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उच्च-वोल्टेज BESS अनुप्रयोगों में DC कॉन्टैक्टर चयन संबंधी विचार
डीसी कॉन्टैक्टर का उपयोग बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणालियों में नियंत्रित परिस्थितियों में उच्च-वोल्टेज डीसी सर्किट को जोड़ने और डिस्कनेक्ट करने के लिए व्यापक रूप से किया जाता है।
एक BESS में, कॉन्टैक्टर बैटरी पैक, HV बॉक्स, बैटरी रैक या मुख्य DC सर्किट के हिस्से के रूप में काम कर सकता है। हालांकि इसका मूल कार्य सीधा-सादा है, लेकिन कॉन्टैक्टर के आसपास की विद्युत स्थितियां एक सिस्टम से दूसरे सिस्टम में काफी भिन्न हो सकती हैं।
इसलिए चयन प्रक्रिया में कॉन्टैक्टर के नाममात्र वोल्टेज और करंट रेटिंग को सिस्टम विनिर्देशों से मिलाने से कहीं अधिक शामिल है।
निरंतर धारा, स्विचिंग की स्थिति, विद्युत सहनशीलता, दोष संबंधी आवश्यकताएं, तापमान और जुड़े हुए लोड की विशेषताएं, ये सभी कारक प्रभावित कर सकते हैं कि कोई विशेष डीसी कॉन्टैक्टर उच्च-वोल्टेज बीईएस अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त है या नहीं।
वास्तविक डीसी सिस्टम वोल्टेज से शुरू करें
पहली आवश्यकता यह पुष्टि करना है कि एप्लिकेशन में कॉन्टैक्टर को अधिकतम कितना वोल्टेज झेलना पड़ेगा।
यह केवल नाममात्र बैटरी वोल्टेज के बजाय वास्तविक डीसी सिस्टम स्थितियों पर आधारित होना चाहिए।
बैटरी की संरचना और परिचालन स्थिति के आधार पर, चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान वोल्टेज में परिवर्तन हो सकता है। इसलिए, कॉन्टैक्टर का चयन करते समय अधिकतम संभव वोल्टेज को ध्यान में रखना चाहिए।
इंजीनियरों को निम्नलिखित का मूल्यांकन करना चाहिए:
- अधिकतम परिचालन वोल्टेज
- बैटरी स्ट्रिंग कॉन्फ़िगरेशन
- चार्जिंग वोल्टेज
- अपेक्षित वोल्टेज क्षणिक
- इन्सुलेशन आवश्यकताएँ
- लागू सुरक्षा मार्जिन
कॉन्टैक्टर की डीसी वोल्टेज रेटिंग सिस्टम की संपूर्ण परिचालन सीमा के लिए उपयुक्त होनी चाहिए।
यह विशेष रूप से उच्च-वोल्टेज BESS अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण है, जहां DC वोल्टेज बढ़ने के साथ व्यवधान प्रदर्शन की मांग भी बढ़ जाती है।
सतत धारा रेटिंग का केवल एक हिस्सा है।
एक डीसी कॉन्टैक्टर को सामान्य संचालन के दौरान अपनी तापीय सीमाओं को पार किए बिना अपेक्षित धारा प्रवाहित करने में सक्षम होना चाहिए।
हालांकि, अधिकतम निरंतर धारा ही एकमात्र महत्वपूर्ण धारा मान नहीं होता है।
एक BESS को निम्नलिखित समयों के दौरान विभिन्न प्रकार की वर्तमान स्थितियों का सामना करना पड़ सकता है:
- सामान्य चार्जिंग
- सामान्य निर्वहन
- अधिकतम शक्ति संचालन
- अस्थायी ओवरलोड
- प्री-चार्ज और स्विचिंग इवेंट
- सिस्टम का प्रारंभ और शटडाउन
अत: कॉन्टैक्टर का मूल्यांकन अपेक्षित परिचालन प्रोफ़ाइल के आधार पर किया जाना चाहिए।
एक ऐसी प्रणाली जो अधिकांश समय मध्यम धारा प्रवाहित करती है लेकिन अक्सर उच्च धारा के संचालन का अनुभव करती है, वह स्थिर निरंतर धारा पर संचालित होने वाली प्रणाली की तुलना में कॉन्टैक्टर पर अलग-अलग मांगें डाल सकती है।
संपर्क प्रतिरोध और टर्मिनल तापमान में वृद्धि भी प्रासंगिक हैं क्योंकि वे लंबे समय तक संचालन के दौरान गर्मी उत्पादन को प्रभावित करते हैं।
वास्तविक स्विचिंग स्थितियों पर विचार करें
किसी कॉन्टैक्टर द्वारा प्रवाहित धारा और कॉन्टैक्टर द्वारा बाधित धारा हमेशा एक समान नहीं होती हैं।
डीसी अनुप्रयोगों में यह अंतर महत्वपूर्ण है।
कुछ कॉन्टैक्टर मुख्य रूप से सामान्य परिचालन स्थितियों के तहत नियंत्रित कनेक्शन और डिस्कनेक्शन के लिए आवश्यक हो सकते हैं, जबकि अन्य अधिक जटिल स्विचिंग घटनाओं का सामना कर सकते हैं।
अतः आवेदन में निम्नलिखित को परिभाषित किया जाना चाहिए:
- अपेक्षित स्विचिंग वोल्टेज
- अपेक्षित स्विचिंग करंट
- वर्तमान बनाना
- ब्रेकिंग करंट
- आवृत्ति बदलना
- भार विशेषताएँ
कम लोड वाले सर्किट को स्विच करना, उच्च-शक्ति वाले डीसी सर्किट में करंट को बाधित करने से अलग है।
कॉन्टैक्टर के प्रदर्शन की जांच केवल उसकी निरंतर धारा रेटिंग के आधार पर नहीं, बल्कि वास्तविक स्विचिंग ड्यूटी के आधार पर की जानी चाहिए।
विद्युत सहनशीलता अनुप्रयोग के अनुरूप होनी चाहिए
स्विचिंग चक्रों की संख्या संपर्क घिसावट और समग्र सेवा जीवन को प्रभावित कर सकती है।
एक कॉन्टैक्टर जिसका उपयोग केवल कभी-कभार सिस्टम को अलग करने के लिए किया जाता है, उसका ऑपरेटिंग प्रोफाइल उस कॉन्टैक्टर से बहुत अलग हो सकता है जिसका उपयोग दैनिक चार्ज और डिस्चार्ज नियंत्रण के दौरान अक्सर किया जाता है।
इसलिए विद्युत सहनशीलता पर निम्नलिखित के साथ विचार किया जाना चाहिए:
- स्विचिंग करंट
- स्विचिंग वोल्टेज
- संचालन की संख्या
- लोड प्रकार
- आवश्यक सेवा जीवन
विद्युत सहनशीलता संबंधी डेटा सामान्यतः विशिष्ट परिचालन स्थितियों से जुड़ा होता है।
एक कॉन्टैक्टर की जीवन अवधि की विशेषताएं इस बात पर निर्भर करती हैं कि वह कम करंट, उच्च करंट, प्रतिरोधक लोड या अन्य प्रकार के लोड को स्विच कर रहा है या नहीं।
बार-बार चक्रण वाले BESS अनुप्रयोगों के लिए, यह जानकारी केवल यांत्रिक परिचालन जीवन को देखने की तुलना में अधिक उपयोगी हो सकती है।
दोष की स्थितियाँ और अल्पकालिक वर्तमान क्षमता
डीसी कॉन्टैक्टर हाई-स्पीड फॉल्ट प्रोटेक्शन डिवाइस का विकल्प नहीं है।
किसी गंभीर शॉर्ट-सर्किट की घटना के दौरान, सुरक्षा प्रणाली द्वारा दोष को अलग करने से पहले कॉन्टैक्टर उच्च धारा के संपर्क में आ सकता है।
इसलिए, कॉन्टैक्टर की उन विद्युत स्थितियों को सहन करने की क्षमता का मूल्यांकन किया जाना चाहिए जो सुरक्षा अनुक्रम के दौरान उत्पन्न हो सकती हैं।
प्रासंगिक विचारणीय बिंदु निम्नलिखित हो सकते हैं:
- अल्पकालिक धारा का सामना करने की क्षमता
- संपर्क वेल्डिंग प्रतिरोध
- डीसी फ्यूज के साथ समन्वय
- दोष पृथक्करण अनुक्रम
- बीएमएस नियंत्रण प्रतिक्रिया
- अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम सुरक्षा
एक सुव्यवस्थित BESS सर्किट में, विभिन्न घटकों की अलग-अलग भूमिकाएँ होती हैं।
कॉन्टैक्टर नियंत्रित स्विचिंग और विद्युत पृथक्करण प्रदान करता है, जबकि फ्यूज या अन्य सुरक्षात्मक उपकरण अपनी निर्दिष्ट परिचालन सीमा के भीतर फॉल्ट करंट को बाधित करने के लिए जिम्मेदार होता है।
अत: किसी एक घटक का चयन करते समय अन्य घटकों के प्रदर्शन की तुलना अवश्य की जानी चाहिए।
संपर्क प्रतिरोध और तापमान वृद्धि
उच्च धारा वाले डीसी परिपथों के लिए संपर्क प्रतिरोध एक महत्वपूर्ण कारक है।
यहां तक कि अपेक्षाकृत कम प्रतिरोध भी निरंतर धारा प्रवाह होने पर काफी गर्मी उत्पन्न कर सकता है।
परिणामस्वरूप तापमान में होने वाली वृद्धि कई कारकों पर निर्भर करती है, जिनमें शामिल हैं:
- ऑपरेटिंग करंट
- संपर्क प्रतिरोध
- टर्मिनल डिजाइन
- कंडक्टर का आकार
- स्थापना की शर्तें
- परिवेश का तापमान
कॉम्पैक्ट BESS एनक्लोजर में, आस-पास के घटकों से निकलने वाली गर्मी कॉन्टैक्टर के ऑपरेटिंग तापमान को और बढ़ा सकती है।
इसी कारणवश, कॉन्टैक्टर की करंट रेटिंग के साथ-साथ थर्मल वातावरण पर भी विचार किया जाना चाहिए।
मानक परीक्षण स्थितियों के तहत उपयुक्त कॉन्टैक्टर, घनी आबादी वाले एचवी बॉक्स या बैटरी रैक के अंदर स्थापित होने पर अलग तरह से काम कर सकता है।
कॉइल और नियंत्रण आवश्यकताएँ
कॉन्टैक्टर का कंट्रोल वाला हिस्सा भी सिस्टम डिजाइन से मेल खाना चाहिए।
महत्वपूर्ण मापदंडों में निम्नलिखित शामिल हो सकते हैं:
- कॉइल वोल्टेज
- पिक-अप वोल्टेज
- ड्रॉप-आउट वोल्टेज
- बिजली की खपत
- निरंतर कुंडल शक्ति
- नियंत्रण इंटरफ़ेस
कंट्रोल वोल्टेज को कॉन्टैक्टर की निर्दिष्ट ऑपरेटिंग रेंज के भीतर रहना आवश्यक है।
यह विशेष रूप से बैटरी से चलने वाले सिस्टमों में प्रासंगिक है जहां विभिन्न परिचालन स्थितियों के तहत नियंत्रण आपूर्ति बदल सकती है।
बीएमएस या नियंत्रण प्रणाली को कॉन्टैक्टर की विश्वसनीय रूप से निगरानी और नियंत्रण करने में भी सक्षम होना चाहिए।
कुछ अनुप्रयोगों में, स्विचिंग स्थिति के बारे में जानकारी प्रदान करने के लिए सहायक संपर्कों या अन्य फीडबैक विधियों का उपयोग किया जाता है।
ध्रुवता और धारा की दिशा पर ध्यान दें
कुछ उच्च-वोल्टेज डीसी कॉन्टैक्टर आर्क को बाधित करने में सहायता के लिए स्थायी चुंबकों का उपयोग करते हैं।
इन डिज़ाइनों के लिए, धारा की दिशा और कनेक्शन की ध्रुवीयता व्यवधान प्रदर्शन के लिए प्रासंगिक हो सकती है।
यह सभी कॉन्टैक्टर डिज़ाइन पर लागू नहीं होता है, लेकिन जब भी चयनित उत्पाद में विशिष्ट ध्रुवीयता संबंधी आवश्यकताएं हों, तो इसकी जांच अवश्य की जानी चाहिए।
ऐसे अनुप्रयोगों के लिए जहां चार्जिंग और डिस्चार्जिंग के दौरान दोनों दिशाओं में करंट प्रवाहित होता है, इंजीनियरों को यह सुनिश्चित करना चाहिए कि कॉन्टैक्टर दोनों दिशाओं में अपेक्षित परिचालन स्थितियों के लिए उपयुक्त है।
निर्माता द्वारा दिए गए स्थापना संबंधी निर्देशों का सावधानीपूर्वक पालन किया जाना चाहिए।
यांत्रिक स्थापना और कनेक्शन डिजाइन
विद्युत प्रदर्शन यांत्रिक स्थापना से भी प्रभावित हो सकता है।
कॉन्टैक्टर को निर्माता की आवश्यकताओं के अनुसार स्थापित किया जाना चाहिए:
- माउंटिंग अभिविन्यास
- टर्मिनल टॉर्क
- बसबार या केबल कनेक्शन
- निकासी
- कंपन प्रतिरोध
- पर्यावरणीय परिस्थितियाँ
टर्मिनलों के खराब कनेक्शन से संपर्क प्रतिरोध बढ़ सकता है और अतिरिक्त गर्मी उत्पन्न हो सकती है।
टर्मिनलों या बसबारों पर पड़ने वाला यांत्रिक तनाव भी दीर्घकालिक विश्वसनीयता को प्रभावित कर सकता है।
उच्च-धारा वाले BESS अनुप्रयोगों के लिए, कॉन्टैक्टर का मूल्यांकन एक पृथक घटक के बजाय संपूर्ण विद्युत कनेक्शन के हिस्से के रूप में किया जाना चाहिए।
चयन करते समय संपूर्ण परिचालन प्रोफ़ाइल पर विचार किया जाना चाहिए।
एक व्यावहारिक डीसी कॉन्टैक्टर चयन प्रक्रिया में निम्नलिखित चरण शामिल हो सकते हैं:
- डीसी सिस्टम के अधिकतम वोल्टेज की पुष्टि करें।
- सामान्य सतत धारा ज्ञात कीजिए।
- अधिकतम धारा और अस्थायी अतिभार की स्थितियों की पहचान करें।
- आवश्यक मेकिंग और ब्रेकिंग करंट को परिभाषित करें।
- अपेक्षित स्विचिंग आवृत्ति की जाँच करें।
- वास्तविक परिचालन स्थिति के तहत विद्युत सहनशीलता का मूल्यांकन करें।
- अल्पकालिक वर्तमान और त्रुटि स्थितियों की समीक्षा करें।
- डीसी फ्यूज और अन्य सुरक्षा उपकरणों के साथ समन्वय की जांच करें।
- परिवेश और संलग्नक के तापमान का मूल्यांकन करें।
- कॉइल वोल्टेज और नियंत्रण आवश्यकताओं की पुष्टि करें।
- ध्रुवीयता संबंधी आवश्यकताओं और धारा की दिशा की जाँच करें।
- यांत्रिक स्थापना और कनेक्शन की स्थितियों की जाँच करें।
यह प्रक्रिया चयन को केवल वोल्टेज और करंट की तुलना से आगे ले जाने में मदद करती है।
डीसी कॉन्टैक्टर को बीईएस के शेष भाग के साथ समन्वयित करना
डीसी कॉन्टैक्टर का प्रदर्शन आंशिक रूप से इस बात पर निर्भर करता है कि इसे संपूर्ण सिस्टम में कैसे एकीकृत किया गया है।
कॉन्टैक्टर निम्नलिखित के साथ मिलकर काम कर सकता है:
- डीसी फ्यूज
- प्री-चार्ज सर्किट
- बीएमएस नियंत्रण
- वर्तमान निगरानी उपकरण
- एचवी बॉक्स
- पीसीएस इंटरफेस
उदाहरण के लिए, प्री-चार्ज अनुक्रम का समय सिस्टम कनेक्शन के दौरान मुख्य कॉन्टैक्टर द्वारा अनुभव किए जाने वाले विद्युत तनाव को प्रभावित करता है।
इसी प्रकार, यदि करंट कॉन्टैक्टर की निर्धारित परिचालन स्थितियों से अधिक हो जाता है, तो सुरक्षा उपकरण को उचित रूप से प्रतिक्रिया देनी चाहिए।
इसीलिए कॉन्टैक्टर का चयन और सर्किट डिजाइन दोनों को एक साथ ध्यान में रखना चाहिए।
उच्च-शक्ति BESS में DC कॉन्टैक्टर का चयन
जैसे-जैसे BESS प्लेटफॉर्म उच्च शक्ति और अधिक कॉम्पैक्ट विद्युत संरचनाओं की ओर बढ़ रहे हैं, कॉन्टैक्टरों को तेजी से चुनौतीपूर्ण परिस्थितियों में काम करने की आवश्यकता होती है।
उच्च धारा से संपर्क प्रतिरोध हानि और तापमान वृद्धि हो सकती है। उच्च डीसी वोल्टेज से धारा अवरोधन अधिक चुनौतीपूर्ण हो सकता है। कॉम्पैक्ट एचवी बॉक्स भी तापीय प्रदर्शन पर अधिक दबाव डालते हैं।
इन परिस्थितियों में जरूरी नहीं है कि हर एप्लीकेशन के लिए एक ही प्रकार का कॉन्टैक्टर हो।
उपयुक्त चयन सिस्टम के वास्तविक वोल्टेज, करंट, स्विचिंग ड्यूटी, फॉल्ट विशेषताओं, थर्मल वातावरण और नियंत्रण रणनीति पर निर्भर करता है।
एक बैटरी प्लेटफॉर्म के लिए चुना गया कॉन्टैक्टर जरूरी नहीं कि अलग पावर प्रोफाइल या सर्किट आर्किटेक्चर वाले दूसरे प्लेटफॉर्म के लिए उपयुक्त हो।
नेमप्लेट के बजाय एप्लिकेशन का चयन करना
नाममात्र वोल्टेज और करंट रेटिंग आवश्यक प्रारंभिक बिंदु हैं, लेकिन वे उच्च-वोल्टेज BESS कॉन्टैक्टर के चयन के लिए पूरी जानकारी प्रदान नहीं करते हैं।
कॉन्टैक्टर को सिस्टम की वास्तविक परिचालन स्थितियों से भी मेल खाना चाहिए।
स्विचिंग प्रदर्शन, विद्युत सहनशीलता, तापीय व्यवहार, दोष की स्थिति, नियंत्रण आवश्यकताएं और सुरक्षा समन्वय, इन सभी बातों पर विचार करना आवश्यक है।
उच्च-वोल्टेज बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के लिए, एक उपयुक्त डीसी कॉन्टैक्टर वह होता है जो संपूर्ण विद्युत अनुप्रयोग के अनुरूप हो, न कि केवल सिस्टम विनिर्देश में सूचीबद्ध उच्चतम वोल्टेज और वर्तमान मानों से मेल खाता हो।
एक सुनियोजित चयन प्रक्रिया इंजीनियरों को इन स्थितियों का प्रारंभिक मूल्यांकन करने में मदद कर सकती है और बीईएसएसएस के सेवा जीवनकाल के दौरान विश्वसनीय स्विचिंग और आइसोलेशन को सुनिश्चित कर सकती है।
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