खंडकाचे प्रकार चल व स्थिर भाग विद्युत विरोधक वातावरणासहित कुठल्या आवरणात बसवले आहेत, त्याप्रमाणे ठरवले जातात. हे भाग काच अथवा तत्सम विद्युत निरोधकात (Insulators) बसवले असल्यास त्या खंडकाला विद्युतभारित टाकीचे खंडक (Live Tank Circuit Breaker) असे म्हणतात. स्थिर व चल भाग विद्युत विरोधक वातावरणासह धातूच्या आवरणात बसवले असतील, तर त्याला विद्युत अभारित टाकीचे खंडक (Dead Tank Circuit Breaker) असे म्हणतात (आ. १). सध्या आपल्या देशात केवळ भारित टाकीचे खंडक वापरले जातात. अभारित टाकीचे खंडक उत्तर अमेरिका व दक्षिण अमेरिकी देशात वापरले जातात.
विद्युत दाबानुसार खंडकाच्या रचनेत व कार्यप्रणालीत होणारे बदल :
(१) खंडकाची मांडणी : विद्युत दाबानुसार खंडकाच्या तीनही कलांमध्ये (Phase) सुरक्षित अंतर ठेवणे जरुरीचे असते. तसेच जसजसा विद्युत दाब वाढत जातो, तशी मंडल जोडण्यासाठी अथवा खंडित करण्यासाठी जास्त ऊर्जेची गरज असते. अशा वेळी एक चालक यंत्रणा पुरेशी ऊर्जा देण्यास सक्षम नसते, म्हणून विद्युत दाबानुसार खंडकाची मांडणी पुढील दोन प्रकारांमध्ये केली जाते (आ. २).
(अ) समूह/एकत्रित चालक खंडक (Gang Operated Breaker) : एकच चालक यंत्रणा वापरून तिन्ही कला एकत्रित कार्यान्वित करणे,
(ब) स्वतंत्र चालक खंडक (Individual / Single Pole operation of Breaker) : प्रत्येक कलेसाठी स्वतंत्र चालक यंत्रणा वापरून तिन्ही कला एकमेकांपासून सुरक्षित अंतर ठेवून उभारणे.
(२) रचनेतील इतर फरक : जसा विद्युत दाब वाढत जातो, तसे खंडकाभोवतालच्या हवेचे आयनन (Ionization) होते. त्याला विद्युत तेजोवलय (Corona) असे म्हणतात. विद्युत तेजोवलयाचा प्रभाव कमी करण्यासाठी २२० kV वरील विद्युत दाबासाठी वापरल्या जाणाऱ्या खंडकांवर विद्युत तेजोवलयरोधक कडे (Corona rings) बसवण्यात येते (आ. ३).
मंडलाचा दाब १४० kV पेक्षा जास्त झाल्यावर मंडल विघटित करताना उत्पन्न होणारी विद्युत प्रज्योत खूप शक्तिशाली असते. त्यामुळे त्यावर नियंत्रण मिळवण्यासाठी ती एकापेक्षा जास्त ठिकाणी खंडित करावी लागते. अशा रचनेत स्थिर व चल भागाच्या विद्युत विरोधकांसह दोन किंवा जास्त खंडकारी (Interrupter) एकसरी (in series) पद्धतीने जोडाव्या लागतात. अशा रचनेत मंडल जोडणी अथवा खंडित करताना विद्युत दाब प्रत्येक खंडकारीवर सम प्रमाणात विभागला जाईल, याची खबरदारी घ्यावी लागते. यासाठी प्रत्येक खंडकारीच्या समांतर (In Parallel) श्रेणीकरण धारित्र (Grading Capacitors) बसविले जातात. अतिउच्च पारेषण वाहिनी किंवा धारित्र यांत विद्युत प्रवाह सुरू होताना त्याची मात्रा नियंत्रित करावी लागते. एका पद्धतीनुसार पूर्वनिर्मित रोध (Pre-insertion Resistor -PIR) वापरून हे साध्य केले जात असते. प्रवाह सुरू करताना पूर्वनिर्मित रोध काही काळ (सु. १० मिलिसेकंद) कार्यान्वित असतो आणि त्यानंतर मंडलातून विभक्त होतो (आ. ३). परंतु वाढणारे आकारमान व तुलनेने रोधकांची कमी असणारी विश्वासार्हता यांमुळे वारंवार बिघाड उत्पन्न होत असत.
नवीन संशोधनानुसार इलेक्ट्रॉनिक देखरेख प्रणालीचा (Controlled Switching) वापर करून मंडल जोडण्याची अथवा खंडित करण्याची आज्ञा मिळताच ही प्रणाली कार्यरत होते आणि विद्युत तरंगाच्या विशिष्ट बिंदूवर (Point-on-wave switching) मंडल जोडणी अथवा खंडित केली जाते.
एकत्रित मंडल विभाजक व मंडल खंडक (Disconnecting Circuit Breaker, DCB) : नवीन संशोधनानुसार विभाजक व खंडक या दोन्ही कार्यपद्धती एकत्रित (Integrate) करण्यात आल्या आहेत. यामुळे जागेची बचत होण्यास मदत झाली आहे. एकत्रित कार्यप्रणालीमुळे विभाजक व खंडक यांचे आवश्यक असलेले क्रमशः जोडणी व खंडन कार्य (Interlocking of operating sequence) चालक यंत्रणेमार्फत आपोआप साध्य केले जाते. सामान्यतः विभाजकाचे चल व स्थिर भाग हवेच्या संपर्कात असल्याने त्यांच्यावर दूषित हवामानाचा परिणाम होऊन त्यांची वरचेवर देखभाल करावी लागते. एकत्रित प्रणालीमध्ये हे भाग सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइडच्या (SF6) विरोधक वातावरणात बंदिस्त असल्याने अशी देखभाल करावी लागत नाही.
मंडल खंडकाचे मूल्याकंन : खंडकाचे मूल्यांकन करताना पुढील गोष्टी विचारात घ्याव्या लागतात : (१) मंडलाचा विद्युत दाब, (२) मंडलाची स्थिर प्रवाह क्षमता, (३) मंडलाची आपत्कालीन प्रवाह क्षमता आणि (४) खंडकाची मांडणी.
उच्च व अतिउच्च दाबाच्या स्विचगिअरचे मानांकन : आंतरराष्ट्रीय इलेकट्रोटेक्निकल संस्थेने (IEC) सन २००० मध्ये IEC 62271हे मानक उच्च व अतिउच्च दाबाच्या सर्व स्विचगिअरसाठी प्रसिद्ध केले. भारतीय मानक संस्थेने (BIS) कुठलाही बदल न करता हे मानक स्वदेशी उपयोगासाठी अंमलात आणण्याचा निर्णय घेतला आहे. BIS/IEC 62271 या मानकानुसार सर्व उच्च व अतिउच्च दाबाच्या स्विचगिअरचे मानांकन होणे बंधनकारक आहे. हे मानांकन केंद्रीय विद्युत अनुसंधान संस्थान (Central Power Research Institute, CPRI) व इलेक्ट्रिकल संशोधन आणि विकसन संस्था (Electrical Research & Development Association, ERDA) यांसारख्या विद्युत प्रयोग व मूल्यमापन केंद्रात केले जाते. यशस्वी मानांकनानंतर तसे प्रशस्तिपत्रक दिले जाते. अशा प्रशस्तिपत्रकाविना स्विचगिअर उपकरणांचा वापर करता येत नाही.
उच्च व अतिउच्च दाबाच्या स्विचगिअरची उभारणी आणि देखभाल : उच्च व अतिउच्च दाबाचे स्विचगिअर लांब पल्ल्याच्या विद्युत वहनासाठी वापरले जातात. या उपकरणाची विद्युत पारेषण क्षेत्रात उभारणी करावयाचे ठिकाण मनुष्यवस्तीपासून थोड्या दूर अंतरावर असू शकते. उभारणीआधी तेथील वाऱ्याचा वेग, भूकंप परिस्थिती याचा अभ्यास केला जातो.
स्विचगिअरच्या निर्मिती ठिकाणापासून प्रत्यक्ष उभारणीच्या ठिकाणी सुलभ रीतीने वाहतूक करता यावी, यासाठी स्विचगिअरची अनेक भागांत विभागणी करून वाहतूक केली जाते आणि उभारणीच्या ठिकाणी परत जोडणी करण्यात येते.
विद्युत विभाजक वहन करताना तीन भागांमध्ये विभागून त्याचे वहन केले जाते. (१) काच किंवा तत्सम निरोधक आवरणावर उभारलेले मुख्य चल व स्थिरभाग, (२) चालक यंत्रणा आणि (३) लोखंडी आधार स्तंभ.
विद्युत खंडक वहन करताना चार भागांमध्ये विभागून त्याचे वहन केले जाते : (१) काच किंवा तत्सम निरोधकावर उभारलेले तिन्ही कलांचे मुख्य चल व स्थिर भाग, (२) तिन्ही कलांना आधार देणारे एक किंवा तीन लोखंडी आधार वाहक, (३) चालक यंत्रणा आणि (४) लोखंडी आधारस्तंभ.
मंडल खंडकाची वाहतूक करताना सल्फर हेक्झाफ्लुओराइड वायू केवळ बाहेरील हवेचा संपर्क टाळण्यासाठी अत्यंत अल्प प्रमाणात ठेवला जातो आणि उभारणी झाल्यानंतर बाहेरील हवेशी संपर्क न येता निर्धारित दाबापर्यंत विशिष्ट उपकरणाद्वारे परत भरला जातो.
लोखंडी आधार स्तंभ सिमेंटच्या चौथऱ्यावर (Concrete Foundation) विशिष्ट आकाराच्या आणि तेथे अपेक्षित असलेल्या वाऱ्याच्या वेगामुळे पडणारा ताण तसेच विभाजकाच्या वजनामुळे व कार्यप्रणालीमुळे पडणारा ताण (Static & dynamic load) सहन करू शकतील अशा तलाधार बोल्टवर (Foundation Bolts) बसवले जातात. चौथऱ्याचा पृष्ठभाग समतल असणे अत्यंत आवश्यक असते.
नवीन तंत्रज्ञानानुसार बनवलेल्या स्विचगिअरची फारशी देखभाल करावी लागत नाही. विभाजकाच्या व खंडकाच्या चालक यंत्रणेची वेळोवेळी देखभाल करून ती सुस्थित असल्याची खात्री करावी लागते आणि निर्मात्याच्या सूचनेप्रमाणे त्यात वंगण घालावे लागते. निरोधकावरील धूळ व इतर दूषित आच्छादन स्वच्छ करावे लागते. विभाजकाच्या स्थिर व चल भागावर दाब ठेवणाऱ्या स्प्रिंग चांगल्या स्थितीत असल्याची तसेच त्यावर गंज चढत नसल्याची खात्री करावी लागते. अशा मुळे विभाजक दीर्घकाळ कार्यरत राहण्यास आणि त्याचा विस्फोट होण्यापासून बचाव करण्यास मदत होते.
विद्युत खंडकामधील सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड वायूच्या दाबावर सतत लक्ष ठेवण्यासाठी दाबनिर्देशक (Pressure Gauge) बसवलेले असतात. तसेच सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड वायूची शुद्धता कायम ठेवण्यासाठी सतत लक्ष ठेवणारी यंत्रणा बसवलेली असते. वायूचा दाब विशिष्ट पातळीपेक्षा कमी झाल्यास अथवा त्याची शुद्धता कमी झाल्यास तशी सूचना दिली जाते आणि खंडक असेल त्या स्थितीत कुलूपबंद (Lock Condition) केला जातो.
मंडल विभाजक आणि मंडल खंडक यांच्यातील सततच्या संशोधनामुळे व सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइडसारख्या शक्तिशाली विद्युत विरोधक वातावरणाच्या उपयोगामुळे या उपकरणांच्या दोन देखभालीतील कालावधी खूप वाढला आहे. सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड वायू वापरलेल्या मंडल खंडकाचा आणि एकत्रित विभाजक खंडक प्रणालीचा देखभाल अवधी १५− २० वर्षे इतका असून तो १९५० च्या दशकात मोठ्या प्रमाणात तेलाचा वापर करणाऱ्या मंडल खंडकाच्या २−३ वर्षे या कालावधीपेक्षा खूपच जास्त आहे. उघड्या वातावरणात असलेल्या विभाजकाच्या देखभाल कालावधीत काहीच फरक पडला नाही. हवेतील प्रदूषणामुळे मुख्य चल व स्थिर भागांची वारंवार देखभाल करावी लागते. आलेखावरून ही तुलना स्पष्टपणे दिसून येते.
पर्यावरण नियमानुसार सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड वायूची गळती वर्षाला ०.१% पेक्षा जास्त असता कामा नये, याबाबतचे प्रमाणपत्र देणे उत्पादकाला अनिवार्य आहे.
पहा : स्विचगिअर : संकल्पना, उच्च व अतिउच्च दाबाकरिता उपयुक्त स्विचगिअर : मंडल खंडक.
संदर्भ :
• ABB publication on CB & Disconnector evolution.
• International Electrotechnical Commission, Geneva, Switzerland;IECIEC 60298 /IEC 62271 High-voltage switchgear and controlgear.
समीक्षक : श्रीनिवास मुजुमदार
