विद्युत् मंडल परिरक्षण : यांत्रिक शक्तीपासून विद्युत् शक्ती निर्माण करणाऱ्या जनित्र संचांपासून [⟶ विद्युत् जनित्र] ते विद्युत् शक्तीचा वापर करणाऱ्या उपकरणापर्यंत विद्युत् शक्तीचे वितरण करणाऱ्या, तसेच विद्युत् शक्तीचा उपयोग करणाऱ्या सामग्रीचा विद्युत् मंडलात समावेश होतो. या मंडलाचे स्थूलमानाने पुढील विभाग पाडता येतील : विद्युत् जनित्र, रोहित्र [एका विद्युत् दाबाच्या विद्युत् ऊर्जेचे भिन्न दाबांच्या ऊर्जेत रूपांतर करणारे साधन ⟶ रोहित्र]. संगमदांडा किंवा बसबार (सामान्यतः निरोधिक केलेला जाड, दृढ धातवीय संवाहक मोठा विद्युत् प्रवाह वाहून नेण्यासाठी अथवा अनेक विद्युत् मंडलांतील सामाईक संयोग तयार करण्यासाठी हा संवाहक वापरतात), वितरण तारा [⟶ विद्युत् वितरण पद्धति] तसेच चलित्र [विद्युत् शक्तीचे यांत्रिक शक्तीत रूपांतरण करणारे साधन ⟶ विद्युत् चलित्र], भट्टी, दिवे इ. वीज वापरणारी साधने. एक साध्यात साधे विद्युत् मंडल आ. १ मध्ये दाखविले आहे. हल्लीची विद्युत् मंडले मात्र अनेक जनित्रे असलेल्या विविध विद्युत् केंद्रांना जोडणाऱ्या जालकाच्या [⟶ विद्युत् जालक सिद्धांत] स्वरूपात फारच गुंतागुंतीची होत चालली आहेत. या मंडलांमध्ये कोठेही दोष निर्माण झाल्यास तो सदोष भाग इतर मंडलांपासून लवकरात लवकर बाजूला काढून उर्वरित मंडलातील विद्युत् प्रवाह नेहमीप्रमाणे चालू ठेवणे आणि सदोष भागातील दोष दूर करून तो भागसुद्धा तितक्या लवकर पुन्हा कार्यान्वित करणे, हे विद्युत् मंडल परिरक्षण व्यवस्थेचे प्रमुख कार्य असते. सदोष भाग मंडलातून वेगळा करण्यासाठी जागोजागी विद्युत् मंडल खंडक [मंडलातील प्रवाह खंडित करण्याची साधने ⟶ विद्युत् मंडल खंडक] बसविलेले असतात.
मंडलात दोष निर्माण होताच अभिचालित्रामार्फत [अत्यल्प शक्ती वापरून मोठ्या शक्तीच्या विद्युत् मंडलात हवा तो बदल घडवून आणणाऱ्या विद्युत् साधनामार्फत ⟶ अभिचालित्र] मंडल खंडकास संदेश मिळून मंडल खंडक काही विवक्षित वेळेत उघडतो. त्यासाठी आ. १ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे मंडलाचे विविध भाग पाडलेले असतात आणि त्या त्या विभागात निर्माण झालेल्या दोषामुळे तेवढाच मंडल खंडक उघडून उर्वरित मंडलाचे परिरक्षण केले जाते. अतिमहत्त्वाच्या, जास्त संवेदनशील अथवा ज्या ठिकाणी नेहमीच दोष उत्पन्न होण्याची शक्यता असते अशा जागी, तसेच मंडलाचा कोठलाही भाग असुरक्षित राहू नये म्हणून बऱ्याच वेळा शेजारशेजारच्या दोन परिरक्षण व्यवस्था एकमेकींत गुंतविलेल्या म्हणजे परस्परव्यापी असतात. अशा ठिकाणी काही वेळा एकाच दोषामुळे दोन अथवा जास्त मंडल खंडक उघडण्याचीही शक्यता असते व मंडलाची एकूणच विश्वसनीयता वाढविण्याच्या दृष्टीने ते आवश्यक असते.
परिरक्षणाचे मूलतत्त्व : आ. २ मध्ये मंडलाचा संरक्षित भाग (८) दर्शविलेला आहे. ज्या वेळी त्या भागात कोठलाही दोष निर्माण होतो, त्या वेळी दाब-रोहित्र (६) आणि प्रवाहरोहित्र (७) यांच्यामार्फत अभिचालित्रास (२) संदेश मिळतो आणि त्याच्या फिरणाऱ्या भागाला (चलस्पर्शकाला) प्रेरणा प्राप्त होऊन तो गतिमान होतो. हा भाग काही अंतर पुढे गेल्यानंतर अभिचालित्राचे स्थिर व चल स्पर्शक (५) एकमेकांस जोडले जाऊन मंडल खंडकाच्या खंडन वेटोळ्याचे मंडल पूर्ण होते आणि त्यातील विद्युत् घटामुळे (४) वेटोळ्यातून एकदिश (एकाच दिशेत वाहणारा) विद्युत् प्रवाह वाहू लागतो. त्यामुळे निर्माण झालेल्या चुंबकीय क्षेत्राचा उपयोग करून मुख्य मंडल खंडक काही विशिष्ट वेळात पूर्णपणे उघडला जातो. अशा रीतीने मंडलाचा सदोष भाग मंडलापासून अलग होतो. त्याबरोबर मंडलातील दोषप्रवाह कमी होऊन अभिचलित्राचा चलस्पर्शक परत मूळ जागेवर येतो. कित्येक वेळा याबरोबरच धोकासूचक घंटा वाजण्याची व्यवस्थासुद्धा केलेली असते. मंडलात एक द्वितीयक अथवा पर्यायी खंडक (९) बसविलेला असतो. त्याचा उपयोग मंडल परिरक्षणासाठी, तसेच अभिचालित्र मंडलाची देखरेख आणि दुरुस्ती यांसाठी होतो.
प्राथमिक आणि द्वितीयक परिरक्षण व्यवस्था : कोठल्याही मोठ्या विद्युत् मंडलात एक महत्त्वाची मुख्य प्राथमिक परिरक्षण व्यवस्था असते. तसेच काही कारणांमुळे या प्राथमिक परिरक्षण व्यवस्थेतच दोष निर्माण झाला, तर त्यामुळे मंडल खंडक योग्य वेळात न उघडल्यामुळे होणारे धोके टाळण्यासाठी एक द्वितीयक अथाव पर्यायी परिरक्षण व्यवस्थासुद्धा ठेवलेली असते. मुख्य परिरक्षण व्यवस्था काम करीत नाही हे लक्षात आल्यानंतरच ही पर्यायी परिरक्षण व्यवस्थासुद्धा ठेवलेली असते. मुख्य परिरक्षण व्यवस्था काम करीत नाही हे लक्षात आल्यानंतरच ही पर्यायी व्यवस्था काही ठराविक वेळानंतर कार्यान्वित होते. तसेच मुख्य परिरक्षण व्यवस्था दुरुस्तीसाठी, नैमित्तिक देखभालीसाठी अथवा तिच्यातील बदल व सुधारणा यांसाठी बाहेर काढली असल्यास तेवढ्या वेळेपुरती द्वितीयक (पूरक) परिरक्षण व्यवस्थाच मुख्य परिरक्षण व्यवस्था म्हणून काम पाहू शकते. दोन्हीही परिरक्षण व्यवस्था एकमेकींपासून पूर्णपणे वेगवेगळ्या ठेवलेल्या असतात. त्यामुळे कोठल्याही एका व्यवस्थेत बिघाड झाल्यास दुसरी व्यवस्था कार्यान्वित होऊन मंडल परिरक्षण निश्चितपणे होऊ शकते.
विद्युत् परिरक्षणातील महत्त्वाच्या बाबी : मंडल परिरक्षणाबाबत प्रामुख्याने पुढील गोष्टींचा विचार करावा लागतो : (१) गती : मंडलात दोष निर्माण झाल्यापासून मंडल पूर्णपणे उघडण्यास लागलेला एकूण वेळ म्हणजेच परिरक्षणाची गती होय. ही गती प्रत्यावर्ती (उलट सुलट दिशांनी वाहणाऱ्या) प्रवाहाच्या बाबतीत पूर्ण आवर्तनांच्या स्वरूपात मोजतात. (२) संवेदनक्षमता : दोष निर्माण झाल्यास अभिचालित्र काम करू लागले, अशा किमान विद्युत् प्रवाह पातळीस संवेदनक्षमता असे म्हणतात. (३) दोष पृथक्करणक्षमता : मंडलाची उत्तम तसेच सदोष स्थिती यांमधील फरक स्पष्टपणे समजणे, तसेच आपल्या कक्षेतील आणि कक्षेबाहेरील दोष यांमधील फरक समजणे यास दोष पृथःकरणक्षमता म्हणतात. (४) विश्वसनीयता : दोष निर्माण झाल्यानंतर निश्चितपणे कार्यान्वित होणे हे ज्याप्रमाणे आवश्यक आहे त्याचप्रमाणे दोष नसताना कधीही कार्यान्वित न होणे हेही तितकेच महत्त्वाचे आहे. या दोन्ही गोष्टींवरून परिरक्षणव्यवस्थेची विश्वसनीयता ठरते. (५) स्थैर्य : कित्येक वेळा बाहेरील अथवा मंडलाच्या क्षेत्रातील काही अकल्पित घडामोडींमुळे मंडलात क्षणैक दोषसदृश परिस्थिती निर्माण होते पण काही वेळातच स्थिती पूर्ववत होऊन मंडल पूर्ण कार्यक्षमतेने परत विद्युत् पुरवठा करण्यायोग्य होते. अशा वेळी कार्यान्वित न होणे यांस स्थैर्य असे म्हणतात.
विद्युत् परिरक्षणाच्या पद्धती : मंडल परिरक्षणाच्या दोन प्रमुख पद्धती आहेत. पहिली पद्धत परिरक्षित क्षेत्राच्या दोन टोकांतील विद्युत् प्रवाह, विद्युत् दाब आदि परिमाणांतील फरकांवर आधारित असते. परिरक्षणाची दुसरी पद्धत मंडलाच्या एकूण विद्युत् रोधावर अवलंबून असते. विद्युत् दोष निर्माण होतो त्या वेळी मंडलाचा विद्युत् रोध एकदम कमी होतो. याचा उपयोग करूनही मंडल खंडित करता येते.
मंडलातील विविध भागांचे विभागशः परिरक्षण : जनित्र परिरक्षण : जनित्राचे खालील गोष्टींपासून संरक्षण केले जाते.
अतिप्रवाह : जनित्रातील उष्णतानिर्मितीचे प्रमाण त्यातून वाहणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाच्या वर्गावर अवलंबून असल्याने प्रमाणापेक्षा जास्त प्रवाह आणि तोही बराच वेळ वाहत राहिल्यास जनित्रातील गुंडाळीवरील निरोधक पेटण्याची किंवा गरम होऊन खराब होण्याची भीती असते परंतु साधारणपणे चलित्रासारखी विद्युत् यंत्रणा चालू करताना फारच थोड्या वेळापुरता येणाऱ्या अतिप्रवाहाने असे नुकसान होण्याची शक्यता नसते म्हणून अशा वेळी खंडक ताबडतोब उघडण्याची गरज नसते. त्यासाठीच खंडनाची क्रिया सुरु करावयास लागणाऱ्या अवधीचे अतिप्रवाहाशी व्यस्त प्रमाण ठेवलेले असते. तसेच प्रेषण तारांच्या खंडकांच्या खंडन-अवधीपेक्षा जनित्र खंडकांचा खंडन-अवधी जास्त ठेवलेला असतो.
विरुद्धशक्ती : काही अनिश्चित कारणांमुळे जनित्राला त्याची यांत्रिक शक्ती मिळेनाशी झाली, तर ते संगमदांड्यापासून शक्ती घेऊन चलित्र म्हणून फिरू लागते आणि त्यातील प्रवाह उलट दिशेने वाहू लागतो. ही स्थिती श्रेयस्कर नसल्याने अशा ठिकाणी विरुद्धशक्ती (उलट प्रवाह) अभिचालित्र [⟶ अभिचालित्र] वापरतात. याचा खंडन-अवधी फारच कमी असतो आणि भारांक (सरासरी विद्युत् भार व शिखर-कमाल-विद्युत् भार यांचे गुणोत्तर) सुद्धा १० ते २०% एवढा असतो
जनित्रातील अंतर्गत दोष : (१) वेटोळ्यांचा जमीनसंपर्क : जनित्रांच्या वेटोळ्यांभोवतालचे निरोधक आवरण कालांतराने ठिसूळ आणि दुर्बल होऊन त्यांतून विद्युत् प्रवाह मोठ्या प्रमाणावर जमिनीत झिरपू लागतो. हा प्रवाह पूर्ण भाराच्या केवळ ५% पर्यंत वाढला, तरी त्यामुळे उरलेले इतर निरोधक पेटून फार मोठी हानी होते. अशा वेळी ‘जमीन-दोष-अभिचालित्र’ ताबडतोब मंडल खंडनाचा आदेश देते.
(२) दोन कला-वेटोळ्यांतील संपर्क दोष : हाही अंतर्गत दोष फार मोठी हानी करू शकतो. कित्येक वर्षे व्यवस्थित चालत असलेल्या जनित्रात जर असा अंतर्गत दोष निर्माण झाला, तर अशा वेळी फक्त मुख्य जनित्र खंडक उघडून हानी थांबवता येत नाही, तर त्याशिवाय जनित्राच्या क्षेत्रीय चुंबकाचा एकदिश प्रवाह फिरणारे यंत्र आणि हवेचा झोत हे सर्वच थांबविल्यास फारसे नुकसान न होता थोड्या दुरुस्तीनंतर जनित्र पुन्हा पूर्ववत चालू करता येते.
एकूण सर्व विचार करता जनित्राचे अंतर्बाह्य दोषांपासून परिरक्षण करण्यासाठी अतिभारापासून, जमीन संपर्कापासून, विद्युत् शक्तीपासून आणि अंतर्गत दोषांपासून परिरक्षण करण्याची व्यवस्था करतात. [⟶ विद्युत् जनित्र].
रोहित्राचे परिरक्षण : रोहित्र बाह्य मंडलाशी जोडणाऱ्या खंडकांसाठी जनित्राप्रमाणेच अतिभार, बाह्य जमीन संपर्क आणि विरुद्धशक्ती अभिचालित्र वापरतात. तसेच अंतर्गत दोषांकरिता रोहित्राकडे येणाऱ्या आणि जाणाऱ्या प्रवाहाचे मूल्य आणि कला यांत फरक असल्याने त्यांचा योग्य प्रकारे उपयोग करून घेऊन जनित्राप्रमाणेच याते परिरक्षण करता येते. अंतर्गत दोषाच्या वेळी रोहित्राचे जास्त दाबाकडील आणि कमी दाबाकडील असे दोनही खंडक उघडणे आवश्यक असते. याशिवाय रोहित्र परिरक्षणास संवेदनशील सखोल अभिचालित्रसुद्धा वापरतात. या अभिचालित्रात रोहित्राच्या नेहमीच्या पूर्ण भारावर, त्यातील तेल थोडे गरम झाले, तरी त्याचे विघटन होत नाही पण सदोष प्रवाहामुळे मात्र तेलाचे विघटन होऊन त्यातून मोठ्या प्रमाणात वायू बाहेर पडतो. रोहित्राच्या माथ्यावर ठेवलेल्या तेलसंरक्षक टाकीकडे जाणाऱ्या नळावर एक छोटी दंडगोलाकार टाकी बसविलेली असते. या टाकीत दोन तरंड (तरंगणारे धातूचे गोल) असतात. विघटनामुळे निर्माण झालेल्या वायूची राशी व रंग बाहेरून दिसावा यासाठी हिच्या बाजूस काच बसविलेली असते. वायू प्रमाणापेक्षा जास्त झाल्यास लहान टाकीतील तेलात येऊन बुडबुड्यांच्या रूपात तेलावर साचत व तेलाची पातळी खाली जाऊन वरचा तरंड खाली येऊन, त्याच्या दांडीवर बसविलेल्या ‘पारा स्विच’ मुळे धोक्याची घंटा वाजते आणि तरीही ठराविक वेळात दोष दूर करण्याची व्यवस्था न झाल्यास अथवा अन्य कारणाने दोष प्रवाह जास्त वाढल्यास उष्ण तेल आणि वाफ वेगाने संरक्षक टाकीके वाहू लागते. या प्रवाहामुळे खालचा तरंड सरकविला जाऊन त्याच्या दांड्यावरचे पारा स्विच कार्यान्वित होऊन रोहित्राचे उच्च व कमी दाबाकडील खंडक एकदम उघडतात आणि पुढील धोके टळतात.
प्रेषण आणि वितरण सारांचे परिरक्षण : यात प्रामुख्याने विविध प्रकारच्या लघुमंडलांमुळे (मंडल संक्षेपांमुळे) वाहणाऱ्या अतिप्रवाहापासून परिरक्षण करणे जास्त महत्त्वाचे असते. त्याचे विविध प्रकार पुढीलप्रमाणे असतात.
(अ) मंडलात क्रमाक्रमाने जास्त जास्त वेळात उघडणारे मंडल खंडक एकसरीत जोडलेले असतात. आ. ३ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे अ, ब, क या ठिकाणी ०·३ सेकंद, ०·८ सेकंद आणि १·८ सेकंद या कालावधींनी उघडणारे मंडल खंडक बसविलेले आहेत. क च्या पलीकडील प्रेषण मंडलात दोष निर्माण झाल्यास क जवळचा खंडक उघडेल आणि ताबडतोब क च्या अलीकडील मंडलातील प्रवाह नेहमीनुसार होऊन जाईल व अर्थातच अ आणि ब जवळील खंडक उघडण्याचे कारण पडणार नाही, पंरतु काही कारणाने या क पलीकडील दोषाने क जवळील खंडक उघडलाच नाही, तर अनुक्रमे ब णि अ जवळील खंडक काही वेळानंतर उघडतील. हेच द्वितीयक परिरक्षणाचेही उदाहरण होय. अशाच प्रकारे बक मधील दोषाच्या वेळी ब आणि अब मधील दोषाच्या वेळी अ खंडक उघडेल.
(आ) मंडलात वरीलप्रमाणेच पण क्रमाक्रमाने जास्त विद्युत् प्रवाहास उघडणारे मंडल खंडकसुद्धा बसविता येतात. उदा., आ. ३ मध्येच अ, ब, क या ठिकाणी परिरक्षणासाठी अनुक्रमे १२, १०, ५ अँपिअरसाठी उघडण्याची क्षमता असलेले खंडक बसविता येतात.
वरील खंडक हे एकाच दिशेने जाणाऱ्या एकेरी विद्युत् मंडलात उपयोगी पडतात पण गुंतागुंतीच्या कडीच्या स्वरूपातील मंडलांसाठी प्रवाहाच्या दिशेस अनुसरून उघडणारे खंडक बसवावे लागतात.
(इ) प्रेषण मार्गाचा एकूण रोध मार्गाच्या लांबीवर अवलंबून असतो. प्रेषण मार्गात कोठेही दोष उत्पन्न झाल्यास मार्गाचा रोध त्या प्रमाणात कमी होतो. त्यामुळे मार्गाचा रोध विवक्षित मर्यादेपेक्षा कमी झाल्यास कार्यान्वित होणारे अभिचालित्र वापरूनसुद्धा मंडल परिरक्षण करता येते.
(ई) आ. २ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे प्रेषण मार्गात अ आणि ब या ठिकाण साधारण कार्यक्षम स्थितीत सारखाच विद्युत् प्रवाह वाहत असतो परंतु या परिरक्षित क्षेत्रात कोठेही (क या ठिकाणी) दोष निर्माण झाल्यास जनित्राकडून क कडे येणाऱ्या प्रवाहात फार मोठ्या प्रमाणात वाढ होते व त्याच वेळी मंडलातील दाब कमी झाल्यामुळे मंडलाच्या दुसऱ्या टोकातील (ब) विद्युत् प्रवाह मूल्य एकदम कमी होते. या त्यांच्यातील फरकाचा उपयोग करून मंडल खंडित करता येते पण त्यासाठी अ पासून ब पर्यंत दोन अतिरिक्त द्वितीयक तारा बसवाव्या लागतात. अ व ब या ठिकाणी बसविलेल्या प्रवाह रोहित्राच्या साहाय्याने मुख्य तारांतील प्रवाहानुसार द्वितीयक तारांत दोन्ही बाजूंकडून प्रवाह येतो आणि अभिचालित्र वेटोळ्यांत त्यांची वजाबाकी होते. कार्यक्षम स्थितीत ही वजाबाकी शून्य असते. त्यामुळे अभिचालित्रावर काहीच परिणाम होत नाही पण दोष उत्पन्न होताच दोन बाजूंतील फरकामुळे अभिचालित्रातून प्रवाह वाहू लागून मंडल खंडित होते. यातही ‘विद्युत् प्रवाह संतुलन’ वा ‘विद्युत् दाब संतुलन’ अशा दोन प्रकारांनी मंडल खंडित करता येते.
मुख्य तारेतूनच दोषसंदेशवहन : प्रेषण तारांच्या दोन टोकांतील विद्युत् प्रवाहामधील फरक मिळविण्यासाठी वरील पद्धतीमध्ये मुख्य परिवहन तारांशिवाय दोन जास्त तारांची गरज भासते. त्यामुळे खर्च तर वाढतोच पण या द्वितीयक ताराच तुटल्या किंवा त्यांच्यातच काही दोष उत्पन्न झाला, तरी परिरक्षण व्यवस्था कोलमडून पडते. म्हणून हल्ली अति-उच्च दाबाच्या आणि जास्त लांबी असलेल्या वितरण तारांच्या परिरक्षणासाठी संदेशवाहक प्रवाहाची पद्धत जास्त प्रचलित आहे. या पद्धतीत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या मुख्य तारांचाच दोषसंदेशवहनासाठीसुद्धा उपयोग केला जातो. मात्र हे संदेश ३० ते ५० किलोहर्ट्झ या आवर्तनांचे असतात. प्रेषण तारांतील ५० हर्ट्झ आवर्तनांच्या प्रमुख विद्युत् प्रवाहात हे संदेश मिसळण्यासाठी, तसेच दुसऱ्या बाजूस ते प्रमुख विद्युत् प्रवाहापासून अलग करण्यासाठी स्वतंत्र यंत्रणा प्रेषणमार्गाच्या दोन्ही बाजूस बसवावी लागते. प्रवाह पाठवणाऱ्या आणि प्रवाह घेणाऱ्या अशा दोन्ही बाजूंमधील प्रवाहाच्या फरकावर या यंत्रणेचे कार्य अवलंबून असते. त्यांच्यातील प्राहाची दिशा अथवा त्यांच्यातील कलांतर (कला कोन) याचा उपयोग करून अभिचालित्राच्या मदतीने खंडक उघडतो. याच उपकरणांचा तारांच्या परिरक्षणाखेरीज दूरसंदेशवहन यासारख्या अन्य कामांसाठीसुद्धा उपयोग होऊ शकतो.
विद्युत् मंडल परिरक्षणाच्या क्षेत्रातील प्रगतीचा पुढचा टप्पा म्हणजे बिनतारी रेडिओसंदेश परिवहनाचा उपयोग हा होय. या पद्धतीत संदेश पाठविणारी आणि संदेश घेणारी यंत्रणा एकमेकींच्या दृष्टिपथात असावी लागते. ही यंत्रणा दोन्ही ठिकाणी उंच मनोऱ्यावर एकमेकींकडे तोंड करून बसवितात. यात पृथ्वीची नैसर्गिक वक्रता, तसेच स्थानिक भूरचना यांचा विचार करून दोन केंद्रांतील अंतर ठरवावे लागते. सर्वसाधारणपणे हे अंतर ५० ते ६० किमी.पर्यंत असते. ही पद्धती बरीच महागडी असली, तरीही खात्रीलायक आणि इतर विद्युत् गोंगाटापासून मुक्त असल्यामुळे जास्त प्रमाणात स्वीकारली जाते.
पहा : अभिचालित्र विद्युत् मंडल विद्युत् मंडल खंडक.
कर्डिले, के. वि. कोळेकर, श. वा.
“