दूर की दूरी पर डीसी ट्रांसमिशन सेटअप में 'कम वोल्टेज कटऑफ' (LVC) के झूठे ट्रिपिंग का निवारण

डीसी ट्रांसमिशन की चुनौतियों का परिचय

दूरस्थ B2B शक्ति अनुप्रयोगों में, जैसे ऑफ-ग्रिड टेलीकॉम टावर, तेल और गैस निगरानी केंद्र, कृषि सिंचाई व्यवस्थाएँ और गहरे कुएँ के पंप, विद्युत प्रणाली की भौतिक व्यवस्था अक्सर भूगोल द्वारा सीमित होती है। अक्सर, ऊर्जा भंडारण प्रणाली (बैटरी बैंक) को शक्ति इन्वर्टर या सक्रिय डीसी लोड से काफी दूरी पर स्थापित करना पड़ता है।

इन लंबी दूरी की डीसी स्थापनाओं में, सिस्टम इंटीग्रेटर्स अक्सर एक बार-बार परेशान करने वाली ट्रबलशूटिंग बाधा का सामना करते हैं: इन्वर्टर अप्रत्याशित रूप से बंद हो जाता है और 'कम वोल्टेज कटऑफ' (एलवीसी) या 'बैटरी कम वोल्टेज' की त्रुटि की रिपोर्ट करता है। यह बंद होना तब भी होता है जब बैटरी बैंक स्वयं पूरी तरह चार्ज हो चुका होता है और स्वस्थ वोल्टेज स्तर पर काम कर रहा होता है। इस घटना को अनावश्यक ट्रिपिंग कहा जाता है।

यह लेख लंबी दूरी की डीसी ट्रांसमिशन व्यवस्थाओं में एलवीसी अनावश्यक ट्रिपिंग के कारणों का एक तकनीकी विश्लेषण प्रस्तुत करता है और इसे दूर करने के लिए विशिष्ट इंजीनियरिंग समाधानों को रेखांकित करता है।

प्रश्न: लंबी दूरी की डीसी स्थापनाओं में कम वोल्टेज कटऑफ (एलवीसी) अनावश्यक ट्रिपिंग क्यों होती है, और इंजीनियर इसे कैसे दूर कर सकते हैं?

एलवीसी अनावश्यक ट्रिपिंग तब होती है जब लंबी डीसी बिजली केबलों में सहज विद्युत प्रतिरोध होता है। जब इन्वर्टर स्टार्टअप या भारी लोड के दौरान उच्च धारा खींची जाती है, तो ओम के नियम के अनुसार इस प्रतिरोध के कारण केबल के अनुदिश महत्वपूर्ण वोल्टेज ड्रॉप होता है। इस प्रकार, इन्वर्टर के इनपुट टर्मिनलों पर मापा गया वोल्टेज एलवीसी थ्रेशोल्ड से नीचे गिर जाता है, भले ही बैटरी बैंक आवेशित बना हुआ हो। इस समस्या के समाधान के लिए, इंजीनियरों को डीसी केबल प्रतिरोध की गणना करनी चाहिए और उसे कम करना चाहिए, प्रणाली वोल्टेज को अपग्रेड करना चाहिए, इन्वर्टर के एलवीसी डिले और थ्रेशोल्ड पैरामीटर को कैलिब्रेट करना चाहिए, या दूरस्थ वोल्टेज सेंसिंग लाइनों का उपयोग करना चाहिए।

डीसी वोल्टेज ड्रॉप और केबल प्रतिरोध का भौतिकी

एसी ट्रांसमिशन के विपरीत, जहाँ ट्रांसफॉर्मर स्टेपिंग के माध्यम से वोल्टेज ड्रॉप को आसानी से कम किया जा सकता है, डीसी ट्रांसमिशन केबल की लंबाई और अनुप्रस्थ काट की मोटाई के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होता है। प्रत्येक विद्युत चालक, यहाँ तक कि उच्च शुद्धता वाला तांबा भी, एक विशिष्ट प्रतिरोध (रो) रखता है।

ओम के नियम के अनुसार, किसी चालक युग्म के आर-पार वोल्टेज ड्रॉप (V_drop) परिपथ में प्रवाहित धारा (I) और तार के कुल राउंड-ट्रिप प्रतिरोध (R) के सीधे आनुपातिक होता है:

V_drop = I R

तार का प्रतिरोध निम्न सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

R = rho ( 2 L ) / A

जहाँ:

• rho उस पदार्थ की प्रतिरोधकता है (तांबे के लिए, rho लगभग 1.72 × 10^-8 ओम-मीटर है)।
• L बैटरी और इन्वर्टर के बीच एक-दिशा में दूरी है।
• A तार का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल है।
• 2 का गुणक राउंड-ट्रिप दूरी (धनात्मक और ऋणात्मक चालकों) को ध्यान में रखता है।

एक कम वोल्टेज डीसी प्रणाली में, धारा अत्यधिक उच्च होती है। उदाहरण के लिए, एक 12V 2 kW इन्वर्टर पूर्ण भार के तहत लगभग 166 एम्पियर की धारा खींचेगा। एक भारी मोटर-प्रारंभ सर्ज के दौरान, यह धारा 400A या उससे अधिक तक बढ़ सकती है।

यदि इन्वर्टर बैटरी बैंक से केवल 10 मीटर (33 फुट) की दूरी पर स्थित है और मानक 2 AWG (लगभग 33.6 वर्ग मिमी) तांबे के तार का उपयोग करके जुड़ा हुआ है, तो 20-मीटर केबल रन का राउंड-ट्रिप प्रतिरोध लगभग 0.010 ओम है।

जब 166A की निरंतर चल रही धारा खींची जाती है, तो वोल्टेज ड्रॉप होता है:

V_drop = 166A × 0.010 ओम = 1.66V

यदि बैटरी बैंक स्वस्थ 12.6V पर है, तो इन्वर्टर के डीसी इनपुट टर्मिनल पर पहुँचने वाला वोल्टेज केवल है:

12.6V - 1.66V = 10.94V

यह मानक 10.5V LVC थ्रेशोल्ड के निकट है। हालाँकि, यदि कोई मोटर प्रारंभ होती है और धारा 350A तक बढ़ जाती है, तो वोल्टेज ड्रॉप तुरंत बढ़कर हो जाता है:

V_drop_surge = 350A × 0.010 ओम = 3.50V

इन्वर्टर के टर्मिनल पर वोल्टेज गिर जाता है:

12.6V - 3.50V = 9.10V

चूंकि 9.10V, LVC सीमा के 10.5V से काफी कम है, इसलिए इन्वर्टर का सुरक्षा सर्किट तुरंत कम वोल्टेज कट-ऑफ को ट्रिगर कर देता है, जिससे AC आउटपुट बंद हो जाता है। जैसे ही इन्वर्टर बंद होता है, धारा की खपत शून्य हो जाती है, वोल्टेज ड्रॉप समाप्त हो जाता है, और इन्वर्टर के टर्मिनल 12.6V पर वापस चले जाते हैं। तकनीशियन के लिए बैटरी बैंक पूर्ण प्रतीत होता है, और शटडाउन हार्डवेयर दोष के रूप में लगता है। यह LVC अवांछित ट्रिपिंग की परिभाषा है।

समस्या निवारण: चरणबद्ध नैदानिक प्रक्रिया

LVC ट्रिपिंग का कारण केबल प्रतिरोध है या विफल बैटरी/इन्वर्टर, यह निदान करने और सिद्ध करने के लिए, इस मापन प्रक्रिया का पालन करें:

• चरण 1: स्थैतिक बैटरी वोल्टेज मापें

डिजिटल मल्टीमीटर का उपयोग करके, नो-लोड स्थिति में बैटरी बैंक के टर्मिनलों के बीच सीधे DC वोल्टेज मापें। इस मान को नोट करें (उदाहरण के लिए, 48V सिस्टम के लिए 51.2V)।

• चरण 2: स्थैतिक इन्वर्टर वोल्टेज मापें

इन्वर्टर के डीसी इनपुट टर्मिनल ब्लॉक्स पर सीधे वोल्टेज मापें। नो-लोड की स्थिति में, दोनों मापन समान होने चाहिए।

• चरण 3: सक्रिय लोड के तहत वोल्टेज मापें

सिस्टम में सबसे भारी लोड को चालू करें। जब लोड चल रहा हो (या शुरू होने का प्रयास कर रहा हो), तो बैटरी बैंक के टर्मिनलों पर वोल्टेज मापें और फिर तुरंत इन्वर्टर के टर्मिनल ब्लॉक्स पर वोल्टेज मापें।

• चरण 4: अंतर का विश्लेषण करें

यदि बैटरी बैंक का वोल्टेज उच्च स्तर पर बना रहता है (उदाहरण के लिए, 51.2V से घटकर 49.8V हो जाता है), लेकिन इन्वर्टर के टर्मिनल का वोल्टेज काफी कम हो जाता है (उदाहरण के लिए, 51.2V से घटकर 41.5V हो जाता है), तो आपने डीसी केबलिंग में प्रतिरोध की समस्या की पुष्टि कर ली है। यह अंतर (8.3V) डीसी केबलिंग पर वोल्टेज ड्रॉप है।

एलवीसी के कारण होने वाले अवांछित ट्रिपिंग को दूर करने के इंजीनियरिंग समाधान

एक बार पुष्टि हो जाने के बाद, सिस्टम इंटीग्रेटर्स को निम्नलिखित सुधारात्मक तकनीकों में से एक या अधिक को लागू करना चाहिए:

• 1. सिस्टम का नाममात्र वोल्टेज बढ़ाएं

वर्तमान (और इसलिए वोल्टेज ड्रॉप) को कम करने का सबसे प्रभावी तरीका है कि प्रणाली को उच्च नाममात्र डीसी वोल्टेज पर डिज़ाइन किया जाए। शक्ति (वाट) वोल्टेज और धारा का गुणनफल होती है (P = V × I)। यदि आप नाममात्र वोल्टेज को 12V से बढ़ाकर 48V कर देते हैं, तो समान 2 किलोवाट भार को संचालित करने के लिए आवश्यक धारा 75% कम हो जाती है (166A से घटकर केवल 41.5A रह जाती है)। ओम के नियम के अनुसार, धारा को चार गुना कम करने से वोल्टेज ड्रॉप भी 75% कम हो जाता है। जब भी संभव हो, लंबी दूरी के लिए 48V डीसी आर्किटेक्चर का चयन करें।

• 2. डीसी कंडक्टर के गेज को बड़ा करें

यदि प्रणाली के वोल्टेज को नहीं बदला जा सकता है, तो आपको कंडक्टर के अनुप्रस्थ काट (A) को बढ़ाकर तार के प्रतिरोध को कम करना होगा। केबल्स को मोटे तांबे के गेज, जैसे 4/0 AWG (95 वर्ग मिमी), में अपग्रेड करें या प्रत्येक ध्रुव के लिए कई समानांतर केबल्स लगाएं। सुनिश्चित करें कि कंडक्टर उच्च-गुणवत्ता वाले, बारीक-तार वाले ऑक्सीजन-मुक्त तांबे के हों, जो सबसे कम व्यावहारिक विद्युत प्रतिरोध प्रदान करते हैं।

• 3. इन्वर्टर LVC पैरामीटर सेटिंग्स को समायोजित करें

उच्च-प्रदर्शन इनवर्टर, जैसे JYINS प्रोग्रामेबल श्रृंखला, इंजीनियरों को डिजिटल नियंत्रण सॉफ़्टवेयर के माध्यम से LVC सेटिंग्स को अनुकूलित करने की अनुमति देते हैं। दो पैरामीटर समायोजित किए जा सकते हैं:

• LVC थ्रेशोल्ड को कम करें: यदि आपकी बैटरी की रासायनिक संरचना संक्षिप्त वोल्टेज गिरावट को बिना क्षति के सुरक्षित रूप से संभाल सकती है, तो आप कट-ऑफ वोल्टेज को थोड़ा कम कर सकते हैं (उदाहरण के लिए, 10.5V से 10.0V तक)।
• LVC डिले टाइमर जोड़ें: अधिकांश JYINS यूनिट में एक प्रोग्रामेबल डिले (उदाहरण के लिए, 0 से 10 सेकंड तक) होता है। 3 सेकंड का डिले सेट करने पर, इनवर्टर मोटर-स्टार्टअप के दौरान उत्पन्न छोटी अवरोध वोल्टेज गिरावट को अनदेखा कर देगा, जिससे मोटर को प्रारंभ करने और वोल्टेज को पुनर्प्राप्त होने का समय मिलेगा, इससे पहले कि सुरक्षा सर्किट को ट्रिगर किया जाए।
• 4. रिमोट वोल्टेज सेंसिंग को लागू करें

उन्नत औद्योगिक प्रणालियाँ दूरस्थ वोल्टेज संवेदन का उपयोग कर सकती हैं। बैटरी के टर्मिनलों से सीधे इन्वर्टर के नियंत्रण बोर्ड तक एक जोड़ी पतले, कम-धारा वाले तार लगाए जाते हैं। इन्वर्टर इन समर्पित सेंसर तारों का उपयोग करके बैटरी की वास्तविक चार्ज स्थिति को मापता है, उच्च-धारा वाली शक्ति लाइनों को पूरी तरह से छोड़ देता है। यदि केवल वास्तविक बैटरी वोल्टेज में गिरावट आती है, तो ही इन्वर्टर LVC शटडाउन का निष्पादन करेगा, तारों में होने वाले वोल्टेज ड्रॉप को पूरी तरह से अनदेखा करते हुए।

निष्कर्ष

लंबी दूरी की डीसी स्थापनाओं में कम वोल्टेज कट-ऑफ (एलवीसी) का अनावश्यक ट्रिपिंग एक क्लासिक विद्युत इंजीनियरिंग समस्या है, जो केबल प्रतिरोध और उच्च धारा मांग के कारण होती है। ओम के नियम को लागू करके, सिस्टम इंटीग्रेटर वोल्टेज ड्रॉप की सटीक गणना कर सकते हैं और तांबे के चालकों का आकार उसके अनुसार निर्धारित कर सकते हैं। उच्च नाममात्र सिस्टम वोल्टेज (जैसे 48 वी) पर संक्रमण करना, केबल को भारी वर्ग के गेज तक बड़ा करना और जेवाईआईएनएस के प्रोग्राम करने योग्य एलवीसी विलंब तथा दूरस्थ संवेदन इनपुट का उपयोग करना अनावश्यक शटडाउन को समाप्त कर देगा। ये कदम स्थायी और निरंतर शक्ति आपूर्ति को सुनिश्चित करते हैं, जो महत्वपूर्ण ऑफ-ग्रिड अवसंरचना को किसी भी भौतिक स्थल व्यवस्था की बाधाओं के बावजूद प्रदान करते हैं।