विद्युत निर्मिती केंद्रांपासून शहरांपर्यंत वा औद्योगिक वसाहतीपर्यंत विद्युत वहन उच्च व्होल्टता पारेषण वाहिनीमार्फत केले जाते. ह्या पारेषण वाहिन्यांत तारमार्ग मनोऱ्यांच्या (Tower) आधाराने टाकला जातो. मनोऱ्यावरील सर्वांत खालील तार आणि जमीन यांत कमीत कमी किती अंतर असावे, याबाबतीत केंद्रीय विद्युत प्राधिकरण (Central Electricity Authority – CEA) यांच्या सुरक्षा आणि विद्युत पुरवठा उपाय विनियम २०१० (Measures Related to Safety and Electric Supply Regulations 2010) प्रमाणे तरतुदी केल्या असून त्या सर्वांना बंधनकारक आहेत. जसजशी विद्युत व्होल्टता पातळी वाढते तसतसे सर्वांत खालची तार आणि जमीन यांतील कमीत कमी अंतर वाढते. या कारणाने विद्युत व्होल्टता पातळी बरोबरच त्या संबंधित तारमार्ग मनोऱ्याची उंची वाढत जाते.
विद्युत प्रणालीमध्ये पारेषण वाहिन्या अंतराच्या दृष्टीने दीर्घ पल्ल्याच्या असतात. तसेच पारेषण वाहिन्यांचा बराचसा मार्ग हा जंगल, दऱ्याखोऱ्यांतून जात असल्याने आणि मनोऱ्यांची उंची जास्त असल्याने त्यांचे तडितामुळे (Lightning) नुकसान होण्याची शक्यता जास्त असते. तडिताचे वैशिष्ट्य असे आहे की, त्यातील विद्युत प्रवाहाची मात्रा प्रचंड (कित्येक किलो अँपिअर) असते आणि त्याचा काल मायक्रोसेकंदात असतो. नेहमीच्या विद्युत प्रवाहाचा आवर्तन काल २० मिलिसेकंद असतो तर तडिताचे बाबतीत हा काळ अत्यल्प असतो. त्यामुळे तडिताची गणना अतिशीघ्र (Fast Transient) वर्गात केली जाते. पारेषण वाहिन्यांवर तडित आदळल्यास वाहिनीचा विद्युत दाब अति प्रचंड होतो. अशा अत्यल्पावधीत झालेल्या प्रचंड वाढीच्या घटनेस उल्लोल (Surge) म्हणतात. यामध्ये वाहिनीच्या निरोधनास (Insulation) हानी होऊ शकते किंवा तडित ही वाहिनीमार्फत उपकेंद्रात पोहोचून तेथील उपकरणांची हानी होऊ शकते. हे टाळण्यासाठी पारेषण वाहिन्यांवर तडितापासून संरक्षण करणाऱ्या यंत्रणेची तरतूद करावी लागते. त्यासाठी मनोऱ्यावर भूसंपर्क तार (Earth Wire) बसविणे, तारेला पूरक म्हणून मुख्य भारित तारेवर तडित निवारक (Lightning Arrester) बसविणे किंवा अपवादात्मक परिस्थितीत भूसंपर्क तार काढून केवळ मुख्य तारमार्गावर तडित निवारक बसविणे (आ. क्र. ३ ) अशा तरतुदी कराव्या लागतात.
भूसंपर्क तारयोजन : पारेषण वाहिन्यांच्या मनोऱ्यावर सर्वांत वर जस्ताचा थर दिलेली पोलादी वेटोळ्या (Galvanized Steel Stranded) तारेची – भूसंपर्क तार (Earth Wire) – संपूर्ण वाहिनीत तरतूद केली जाते. प्रत्येक मनोऱ्यावर भूसंपर्क तार व मनोरा यांत धातूचा योजी (Connector) लावून व्यवस्थित जोड साधला जातो. तसेच मनोऱ्याच्या खालील टोकास धातूच्या पट्टीने जोड देऊन जमिनीच्या अंतर्भागास जोडणी (भूयोजन – Earthing) केली जाते. मनोऱ्याचे संकल्पन करताना भूसंपर्क तारेच्या बाबतीत काही गोष्टी लक्षात घ्याव्या लागतात. भूसंपर्क तारेच्या ठिकाणाहून लंब काढून त्याच्याशी काही अंशात दोन्ही बाजूस रेष काढली जाते. या कोनाला संरक्षक कोन (Protecting Angle) असे म्हणतात.
दोन्ही बाजूच्या रेषांनी तयार झालेल्या क्षेत्रांत मुख्य तारमार्ग असावा लागतो म्हणजे त्याचे तडितापासून रक्षण होते. ह्या दृष्टीने भूसंपर्क तारेची योजना केली जाते. साधारणतः २२० kV पर्यंतच्या तारमार्गासाठी संरक्षक कोन ३००, ४०० kV साठी २०० व ७६५ kV च्या बाबतीत १०० धरला जातो.
प्रतितोल भूयोजन (Counterpoise Earthing) : तडित भूसंपर्क तारेवर आदळल्यास ह्या संरचनेमुळे तडिताचा भूसंपर्क होऊन त्यातील भार निष्क्रिय होतो आणि अन्य उपकरणे तडितापासून सुरक्षित रहातात. हे घडत असताना भूसंपर्क यंत्रणेचा विद्युत रोध (Electrical Resistance) हा महत्त्वाचा घटक असतो. सामान्यपणे रोधाची मात्रा १० ओहम किंवा त्याहून कमी असावी लागते.
ओहमच्या नियमाप्रमाणे, विद्युत दाब = प्रवाह X रोध
तडितामध्ये प्रवाहाची मात्रा प्रचंड असते आणि जर रोध जास्त असेल तर परिणामत: मनोरा व त्याचे धातूचे सर्व भाग यावरील विद्युत दाब प्रचंड प्रमाणात वाढतो. वाढलेल्या विद्युत दाबाची मात्रा ही मनोरा व तार या मधील निरोधकाच्या (Insulator) रोध क्षमतेपेक्षा जास्त असल्यास मनोरा आणि विद्युत भारित तार यामध्ये स्फुल्लिंगन (Flashover) होऊन वाहिनीचा प्रवाह खंडित होऊ शकतो. यास पश्चस्फुल्लिंगन (Backflashover) असे म्हणतात. सुयोग्य प्रचालनाच्या दृष्टीने हे टाळले पाहिजे. त्यासाठी भूसंपर्क रोध कमी करणे हा एक उपाय असतो. रोध हा भूमीच्या प्रकारावर अवलंबून असतो. काळ्या चिकणमातीचा विशिष्ट रोध कमी तर खडकाळ किंवा वालुकामय भूमीचा रोध जास्त असतो. रोध जास्त असलेल्या ठिकाणी मनोऱ्याच्या केवळ एका टोकास भूयोजन करण्याऐवजी चारही टोकांना भूयोजन करतात.
त्याशिवाय मनोरा व भूयोजन यांमध्ये जास्त लांबीची धातूची पट्टी जमिनीखालून टाकली जाते. विशिष्ट रोध जितका जास्त तितकी भूसंपर्कित पट्टीची लांबी जास्त. या पद्धतीस प्रतितोल भूयोजन (Counterpoise Earthing) असे म्हणतात (आ. २).
तडित निवारक : तडितामुळे होणाऱ्या वीज पुरवठ्याचा व्यत्यय परिणामकारक रीत्या टाळण्यासाठी भूसंपर्क तारेला पूरक म्हणून मुख्य भारित तारेवर तडित निवारक (Lightning Arrester) बसविले जातात. तडित निवारकाचे दुसरे टोक हे भूसंपर्कित असते. तडिताची तीव्रता ध्यानात घेऊन केवळ सर्वांत वरच्या तारेवर किंवा सर्व तारांवर तडित निवारक बसविले जातात (आ. ३). सध्या धातू ऑक्साइड चलरोधक (Metal Oxide Varistor -MOV) पद्धतीचे तडित निवारक वापरले जातात. यामध्ये जस्त ऑक्साइडचे (Zinc Oxide -ZnO) ठोकळे वापरले जातात. याचा विद्युत रोध हा उल्लोल मात्रेच्या व्यस्त प्रमाणात बदलतो. सामान्य परिस्थितीत रोध जास्त असतो त्यामुळे तडित निवारकातील क्षरण प्रवाह (Leakage Current) नगण्य असतो. मात्र तडितामुळे प्रचंड मात्रेच्या प्रवाहावेळी रोध नगण्य असतो, त्यायोगे तडितातील प्रवाह तडित निवारकाचे मार्फत भूसंपर्कित होऊन त्यातील भार निष्क्रिय होतो आणि अन्य उपकरणे तडितापासून सुरक्षित राहतात.
यासंदर्भात रूमानियामधील ४०० kV पारेषण वाहिनीचा अनुभव विशेष उल्लेखनीय आहे. गुटीनास – ब्रासो या वाहिनीचे काही मनोरे खडकाळ भागात आहेत. साहजिकच भूमीचा रोध जास्त आहे तसेच त्या भागात हिवाळ्यात बर्फ पडून त्याच्या भारामुळे भूसंपर्क तार तुटत असे. या परिस्थितीत तडितामुळे वीज पुरवठ्याचा व्यत्यय येण्याचे वारंवार प्रसंग येत. त्या ठिकाणी भूसंपर्क तार काढून मुख्य तारमार्गावर तडित निवारक बसविण्यात आले. त्यानंतर सदर वाहिनीवरील तडितामुळे प्रवाह खंडित होण्याचे प्रसंग लक्षणीय कमी झाले.
संदर्भ :
• Central Electricity Authority Measures Related to Safety and Electric Supply Regulations 2010, New Delhi.
• Kanjlia, V. K., Sachdeva, M. L., Wahi, P. P. (Editors); Manual on Transmission Lines, Central Board of Irrigation & Power, New Delhi, Publication No. 323: July 2014.
• Marian Florea Application Experience with Transmission line Arresters, INMR (Transmission & Distribution Technical Journal) Publication, 31st July 2019.
• Razevig, D.V. High Voltage Engineering, Khanna Publishers, New Delhi (Original Book in Russian Translated to English By Dr. M.P. Chaurasia)
समीक्षक : एस. डी. गोखले