माइक्रोग्रिड बिजली वितरण प्रणालियों में एमवी और एलवी स्विचगियर

एक सूक्ष्म ग्रिड (माइक्रोग्रिड) वितरित ऊर्जा संसाधनों (डीईआर) जैसे सौर, भंडारण और जनरेटरों को भारों के साथ जोड़ता है, और यह ग्रिड-जुड़े और अलग-थलग (आइलैंडेड) दोनों तरीकों से संचालित होने में सक्षम होना चाहिए। सूक्ष्म ग्रिड स्विचगियर यह प्रणाली के केंद्र में स्थित होता है। यह केवल विद्युत धारा को संचालित करने का काम नहीं करता; बल्कि यह निर्णय लेता है कि शक्ति कहाँ प्रवाहित होगी, कौन से भाग अलग किए जाएँगे, और परिस्थितियाँ बदलने पर सूक्ष्म ग्रिड की सुरक्षा कैसे बनाए रखी जाएगी।

१. मध्यम वोल्टेज और निम्न वोल्टेज वास्तुकला

एक सामान्य सूक्ष्म ग्रिड शक्ति वितरण को दो वोल्टेज स्तरों में व्यवस्थित करता है, जिनमें से प्रत्येक के अपने स्विचगियर और सुरक्षा व्यवस्था होती हैं।

मध्यम वोल्टेज पक्ष

मध्यम वोल्टेज पक्ष वितरित ऊर्जा संसाधनों से शक्ति एकत्रित करता है और उपयोगिता ग्रिड से जुड़ता है। मध्यम वोल्टेज स्विचगियर में आमतौर पर एक मुख्य आवक ब्रेकर, एक डिस्कनेक्ट स्विच और प्रत्येक उत्पादन स्रोत के लिए फीडर पैनल शामिल होते हैं। यह परत उच्च दोष धाराओं को संभालती है और मजबूत आर्क-फ्लैश सुरक्षा की आवश्यकता होती है।

कम वोल्टेज वाली तरफ

एलवी तरफ ट्रांसफॉर्मर के द्वितीयक तरफ से अंतिम उपयोगकर्ता सर्किट्स और छोटे लोड्स को बिजली का वितरण करती है। एलवी स्विचगियर मोल्डेड-केस ब्रेकर्स और छोटे बस व्यवस्थाओं के साथ शाखा सर्किट्स की सेवा करता है। एमवी और एलवी के बीच का अलगाव दोष स्तरों को प्रबंधनीय रखता है और प्रत्येक परत को स्वतंत्र रूप से सुरक्षित करने की अनुमति देता है।

२. ब्रेकर, डिस्कनेक्ट और बसबार

तीन मुख्य उपकरण किसी भी स्विचगियर असेंबली की रीढ़ होते हैं, जिनमें से प्रत्येक का एक अलग और अपरिहार्य कार्य होता है।

सर्किट ब्रेकर

सर्किट ब्रेकर दोष धाराओं का स्वचालित रूप से पता लगाते हैं और उन्हें बाधित करते हैं। वे नीचे की ओर के उपकरणों की सुरक्षा करते हैं और दोषों को पूरे प्रणाली में फैलने से रोकते हैं। एमवी अनुप्रयोगों में, वैक्यूम या SF6 ब्रेकर आम हैं; एलवी में, मोल्डेड-केस डिज़ाइन प्रभावी होते हैं।

डिस्कनेक्ट और बसबार

विच्छेदक उपकरण सुरक्षित रखरखाव के लिए दृश्यमान वायु अंतराल प्रदान करते हैं, जिससे कार्य शुरू करने से पहले परिपथों को बिना बिजली के बनाए रखना सुनिश्चित होता है। बसबार सभी कुछ को एक साथ जोड़ते हैं, जिससे कई स्रोतों और भारों के लिए एक सामान्य विद्युत नोड उपलब्ध होता है। मध्यम वोल्टेज स्विचगियर में, वायु स्विच या ड्रॉ-आउट ब्रेकर प्राथमिक विच्छेदक के रूप में कार्य करता है; निम्न वोल्टेज स्विचगियर में, मोल्डेड-केस ब्रेकर अक्सर इस भूमिका को निभाता है।

प्रत्येक उपकरण का एक स्पष्ट कार्य होता है, और किसी भी उपकरण को छोड़े बिना स्थापना की समग्र सुरक्षा कमज़ोर हो जाती है।

३. दोष अलगाव और ग्रेडेड सुरक्षा

जब कोई दोष घटित होता है, तो सुरक्षा प्रणाली को केवल न्यूनतम प्रभावित क्षेत्र को अलग करना चाहिए, जबकि माइक्रोग्रिड के शेष भाग को चालू रखा जाना चाहिए।

समन्वय और चयनात्मकता

दोष के सबसे निकट स्थित ब्रेकर को पहले ट्रिप करना चाहिए। उसके पीछे स्थित बैकअप रिले थोड़ी देर प्रतीक्षा करते हैं और केवल तभी ट्रिप करते हैं जब प्राथमिक सुरक्षा विफल हो जाती है। इस सिद्धांत को समन्वय या चयनात्मकता कहा जाता है, जो यह सुनिश्चित करता है कि एकल दोष के कारण व्यापक आउटेज नहीं होगा।

द्वि-मोड चुनौती

एक माइक्रोग्रिड में, चुनौती और भी अधिक बढ़ जाती है क्योंकि आइलैंडेड मोड में दोष धारा ग्रिड-कनेक्टेड मोड की तुलना में काफी कम हो सकती है। सुरक्षा सेटिंग्स को दोनों अवस्थाओं में विश्वसनीय रूप से काम करना चाहिए। आधुनिक डिजिटल रिले, जिनमें अनुकूलनशील सेटिंग्स होती हैं, संचालन मोड के आधार पर सुरक्षा प्रोफाइल के बीच स्वचालित रूप से स्विच कर सकते हैं, जिससे चाहे माइक्रोग्रिड उपयोगिता ग्रिड से जुड़ा हो या स्वतंत्र रूप से चल रहा हो, चयनात्मकता सुनिश्चित रहती है।

४. ग्रिड-कनेक्टेड और आइलैंडेड संक्रमण

माइक्रोग्रिड और उपयोगिता ग्रिड के मिलने का बिंदु पूरे प्रणाली का सबसे महत्वपूर्ण नोड है।

इंटरकनेक्शन स्विचगियर

इंटरकनेक्शन स्विचगियर सामान्य संयुक्त बिंदु पर स्थित होता है। जब उपयोगिता ग्रिड में दोष आता है, तो यह स्विचगियर माइक्रोग्रिड को त्वरित रूप से अलग करने के साथ-साथ स्थानीय लोड को बिजली प्रदान करते रहने का प्रबंध करता है। एक नियोजित आइलैंडिंग घटना के दौरान, यह सटीक क्षण पर खुलता है और DER नियंत्रकों को अपना आउटपुट समायोजित करने के लिए संकेत भेजता है।

तीव्र स्विचिंग और संचार

त्वरित-क्रियाशील ब्रेकरों को संचार-आधारित तर्क के साथ जोड़ने से अनावश्यक आउटेज को रोका जा सकता है और संक्रमण के दोनों ओर की रक्षा की जा सकती है। जब आइलैंडिंग घटित होती है, तो DER इन्वर्टरों को स्थिर आवृत्ति और वोल्टेज बनाए रखने के लिए धारा-स्रोत से वोल्टेज-स्रोत व्यवहार में परिवर्तित होना आवश्यक होता है। स्विचगियर और उसके संबद्ध नियंत्रक इस हैंडओवर के समन्वय को सुनिश्चित करते हैं।

५. ट्रांसफॉर्मर, इन्वर्टर और नियंत्रणों के साथ इंटरफ़ेस

स्विचगियर अकेले नहीं चलता है। यह व्यापक माइक्रोग्रिड पारिस्थितिकी तंत्र के साथ गहन रूप से एकीकृत होता है।

ट्रांसफॉर्मर और इन्वर्टर कनेक्शन

स्विचगियर, एमवी और एलवी स्तरों को जोड़ने वाले स्टेप-अप और स्टेप-डाउन ट्रांसफॉर्मरों से तथा सौर पैनलों या बैटरियों से आने वाली डीसी को एसी में परिवर्तित करने वाले इन्वर्टरों के आउटपुट सर्किट्स से जुड़ता है। विश्वसनीय संचालन के लिए स्विचगियर की रेटिंग और ट्रांसफॉर्मर/इन्वर्टर की क्षमता के बीच उचित समन्वय आवश्यक है।

संचार प्रोटोकॉल

आधुनिक ब्रेकर और सुरक्षा रिले मॉडबस या आईईसी ६१८५० जैसे प्रोटोकॉल के माध्यम से डेटा का आदान-प्रदान करते हैं, जिससे माइक्रोग्रिड नियंत्रक स्विच की स्थिति की निगरानी कर सकता है और दूर से आदेश जारी कर सकता है। इन संचार कड़ियों के बिना, समन्वित आइलैंडिंग और ब्लैक-स्टार्ट पुनर्स्थापना असंभव हो जाती है।

६. चयन आवश्यकताएँ

उचित स्विचगियर का चयन करने के लिए तीन महत्वपूर्ण रेटिंग्स पर सावधानीपूर्ण ध्यान देना आवश्यक है।

अंकित वोल्टेज

नामांकित वोल्टेज को प्रणाली के स्तर के साथ मेल खाना चाहिए। मध्यम वोल्टेज (एमवी) अनुप्रयोगों के लिए, सामान्य रेटिंग्स में ११ केवी, २२ केवी या ३३ केवी शामिल हैं। कम वोल्टेज (एलवी) के लिए, मानक आमतौर पर ३८०/२२० वी है। सही वोल्टेज वर्ग का चयन विद्युत रोधन की अखंडता और दीर्घकालिक विश्वसनीयता सुनिश्चित करता है।

लघु-परिपथ सहनशीलता

लघु-परिपथ सहन क्षमता रेटिंग को स्थापना बिंदु पर उपलब्ध अधिकतम दोष धारा से अधिक होना चाहिए। ग्रिड-कनेक्टेड मोड में, उपयोगिता का योगदान दोष धाराओं को बहुत अधिक कर सकता है; आइलैंडेड मोड में, इन्वर्टर-आधारित स्रोतों का योगदान कम होता है, लेकिन फिर भी पर्याप्त सहन क्षमता की आवश्यकता होती है।

पैकेजिंग सुरक्षा

आवरण सुरक्षा स्थापना वातावरण पर निर्भर करती है। स्वच्छ कमरों में आंतरिक स्विचगियर के लिए आमतौर पर IP30 की आवश्यकता होती है, जबकि बाहरी या कठोर वातावरण में स्थापना के लिए IP54 या उच्चतर की आवश्यकता होती है। व्यक्तिगत सुरक्षा और उपकरण के आकार के लिए आंतरिक आर्क रेटिंग और विद्युतरोधन प्रकार पर भी ध्यान देने की आवश्यकता होती है।

माइक्रोग्रिड अनुप्रयोगों के लिए अतिरिक्त विचारों में वातावरणीय तापमान, आर्द्रता, नमकीन छिड़काव का अभिनिवेश और उच्च ऊँचाइयों पर आवश्यक विशिष्ट डीरेटिंग वक्र शामिल हैं। वातावरणीय कारक सीधे दोनों सामग्री चयन और रखरखाव अंतराल को प्रभावित करते हैं।

7. अनुप्रयोग परिदृश्य

8. अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

प्रश्न १: माइक्रोग्रिड स्विचगियर क्या है और यह क्यों महत्वपूर्ण है?

माइक्रोग्रिड स्विचगियर एक केंद्रीकृत वितरण और सुरक्षा उपकरण है जो वितरित ऊर्जा संसाधनों, भारों और उपयोगिता ग्रिड के बीच शक्ति प्रवाह को प्रबंधित करता है। यह ग्रिड-जुड़े और आइलैंडेड दोनों मोड में सुरक्षित संचालन सुनिश्चित करता है, दोष अलगाव प्रदान करता है, और संचालन की विभिन्न स्थितियों के बीच चिकनी संक्रमण को सक्षम बनाता है।

प्रश्न २: माइक्रोग्रिड में एमवी और एलवी स्विचगियर के बीच क्या अंतर है?

एमवी स्विचगियर मध्यम वोल्टेज स्तर (आमतौर पर ११ केवी से ३३ केवी) पर काम करता है और डीईआर से शक्ति संग्रह और उपयोगिता अंतरसंबंध को संभालता है। एलवी स्विचगियर कम वोल्टेज (३८०/२२० वी) पर काम करता है और अंतिम भारों को शक्ति वितरित करता है। दोनों परतों को ट्रांसफार्मरों द्वारा अलग किया जाता है और स्वतंत्र रूप से सुरक्षित किया जाता है।

प्रश्न ३: माइक्रोग्रिड में सुरक्षा समन्वय कैसे काम करता है?

सुरक्षा समन्वय चयनात्मकता के सिद्धांत का पालन करता है: दोष के सबसे निकट स्थित ब्रेकर पहले ट्रिप करता है, जबकि बैकअप रिले अतिरिक्त सुरक्षा प्रदान करते हैं। माइक्रोग्रिड में, दोष धाराओं में ग्रिड-कनेक्टेड और आइलैंडेड मोड के बीच काफी अंतर होने के कारण अनुकूलनशील सुरक्षा सेटिंग्स की आवश्यकता होती है।

प्रश्न ४: आधुनिक माइक्रोग्रिड स्विचगियर में कौन-कौन से संचार प्रोटोकॉल का उपयोग किया जाता है?

सामान्य प्रोटोकॉलों में मॉडबस आरटीयू/टीसीपी, आईईसी ६१८५० (गूस और एमएमएस), तथा डीएनपी३.० शामिल हैं। ये स्विचगियर और माइक्रोग्रिड नियंत्रक के बीच वास्तविक समय में स्थिति निगरानी, दूरस्थ स्विचिंग आदेश, तथा समन्वित सुरक्षा तर्क को सक्षम बनाते हैं।

प्रश्न ५: माइक्रोग्रिड परियोजना के लिए स्विचगियर का चयन करते समय किन कारकों पर विचार किया जाना चाहिए?

प्रमुख कारकों में व्यवस्था के स्तर के अनुरूप नामांकित वोल्टेज, उपलब्ध दोष धारा से अधिक लघु-परिपथ सहन क्षमता, स्थापना वातावरण के अनुकूल उचित आईपी रेटिंग, सुरक्षा के लिए आंतरिक चाप वर्गीकरण, तथा माइक्रोग्रिड नियंत्रक के साथ एकीकरण के लिए संचार क्षमता शामिल हैं।