পিভি সিস্টেমের জন্য সার্জ প্রোটেকশন ডিভাইস নির্বাচন – এসপিডি-র প্রকারভেদ

ফটোভোল্টাইক (পিভি) বিদ্যুৎ উৎপাদন নবায়নযোগ্য শক্তির একটি প্রধান উৎস এবং প্রচলিত বিদ্যুৎ উৎপাদনের তুলনায় এটি অর্থনৈতিকভাবে অত্যন্ত প্রতিযোগিতামূলক। ছোট আকারের বিকেন্দ্রীভূত পিভি সিস্টেম, যেমন ছাদের সোলার প্যানেল, ক্রমশ জনপ্রিয় হয়ে উঠছে। রুফটপ পিভি সিস্টেমে এসি এবং ডিসি উভয় ধরনের বিতরণ ব্যবস্থা থাকে, যার ভোল্টেজ ১৫০০ ভোল্ট পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে। উচ্চ-ঝুঁকিপূর্ণ এলাকায় ডিসি অংশটি, বিশেষ করে পিভি প্যানেলগুলো, সরাসরি বজ্রপাতের সংস্পর্শে আসতে পারে, ফলে এগুলো বজ্রপাতের কারণে ক্ষতির ঝুঁকিতে থাকে।

বজ্রপাতের ঝুঁকির উপর ভিত্তি করে ভবনসমূহের বজ্র সুরক্ষা ব্যবস্থাকে বাহ্যিক সুরক্ষা (লাইটনিং প্রোটেকশন সিস্টেম, এলপিএস) এবং অভ্যন্তরীণ সুরক্ষা (সার্জ প্রোটেক্টিভ মেজারস, এসপিএম) - এই দুই ভাগে ভাগ করা হয়। অভ্যন্তরীণ সুরক্ষার অংশ হিসেবে সার্জ প্রোটেক্টিভ ডিভাইস (এসপিডি) বায়ুমণ্ডলীয় বজ্রপাত বা সুইচিং অপারেশনের কারণে সৃষ্ট ক্ষণস্থায়ী অতিরিক্ত ভোল্টেজ থেকে সুরক্ষা প্রদান করে। এসপিডি সুরক্ষিত যন্ত্রপাতির বাইরে স্থাপন করা হয় এবং এটি প্রধানত নিম্নরূপ কাজ করে: যখন পাওয়ার সিস্টেমে কোনো সার্জ থাকে না, তখন এসপিডি তার সুরক্ষিত সিস্টেমের স্বাভাবিক কার্যকারিতাকে উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত করে না। যখন সার্জ ঘটে, তখন এসপিডি নিম্ন ইম্পিডেন্স প্রদান করে সার্জ কারেন্টকে নিজের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত করে এবং ভোল্টেজকে একটি নিরাপদ স্তরে সীমিত রাখে। সার্জ শেষ হয়ে গেলে এবং অবশিষ্ট কারেন্ট নিঃশেষ হয়ে গেলে, এসপিডি আবার উচ্চ ইম্পিডেন্স অবস্থায় ফিরে আসে।

১. সার্জ প্রোটেক্টিভ ডিভাইস (এসপিডি)-এর স্থাপনের স্থান

বজ্রপাতের ঝুঁকির মাত্রা এবং IEC 62305-এর লাইটনিং প্রোটেকশন জোন (LPZ) ধারণার উপর ভিত্তি করে এসপিডি (SPD) স্থাপনের স্থান নির্ধারণ করা হয়। ক্ষণস্থায়ী অতিরিক্ত ভোল্টেজ ক্রমান্বয়ে একটি নিরাপদ স্তরে হ্রাস করা হয়, যা অবশ্যই সুরক্ষিত সরঞ্জামের সহনশীল ভোল্টেজের নিচে থাকতে হবে। চিত্রে যেমন দেখানো হয়েছে, এসপিডিগুলো এই জোনগুলোর সীমানায় স্থাপন করা হয়, যা নিম্ন-ভোল্টেজ সিস্টেমে ব্যবহৃত বহু-স্তরীয় সার্জ সুরক্ষার ধারণার জন্ম দেয়। পিভি (PV) সিস্টেমের ক্ষেত্রে, মূল লক্ষ্য হলো এসি (AC) এবং ডিসি (DC) উভয় দিক দিয়ে বজ্রপাতের ফলে সৃষ্ট সার্জ প্রবেশ করা প্রতিরোধ করা, যার ফলে ইনভার্টারের মতো গুরুত্বপূর্ণ উপাদানগুলো সুরক্ষিত থাকে।

২. সার্জ প্রোটেক্টিভ ডিভাইস (এসপিডি) পরীক্ষার ক্লাস

IEC 61643-11 অনুসারে, SPD-গুলিকে যে ধরনের বজ্রপাতের বিদ্যুৎ প্রবাহ সহ্য করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে, তার উপর ভিত্তি করে তিনটি পরীক্ষার শ্রেণীতে ভাগ করা হয়। টাইপ I পরীক্ষা (T1 হিসাবে চিহ্নিত) কোনো ভবনে পরিবাহিত হতে পারে এমন আংশিক বজ্রপাতের বিদ্যুৎ প্রবাহ অনুকরণ করার জন্য করা হয়। এগুলিতে একটি 10/350 µs ওয়েভফর্ম ব্যবহার করা হয়, যেমনটি নীচের চিত্রে দেখানো হয়েছে, এবং এগুলি সাধারণত LPZ0 এবং LPZ1-এর সীমানায় প্রয়োগ করা হয়—যেমন প্রধান ডিস্ট্রিবিউশন বোর্ড বা নিম্ন-ভোল্টেজ ট্রান্সফরমার ইনকামারে। এই স্তরের জন্য SPD-গুলি সাধারণত ভোল্টেজ-সুইচিং ধরনের হয়, যেগুলিতে গ্যাস ডিসচার্জ টিউব বা স্পার্ক গ্যাপের (যেমন, হর্ন গ্যাপ বা গ্রাফাইট গ্যাপ) মতো উপাদান থাকে।

টাইপ II (T2) এবং টাইপ III (T3) পরীক্ষায় স্বল্পস্থায়ী ইম্পালস ব্যবহার করা হয়। টাইপ II এসপিডিগুলো সাধারণত ভোল্টেজ-সীমিতকারী ডিভাইস, যেগুলোতে মেটাল অক্সাইড ভ্যারিস্টর (MOV)-এর মতো উপাদান ব্যবহৃত হয়। এগুলোকে একটি ৮/২০ µs কারেন্ট ওয়েভফর্ম (নিচের চিত্র দেখুন) ব্যবহার করে একটি নমিনাল ডিসচার্জ কারেন্টের মাধ্যমে পরীক্ষা করা হয় এবং এগুলো আপস্ট্রিম প্রোটেকশন ডিভাইস থেকে আসা অবশিষ্ট সার্জ ভোল্টেজকে আরও সীমিত করার জন্য দায়ী। টাইপ III পরীক্ষায় একটি কম্বিনেশন ওয়েভ জেনারেটর ব্যবহার করা হয়, যেখানে ১.২/৫০ µs ভোল্টেজ এবং ৮/২০ µs কারেন্ট ইম্পালস থাকে (নিচের চিত্র দেখুন), যা এন্ড-ইউজ ইকুইপমেন্টের কাছাকাছি সার্জের অনুকরণ করে।

৩. সার্জ প্রোটেক্টিভ ডিভাইস (এসপিডি)-এর সংযোগের ধরণ

ক্ষণস্থায়ী অতিরিক্ত ভোল্টেজ থেকে সুরক্ষার দুটি প্রধান পদ্ধতি রয়েছে। প্রথমটি হলো কমন-মোড প্রোটেকশন (CT1), যা লাইভ কন্ডাক্টর এবং পিই (প্রোটেক্টিভ আর্থ)-এর মধ্যেকার ভোল্টেজ বৃদ্ধি থেকে রক্ষা করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, বজ্রপাতের ফলে একটি সিস্টেমে গ্রাউন্ডের তুলনায় উচ্চ ভোল্টেজ প্রবেশ করতে পারে। কমন-মোড প্রোটেকশন বজ্রপাতের মতো এই ধরনের বাহ্যিক বিঘ্নের প্রভাব কমাতে সাহায্য করে, যা নিচে চিত্রিত করা হলো।

দ্বিতীয়টি হলো ডিফারেনশিয়াল-মোড প্রোটেকশন (CT2), যা লাইন কন্ডাক্টর (L) এবং নিউট্রাল কন্ডাক্টর (N)-এর মধ্যেকার সার্জ থেকে সুরক্ষা প্রদান করে। এই ধরনের সুরক্ষা সিস্টেমের অভ্যন্তরে সৃষ্ট বৈদ্যুতিক নয়েজ বা ইন্টারফেরেন্সের মতো অভ্যন্তরীণ গোলযোগ মোকাবেলার জন্য বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ, যা নিচের ডায়াগ্রামে দেখানো হয়েছে।

এই সুরক্ষা মোডগুলির এক বা উভয়টি প্রয়োগ করার মাধ্যমে, বৈদ্যুতিক সিস্টেমগুলিকে সম্ভাব্য সার্জের উৎস থেকে আরও ভালোভাবে সুরক্ষিত করা যায়, যা পরিণামে সংযুক্ত সরঞ্জামগুলির দীর্ঘায়ু এবং নির্ভরযোগ্যতা বৃদ্ধি করে।

এটা মনে রাখা গুরুত্বপূর্ণ যে, এসপিডি (SPD) সুরক্ষা মোডের নির্বাচন বিদ্যমান গ্রাউন্ডিং সিস্টেমের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ হওয়া উচিত। টিএন (TN) সিস্টেমের জন্য, সিটি১ (CT1) এবং সিটি২ (CT2) উভয় সুরক্ষা মোডই ব্যবহার করা যেতে পারে। তবে, টিটি (TT) সিস্টেমে, সিটি১ (CT1) শুধুমাত্র একটি আরসিডি (RCD)-র ডাউনস্ট্রিমে প্রয়োগ করা যায়। আইটি (IT) সিস্টেমে—বিশেষ করে যেগুলোতে নিউট্রাল কন্ডাক্টর নেই—সিটি২ (CT2) সুরক্ষা প্রযোজ্য নয়। আইটি (IT) গ্রাউন্ডিং কনফিগারেশন ব্যবহারকারী ডিসি (DC) ডিস্ট্রিবিউশন সিস্টেমের ক্ষেত্রে এটি একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ বিবেচ্য বিষয়। বিস্তারিত বিবরণ নিচের সারণিতে পাওয়া যাবে।

৪. সার্জ প্রোটেক্টিভ ডিভাইস (এসপিডি)-এর মূল প্যারামিটারসমূহ

আন্তর্জাতিক মান IEC 61643-11 অনুসারে, নিম্ন-ভোল্টেজ বিদ্যুৎ বিতরণ ব্যবস্থার সাথে সংযুক্ত SPD-গুলির বৈশিষ্ট্য এবং পরীক্ষাগুলি সংজ্ঞায়িত করা হয়েছে, যা চিত্র ৭-এ দেখানো হয়েছে।

(1) ভোল্টেজ সুরক্ষা স্তর (উচ্চ)

একটি এসপিডি (SPD) নির্বাচনের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ দিক হলো এর ভোল্টেজ সুরক্ষা স্তর (Up), যা টার্মিনালগুলোর মধ্যে ভোল্টেজ সীমিত করার ক্ষেত্রে এসপিডি-র কার্যকারিতা নির্দেশ করে। এই মানটি সর্বোচ্চ ক্ল্যাম্পিং ভোল্টেজের চেয়ে বেশি হওয়া উচিত। এসপিডি-র মধ্য দিয়ে প্রবাহিত কারেন্ট যখন নমিনাল ডিসচার্জ কারেন্ট In-এর সমান হয়, তখন এই স্তরে পৌঁছানো যায়। নির্বাচিত ভোল্টেজ সুরক্ষা স্তর অবশ্যই লোডের ইম্পালস উইথস্ট্যান্ড ভোল্টেজ Uw-এর চেয়ে কম হতে হবে। বজ্রপাতের ক্ষেত্রে, এসপিডি টার্মিনালগুলোর ভোল্টেজ সাধারণত Up-এর নিচে রাখা হয়। পিভি ডিসি (PV DC) সিস্টেমের জন্য, লোড বলতে সাধারণত পিভি মডিউল এবং ইনভার্টারকে বোঝায়।

(2) সর্বোচ্চ অবিচ্ছিন্ন অপারেটিং ভোল্টেজ (Uc)

Uc হলো সর্বোচ্চ ডিসি ভোল্টেজ যা এসপিডি সুরক্ষা মোডে অবিচ্ছিন্নভাবে প্রয়োগ করা যেতে পারে। এটি রেটেড ভোল্টেজ এবং সিস্টেমের গ্রাউন্ডিং কনফিগারেশনের উপর ভিত্তি করে নির্বাচিত হয় এবং এসপিডি-র সক্রিয়করণ থ্রেশহোল্ড হিসাবে কাজ করে। পিভি সিস্টেমের ডিসি সাইডের জন্য, Uc অবশ্যই পিভি অ্যারের Uoc Max-এর চেয়ে বেশি বা সমান হতে হবে। Uoc Max বলতে পিভি অ্যারের নির্ধারিত বিন্দুতে লাইভ টার্মিনালগুলোর মধ্যে এবং লাইভ টার্মিনাল ও গ্রাউন্ডের মধ্যে সর্বোচ্চ ওপেন-সার্কিট ভোল্টেজকে বোঝায়।

(3) নামমাত্র ডিসচার্জ কারেন্ট (ইন)

এটি হলো এসপিডি-র মধ্য দিয়ে প্রবাহিত একটি 8/20 μs ওয়েভফর্ম কারেন্টের সর্বোচ্চ মান, যা টাইপ II পরীক্ষার জন্য এবং টাইপ I ও টাইপ I-এর প্রিকন্ডিশনিং পরীক্ষার জন্য ব্যবহৃত হয়। টাইপ IIIEC-এর শর্তানুযায়ী, SPD-কে অবশ্যই 8/20 μs ওয়েভফর্ম কারেন্টের অন্তত 19টি ডিসচার্জ সহ্য করতে সক্ষম হতে হবে। In-এর মান যত বেশি হয়, SPD-র আয়ুষ্কাল তত দীর্ঘ হয়, কিন্তু এর খরচও বেড়ে যায়।

(4) ইম্পালস কারেন্ট (Iimp)

কারেন্ট পিক (Ipeak), চার্জ (Q), এবং নির্দিষ্ট শক্তি (W/R) - এই তিনটি প্যারামিটার দ্বারা সংজ্ঞায়িত এই কারেন্টটি ব্যবহৃত হয় টাইপ I পরীক্ষাসমূহ। সাধারণ তরঙ্গরূপটি হলো ১০/৩৫০ মাইক্রোসেকেন্ড।