എർത്തിംഗ്‌ (Earthing)

എർത്തിംഗ്‌ എന്നു കേൾക്കുമ്പോൾ സാധാരണ ഗതിയിൽ വീടിനോടു ചേർന്നു മണ്ണിലടിച്ച്‌ താഴ്ത്തിയിരിയ്ക്കുന്ന രണ്ട്‌ ഇരുമ്പു കുഴലുകളും ഭിത്തിയിലെ ഇലക്ട്രിക്‌ പ്ലഗ്ഗിലെ വലിയ തുളയുമൊക്കെയായിരിയ്ക്കും ഓർമ്മ വരിക. ചിലർക്കെങ്കിലും ഇടയ്ക്ക്‌ ലൈനിൽ നിന്നും "എർത്തടിച്ച"  ഓർമ്മയും "എർത്ത്‌ കൊടുത്ത" ഓർമ്മയുമൊക്കെ വരും. എല്ല വീട്ടിലും വ്യവസായശാലകളിലുമൊക്കെ ഏർത്തിങ്ങുണ്ടാകും. വൈദ്യുതിയുടെ സാങ്കേതികത അറിയാത്തവർക്കും പോലും ഏർത്തിങ്ങിനേയും അതു സുരക്ഷയ്ക്കാണെന്നതുമൊക്കെ അറിയാമായിരിയ്ക്കും. എന്നാൽ കുറച്ചുകൂടെ വിശദമായി എർത്തിങ്ങിന്റെ സങ്കേതങ്ങളേയും ഉപയോഗത്തേയും ചർച്ച ചെയ്യാനാണി പോസ്റ്റ്‌.

എർത്തിങ്ങെന്താണെന്ന്  ഏകദേശം എല്ലവർക്കുമറിയാമായിരിയ്ക്കും. എല്ലാ വൈദ്യുതോപകരണങ്ങളുടേയും കവചം അഥവാ body ലോഹം കൊണ്ടുള്ളതാണെങ്കിൽ അത്‌ എർത്ത്‌ ചെയ്തിട്ടുണ്ടാകും. സ്ഥിരമായി ഒരിടത്തു സ്ഥാപിച്ചിട്ടുള്ളവയ്ക്ക്‌ സ്ഥിരം എർത്ത്‌ കണക്ഷൻ നൽകിയിട്ടുള്ളപ്പോൾ കൊണ്ടുനടക്കാവുന്നതും ഇലക്ട്രിക്‌ പ്ലഗ്ഗ്‌ വഴി വൈദ്യുതിനൽകുന്നതുമായ ഉപകരണങ്ങൾക്ക്‌ പ്ലഗ്ഗ്‌ ( Electric plug socket ) വഴി എർത്ത്ബന്ധം ( Earth connection ) നൽകുന്നു. മൂന്നു പിൻ പ്ലഗ്ഗിന്റെ (three pin plug ) മൂന്നാമത്തെ പിൻ ഇതിനായാണല്ലോ ഉപയോഗിയ്ക്കുന്നത്‌. എല്ലാ വൈദ്യുത പ്രതിഷ്ഠാപനത്തിലും     ( Installation ) എർത്തിംഗ്‌ നിർബന്ധവുമാണല്ലോ. അപ്പോൾ എന്താണ്‌   എർത്തിംഗ്‌ ?

വൈദ്യുതി പ്രവഹിയ്ക്കുന്നതോ അല്ലാത്തതോ ആയ പരിപഥ (Circuit ) ഭാഗമോ അല്ലെങ്കിൽ വൈദ്യുതോപകരണങ്ങളുടെ ലോഹ കവചമോ ( metallic body ) ഭൂമിയിലേയ്ക്ക്‌ കണക്ഷൻ നൽകുന്നതിനേയാണ്‌ എർത്തിങ്ങെന്നു പറയുന്നത്‌. ഭൂമി ഏകദേശം ഒരു നല്ല ചാലകമാണെന്നു പറയാം. അതിനാൽ ഭൂമിയിലേയ്ക്കു ബന്ധിപ്പിയ്ക്കുമ്പോൽ ഉപകരണങ്ങളുടെ പുറത്തുണ്ടാകുന്ന വൈദ്യുത ചാർജ്ജിനെ സുരക്ഷിതമായി ഭൂമിയിയ്ക്കൊഴുക്കാം. അതുവഴി വൈദ്യുതോപകരണങ്ങൾ കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നവരുടെ സുരക്ഷ ഉറപ്പാക്കാം. വൈദ്യുതോപകരണങ്ങളുടെ കവചം അപകടകരമായ ഉയർന്ന അളവിലുള്ള പൊട്ടൻഷ്യൽ (വോൾട്ടത) ആർജ്ജിയ്ക്കുന്നത് തടയുന്നു.  ലോഹകവചങ്ങളിലുണ്ടാകുന്ന ചാർജ്ജിനെ അത് സുരക്ഷിതമായി ഭൂമിയിലേയ്ക്കൊഴുക്കുന്നു. മാത്രവുമല്ല ഏതെങ്കിലും കാരണവശാൽ ഇൻസുലേഷൻ തകരാറുണ്ടാകുമ്പോൾ വലിയതോതിലുള്ള എർത്ത് കരണ്ടൊഴുക്കി ( earth fault current ) ഫ്യൂസിനേയോ ( fuse ) മറ്റ് സംരക്ഷണോപാധികളേയോ പ്രവർത്തിപ്പിയ്ക്കാൻ ഏർത്തിംഗ് സഹായിയ്ക്കുന്നു. എർത്ത് ചെയ്യപ്പെട്ട ഉപകരണഭാഗത്തിന്റെ വോൾട്ടത    ഭൂമിയെ അപേക്ഷിച്ച്‌ വളരെക്കുറഞ്ഞ അളവിൽ നിലനിർത്തുന്നു. ഇതുമൂലം വൈദ്യുതോപകരണങ്ങളിൽ പ്രവർത്തിപ്പിയ്ക്കുന്നവർക്ക് ഷോക്കിൽ ( Electric shock )  നിന്നും സുരക്ഷിതത്വം കിട്ടുന്നു. എർത്തിംഗ്‌ കൊണ്ടുള്ള ഉപയോഗങ്ങൾ താഴെക്കാണും വിധം സംഗ്രഹിയ്ക്കാം.

1, വൈദ്യുത വ്യൂഹത്തിന്റെ വോൾട്ടത സ്ഥിരത കൈവരിയ്ക്കാനും ( Stability of system voltage ), ഏതെങ്കിലും ഭാഗം ഭൂമിയെ അപേക്ഷിച്ച്‌ അപകടകരമായ വോൾട്ടതാ നിലയിലേയ്ക്കുയരുന്നത്‌ തടയുവാനും സഹായിയ്ക്കുന്നു.

2, ഉപകരണങ്ങളെ അമിത വോൾട്ടതയിൽ നിന്നും തടയുന്നതോടൊപ്പം ഉപകരണങ്ങളുമായി ബന്ധപ്പെടുന്നവരെ വൈദ്യുതാഘാതത്തിൽ നിന്നും സംരക്ഷിയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ( Protection from electric shock )

3, ഏർത്ത്‌ ലീക്കേജ്‌ കരണ്ടിനും ഏർത്ത്‌ ഫാൾട്ട്‌ കരണ്ടിനും പ്രതിരോധം കുറഞ്ഞ പാത ഒരുക്കുന്നതു വഴി സംരക്ഷണോപകരണങ്ങളുടെ പ്രവർത്തനം സുഗമമാക്കുന്നു. ( operation of protective devices made easy )

4, വൈദ്യുത നിലയങ്ങളിലും സബ്സ്റ്റേഷനുകളിലും ഏതെങ്കിലുമൊരുഭാഗം ഉയർന്ന വോൾട്ടതയെ പ്രാപിയ്ക്കുന്നത്‌ തടയുന്നു.

5, ഇടിമിന്നൽ മൂലം ഉൽപ്രേരിതമാകുന്ന ഇയർന്ന വോൾട്ടതയെ സുരക്ഷിതമായി ഭൂമിയിലേയ്ക്കു കടത്തിവിടാൻ സഹായിയ്ക്കുന്നു. ( Protection from lightning )

സാധാരണ ഉപകരണങ്ങൾ വൈദ്യുത സ്രോതസ്സിലേയ്ക്ക്‌ ( Supply source ) ബന്ധിപ്പിയ്ക്കുന്നതിനു ചെറിയ തോതിലുള്ള ചാലകങ്ങൾ മതിയാകും. കാരണം നമ്മൾ പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിയ്ക്കുന്നത്‌ വളരെയധികം ചാലകതയുള്ള ( Conductivity) ലോഹങ്ങൾ തമ്മിലായിരിയ്ക്കും. ( ഉദാ. അലൂമിനിയം, ചെമ്പ്‌, പിച്ചള  മുതലായവ) ഇവിടെ ബന്ധം വരുന്ന ഭാഗത്തിന്റെ വിസ്തിർണ്ണം താരതമ്യേന കുറവാണെങ്കിലും ചേർപ്പിന്റെ പ്രതിരോധം വളരെക്കുറവായിരിയ്ക്കും. എന്നാൽ എർത്തിംഗ്‌ അഥവാ ഭൂമി ബന്ധം കൊടുക്കുന്നത്‌ അതുപോലെ ലളിതമല്ല. കാരണം ഭൂമി ചെമ്പിനേയോ മറ്റുലോഹങ്ങളേയോ പോലെ അത്ര നല്ല ചാലകമല്ല. ഒരു താരതമ്യത്തിനു വേണ്ടി ലോഹങ്ങളുടേയും ഭൂമിയുടേയും ( മണ്ണിന്റേയും ) പ്രതിരോധകത  ( Resistivity ) താഴെക്കാണിച്ചിരിയ്ക്കുന്നു.

അലൂമിനിയം	2.82 x 10-8   ohm mtr
ചെമ്പ്‌	1.7 x 10-8 ohm mtr
സ്വർണ്ണം	2.44 x 10-8 ohm mtr
ഇരുമ്പ്‌	1.0 x 10-7 ohm mtr
കറുത്തീയം	2.2 x 10-7 ohm mtr
രസം	9.8 x 10-7 ohm mtr
പ്ലാറ്റിനം	1.1 x 10-7 ohm mtr
വെള്ളി	1.59 x 10-8 ohm mtr
ടങ്ങ്സ്റ്റൺ	5.6 x 10-8 ohm mtr
മണ്ണ്‌ / ഭൂമി	100 – 5000 ohm mtr

ഈ പട്ടികയിൽ നിന്നും മണ്ണിന്റെ പ്രതിരോധകത ( Resistivity ) ചാലകങ്ങളുടെ പ്രതിരോധകതയേക്കാൾ വളരെക്കൂടുതലാണെന്നു മനസ്സിലാക്കാമല്ലോ. ഇതു തന്നെയാണ്‌ എർത്തിംഗ്‌ എന്നത്‌ മറ്റു വൈദ്യുത കണക്ഷനിൽ നിന്നും പ്രത്യേകതയുള്ള ഒന്നാകാൻ കാരണം. മറിച്ച്‌ ഭൂമിയുടെ പ്രതിരോധകത ചാലകങ്ങളുടേതുപോലെ ( സാധാരണ വൈദ്യുത വിതരണത്തിനും മറ്റുമുപയോഗിയ്ക്കാത്ത ഇരുമ്പിന്റെയത്രയെങ്കിലും) ഉണ്ടായിരുന്നെങ്കിൽ എർത്തിംഗ്‌ വളരെ എളുപ്പമുള്ള ഒന്നായേനെ. അതിനാൽ എർത്തിംഗ്‌ അഥവാ ഭൂമീബന്ധം കൊടുക്കുന്നത്‌ സങ്കീർണ്ണമായ ഒന്നായിത്തീരുന്നു. എർത്തിങ്ങിനായി സാധാരണ അവലബിയ്ക്കുന്ന മാർഗ്ഗമെന്നത്‌ വലിയ ലോഹക്കുഴലോ, ( Metallic pipe ) ലോഹകമ്പിയോ ( Metallic rod ), ലോഹ ഫലകമോ ( Metallic plate ) ഭൂമിയിലേയ്ക്ക്‌ അടിച്ചിറക്കുകയോ, കുഴിച്ചിടുകയോ ചെയ്യുകയും, ഭൂമീബന്ധം ( Earth connection ) കൊടുക്കേണ്ട ഉപകരണം ചാലകകമ്പികൾ ( Earth continuity conductor ) വഴി ഇതിലേയ്ക്കു ബന്ധിപ്പിയ്ക്കുകയുമാണ് ഇവിടെ മണ്ണിലേയ്ക്കിറക്കുന്ന ചാലകത്തെ എർത്ത്‌ ഇലക്ട്രോഡെന്നും ( Earth electrode) ഉപകരണത്തെ ഇലക്ട്രോഡുമായി ബന്ധിപ്പിയ്ക്കുന്ന ചാലകത്തെ എർത്ത്‌ ചാലകമെന്നുമാണ്‌( Earth continuity conductor ) പറയുന്നത്‌( ഇതിനെ എർത്ത്‌ തുടർച്ചാ ചാലകമെന്നും പറയാറുണ്ട്‌). ഇതിൽ എർത്ത്‌ ചാലകമെന്നത്‌ താരതമ്യേന എളുപ്പമുള്ള ഭാഗമായതിനാൽ ( ചേർപ്പുകളെല്ലാം ലോഹവും ലോഹവും തമ്മിലാണുള്ളത്‌, മാത്രമല്ല വൈദ്യുതികടത്തിവിടാനുള്ള ശേഷി ( Current carrying capacity ) മാത്രമാണ്‌ സാധാരണഗതിയിൽ പരിഗണിയ്ക്കേണ്ടതുള്ളൂ. നല്ല ചാലകങ്ങളുപയോഗിയ്ക്കുന്നതിനാൽ ഇതിന്റെ പ്രതിരോധം സാധാരണ ഗതിയിൽ കുറവായിരിയ്ക്കും, പരമാവധി അനുവദനീയമായത്‌ 1 ohm ആണ്‌ ) എർത്തിങ്ങിൽ ഇലക്ട്രോഡും അതിനോടു ചേർന്ന ഭാഗങ്ങളുമാണ് സവിശേഷ ശ്രദ്ധ ആവശ്യപ്പെടുന്നത്‌.

ഇത്രയൊക്കെ പറഞ്ഞസ്ഥിതിയ്ക്ക്‌ എർത്തിങ്ങിന്റെ പ്രവർത്തനം ലളിതമായൊന്ന് പരിശോധിയ്ക്കാം

ഒന്നാമത്തേത്‌ ഇടിമിന്നലിൽ നിന്നുള്ള സംരക്ഷണമാണ്‌. ( Protection from lightning )

ഇടിമിന്നലെന്നത്‌ മേഘങ്ങളിൽ നിന്നുണ്ടാകുന്ന അത്യധികം ഉയർന്ന വോൾട്ടതയുള്ള വൈദ്യുത ഡിസ്‌ചാർജ്ജാണല്ലോ ( High voltage discharge ). പല മിന്നൽ സ്ഫുലിംഗവും ഭൂമിയെ ലക്ഷ്യമാക്കിയാണ്‌ സഞ്ചരിയ്ക്കുന്നത്‌. മിന്നലിന്റെ ഭൂമിയിലേയ്ക്കുള്ള യാത്രാമദ്ധ്യേ അത്‌ ഉയർന്ന കെട്ടിടങ്ങൾ, ഉയരംകൂടിയ മരങ്ങൾ എന്നീ വഴികളിലൂടെ ഭൂമിയിലേയ്ക്കെത്താൻ ശ്രമിയ്ക്കും. മിന്നലിന്റെ വൈദ്യുതപ്രവാഹം (current) വളരെക്കൂടുതലായതിനാൽ അത്‌ മരങ്ങളെ കത്തിയ്ക്കുകയും കെട്ടിടങ്ങളെ തകർക്കുകയും വളരെ വലിയ നാശനഷ്ടം വരുത്തുകയുമൊക്കെ ചെയ്യും. ഇതൊഴിവാക്കുന്നതിനായി കെട്ടിടങ്ങളുടെ മുകളിൽ മിന്നൽ രക്ഷാ കവചങ്ങൾ സ്ഥാപിയ്ക്കുന്നു. മിന്നൽ രക്ഷാകവചം മിന്നലിനെ ആകർഷിച്ച്‌ സുരക്ഷിതമായി ഒരു ചാലകത്തിലൂടെ ഭൂമിയിലേയ്ക്കെത്തിയ്ക്കുന്നു. ഇതുവഴി കെട്ടിടം ആപത്തിൽ നിന്നും രക്ഷപെടുന്നു. ഇതിനായും നല്ല തരത്തിലുള്ള എർത്തിംഗ്‌ സംവിധാനം ആവശ്യമാണ്.

മാത്രമല്ല ഇതുകൂടാതെ മിന്നൽ പലപ്പോഴും ഉയർന്ന വോൾട്ടതയുള്ള പ്രസരണ വിതരണ ലൈനിനേയും ( HT and EHT lines )ബാധിയ്ക്കും. ഇത്‌ ഈ ലൈനുകളിൽ ഉയർന്ന വോൾട്ടതയുള്ള വൈദ്യുത ആവേഗം ( impulse voltage ) ഉണ്ടാക്കും. ഈ വൈദ്യുത ആവേഗം വൈദ്യുത ശൃംഖലയിലെ ( Power system or power grid )  ഉപകരണങ്ങളെ നശിപ്പിയ്ക്കും. അതൊഴിവാക്കുന്നതിനായി വൈദ്യുത ശൃംഖലയിൽ സർജ്‌ അറസ്റ്ററുകൾ ( Surge arrestors / lightning arrestors/ surge divertors )  എന്ന ഉപകരണങ്ങൾ സ്ഥാപിയ്ക്കുന്നു. ഇവ വൈദ്യുത ലൈനുകളിലൂടെ വരുന്ന ഉന്നത വോൾട്ടതയിലുള്ള വൈദ്യുത സർജുകളെ ഭൂമിയിലേയ്ക്കു വഴി തിരിച്ചു വിടുന്നു. അതുവഴി ശൃംഖലയിലെ മറ്റുപകരണങ്ങൾ സംരക്ഷിയ്ക്കപ്പെടുന്നു. ഇതിനായി നല്ല നിലവാരത്തിലുള്ള എർത്തിംഗ്‌ ആവശ്യമാണ്‌.

ശൃംഖലയിലെ വോൾട്ടത സ്ഥിരത കൈവരിയ്ക്കുക എന്നതാണ്‌ അടുത്തത്‌

Providing stability to system voltage

വൈദ്യുത വ്യൂഹത്തിലെ വോൾട്ടത ഭൂമിയെ അപേക്ഷിച്ച്‌ സ്ഥിരത കൈവരിയ്ക്കുന്നതിനായി വൈദ്യുത വ്യൂഹത്തിലെ ചില ഭാഗങ്ങൾ എർത്തു ചെയ്യാറുണ്ട്‌. മൂന്നു ഫേസ്‌ സംവിധാനഗളിൽ ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ / ജനറേറ്ററിന്റെ ന്യൂട്രൽബിന്ദു ( neutral ) ഭൂമീ ബന്ധം നൽകുന്നു. ഇതുമൂലം ന്യൂട്രലിന്റെ വോൾട്ടത ഭൂമിയുടെ വോൾട്ടതയായി നിജപ്പെടുന്നു. ( ഭുമിയുടെ വോൾട്ടത സാധാരണയായി പൂജ്യം എന്ന മൂല്യമായി സങ്കൽപ്പിയ്ക്കുന്നു)ആയതിനാൽ ന്യൂട്രലിന്റെ വോൾട്ടത ഭൂമിയെ അപേക്ഷിച്ച് പൂജ്യമായിരിയ്ക്കും. ഇതുമൂലം ഒരാൾ ഭൂമിയിൽ നിന്നുകൊണ്ട്‌ ന്യൂട്രലിൽ സ്പർശിച്ചാലും ഷോക്കേൽക്കുകയില്ല. ന്യൂട്രലിനെ ഭൂമീബന്ധം നൽകുന്നതിനാൽ വൈദ്യുത ശൃംഖലയിലെ വോൾട്ടതയിലുള്ള ഏറ്റക്കുറച്ചിലുകൾ കുറയുന്നു. ഏതെങ്കിലും കാരണ വശാൽ ഫേസ്‌ ലൈനുകൾ പൊട്ടി ഭൂമിയിൽ വീണാൽ എത്രയും വേഗം അതിനെ ഓഫ്‌ ചെയ്യുന്നതു സുരക്ഷാ ഉപകരണങ്ങളെ പ്രവർത്തിപ്പിയ്ക്കുന്നതിനും എർത്തിംഗ്‌ സഹായിയ്ക്കുന്നു. മൂന്നു ഫേസ്‌ ( Three phase ) സംവിധാനങ്ങളിലാകട്ടെ ന്യൂട്രൽ ഏർത്ത്‌ ചെയ്യുന്നതു മൂലം ലൈനുകളിലെ വോൾട്ടത സ്ഥിരമായി നിൽക്കുന്നു.

ഉപകരണങ്ങളുടേയും പ്രവർത്തിപ്പിയ്ക്കുന്നവരുടേയും സുരക്ഷ ( Safety to equipments and people )

വൈദ്യുത ഉപകരണങ്ങളുടെ ഉള്ളിലുള്ള വൈദ്യുതിപ്രവഹിയ്ക്കുന്ന ചാലകത്തിന്റേയോ ഹീറ്റർ കോയിലിന്റേയോ ഇൻസുലേഷൻ തകരാറിലായാൽ അതിനെ ലോഹ കവചവുമായി വൈദ്യുത ലൈൻ സമ്പർക്കത്തിൽ വരികയും കവചത്തിന്റെ വോൾട്ടത ഉയരുകയും ചെയ്യും. ഈ കവചത്തിൽ അത പ്രവർത്തിപ്പിയ്ക്കുന്ന ആൾ   തൊടാനിടവന്നാൽ അയാളുടെ ശരീരത്തിലൂടെ വൈദ്യുത പരിപഥം ( Electric circuit ) പൂർത്തിയാകുകയും അയാൾക്ക മാരകമായ ഷോക്കേൽക്കുകയും ചെയ്യും ( വൈദ്യുത വിതരണ ശൃംഖലയിലെ ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ ന്യൂട്രൽ എർത്ത്‌ ചെയ്തിട്ടുള്ളതായിപ്പറഞ്ഞല്ലോ. മാത്രവുമല്ല ഭൂമി അത്യാവശ്യം വൈദ്യുതിയെക്കടത്തിവിടുകയും ചെയ്യും. വിതരണട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ ഒരു ഫേസും ന്യൂട്രലുമാണ്‌ സിംഗിൾ ഫേസ്‌ സംവിധാനത്തിൽ വീട്ടിലേയ്ക്കു നൽകുന്നത്‌. അതായത്‌ ന്യൂട്രൽ എന്നത്‌ ഭൂമിയുടെ അതേ വോൾട്ടതയിലും - ഭൂമിയെ അപേക്ഷിച്ച്‌ പൂജ്യം- ഫേസ്‌ വയർ ഭൂമിയെ അപേക്ഷിച്ച്‌ 230 വോൾട്ടതയിലുമാണ്‌. ഇൻസുലേഷൻ തകരാർ മൂലം ഫേസ്‌ വയറിനു ഉപകരണത്തിന്റെ കവചവുമായി ബന്ധം വന്നാൽ കവചത്തിന്റെ വോൾട്ടത്‌ ഫേസിന്റെ അതേ അളവിലാകുമല്ലോ -230 വോൾട്ട്‌. ഈ സാഹചര്യത്തിൽ ഒരാൾ ഭൂമിയിൽ നിന്നുകൊണ്ട്‌ ഉപകരണത്തെ സ്പർശിച്ചാൽ അയാൾ നേരിട്ട്‌ ഫൃസ്‌ വയറുമായി ബന്ധപ്പെടുന്നതുപോലെയാണ്‌. അതായത്‌ അയാളുടേ ശരീരം 230 വോൾട്ടിലേയ്ക്കു സ്പർശിയ്ക്കുന്നെന്നർത്ഥം. നിശ്ചയമായും തൊടുന്നയാൾക്കു ഷോക്കേൽക്കുമെന്നറിയാമല്ലോ. ആയുസ്സു കുറവാണെങ്കിൽ ചിലപ്പോ പടമാകാനും മതി.

അതേ സമയം ഈ ഉപകരണത്തിന്റെ കവചം ഭൂമിയുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചുണ്ടെന്നിരിയ്ക്കട്ടെ, എന്തു സംഭവിയ്ക്കും ? വിതരണ ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ ന്യൂട്രൽ ട്രാൻസ്ഫോർമറിനടുത്ത്‌ എർത്ത്‌ ചെയ്തിരിയ്ക്കുന്നതായി പറഞ്ഞുവല്ലോ? അപ്പോൾ ഫേസ്‌ വയർ- ഉപകരണത്തിന്റെ കവചം ഏർത്തിംഗ്‌ -ഭൂമി- തിരികെ ട്രാൻസ്ഫോർമർ ന്യൂട്രൽ എന്നിങ്ങനെ വൈദ്യുത പരിപഥം പൂർത്തിയാകും. ഈ പരിപഥത്തിന്റെ പ്രതിരോധം വളരെ കുറവായതിനാൽ വലിയ അളവിലുള്ള പ്രവാഹമുണ്ടാകുകയും ഫേസ്‌ ലൈനിൽ സ്ഥാപിച്ചിട്ടുള്ള ഫ്യൂസോ മറ്റു സുരക്ഷാ ഉപകരണങ്ങളോ പ്രവർത്തിച്ച്‌ ഉപകരണത്തിലേയ്ക്കുള്ള വൈദ്യുത ബന്ധം വിച്ഛേദിയ്ക്കപ്പെടും. അതുവഴി സുരക്ഷിതമാകുന്നു.

എർത്തിങ്ങിന്റെ ഉപയോഗങ്ങൾ താഴെക്കാണും വിധം സംഗ്രഹിയ്ക്കാം

നല്ല എർത്തിംഗ്‌ മൂലം താഴെക്കൊടുത്തിരിയ്ക്കുന്ന ഗുണങ്ങൾ വൈദ്യുത സംവിധാനത്തിനുണ്ടാകും

1,കുറഞ്ഞ പ്രവർത്തന പരിപാലന ചെലവ്‌ ( Low operation and maintenance cost )

2, അമിത വോൾട്ടതയിൽ നിന്നും സംരക്ഷണം. ( Protection from high voltage )

3,ഇടിമിന്നലിൽ നിന്നും സംരക്ഷണം. ( Protection from lightning )

4, എർത്ത്ഫാൾട്ടു പെട്ടന്നു തിരിച്ചറിയാൻ സാധിയ്ക്കുന്നു. ( Earth fault can be easlt detected )

5,പരിപഥത്തിന്റേയും ഉപകരണത്തിന്റേയും സംരക്ഷണം ഉറപ്പാക്കുന്നു. ( Protection to circuit and equipments )

6, ഉപകരണങ്ങളുടെ ആയുസ്സു കൂടുന്നു, ( Increased life of equipments )

7,ഉപകരണങ്ങൾ പ്രവർത്തിപ്പിയ്ക്കുന്നവരുടെ സുരക്ഷ ഉറപ്പാക്കുന്നു. ( Safety to operating personnals )

‌ഭൂമിയിലേയ്ക്കു ഒരു വൈദ്യുത ബന്ധം അഥവാ കണക്ഷൻ നൽകുക എന്നതാണല്ലോ എർത്തിംഗ്‌ കൊണ്ടുദ്ദേശിയ്ക്കുന്നത്‌. ഇതു വഴി ലീക്കേജ്‌ കരണ്ട്‌ ( leakage current ) ഭൂമിയിലേയ്ക്കും അതുവഴി ട്രാൻസ്ഫോർമർ / ജനറേറ്റർ ന്യൂട്രലിലേയ്ക്കും ഒഴുകുന്നു. മാത്രമല്ല ആശയ വിനിമയ സംവിധാനങ്ങളിലും മറ്റും എർത്തിങ്ങുപയോഗിയ്ക്കുന്നുണ്ട്‌. ആദ്യം പറഞ്ഞ ഇസ്തിരിപ്പെട്ടിയുടെ ഉദാഹരണത്തിൽ ഒരു കാര്യം പ്രത്യേകം ശ്രദ്ധിയ്ക്കണം. ഇസ്തിരിയിലെ ഇൻസുലേഷൻ തകരാറിലായി ലൈവ്‌ വയറിനു ഭൂമീബന്ധം അഥവാ എർത്ത്ലീക്ക്‌ സംഭവിയ്ക്കുമ്പോഴാണല്ലോ ഫ്യൂസ്‌ പോകുകയോ മറ്റു സുരക്ഷാ സംവിധാനം പ്രവർത്തിയ്ക്കുകയോ ചെയ്ത്‌ സുരക്ഷ ഉറപ്പാക്കുന്നത്‌. ഇതിനായി ഒരു നിശ്ചിത അളവിൽക്കൂടുതൽ ലീക്കേജ്‌ കരണ്ടുണ്ടാകണം. ഉദാഹരണത്തിനു പരിപഥത്തിലെ ഫ്യൂസ്‌ 6 ആമ്പിയർ ( ampere ) വൈദ്യുതിപ്രവാഹം കടത്തിവിടുന്നതാണെന്നു കരുതുക ( ഫ്യൂസിന്റെ പ്രവർത്തനം അറിയാമല്ലോ. ഫ്യൂസ്‌ എന്നത്‌ ലളിതമായൊരു സംരക്ഷണോപാധിയാണ്‌. ചെറിയൊരു നൂൽകമ്പി. അത്‌ പരിപഥത്തിനു ശ്രേണിയായി  ( Series ) ഘടിപ്പിയ്ക്കുന്നു. പരിപഥത്തിലൂടെ നിശ്ചിതമായ അളവു കരണ്ട്‌ അത്‌ കടത്തിവിടും. എന്നാൽ പരിപഥത്തിലെ കരണ്ട്‌ നിശ്ചിതമായ അളവിലുമുയർന്നാൽ ഫ്യൂസ്‌ വയർ ചൂടുവർദ്ധിച്ച്‌ ഉരുകി പരിപഥത്തെ വിച്ഛേദിയ്ക്കുന്നു. അങ്ങനെ തുടർ അപകടങ്ങൾ തടയുന്നു.)

അപ്പോൾ ഫ്യൂസിന്റെ സാധാരണ കരണ്ടിനും ( Normal current ) കൂടിയ അളവിൽ കരണ്ടൊഴുകുമ്പോഴാണ്‌ ഫ്യൂസ്‌ പ്രവർത്തിയ്ക്കുന്നത്‌. അതിനു സാധാരണ ഫ്യൂസുകൾക്ക്‌ അതിന്റെ സാധാരണ കരണ്ടിന്റെ ഇരട്ടിയിലധികം കരണ്ടൊഴുകണം ( ഫ്യൂസ്‌ ഉരുകാതെയും താപനില  വർദ്ധിയ്ക്കാതെയും ഒരു ഫ്യൂസിനു കടത്തിവിടാൻ കഴിയുന്ന കരണ്ടിന്റെ അളവാണ്‌ ആ ഫ്യൂസിന്റെ സാധാരണ കരണ്ട്‌. ഇത്‌ ഫ്യൂസ്‌ വയറിന്റെ വണ്ണം, നീളം, ഫ്യൂസ്‌ വയറിനുപയോഗിയ്ക്കുന്ന ലോഹം, ഫ്യൂസ്‌ കെട്ടിയ രീതി എന്നിവയെ ആശ്രയിച്ചിരിയ്ക്കുന്നു. ഫ്യൂസ്‌ ഉരുകുന്ന കരണ്ടും ഫ്യൂസിന്റെ സാധാരണ കരണ്ടും തമ്മിലുള്ള അനുപാതമാണ്‌ ഫ്യൂസിംഗ്‌ ഫാക്ടരെന്നത്‌ ( fusing factor ). അതായത്‌ സാധാരണ ഫ്യൂസുകളിൽ ഫ്യൂസ്‌ കൃത്യമായ ഒരളവിൽ ക്രമീകരിയ്ക്കുക ബുദ്ധിമുട്ടാണ്‌ എന്നർത്ഥം . എന്നാൽ എച്‌.ആർ.സി ഫ്യൂസുകൾ (HRC fuse) ഇക്കാര്യത്തിൽ കൃത്യതപുലർത്തുന്നു. എച്ച്‌ ആർ സി  ( HRC) ഫ്യൂസുകൾക്ക്‌ ഫ്യൂസിംഗ്‌ ഫാക്ടർ 1.5 യും, എം.സി.ബി.( MCB ) കൾക്ക്‌ 1.25 യുമാണ്‌ ) അപ്പോൾ 6 ആമ്പിയറിന്റെ ഫ്യൂസിനു ചുരുങ്ങിയത്‌ 12 ആമ്പിയർ വേണം. ഇത്‌ 6 ആമ്പിയർ ഫ്യൂസിന്റെ കഥ. പല വീടുകളിലും ഫ്യൂസ്‌ ഇടയ്ക്കിടെ പോകുന്ന ശല്യമൊഴിവാക്കാൻ കൂടിയ വണ്ണമുള്ള കമ്പിയുപയോഗിച്ച്‌ ഫ്യൂസ്‌ കെട്ടുക സാധാരണമാണ്‌. അതിനാൽ സുരക്ഷിതത്വം ലഭ്യമാകാൻ 15 ആമ്പിയറെങ്കിലും ലീക്കേജ്‌ കരണ്ടു വേണമെന്നു കരുതാം. ( ഇ എൽ സി.ബി (ELCB) ഘടിപ്പിച്ചിട്ടുള്ളയിടത്ത്‌ ഇതല്ല സ്ഥിതി. അവിടെ ലീക്കേജ്‌ കരണ്ട്‌ 0.03 ആമ്പിയർ വന്നാൽ പോലും പരിപഥം ( Circuit) ഓഫ്‌ ആകും തൽക്കാലം അതു വിട്ടു ഫ്യൂസിന്റെ പുറകേ പോകാം)

ഇനി ഉദാഹരണത്തിലേയ്ക്കു വരാം. ഇവിടെ ഫേസ്‌ വയർ അഥവാ ലൈവ്‌ വയർ എർത്ത്‌ ചെയ്യപ്പെട്ട്‌ കവചവുമായി നേരിട്ടു സമ്പർക്കത്തിൽ വന്നെന്നു കരുതുക. അപ്പോൾ ഒഴുകുന്ന കരണ്ട്‌ ഓം നിയമമനുസരിച്ച്‌ I=240/R എന്നു കാണാം. ഇവിടെ നമുക്കാവശ്യമായ 15 ആമ്പിയറൊഴുകുന്നതുനുവേണ്ട പ്രതിരോധം R=240/15  = 16 ഓം എന്നു കാണാം. അതായത്‌ സുരക്ഷ ഉറപ്പുവരുത്താൻ എർത്ത്‌ വയറും ഫേസ്‌ വയറും എർത്തിംഗ്‌ സംവിധാനവുമെല്ലം എല്ലാം കൂടി ചേരുന്ന ആകെ പ്രതിരോധം 16 ഓമിൽ താഴെയായിരിയ്ക്കണം എന്നു സാരം. . അതായത്‌ വീടുകളിലും മറ്റും എർത്ത്‌ പൈപ്പെന്ന പേരിൽ ഒന്നോ രണ്ടോ എണ്ണം വെറുതേ ഉണ്ടായതുകൊണ്ടു കാര്യമില്ല, അതിന്റെ പ്രതിരോധം വളരെക്കുറവായിരിയ്ക്കണം. അല്ലാത്ത്‌ പക്ഷം ഷോക്കടിയ്ക്കാൻ മാത്രമേ ഉപകരിയ്ക്കൂ.

ഇനി വേറൊരു കാര്യവും കൂടി നോക്കാം. എർത്തിങ്ങിന്റെ പ്രതിരോധം 20 ഓം ആണെന്നു കരുതുക. ഫ്യൂസ്‌ പോകാൻ പതിനാറ്‌ ഓമിൽ താഴെ വേണമെന്നു നമ്മൾ കണ്ടു. അപ്പോൾ 20 ഓം ആണെങ്കിലോ. ലീക്കേജ്‌ കരണ്ട് 12 ആമ്പിയറല്ലേ ഉണ്ടാകൂ. അപ്പോൾ ഫ്യൂസ്‌ പോകാതങ്ങനെ 12 ആമ്പിയറും മണ്ണിലേയ്ക്കു കടത്തി വിട്ടു നിൽക്കും. ഇസ്തിരിയുടെ പുറം ഭാഗം 240 വോൾട്ടേജിലാകും. ഷോക്കടിയ്ക്കും. മാത്രമല്ല ഇസ്തിരി മുതൽ എർത്തിലേയ്ക്കുള്ള വൈദ്യുതപാതമുഴുവനും (path) ഈ വോൾട്ടേജിലാകും. പഴയ വയറിങ്ങുള്ള വീടുകളിൽ പലതിലും എർത്ത്‌ തുടർച്ചാ ചാലകം (earth wire) ഇൻസുലേഷനില്ലാത്ത (Bare) ചെമ്പുകമ്പിയാണ്‌ അതും ഭിത്തിയിലൂടെയായിരിയ്ക്കും കടന്നു പോകുക. അപ്പോൾ ഭിത്തിയിൽ തൊട്ടാലും ഷോക്കടിയ്ക്കും. പൈപ്പിൽ തൊട്ടാലും ഷോക്കടിയ്ക്കും. വീടുമുഴുവനും ഷോക്കോടൂ ഷോക്കാകും. അപ്പോൾ എർത്തിങ്ങിന്റെ റെസിസ്റ്റൻസ്‌ കഴിയുന്നത്ര കുറവാകേണ്ടതാണെന്നു മനസ്സിലായല്ലോ

ഇവിടെ ഒരു കാര്യം പ്രത്യേകം ശ്രദ്ധിയ്ക്കുക ഇവിടെ പറയുന്ന ആകെ പ്രതിരോധമെന്നത്‌ വിതരണ ട്രാൻസ്ഫോർമർ ( Distribution transformer ) മുതൽ തുടങ്ങി കരണ്ടിന്റെ പാത ഭൂമിയിലൂടെ തിരികെ ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ ന്യൂട്രൽ വരെ എത്തുന്ന സർക്ക്യൂട്ടിന്റെ പ്രതിരോധമാണ്‌. ഇതിൽ ചാലകഭാഗങ്ങൾ (conductors) വളരെക്കുറച്ച്‌ പ്രതിരോധമുള്ളവയായതിനാൽ പ്രസക്തമായ പ്രതിരോധം എർത്തിംഗ്‌ സംവിധാനത്തിന്റേതും മണ്ണിലൂടെ കരണ്ടൊഴുകുന്ന പാതയുടേതുന്മാണ്‌ ( ചാലകങ്ങളുടെ ചേർപ്പുകൾ ( joints ) നന്നായി ചെയ്തിട്ടില്ലെങ്കിലോ കാലക്രമത്തിൽ ചേർപ്പുകൾ  ദ്രവിയ്ക്കുകയോ ഒക്കെ ചെയ്താലും പ്രതിരോധം വർദ്ധിയ്ക്കാം. അതു വേറൊരു വിഷയമായതിനാൽ ഇപ്പോൾ അതു പരിഗണിയ്ക്കുന്നില്ല). ഭൂമിയിലൂടെ കരണ്ടുകടന്നുപോകുന്ന പാത വളരെ വലുപ്പമേറിയതായതിനാൽ ഭൂമിയിലെ ആ ഭാഗത്തിന്റെ പ്രതിരോധം വളരെക്കുറവായിരിയ്ക്കും എന്നതിനാൽ എർത്തിങ്ങിലെ പ്രസക്തമായ പ്രതിരോധം യഥാർത്ഥത്തിൽ ഭൂമിയും ഇലക്ട്രോഡും തമ്മിൽ ചേരുന്ന ഭാഗത്താണുള്ളത്‌. അതായത്‌ എർത്തിങ്ങിന്റെ പ്രതിരോധം എർത്തിങ്ങിന്റെ ഭാഗത്തു മാത്രമാണെന്നു കാണാം.

അതായത്‌ ഏർത്തിംഗ്‌ പ്രതിരോധമെന്നത്‌ ഏർത്തിംഗ്‌ സംവിധാനത്തിന്റെ പ്രതിരോധം മാത്രമാണെന്നു മനസ്സിലായല്ലോ?

വൈദ്യുത ശൃംഖലയുടെ സുരക്ഷിതമായ പ്രവർത്തനത്തിനായോ ഓരോ  സ്ഥലത്തും അനുവദനീയമായ പരമാവധി ഏർത്ത്‌ പ്രതിരോധം നിയമം മൂലം നിഷ്കർഷിച്ചിട്ടുണ്ട്. അത്‌ താഴെ ക്കാണും പ്രകാരമാണ്‌.

◾വലിയ വൈദ്യുത നിലയങ്ങൾ= 0.5 ഓം.

◾വലിയ സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ= 1.0 ഓം

◾ചെറിയ സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ = 2 ഓം

◾ഗാർഹീക കണക്ഷനുകളും മറ്റാവശ്യങ്ങളും = 8 ഓം

വൈദ്യുത പ്രതിഷ്ഠാപനത്തിനെ എർത്ത്‌ തുടർച്ചാ ചാലകത്തിനു (earthing conductor) അനുവദനീയമായത്‌ പരമാവധി പ്രതിരോധം 1 ഓം ആണ്‌.

എർത്തിങ്ങിന്റെ പ്രതിരോധം എർത്ത്‌ ഇലക്ട്രോ ഇലക്ട്രോഡും മണ്ണും തമ്മിൽ ചേരുന്ന ഭാഗത്താണ്‌ പ്രസക്തമായിരിയ്ക്കുന്നത്‌ എന്ന മനസ്സിലായല്ലോ. എർത്തിങ്ങിന്റെ പ്രതിരോധം താഴെപ്പറയുന്ന ഘടകങ്ങളെ ആശ്രയിച്ചിരിയ്ക്കുന്നു.

1, എർത്ത്‌ ഇലക്ട്രോഡും ഭൂമിയുമായി സമ്പർക്കത്തിൽ വരുന്ന പ്രതലത്തിന്റെ വിസ്തീർണ്ണം (contact area between earth electrode and soil). ഈ സമ്പർക്ക വിസ്തീർണ്ണം കൂടിന്നതിനനുസരിച്ച്‌ പ്രതിരോധം കുറഞ്ഞുവരും

2, മണ്ണിന്റെ പ്രതിരോധകത ( soil resistivity).

മണ്ണിന്റെ പ്രതിരോധകത അഥവാ റെസിസ്റ്റിവിറ്റി ചുവടെക്കാണിച്ചിട്ടുള്ള ഘടകങ്ങളെ ആശ്രയിച്ചിരിയ്ക്കുന്നു.

മണ്ണിന്റെ തരം  ( ഉദാ:- ചളി, മണൽ പാറ എന്നിങ്ങനെ )

മണ്ണിന്റെ ജലാംശം

മണ്ണിന്റെ രാസഘടനയും മണ്ണിലുള്ള ലവണാംശവും

മണ്ണിന്റെ താപനില

മണ്ണിന്റെ ഭൗതീക ഘടന

മണ്ണിന്റെ  പ്രതിരോധകത

മണ്ണിന്റെ പ്രതിരോധകത മണ്ണിനനുസരിച്ച്‌ വ്യതിയാനപ്പെട്ടിരിയ്ക്കും വിവിധ മണ്ണുകളുടെ പ്രതിരോധകളുടെ ഒരു പട്ടിക താഴെപ്പറയുന്നു.

1 Loamy garden soil                         500 – 5000            Ohm-cm

2 Clay                                               800 – 5000            Ohm-cm

3 Clay, Sans and Gravel mix            4000 – 25000       Ohm-cm

4 Sand and Gravel                            6000 – 10000       Ohm-cm

5 Slates, Slab sand stone                   1000 – 50000       Ohm-cm

6 Crystalline Rock                            20000 – 100000   Ohm-cm

ചളിനിറഞ്ഞതും ജലാംശം നിറഞ്ഞതുമായ മണ്ണിനു റെസിറ്റിവിറ്റി കുറവാണെന്നും മറിച്ച്‌ പാറയിലും മണലിലുമൊക്കെ അതു വളരെക്കൂടുതലാണെന്നും ഈ പട്ടികയിൽ നിന്നും മനസ്സിലാക്കാം.