विद्युत निर्मिती केंद्रात वीजेची निर्मिती केली जाते आणि त्याचा वापर घरांमध्ये, औद्योगिक केंद्रांमध्ये, शेतांमध्ये इत्यादी ठिकाणी होतो. निर्मिती केंद्र व वापराची ठिकाणे यात बरेच अंतर असते. हे वहन तंत्र-आर्थिक कारणास्तव उच्च व्होल्टता पारेषण वाहिनीमार्फत केले जाते. निर्मिती केंद्रात व्होल्टता वाढविणे आणि वापराचे ठिकाणी निर्धारित पातळी इतकी व्होल्टता कमी करण्यासाठी उपकेंद्रे स्थापन करावी लागतात. संचालन व सुरक्षेच्या कारणास्तव उपकेंद्रातील सामग्रीत सुयोग्य अंतर राखावे लागते. संपूर्ण रचना ही त्रि-प्रावस्था (Three Phase) पद्धतीची असते. आंतरप्रावस्था स्फुल्लिंग (flashover) न होण्याच्या दृष्टीने प्रावस्थांच्या तारांमध्ये अंतर ठेवावे लागते. नैसर्गिक हवेमध्ये विद्युत निरोधी गुणधर्म असतात. तथापि संबंधित संरचनेची व्होल्टता, निर्धारित ठिकाणाची समुद्रसपाटीपासून उंची, हवेतील प्रदूषण, इ. बाबींवरून प्रावस्थांमध्ये किमान किती अंतर असावे हे ठरवले जाते. सर्वसाधारणपणे समुद्रसपाटीपासून १००० मीटरपर्यंत भिन्न व्होल्टताप्रमाणे प्रावस्थांमध्ये किमान किती अंतर असावे या बाबतीत आंतरराष्ट्रीय मानके आहेत. (IEC 61936-1:2002)
या बाबी व नियोजित उपकेंद्राची मांडणी ध्यानात घेऊन अपेक्षित उपकेंद्रासाठी किती जागा लागेल याचा अंदाज येतो. साधारणपणे १३२ किलोव्हॉल्टच्या उपकेंद्रासाठी ३-४ हेक्टर, २२० किलोव्हॉल्टच्या उपकेंद्रासाठी ६-७ हेक्टर जमीन लागते. आज जगभरातील महानगरांमध्ये प्रमुख बाजारपेठांच्या भागांत विजेची मागणी मोठ्या प्रमाणात असून दिवसेंदिवस वाढत जाणारी आहे. या मागणीची पूर्तता करण्यासाठी विद्युत कंपन्यांना ‘विद्युत उपकेंद्र’ उभारावे लागते. त्यासाठी वर उल्लेख केलेल्या प्रमाणात जागा अशा भागात मिळणे कठीण व खर्चिक असते. डोंगरदऱ्यांमध्ये जलविद्युत उपकेंद्रासाठी पुरेशी व योग्य जागा मिळणे खर्चिक होते, अशा ठिकाणी वात निरोधित उपकेंद्र (वानिउ – Gas Insulated Substation) पद्धतीचे उपकेंद्र वापरले जाते.
वानिउमध्ये धातूच्या नळकांड्यामध्ये सल्फर हेक्झाफ्लुओराइड (SF6) हा वायू भरलेला असतो आणि त्यामध्ये प्रावस्थांच्या तारा बसविलेल्या असतात. या वायूचे विद्युत विरोधक गुणधर्म साध्या हवेच्या तीनपट असून वायूवरील दाब वाढविला असता त्याचे विद्युतरोधक गुणधर्म वाढतात. वानिउमधील उपकरणात सामान्य वातावरणीय दाबाच्या ५ ते ६ पट दाब राखला जातो. त्यामुळे दोन विद्युतभारित तारांमधील अंतर अतिशय कमी ठेवून सुरक्षा राखता येते. परिणामतः नेहमीच्या उपकेंद्रापेक्षा २५% पेक्षाही कमी जागेत विद्युत उपकेंद्र उभारता येते. तसेच अन्य उपकरणांचा आकार एक दशांशापर्यंत कमी होऊ शकतो. या वायूचे विद्युतरोधक गुणधर्म १९३७ मध्ये जनरल इलेक्ट्रिकमधील संशोधकांच्या लक्षात आले. पुढे १९६७-६८ मध्ये बर्लिन (जर्मनी), पॅरिस (फ्रान्स), झुरिक (स्वित्झर्लंड) येथे हा वायू वापरून वानिउ उभारण्यात आली.
सल्फर हेक्झाफ्लुओराइड हा वायू हवेपेक्षा वजनाने सुमारे पाचपट जड आहे. हा वायू रंगहीन, गंधहीन, चवहीन असून बिनविषारी, अज्वालाग्रही आहे. अतिप्रखर उष्णतेमध्ये सल्फर हेक्झाफ्लुओराइडचे सल्फर टेट्राफ्लुओराइड (SF4), सल्फर मोनोफ्लुओराइड (S2F2) व सल्फर पेण्टाफ्लुओराइडमध्ये (SF5) विघटन होते. तपमान कमी झाल्यावर त्यांचे पुनःसंयोजन होऊन सल्फर हेक्झाफ्लुओराइड बनतो. सल्फर हेक्झाफ्लुओराइडची उष्णता हस्तांतरण क्षमता उत्तम असल्याने अतिरिक्त विद्युत धारा कार्यक्षमतेने हाताळता येते.
वानिउमध्ये विद्युत वाहक तारांचा वातावरणाशी प्रत्यक्ष संबंध येत नाही. त्यामुळे अशा केंद्रात बिघाडाचे प्रमाण नगण्य असते. साधारणपणे वानिउ २५ वर्षांपर्यंत, किरकोळ देखभाल वगळता, मोठ्या प्रमाणात देखभाल करावी लागत नाही. समुद्रकिनारी वातावरणातून आलेले क्षार विद्युत उपकरणांवर साठतात व त्यामुळे उपकरणात स्फुल्लिंग होऊ शकतात. अशा ठिकाणी वानिउ हा पर्याय उचित असतो. बऱ्याच जलविद्युत प्रकल्पांमध्ये डोंगरात खर्चिक खोदकाम करून उपकेंद्र स्थापन करावे लागते. अशा ठिकाणी खर्च व परिश्रम या दृष्टिकोनातून कमीत कमी जागेत वानिउ स्थापले जाते. व्यापारी संकुले, सार्वजनिक उद्याने, मेट्रो स्थानके अशा ठिकाणी किमान जागेत वानिउ बसविलेली आहेत. परिसरसौंदर्य दृष्टिकोनातून वानिउ जमिनीखालील पातळीवरही उभारता येते.
सल्फर हेक्झाफ्लोराइड हा क्योटो प्रोटोकॉल अंतर्गत ‘हरितगृह वायू ‘ (Green House gas) मध्ये मोडतो. त्याची वैश्विक जागतिक तापमानवाढ संभाविता (Global Warming Potential – GWP) कार्बन डायऑक्साइडच्या (हा देखील हरितगृह वायू आहे) सुमारे २३,९०० पट आहे. या कारणास्तव शास्त्रज्ञ व अभियंते सल्फर हेक्झाफ्लुओराइडला पर्याय शोधत आहेत. त्यात अंशतः यश आले असून त्यात फ्लोअर नायट्राइल, फ्लोअर केटोन व शुद्ध हवा हे पर्याय पुढे आले आहेत. शुद्ध हवा या पर्यायात ८० % नायट्रोजन व २० % प्राणवायू यांचे मिश्रण वानिउमध्ये वापरले जाते. सल्फर हेक्झाफ्लुओराइड विरहित वानिउ झुरिकमध्ये २०१५ मध्ये कार्यान्वित करण्यात आले.
दिवसेंदिवस शहरीकरणाचा वेग वाढत आहे. त्याचबरोबर घरगुती वापराची उपकरणे अधिकाधिक घेतली जातात. याचा एकत्रित परिणाम विजेची मागणी वृद्धिंगत होण्यात होतो. मात्र त्यासाठी लागणाऱ्या उपकेंद्रांसाठी जागा मिळणे दुरापास्त होत आहे. अशा परिस्थितीत वात निरोधित उपकेंद्राचा वापर अधिक प्रमाणात होण्याची शक्यता आहे.
संदर्भ:
- International Electrotechnical Commission, Geneva, Switzerland; IEC 61936-1:2002, Power installations exceeding 1 kV a.c. –
- Koch Hermann (Editor); Gas Insulated Substations A co-publication of IEEE Press and John Wiley & Sons Ltd, 2014
- Mathur G.N., R.S. Chadha (Editor); Manual on Substation Layout Central Board of Irrigation & Power, New Delhi, Publication No. 299: 2006
समीक्षक – एस. डी. गोखले