फोटोवोल्टिक कनेक्टर्स में आंशिक डिस्चार्ज के निवारण की प्रक्रिया: उपयोगिता-स्केल ऐरे इन्सुलेशन का मौन हत्यारा

प्रश्न: सौर इंजीनियर कैसे फोटोवोल्टिक कनेक्टर्स में 'आंशिक डिस्चार्ज' का निवारण और रोकथाम कर सकते हैं, जिसे उपयोगिता-स्केल ऐरे के इन्सुलेशन का मौन हत्यारा कहा जाता है?

जैसे-जैसे उपयोगिता-स्तरीय फोटोवोल्टिक (PV) विद्युत संयंत्र 1500V डीसी वास्तुकला की ओर बढ़ रहे हैं, वैद्युतिक विद्युतरोधी प्रणालियों पर विद्युत क्षेत्र के तनाव के अभूतपूर्व स्तरों का दबाव पड़ रहा है। इन उच्च वोल्टेज स्थितियों के तहत, पुराने 1000V प्रणालियों में हानिरहित रहने वाली छोटी-छोटी भौतिक त्रुटियाँ आंशिक डिस्चार्ज (PD) नामक विनाशकारी विद्युतीय घटना को ट्रिगर कर सकती हैं। इंजीनियरों द्वारा अक्सर 'मौन हत्यारा' कहे जाने वाले आंशिक डिस्चार्ज का अर्थ है एक स्थानीय विद्युतीय विफलता जो दो चालकों के बीच के स्थान को पूरी तरह से नहीं भरती है। यह सौर कनेक्टरों के विद्युतरोधी सामग्री के भीतर के खाली स्थानों, दरारों या सतही सीमाओं पर होता है। यदि इसे अनदेखा किया जाए, तो PD धीरे-धीरे और चुपचाप पॉलिमर आवासों की आणविक संरचना को क्षीण करता रहता है, जिसके परिणामस्वरूप अंततः विनाशकारी विद्युतरोधी विफलता, फेज-टू-ग्राउंड दोष और भयानक PV स्ट्रिंग आगें हो सकती हैं। यह तकनीकी लेख PV कनेक्टरों में आंशिक डिस्चार्ज के तंत्रों, क्षेत्र में इसके निवारण के तरीकों और SUNNOM कनेक्टर इंजीनियरिंग द्वारा इसके होने को रोकने के तरीकों पर प्रकाश डालता है।

आंशिक विसर्जन का भौतिकी: 1500V कनेक्टरों में यह क्यों होता है

आंशिक विसर्जन की समस्या को प्रभावी ढंग से निवारित करने के लिए, इंजीनियरों को सबसे पहले उन मूल भौतिक सिद्धांतों को समझना आवश्यक है जो इसे उत्पन्न करते हैं। किसी भी उच्च-वोल्टेज विद्युत घटक में, विद्युत क्षेत्र चालकों और उनके चारों ओर के विद्युतरोधी पदार्थों पर वितरित होता है। आंशिक विसर्जन तब होता है जब स्थानीय विद्युत क्षेत्र की तीव्रता विद्युतरोधी माध्यम के एक छोटे से भाग की परावैद्युत भंग सामर्थ्य से अधिक हो जाती है:

• खाली स्थानों में डाइइलेक्ट्रिक असंगति: हवा का डाइइलेक्ट्रिक स्थिरांक और भंगुरता ठोस विद्युतरोधी बहुलकों, जैसे पॉलीफ़ीनिलीन ऑक्साइड (PPO), की तुलना में काफी कम होता है। यदि किसी कनेक्टर के मोल्डेड प्लास्टिक हाउसिंग के अंदर एक सूक्ष्म हवा का बुलबुला या खाली स्थान मौजूद है, या यदि केबल के विद्युतरोधी आवरण और कनेक्टर की सील के मिलन बिंदु पर एक सूक्ष्म हवा का अंतराल है, तो विद्युत क्षेत्र उस खाली स्थान के भीतर अत्यधिक संकेंद्रित हो जाएगा। चूँकि हवा इस संकेंद्रित वोल्टेज प्रतिबल को सहन नहीं कर सकती है, इसलिए वह भंगुर हो जाती है और एक सूक्ष्म चिंगारी या विद्युत डिस्चार्ज का कारण बनती है। यह डिस्चार्ज आंशिक होता है क्योंकि चारों ओर का उच्च-गुणवत्ता वाला प्लास्टिक इसे तुरंत पूर्ण शॉर्ट-सर्किट आर्क के रूप में बनने से रोकता है।
• नमी और दूषक सेतु: जब पानी की बूंदें या चालक धूल के कण (जैसे कार्बन ब्लैक या धातु धूल) एक जुड़े हुए कनेक्टर युग्म में प्रवेश करते हैं, तो वे आंतरिक प्लास्टिक सतहों के अनुदिश स्थानीय चालक पथों का निर्माण करते हैं। इससे प्रभावी क्रीपेज और क्लीयरेंस दूरियाँ कम हो जाती हैं, विद्युत क्षेत्र विकृत हो जाता है और सतह पर आंशिक डिस्चार्ज शुरू हो जाता है।
• उच्च वोल्टेज तनाव: 1000V से 1500V डीसी तक के संक्रमण से कनेक्टर विद्युतरोधन पर विद्युत क्षेत्र के तनाव में 50 प्रतिशत की वृद्धि हो जाती है। यह उच्च वोल्टेज सूक्ष्म रिक्तियों के अंदर की वायु के आयनीकरण की संभावना को काफी बढ़ा देता है, जिससे आंशिक डिस्चार्ज शुरू होने का दहलीज स्तर कम हो जाता है।

मौन विनाश: कैसे आंशिक डिस्चार्ज फोटोवोल्टिक कनेक्टर विद्युतरोधन को नष्ट करता है

आंशिक डिस्चार्ज विशेष रूप से खतरनाक है क्योंकि इसके आरंभिक और मध्य चरणों के दौरान इसे देखा या सुना नहीं जा सकता। यह एक धीमी, क्रमिक अवक्षय प्रक्रिया है:

• रासायनिक क्षरण: प्रत्येक आंशिक डिस्चार्ज घटना के होने पर सूक्ष्म मात्रा में ओज़ोन, नाइट्रस ऑक्साइड और ऊष्मा उत्पन्न होती है। ये अत्यधिक क्रियाशील रसायन प्लास्टिक आवरण की बहुलक श्रृंखलाओं पर आक्रमण करते हैं, जिससे उसकी रासायनिक संरचना का विघटन हो जाता है और उसकी परावैद्युत सामर्थ्य कम हो जाती है।
• कार्बन ट्रैकिंग: सूक्ष्म-डिस्चार्ज की स्थानीय ऊष्मा प्लास्टिक को कार्बनीकृत कर देती है। कार्बन अत्यधिक चालक होता है। समय के साथ, ये सूक्ष्म कार्बनीकृत पथ प्लास्टिक आवरण की मोटाई के भीतर या उसकी सतह पर वृक्ष की शाखाओं के समान बढ़ते जाते हैं, जिसे 'ट्रीइंग' या 'कार्बन ट्रैकिंग' कहा जाता है।
• आघातक फ्लैशओवर: अंततः, कार्बनीकृत पथ इतना लंबा हो जाता है कि शेष ठोस विद्युतरोधन को पार कर लेता है। इस बिंदु पर, विद्युतरोधन पूर्णतः विफल हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एक अचानक, उच्च-शक्ति का डीसी आर्क, फेज-टू-ग्राउंड दोष या टर्मिनल-टू-टर्मिनल शॉर्ट-सर्किट उत्पन्न होता है, जो कनेक्टर को तुरंत पिघला देता है और शुष्क घास, छत की संरचनाओं या केबल ट्रे को भी प्रज्वलित कर सकता है।

स्थान पर निदान और त्रुटि निवारण तकनीकें

चूंकि आंशिक डिस्चार्ज निःशब्द होता है, इसलिए पारंपरिक विद्युत परीक्षण विधियाँ अक्सर इसे तब तक नहीं पकड़ पाती हैं जब तक कि यह बहुत देर नहीं हो जाती है। उदाहरण के लिए, मानक विद्युत रोधन प्रतिरोध (मेगर) परीक्षण केवल कम तनाव के अधीन एक विशिष्ट क्षण पर प्रतिरोध को मापता है और यहां तक कि तब भी एक कनेक्टर में गंभीर आंतरिक आंशिक डिस्चार्ज होने पर भी पूर्ण परिणाम दिखा सकता है। आघातजनक विफलता से पहले आंशिक डिस्चार्ज की पहचान करने के लिए सौर ऑपरेशन एवं रखरोट (O&M) टीमों को उन्नत नैदानिक उपकरणों का उपयोग करना चाहिए:

• अल्ट्रासोनिक ध्वनिक संसूचन: प्रत्येक आंशिक डिस्चार्ज घटना एक उच्च-आवृत्ति की ध्वनिक तरंग उत्पन्न करती है, जो आमतौर पर 30 किलोहर्ट्ज़ से 100 किलोहर्ट्ज़ की सीमा में होती है। हैंडहेल्ड अल्ट्रासोनिक संसूचकों या ध्वनिक इमेजिंग कैमरों का उपयोग करके तकनीशियन शिखर उत्पादन के दौरान कनेक्टर ऐरे का स्कैन कर सकते हैं। आंतरिक आंशिक डिस्चार्ज वाले कनेक्टर एक विशिष्ट, उच्च-आवृत्ति की टकटक या कैमरा स्क्रीन पर ध्वनिक गर्म स्थानों के रूप में प्रकट होंगे।
• उच्च-आवृत्ति धारा ट्रांसफॉर्मर (HFCT): आंशिक डिस्चार्ज (PD) की घटनाएँ तेज़, उच्च-आवृत्ति की धारा पल्स उत्पन्न करती हैं जो फोटोवोल्टिक (PV) केबलों के साथ यात्रा करती हैं। PV स्ट्रिंग केबलों के निकट HFCT सेंसर को क्लैंप करके, तकनीशियन इन पल्स की निगरानी कर सकते हैं और उनके तरंग रूपों का विश्लेषण करके स्ट्रिंग में PD की उपस्थिति और गंभीरता का पता लगा सकते हैं। कंबाइनर बॉक्स , तकनीशियन इन पल्स की निगरानी कर सकते हैं और उनके तरंग रूपों का विश्लेषण करके स्ट्रिंग में PD की उपस्थिति और गंभीरता का पता लगा सकते हैं।
• थर्मल इमेजिंग की सीमाएँ: अवरक्त (IR) थर्मोग्राफी कनेक्टरों में उच्च संपर्क प्रतिरोध का पता लगाने के लिए अत्यंत प्रभावी है। हालाँकि, IR कैमरे आरंभिक अवस्था के आंशिक डिस्चार्ज का पता लगाने में कम प्रभावी हैं, क्योंकि PD शुरू में बहुत कम ऊष्मा उत्पन्न करता है। जब तक कोई कनेक्टर PD के कारण दृश्यमान थर्मल हॉट स्पॉट प्रदर्शित नहीं करता, तब तक विद्युतरोधक पहले ही गंभीर रूप से क्षतिग्रस्त हो चुका होता है और विफलता के निकट होता है।

सनोम कनेक्टर इंजीनियरिंग कैसे आंशिक डिस्चार्ज के जोखिमों को समाप्त करती है

वेन्ज़ौ शांगनुओ (सनोम) में, हम समझते हैं कि आंशिक डिस्चार्ज को रोकने के लिए अत्यंत सावधानीपूर्ण निर्माण नियंत्रण, उच्च-गुणवत्ता वाली सामग्री और सटीक यांत्रिक सहिष्णुता की आवश्यकता होती है। हम निम्नलिखित डिज़ाइन और निर्माण प्रोटोकॉल के माध्यम से आंशिक डिस्चार्ज के मूल कारणों को समाप्त करते हैं:

• रिक्ति-मुक्त उच्च-परिशुद्धता इंजेक्शन मोल्डिंग: प्लास्टिक हाउसिंग के अंदर सूक्ष्म रिक्तियाँ आंतरिक आंशिक डिस्चार्ज का प्राथमिक स्रोत हैं। सनोम वास्तविक समय में दबाव और तापमान की निगरानी के साथ अत्याधुनिक, स्वचालित इंजेक्शन मोल्डिंग मशीनों का उपयोग करता है। यह संपूर्ण कैविटी भरने को सुनिश्चित करता है, जिससे मोल्डेड पॉलिमर में आंतरिक रिक्तियाँ या घनत्व में भिन्नता समाप्त हो जाती है।
• उच्च विद्युतरोधी सामर्थ्य वाला प्रीमियम पीपीओ/पीसी: सनोम कनेक्टर्स का निर्माण केवल शुद्ध पॉलीफेनिलीन/पॉलीकार्बोनेट ऑक्साइड से किया जाता है। यह उच्च-प्रदर्शन वाला पदार्थ अत्यधिक उच्च विद्युतरोधी सामर्थ्य (आमतौर पर ३० केवी/मिमी से अधिक) और उत्कृष्ट तुलनात्मक ट्रैकिंग सूचकांक (सीटीआई) रेटिंग के साथ आता है, जिससे यह कार्बन ट्रैकिंग और रासायनिक क्षरण के प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी हो जाता है।
• आदर्श क्रीपेज और क्लीयरेंस डिज़ाइन: हमारे इंजीनियर सनोम कनेक्टर्स को उचित आंतरिक क्लीयरेंस (वायु के माध्यम से दूरी) और क्रीपेज (प्लास्टिक की सतह के आर-पार दूरी) पथ के साथ डिज़ाइन करते हैं। यह संरचनात्मक पृथक्करण स्थानीय विद्युत क्षेत्र की तीव्रता को हवा के आयनीकरण के दहलीज़ से काफी कम रखता है, भले ही यह १५०० वी के निरंतर भार के अधीन हो।
• अतिरेकी दोहरे सीलिंग गैस्केट: चालकता वाले नमी और धूल के प्रवेश को रोकने के लिए, सनोम कनेक्टर्स में उच्च-लोचदार सिलिकॉन से बने दो-छल्ला सीलिंग गैस्केट होते हैं। यह सुरक्षित सील कनेक्टर हाउसिंग के अंदर शुष्क और स्वच्छ वायु को बनाए रखती है, जिससे सतह-डिस्चार्ज के मार्ग समाप्त हो जाते हैं।

ईपीसी निर्माण टीमों के लिए क्षेत्रीय रोकथाम रणनीतियाँ

उपयोगिता-पैमाने के ऐरे को उनके 25-वर्षीय जीवनकाल के दौरान आंशिक डिस्चार्ज से मुक्त रखने के लिए, ईपीसी ठेकेदारों को इन दिशानिर्देशों का पालन करना चाहिए:

• क्रॉस-मेटिंग रोकें: विभिन्न निर्माताओं के कनेक्टर्स की आंतरिक ज्यामिति और सहनशीलता में थोड़ा अंतर होता है। क्रॉस-मेटिंग भौतिक अंतराल और वायु के बुलबुले उत्पन्न करती है, जो आंशिक डिस्चार्ज के लिए अत्यधिक संवेदनशील होते हैं।
• असेंबली के दौरान सफाई: क्षेत्र के तकनीशियनों को कनेक्टर घटकों को मैटिंग से पहले साफ और शुष्क रखने के लिए निर्देशित करें। आंतरिक प्लास्टिक सतहों पर छोड़ा गया कोई भी धूल, पसीना या वसा कार्बन ट्रैकिंग को शुरू कर सकता है।
• पूर्ण लॉक सत्यापन: सुनिश्चित करें कि सभी कनेक्टर्स को पूरी तरह से एक-दूसरे में धकेला गया है, जब तक कि लॉकिंग टैब्स श्रव्य रूप से अपने स्थान पर नहीं लग जाते। अधूरा मेटिंग कनेक्टर के अंदर एक बड़ी वायु अंतराल छोड़ देता है, जो 1500V के तनाव के तहत आंशिक डिस्चार्ज (PD) के जोखिम को बहुत बढ़ा देता है।

SUNNOM प्रीमियम, वॉइड-मुक्त कनेक्टर्स का चयन करके और प्रोएक्टिव नैदानिक परीक्षण को लागू करके, सौर विकासकर्ता आंशिक डिस्चार्ज के मौन खतरे को प्रभावी ढंग से निष्क्रिय कर सकते हैं, जिससे उनके उच्च-वोल्टेज फोटोवोल्टिक (PV) ऐरे दशकों तक सुरक्षित, उच्च-उत्पादन ऊर्जा उत्पादन के लिए सुरक्षित रहेंगे।