्जा संयंत्र आमतौर पर लगभग 34.5 किलोवोल्ट पर ग्रिड से जुड़ते हैं, लेकिन समुदायों में छोटे पवन ऊर्जा परियोजनाएँ आमतौर पर 12 से 15 किलोवोल्ट के बीच के वोल्टेज पर अच्छी तरह काम करती हैं। इस चयन में गलती करने से विद्युत रोधन विफलता या उपकरण की क्षमता का अपव्यय जैसी समस्याएँ उत्पन्न हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, मुख्य ट्रांसमिशन लाइनों से जुड़ने वाला एक विशाल 100 मेगावॉट का सौर फार्म कम से कम 36 किलोवोल्ट रेटिंग वाले उच्च वोल्टेज स्विचगियर की आवश्यकता रखेगा। दूसरी ओर, छोटे छत-स्थित सौर पैनल 15 किलोवोल्ट तक के मध्यम वोल्टेज उपकरणों के साथ बिल्कुल सही ढंग से कार्य करते हैं। अधिकांश इंजीनियर विभिन्न नवीकरणीय ऊर्जा स्थापनाओं के बीच इन संगतता मुद्दों को निर्धारित करने के लिए IEEE मानक C37.20.2 का संदर्भ लेते हैं।

अस्थायी, असंतुलित उत्पादन के लिए धारा रेटिंग और दोष सहन क्षमता का आकार निर्धारण

नवीकरणीय उत्पादन से परिवर्तनशील लोड प्रोफाइल और असममित दोष धाराएँ उत्पन्न होती हैं, जिसके कारण कठोर डीरेटिंग और मजबूत दोष सहनशीलता की आवश्यकता होती है। स्विचगियर को निम्नलिखित शर्तों को स्थायी रूप से संभालने में सक्षम होना चाहिए:

• निरंतर धारा : सौर ऊर्जा के लिए अधिकतम इन्वर्टर आउटपुट का 125%; पवन ऊर्जा के लिए टरबाइन के अधिकतम आउटपुट का 130%
• लघु-परिपथ सहनशीलता : ग्रिड विक्षोभ के दौरान आघात घटनाओं को संभालने के लिए न्यूनतम 40 kA, 3 सेकंड तक

ग्रिड कोड्स इन आवश्यकताओं को मजबूत करते हैं: IEEE 1547 के अनुसार PV प्रणालियों के लिए 150% अस्थायी अतिभार क्षमता आवश्यक है, जबकि पवन अनुप्रयोगों के लिए टर्बाइन जड़त्व और गुस्ट-चालित टॉर्क परिवर्तनों को समायोजित करने के लिए 200% चक्रीय भार सहन क्षमता की आवश्यकता होती है।

सौर, पवन और ऊर्जा भंडारण एकीकरण के लिए अनुप्रयोग-अनुकूलित स्विचगियर प्रकार

PV फार्म और पवन उप-केंद्रों के लिए धातु-आवृत्त, GIS और SF6-मुक्त MV स्विचगियर

बड़े पैमाने पर नवीकरणीय ऊर्जा परियोजनाओं के लिए मध्यम वोल्टेज स्विचगियर की आवश्यकता होती है, जिसे आसानी से रखरखाव किया जा सके, जो कम स्थान घेरे और विभिन्न वातावरणों में सुरक्षित रहे। अधिकांश सौर फार्म मॉड्यूलर होने के कारण धातु आवरित (मेटल क्लैड) डिज़ाइन का चयन करते हैं। निकाले जा सकने वाले सर्किट ब्रेकरों के कारण तकनीशियन पूरे सबस्टेशन को बंद किए बिना ही मरम्मत कर सकते हैं, जिससे समय और धन दोनों की बचत होती है। ऑफशोर विंड इंस्टॉलेशन या उन स्थानों के लिए, जहाँ स्थान की कमी हो, गैस इन्सुलेटेड स्विचगियर (GIS) वरीयता का विकल्प बन जाता है। ये प्रणालियाँ पारंपरिक विकल्पों की तुलना में भौतिक स्थान की आवश्यकता लगभग दो तिहाई तक कम कर देती हैं, साथ ही ये समुद्री जल के संपर्क से होने वाले संक्षारण के प्रति प्राकृतिक रूप से प्रतिरोधी होती हैं। जैसे-जैसे उत्सर्जन से संबंधित नियम सर्वत्र कड़े हो रहे हैं, आजकल SF6-मुक्त विकल्पों का अधिकाधिक उपयोग देखा जा रहा है। कंपनियाँ पुराने SF6 आधारित उपकरणों के स्थान पर वैक्यूम अंतरालन (वैक्यूम इंटरप्शन) तकनीक को ठोस परावैद्युत इन्सुलेशन सामग्रियों के साथ जोड़ रही हैं। नए उपकरण पिछले उपकरणों के समान ही कार्य करते हैं, लेकिन उद्योग को पहले जिन ग्रीनहाउस गैस संबंधी चिंताओं का सामना करना पड़ता था, वे सभी अब समाप्त हो गई हैं।

बैटरी भंडारण और माइक्रोग्रिड अनुप्रयोगों के लिए डीसी और हाइब्रिड एसी/डीसी स्विचगियर

बैटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम्स, या संक्षेप में BESS, को विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए डीसी स्विचगियर की आवश्यकता होती है, क्योंकि उन्हें कुछ बहुत ही अद्वितीय समस्याओं का सामना करना पड़ता है। एसी सिस्टम्स के विपरीत, यहाँ कोई प्राकृतिक बिंदु नहीं होता जहाँ धारा शून्य तक गिर जाए, और इसके अतिरिक्त हमें उपकरणों को क्षतिग्रस्त कर सकने वाले तीव्र डिस्चार्ज स्पाइक्स भी प्राप्त होते हैं। इसीलिए आधुनिक स्विचगियर में चुंबकीय ब्लोआउट कॉइल्स और मज़बूत आर्क च्यूट्स जैसे घटक शामिल होते हैं, जो डीसी दोषों को लगभग तुरंत, आमतौर पर कुछ मिलीसेकंड के भीतर, रोक सकते हैं। हाइब्रिड एसी/डीसी स्विचगियर समाधानों पर विचार करते समय, उन्हें विशिष्ट बनाने वाली बात उनकी सभी घटकों की सुरक्षा करने की क्षमता है, जबकि वे माइक्रोग्रिड सेटअप में विभिन्न बिजली स्रोतों के बीच स्विच करते हैं। सोचिए एक ऐसे सिस्टम के बारे में जो सौर पैनल, बैटरियाँ और पारंपरिक बैकअप जनरेटर्स को एकीकृत करता है — यह प्रकार का उपकरण सब कुछ सुचारू रूप से संचालित करता है। डीसी कपलिंग को सीधे (नेटिव) रूप से अपनाने से रूपांतरण के दौरान ऊर्जा हानि कम हो जाती है और सिस्टम मुख्य ग्रिड बंद होने पर भी स्वतंत्र रूप से कार्य कर सकता है। यह क्षमता केवल अच्छी प्रथा नहीं है, बल्कि यह UL 1741 SA और IEEE 1547-2018 जैसे मानकों को पूरा करने के लिए आवश्यक हो रही है, जो अधिकाधिक सुविधाओं के ऊर्जा स्वायत्तता के लक्ष्य के साथ बढ़ते हुए महत्व के साथ आ रहे हैं।

पर्यावरणीय स्थायित्व और नवीकरणीय स्थलों के लिए दूरस्थ-तैयार डिज़ाइन

संक्षारण प्रतिरोध, IP65+ आवरण, और कठोर जलवायु में अनुकूलनशील थर्मल प्रबंधन

नवीकरणीय ऊर्जा स्थलों पर स्विचगियर को कठोर परिस्थितियों से गंभीर चुनौतियों का सामना करना पड़ता है। तटीय क्षेत्रों में स्थित पवन फार्मों को नमकीन छींटों के कारण होने वाले संक्षारण का सामना करना पड़ता है, जबकि रेगिस्तानों में स्थापित सौर संयंत्र रेत के क्षरण और 90% से अधिक की आर्द्रता के साथ संघर्ष करते हैं। AMPP के 2023 के शोध के अनुसार, इन कठोर परिस्थितियों में लगभग एक चौथाई सभी विद्युत विफलताएँ संक्षारण के कारण होती हैं। इसका मुकाबला करने के लिए, त्रिगुणित सील वाले IP66 एन्क्लोजर मानसून या रेत तूफान जैसी तीव्र मौसमी घटनाओं के दौरान धूल और जल को अंदर प्रवेश करने से रोकते हैं। और भी कठोर परिस्थितियों के लिए, निर्माता स्टेनलेस स्टील 316L या निकल मिश्र धातुओं का उपयोग करते हैं, जो आक्रामक रसायनों या समुद्री प्रदूषण के अधीन स्थानों के लिए ISO 12944 C5-M मानक के अंतर्गत प्रमाणित हैं। तापीय प्रबंधन प्रणालियाँ भी यहाँ महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। ये प्रणालियाँ PTC हीटर और परिवर्तनशील गति वाले पंखों का उपयोग करके उपकरणों को माइनस 40 डिग्री सेल्सियस से लेकर प्लस 55 डिग्री सेल्सियस तक के चरम तापमान परिसर में सुचारू रूप से कार्य करने में सक्षम बनाती हैं। ये प्रणालियाँ रात में तापमान में तीव्र उतार-चढ़ाव के कारण संघनन के कारण होने वाले खतरनाक फ्लैशओवर को रोकने में सहायता करती हैं, जिसका परीक्षण और दस्तावेज़ीकरण IEC TR 63397:2022 मानकों में किया गया है।

डिजिटल तैयारी: मॉनिटरिंग, स्वचालन और ग्रिड अनुपालन के लिए स्मार्ट स्विचगियर

IEC 61850 एकीकरण, SCADA प्रोटोकॉल (Modbus/DNP3) और एज-आधारित नैदानिक विश्लेषण

स्विचगियर आधुनिक नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जो केवल एक साधारण डिस्कनेक्ट बिंदु से कहीं अधिक है। जब उपकरण मूल IEC 61850 मानकों का समर्थन करते हैं, तो यह विभिन्न ब्रांडों के सुरक्षा रिले, सेंसर और नियंत्रकों को बिना किसी असंगति के एक साथ काम करने की अनुमति देता है। इससे स्थापना प्रक्रिया आसान हो जाती है और ग्रिड कोड्स की पुष्टि करने की प्रक्रिया तेज़ हो जाती है। आज की अधिकांश प्रणालियाँ Modbus TCP और DNP3 जैसे प्रोटोकॉल के माध्यम से SCADA प्लेटफॉर्म से भी जुड़ती हैं। ये कनेक्शन ऑपरेटरों को संपूर्ण प्रणाली की दूरस्थ निगरानी और नियंत्रण करने की अनुमति देते हैं, जबकि नेटवर्क भर में डेटा की सुरक्षा बनाए रखी जाती है। इन उपकरणों में अंतर्निर्मित स्मार्ट प्रोसेसर स्थानीय स्तर पर वर्तमान स्तर, वोल्टेज पठन, तापमान परिवर्तन और यहाँ तक कि आंशिक डिस्चार्ज का भी पता लगा सकते हैं। वे समस्याओं का पता केवल 20 मिलीसेकंड से कम समय में लगा लेते हैं, जो आइलैंडिंग घटनाओं के प्रति त्वरित प्रतिक्रिया देने के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। उन्नत भविष्यवाणी रखरखाव उपकरण समय के साथ घटकों के प्रदर्शन का विश्लेषण करके यह भविष्यवाणी करते हैं कि कब कोई घटक विफल हो सकता है। 2023 की एनर्जी ग्रिड इनसाइट्स के अनुसार, इस दृष्टिकोण से अप्रत्याशित डाउनटाइम लगभग आधा कम हो जाता है। इसके अतिरिक्त, अनुकूलनशील सुरक्षा तर्क नवीकरणीय स्रोतों के उतार-चढ़ाव के अनुसार स्वचालित रूप से सेटिंग्स को समायोजित करके स्थिरता बनाए रखता है। यह कम वोल्टेज राइड-थ्रू (LVRT) और हार्मोनिक विकृति सीमाओं जैसी आवश्यकताओं के अनुपालन को बिना किसी मैनुअल हस्तक्षेप के बनाए रखने में सहायता करता है।

सामान्य प्रश्न

अक्षय ऊर्जा स्विचगियर के लिए विशिष्ट वोल्टेज स्तर क्या हैं?

मध्यम वोल्टेज (MV) आमतौर पर 1 kV से 52 kV तक की सीमा में होता है और छोटे सिस्टमों के लिए आमतौर पर उपयोग किया जाता है, जबकि उच्च वोल्टेज (HV) 52 kV से अधिक होता है और बड़े पैमाने की स्थापनाओं के लिए आमतौर पर आवश्यक होता है।

स्विचगियर बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणालियों का समर्थन कैसे करता है?

बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणालियों (BESS) में उपयोग किए जाने वाले डीसी स्विचगियर में तीव्र डिस्चार्ज स्पाइक्स जैसी विशिष्ट चुनौतियों को संभालने के लिए चुंबकीय ब्लोआउट कॉइल्स और आर्क च्यूट्स जैसी विशेषताएँ शामिल होती हैं, जो दोषों को त्वरित रूप से दूर करने में सक्षम होती हैं।

स्विचगियर में SF6-मुक्त विकल्प क्या हैं?

हाल के रुझान वैक्यूम अंतरालन प्रौद्योगिकी की ओर जा रहे हैं, जिसमें ठोस परावैद्युत इन्सुलेशन सामग्री का उपयोग किया जाता है, जिससे ग्रीनहाउस गैस SF6 की आवश्यकता समाप्त हो जाती है, जबकि समान प्रदर्शन बनाए रखा जाता है।

अक्षय ऊर्जा स्थलों पर पर्यावरणीय परिस्थितियाँ स्विचगियर को कैसे प्रभावित करती हैं?

नवीकरणीय ऊर्जा स्थलों पर स्विचगियर को नमकीन छिड़काव के कारण संक्षारण, रेत के कारण घर्षण और तापमान के चरम मानों से समस्याओं का सामना करना पड़ सकता है। इसके समाधान के रूप में टिकाऊ आवरणों और अनुकूलनशील तापीय प्रबंधन प्रणालियों का उपयोग किया जाता है ताकि देर तक चलने वाली विश्वसनीयता सुनिश्चित की जा सके।