സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ ( Substations)

സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ ( Substations)

വൈദ്യുത ശൃംഖലയിലെ ( Electric grid) ഒരു പ്രധാനപ്പെട്ട ഘടകമാണ്‌ സബ്സ്റ്റേഷൻ. വൈദ്യുതോല്പ്പാദന കേന്ദ്രങ്ങൾക്കും ( Generating Stations) വൈദ്യുത ഉപഭോക്താക്കൾക്കും ഇടയിലുള്ള കണ്ണിയായി (Link) സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ പ്രവർത്തിയ്ക്കുന്നു. വൈദ്യുത പ്രസാരണ ശൃംഖലയുടെ ഭാഗമാണ്‌ സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ. സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ പ്രധാനമായും താഴെപ്പറയുന്ന കാര്യങ്ങൾക്കാണൂപയോഗിയ്ക്കുന്നത്.

1, വൈദ്യുത പ്രസാരണത്തിനാവശ്യമായ ഉയർന്ന വോൾട്ടേജിലേയ്ക്കു ഉല്പ്പാദന വോൾട്ടേജിനെ പരിവർത്തനം ചെയ്യുക. ( Stepping up generating voltage for transmission)

2,വൈദ്യുത വിതരണത്തിനും മറ്റുമായി ഉയർന്ന പ്രസാരണ വോൾട്ടേജിനെ കുറഞ്ഞവോൾട്ടേജിലേയ്ക്കു പരിവർത്തനം ചെയ്യുക.( Stepping down transmission voltage for distribution)

3,അതിദീർഘ ഡി.സി. പ്രസാരണ ലൈനുകൾക്കായി ( Very long Direct current transmission lines) പ്രത്യാവർത്തിധാരാ വൈദ്യുതിയെ നേർധാരാ വൈദ്യുതിയാക്കി പരിവർത്തനം ചെയ്യുകയും, തിരിച്ചും ചെയ്യുക.

4, വൈദ്യുത പ്രസാരണ ,വിതരണ ലൈനുകളെ നിയന്ത്രിയ്ക്കുക, സംരക്ഷിയ്ക്കുക, വൈദ്യുതോപയോഗം അളക്കുക മുതലായ കർത്തവ്യങ്ങൾ നിർവ്വഹിയ്ക്കുക. ( Control and protection of transmission lines )

5, വൈദ്യുതശൃംഖലയിലെ റിയാക്ടീവ് പവർ നിയന്ത്രണവും അതുവഴി ശൃംഖലയിലെ വോൾട്ടതാ നിയന്ത്രണവും സാധ്യമാക്കുക. ( Control of reactive power and voltage)

6, ലോഡ് ഷെഡ്ഡിങ്ങ് ( Load shedding), ഐലന്റിങ്ങ് (islanding) എന്നിവ വഴി വൈദ്യുത ശൃംഖലയുടെ സ്ഥിരത (stability) നിലനിർത്തുകയും ശൃംഖലയെ തകർച്ചയിൽ നിന്നും സംരക്ഷിയ്ക്കുകയും ചെയ്യുക.

വൈദ്യുതോല്പ്പാദന കേന്ദ്രങ്ങൾ വൈദ്യുതോപഭോക്താക്കളിൽ നിന്നും ദൂരത്തായിരിയ്ക്കുമല്ലോ സാധാരണ ഉണ്ടാകുക. ജലവൈദ്യുത നിലയങ്ങളും ആണവ നിലയങ്ങളും, താപനിലയങ്ങളുമൊക്കെ ജനവാസ കേന്ദ്രങ്ങളിൽ നിന്നും വിദൂരത്തിയിര്യ്ക്കും മിയ്ക്കപ്പോഴും. ഡീസൽ, ഗ്യാസ്, സോളാർ നിലയ്ങ്ങളൊക്കെയായിരിയ്ക്കും ഉപഭോക്താക്കളോടു താരതമ്യേനാടുത്തു സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത്. പക്ഷേ ഇത്തരം നിലയങ്ങൾ താരതമ്യേന ശേഷി കുറഞ്ഞവയായിരിയ്ക്കും. ആയതിനാൽ വലിയ അളവിലുള്ള വൈദ്യുതിയ്ക്കു  ദൂരെയുള്ള പരമ്പരാഗത നിലയങ്ങളെ ആശ്രയിയ്ക്കേണ്ടി വരും.

അന്തിമ ഉപഭോക്താക്കൾ ( Consumers ) താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ വോൾട്ടതയിലുള്ള വൈദ്യുതിയാണുപയോഗിയ്ക്കുന്നത്. സിംഗിൾ ഫേസ് ഗാർഹിക ഉപയോഗത്തിനു 240 വോൾട്ടും ത്രീ ഫേസിൽ 415 വോൾട്ടുമാണ്‌. വലിയ ഫാക്ടറികളും മറ്റും 11 കെ.വിയിലുള്ള ഉപകരൺങ്ങളുപയോഗിയ്ക്കുന്നതിനാൽ അവർക്ക് 11 കെ.വി. യാണാവശ്യം. എന്നിരുന്നാലും സ്ഥാപിത ലോഡ് ( Connected load) വളരെ കൂടുതലുള്ള ഫാക്ടറികൾക്കും മറ്റും 33 കെ.വി,66 കെ.വി, 110 കെ.വി. മുതലായ കൂടിയ വോൾട്ടതയിൽ കണക്ഷൻ നല്കുന്നുണ്ട്. അവർ അത് ആവശ്യാനുസരണം കുറച്ചുപയോഗിയ്ക്കുന്നു.

     അപ്പോൾ പറഞ്ഞുവന്നത് ഉപഭോക്താക്കൾക്ക് താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ വോൾട്ടേജിലുള്ള വൈദ്യുതിയാണാവശ്യമെന്നാണ്‌. വീട്ടിൽ തന്നെ സ്ഥാപിയ്ക്കുന്ന ചെറിയ ജനറേറ്ററുകളിൽ നിന്നാണെങ്കിൽ ഇതു സാധ്യമാക്കുക എളുപ്പമാണ്‌. ജനറേറ്ററിൽ നിന്നും നേരെ കണക്ഷൻ കൊടുത്താൽ മതിയല്ലോ. എന്നാൽ വളരെ ദൂരെ നിന്നും വൈദ്യുതി കുറഞ്ഞ വോൾട്ടേജിൽ ഉപഭോക്താവിനെത്തിച്ചു കൊടുക്കുക എന്നത് പ്രായോഗികമായി ബുദ്ധിമുട്ടുള്ള കാര്യമാണ്‌.

വൈദ്യുത പവർ  (Electric power) എന്നത് വോൾട്ടേജിന്റേയും കറണ്ടിന്റേയും ( പ്രവാഹ തീവ്രത) ഗുണിതമാണ്‌.അതായത് പവർ “P=V x I” എന്നു കാണാം. ഇവിടെ “V” എന്നത് വോൾട്ടേജിനേയും, “I” എന്നത് കറണ്ടിനേയും സൂചിപ്പിയ്ക്കുന്നു.ഈ സമവാക്യത്തിൽ എ.സി. സർക്യൂട്ടുകളിൽ പവർ ഫാക്ടർ ( power factor) എന്നൊരു വിദ്വാൻ കൂടെ കയറി വരും. പവർ ഫാക്ടർ എന്നത് ലോഡിന്റെ ഒരു സ്വഭാവത്തിന്റെ സൂചകമാണ്‌. അപ്പോൾ സമവാക്യം  പവർ “P=V x I x പവർ ഫാക്ടർ” എന്നാകും. പവർ ഫാക്ടറിന്റെ മൂല്യം എല്ലായ്പ്പോഴും പൂജ്യത്തിനും ഒന്നിനുമിടയ്ക്കായിരിയ്ക്കും. അതു ലോഡിനെ ആശ്രയിച്ചിരിയ്ക്കുകയും ചെയ്യും.കപ്പസിറ്ററുകൾ,കാന്തിക കോയിലുകൾ, ആർക്ക് ലാമ്പുകൾ മുതലായവയുടെ പവർഫാക്ടർ വളരെകുറവായിരിയ്ക്കും (പൂജ്യത്തോടടുത്ത്) എന്നാൽ ഹീറ്റർ കോയിലുകളുടെയും സാധാരണ ബൾബുകളുടേയും പവർ ഫാക്ടർ ഒന്നിനോടടുത്തായിരിയ്ക്കും. മോട്ടോറുകൾക്ക് ലോഡില്ലാത്തപ്പോൾ പവർഫാക്ടർ കുറവു ലോഡുള്ളപ്പോൾ കൂടുതലുമായിരിയ്ക്കും. പവർ ഫാക്ടർ ഒഒന്ന് എന്നു സങ്കല്പ്പിച്ചാൽ സമവാക്യം ആദ്യം പറഞ്ഞതു തന്നെയെടുക്കാം.എളുപ്പത്തിൽ കാര്യം പറയാൻ അതാണ്‌ നല്ലത്.അപ്പോൾ സംവാക്യത്തിലേയ്ക്കു വരാം. ഇവിടെ വോൾട്ടേജിന്റേയും കറണ്ടിന്റേയും ഗുണിതമാണ്‌ പവർ എന്നു കണ്ടല്ലോ. നമുക്ക് 1000 വാട്ട് പവറിൽ പ്രവർത്തിയ്ക്കുന്ന ഒരുപകരണമുണ്ടെന്നു കരുതുക 250 വോൾട്ടിലാണ്‌ പ്രവർത്തിയ്ക്കുന്നതെന്നും കരുതുക. അപ്പോൽ അതിനാവശ്യമായ കറണ്ട് 

“1000/250 =4” ആമ്പിയറായിരിയ്ക്കും. 

ഇനി നമ്മുടെ ഉപയോഗം 10000 വാട്ടാണെങ്കിലോ 40 ആമ്പിയർ വേണ്ടിവരുമെന്നു കാണാം. അതായത് ഒരു നിശ്ചിത വോൾട്ടേജിൽ പവറിനാനുപാതികമായി കറണ്ടു കൂടിവരും.  വൈദ്യുത ശൃംഖലയിൽ ഒരാൾ മാത്രമല്ലല്ലോ കറണ്ടുപയോഗിയ്ക്കുന്നത്. എല്ലാവരും കൂടെ ഉപയോഗിയ്ക്കുമ്പോ ഡിമാന്റ് കൂടിവരും. അതായത് പവറിന്റെ ആവശ്യകത കൂടി വരുമെന്നർത്ഥം.ഒരു പ്രദേശത്ത താമസിയ്ക്കുന്ന ആളുകൾക്കെല്ലാം ചേർന്ന് 1000000 ( പത്തുലക്ഷം) വാട്ട് പവർ വേണമെന്നു കരുതുക. 250 വോൾട്ടിലാണെങ്കിൽ 1000000/250 = 4000 ആമ്പിയയർ കറണ്ട് ആവശ്യമായി വരും. ഇത്രയും ബൃഹത്തായ കറണ്ട് ലൈനിലൂടെ പ്രവഹിപ്പിയ്ക്കുന്ന എന്നത് വളരെ ബുദ്ധിമുട്ടുള്ളതാണ്‌. അതിനുള്ള കാരണങ്ങൾ ചുവടെ.

1,വൈദുത ലൈനിലൂടെ ( ചാലകത്തിലൂടെ) കറണ്ടൊഴുകുമ്പോൾ ലൈനിലെ പ്രതിരോധം ( Resistance) മൂലം കുറച്ചു വൈദ്യുതോർജ്ജം ലൈനിൽ തന്നെ നഷ്ടമാകും. വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിന്റെ വർഗ്ഗത്തിനും (square of current) ലൈനിന്റെ പ്രതിരോധത്തിനും ആനുപാതികമായായിരിയ്ക്കും ഈ ഊർജ്ജ നഷ്ടം. കൂടുതൽ സമയം വൈദ്യുതി ഒഴുകുമ്പോൾ കൂടുതൽ ഊർജ്ജം നഷ്ടമാകുന്നു. ഊർജ്ജ നഷ്ടത്തിന്റെ തോത് എന്നത് “I²Rt” എന്നതാണ്‌. ഇവിടെ “R” എന്നത് ലൈനിന്റെ പ്രതിരോധവും, “t” എന്നത് വൈദ്യുതി പ്രവഹിച്ച സമയവുമാണ്‌.ഊർജ്ജ നഷ്ടം കറണ്ടിന്റെ വർഗ്ഗത്തിനാനുപാതികമായതിനാൽ കറണ്ടു കൂടുന്നതനുസരിച്ച് ഊർജ്ജ നഷ്ടം വളരെയധികം കൂടും.ഉദാഹരണത്തിനു ചാലകത്തിന്റെ പ്രതിരോധം 1 ഓം ആണെന്നു കരുതുക, പ്രവഹിച്ച സമയം 1 സെക്കന്റും ആണെന്നു കരുതുക അപ്പോൽ 1 ആമ്പിയർ കരണ്ടൊഴുകിയാൽ ഊർജ്ജ നഷ്ടം 1 ജൂൾ ആയിരിയ്ക്കും. അതേസമയം മറ്റു ഘടകങ്ങൾ മാറാതെ കറണ്ട് 2 ആമ്പിയറായാൽ നഷ്ടം 4 ആയും കറണ്ട് 4 ആമ്പിയറായാൽ നഷ്ടം 16 ആയും വർദ്ധിയ്ക്കും. അപ്പോൾ വളരെ വലിയ കറണ്ട് വേണ്ടി വന്നാൽ ലൈനിലുണ്ടാകുന്ന നഷ്ടം അതി ഭീമമായിരിയ്ക്കും. ഇതൊഴിവാക്കണമെങ്കിൽ ഒന്നുകിൽ കറണ്ട് കുറയ്ക്കണം, അല്ലെങ്കിൽ പ്രതിരോധം വളരെക്കുറഞ്ഞ ചാലകമുപയോഗിയ്ക്കണം. ചാലകത്തിന്റെ പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കണമെങ്കിൽ അതിന്റെ വണ്ണം കൂട്ടണം, അല്ലെങ്കിൽ പ്രതിരോധം കുറഞ്ഞ ചെമ്പ്,വെള്ളി പോലുള്ള ലോഹങ്ങളുപയോഗിയ്ക്കണം. രണ്ടായാലും ചെലവു കൂടും.

2, ലൈനിലൂടെ കറണ്ടൊഴുകുമ്പോൾ ലൈനിൽ വോൾട്ടതാ നഷ്ടമുണ്ടാകും (Voltage drop). ഇതു കറണ്ടിനാനുപാതികമായിരിയ്ക്കും. അതുമൂലം ഉപഭോക്താക്കൾക്കു വൈദ്യുതിയെത്തുമ്പോൾ വോൾട്ടേജു കുറഞ്ഞുപോകും. കറണ്ട് കൂടുതലാണെങ്കിൽ വോൾട്ടേജു നഷ്ടവും വളരെക്കൂടുതലാകും.

3, ലൈനിലൂടെ കറണ്ടൊഴുകുമ്പോൽ അതിനു ചുറ്റും കാന്തികമണ്ഡലമുണ്ടാകും ( Magnetic field). എ.സി.കറണ്ടാണെങ്കിൽ ഈ കാന്തിക മണ്ഡലം സമീപത്തുള്ള ചാലകങ്ങളിൽ വൈദ്യുതി ഉല്പ്രേരിപ്പിയ്ക്കുകയും ( Electro magnetic induction), അതിനെ ചൂടാക്കുകയും ചെയ്യും. ഇതു മൂലം ഊർജ്ജ നഷ്ടമുണ്ടാകുകയും മറ്റു അപകടങ്ങളുണ്ടാകുകയും ചെയ്യും. കറണ്ടിന്റെ അളവിനനുസരിച്ച് കാന്തികമണ്ഡലത്തിന്റെ തീവ്രതയും അതുമൂലം ഊർജ്ജ നഷ്ടവും കൂടിവരും.

അപ്പോൾ പ്രായോഗികമായ കാരണങ്ങളാൽ വൈദ്യുതിയുടെ പ്രവാഹ തീവ്രത കുറഞ്ഞിരിയ്ക്കുകയാണ്‌ അഭികാമ്യം എന്നു കണ്ടു. എന്നാൽ നിശ്ചിത വോൾട്ടതയിൽ നിശ്ചിതമായ പവർ നല്കണമെങ്കിൽ അതിനാവശ്യമായ കറണ്ടൊഴുകിയേ തീരൂ. അപ്പോൽ പവർ കുറയ്ക്കാതെ കറണ്ട് കുറയ്ക്കണമെങ്കിൽ വോൽട്ടേജ് കൂട്ടിയാൽ മതി. വോൾട്ടേജ് കൂടുമ്പോൽ കുറഞ്ഞ അളവ് കറണ്ട് കൊണ്ട് നിശ്ചിത അളവ് പവർ നല്കാം.

ഈ തത്വമാണ്‌ ഉന്നത വോൾട്ടേജ് പ്രസാരണത്തിനുപയോഗിയ്ക്കുന്നത്. സാധാരണ ഗതിയിൽ ഉല്പ്പാദന വോൾട്ടേജ് 11 കെ.വി.യാണ്‌. കൂടാതെ 33 കെ.വി., 3.3 കെ.വി., 415 വോൾട്ട് മുതലായ വോൾട്ടതയിലും ജനറേറ്ററുകൾ ഉണ്ട്. സാങ്കേതികമായ കാരണങ്ങളാൽ അത്യുന്നത വോൾട്ടേജിലുള്ള  (Extra high voltage – EHV) ജനറേറ്ററുകൾ അപ്രായോഗികമാണ്‌. ആയതിനാൽ ഉല്പ്പാദന വോൾട്ടതയെ ഉല്പ്പാദന നിലയങ്ങളിലെ ട്രാൻസ്ഫോർമറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് വർദ്ധിപ്പിയ്ക്കുന്നു ( Step up). അയയ്കേണ്ട പവറിനും ദൂരത്തിനും ആനുപാതികമായി 66 കെ.വി, 110 കെ.വി, 220 കെ.വി, 400 കെ.വി തുടങ്ങിയ അളവിലേയ്ക്കാണ്‌ പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്നത്. കൂടുതൽ പവർ കൂടുതൽ ദൂരത്തേയ്ക്കയയ്ക്കണമെങ്കിൽ കൂടിയ വോൾട്ടേജ് വേണം ( അപ്പോൾ കൂടുതൽ പവറിനു കുറവു കറണ്ടു മതിയാകും. ആയതിനാൽ ലൈനിലുണ്ടാകുന്ന ഊർജ്ജ നഷ്ടം കുറവായിരിയ്ക്കും)എന്നു സാമാന്യമായി മനസ്സിലാക്കാം.

അപ്പോൾ എല്ലായ്പ്പോഴും ഏറ്റവും കൂടിയ വോൾട്ടേജ് വൈദ്യുത പ്രസാരണത്തിനുപയോഗിച്ചാൽ പ്രസാരണചെലവ് വളരെയേറെ കുറയ്ക്കാനാവില്ലേ എന്നു ന്യായമായും സംശയിയ്ക്കാം. എന്നിട്ടുമെന്താണ് ഇതുപോലെ 33 കെ.വി, 66 കെ.വി,110 കെ.വി പോലെ പലതരം വോൾട്ടേജുപയോഗിയ്ക്കുന്നു.?

ഏറ്റവും കൂടിയ വോൾട്ടേജ് ഉപയോഗിയ്ക്കുന്നത് എല്ലായ്പ്പോഴും ലാഭമായിരിയ്ക്കുകയില്ല. വോൾട്ടേജ് കൂടുന്നതനുസരിച്ച് സബ്സ്റ്റേഷനുകളുടേ ചെലവ്, ലൈനുകളുടെ ഇൻസുലേഷന്റെ ചെലവ് എന്നിവ കൂടിക്കൂടി വരും. ( ലൈനിലെ ചാലകത്തിന്റെ - വൈദ്യുതവാഹി- ചെലവ് കുറഞ്ഞുവരും, പ്രസാരണ നഷ്ടം കുറഞ്ഞുവരും) കൂടാതെ ലൈനിലുണ്ടാകുന്ന കൊറോണ പ്രതിഭാസം (Corona effect) വോൾട്ടേജിനനുസരിച്ച് കൂടി വരും. അപ്പോൾ വോൾട്ടേജ് കൂട്ടുന്നതുമൂലം വൈദ്യുതവാഹിയിലുണ്ടാകുന്ന ലാഭം സബ്സ്റ്റേഷനിലും മറ്റുമുണ്ടാകുന്ന ഉയർന്ന ചെലവിനേക്കാൾ മെച്ചമാകുന്ന വോൾട്ടേജാണ് ഏറ്റവും ലാഭകരമായ വോൾട്ടേജ്. (പ്രസാരണ വോൾട്ടേജ് തെരഞ്ഞടുക്കുന്നതിനു ഇതുകൂടാതെ മറ്റുചില കാര്യങ്ങളും കൂടി ഇതിനെ ബാധിയ്ക്കുന്നുണ്ട്). ട്രാൻസ്മിഷൻ വോൾട്ടേജും പ്രസാരണത്തിനാവശ്യമായ മൂലധനചെലവും തമ്മിലുള്ള ഒരു ഗ്രാഫ് താഴെക്കാണിച്ചിരിയ്ക്കുന്നു. അതു നോക്കിയാലറിയാം ഒരു നിശ്ചിത അളവിൽ കൂടുതൽ വോൾട്ടേജ് കൂട്ടുന്നത് ലാഭകരമായിരിയ്ക്കില്ല എന്നത്. ഗ്രാഫിൽ A എന്നു അടയാളപ്പെടുത്തിയ വോൾട്ടേജാണ് ഏറ്റവും ആദായകരമായ വോൾട്ടേജ്.

ഉന്നത വോൾട്ടേജിലുള്ള വൈദ്യുതിയെ പ്രസാരണ ലൈനുകളുടെ സഹായത്താൽ ഉപഭോഗ കേന്ദ്രങ്ങളിലെത്തിയ്ക്കുന്നു (Load center). എന്നാൽ ഉപഭോക്താക്കൾക്ക് കുറഞ്ഞ വോൾട്ടേജിലുള്ള വൈദ്യുതിയാണാവശ്യം എന്നതിനാൽ ഈ പ്രസാരണ ലൈനുകളെ ഉപഭോക്താവിന്റെ പ്രതിഷ്ഠാപനവുമായി (Installation) ബന്ധിപ്പിയ്ക്കാനാവില്ല. ഇവിടെയാണ്‌ സബ്സ്റ്റേഷനുകളുടെ പ്രധാന പ്രസക്തി. സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ ഇത്തരം ഉന്നത വോൾട്ടതയിലുള്ള വൈദ്യുതിയെ താഴ്ന്ന വോൾട്ടതയിലേയ്ക്കു പരിവർത്തനം ( Step down ) ചെയ്ത് ഉപഭോക്താക്കൾക്കു നല്കുന്നു.അത്യുന്നത വോൾട്ടതയെ പല ഘട്ടങ്ങളായി പരിവർത്തനം ചെയ്ത് ഓരോ ഉപഭോക്താവിനും ആവശ്യമായ വൈദ്യുതി വിതരണ ലൈനുകളുടെ സഹായത്താൽ നല്കുന്നു. കൂടുതൽ മനസ്സിലാക്കുന്നതിനായി ഒരു വൈദ്യുത ശൃംഖലയുടെ ലഘുരേഖാ ചിത്രം താഴെക്കൊടുക്കുന്നു.

അതി ദീർഘ പ്രസാരണ ലൈനുകൾക്ക് ( very long transmission lines ) എ.സി. ഉപയോഗിയ്ക്കുമ്പോൾ കൈകാര്യം ചെയ്യേണ്ടി വരുന്ന പവർ വളരെക്കൂടുതലാണെങ്കിൽ അതിനനുസരിച്ച് വോൾട്ടേജ് വളരെയധികം കൂട്ടേണ്ടി വരും. മാത്രവുമല്ല വിശ്വസനീയമായ (reliable) ഊർജ്ജ കൈമാറ്റത്തിന്‌ ഒന്നിലധികം സമാന്തര ലൈനുകളും ആവശ്യമായി വരും. ഇത്തരം സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഡി.സി. പ്രസാരണമാണ്‌ അഭികാമ്യം. ഡി.സി.പ്രസാരണത്തേക്കുറിച്ച്കൂടുതലറിയാൻ ഇവിടെ വായിയ്ക്കുക. ഡി.സി പ്രസാരണത്തിന്‌ എ.സി.യെ ഡി.സിയായും മറിച്ചും പരിവർത്തനം ചെയ്യേണ്ടതുണ്ട്. ഇതിനയി കൺവെർട്ടർ സ്റ്റേഷനുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്ന പ്രത്യേകതരം സ്റ്റേഷനുകൾ ആവശ്യമാണ്‌.

വൈദ്യുത പ്രസാരണ ലൈനുകൾ, വിതരണ ലൈനുകൾ എന്നിവയെ അവയിലുണ്ടാകുന്ന ഫാൾട്ടുകളിൽ നിന്നും സംരക്ഷണം (protection) നല്കുന്നത് സബ്സ്റ്റേഷനിലെ റിലേ സംവിധാനത്തിലൂടെയാണ്‌.

എ.സി.പ്രസാരണത്തിൽ വലിയൊരു പ്രവർത്തനമാണ്‌ റിയാക്ടീവ് പവറിന്റെ ( Reactive power ) നിയന്ത്രണം. ഗ്രിഡിന്റെ വോൾട്ടേജ് പ്രധാനമായും റിയാക്ടീവ് പവറിനെ ആശ്രയിച്ചാണിരിയ്ക്കുന്നത്. ആവശ്യാനുസരണം റിയാക്ടീവ് പവർ ഉദ്പാദിപ്പിയ്ക്കാനും, അല്ലെങ്കിൽ ആഗിരണം ചെയ്യാനും സബ്സ്റ്റേഷനിലെ റിയാക്ടീവ് പവർ ശ്രോതസ്സുകൾ ( reactive power sources )സഹായിയ്ക്കുന്നു.

വിവിധതരം സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ ( Different types of substations)

സബ്സ്റ്റേഷനുകളെ അവയുടെ ഉപയോഗമനുസരിച്ച് ( function) താഴെപ്പറയും വിധം തരം തിരിയ്ക്കാം. ( ഓർക്കുക ഒരു സബ്സ്റ്റേഷൻ തന്നെ ഒന്നിലധികം ധർമ്മങ്ങൾ നിറവേറ്റുന്നുണ്ട്. ആയതിനാൽ സാധാരണഗതിയിൽ വ്യക്തമായി ഒരു വേർ തിരിവ് അസാധ്യമാണ്‌. എന്നിരുന്നാലും ഏതൊക്കെ ഉപയോഗത്തിന്‌ ഏതൊക്കെ സബ്സ്റ്റേഷൻ എന്നറിയാൻ ഈ പട്ടിക സഹായിയ്ക്കും)

1, ട്രാൻസ്ഫോർമർ സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ :- ഇവ വോൾട്ടേജ് പരിവർത്തനത്തിനായുള്ളതാണ്‌. ഒരു വോൾട്ടേജിൽ ( ചിലപ്പോൾ ഒന്നിലധികം) പവർ സ്വീകരിയ്ക്കുകയും മറ്റൊരു വോൾട്ടേജിൽ പുറത്തേയ്ക്കു നല്കുകയുമാണിവ ചെയ്യുന്നത്.

2,സ്വിച്ചിങ്ങ് സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ ( switching substations ):-ഇവ വോൾട്ടേജ് പരിവർത്തനം വരുത്തുന്നില്ല. പ്രസാരണ ലൈനുകളുടെ നിയന്ത്രണം ( switching ) മാത്രമാണിവയ്യുടെ ധർമ്മം.

3, പവർ ഫാക്ടർ നിയന്ത്രണ സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ ( Power factor correction substations):- ഇവ റിയാക്ടീവ് പവറിനേയും (reactive power) അതുവഴി പവർ ഫാക്ടറിനേയും നിയന്ത്രിയ്ക്കാനുള്ളതാണ്‌. കപ്പസിറ്ററുകൾ, റിയാക്ടറുകൾ മുതലായവയാണീ സബ്സ്റ്റേഷനിലെ പ്രധാന ഉപകരണങ്ങൾ.

4,ഫ്രീക്വൻസി പരിവർത്തന  സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ (frequency converting stations) :- വ്യാവസായിക ആവശ്യത്തിനായി ആവൃത്തി പരിവർത്തനം ചെയ്യാനുള്ള സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ

5, കൺവെർട്ടിങ്ങ് സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ ( Converting substations):- HVDC പ്രസാരണത്തിനായി എ.സി. യെ ഡി.സി യായും DC യെ AC ആയും പരിവർത്തനം ചെയ്യാനുള്ള സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ.

6, വ്യാവസായിക സബ്സ്റ്റേഷൻ ( industrial substations ):- വ്യവസായ ശാലക്ളിലെ ആവശ്യത്തിന്‌ അവിടങ്ങളിൽ സ്ഥാപിയ്ക്കുന്ന സബ്സ്റ്റേഷൻ.

സബ്സ്റ്റേഷന്റെ നിർമ്മാണ (construction) രീതിയനുസരിച്ച് താഴെക്കാണും വിധം തരം തിരിയ്ക്കാം.

1, ഔട്ട്ഡോർ സബ്സ്റ്റേഷൻ (outdoor substation):- ഇത്തരം സബ്സ്റ്റേഷനിൽ ഒട്ടുമിയ്ക്ക ഉപകരണങ്ങളും കെട്ടിടത്തിനു വെളിയിലാണ്‌ സ്ഥപിയ്ക്കുക ( സബ്സ്റ്റേഷൻ യാർഡിൽ). ലൈനുകൾ തമ്മിലുള്ള പ്രധാന ഇൻസുലേഷൻ വായുവാണ്‌.കൂടിയ വോൾട്ടേജിലുള്ള സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ മിയ്ക്കവാറും ഔട്ട് ഡോർ ആണ്‌. ഇത്തരം സബ്സ്റ്റേഷനു താരതമ്യേന ചെലവു കുറവായിരിയ്ക്കും.

2, ഇൻഡോർ സബ്സ്റ്റേഷൻ ( indoor substation):- ഇത്തരം സബ്സ്റ്റേഷനിൽ എല്ലാവിധ ഉപകരണങ്ങളും കെട്ടിടത്തിനുള്ളിലാണുണ്ടാകുക. ഉരുക്കുകൊണ്ടുണ്ടാക്കിയകവചിത ചട്ടക്കൂടിനുള്ളിലാണ്‌ ഉപകരണങ്ങൾ സ്ഥാപിയ്ക്കുക. ഇവ രണ്ടു തരത്ത്ലാണുള്ളത് അ, സാധാരണ മെറ്റൽ ക്ലാഡ് സ്വിച്ച് ഗിയർ പാനലുള്ളവ - പരമാവധി 33 കെ.വി വരെ,

ആ, SF6 വാതകം നിറച്ചവ ( Gas insulated substations – GIS) - അത്യുന്നത വോൾട്ടേജ് (400 കെ.വി) വരെ. ഇത്തരം സബ്സ്റ്റേഷനുകൾക്ക് നിർമ്മാണചെലവ് വളരെക്കൂടുതലാകും. എന്നാൽ കുറഞ്ഞ സ്ഥലത്ത് സ്ഥാപിയ്ക്കാം, കുറഞ്ഞ നിർമ്മാണ സമയം, കുറഞ്ഞ അറ്റകുറ്റപ്പണി എന്നിവ ഇവയുടെ സവിശേഷതയാണ്‌.

3, ഭൂഗർഭ സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ (underground substations):- ഇവ ഭൂമിയ്ക്കടിയിലെ കെട്ടിടങ്ങളിൽ സ്ഥാപിയ്ക്കുന്നു. സ്ഥല ലഭ്യത കുറഞ്ഞ സ്ഥലത്ത് ലാഭകരമാണ്‌.

4, വിതരണ സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ ( Distribution substations):- ഇവ 11 കെ.വി.യെ 400 വോൾട്ടാക്കാനുള്ള സബ്സ്റ്റേഷനുകളാണ്‌. വളരെ കുറഞ്ഞ ഘടകങ്ങളുള്ള ഇവ അന്തിമ വൈദ്യുതി വിതരണത്തിനാണുപയോഗിയ്ക്കുന്നത്. ഇവയിൽ 160 കെ.വി.എ വരെ ശേഷിയുള്ള ട്രാൻസ്ഫോർമറുകൾ പോസ്റ്റുകളിൽ താങ്ങുങ്ങാക്കി അതിൽ സ്ഥാപിയ്ക്കുമ്പോൾ (Pole mounted) ,500 കെ.വി.എ വരെയുള്ളവ കരിങ്കൽ തറകളിൽ ( Plinth mounted ) സ്ഥാപിയ്ക്കുന്നു. നമ്മുടെ റോഡരികുകളിൽ കാണുന്ന ട്രാൻസ്ഫോർമർ സ്റ്റേഷനുകൾ വിതരണ സബ്സ്റ്റേഷനുകളാണ്‌.

5, കണ്ടയ്നർ സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ ( Container substations ) : ഇത്തരം സബ്സ്റ്റേഷനുകൾ ട്രാൻസ്ഫോർമർ ഒഴികെയുള്ള ഉപകരണങ്ങൾ ഒരു കണ്ടെയ്നറിലാണ്‌ സ്ഥാപിയ്ക്കുന്നത്. വളരെ കുറഞ്ഞ സ്ഥലത്ത് വളരെ വേഗത്തിൽ സ്ഥാപിയ്ക്കനെന്നതാണിതിന്റെ സവിശേഷത. മാത്രവുമല്ല ദൂരെനിന്നും നിയന്ത്രിയ്ക്കാനുമാകും.

സബ്സ്റ്റേഷൻ ഉപകരണങ്ങൾ (substation equipment)

സബ്സ്റ്റേഷൻ ഉപകരണങ്ങൾ പ്രധാനമായും താഴെപ്പറയുന്ന വിഭാഗത്തിപ്പെട്ടവയാണ്‌.

1, ഉന്നത വോൾട്ടേജും കറണ്ടും നേരിട്ടു കൈകാര്യം ചെയ്യുന്ന പവർ ഉപകരണങ്ങൾ ( High voltage and hing current power equipment ).

2,ഉപകരണങ്ങളെ നിയന്ത്രിയ്ക്കുന്ന കൺട്രോൾ ഉപകരണങ്ങൾ, സംരക്ഷിയ്ക്കുന്ന സംരക്ഷണ ഉപകരണങ്ങൾ, വൈദ്യുതി അളക്കാനുള്ള ഉപകരണങ്ങൾ മുതലായവ ( Control, protection and metering equipment and instruments).

3, കൺട്രോൾ കേബിളുകളും പവർ കേബിളുകളും (Control cables and power cables).

4, സ്റ്റേഷൻ ബാറ്ററിയും ബാറ്ററി ചാർജ്ജറും ( Station battery and battery charger).

5,സ്റ്റേഷൻ എർത്തിങ്ങ് സംവിധാനം (Station earthing system).

6, സ്റ്റേഷൻ ലൈറ്റിങ്ങ്, മറ്റനുബന്ധ സംവിധാനങ്ങളും ( Station lighting and other accessories).

ഔട്ട്ഡോർ (Outdoor) സബ്സ്റ്റേഷനുകളിൽ പവർ ഉപകരണങ്ങൾ സബ്സ്റ്റേഷൻ യാർഡിലാണു സ്ഥാപിയ്ക്കുക. കൺട്രോൾ ഉപകരണങ്ങളും, പ്രൊട്ടക്ഷൻ ഉപകരണങ്ങളും സബ്സ്റ്റേഷന്റെ കൺട്രോൾ റൂമിലും (control room) സ്ഥാപിച്ചിട്ടുണ്ടാകും. ബാറ്ററി കൺട്രോൾ റൂമിനോടു ചേർന്നാകും ഉണ്ടാകുക. ഇൻഡോർ സബ്സ്റ്റേഷനിലാകട്ടെ എല്ലാത്തരം ഉപകരണങ്ങളൂം കൺട്രോൾ റൂമിൽ തന്നെയാകും ഉണ്ടാകുക. ഇ.എച്ച്.ടി സബ്സ്റ്റേഷനുകളിൽ സാധാരണ ഗതിയിൽ രണ്ടു രീതികളും ഉപയോഗിച്ചിട്ടിട്ടുണ്ടാകും. 11 കെ.വി, അല്ലെങ്കിൽ 33 കെ.വി. വരെയുള്ള വോൾട്ടേജിലുള്ള ഉപകരണങ്ങൾ കൺട്രോൾ റൂമിനുള്ളിലും അതിനു മുകളിലുള്ളത് പുറത്തും. ജിസ് (GIS) സബ്സ്റ്റേഷനിലാകട്ടെ എല്ലാം പൂർണ്ണമായും അകത്തു തന്നെയായിരിയ്ക്കും.

സബ്സ്റ്റേഷൻ സംവിധാനം ( Substation system)

സബ്സ്റ്റേഷന്റെ ഉപയോഗവും വിവിധ തരങ്ങളും ഏകദേശം മനസ്സിലായല്ലോ.ഇനി നമുക്ക് സബ്സ്റ്റേഷനെങ്ങിനെയാണ്‌ പ്രവർത്തിയ്ക്കുന്നതെന്നു നോക്കാം.ഒരു EHT സബ്സ്റ്റേഷന്റെ ഏകരേഖാ ചിത്രം ( Single Line Diagram –S.L.D.) താഴെക്കൊടുക്കുന്നു. ഓരോ ഉപകരണങ്ങൾക്കും പ്രത്യേകതരം ചിഹ്നമുപയോഗിച്ചാണ്‌ ഏകരേഖാ ചിത്രം വരയ്ക്കുക. ത്രീ ഫേസ് സംവിധാനമാണെങ്കിലും ചിത്രം ലളിതമാക്കാനായി ഒരു ഫേസ് മാത്രമാണു കാണിയ്ക്കുക. പവർ ഉപകരണങ്ങൾ മാത്രമാണ്‌ ഈ ഏകരേഖാ ചിത്രത്തിൽ കാണിച്ചിട്ടുള്ളത്. ഒരു സബ്സ്റ്റേഷന്റെ സംവിധാനങ്ങളെക്കുറിച്ച് സാമന്യ വിവരം ഏകരേഖാ ചിത്രം പങ്കുവയ്ക്കും.

ചിത്രം നോക്കുക. ഇതൊരു 110 കെ.വി/66കെ.വി/11 കെ.വ് സബ്സ്റ്റേഷന്റെ ഏകരേഖാ ചിത്രമാണ്‌ (S.L.D.). രണ്ട് 110 കെ.വി ഫീഡറുകൾ ( ലൈനുകൾ)  ആണ്‌ ഈ സബ്സ്റ്റേഷനിലെത്തുന്നത്. ഇവിടെ വച്ച് രണ്ട് ട്രാൻസ്ഫോർമറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് അതിനെ 66 കെ.വി യാക്കുന്നു. എന്നിട്ട് വേറെ രണ്ട് 66 കെ.വി സബ്സ്റ്റേഷനിലേയ്ക്കയയ്ക്കുന്നു. കൂടാതെ 110 കെ. വി.യെ 11 കെ.വി യാക്കി അതിനെ 11 കെ.വി ഫീഡറുകൾ വഴി വിതരണം ചെയ്യുന്നു. കൂടാതെ സബ്സ്റ്റേഷൻ ആവശ്യത്തിനായി ഒരു ആക്സിലറി ട്രാൻസ്ഫോർമറും ഉണ്ട്. 110 കെ. വി ലൈനുകൾ സബ്സ്റ്റേഷനിലെത്തി ബസ്ബാർ (Busbar) എന്ന സംവിധാനത്തിലേയ്ക്കാണെത്തുന്നത്. രണ്ടു ലൈനുകളും ഒരു ബസ്ബാറിൽത്തന്നെയാണെത്തുന്നത്. ആ ബസ്ബാറിൽ നിന്നുമാണ്‌ ട്രാൻസ്ഫോർമറിലേയ്ക്കു കണക്ഷൻ നല്കുന്നതും അതുപോലെ ട്രാൻസ്ഫോർമറുകളുടെ സെക്കന്ററിയും മറ്റൊരു ബസ്ബാറിലേയ്ക്കു ബന്ധിപ്പിച്ചിരിയ്ക്കുന്നു. അവിടെനിന്നുമാണ്‌ പുറത്തേയ്ക്കുള്ള ലൈനുകൾ ആരംഭിയ്ക്കുന്നത്. (ബസ്ബാറെന്നത് ഒന്നിലധികം ലൈനുകളും ട്രാൻസ്ഫോർമറുകളുമൊക്കെയുള്ളപ്പോൾ അവയ്ക്ക് വൈദ്യുതി നല്കാനും എടുക്കാനുമൊക്കെയുള്ള പൊതുവായ ഒരു സംവിധാനമാണ്‌). 

ലൈനുകളാകട്ടെ, ട്രാൻസ്ഫോർമറുകളാകട്ടെ അവ ബസ്ബാറിലേയ്ക്കു നേരിട്ടു ബന്ധിപ്പിയ്ക്കുകയല്ല. മറിച്ച് മറ്റു ചില ഉപകരണങ്ങൾ കൂടി ബസ്ബാറിനും ലൈനിനും/ട്രാൻസ്ഫോർമറിനും ഇടയിലുണ്ട്. ഇവ സബ്സ്റ്റേഷനേയും, ലൈനിനേയും ട്രാൻസ്ഫോർമറിനേയും, നിയന്ത്രിയ്ക്കാനും, സംരക്ഷിയ്ക്കാനും, അവയിലെ വൈദ്യുതി അളക്കാനും മറ്റുമുള്ളതാണ്‌. അവ യ ഥാക്രമം താഴെപ്പറയുന്നവയാണ്‌.

1, ലൈറ്റ്നിംഗ് അറസ്റ്റർ (Lightning arrestor or surge diverter) - ലൈനിലൂടെ വരുന്ന ഇടിമിന്നൽ മൂലമുണ്ടാകുന്ന അത്യുന്നത വോൾട്ടതയിലുള്ള ആവേഗങ്ങളെ ( Extra high voltage lightning impulses) സബ്സ്റ്റേഷനിൽ കയറാതെ തടയുന്നു (യഥർത്ഥത്തിൽ വഴിതിരിച്ചു വിടുന്നു). അതുവഴി സബ്സ്റ്റേഷനിലെ മറ്റുപകരണങ്ങളെ ഇടിമിന്നൽ ആവേഗങ്ങളിൽ (lightning impulses) നിന്നും സംരക്ഷിയ്ക്കുന്നു. ലൈനുകൾ സബ്സ്റ്റേഷനിൽ കയറുന്ന ആദ്യ ഇടത്തുതന്നെ ഇവ സ്ഥാപിയ്ക്കുന്നു. അതുപോലെ ട്രാൻസ്ഫോർമറുകളെ സംരക്ഷിയ്ക്കാനായി ട്രാൻസ്ഫോർമറുകളോടു ചേർന്നും ഇവ സ്ഥാപിയ്ക്കുന്നു.

2, വേവ് ട്രാപും, കപ്ളിങ്ങ് കപാസിറ്ററും ( wave trap and coupling capacitor) - ഇവ രണ്ടും PLCC -power Line Carrier Communication നു വേണ്ടി സ്ഥപിച്ചിട്ടുള്ളതാണ്‌.

3, ലൈൻ ഐസൊലേറ്റർ ( Line Isolator) :- ലൈനുകളിൽ എന്തെങ്കിൽ പണി ചെയ്യേണ്ടി വരുമ്പോൾ ലൈനിനെ സബ്സ്റ്റേഷനിലെ ലൈവ് ഭാഗത്തുനിന്നും വേർതിരിയ്ക്കുന്നതിനുപയോഗിയ്ക്കുന്നു ( Isolation).

4, ലൈൻ എർത്തിങ്ങ് സ്വിച്ച് ( Line earthing switch ):- ലൈൻ ഓഫ് ചെയ്താലും അതിൽ അവശേഷിയ്ക്കുന്ന ചാർജിനെ ഭൂമിയിലേയ്ക്കു ഡിസ്ചാർജ്ജ് ചെയ്യുന്നതിനുപയോഗിയ്ക്കുന്നു. ലൈനിൽ എന്തെങ്കിലും പണി ചെയ്യേണ്ടി വരുമ്പോൾ ഇതത്യാവശ്യമാണ്‌.

5, പൊട്ടൻഷ്യൽ ട്രാൻസ്ഫോർമർ (Potential Transformer – P.T.)- ലൈനിലെ വോൾട്ടേജ് അളക്കുന്നതിനുപയോഗിയ്ക്കുന്നു. വിശദവിവരങ്ങൾക്ക് ഈ പോസ്റ്റ് കാണുക.

6, കറണ്ട് ട്രാൻസ്ഫോർമർ ( Current transformer –C.T.) -   ലൈനിലെ/ട്രാൻസ്ഫോർമറിന്റെ പ്രവാഹ തീവ്രത അളക്കുന്നതിനുപയോഗിയ്ക്കുന്നു. വിശദവിവരങ്ങൾക്ക് ഈ പോസ്റ്റ് കാണുക.

7, സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കർ ( Circuit breaker  -C.B.): ലൈനിൽ/ട്രാൻസ്ഫോർമറിൽ ഫാൾട്ടുണ്ടാകുമ്പോഴും അറ്റകുറ്റപണികൾക്കായും ഓഫ് ചെയ്യാനും ആവശ്യാനുസരണം ചാർജ് ചെയ്യാനും സർക്യൂട്ട് ബ്രേക്കർ ഉപയോഗിയ്ക്കുന്നു.

8, ട്രാൻസ്ഫോർമറുകൾ ( Transformers)

സബ്സ്റ്റേഷനിലെ ഏറ്റവും വിലയേറിയ ഉപകരണമാണ്‌ പവർ ട്രാൻസ്ഫോർമറുകൾ. വോൾട്ടേജ് പരിവർത്തനം ചെയ്യാൻ ട്രാൻസ്ഫോർമറുപയോഗിയ്ക്കുന്നു. വിശദവിവരങ്ങൾക്ക് ഈ പോസ്റ്റ് കാണുക.