तडित् संरक्षण

तडित् संरक्षण : तडित् उत्पन्न करणारा विद्युत् प्रवाह फारच अल्पकाल टिकतो पण तरीसुद्धा या प्रवाहाची राशी, विद्युत् दाब व कंप्रता (दर सेकंदास होणारी कंपनांची संख्या) फारच मोठ्या असतात. त्यामुळे तडितेपासून खांबावरून नेलेल्या विद्युत् संवाहक तारांना जोडलेली विद्युत् केंद्रातील यंत्रे आणि उंच इमारती यांचे फारच नुकसान होण्याचा संभव असतो. हे नुकसान टाळण्यासाठी दोन प्रकारचे उपाय योजतात. (१) खांबावरून नेलेल्या विद्युत् संवाहक तारांवर तडितेचा आघात झाला, तर तडितेचा प्रवाह तारांना जोडलेल्या यंत्रामधून जमिनीत जाईल व यंत्रातील तारांवर बसविलेले, विद्युत् प्रवाह क्षरण्यास (अयोग्य मार्गाने जाण्यास) प्रतिबंध करणारे निरोधक आवरण खराब होईल किंवा जळूनही जाईल. असे नुकसान होऊ नये म्हणून खांबांवरून जाणाऱ्या तारांवर पडणारा तडित् प्रवाह आत न जाता बाहेरच बाहेर जमिनीत नेण्याची योजना करावी लागते. ह्या योजनेत वापरण्यात येणाऱ्या साधनाला तडित् निवारक म्हणतात. (२) तडितेपासून इमारतीचे नुकसान होऊ नये म्हणून उंच इमारतीवर तांब्याची काटेरी टोपी बसविलेला अथवा अणकूचीदार टोक असलेला उंच तांब्याचा खांब उभारतात. या खांबाला तांब्याच्या पट्टीचे एक टोक जोडतात व दुसरे टोक इमारतीच्या बाहेरच्या भिंतीवरून नेऊन खोल जमिनीत पुरतात, याला तडित् संवाहक म्हणतात.

तडित् निवारक : विद्युत् केंद्रामधील उपकरणांना तडितेपासून संरक्षण देण्यासाठी तडित् निवारक वापरतात. संवाहक तारा बसविलेल्या सर्व खांबांच्या वरच्या टोकावर एक किंवा दोन स्वतंत्र तारा बसवितात आणि त्या जमिनीला जोडतात, त्यांना भू–तारा म्हणतात. तडितेचा प्रवाह या भू–तारेवर पडला, तर सरळ जमिनीत जाईल व मुख्य संवाहक तारांमधून जाऊन आतील यंत्रात शिरणार नाही. ही पद्धत बरीच खर्चाची असते म्हणून ती जास्त दाबाच्या संवाहक तारांच्या व यंत्रांच्या संरक्षणासाठी वापरतात. ह्या तारा जस्तविलेपित पोलादाच्या असतात. अशा भू–तारा वापरूनही खालच्या मुख्य संवाहकावर तडितेचा आघात होण्याची शक्यता असते. असा आघात झाला, तर त्याचा प्रवाह विद्युत् केंद्रामध्ये जाऊ नये म्हणून केंद्राजवळचा शेवटचा खांब व केंद्राची भिंत यांच्यामध्ये प्रत्येक मुख्य संवाहक तारेमध्ये एक मळसूत्री वेढे दिलेले वेटोळे जोडतात व त्या खांबावर किंवा खांबाच्या बाजूला तडित् निवारण करण्याचे साधनही बसवितात. अशी योजना केल्याने तडितेचा अति–उच्च कंप्रतेचा व अति–उच्च दाबाचा प्रत्यावर्ती (उलट सुलट दिशेने वाहणारा) प्रवाह वेटोळ्यांतून केंद्राच्या आत न जाता तडित् निवारक साधनातून सरळ जमिनीत जातो.

तडित् निवारक साधनाची रचना अशा पद्धतीने करावी लागते की, नेहमीच्या चालू परिस्थितीमध्ये खांबांवरील संवाहकातील विद्युत् प्रवाह तडित् निवारकातून जमिनीकडे जाऊ नये, परंतु तडितेचा प्रवाह तडित् निवारकामधून ताबडतोब जमिनीत जावा. हा प्रवाह संपल्यावर त्याच्या बरोबर जात असलेला नेहमीचा प्रवाह जमिनीकडे जाण्याचे एकदम थांबावे यासाठी प्रत्येक तडित् निवारक साधनामध्ये चालू दाबाचा प्रवाह जाऊ शकणार नाही एवढी फट ठेवलेली असते. तडितेचा उच्च दाबाचा प्रवाह ही फट सहज ओलांडतो व जमिनीमध्ये जातो. ह्या वेळेला मळसूत्री वेढे जास्त दाबाच्या प्रवाहाला (त्याच्या अति–उच्च कंप्रतेमुळे) अडथळा निर्माण करतात. उच्च दाबाचा प्रवाह ह्या फटीतून जाताना प्रज्योत (आयनीभूत वायूतून म्हणजे विद्युत् भारित अणू, रेणू किंवा अणुगट यांनी युक्त असलेल्या वायूतून होणारे दीप्तिमान विद्युत् विसर्जन) निर्माण करतो. प्रज्योत विद्युत् संवाह असल्यामुळे तडितेचा प्रवाह संपल्यावरही नेहमीचा विद्युत् प्रवाह या प्रज्योतीचा उपयोग करून जमिनीत जाऊ शकेल. असे होऊ नये म्हणून फटीतील प्रज्योत ताबडतोब विझावी म्हणून प्रत्येक तडित् निवारकामध्ये विशेष योजना करावी लागते.

तडित् निवारकाचे अनेक प्रकार आहेत. ते मुख्यतः संवाहक तारांमधील चालू विद्युत् दाबावर अवलंबून आहेत.

शृंगांतर तडित् निवारक : सर्वांत साध्या व कमी दाबाच्या विद्युत् वितरण मार्गावर बसविण्यासारखा शृंगांतर तडित् निवारक आ. १ (अ) मध्ये दाखविला आहे व आ. १ (आ) मध्ये विद्युत् केंद्राजवळ असे तडित् निवारक जोडण्याची पद्धत दाखविली आहे.

आ. १ (अ) मध्ये दाखविल्याप्रमाणे शृंगांतर तडित् निवारकामध्ये संवाहक तार वाकवून शिंगासारखे दोन भाग तयार करतात. ते भाग खांबावरील आडव्या पट्टीवर निरोधक ठोकळ्यावर बसवितात. शिंगाच्या खालच्या बाजूकडे साधारणत: १० ते २० मिमी. रुंदीची फट ठेवतात. फटीपासून वरच्या बाजूकडे शिंगामधील अंतर वाढत जाते. एका शिंगाची तार चालू संवाहकाला जोडतात व दुसऱ्या शिंगाला एक विद्युत् प्रवाह रोधक जोडून तो रोधक पुढे जमिनीस जोडतात. खांबावरून नेलेल्या संवाहकावर जर तडितेचा आघात झाला तर तडित् प्रवाहाच्या उच्च दाबामुळे तो प्रवाह शृंगांच्या खालच्या फटीमध्ये ठिणगीयुक्त ज्योत उत्पन्न करतो आणि त्या ज्योतीमधून व रोधकामधून तडित् प्रवाह जमिनीमध्ये शिरतो. तडिताघात संपल्यावर मुख्य संवाहकामधील प्रवाह फटीमधून जाऊ लागल्यावर ज्योतीभोवतालच्या चुंबकीय क्षेत्रामध्ये ज्योत शिंगाच्या वरच्या बाजूस ढकलली जाते तेथे फटीचे अंतर वाढत जात असल्यामुळे ती ४ ते ५ सेकंदांमध्येच विझून जाते. ही ज्योत विझली म्हणजे नेहमीचा चालू दाबाचा विद्युत् प्रवाह फटीमधून जाण्याचे बंद होते. हे तडित् निवारक कमी किंमतीचे असतात म्हणून कमी दाबाच्या व लहान शहरामधून विद्युत् तारा जाणाऱ्या उंच खांबांवर बसवितात.

झडपी तडित् निवारक : शृंगांतर तडित् निवारकाचे कार्य जरूर तितके समाधानकारक नसल्याने महत्त्वाच्या विद्युत् तारांवर सुधारलेल्या प्रकारचा तडित् निवारक बसवितात. अशा प्रकारचा (झडपी) तडित् निवारक आ.२ मध्ये दाखविला आहे.

आकृतीत दाखविलेल्या तडित् निवारकामध्ये वरच्या बाजूस पितळी चकत्या व चिनी मातीची कडी एकाआड एक ठेवलेली असतात. त्यामुळे या भागांत अनेक लहान फटीच उत्पन्न होतात. या भागाच्या खाली थायराइट किंवा मेट्रोसिल अशा कृत्रिम विद्युत् रोधक पदार्थांच्या अनेक तबकड्या एकावर एक ठेवलेल्या असतात. हे पदार्थ कमी तापमानास विद्युत् रोधक असतात व जास्त तापमानात विद्युत् संवाहक बनतात. हे दोनही भाग एका चिनी मातीच्या उभ्या नळीत बंदिस्त करून ठेवलेले असतात. या नळीच्या बाहेरच्या भागाला उतरते कंगोरे असतात त्यामुळे पावसाचे पाणी नळीपासून दूर जाते. या उपकरणाचे वरचे टोक चालू संवाहकाला व खालचे टोक जमिनीला जोडतात. तडितेचा उच्च दाबाचा प्रवाह संवाहकावर आला म्हणजे तो तडित् निवारकाच्या वरच्या पितळी चकत्यांमध्ये अनेक ठिणगीयुक्त ज्योती निर्माण करून खालच्या रोधक तबकड्यांमधून जमिनीत जातो. तडितेचा प्रवाह संपल्यावर चालू दाबाचा प्रवाह अनेक फटींमधून जाऊ शकत नसल्यामुळे ताबडतोब बंद होतो. या प्रकारचे तडित् निवारक चांगले कार्यक्षम असतात. तथापि त्यांची किंमत बरीच जास्त असल्यामुळे सर्वच विद्युत् मार्गांवर ते वापरले जात नाहीत.

वायुनलिका तडित् निवारक : बऱ्याच ठिकाणी झडपी प्रकारापेक्षा स्वस्त प्रकारचे तडित् निवारक वापरतात. अशा प्रकारचा एक वायुनलिका वापरलेला तडित् निवारक आ. ३ मध्ये दाखविला आहे.

आकृतीमध्ये दाखविलेल्या तडित् निवारकामध्ये वरच्या बाजूवर चिनी मातीचा एक भरीव ठोकळा असतो. त्यावर शृंगांतर पद्धतीने दोन संवाहक तारांचे तुकडे बसविलेले असतात व त्यांच्या खुल्या टोकांमध्ये एक मोठी फट ठेवलेली असते. खालच्या बाजूला एक पोकळ नळी असते. या नळीच्या द्रव्यामध्ये वायू उत्पन्न करणारे पदार्थ मिसळलेले असतात. हा तडित् निवारक झडपी प्रकारच्या निवारकाप्रमाणे मुख्य संवाहक तार व जमीन यांमध्ये जोडतात. मुख्य संवाहकावर तडितेचा प्रवाह आला म्हणजे तो तडित् निवारकाच्या वरच्या तारेच्या फटीमध्ये ठिणगीयुक्त ज्योत निर्माण करून त्यांमध्ये खालच्या नळीतून जमिनीमध्ये शिरतो. नळीमधून प्रवाह जात असताना तेथेही ठिणगीयुक्त ज्योत उत्पन्न होते व नळी तापते. नळी तापल्यावर तिच्या द्रव्यातून वायू उत्पन्न होतो व तो नळीतील ज्योत विझवितो. ही ज्योत विझली म्हणजे चालू दाबाचा प्रवाह नळीमधून जाऊ शकत नाही. असा तडित् निवारक ३३,००० व्होल्ट दाबापर्यंत चांगले काम करतो.

उभ्या फटीचा तडित् निवारक : आकृती ४ मध्ये या प्रकारचा तडित् निवारक दाखविला आहे. यामध्ये चिनी मातीच्या एका उंच ठोकळ्यावर वरच्या बाजूला एक व खालच्या बाजूला एक अशा दोन संवाहक तारा बसवितात. ह्या तारा वाकवून त्यांच्या टोकांमध्ये एक फट ठेवतात. फटीची लांबी विद्युत् दाबावर अवलंबून असते. वरची तार मुख्य संवाहकाला आणि खालची तार जमिनीला जोडतात. चिनी मातीचा ठोकळा खांबांवरील आडव्या पट्टीवर बसवितात. ह्याचे कार्य शृंगांतर तडित् निवारकाप्रमाणेच होते. खांबांच्या वरच्या बाजूवर भू–तार बसविलेली असेल, तर तडितेचा बराचसा भाग खांबातूनच जमिनीत जातो व उरलेला भाग या तडित् निवारकाच्या उभ्या फटीतून जातो.

तडित् निवारकांचे त्यांच्या उपयोगाप्रमाणेही वर्गीकरण करतात. उदा., (१) जनित्र केंद्रांत वापरले जाणारे, (२) छोट्या मोठ्या वितरण केंद्रांमध्ये वापरले जाणारे, (३) विद्युत् तारांच्या खांबांवर वापरले जाणारे.

झडपी प्रकारच्या तडित् निवारकांची किंमत जास्त असूनसुद्धा ते जनित्र केंद्रामध्ये वापरतात. कारण जनित्र केंद्राचे संरक्षण करणे अतिशय महत्त्वाचे असते. छोट्या आणि मोठ्या वितरण केंद्रांमध्ये झडपी किंवा वायुनलिका प्रकारचे तडित् निवारक वापरतात. अगदी छोट्या रोहित्रासाठी (विद्युत् दाब बदलणाऱ्या साधनासाठी) किंवा कमी दाबाच्या तारांसाठी शृंगांतर प्रकारचे तडित् निवारक वापरतात.

तडित् संवाहक : कोणत्या इमारतीला तडितेपासून संरक्षण द्यावयाचे आणि त्यासाठी कसला तडित् संवाहक वापरावयाचा, हे त्या इमारतीच्या महत्त्वावर व तिच्या उपयोगावर अवलंबून असते. स्फोटक पदार्थ साठवणाऱ्या इमारती, शाळा ज्वालाग्राही पदार्थ तयार करणारे कारखाने, चित्रपटगृहे, रुग्णालये, विद्युत् निर्मिती केंद्रे. इ. इमारतींवर तडित् संवाहक बसविण्याची अतिशय जरूरी असते.

तडित् संवाहकाचे साधारणपणे आठ भाग पडतात : (१) हवेमध्ये सर्वांत उंच असणारा भाग, (२) इमारतीच्या छपरावरील संवाहक, (३) इमारतीच्या टोकापासून खाली जाणारा संवाहक, (४) संवाहकाचे सांधे, (५) गुताव किंवा बंधक, (६) कसोटी बिंदू, (७) जमिनीत जाणारी टोके (८) जमिनीमध्ये जाणारे विद्युत् अग्र.

संवाहकाचे सर्वांत उंच टोक ज्या इमारतीला संरक्षण द्यावयाचे तिच्यापेक्षा हवेमध्ये निदान एक मीटर तरी उंच असावे लागते. त्याला एकच अणकुचीदार टोक असते. संवाहक खांबाला अनेक अणकुचीदार टोके असलेली टोपी घालण्याची पद्धत आता मागे पडली आहे. संवाहक खांब थंड अवस्थेत ओढून काढलेल्या कठीण तांब्याचा असतो. त्याचा व्यास १० ते १२ मिमी. असतो. तो जितका जास्त उंच असेल तितक्या जास्त भूपृष्ठाला तडितेपासून संरक्षण मिळते.

संवाहक खांबाच्या जमिनीपासूनच्या उंचीइतकी त्रिज्या घेऊन घन कोन काढला, तर त्यामध्ये येणाऱ्या सर्व वस्तूंना तडितेपासून ते संरक्षण मिळू शकते. उंचीच्या दुप्पट त्रिज्येचा कोन काढल्यास त्यामध्ये येणाऱ्या वस्तूंना बऱ्याच अंशी संरक्षण मिळू शकते.

छपरावरील संवाहकाने जो पृष्ठभाग संरक्षित करावयाचा असेल, तो सर्व भाग व्यापला पाहिजे. एका संवाहकाने संरक्षण करावयाच्या पृष्ठभागाची व्याप्ती ३० मी. X ३० मी. यापेक्षा जास्त नसावी. संवाहक मऊ तांब्याच्या पट्ट्याच्या आकाराचा असावा व त्याचा छेदाकार साधारपणे ३० मिमी. X ३ मिमी. असतो ज्या इमारतीला संरक्षण द्यावयाचे तिच्या छपराचा पृष्ठभाग जर ३०० चौ. मी.पेक्षा कमी असेल, तर खाली जमिनीकडे जाणारा एक संवाहक पुरतो पण जास्त असल्यास दर १,००० चौ.मी. साठी एक जादा संवाहक वापरावा लागतो. खाली जाणारे सर्व संवाहक सारख्या अंतरावर बसवितात व त्यांच्यामधील अंतर अंदाजे ३० मी. असते. खाली जाणाऱ्या मऊ तांब्याच्या संवाहकाचा छेदाकार साधारणपणे २० मिमी. X ३ मिमी. असतो. संवाहकाची उंची जर १५ मी. पेक्षा कमी असेल, तर छेदाकार १५ मिमी. X ३ मिमी. ठेवतात.

संवाहकामध्ये सांधे शक्य तेवढे कमी ठेवतात. ते चापामध्ये नटबोल्टच्या साह्याने घट्ट बसवितात. सांधे करण्यासाठी वापरलेले गुताव शक्य तितके आखूड ठेवतात.

कसोटी बिंदू दोन सांधे उघडून करता येतात. ते सर्वांत खाली असणाऱ्या संवाहकाच्या भागात ठेवतात. कसोटी बिंदू ठेवल्यामुळे जमिनीचा रोध व संवाहकाची अभेद्यता मोजता येते. असे बिंदू सहज वापरता येतील अशा जागी ठेवतात. कसोटी बिंदूनंतर संवाहक तार सरळ जमिनीत विद्युत् अग्राला जोडतात. त्यामध्ये पुन्हा कोठलेही सांधे ठेवीत नाहीत. जमिनीत जाणाऱ्या टोकामध्ये कसोटी बिंदूच्या खालच्या सर्व भागाचा समावेश होतो. जमिनीमध्ये जाणारी विद्युत् अग्रे जमिनीच्या सान्निध्यात असतात. ती २५ मिमी. X ३ मिमी. छेदाकाराची व मऊ तांब्याच्या पट्टीची असतात. जेथे विद्युत् अग्र पुरले जाते तेथील जमिनीचा रोध कमीत कमी असणे आवश्यक असते. जमिनीमध्ये जाणारी विद्युत् अग्रे पाणी नेणाऱ्या किंवा इतर भूमिगत नळाला जमिनीशी जादा संयोग म्हणूनही जोडतात. ह्या बाबतीत प्रत्येक देशात निरनिराळे नियम आहेत. भारतीय मानकसंस्थेने यासंबंधी आय. एस. : ३०७०, १९६५ हे मानक प्रसिद्ध केले आहे. कोणत्याही प्रकारचे जादा संयोग वापरले, तरीसुद्धा प्रत्येक विद्युत् टोकाला जमिनीमध्ये जाणारे स्वतंत्र विद्युत् अग्र असले पाहिजे आणि त्याचा रोध १० ओहमपेक्षा जास्त नसावा. जमिनीमध्ये जाणाऱ्या विद्युत् अग्रांचा जमिनीशी प्रत्यक्ष स्पर्श ठेवणे आवश्यक असते. पुष्कळ वेळा जमिनीमध्ये तांब्याच्या गोलाकार कांबी गाडल्यास चांगला परिणाम होऊ शकतो. ह्या कांबी थंड अवस्थेत ओढून काढलेल्या कठीण तांब्याच्या किंवा फॉस्फर ब्राँझच्या असतात. त्या जमिनीमध्ये दोन ते तीन मी. पुरतात. जेव्हा जमिनीचा रोध खूपच कमी लागतो तेव्हा एकापेक्षा जास्त कांबी पुरतात. त्यांमधील अंतर पुरण्याच्या खोलीपेक्षा कमी ठेवीत नाहीत. जर मऊ तांब्याच्या पट्ट्या वापरावयाच्या असतील, तर त्या ४०० मिमी. खोलीच्या गटारासारख्या नालात पुरतात. एक किंवा अनेक गटारे समांतर किंवा उभी व आडवी वापरतात. त्यांमधील अंतर १·५ मी. पेक्षा कमी ठेवीत नाहीत.

ज्या वेळी स्फोटक व ज्वालाग्राही पदार्थ साठविणाऱ्या इमारतीला तडितेपासून संरक्षण द्यावयाचे असेल किंवा काही विशेष अडचणी नसतील तर वर सांगितलेले उपयोग योजण्यास हरकत नाही. विशेष अडचणी उपस्थित होत असतील तर मात्र एक उंच खांब (ज्याच्या त्रिज्याकोनामध्ये सर्व जवळच्या इमारती येऊ शकतील असा) उभारून तडितेपासून संरक्षण देता येते पण अशा सर्व गोष्टी या विषयातील तज्ञांच्या सल्ल्यावरून करणे जरूर असते. त्याचप्रमाणे तडित् संरक्षणाची कोणतीही योजना पूर्ण झाल्यावर किंवा तीत कोणताही बदल केल्यावर तज्ञाकडून दर वर्षी एकदा तरी ती तपासून घेणे आवश्यक असते.

पहा : तडित्.

संदर्भ : 1. Beck, E. Lightning Protection for Electric Systems, New York, 1954. 

           2. Dowes, C. L. Electrical Engineering, Vol II, New York, 1956. 

           3. Lewis, W. W. Protection of Transmission Systems Against Lighting, New York, 1965.

पाठक, म. वा. कुलकर्णी, पं. तु.

“