मंडल खंडकाचे मुख्य कार्य : विद्युत प्रवाहाचे साधारण परिस्थितीत नियंत्रण करणे, तसेच आपत्कालीन परिस्थितीत मंडल प्रवाह खंडित करून मंडलातील रोहित्रासारख्या (Power Transformer) उपकरणाचे संरक्षण करणे, अशी महत्त्वाची कार्ये मंडल खंडक हा नियंत्रण व रक्षण प्रणालीच्या (Control and Protection) साहाय्याने करत असतो.
मंडल खंडकाचे मांडणी प्रमाणे दोन वर्ग आहेत : (१) अंतर्गेही (Indoor) व (२) बहिर्गेही (Outdoor). अंतर्गेही खंडक हे कारखान्यात नियंत्रण केंद्रातील उभ्या पोलाद पटाच्या प्रभागात (Sheet Steel Panel) आणि बहिर्गेही खंडक उपकेंद्रात (Sub-station) बसविलेले असतात. या लेखात बहिर्गेही मंडल खंडकांचे वर्णन केले आहे.
खंडकाचे आराखड्याप्रमाणे दोन प्रकार आहेत : (१) पोर्सिलेन, काच आणि तत्सम विद्युत निरोधकात (Insulators) खंडकाचे खंडकारी (Interrupters) बसविले असल्यास खंडकाला विद्युत भारित टाकीचे (Live Tank) खंडक म्हणतात. (२) हेच भाग जर विद्युत विरोधक वातावरणासह सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइडच्या (SF6) आवरणात बसविले असल्यास त्यांना विद्युत अभारित टाकीचे (Dead Tank) खंडक म्हणतात. प्रत्येक प्रकाराचे वेगवेगळे फायदे असतात. भारतात विद्युत भारित खंडक वापरले जातात.
बहिर्गेही उपकेंद्राच्या रचनेचे एक उदाहरण सोबत जोडलेल्या एकरेषीय रेखाकृती (Single Line Diagram) आ. १ प्रमाणे असते, ज्यात रोहित्र (Power Transformer), मंडल खंडक, मंडल विभाजक (Off Load Isolator), प्रवाह रोहित्र (Current Transformer), विद्युत दाब रोहित्र (Voltage Transformer) इ. बसविले असतात.
उपकेंद्राची रचना करावयाच्या अगोदर त्याभागातील वाऱ्याचा वेग, भूकंप परिस्थिती, समुद्रसपाटीपासून उंची, प्रदूषण पातळी, पर्जन्यमान, तापमान इत्यादींचा अभ्यास केला जातो आणि त्याप्रमाणे मंडल खंडक व इतर उपकरणे विनिर्दिष्ट (Specify) केली जातात.
मूलभूत रचना : 12kV (किलोव्होल्ट) आणि 36kVच्या खंडकाच्या त्रि-कलामध्ये सुरक्षित मुक्तांतर (Clearance) ठेवलेले असते. तसेच 12kV पेक्षा 36kVचे मंडल जोडण्यासाठी किंवा खंडित करण्यासाठी जास्त ऊर्जेची गरज असते. दोन्ही प्रकारांच्या खंडकासाठी वेगवेगळे आराखडे वापरून एकाच चालक यंत्रणेद्वारे तिन्ही कला एकत्रित कायर्रत केल्या जातात.
(अ) एका तल बैठकी (Baseframe) वर तीन स्तंभ (Poles) बसवलेले असतात. प्रत्येक स्तंभामध्ये पोर्सिलेनचे दोन निरोधक असतात. म्हणून त्यांना पोर्सिलेन-आच्छादित मंडल खंडक म्हणतात. सध्या मध्यम दाबाकरिता निर्वात खंडकारी (Vacuum Interrupters) वापरलेले जातात. पहा आ. 3. त्याचे अचल व चल असे दोन भाग असतात. त्यांचा उपयोग मंडलाची जोडणी वा विभाजन करणे यासाठी होतो.
(अ १) स्तंभ : शिखर निरोधकात निर्वात खंडकारी बसवलेला असतो. त्यामधून विद्युत प्रवाह वाहून नेण्यासाठी त्यानिरोधकात शीर्षाचा आणि तळाचा असे ओतीव मिश्र ॲल्युमिनियमचे दोन अग्र (Terminals) असतात. आधार निरोधकात क्रियाकारक निरोधी दांडा (Operating Insulated Rod) असतो. त्यामुळे आणि मानांकनाप्रमाणे विद्युत भू-मुक्तांतर (Earth Clearance) व सरपट रेषा अंतर (Creepage) साध्य होतात. महत्त्वाचे आ. २ मध्ये निर्वात खंडकारी व निरोधी दांडा हे भाग स्तंभात आणि चालक व नियंत्रण यंत्रणा दाखवलेले भाग पोलादी कपाटात बसवलेले असतात.
(अ २) मध्यम दाबासाठी प्रज्योत शमन करणारी वेगवेगळी माध्यमे व निर्वात खंडकारीचे फायदे विद्युत मंडल खंडक या नोंदीत देण्यात आलेले आहेत.
(अ ३) तल बैठकीत प्रत्येक स्तंभाखाली संपर्की दाब (Contact Pressure) स्प्रिंग लावलेली असते. ती निर्वात खंडकारीच्या चल भागावर दाब निर्माण करते आणि त्यामुळे जास्त ऊर्जेचा आपत्कालीन प्रवाह वहन करताना त्याचा चल भाग बंद राहतो.
(ब) 2.5mm (मिमी.) जाड पोलादी कपाटात बसवलेली नियंत्रण आणि चालक यंत्रणा (Drive Mechanism in Control Cabinet) : ही मुख्यत: चल भागांचे नियंत्रण करते. तसेच खंडकाच्या कार्यासाठी ऊर्जा तयार करते आणि तिचा साठा करते. या ऊर्जेचा उपयोग करून कोणत्याही परिस्थितीत खंडकाद्वारे मंडलाची जोडणी व विभाजन करता येते. कपाटावर गंज चढू नये यासाठी त्यावर चूर्ण विलेपित (Powder Coating) प्रक्रिया केलेली असते.
(ब १) चालक यंत्रणेची कार्ये :
– खंडक शून्य ते मानांकित प्रवाह क्षमतेपर्यंत शीघ्रतेने बंद करणे.
– उघडण्याची अनुमती मिळत नाही तोपर्यंत खंडक बंद करून ठेवणे.
– उघडण्याची अनुमती मिळाल्यावर विलंबन करता खंडक उघडणे.
– स्वयं उघड-बंदचे चक्र पार पाडणे.
– संकेत (Indication), नियंत्रण इ. सारखी कार्ये करणे.
(ब २) चालक यंत्रणांचे प्रकार
– अवलंबित ऊर्जा प्रकार : हे वीज पुरवठा चालू-बंद करताना शारीरिक प्रेरणेवर अवलंबून असते. त्यामुळे त्याचा जास्त उपयोग करीत नाहीत.
– संचयित (Stored) ऊर्जा प्रकार : हा वीज पुरवठा किंवा परिकर्मीच्या कौशल्यापासून स्वतंत्र असतो. खंडक बंद करण्यासाठी लागणारी ऊर्जा स्प्रिंगमध्ये, दाबलेल्या वायूत (Compressed Air or Gas), चुंबकीय बलात किंवा द्रवीय तेलात (Hydraulic Oil) साठवली जाते.
खालीलप्रकारे संचयित ऊर्जा यंत्रणेचे वर्गीकरण केले जाऊ शकते :
(अ) स्प्रिंगने उघडणे, स्प्रिंगने बंद करणे : सध्या या यंत्रणेचा जास्त उपयोग केला जातो.
(ब) वायुचलित बंद करणे, स्प्रिंगने उघडणे : यात दाबलेल्या हवेच्या ऊर्जेमार्फत खंडक बंद होतो आणि उघडतो.
(क) चुंबकीय बलामार्फत : परिनलिकेने (Solenoid) बंद होतो, स्प्रिंगने उघडतो.
(ड) द्रवीय यंत्रणा : दाबलेल्या वायुमार्फत तेलाचा प्रवाह थेट वाढवून खंडकारीच्या दुव्यांना चालना देणे.
(ब ३) या व्यतिरिक्त महत्त्वाचे भाग खालीलप्रमाणे : (ब ३.१) साहाय्यक स्विच (Auxiliary Switch) : ज्यामध्ये ६, १० किंवा १२ संपर्कांच्या (Contacts) जोड्या असतात. त्याला दोन स्थिती असतात, ज्या खंडकाच्या स्थिती समवेत जोडलेल्या असतात. (ब ३.२) आंतरपाश (Interlocks) : विद्युत आणि यांत्रिक पद्धतीने खंडक विभाजकाशी (Isolator) जोडलेला असतो. (ब ३.३) यांत्रिक संकेत आणि विद्युत दिवे : यामुळे खंडक उघडा/खुला किंवा बंद आहे, तसेच त्याची स्प्रिंगभारित आहे किंवा नाही, इत्यादी दर्शविले जाते. त्यामुळे सर्व खंडकांची प्रत्यक्ष स्थिती केंद्रामधील परिकर्मीस (Operator) पोलादी पटातील प्रभागात (Control Panel) दिसू शकते आणि त्याअनुषंगाने पुढील कार्यवाही केली जाते.
(क) पोलादी संरचना (Steel Structure) : यासाठी कोनाकृती व पन्हळाकृती लाटिव खंडांचा (Rolled Section) वापर केला जातो. त्यावर तप्त निमज्जन जस्ताचे विलेपन (Hot Dip Galvanizing) केले जाते. त्यामुळे ते भाग लवकर गंजत नाहीत. तशीच प्रक्रिया केलेले लोहाचे बोल्ट, नट, वलयक इ. वापरतात किंवा ते निष्कलंक पोलादाचे (Stainless Steel) असतात.
इतर काही पर्यायी वैशिष्ट्ये :
- आपत्कालीन परिस्थितीत खंडक उघडण्यास पोलादी कपटावर दाब कळी,
- काम करतांना दरवाजा उघडा राहण्यासाठी त्याला अडकण लावणे,
- एकाच किल्लीने काम करणारे एक कुलूप खंडकावर व एक विभाजकावर लावणे ज्यामुळे खंडक उघडा असतांनाच विभाजक बंद किंवा उघडा करता येईल,
- मध्य कलेवर पक्षीरक्षक (bird guard) लावणे,
- खंडकाच्या संरचनेवर प्रवाह – आणि/किंवा विद्युत दाब- रोहित्र अंगभूत (built-in) पद्धतीने बसवणे,
दरजावर कुलूप लावण्याची सुविधा.
मध्यम दाबातील स्विचगिअर मानांकन : आंतरराष्ट्रीय इलेक्ट्रो-टेक्निकल संस्थेने मध्यम दाबासाठी (1.1kV ते 52kV) IEC 62271 मानक सन 2000मध्ये लागू केले आहे. भारतात मुख्यत्वे 12kV आणि 36kV प्रणालीचा मध्यम दाब वितरणासाठी वापर केला जातो. स्वीकृत प्रयोग व मूल्यमापन केंद्राच्या प्रशस्ती पत्रकाविना अशा उपकरणाचा वापर करता येत नाही.
मध्यम दाबातील खंडकाचे मूल्यांकन : (१) विद्युत दाब, (२) आपत्कालीन प्रवाह क्षमता, (३) अविरत प्रवाह क्षमता, (४) निर्धारित लघु परिपथ प्रवाह (Short Circuit Current) अवधी. सर्वसाधारण 12kV, 25kA, 1250A, 3 सेकंद तसेच 36kV, 26.3kA, 1600A, 3सेकंद या निर्धारणक्षमतेचे मंडल खंडक उपकेंद्रात बसवले जातात.
उभारणी : १. वाहतूक सुलभरित्या करण्यासाठी खंडकाची दोन भागात विभागणी केली जाते – (अ) तल बैठकीवर उभारलेले तीन स्तंभ, पोलादी कपाटात बसवलेली नियंत्रण आणि चालक यंत्रणा आणि त्यांचे दुवे (Linkages), (आ) पोलादी संरचना. उभारणीच्या स्थळावर या दोन्ही भागांची पुन्हा जोडणी केली जाते. २. पोलादी संरचनेतील आधार स्तंभासाठी सिमेंटच्या चौथऱ्यावर विशिष्ट आकाराचे व वाऱ्याच्या वेगाला सहन करणारे तलाधरी (Foundation) बोल्टचा वापर केला जातो.
देखभाल : १. जिथे निर्वात खंडकारीचा वापर केला असतो, अशा खंडकांच्या स्तंभाची जास्त देखभाल करावी लागत नाही. २. अवकाश तापक (Space Heater) कार्यरत आहे, याची खात्री करावी. ३. खंडकाचे चलन व स्थळाची स्थिती अवलोकन करून खंडकाचे परिरक्षावेळापत्रक ठरवावे. ४. चालक यंत्रणा सुस्थितीत असल्याची खात्री करावी. ५. उत्पादकाने दिलेल्या सर्व कृती सूचनांचे पालन करावे जसे की वंगण घालणे, निरोधकावरील धूळ, दूषित आच्छादन साफ करणे, तल बैठकीत व पोलादी कपाटात पाणी गळती होत नाही हे पहावे, लोखंडी भागांवर गंज चढत नाही व आढळल्यास योग्य रसायने लावणे, दरवाजा व आच्छादने घट्ट लावणे इत्यादी.
निष्कर्ष : आपल्या देशात विद्युत शक्तीचे जाळे निर्माण केले जात आहे, ज्याद्वारे प्रत्येक घरात वीज पोहोचत आहे. यासाठी निर्वात खंडकारी बसवलेल्या पोर्सिलेन-आच्छादित मंडल खंडकांचा वापर उपकेंद्रात केल्याने वीज पुरवठा नियमित ठेवण्यासाठी उत्तम मदत होते.
संदर्भ :
- IEC Geneva, Switzerland, IEC 62271 High-voltage switchgear and controlgear,
- Muelle, A. S. of Siemens, A. G. Medium Voltage Switchgear and Devices
- Catalogues of ABB, C & G, Schneider, Siemens, Medium Voltage Outdoor Circuit-Breakers