भूपृष्ठाखाली पुरलेली आवरणरहित पट्टी/गज वाहीची जाळी, उभे पुरलेले इलेक्ट्रोड आणि निरनिराळ्या उपकरणांच्या भूसंपर्कन अग्रापासून (Earthing terminal) भूपृष्ठाखालील जाळीस जोडणारे छोटे वाही (Riser) हे भूसंपर्कन प्रणालीमध्ये (Earthing system) महत्त्वाचे घटक होत. भूपृष्ठाखालील सर्व वाही परस्परांना सांधण (Welding) पद्धतीने उत्तम रीतीने जोडलेले असतात, त्यामुळे संपूर्ण जाळी एकसंध बनते. विद्युत यंत्रणेत भू-दोष (Earth-fault) झाला असताना, आग किंवा कोणताही धोका न होता विद्युत धारा वहनाची क्षमता निर्माण करणे आणि ती कायम टिकविणे हे वाहीसाठी वापरली जाणारी सामग्री आणि त्याचे आकारमान यांवर अवलंबून असते.
वाहीची निवड : वाहीसाठी निवडलेल्या सामग्रीच्या संदर्भात उत्तम वाहकता, उत्तम यांत्रिक बळ (Mechanically rugged), अत्यंत प्रतिकूल अशा दोषातही न वितळता स्थिर राहणे, भूगर्भातील रसायनांपासून किमान संक्षरण (Corrosion) अशा बाबींची आवश्यकता असते. या दृष्टीने ॲल्युमिनियम, तांबे आणि मृदू पोलाद (Mild Steel – MS) या धातूंचा विचार होतो.
वात निरोधित उपकेंद्राच्या (Gas Insulated Substation) उपकरणांची बाह्यावरणे ॲल्युमिनियम किंवा त्याच्या मिश्रधातूंची असतात. त्यामुळे बाह्यावरणापासून भूपृष्ठाखालील जाळीस जोडण्यासाठी त्याचा वापर होतो. मात्र ॲल्युमिनियमचे यांत्रिक बळ आणि अन्य पदार्थाबरोबर होणारे संक्षरण विचारात घेऊन भूपृष्ठाखालील जाळीसाठी ॲल्युमिनियमचा विचार केला जात नाही.
तांब्याची उत्तम वाहकता आणि अन्य पदार्थांबरोबर होणारे किमान संक्षरण यामुळे अनेक देशांत भूसंपर्कन प्रणालीत तांब्याचा वापर होतो. भारतातही पूर्वी तांब्याचा वापर होत होता. परंतु तांबे आणि पोलाद यांच्यातील किंमतीचा विचार करून भारतात मृदू पोलादाचा वापर होतो. तांब्याच्या चोऱ्या होत असल्याने, काही ठिकाणी, या दोन्हींचा सुवर्णमध्य म्हणून तांबे आवृत पोलाद (Copper clad Steel) वापरले जाते.
तांबे आवृत पोलादामध्ये तांब्याचा संक्षरण विरोध आणि पोलादाचे यांत्रिक बळ याचा संगम होतो. तांबे आणि पोलाद यांची जोड धातुशास्त्रीय (Metallurgical) पद्धतीने केली जाते.
भारतात सध्या मृदू पोलादाचाच वापर होतो, त्यामुळे सदर लेखात प्रामुख्याने पोलादाच्या वापराबाबत विवरण आले आहे. अर्थात कोणताही धातू वापरला, तरी भूसंपर्कानाच्या संकल्पनेच्या मूलभूत तत्त्वामध्ये काहीही बदल होत नाही.
वाहीचे आकारमान : वाहीचे आकारमान ठरविण्यासाठी काही बाबींची दखल घ्यावी लागते. त्या पुढीलप्रमाणे आहेत :
(१) ग्रिडचा विचार करून कमाल दोष धारेचे परिमाण काढावे लागते. त्यासाठी आगामी काळात विद्युत निर्मिती आणि पारेषण प्रणालीत होणारी वाढ विचारात घ्यावी लागते.
(२) वाहीसाठी वापर केल्या जाणाऱ्या धातूची रोधकता, रोध तापमान गुणांक (Resistance temperature coefficient), घनता, विशिष्ट ऊष्मा (Specific heat) याची देखील नोंद घ्यावी लागते.
(३) दोषधारेच्या वहनाचा कालावधी : भूदोष झालेला असताना नियंत्रण व रक्षण प्रणाली त्वरित कार्यान्वित होते आणि विद्युत पुरवठा खंडित होतो. या दरम्यानचा कालावधी हा अर्ध्या सेकंदाहूनही कमी असतो. मात्र वाहीचे आकारमान ठरवताना अंकिय (Digital) पुनरेषा/अभिचलित्र असतील, तर हा कालावधी एक सेकंद धरतात आणि विद्युतयांत्रिकी (Electro-mechanical) पुनरेषा असतील, तेव्हा कालावधी तीन सेकंद धरला जातो.
(४) पर्यावरणीय तापमान आणि अनुज्ञेय कमाल तापमान : सामान्यपणे पदार्थाच्या वितळबिंदू तापमानाच्या ४०% कमाल तापमान धरले जाते.
वाहीच्या आकारमानाची गणना करण्यासाठी गणिती सूत्रे IEEE Std. आणि CBIP Publication यांमध्ये सविस्तर दिलेली आहेत.
वाहीचे संक्षरण : भूगर्भात असलेल्या रासायनिक पदार्थांमुळे वाहीचे संक्षरण होत असते. ते रोखण्यासाठी काही ठिकाणी जमिनीवरील छोटे वाही (Riser) जस्तविलेपित (Galvanized) केले जातात. भूगर्भातील वाहीचे क्षरण आणि सदर भूमीची रोधकता यात संबंध दिसून आला. अधिक रोधकता असलेल्या भूमीत संक्षरण कमी प्रमाणात होते. तसेच संक्षरणाचे प्रमाण वेळेबरोबर कमी होत जाते. सुरुवातीच्या १२ वर्षांत जे संक्षरणाचे प्रमाण असते, त्याच्या निम्मे त्यानंतरच्या बारा वर्षांत असते आणि त्यानंतर नगण्य असते. वर उल्लेख केलेल्या सूत्राप्रमाणे वाहीच्या छेदाचे जे आकारमान येईल, त्यात खाली दिलेल्या तक्त्यानुसार आकारमानात वृद्धी केली जाते. त्या ठिकाणातील रोधकतेप्रमाणे वृद्धीचे प्रमाण बदलत असते.
| अ. क्र. | रोधकता (Ω–मी.) | भूमीची संक्षरणता | % |
| १ | < २५ | अत्यंत संक्षारक | ३० |
| २ | >२५<१०० | सौम्यपणे संक्षारक | १५ |
| ३ | >१०० | अतिसौम्यपणे संक्षारक | १० |
दोन भिन्न धातूंमधील संक्षरण टाळण्यासाठी भूसंपर्कनासाठी एकाच धातूची वाही वापरावी.
भूसंपर्कन रोध : नियंत्रण व रक्षण प्रणालीच्या दृष्टीने भूसंपर्कन प्रणालीचा विद्युत रोध हा कमीत कमी असणे आवश्यक असते. IEEE Std. प्रमाणे भूसंपर्कन रोधाचे सूत्र असे आहे :
वरील सूत्रावरून दिसते की, जितकी वाहीची लांबी जास्त तितका रोध कमी असतो. वाहीची लांबी वाढविण्यासाठी जाळीच्या वाहींमधील अंतर कमी करणे किंवा उभ्या पुरलेल्या इलेक्ट्रोडची संख्या वाढविणे असे उपाय योजले जातात. तसेच भूसंपर्कनाच्या क्षेत्राचे रोधाशी व्यस्त प्रमाण असते. उपलब्ध आवारात पुरेशी जागा नसेल, परंतु नजिकच्या परिसरात जागा असेल; तर दोन्ही क्षेत्रांत भूसंपर्कन जाळी टाकली जावून ती परस्परांना उत्तम रितीने जोडली जाते. नजिकच्या जाळीस ‘उप-भूसंपर्कन जाळी’ (Satellite Earthgrid) असे म्हणतात. या उपायांमुळे भूसंपर्कन रोधाबरोबर प्रत्यक्ष जालाक्ष आणि चरण व्होल्टता कमी होण्यात फरक पडतो.
वरील सूत्रांमध्ये वाहीसाठी वापरलेल्या धातूच्या गुणधर्माबाबतीतचा घटक नाही त्यामुळे भूसंपर्कन रोधावर वापरलेल्या धातूमुळे फरक पडत नाही.
पहा : प्रत्यावर्ती धारा विद्युत उपकेंद्र : भूसंपर्कन प्रणालीचे संकल्पन, विद्युत उपकेंद्रीय भूसंपर्कन- रोधकता संकल्पना, विद्युत वाहिन्यांच्या तारा.
संदर्भ :
• Bureau of Indian Standard, IS: 3043 – 2018, Code of Practice for earthing.
• IEEE Standards Association, IEEE Std 80-2013 Guide for safety in AC Substation Grounding, IEEE, New York, USA.
• Manohar, V. N. and Nagar, R. P. Design of Steel Earthing Grids in India, IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-98, Nov/Dec 1979.
• Mata Prasad, Dr. J.K. Arora et al. (Editor) ‘Manual on Earthing of AC Power Systems’; Central Board of Irrigation & Power, New Delhi; Publication No. 302 & 311.
समीक्षक : विनय जोशी
