स्विचगिअर क्षेत्रात स्विचगिअरची विश्वासार्हता वाढवणे, त्याचे आकारमान कमी करणे, आयुर्मान वाढवणे आणि शक्य तितकी कमी देखभालीची आवश्यकता असणे यासाठी सतत संशोधन चालू असते. त्यामधूनच असे निष्पन्न झाले की, स्विचगिअरचे भाग जर विद्युत विरोधक वातावरणात (Insulating Media) बसवले तर त्याचे आकारमान कमी होईल. विद्युत विरोधक वातावरण जितके शक्तिशाली व कायम गुणवत्तापूर्वक तितकी स्विचगिअरची विश्वासार्हता जास्त असते. यापुढील संशोधनात असे निदर्शनास आले की, विद्युत वितरण उपकेंद्रात एका वितरण वाहिनीस लागणारी सर्व स्विचगिअर उपकरणे एकत्रितपणे विरोधक वातावरणात बसवली, तर तयार होणारे वातनिरोधक उपकेंद्र जास्त फायदेशीर ठरेल. त्यातूनच वातनिरोधक उपकेंद्राची कल्पना पुढे आली आणि आज मोठ्या प्रमाणावर वातनिरोधक उपकेंद्र उभारण्यात येत आहेत. या उपकेंद्रात विद्युत विरोधक वातावरण म्हणून सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड (SF6) या मानवनिर्मित वायूचा उपयोग केला जातो.
विद्युत विरोधक वातावरण : विद्युत विरोधक वातावरण निर्मितीसाठी निरनिराळ्या पदार्थांचा वापर केला जातो. अन्य माध्यमांपेक्षा सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड वायूचे गुणधर्म सरस आहेत. त्यामुळे वातनिरोधक उपकेंद्रात याचा वापर केला जातो.
वातनिरोधक उपकेंद्राची उपयुक्तता : अनेक स्वतंत्र स्विचगिअर घटकांपासून उभारलेल्या उपकेंद्रांपेक्षा वातनिरोधक उपकेंद्राचे अनेक फायदे आहेत :
(१) वातनिरोधक उपकेंद्र हे एक स्विचगिअर घटक नसून अनेक स्विचगिअर घटकांपासून तयार केलेली एकत्रित प्रणाली (Integrated System) आहे.
(२) शक्तिशाली सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड या विद्युत विरोधक वातावरणात प्रवाह वहन करणारे विभाजक, खंडक वगैरे उपकरणे बसवलेली असल्याने आणि सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड वायूमुळे दोन कलेमधील (Phase) अंतर कमी झाल्याने आकारमान तुलनेने कमी होते.
(३) समुद्रसपाटीपासून १००० मी. उंचीपेक्षा जास्त उंचीवर हवेचा दाब कमी असल्याने सामान्य उपकेंद्राची उभारणी करताना काही विशेष बाबी लक्षात घ्याव्या लागतात. सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड वायू हवेच्या सामान्य वातावरणीय दाबापेक्षा जास्त दाबात ठेवला जात असल्याने १००० मी. पेक्षा जास्त उंचीवर उभारणी करताना प्रवाह वहन अथवा विद्युत दाबक्षमता कमी होत नाही (No requirement of derating at high altitude).
(४) पर्यावरण नियमानुसार सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड वायू पर्यावरणस्नेही नसल्याने वायूगळतीचे प्रमाण वर्षाला जास्तीत जास्त ०.१% इतके ठेवणे बंधनकारक असल्याने या प्रणालीची देखभाल तुलनात्मक रीत्या फारच कमी प्रमाणात करावी लागते.
(५) संपूर्ण उपकेंद्र बंदिस्त असल्याने दूषित वातावरणाचा व हवेतील प्रदूषणाचा परिणाम होत नाही .
शहरातील वीज मागणी झपाट्याने वाढत आहे. जमिनीची कमतरता असल्याने विद्यमान उपकेंद्रांचा विकास करता येत नाही. त्यामुळे विद्यमान उपकेंद्रांतील स्विचगिअर उपकरणे वातनिरोधक उपकेंद्रांनी पुनर्स्थापित (Retrofit) केल्यास विजेची वाढीव मागणी पूर्ण करता येते.
नवीन उपकेंद्र उभारताना जमिनीची किंमत लक्षात घेऊन कमीत कमी जागेत वातनिरोधक उपकेंद्राची उभारणी केल्यास पैशाची बचत होते. आ. १ मध्ये जागेची तुलनात्मक बचत दाखवली आहे.
वातनिरोधक उपकेंद्राची रचना : उपकेंद्रात लागणारे मुख्य प्रवाह वाहक भाग : मंडल विभाजक, मंडल खंडक, मंडलातील उपकरणे भूसंपर्क प्रणालीशी जोडणारे विभाजक, या सर्व उपकरणांना जोडणारे महावाही (बसबार) – हेलोखंड अथवा ॲल्युमिनियम धातूपासून बनवलेल्या आवरणात (Steel Fabricated or Aluminium Casting Enclosures) विद्युत विरोधक वातावरणासह बंदिस्त केलेले असतात. विभाजक व खंडक यांना लागणारी चालक यंत्रणा (Drive Mechanism) व कमी दाबाची स्थानिक नियंत्रण यंत्रणा (Local Control Cubical) मात्र वेगळ्या रीतीने विरोधक वातावरणात न बसवता बाहेर धातूच्या वेगळ्या आवरणात बसवलेली असते. विभाजक, खंडक वगैरे उपकरणे भिन्न प्रभागात (Separate Modules) विरोधक वातावरणासह बंदिस्त केलेली असतात. एका वितरण वाहिनीस लागणारे प्रभाग एकमेकाला जोडले जातात आणि त्यांच्या समूहाने उपकेंद्र तयार केले जाते. सर्व उपकरणांना जोडणारे तिन्ही कलांचे (Three phase) वाहक एकाच प्रभागात विरोधक वातावरणासह बसवलेले असतात अथवा प्रत्येक कलेसाठी निराळा प्रभाग वापरण्याची सुविधा असते. दोन महावाही (बसबार) प्रणालीसुद्धा (Double Busbar System) एकाच उपकेंद्रात समाविष्ट केल्या जाऊ शकतात.
बाहेरील मंडलास – रोहित्र अथवा अन्य उपकरणे – जोडण्यासाठी वातनिरोधित पारेषण वाहिनीचा (GIL) उपयोग करावा लागतो अन्यथा उपकेंद्राची बाहेरील मंडलास जोडली जाणारी अग्रे (Terminals) विद्युत विरोधक वातावरणातून बाहेर काढून जोडणी करता येते. वातनिरोधक उपकेंद्राची एकेरी आकृती व तत्त्वतः रचना (Construction in principle) आ. २ मध्ये दाखवली आहे.
वातनिरोधक उपकेंद्राच्या रचनेची प्रमुख वैशिष्ट्ये : (१) वातनिरोधक उपकेंद्राची रचना अनेक उपकरणांचे प्रभाग एकत्र जोडून अनेक विभागात (Sections) केलेली असते. प्रत्येक विभागावर वायूदाबदर्शक व वायू भरण्याची सोय असते. त्यामुळे एखाद्या विभागात बिघाड झाल्यास इतर विभाग कायम ठेवून बिघडलेला विभाग विलग करता येतो.
(२) वेगवेगळ्या विभागाचे प्रभाग जोडून केलेली ही रचना अत्यंत लवचिक असते. त्यामुळे एकदा उभारणी केल्यावर त्यांत बदल करणे सोपे जाते. तसेच उपकेंद्रात सरळरीत्या, काटकोनात L अथवा U आकारात वाढ करणे सहज शक्य असते.
(३) विद्युत विभाजकाने मंडल जोडल्याशिवाय खंडकाद्वारे प्रवाह जोडला जात नाही अशी व्यवस्था आंतरपाश (Interlocks) संचालन यंत्रणेत केलेली असते. तरीही विभाजकाच्या स्थितीचे निरीक्षण करण्यासाठी विभाजकाच्या प्रभागावर पारदर्शक तावदान बसवलेले असते. अशीच सोय भूसंपर्कन विभाजकांच्या प्रभागावरही केलेली असते.
(४) वातनिरोधक उपकेंद्रात दोन भूसंपर्कन विभाजकाची आवश्यकता असते. आपत्कालीन परिस्थितीत मंडल खंडित झाल्यावर सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड वायू काही प्रमाणात विघटित असल्यामुळे धातूची आवरणे त्वरित भूमीला जोडणे आवश्यक असते. अशा वेळी जलदरीतीने काम करणाऱ्या भूसंपर्कन विभाजक वापरला जातो. इतर वेळी नित्य भूसंपर्कन विभाजक वापरला जातो.
(५) विद्युत प्रवाह व विद्युत दाबावर लक्ष ठेवण्यासाठी आणि त्यांचे मापन करण्यासाठी वापरलेली यंत्रणासुद्धा (Instrument Transformer) विद्युत विरोधक वातावरणात अलग प्रभागात जोडलेली असते. त्यामधून मिळणारे संदेश तसेच बाहेरील उपकरणांकडून येणारे संदेश स्थानिक नियंत्रण यंत्रणेत एकत्रित करून उपकेंद्राचे नियंत्रण करण्यात येते.
वातनिरोधक उपकेंद्रांची उभारणी : वातनिरोधक उपकेंद्राचे आकारमान तुलनेने कमी असल्यामुळे २२० kV दाबापर्यंतची उपकेंद्रे इमारतीत (Indoor) उभारली जातात. नवीन तंत्रज्ञानाप्रमाणे ४४० kV पर्यंतची उपकेंद्रेसुद्धा इमारतीच्या आत उभारण्यात येतात. इतक्या दाबाच्या बाह्य मंडलाला जोडणी करण्याकरता इमारतीवर अग्रे उभारण्यात येतात.
आकारमान लहान असल्यामुळे २२० kV पर्यंतची उपकेंद्रे संपूर्ण उभारलेल्या अवस्थेत वहन करता येतात. त्यामुळे उभारण्याच्या ठिकाणी एकाच तलाधारावर (Single Foundation) उभारणी करणे खूपच सोयीचे, कमी खर्चाचे व अत्यंत कमी वेळात होते.
वहन करताना सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड वायूबाहेरील हवेचा संपर्क टाळण्यासाठी अत्यंत कमी प्रमाणात ठेवला जातो. उभारणी झाल्यावर विशिष्ट उपकरणाद्वारे बाहेरील हवेचा संपर्क टाळून निर्धारित दाबापर्यंत परत भरला जातो. उपकेंद्र वहन करताना कुठलाही मोठा आघात होणार नाही, याची काळजी घ्यावी लागते. त्यासाठी त्यावर आघातदर्शक (Impact Indicator) बसवले जातात. उभारणीच्या ठिकाणी या आघात दर्शकांवर आघात झाल्याचे निदर्शनास आले, तर संपूर्ण उपकेंद्राची काळजीपूर्वक तपासणी करून आवश्यक असल्यास दुरुस्ती अथवा खराब झालेले प्रभाग बदलावे लागतात.
वातनिरोधक उपकेंद्राचे मूल्याकंन : अनेक घटकांची एकसरी प्रणाली असल्याने सर्व घटकांचे एकत्रित मूल्यांकन केले जाते. मूल्यांकन करताना (१) सततची प्रवाह क्षमता, (२) विद्युत दाब, (३) आपत्कालीन प्रवाह क्षमता ही मूल्यांकने विचारात घ्यावी लागतात.
वातनिरोधक उपकेंद्राचे मानांकन : आंतरराष्ट्रीय इलेकट्रोटेक्निकल संस्थेने (IEC) सन २००० मध्ये IEC 62271 हे 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 वातनिरोधक उपकेंद्राचे मानांकन होणे बंधनकारक आहे. हे 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.
अशा तऱ्हेने सर्व दृष्टीने अत्यंत सोईस्कर व कमी देखभाल लागणारे वातनिरोधक उपकेंद्र दिवसेंदिवस अधिक लोकप्रिय होत आहेत आणि जास्तीत जास्त प्रमाणात उपयोगात आणले जात आहेत.
पहा : स्विचगिअर : संकल्पना, वात निरोधित पारेषण वाहिनी.
संदर्भ :
• Central Board of Irrigation & Power, New Delhi, Publication No. GP‑316, Manual on Gas Insulated Substation.
• International Electrotechnical Commission, Geneva, Switzerland ; IEC 62271, High-voltage switchgear and controlgear.
• Review paper on GIS – RuchiraWankhede International Journal for research publication & Seminars.
समीक्षक : श्रीनिवास मुजुमदार
