විදුලිය බෙදා හරිනු ලබන්නේ කෙසේද? How Electricity Is Distributed?

විදුලිය බෙදා හරිනු ලබන්නේ කෙසේද?

 

විදුලිය අපේ ජීවිතයට අත්‍යවශ්‍ය බැවින් විදුලිය නැති ලෝකයක් ඔබට සිතාගත නොහැකිය. ඔබ පරිභෝජනය කරන විදුලිය පැමිණෙන්නේ විදුලි ජනන ස්ථානයකිනි. විදුලි බලාගාරයක් ලෙසද හැඳින්වේ.
විදුලිබල උත්පාදනය යනු නිෂ්පාදනයේ සිට පරිභෝජනය දක්වා අපගේ ආසන්න ගමනේ පළමු පියවර පමණි. විදුලිය මාරාන්තික භයානක බැවින් විදුලිබල ජාලයක් තැනීම, ක්‍රියාත්මක කිරීම හා නඩත්තු කිරීම සම්බන්ධ අභියෝග රාශියක් ඇත. එම අභියෝග බොහොමයක් බලාගාරයේ දී පාලනය ව‌ෙි. බොහෝ විට පෙනෙන්නේ වයර් සහ උපකරණ අවුල් සහගත හා භයානක අවුල් ජාලයක් ලෙස ය.
විදුලිබල ජාලයක් යනු සියලු විදුලි නිෂ්පාදකයින් සහ පරිශීලකයින් සාමූහිකව සම්බන්ධ කරන වයර් ජාලයක් පමණක් නොවේ. ඇත්තනේම, විදුලිය නිෂ්පාදනය කොටස් තුනකට බෙදා ඇත; උත්පාදනය, සම්ප්‍රේෂණය, බෙදා හැරීම.(generation, transmission, distribution)

උපපොළ (Substation)

විදුලිය බෙදා හැරීමේ කොටස සඳහා උප පොළවල් වගකිව යුතුය. උපපොළක් යනු විදුලිබල පද්ධතියේ විවිධාකාර වැදගත් කාර්යභාරයන් ඉටු කරන ස්ථානයකි. පොදුවේ ගත් කල, විදුලිබල ජාලයෙන් අදහස් වන්නේ විදුලි ජනක යන්ත්‍ර(generators) වලින් ඔබේ නිවසට පැමිණෙන බවයි.
උපපොළක කාර්යභාරය රඳා පවතින්නේ විදුලි ජාලයට සම්බන්ධ වන අවසාන පාරිභෝගිකයින්ගේ අවශ්‍යතා, ප්‍රමාණ සහ විශ්වසනීය අවශ්‍යතා මත ය.
උපපොළක වඩාත් සරල කාර්යභාරය වන්නේ විදුලි ජාලයන් Switch කිරීමයි. උපපොළක සාමාන්‍ය layout එක සමන්විත වන්නේ conductors ලෙස හැඳින්වෙන විදුලි රැහැන්(electric lines) ගණනකින් ය. මෙම අධි වෝල්ටීයතා සන්නායක විදුලිබල ජාලයේ ඊළඟ පියවරට යාමට පෙර උපකරණ මාලාවකට සම්බන්ධ වේ.
මෙම විවිධ උපාංග සමඟ සම්බන්ධතාවය Bus system ලෙස හැඳින්වේ. Bus සැකැස්ම ඕනෑම උපපොළක සැලසුමේ තීරණාත්මක කොටසකි, මන්ද එය සමස්ත විශ්වසනීයත්වයට විශාල බලපෑමක් කළ හැකි බැවිනි.

 

විදුලිය බිද දමන්න‌ෙ ඇයි?

විදුලිබල පද්ධතිය‌ේ බෙදා හැරීමේ ස්ථානයක් ලෙස, උපපොළක් බොහෝ විට විදුලි රැහැන් විසන්දි  කිරීම කරයි.  උපපොළක විදුලි රැහැන් පද්ධති කිහිපයක් ඇති නිසා එක් විදුලි රැහැනක දෝෂයක් හේතුවනේ එක් සම්ප්‍රේෂණ මාර්ගයක් බිද වැටුණද සම්පූර්ණය‌ෙන් ම උපපොළ බිද න‌ොවැට‌ෙන බව සහතික කරයි.
බොහෝ විදුලි රැහැන් හැසිරවීම එක් විදුලි රැහැනකට වඩා සංකීර්ණ ය. උපපොළක ඉඳහිට අක්‍රමිකතා හෝ නිතිපතා නඩත්තු කිරීමට අවශ්‍ය දේවල් තිබේ.
විදුලි යටිතල පහසුකම් බොහොමයක් එළිමහනේ නිරාවරණය වන හෙයින්, අකුණු සැර වැදීම, ගස් කඩා වැටීම, සුළං කුණාටු වලට ඒවා මුහුණ දෙති.
එවැනි හදිසි අවස්ථාවකදී මුළු උපපොළම බිද වැටීම වළක්වා ගැනීම සඳහා විදුලි රැහැන් විසන්දි කිරීමට, විදුලිය ගලායාම පාලනය කළ හැකි ස්විචයන් උප පොළවල් සතුව ඇත.
ඔබ ඔබේ නිවසේ ස්විචයක් ක්‍රියා විරහිත කිරීම ‌මෙන් විදුලි රැහැන් වසා දැමීම පහසු යැයි ඔබ සිතනු ඇත. නමුත් අධි වෝල්ටීයතා විදුලි රැහැන් සක්‍රිය හා අක්‍රිය කිරීම 220v ආලෝක ස්විචයක් දැමීම තරම් සරල නොවේ. ඉහළ වෝල්ටීයතාවයකදී, වාතයට පවා සන්නායකයක් ලෙස ක්‍රියා කළ හැකිය, එයින් අදහස් වන්නේ ඔබ විදුලිය විසන්දි කළත්, විද්‍යුත් චාප ලෙස හැඳින්වෙන සංසිද්ධියක් තුළන් විදුලිය දිගටම ගලා යා හැකි බවයි. විද්‍යුත් චාප අනපේක්ෂිත බැවින් වාතය හරහා ගලා යන විදුලිය ඇදහිය නොහැකි තරම් භයානක ය. එබැවින්, උපපොළක විදුලිය අවසන් කිරීම ඉහළ වෝල්ටීයතාවයක් හැසිරවීම සඳහා විශේෂෙයන් නිර්මාණය කරන ලද උපකරණ ඇත.

උපපොළක තිබනෙ උපකරණ හා ඒවාය‌ේ කාර්යය (Substation)

ට්‍රාන්ස්ෆෝමර (Transformers)

විශාල බලාගාර වලදී විදුලිය 10-30 kV පමණ වෝල්ටීයතාවයකින් නිපදවනු ලැබේ. එතැන් සිට ට්‍රාන්ස්ෆෝමර් භාවිතයෙන් වෝල්ටීයතාව ඉහලදමයි. එමඟින් විදුලිය සම්ප්‍රේෂණ මාර්ග ඔස්සේ ගමන් කළ හැකි ව‌ෙි. වැඩි වෝල්ටීයතාවයක් භාවිතා කිරීමෙන් මඟදී සිදුවන පාඩු(losses) අවම වන අතර එය වඩාත් කාර්යක්ෂම වන අතරම වඩා භයානක වේ.
වෘක්ෂලතා සහ මානව ක්‍රියාකාරකම් වලින් ඈත් කර තැබීමට උඩිස් සම්ප්‍රේෂණ මාර්ග(overhead transmission) ඉතා ඉහළ මට්ටමක පවතින්නේ එබැවිනි. නමුත් සම්ප්‍රේෂණ මාර්ග(transmission lines) උපපොළවල් කරා ළඟා වූ විට, බෙදා හැරීමට පෙර උපපොළක පිහිටා ඇති ට්‍රාන්ස්ෆෝමර් භාවිතා කරමින් විදුලිබල පද්ධතියේ වෝල්ටීයතාව නැවත පහළට ගෙන යා යුතුය.
ට්‍රාන්ස්ෆෝමරයක් යනු ක්‍රියාත්මක වීමට ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරාව මත රඳා පවතින උපකරණයකි. එහි වයර් දඟර(coils) දෙකකින් සමන්විත වේ. එක් දඟරයක වෝල්ටීයතාවය වෙනස් වන විට එය චුම්බක ක්ෂේත්‍රයක් නිර්මාණය කරයි. මෙම ක්ෂේත්‍රය වෝල්ටීයතාවයක් ඇති කරන අනෙක් දඟරය සමඟ චුම්බක ක්ෂේත්‍රය හරහා සම්බන්ධ වේ.
ට්‍රාන්ස්ෆෝමරයක විද්‍යුත් පරිවර්තනය එක් එක් දඟරයේ ඇති ලූප ගණන(loop ratio) මත රදා පවතී. ප්‍රේරිත වෝල්ටීයතාවය ලූප් අනුපාතයට සමානුපාතික වේ. උදාහරණයක් ලෙස, ට්‍රාන්ස්ෆෝමරයක සම්ප්‍රේෂණ පැත්තට ලූප 1000 ක් සහ බෙදාහැරීමේ පැත්තට 100 ක් තිබේ නම්, බෙදා හැරීමේ පැත්තෙහි වෝල්ටීයතාව සම්ප්‍රේෂණ පැත්තට සාප‌ේක්ෂව 10 ගුණයකින් අඩු වේ. මෙමය මඟින් විදුලිබල ජාලයේ එක් එක් කොටසෙහි ආරක්ෂාව සහ කාර්යක්ෂමතාව සඳහා අවශ්‍ය වෝල්ටීයතාව ඉහළට හෝ පහළට ගෙන යා හැකිය.
ට්‍රාන්ස්ෆෝමර්වල මූලධර්මයන් සරලය, නමුත් එයින් උපපොළෙන් ඉවත්ව යන බලය සෑම විටම ඒකාකාරී කිරීම දුෂ්කරය.
මේ නිසා, බොහෝ උපපොළවල විදුලිබල පද්ධතියේ බලය නිරීක්ෂණය කිරීම සහ පාලනය කිරීම සඳහා උපකරණ ඇතුළත් වේ. 

Instrument transformers

Instrument transformers යනු විදුලිබල පද්ධතියේ වෝල්ටීයතාවය හෝ ධාරාව මැනීමට හෝ පද්ධති අධීක්ෂණ උපාංගවලට බලය සැපයීමට භාවිතා කරන කුඩා ට්‍රාන්ස්ෆෝමර් ය. විවිධ සම්ප්‍රේෂණ සහ බෙදා හැරීමේ පාඩු මත පදනම්ව, ජාලකයේ වෝල්ටීයතාවය පිළිගත හැකි පරාසයකින් පිටතට හැරවිය හැකිය. 

 

ස්විච්ජියර (SwitchGear)

විසන්ධි කිරීමේ ස්විචයන්(Switches) බොහෝ විට "ස්විච්ජියර්" ලෙස හැඳින්වේ. විදුලිබල ජාලය short වීම විදුලි රැහැන් හා වෙනත් උපකරණවලට දැඩි ලෙස හානි කළ හැකිය.

අධි වෝල්ටීයතා Fuse (High voltage fuses)

උප පොළ(Substation) වල හසුරුවන දෝෂ වලින් වඩාත් සාමාන්‍ය විදුලි දෝෂක් වන්නේ ප‌ොළ‌ොවට විදුලිය short වීමයි.(short circuit to ground). මෙම ආකාරයේ දෝෂයන් ධාරාව ගලා යාම සඳහා අඩු ප්‍රතිරෝධක(low resistant)  මාර්ගයක් නිර්මාණය වන අතර විදුලි රැහැන් අධික ලෙස load වීම එමගින් සිදු ව‌ෙි. මෙම ආකාරයේ වැරදි වලින් ආරක්ෂා වීමට ඇති සරලම ක්‍රමය fuse ය. එය කිසියම් ධාරාවක් ඉක්මවූ පසු භෞතිකව දැවෙන උපකරණයකි. fuse ඉතා සරල ඒවා වන අතර වැඩි නඩත්තු කිරීමක් අවශ්‍ය නොවේ, නමුත් මෙහි අවාසි ද ඇත. ඒවා එක් වරක් භාවිතා කළ පසු වෙනත් ආකාරයේ දෝෂ සඳහා ධාරාව බිද දැමීමට භාවිතා කළ නොහැක.

(Circuit breakers)පරිපථ කඩනයන්

Circuit breakers යනු fuse හා සමාන භූමිකාවන් ඉටු කරන නමුත් විසන්ධි කිරීමේ ස්විච(disconnect switches) වැනි විවිධාකාර දෝෂ සමඟ කටයුතු කිරීම සඳහා වඩාත් සහනදායී උපාංග කාණ්ඩයකි.
විශාල වෝල්ටීයතා හා ධාරාවන් හානියක් නොවන පරිදි විසන්දි කිරීම සඳහා පරිපථ කඩනයන් සැලසුම් කළ යුතුය.
පරිපථ කඩනයක් තුළ ඇති සම්බන්ධතාවය එකිනෙකාගෙන් වෙන් වූ විගස විශාල විද්‍යුත් චාපයක්(arc) සෑදයෙි. බ්‍රේකරයට වන හානිය වළක්වා ගැනීම සඳහා මෙම චාපය හැකි ඉක්මනින් නිවා දැමිය යුතුය. 

Dielectric: විද්‍යුත් චාපයක් නිවීම සිදු කරනු ලබන්නේ විදුලිය සන්නයනය න‌ොවන පාර විද්‍යුත් ද්‍රව්‍යයක්(Dielectric) මගිනි. විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක පාර විද්‍යුත් ද්‍රව්‍ය තැන්පත් කළ විට, ඒවායේ කිසිදු ධාරාවක් ගලා නොයන්නේ එහි ලිහිල්ව බැඳී ඇති හෝ නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන න‌ොමැති බැවිනි. ඒ වෙනුවට විද්‍යුත් ධ්‍රැවීකරණය සිදු වේ.
අඩු වෝල්ටීයතා සඳහා, සම්බන්ධතා අතර වාතයේ විදුලිය ගමන් නොකිරීමට පරිපථ කඩනය මුද්‍රා තබන ලද රික්තයක ව්‍යුහයක තබයි.
වැඩි වෝල්ටීයතාවයක් සඳහා, සන්නායක නොවන තෙල් හෝ පාරදෘශ්‍ය වායුවලින් පුරවා ඇති ටැංකි වල බොහෝ විට බ්‍රේකර් ගිල්වා තබයි. ධාරාව බාධා වන්නේ කෙසේද සහ කවදාද යන්න පිළිබඳව මෙම බ්‍රේකර් මඟින් ජාලක ක්‍රියාකරුවන්ට වැඩි පාලනයක් ලබා දේ. 

Re-closer (රී-ක්ල‌ෝසර්)

සෑම දෝෂයක්ම(short circuit) එක හා සමාන නොවන අතර සමහර විට අකුණු සැර වැදීම හෝ ගස් අතු ගසාගෙන යාම වැනි බොහෝ තාවකාලික දෝෂ ද ඇතිව‌ෙී.
"රී-ක්ල‌ෝසර්" යනුවෙන් හැඳින්වෙන විශේෂිත පරිපථ කඩනයකට කෙටි කාලයක් සඳහා ධාරාව බාධා කළ හැකි අතර දෝෂය ඉවත් වී ඇත්දැයි පරීක්ෂා කර power line නැවත සම්බන්ධ කරයි. රී-ක්ල‌ෝසර් සාමාන්‍යයෙන් ඒවායේ ක්‍රමලේඛනය මත පදනම්ව කිහිප වතාවක් re-close කරයි. 

 

 

Rolling blackouts (තාවකාලික විසන්දි කිරීම්)

විදුලිබල පද්ධතියේ බල ඉල්ලුම උපයෝගීතා මට්ටමට වඩා ඉහළ මට්ටමක පවතී නම්, විදුලිබල පද්ධතියේ විශාල බිද වැටීම් වලක්වා ගැනීම සඳහා සමස්ත විදුලි ඉල්ලුම අඩු කිරීම සඳහා Rolling blackouts භාවිතා කරයි. විදුලිබල ජාලයේ වැදගත්ම අංගයක් වන්නේ විවිධ කොටස් විවිධ වෝල්ටීයතාවයන්ගෙන් ගලා යාමයි. 

Regulators (නියාමකයින්)

නියාමකයින්(Regulators ) යනු බහු ටැප්(multiple taps) සහිත උපාංග වන අතර එමඟින් feeder line වල බෙදාහැරීමේ වෝල්ටීයතාවයට ඉහළට හෝ පහළට කුඩා වෙනස් කිරීම් කළ හැකිය. 

යටිතල පහසුකම් සහ වෙනත් උපකරණ (Infrastructure & other equipment)

මෙම විවිධ උපකරණ සඳහා නඩත්තුව ද අවශ්‍ය වේ. උපපොළක අවසාන හා වැදගත්ම කාර්යභාරය වන්නේ විදුලි කාර්මිකයින්ට සහ රේඛීය සේවකයින්ට(linemen) උපකරණ පරීක්ෂා කිරීම, අළුත්වැඩියා කිරීම සහ ප්‍රතිස්ථාපනය කිරීම ආරක්ෂිත වීමයි. උපපොළක ආරක්ෂාව ඉතා වැදගත් වන්නේ ඒවා සාමාන්‍යයෙන් අධි-වෝල්ටීයතා විදුලි රැහැන් බිමට සමීප වන එකම ස්ථානය වන බැවිනි.
භූමිය තුල දිවෙන භූගත දගර ජාලයක් මගින් විද්‍යුත් චාප භූමිය හරහා ගමන් කිරීම හා විශාල පරිවාරක(conductors) මගින් short වීම් වළකාගත හැක. සෑම උපකරණයකටම සම්බන්ධතා පවා සිදු කරනු ලබන්නේ bush නමින් හැඳින්වෙන උපකරණ හරහා වන අතර එමඟින් විදුලි රැහැන් සහ ප‌ොළ‌ොව අතර ආරක්ෂිත දුරක් පවත්වා ගනී. සමහර උපපොළවල් උපකරණ අතර ගිනි බාධක ලෙස විශාල කොන්ක්‍රීට් බිත්ති ඇත.
සියළුම උපපොළවල් ගොඩනඟා ඇත්තේ භූගත දගර ජාලයකින් ය. දෝෂයක් ඇති වුවහොත්, හැකි ඉක්මනින් බ්‍රේකර් ක්‍රියාත්මක වීම සඳහා ප‌ොළ‌ොවට විශාල ධාරාවක් sink කිරීමට හැකි විය යුතුය.

මෙම උපකරන ජාලයෙන් සමස්ත උපපොළ සහ එහි සියලු උපකරණ එකම වෝල්ටීයතා මට්ටමක තබා ඇති බවට සහතික වන අතර එය ඕනෑම උපකරණයක් ස්පර්ශ කිරීමෙන් පුද්ගලයෙකු හරහා විදුලිය ගලා නොයනු ඇත.
අවසාන වශයෙන්, උපපොළවල් අනතුරු ඇඟවීමේ සංඥා වලින් සහ උස වැටවල් වලින් වටවී ඇත.