विद्युत् वितरण पद्धति

विद्युत् वितरण पद्धति : हा विद्युत् शक्ती प्रणालीचा एक भाग असून हिच्यामार्फत विजेचा व्यक्तीगत वापर करणारे वा ग्राहक यांना  वीज पुरविली जाते. सर्वसाधारणपणे घरे, उद्योगधंदे, व्यापारी ठिकाणे व ग्रामीण भाग या क्षेत्रांत व्यक्तिगत वापरासाठी वीज पुरविली जाते. प्राथमिक विद्युत् मंडले व त्यांना वीज पुरविणारी पुरवठा किंवा वितरण उपकेंद्रे, वितरण रोहित्रे (विद्युत् दाब बदलणारी साधने), ग्राहकांपर्यंत  जाणाऱ्या विद्युत् मंडलांसहित असणारी द्वितीयक विद्युत् मंडले आणि योग्य ती  संरक्षक व नियामक साधने यांचा विद्युत् वितरण पद्धती अंतर्भाव असतो. अशा प्रकारे मोठमोठ्या विद्युत् उत्पादन केंद्रांपासून ग्रहण केंद्रांपर्यंत जाणाऱ्या जास्त विद्युत् दाबाच्या मार्गाला प्रेषणमार्ग म्हणतात. या प्रेषणमार्गावर पुरवठा पद्धतीतील सर्वांत जास्त विद्युत् दाब असतो. व यांची लांबीही बरीच जास्त असते. या केंद्रांतून मध्यम दाबाचे मार्ग ग्राहकसमूहांच्या मध्यावर असलेल्या पुरवठा वा वितरण उपकेंद्रांपर्यंत वीज वाहून नेतात त्यांना संभरणमार्ग म्हणतात आणि येथून खुद्द ग्राहकांच्या घरापर्यंत वीज पोहोचविणाऱ्या मध्यम व कमी दाबाच्या मार्गांना वितरणमार्ग म्हणतात व या सर्वांना मिळून विद्युत् वितरण पद्धती म्हणतात.

वितरण पद्धतीचे महत्त्व : ग्राहकांना विद्युत् शक्ती पुरवताना ती शक्य तितक्या कमी दराने व मुबलक प्रमाणात देता येणे बऱ्याच गोष्टींवर अवलंबून असते. त्यात जनित्र (यांत्रिक ऊर्जेचे विजेत रूपांतर करणारे साधन), रोहित्र, प्रेषणमार्ग वितरण पद्धती, तसेच विद्युत् शक्तीच्या प्रत्यक्ष उपयोग करणारी साधने या सर्वांचीच क्षमता उत्तम असणे महत्त्वाचे असते पण या सर्वांच्या मूळ खर्चाचा विचार करता ऊर्जानिर्मितीकरता २५% खर्च होत असेल, तर वितरण पद्धतीसाठी  सु. ५५ ते ६०% खर्च करावा लागतो. व म्हणूनच वितरणमार्गाचे अभिकल्प (आराखडे) व स्थापनायांबाबत स्थानिक परिस्थितीचा फारच काळजीपूर्वक अभ्यास करून योग्य अशी वितरण पद्धती ठरविणे व्यापारी दृष्ट्या फार महत्त्वाचे असते.

उपकेंद्रे: विद्युत् शक्ती पुरवठा पद्धतीत उत्पादन केंद्रात निर्माण झालेली वीज ग्राहकांपर्यंत पोहचविली जात असता विद्युत् शक्तीच्या स्वरूपात काही बदल घडवून आणण्यासाठी वितरण क्षेत्राच्या मध्यभागाजवळ एखादी सोईस्कर जागा निवडून तेथे जरूर ती यंत्रसामग्री  स्थापन करून आवश्यक ते बदल घडवून आणतात. अशा जागेला पुरवठा पद्धतीतील उपकेंद्रे म्हणतात. अशा केंद्रात  मुख्यतः रोहित्रांच्या साहाय्याने विद्युत् दाब बदलणे, प्रेषसमार्गाचे दाब नियंत्रण करणे, मार्गाचा शक्तिगुणक (प्रत्यावर्ती म्हणजे उलटसुलट दिशेने वहनाऱ्या प्रवाहाच्या विद्युत् मंडलाची सरासरी शक्ती व भासमान शक्ती यांचे गुणोत्तर) सुधारणे, काही वेळा पद्धतीतील कंप्रता (दर सेकंदास होणारी आवर्तनांची संख्या) बदलणे, तसेच प्रत्यावर्ती प्रवाहाचे एकदिश (एका दिशेत वहनाऱ्या) प्रवाहात रूपांतर करणे यांचेबरोबर विद्युत् शक्तीचे मापन व नियंत्रण करणे अशी विविध कामे होतात. 

कमी शक्तीच्या छोट्या उपकेंद्रातील सर्व साहित्य छप्पर असलेल्या बंदिस्त जागेत ठेवता येते परंतु विशेषतः ज्या ठिकाणी जास्त विद्युत् दाब वापरलेला असेल, अशा मोठ्या उपकेंद्रांतील मोठ्या आकारमानाचे बरचसे साहित्य उघड्या जागीच ठेवलेले असते आणि फक्त फिरणारी  यंत्रे व काही थोडे नियामक साहित्य बसविण्यापुरतीच एक छप्पर असलेली इमारत बांधलेली असते. मात्र उपकेंद्रांतील उघड्यावर ठेवलेल्या  साहित्याभोवती सुरक्षिततेसाठी मजबूत कुंपन घालून कोणीही अनधिकृत व्यक्ती आत जाऊन साहित्यास स्पर्श करू शकणार नाही, अशी व्यवस्था करावी लागते.

अशा उपकेंद्रांतील साहित्य व यंत्रसामग्री यांची देखभाल करण्यासाठी बऱ्याच वेळा काही तज्ञ मंडळींची नेमणूक केलेली असते, तर काही वेळा हे काम आपोआप कार्य करणाऱ्या स्थानिक स्वयंचलित नियंत्रक यंत्राकडूनही करवून घेतात. अशा स्वयंचलित उपकेंद्रच्या कामाचे निरीक्षण, नियंत्रण दूर अंतरावरील मुख्य केंद्रातून करतात. अशा व्यवस्थेकरिता साधारणतः उपकेंद्रात अनेक प्रकारची अभिचालित्रे [अगदी अल्प शक्तीचा उपयोग करून मोठ्या शक्तीच्या विद्युत् मंडलात हवा तो बदल आणणारी साधने ⟶ अभिचालित्र] व या उपकेंद्राकडून प्रमुख केंद्राकडे व तेथून परत असा अभिचालित्रांचा प्रवाह वाहून नेणारे स्वतंत्र संवाहक वापरावे लागतात. हल्ली बऱ्याच वेळा यासाठी बिनतारी संदेशवहन पद्धतही वापरतात तसेच बऱ्याच ठिकाणी यासाठी मुख्य प्रवाह वाहून नेणाऱ्या वाहकांचाही उपयोग करून घेतात.

उपकेंद्रांमध्ये बसविण्याच्या सामग्रीमध्ये मुख्यतः पुढील गोष्टींचा समावेश असतो: (१) संयुक्त जातीचे एकच त्रिकला रोहित्र किंवा एकत्रित जोडलेली तीन निरनिराळी एककला रोहित्रे, (२) उच्च दाबाचा संबंध तोडणारे स्विच, (३) संमरण विद्युत् मंडल खंडक [विजेचा प्रवाह पूर्वनियोजित मूल्यापेक्षा जास्त झाल्यास आपोआप विद्युत् मंडल उघणारी विद्युत् चुंबकीय प्रयुक्ती ⟶ विद्युत् मंडल खंडक] व त्यालाच जोडलेले अतिप्रवाह अभिचालित्र, (४) विद्युत् मंडल खडकाच्या दोन्ही बाजूस ठेवलेले स्विच, (५) विद्युत् मंडल खंडकाला समांतर ठेवण्याचे एक जादा स्विच वगैंरे. अशा प्रकारच्या उपकेंद्रातील शक्ती नियंत्रणाच्या एकूण सर्व साहित्यास व साधनांस सर्वसाधारणपणे ‘स्विचगिअर’ असे म्हणतात. यात मंडलाची जोडणी करणारे, प्रवाहास अटकाव करणारे, प्रवाहाचे नियंत्रण करणारे साहित्य व काही संरक्षणात्मक सामग्रीचा समावेश होतो. 

वितरणमार्ग सर्वसाधारणपणे रस्त्याच्या कडेने उंच खांबांवरून नेलेले असतात पण काही  वेळा त्यामुळे रहदारीस अडथळे होण्याची शक्यता असेल तेथे केबलचा उपयोग करूनजमिनीखालूनही  हे मार्ग नेतात (उदा., रहदारीचे ठराविक प्रमुख रस्ते, व्यापारी क्षेत्रे इ.). ग्राहकांना विद्युत् पुरवठा करताना सोयीनुसार त्यांचे गट पाडून त्यांची मंडले ठरवून वितरणमार्ग कोणत्या रस्त्यावरून न्यावयाचा व त्याच्या संवाहाकांचे (तारांचे) छेद-आकारमान काय असावे ही ठरवितात. असे ठरवताना केवळ चालू मागणीचा विचार केला, तर सुरूवातीला खर्च बराच कमी येतो परंतु भावी काळात मागणीत वाढ व बदल होईल त्या वेळी संवाहकाचे आकारमान त्या प्रमाणात बदलावे लागते आणि कित्येक वेळा तर मार्गही बदलावे लागतात तसेच त्यासाठी पुन्हा बराच जादा खर्च करावा लागतो. 

विशेषतः मार्गामध्ये केबलींचा वापर केला असल्यास हा जादा खर्च बराच जास्त होतो. म्हणून संवाहकाचे आकारमान व वाहिनींचा मार्ग हे पुढील सु. दहा ते पंधरा येणाऱ्या सर्व संभाव्य मागण्यांचा विचार करून ठरवितात. त्यानुसार सुरूवातीलाच चालू मागणीसाठी लागणाऱ्या  आकारमाणापेक्षा  मोठ्या आकारमानाचे संवाहक वापरून विविध मार्ग असणे हे दूरगामी विचार करता जास्त हिताचे असते. काही मोठ्या कारखान्यांत वीज मोठ्या प्रमाणात वापरली जाते. त्यामुळे त्यांचे स्वतःचे उपकेंद्र असते. 

वितरण मार्गाच्या मुख्य पद्धती : (अ) एकदिश प्रवाहासाठी दोन संवाहक पद्धत [भार = दा X प्र] (आ) एकदिश प्रवाहासाठी दोन संवाहक पद्धत [भार = दा Xप्र _१] +(दा X प्र)_२]  (इ) प्रत्यावर्ती प्रवाह एककला 

दोन संवाहक पद्धत [भार = दा X प्र X कोज्या (f) (ई) प्रत्यावर्ती प्रवाह त्रिकला चार संवाहक पद्धत [भार = दा /√३ {प्र_१ X कोज्या (ϕ₁) + प्र_२X कोज्या (ϕ₂) + प्र_३X कोज्या (ϕ_३)}] आणि (उ) प्रत्यावर्ती प्रवाह त्रिकला तीन संवाहक पद्धत [भार = √३ X दा X प्र X कोज्या (ϕ)] ह्या वितरणमार्गाच्या मुख्य पद्धती आहेत [येथे दा – विद्युत् दाब, प्र – विद्युत् प्रवाह व कोज्या (ϕ) – भाराचा शक्तिगुणक आहे].

त्रिकला प्रत्यावर्ती  पद्धती ही जवळजवळ सर्वत्र वापरली जाते. अर्थात दोन कला व एकदिश विद्युत् प्रवाह पद्धती काही थोड्या ठिकाणी सुरूवातीपासून अजूनही वापरली जात आहे. वितरण पद्धतीत तांब्याच्या तारांऐवजी आता ॲल्युमिनियमाच्या तारा वापरतात. कारण ॲल्युमिनियमाच्या तारा स्वस्त पडतात. त्रिकला प्रेषण व उपप्रेषण तारांसाठी तीन तारांची गरज असतो. त्यांना कला-संवाहक म्हणतात. बहुतेक त्रिकला वितरण पद्धतीत तीन कला-संवाहक व एक समाईक किवां निर्विद्युत् (तटस्थ) संवाहक अशा एकूण चार तारा असतात. एककला शाखांमध्ये दोन तारा असून त्यांना मुख्य त्रिकला पुरवठ्यातून वीजपुरवठा होतो. या एककला शाखांमार्फत घरे, छोटी दुकाने वगैंरेंना वीज पुरवितात यामध्ये  भार सामाईक पुरवठा विद्युत् मंडलांना अनेकसरीत जोडतात.  

वरीलपैकी (अ) हा प्रकार लहान शक्तीच्या एकदिश वितरण पद्धतीमध्ये तसेच ट्रामगाडी आणि विद्युत् शक्तीवर चालणाऱ्या गाडीच्या मार्गासाठी वापरतात. (आ) हा प्रकार मोठ्या शक्तीच्या एकदिश प्रवाह वितरण पद्धतीत वापरतात. या प्रकारात मोठ्या (दुप्पट) विद्युत् दाबाचा फायदा मिळतो. त्यामुळे विद्युत् प्रवाह कमी होऊन संवाहकाच्या आकारमानात बरीच करता येते. (इ) हा प्रकार लहान शक्तीच्या प्रत्यावर्ती प्रवाह मंडलांकरिता आणि विद्युत् शक्तीवर चालणाऱ्या गाडीच्या मार्गावर वापरतात. (ई) हा प्रकार मोठ्या शक्तीच्या प्रत्यावर्ती प्रवाह मंडलाकरिता वापरतात. कमी दाबाच्या वितरणमार्गात एक निर्विद्युत् संवाहक वापरलेला असल्याने या पद्धतीत एकाच मंडलातून ग्राहकाला घरकामांसाठी व छोट्या उद्योगासाठीएककला प्रवाह व मोठमोठी औद्योगिक विद्युत् चलित्रे (विजेचे यांत्रिक ऊर्जेत रूपांतर करणारी  साधने) व इतर उपकरणांसाठी त्रिकला प्रवाह पुरविता येतो. आता बहुतेक सर्व प्रत्यावर्ती प्रवाहमार्गाच्या स्थापनेत हीच पद्धत प्रचलित आहे. (उ) ज्या वेळी फक्त त्रिकला उपकरणेच वापरली जातात किंवा ज्या वेळी तिन्ही कलांमधील स्वतंत्र भार ही संतुलित राहण्याची खात्री असेल  त्या वेळी निर्विद्युत् संवाहकाची गरज उरत नाही व त्यामुळे जवळजवळ एकचतुर्थांश तांब्याची बचत होते. व त्या वेळी ही पद्धत वापरतात. [⟶ प्रत्यावर्ती विद्युत् प्रवाह विद्युत् मंडल].

पुरवठा पद्धतीची सर्वसाधारण व्यवस्था : मोठमोठ्या कारखान्यांना विद्युत् शक्ती पुरविण्यासाठी मध्यम दाबाचे वितरणमार्ग स्थापन करतात. अशा मार्गावरील विद्युत् दाब  ३३,००० ते ११,००० व्होल्ट ठेवतात आणि इतर ग्राहकांसाठी  शहरातून जाणाऱ्या सर्वसाधारण  वितरणमार्गावर  दोन कला संवाहकांमध्ये ४०० ते ४५० व्होल्ट दाब असतो. आणि कला-संवाहक व निर्विद्युत् संवाहक यांमध्ये २२५ ते २५० व्होल्ट दाब मिळतो. ज्या मार्गावर असंतुलित प्रवाह फारसा नसतो अशा मार्गावर तांबे चढविण्यासाठी निर्विद्युत् संवाहकाचे आकारमान कला-संवाहकाच्या  ७/१० एवढेच ठेवतात पण ज्या ठिकाणी विद्युत् प्रवाह जास्त असंतुलित असण्याचा संभव असेल, तेथे निर्विद्युत् संवाहकचे आकारमान  संवाहकाएवढेच ठेवतात. फार मोठ्या विभागास विद्युत् पुरवठा करावयाचा असल्यास उपकेंद्रातून ११,००० व्होल्ट दाबाचे मार्ग असतात व या मार्गांवर जागोजागी स्थानिक मागणीनुसार छोटी छोटी त्रिकला रोहित्रे वापरून प्रत्येक ठिकाणच्या ग्राहकांना  २२५ ते २५० व्होल्ट एककला प्रवाह उपलब्ध करून दिला जातो. कोठलीही पद्धत वापरली तरी सर्वच ठिकाणी मूळ खर्च शक्य तेवढा कमी होईल व विद्युत् दाब सर्वत्र विशिष्ट मर्यादेत राहिल अशी खबरदारी घेतात. ग्राहकाने किती वीज वापरली ते किलोवॉट-तास या  एककात मोजतात व यासाठी किलोवॉट -तास मापक वापरतात. १ किलोवॉट (१,००० वॉट) या स्थिर दराने १ तासात वापरली जाणारी  वीज म्हणजे १ किलोवॉट-तास वीज होय.  

संरक्षण पद्धती : वितरण मार्गामध्ये कोठेही दोष उत्पन्न झाला, तर विद्युत् पुरवठ्यामध्ये व्यत्यय येतो. म्हणून दोष उत्पन्न होऊ नये यासाठी  संरक्षणात्मक साधने बसवितात. असे दोष उत्पन्न होण्यास अनेक कारणे असू शकतात. वितरण मार्गाचे संरक्षण करताना शक्यतो मार्गामध्ये कोठेही नुकसान होऊ नये, झालेच तर शक्य तितके कमी व्हावे व त्याचे क्षेत्रही अगदी मर्यादित रहावे, तसेच सदोष भाग सोडल्यास बाकीच्या सर्व भागांस नेहमीप्रमाणे नियमित वीज पुरवठा चालू ठेवता यावा, मुख्य उद्देश असतात. (१) अतिभारामुळे किंवा मंडल-संक्षेपामुळे (शॉर्ट सर्किटमुळे) उत्पन्न होणारा फार मोठा विद्युत् प्रवाह, (२) स्विच दाबले असता उत्पन्न होणाऱ्या विद्युत् दाबाच्या लाटेमुळे निर्माण होणारा अतिमोठा विद्युत् दाब, (३) विज पडल्यामुळे उत्पन्न होणारा अतिशय मोठा विद्युत् दाब, संवाहकावरील निरोधक (ज्यातून विद्युत् प्रवाह वाहू शकत नाही अशा) आवरणातील दोषामुळे उत्पन्न झालेली विद्युत् गळती, (५) कमी झालेला विद्युत् दाब वा विद्युत् पुरवठ्याचा पूर्ण अभाव, (६) प्रवाह किंवा शक्ती विरूद्ध दिशेने वाहू लागणे, (७) प्रवाहाची कंप्रता कमी होणे, (८) मोठ्या पक्ष्याच्या धक्क्यामुळे वा इतर कारणांनी संवाहक जागेवरून निसटणे इ. प्रमुख कारणांमुळे विद्युत् मंडलाला नुकसान पोहोचू शकते. 

या सर्वापासून संरक्षण मिळावे म्हणून काही उपोययोजना करावी लागते. अशी संरक्षण सामग्री अनेक प्रकारची असते परंतु त्यासाठीबराच खर्च येत असल्यामुळे आपल्या किमान गरजेप्रमाणे ती निवडावी लागते तसेच खर्चाच्या दृष्टीने ज्या ठिकाणी अशी सामग्री बसविणे इष्ट नसेल तेथे फक्त वितळतार (फ्यूज) धारक वापरून काम भागवितात [⟶ वितळतार]. संरक्षण सामग्रीमध्ये विद्युत् शक्तीच्या संबंध असेल तेथे बहुतेक सर्व ठिकाणी अभिचालित्राचा वापर केलेला असतो. या अभिचालित्राचा संबंध विद्युत् मंडल खंडकाशी जोडतात आणि मंडलामध्ये  कोणत्याही कारणाने दोष उत्पन्न झाल्यास मंडलाच्या दोन्ही बाजूंकडील विद्युत् मंडल खंडक कार्यरत होऊन सदोष भागाचा मंडलाच्या इतर भागांशी असलेला संबंध तोडून टाकला जातो तसेच उपकेंद्रामध्ये आग लागण्याचीही भीती असते. विशेषतः रोहित्रे स्विचे यांच्या संरचनेत जेथे तेलाची टाकी असते, तेथे आगीचा धोका विशेष संभवतो आग विझविण्याकरिता अनेक प्रकारची चांगली साधने उपलब्ध आहेत. त्यांतून कोणतीही साधने निवडता येतात. मोठ्या उपकेंद्रात रोहित्र व स्विच एका स्वतंत्र खोलीत बसवितात व तेथे आग लागला, तर ती सबंध जागा कार्बन डाय-ऑक्साइड वायूने भरून टाकतात. त्यामुळे आग लवकर आटोक्यात येते व ती इतरत्र पसरत नाही. 

विविधता गुणक व भार गुणक : पुरवठा पद्धतीमधील विद्युत् भार वेळोवेळी बदलत असतो. भाराची ही ‘विविधता गुणका’ने (विविधतांकाने) दर्शवितात. विद्युत् मंडलाच्या आंतरराष्ट्रीय व्याख्येनुसार विविधता गुणक = विविधग्राहकांच्या महत्तम भारांची -बेरीज (किंवॉ.)/संभरक मार्गावरील महत्तम भार (किंवॉ.) वेगवेगळ्या ग्राहकांच्या महत्तम भारांची वेळ सहसा एक नसतेती वेगवेगळ्या वेळी असते. त्यामुळे सर्व ग्राहकांच्या महत्तम भारांची बेरीज ही संभरकावरील कोणत्याही वेळेच्या महत्तम भारापेक्षा जास्त असते व त्यामुळे विविधता गुणक हा नेहमीच एकाहून जास्त असतो. तसेच विद्युत् उपकेंद्रावरच्या एकंदर भारांचे प्रमाण हे ‘भार गुणका’ने (भारांकाने) दर्शवितात. विद्युत् उपकेंद्राचा कोणत्याही वेळचा भार गुणक = त्या वेळी विद्युत् बाहेर पाठविण्यात येणारी प्रत्यक्ष शक्ती (किंवॉ.)/विद्युत् केंद्रातील चालू असलेल्या जनित्राची एकूण शक्ती उत्पादनक्षमता (किंवॉ.) बाहेर पाठविलेली प्रत्यक्ष शक्ती ही नेहमीच उत्पादनक्षमतेहून कमी असावयास हवी त्यामुळे भार नेहमीच एकाहून कमी असतो व तो अपूर्णाकात दर्शवितात. 

पहा: केबल फेरांटी, सेबॅश्चन झ्यानी दे भूयोजन विद्युत् नियंत्रण विद्युत् मंडल परिक्षण. 

संदर्भ : 1. Mears, J. W. Neale, R. E. Electrical Engineering Practice, Vol. I, London, 1958.

           2. Skortizzki, B. G. A., Ed., Electric Transmisson and Distribution, Vols. 3, New York, 1980.

           3. Weedy, B. M. Electric Power Systems, New York, 1979.

ओक, वा रा. कोळेकर, श. वा.

“