विद्युत निर्मितीसाठी जल विद्युत, औष्णिक प्रकल्प, आण्विक प्रकल्प, पवन ऊर्जा, सौर ऊर्जा इ. प्रामुख्याने योजले जातात. सौर ऊर्जा आणि काही प्रकारची पवन ऊर्जा केंद्रे वगळल्यास सर्व केंद्रांमध्ये संकालिक जनित्राचा (Synchronous Generator) वापर केला जातो. संकालिक जनित्राच्या संचालनासाठी त्याच्या उत्पादकांनी प्रत्येक यंत्रासाठी क्षमता वक्र (Capability Curve) दिलेला असतो. यास संचालन वक्र (Operational Curve) असेही म्हटले जाते. त्यात अंतर्भूत असलेल्या संकालिक जनित्राच्या सुरक्षा योजनांचा विचार प्रस्तुत लेखात केला आहे. (सदर लेखात संकालिक जनित्राचा उल्लेख ‘संज’ असा केला आहे.)
प्रत्यावर्ती धारा प्रणालीत बहुतेक सर्व उपकरणांना कार्य करण्यासाठी सक्रिय शक्ती (Active Power) बरोबरच प्रतिरोधी शक्तीची (Reactive Power) आवश्यकता असते. तापदिप्त दिवा किंवा विद्युत शेगडी अशा प्रकारच्या शुद्ध रोधी उपकरणांना प्रतिरोधी शक्तीची गरज नसते. संकालिक जनित्रात सक्रिय शक्ती आणि प्रतिरोधी शक्ती निर्माण करण्याची क्षमता असते. तसेच उच्च व्होल्टता पारेषण यंत्रणेतून काही परिस्थितीत प्रतिरोधी शक्ती शोषण करण्याची आवश्यकता असते. काही प्रमाणात ही देखील क्षमता संजमध्ये असते. जल, औष्णिक इत्यादी भिन्न प्रकारच्या मूलचालक (Prime mover) टरबाइनच्या साहाय्याने संकालिक जनित्रास सुयोग्य गती दिली जाते. उत्तेजित्राच्या (Exciter) साहाय्याने चुंबकीय अभिवाह (Magnetic flux) निर्माण होते. त्यायोगे संकालिक जनित्रातून ऊर्जा निर्मिती होते.
क्षमता वक्र : आ. १ मध्ये नमुन्यादाखल ६०० एमव्हीए (Mega Volt Amperes-MVA) क्षमतेच्या संजचा क्षमता वक्र दाखविला आहे.
आ. १ मध्ये कोटि अक्षावर (Ordinate) सक्रिय शक्ती मेगावॅटमध्ये आणि भुज अक्षावर (Abscissa) प्रतिरोधी शक्ती मेगाव्हारमध्ये (Mega Volt Amps Reactive – MVAR) दाखवली आहे. कोणत्याही क्षणी संजचा शक्ती निर्मितीचा बिंदू हा लाल रंगात दाखवलेल्या रेषेच्या आत असलाच पाहिजे. शक्ती निर्मितीचा बिंदू हा लाल रेषेच्या पलीकडे गेल्यास संजच्या निरनिराळ्या भागांची तापीय सीमा (Thermal Limit) ओलांडली जाते. याचा उल्लेख पुढे येईल. प्रत्येक बिंदूच्या सहनिर्देशकाप्रमाणे (Co-ordinates) सक्रिय आणि प्रतिरोधी शक्ती किती निर्माण होते, याचा बोध होतो. सक्रिय शक्ती निर्मिती ही मूलचालकावर अवलंबून असते. मूलचालक जितकी शक्ती प्रदान करेल, तितकी सक्रिय शक्ती संज निर्माण करेल. सक्रिय शक्ती कमी केली असता संकालिक जनित्राची प्रतिरोधी शक्तीचा पुरवठा / शोषण करण्याची क्षमता वाढते. कोटि अक्षाच्या उजवीकडील बाजू संज मधून प्रतिरोधी शक्ती पाठवीत (निर्यात) असल्याचे दाखवते. त्यासाठी उत्तेजित्र अति उत्तेजित (Over excited) करावे लागते. त्याउलट कोटि अक्षाच्या डावीकडील बाजू संज प्रतिरोधी शक्ती बाहेरील यंत्रणेतून शोषण (आयात) करीत असल्याचे दाखवते. यासाठी उत्तेजित्र, न्यून उत्तेजित (Under excited) करावे लागते. तिरक्या रेषा शक्ती गुणांक (Power Factor) दाखवितात.
संचालनात संकालिक जनित्रावरील भार वाढल्यामुळे स्थाता कुंडलनाचे (Stator winding) तापमान वाढते. ते नियंत्रित करावे लागते. त्यासाठी जास्त क्षमतेच्या संजमध्ये शुद्ध हायड्रोजनचा वापर केला जातो. पूर्ण क्षमतेने जेव्हा संज कार्यरत असेल, तेव्हा साधारणत: वातावरणीय हवेच्या दाबाच्या चार पट दाबाचा हायड्रोजनचा वापर केला जातो. त्याहून कमी भार असताना कमी दाबाचा हायड्रोजनचा वापर होतो. (जसे प्रस्तुतच्या आकृतीत व १ आणि व २).
संकालिक जनित्र कार्यरत असताना कोणत्याही वेळी त्याचे संचालन सुरक्षित राहणे महत्त्वाचे असते. त्यादृष्टीने सुरक्षा यंत्रणा (Protection System) आणि उपकरण साधनांची (Instrumentation) तरतूद केलेली असते. संचालन क्षमता वक्राच्या आतच राहण्याच्या दृष्टीने काही योजना करण्यात येतात.
सुरक्षा योजना : आ. २ मध्ये क्षमता वक्र आणि त्यात तरतूद केले जाणारे सीमाकारी (Limiter) दाखवले आहेत. सीमाकारींचा अन्य सुरक्षा योजनांशी (Protection systems) समन्वय राखला जातो.
संकालिक जनित्र जेव्हा सक्रिय बरोबरच प्रतिरोधी शक्ती निर्माण करत असेल, तेव्हा उत्तेजित्र अति उत्तेजित करावे लागते. भार जास्त झाल्यास विद्युत धारा वाढून घूर्णक क्षेत्र गुंडाळीच्या (Rotor Field Winding) तापमानात वाढ होते. त्यावर नियंत्रण ठेवण्यासाठी अति उत्तेजित सीमाकारीची (Over Excitation Limiter – OEL) तरतूद केलेली असते. आकृतीत ‘क’ ने दाखवले आहे. घूर्णक गुंडाळीची (Rotor winding) कमाल मर्यादा – तापीय सीमा (Thermal Limit) – ‘ख’ ने दाखविली आहे. ज्या वेळेस संज चा शक्ती गुणांक एकच्या जवळपास असतो, अशा वेळी स्थाता कुंडलनाच्या / स्थाणुक गुंडाळीच्या तापीय सीमेची मर्यादा येते. त्यावरून सक्रिय शक्तीची मर्यादा ठरवली जाते. आकृतीत ‘ग’ ने दाखवले आहे. या बाबतीत मूलचालकाची उत्पादन शक्ती आणि तापमान नियंत्रणासाठी वापरलेल्या हायड्रोजनचा दाब या बाबी महत्त्वाच्या असतात.
संकालिक जनित्र हे उत्तेजित्र न्यून उत्तेजित असताना तसेच सक्रिय शक्तीची निर्यात होत असताना आवश्यक चुंबकीय अभिवाह (Magnetic flux) निर्माण होण्यासाठी प्रतिरोधी शक्ती बाहेरील यंत्रणेतून आयात (शोषली) करते. या परिस्थितीत घूर्णकाच्या कडेचे लोखंडाचे (End-core heating) भाग तापतात. याचे नियंत्रण ठेवण्यासाठी न्यून उत्तेजित सीमाकारीची (Under Excitation Limiter – UEL) तरतूद केलेली असते. आकृतीत ‘घ’ ने दाखवले आहे आणि त्याची कमाल मर्यादा ‘च’ ने दाखवली आहे. साधारणत: सुप्रकट ध्रुव जनित्रात (Salient pole generator) घूर्णकाचे भाग तापण्याची समस्या नसते, त्यामुळे त्याची न्यून उत्तेजित संचालनाची क्षमता, दंडगोलीय घूर्णक (Cylindrical Rotor) जनित्रांपेक्षा जास्त असते. जल विद्युत प्रकल्पात सुप्रकट ध्रुव जनित्र वापरले जातात.
पहा : प्रतिक्रीय शक्ती, स्मार्ट ग्रिड.
संदर्भ : Say M.G.; The Performance and Design of Alternating Current Machines; (Book); Sir Isaac Pitman & Sons Ltd.; London.
समीक्षण : व्ही. व्ही. जोशी