मंडल खंडक उच्च व अतिउच्च दाबाच्या मंडलात अत्यंत महत्त्वाचे कार्य करतो. मंडलातील विद्युत प्रवाहाचे नियंत्रण करणे तसेच आपत्कालीन परिस्थितीत मंडळातील रोहित्रासारख्या उपकरणाचे रक्षण करणे यांसारखी महत्त्वाची कामगिरी नियंत्रण व रक्षण प्रणाली (Control & Protection system) यांच्या साहाय्याने मंडल खंडक करत असतो. आपत्कालीन परिस्थितीत उच्च व अतिउच्च दाबाच्या मंडलात ४० −५० किअँ. इतका विद्युत प्रवाह वहन होऊ शकतो. अतिउच्च दाब व इतक्या शक्तिशाली प्रवाहामुळे मंडल खंडित करताना अत्यंत शक्तिशाली विद्युत प्रज्योत (Electric Arc) निर्माण होते. या प्रज्योतीवर वेळीच नियंत्रण न मिळवल्यास खंडकाचा विस्फोट होण्याची शक्यता असते तसेच अतिशक्तिशाली प्रवाहाचे मंडलात जास्त वेळ वहन झाल्यास रोहित्रासारख्या उपकरणाची हानी होण्याची शक्यता असते. मंडल खंडकाची रचना करताना या बाबींवर विशेष लक्ष द्यावे लागते.
मंडल खंडकाची रचना : मंडल खंडकात कुठल्याही स्विचगिअरप्रमाणे पुढील मुख्य चार भाग असतात :
(१) मुख्य प्रवाह वहन करण्यासाठी स्थिर व चल भाग (Main Fixed & Moving Contacts) : याच्या मुख्य भागांसोबत विद्युत प्रज्योतीवर नियंत्रण मिळवण्यासाठी कमी आकाराचे व कमी क्षेत्रफळाचे स्थिर व चल भाग (Arcing Contacts) जोडलेले असतात.
(२) मुख्य चल भागाला जोडलेली चालक यंत्रणा (Drive mechanism)
(३) विद्युत विरोधक वातावरण (Insulating media)
(४) साहाय्यक स्थिर व चल भाग (Auxiliary contacts)
विद्युत मंडल खंडकाची रचना करताना विद्युत दाबामुळे उत्पन्न होणाऱ्या परिस्थितीचा आणि त्यामुळे प्रत्येक भागात कराव्या लागणाऱ्या बदलाचा सखोल विचार करावा लागतो.
चल व स्थिर भाग (Main moving & fixed contacts) : उच्च व अतिउच्च दाब व ४०-५० किअँ. या श्रेणीचा आपत्कालीन विद्युत प्रवाह यामुळे निर्माण होणारी विद्युत प्रज्योत अतिशय शक्तिशाली असल्यामुळे तिच्यावर नियंत्रण मिळवण्यासाठी ती लवकरात लवकर थंड करणे आवश्यक असते. त्यासाठी तिचे क्षेत्रफळ कमी करून खंडन करणे जरुरीचे असते. यासाठी मंडल जोडताना अथवा मंडलाचे खंडन करताना निर्माण होणारी विद्युत प्रज्योत कमी क्षेत्रफळाच्या चल व स्थिर भागावर परावर्तित केली जाते आणि विद्युत विरोधक वातावरणाने तिचे खंडन करून नियंत्रण मिळवले जाते.
मुख्य स्थिर व चल भाग मंडलातील पूर्ण क्षमतेचा प्रवाह वाहण्यास सक्षम असल्याने ते उच्च वहन क्षमता (High conductivity) असणाऱ्या ॲल्युमिनियम अथवा तत्सम धातूपासून बनवलेले असतात. कमी क्षेत्रफळाचे चल व स्थिर भाग वितळण्यास कठीण अशा टंगस्टन अथवा तत्सम धातूपासून बनवलेले असतात.
मुख्य चल व स्थिर भाग विद्युत विरोधक वातावरणासह काच किंवा तत्सम विद्युत विरोधक घटकांनी बनवलेल्या आवरणात – निरोधक (Porcelain or polymer Insulators) – बसवलेले असतात. या आवरणाचा बाहेरील पृष्ठभाग गुळगुळीत नसून त्यावर निरोधकाच्या अनेक झालरी (Sheds) असतात, जेणेकरून धूळ अथवा इतर दूषित वातावरणामुळे उच्च दाबाखाली बाहेरील बाजूने प्रवाह वहन होणार नाही, याची खबरदारी घेतली जाते.
प्रदूषणाच्या पातळीवरून निरोधकाचे एकत्रित वक्रभागाचे अंतर (Creepage Distance) किमान किती असावे, याबद्दलही आंतरराष्ट्रीय मानके आहेत.
मुख्य स्थिर व चल भागाला जोडलेली चालक यंत्रणा : मंडल खंडकाद्वारे मंडलाची जोडणी अथवा मंडल खंडित करण्यासाठी लागणारी ऊर्जा पुरवणे, त्याचप्रमाणे मंडल जोडलेले असताना आपत्कालीन प्रवाहामुळे उत्पन्न होणाऱ्या विद्युत-चुंबकीय जोरामुळे खंडकाचे स्थिर व चल भाग विभक्त होऊ नयेत, यासाठी आवश्यक असणारा दाब कायम ठेवणे हे चालक यंत्रणेचे प्रमुख कार्य आहे. प्रथम हवेच्या दाबाचा उपयोग करून हे कार्य साधले जात असे. परंतु यासाठी दाबयंत्राची (Compressor) आवश्यकता असल्याने आकारमान वाढत असे तसेच दाबयंत्राची वारंवार देखभाल करावी लागत असे. यानंतर सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड (SF6) वायू विरोधक माध्यम म्हणून वापरात आल्यावर विद्युत प्रज्योत खंडित करून थंड करण्यासाठी सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड वायूचा झोत वापरण्यात येत असे. यासाठी सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड दाबयंत्राची आवश्यकता असे. त्यानंतर मंडल खंडित होत असताना चल भागाच्या विलगीकरणाच्या वेगाचा उपयोग करून सल्फर हेक्झाफ्ल्युओराइड वायूवरील दाब वाढवून त्याचा झोत प्रज्योत खंडित करून मुख्य स्थिर व चल भाग थंड करण्यासाठी वापरण्याचे तंत्र (Self Compression Interrupter) विकसित झाले (आ. १). या तंत्रज्ञानामुळे चालक यंत्रणेला लागणारी ऊर्जा कमी झाली व दोन स्प्रिंग वापरून सुटसुटीत लहान आकारातील चालक यंत्रणा बनवणे शक्य झाले. अतिरिक्त दाबयंत्राची आवश्यकता राहिली नाही. आज सर्व खंडकात या तंत्रज्ञानाचा उपयोग केला जातो. अशा चालक यंत्रणेला स्प्रिंग–स्प्रिंगचालक (Spring-Spring Drive) यंत्रणा असे म्हणतात.
साहाय्यक स्थिर व चल भाग : साहाय्यक स्थिर व चल भाग मुख्य चल व स्थिर भागांबरोबर जोडले अथवा खंडित केले जातात. मुख्य स्थिर व चल भागांच्या स्थितीची इतर उपकरणांना माहिती पुरवण्याचे कार्य साहाय्यक स्थिर व चल भागांद्वारे केले जाते. नियंत्रण व रक्षण प्रणालीस योग्य रीतीने कार्यान्वित होण्यासाठी खंडकाची सद्यकालीन स्थितीचे ज्ञान आवश्यक असते. हे कार्य साहाय्यक भागाच्या साहाय्याने होते. साहाय्यक स्थिर व चल भाग हे बहुतांश वेळी चालक यंत्रणेचे भाग असतात.
मंडल खंडकाचे कार्य : मंडलाची जोडणी अथवा मंडल खंडित करण्यासाठी खंडकाचे स्थिर व चल भाग जोडणे किंवा विलग करणे यासाठी चालक यंत्रणेचा उपयोग केला जातो. दोन स्प्रिंग असलेल्या चालक यंत्रणेत मंडल जोडणी करण्यासाठीची स्प्रिंग मानवी प्रयत्नांनी अथवा विद्युत मोटर वापरून गुंडाळली जाते. अशा तऱ्हेने साठवलेल्या ऊर्जेचा मोठा भाग मंडल जोडण्याची आज्ञा मिळताच स्थिर व चल भागाची जोडणी करण्यात वापरला जातो. तर या ऊर्जेचा काही भाग मंडल खंडित करण्यासाठी असलेल्या स्प्रिंगची गुंडाळी करून स्थिर व चल भाग विलग करण्यासाठी लागणारी ऊर्जा साठविण्यात केला जातो. विद्युत मोटारीचा वापर केलेल्या चालक यंत्रणेत मंडलाची जोडणी केल्यानंतर मंडल जोडणी करणाऱ्या स्प्रिंगची आपोआप गुंडाळी केली जाते. मंडल खंडित करण्याची आज्ञा मानवी रीत्या अथवा आपत्कालीन परिस्थितीत मंडल देखरेख प्रणालीकडून (Monitoring System) दिली जाते. अशी आज्ञा मिळाल्यावर मंडल खंडित करणाऱ्या स्प्रिंगमधील साठवलेली ऊर्जा स्थिर व चल भाग विलगकरते. विद्युत विरोधक वातावरण, उत्पन्न झालेली विद्युत प्रज्योत थंड करून स्थिर व चल भागात निर्माण झालेल्या अंतरामध्ये विद्युत विरोधक वातावरण निर्माण करून मंडल खंडित करते.
मंडल खंडकाचे उपयोग : मंडल खंडक उच्च व अतिउच्च दाबाच्या प्रवाहाचे नियंत्रण करण्यासाठी, मंडलात असलेल्या रोहित्रासारख्या उपकरणांचे आपत्कालीन परिस्थितीत रक्षण करण्यासाठी आणि संचलनाच्या जरुरीप्रमाणे प्रणाली चालू-बंद करणे यासाठी उच्च दाबाच्या पारेषण क्षेत्रात उभारले जातात.
पहा : उच्च व अतिउच्च दाबाकरिता उपयुक्त स्विचगिअर : खंडकाचे मुख्य प्रकार, विद्युत मंडल खंडक, स्विचगिअर : संकल्पना.
संदर्भ :
• BHEL, Hand book of Switchgears; The McGraw-Hill Companies, Inc.
• International Electrotechnical Commission, Geneva, Switzerland; IEC 62271 High-voltage switchgear and controlgear.
• Lythall R. T., The J & P Switchgear book; Johnson & Phillips Ltd.
• Publications Circuiy Globe & EL-PRO –CUS.
• Sedlacek J., Knobloch H. et al;’ Optimization of self blast interrupters by gas flow & electric field computataion’, IEEE Transactions on Power Delivery 18(4), Nov.2003.
समीक्षक : श्रीनिवास मुजुमदार
