मॉडर्न स्मार्ट डिस्ट्रीब्यूशन नेटवर्क के लिए माइक्रोप्रोसेसर-आधारित रिले के साथ फीडर प्रोटेक्शन सॉल्यूशन

1. परिचय और मुख्य चुनौतियाँ​
   वितरित ऊर्जा संसाधनों (DERs) (जैसे पीवी और पवन ऊर्जा) को वितरण नेटवर्क में बढ़ते समावेश और उपयोगकर्ताओं की बढ़ती आवश्यकताओं के साथ, विद्युत आपूर्ति की विश्वसनीयता और सुरक्षा के लिए पारंपरिक फीडर सुरक्षा योजनाओं को गंभीर चुनौतियाँ प्रस्तुत होती हैं। यह समाधान निम्नलिखित तीन मुख्य चुनौतियों को संबोधित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है:

• ​आर्क फ्लैश खतरे:​​ स्विचगियर जैसे उपकरणों में आंतरिक शॉर्ट सर्किट अत्यंत विनाशक आर्क फ्लैशों को ट्रिगर कर सकता है, जो उपकरणों और कर्मचारियों की सुरक्षा को धमकी दे सकता है, जिसके लिए सुरक्षा प्रणाली से अत्यंत तेज़ प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है।
• ​उच्च-प्रतिरोध ग्राउंड दोष:​​ विशेष रूप से ग्रामीण क्षेत्रों या उच्च मृदा प्रतिरोध के क्षेत्रों में होने वाले एकल-फेज ग्राउंड दोष, जिनका दोष धारा कम होती है, पारंपरिक शून्य-अनुक्रम ओवरकरंट सुरक्षा द्वारा विश्वसनीय रूप से पहचानना कठिन होता है, जो सुरक्षा की विफलता का खतरा लाता है।
• ​वितरित ऊर्जा संसाधनों (DERs) के समावेश का प्रभाव:​​ DERs का समावेश वितरण नेटवर्क के शक्ति प्रवाह दिशा और शॉर्ट-सर्किट धारा विशेषताओं को बदल देता है, जो सुरक्षा की गलत संचालन (गलत ट्रिपिंग) या विफलता का खतरा लाता है, और अनिच्छित आइलैंडिंग का खतरा भी लाता है।

यह समाधान, उन्नत माइक्रोप्रोसेसर-आधारित सुरक्षा रिले और कई नवीन एल्गोरिदमों के एकीकरण पर आधारित है, जो आधुनिक वितरण नेटवर्क के लिए व्यापक, तेज़ और विश्वसनीय फीडर सुरक्षा प्रदान करता है।

​2. समाधान का विवरण​
हमारा फीडर सुरक्षा रिले एक मॉड्यूलर डिज़ाइन का उपयोग करता है, जो उपरोक्त चुनौतियों को संबोधित करने के लिए निम्नलिखित मुख्य सुरक्षा कार्यों को एकीकृत करता है।

​2.1 मल्टी-बैंड आर्क फ्लैश सुरक्षा (AFP) मॉड्यूल​

• ​तकनीकी सिद्धांत:​​ एक विशेष मल्टी-बैंड निगरानी प्रौद्योगिकी का उपयोग करता है, जो लाइट इंटेंसिटी (विशेष आर्क लाइट सेंसरों के माध्यम से) और धारा की दर की दर (di/dt) की निगरानी करता है। दोष को आर्क फ्लैश के रूप में पुष्टि करने के लिए दोनों स्थितियों - "मजबूत आर्क लाइट सिग्नल" और "उच्च-गति ओवरकरंट विशेष (>10 kA/ms)" - को पूरा करना आवश्यक होता है (तार्किक AND संचालन)। यह दोहरा मानदंड बाहरी प्रकाश स्रोतों या स्विचिंग ओवरकरंट के कारण गलत संचालन से बचने में प्रभावी होता है।
• ​प्रदर्शन का फायदा:​​ अत्यंत तेज़ संचालन गति की सुरक्षा प्रदान करता है, जिससे आर्क फ्लैश ऊर्जा को न्यूनतम रखा जा सकता है।
• ​आवेदन केस:​​ एक बड़े डेटा सेंटर के मध्य-वोल्टेज वितरण प्रणाली में इस मॉड्यूल के डिप्लॉयमेंट के बाद, यह मॉड्यूल 4 मिलीसेकंड से कम की कुल दोष साफ करने की समय प्राप्त करने में सफल रहा, जो पारंपरिक धारा-केवल सुरक्षा योजनाओं की तुलना में तीन गुना तेज़ था, जिससे उपकरण की क्षति का जोखिम बहुत कम हो गया।

​2.2 उच्च-संवेदनशील निम्न-धारा ग्राउंड दोष सुरक्षा मॉड्यूल​

• ​तकनीकी सिद्धांत:​​ शून्य-अनुक्रम योग्यता विधि का उपयोग करता है। यह विधि प्रणाली के शून्य-अनुक्रम वोल्टेज (3U₀) और शून्य-अनुक्रम धारा (3I₀) की वास्तविक-समय, सटीक माप करती है, और इसके अनुरूप योग्यता मान की गणना करती है। यह एल्गोरिदम प्रणाली के क्षमतात्मक ग्राउंड दोष धारा के भिन्नताओं के प्रति अपेक्षाकृत असंवेदनशील होता है, जो सामान्य क्षमतात्मक धारा और दोष-प्रेरित प्रतिरोधी धारा के बीच को प्रभावी रूप से अलग करता है, जिससे 1 kΩ या अधिक रिसिस्टेंस मूल्य वाले उच्च-प्रतिरोध ग्राउंड दोषों की अधिक सटीक पहचान होती है।
• ​प्रदर्शन का फायदा:​​ उच्च प्रतिरोध द्वारा दोष के दौरान पारंपरिक सुरक्षा योजनाओं की अपर्याप्त संवेदनशीलता की समस्या को हल करता है, जिससे विद्युत चुंबकीय झटके और आग के जोखिम में बहुत कमी आती है।
• ​आवेदन केस:​​ एक ग्रामीण नेटवर्क (उच्च क्षमतात्मक ग्राउंड दोष धारा और असमान लाइन इन्सुलेशन स्तरों के साथ) में एक पायलट परियोजना में इस तकनीक के उपयोग ने ग्राउंड दोष की पहचान की दर 65% से 92% तक बढ़ाई, जिससे विद्युत आपूर्ति की सुरक्षा में बहुत बड़ी सुधार हुई।

​2.3 एडाप्टिव एंटी-आइलैंडिंग सुरक्षा मॉड्यूल​

• ​तकनीकी सिद्धांत:​​ DER समावेश से पैदा होने वाले आइलैंडिंग जोखिम को संबोधित करने के लिए, यह मॉड्यूल पासिव और एक्टिव निगरानी विधियों को एकीकृत करता है।
• ​पासिव निगरानी:​​ सामान्य दोष पैरामीटरों, जैसे वोल्टेज फ्रीक्वेंसी विचलन (Δf > 0.5 Hz) और फेज ऐंगल छलांग (Δφ > 10°) को निरंतर निगरानी करता है।
• ​एक्टिव निर्धारण:​​ जब पासिव निगरानी संकेतक निर्धारित थ्रेसहोल्ड से ऊपर जाते हैं, तो यह एक्टिव विधियों जैसे एक्टिव फ्रीक्वेंसी ड्रिफ्ट को शामिल करके तेज़ी से आइलैंडिंग स्थिति की पुष्टि करता है।
• ​प्रदर्शन का फायदा:​​ आइलैंडिंग होने के बाद बहुत कम समय (< 200 ms, ग्रिड कोड आवश्यकताओं के अनुसार) में DERs को तेज़ी से अलग करने में सफल रहता है, जिससे ग्रिड उपकरणों और रखरखाव कर्मचारियों को अनिच्छित आइलैंडिंग संचालन से जोखिम रहित किया जाता है।
• ​आवेदन केस:​​ एक माइक्रोग्रिड परियोजना, जिसमें बहुत से पीवी एरे शामिल थे, में इस एंटी-आइलैंडिंग मॉड्यूल का मूल्यांकन 99.7% यथार्थता दर प्राप्त किया, जो आइलैंडिंग को प्रभावी रूप से रोकता है और साथ ही आवश्यक नहीं ट्रिपिंग को न्यूनतम रखता है, जो वितरित ऊर्जा संसाधनों के उपयोग की दर को बढ़ाता है।

​3. मुख्य मूल्य सारांश​
यह माइक्रोप्रोसेसर-आधारित सुरक्षा समाधान, कई बुद्धिमान एल्गोरिदमों के एकीकरण द्वारा, निम्नलिखित प्राप्त करता है:

• ​बढ़ी हुई सुरक्षा:​​ मिलीसेकंड-स्तर की आर्क फ्लैश सुरक्षा और अत्यधिक-संवेदनशील ग्राउंड दोष सुरक्षा द्वारा व्यक्तियों और उपकरणों की सुरक्षा को अधिकतम करता है।
• ​उच्च विश्वसनीयता:​​ DER समावेश द्वारा पेश की गई जटिलताओं को प्रभावी रूप से संबोधित करता है, आइलैंडिंग स्थितियों और उच्च-प्रतिरोध दोषों की अधिक सटीक पहचान करता है, जिससे सुरक्षा के "अंधे क्षेत्र" को दूर किया जाता है।
• ​तेज़ वापसी:​​ तेज़ दोष साफ करने की सुविधा प्रदान करता है, जो नेटवर्क की तेज़ स्व-सुधार शक्ति, आउटेज की अवधि को कम करने और विद्युत आपूर्ति की विश्वसनीयता को बढ़ाने में मदद करता है।