વિદ્યુતપરિપથ-ભેદક (circuit breaker)

વિદ્યુતપરિપથ-ભેદક (circuit breaker) : સામાન્ય અથવા અસામાન્ય સંજોગોમાં વિદ્યુતશક્તિ-પ્રણાલીના પ્રચાલન દરમિયાન વિદ્યુતપરિપથને ખુલ્લો અથવા બંધ કરતી પ્રયુક્તિ (device). પ્રણાલીના સામાન્ય સંચાલન દરમિયાન તે વીજબોજ(electric load)ને ઊર્જિત (energise) અથવા વિ-ઊર્જિત (deenergise) કરવાનું કાર્ય કરે છે. અસામાન્ય સંજોગોમાં જ્યારે વધુ પડતો વીજપ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય, કે પ્રણાલીમાં ખામી ઉદ્ભવે, ત્યારે તેનાથી સાધનોને તથા પરિસર(surroundings)ને થનાર શક્ય નુકસાન સામે રક્ષણ આપવા તે (ભેદક) ખૂલી જાય છે (પ્રવાહ બંધ થઈ જાય છે). વીજળી (lightning) પડે, અકસ્માત સર્જાય, સાધનોમાં વિકૃતિ (deterioration) આવે કે તેની કાર્યપદ્ધતિમાં ખામી આવે અથવા પ્રતિપાલિત (sustained) અધિબોજ(over load)ને કારણે ઉદભવતા લઘુપથન (short circuit) દ્વારા આવો પ્રવાહ ઉત્પન્ન થાય છે. આવા સંજોગોમાં સામાન્ય કરતાં 10થી 20 ગણો કે તેથી વધુ પ્રવાહ વહેતો થવાથી પ્રણાલીના ભાગોને નુકસાન થવાની સંભાવના હોઈ ખામીવાળા ભાગનું ત્વરિત અલગન અગત્યનું છે. આધુનિક પરિપથ-ભેદક 40થી 60 મિ. સેકન્ડમાં પરિપથનું વિમોચન કર છે (trips).

પરિપથ-ભેદકોનું નીચે પ્રમાણે વર્ગીકરણ કરી શકાય :

(અ) તેમના સ્થાન (location) [અંતર્દ્વારીય (indoor) કે બહિર્દ્વારીય (outdoor)] પ્રમાણે : સામાન્યત: 11થી 22 કિલોવોલ્ટના ભેદકો અંતર્દ્વારીય (indoor) પ્રકારના ગણાય છે. આથી વધુ ક્ષમતાવાળા દા. ત., 66, 132, 220, 400 KVના ભેદકો બહિર્દ્વારીય (outdoor) પ્રકારના ગણાય છે.

(આ) વીજચાપના શામક (quenching) માધ્યમ પ્રમાણે :

(i) જથ્થામય (bulk) તેલવાળાં પરિપથ–ભેદકો : આ પ્રકારના ભેદકમાં ઉપયોગમાં લેવાતું તેલ વીજરોધન(insulation)ના હેતુઓ માટે તેમજ જ્યારે સ્પર્શકો (contacts) ખૂલી જાય ત્યારે વીજચાપના શમન માટે વપરાય છે. આમાં તેલના મોટા જથ્થાની જરૂર પડે છે અને ભેદકનાં પરિમાણો મોટાં હોય છે. ભેદકોનો આ જૂનામાં જૂનો પ્રકાર છે.

(ii) ન્યૂનતમ તેલવાળા પરિપથ–ભેદકો : આ પ્રકારના ભેદકમાં તેલનો ઉપયોગ મુખ્યત્વે ફક્ત ચાપના શમન માટે થાય છે જ્યારે વીજરોધન ચિનાઈ માટીના જેવાં ઘન વીજરોધકો (insulators) દ્વારા પ્રાપ્ત થાય છે. આથી જથ્થામય તેલવાળાં પરિપથ-ભેદકોની સરખામણીમાં આવા ભેદકોનાં આમાપ (size) નાનાં હોય છે.

(iii) પ્રવાતી (air blast) પરિપથ–ભેદકો : આમાં શામક માધ્યમ તરીકે તેલને સ્થાને ~ 50 વાતાવરણ દબાણે સંદાબિત (pressurized) હવા વપરાય છે. 120 KVથી વધુ પત(rating)ના ભેદકો માટે તે ઉપયોગમાં લેવાય છે. તેલ ધરાવતા ભેદકોના કિસ્સામાં જોવા મળતું આગ લાગવાનું જોખમ અહીં દૂર થાય છે. આવા ભેદકો માટે નિર્ધારિત (rated) દબાણે સંદાબિત કે સંપીડિત હવાનો વિશ્વસનીય પુરવઠો જરૂરી બને છે. વળી સંદાબક(compressor)થી ભેદક સુધી ક્ષર-અભેદ્ય (leak-proof) પાઇપિંગ પણ જરૂરી છે. તેલપ્રકારનાં ભેદકો કરતાં આ વધુ ખર્ચાળ છે પણ તેમની જાળવણી પ્રમાણમાં સરળ છે.

(iv) સલ્ફર હેક્ઝાફ્લોરાઇડ (SF6) ધરાવતાં ભેદકો : SF6 એ અતિ ઉત્તમ વીજરોધક તેમજ ચાપશામક ગુણો ધરાવતો વાયુ હોવાથી ચાપશામક માધ્યમ તરીકે આ પ્રકારના ભેદકોમાં તે વપરાય છે. વળી આ વાયુ અવિષાળુ (non-toxic) અને અજ્વલનશીલ (non-inflammable) છે. પ્રવાહી પરિપથ-ભેદક કરતાં આમાં ઓછા દબાણની જરૂર પડે છે. પફર (puffer) પ્રકારના SF6 ભેદકમાં સ્પર્શકોની ગતિ વાયુને દબાવે છે અને તેને વિદ્યુતચાપની પાસેના છિદ્રમાંથી વહેવાની ફરજ પાડે છે. વધુ ઉચ્ચ વોલ્ટેજ(extra-high-voltage, EHV)વાળી પરિવહન-પ્રણાલીઓ માટે આ પ્રકારના ભેદકો વિકસાવાયા છે.

આ ઉપરાંત શૂન્યાવકાશી ભેદકો (vacuum breakers) અને ઘન-અવસ્થા (solid-state) ભેદકો પણ વિકસાવાયાં છે. શૂન્યાવકાશી ભેદકો એક પ્રકારની વીજરાસાયણિક પ્રયુક્તિ છે. તેમાં શૂન્યાવકાશની ઝડપી પરાવૈદ્યુત પુન:પ્રાપ્તિ (dielectric recovery) તથા તેના ઉચ્ચ પરાવૈદ્યુત-સામર્થ્યનો ઉપયોગ થાય છે. 242 KV સુધી કામ આપે તેવા ભેદકો રચવામાં આવ્યા છે. ઘન-અવસ્થા ભેદકોમાં થાઇરિસ્ટર (thyrister) (એક અર્ધવાહક પ્રયુક્તિ) ઉપયોગમાં લેવાય છે, જે ‘બંધ’ (off) સ્થિતિમાં વીજપ્રવાહને વહેતો અટકાવે છે અને જેને ગેટ (gate) તરીકે ઓળખાતા એક ત્રીજા વિદ્યુત-ધ્રુવમાંથી પસાર થતાં ઓછા વીજપ્રવાહ વડે ચાલુ કરી શકાય છે. 10,000 Aના પ્રવાહે કામ આપી શકે તેવા ભેદકો વિકસાવવામાં આવ્યા છે.

અગાઉના પરિપથ-ભેદકો વીજયાંત્રિક (electromechanical) પ્રયુક્તિઓ રૂપે હતા. આમાં ચલનશીલ (movable) અને સ્થાયી (fixed) સ્પર્શકોની એક અથવા વધુ જોડ એવી રીતે કાર્ય કરે છે કે જેથી પરિપથ ચાલુ થાય અથવા તૂટી જાય. આ કાર્યવિધિ વીજચુંબકીય (electromagnetic), વાતિલ (pneumatic) અથવા દ્રવચાલિત (hydraulic) રીતે સક્રિય બને છે. આ સ્પર્શકો તેલ અથવા અન્ય અંતરાયિત્ર ચાપશામક માધ્યમ વડે ઘેરાયેલા હોય છે અને તે અંતરાયક (interrupter) તરીકે ઓળખાતા ભાગમાં મૂકવામાં આવેલા હોય છે.

જ્યારે સ્પર્શકો વિખૂટા પડી ધાત્વિક સંવાહક પરિપથને ખુલ્લો કરે ત્યારે સંપર્કો વચ્ચે વિદ્યુતચાપ (electric arc) ઉત્પન્ન થાય છે. આ વિદ્યુતચાપ એ ઊંચા તાપમાને રહેલો આયનીકૃત (ionised) વાયુ હોય છે. તેની વિદ્યુત-સંવાહકતા ગ્રૅફાઇટ જેટલી હોય છે. આથી ચાપમાંથી વીજપ્રવાહ વહેવાનો ચાલુ રહે છે. અંતરાયિત્રનું કાર્ય આ વિદ્યુતચાપને બુઝાવી દઈ પરિપથ-ભેદનની ક્રિયાને પૂરી કરવાનું છે.

વીજપ્રવાહ અંતરાય (current interruption) : ઊલટ-સૂલટ (વીજ)પ્રવાહ(alternating current, A.C.)વાળા પરિપથોમાં વિદ્યુતચાપ સામાન્ય રીતે કુદરતી શૂન્ય પ્રવાહે (natural current zero) એટલે કે જ્યારે ચાપ ઉત્પન્ન કરતા સ્પર્શકો વચ્ચે પ્રયુક્ત થતું A.C. વોલ્ટેજ તેની ધ્રુવીયતા (polarity) ઉલટાવે ત્યારે, બુઝાવવામાં આવે છે. [એ. સી. પ્રવાહ દરેક ચક્રે શૂન્ય અક્ષ(zero axis)માંથી પસાર થાય છે.] કુદરતી શૂન્ય પ્રવાહના આ ટૂંકા ગાળામાં ચાપને મળતો શક્તિ-નિવેશ (power input) [તાત્ક્ષણિક પ્રવાહ અને વોલ્ટેજનો ગુણાકાર] ઘણો નીચો હોય છે. આથી ચાપને આપવામાં આવતી ઊર્જા કરતાં તેમાંથી ઊર્જા દૂર થવાની તક વધુ હોઈ વાયુ ઠંડો પડે છે અને તે સંવાહકમાંથી વીજરોધક(insulator)માં ફેરવાય છે. આમ ચાપ બુઝાઈ જાય છે અને પુરવઠો વિમોચિત (tripped) થાય છે .

એકદિશી (direct current, D.C.) પરિપથોમાં કુદરતી શૂન્ય પ્રવાહ ગેરહાજર હોવાથી અંતરાયિત્ર માટે એ જરૂરી બનાવે છે કે શરૂઆતનો ચાપ પ્રણાલીના વોલ્ટેજ કરતાં વધુ વોલ્ટેજે જ ફક્ત ચાલુ રહે તેવા ચાપમાં ફેરવાય અને એ રીતે પ્રવાહ શૂન્ય બને. આ માટે અંતરાયિત્રે ચાપમાંથી ઝડપી દરે ઊર્જા દૂર કરવી પડે.

વિદ્યુતચાપને બુઝાવવા માટે વિવિધ પ્રકારનાં અંતરાયક માધ્યમો ઉપયોગમાં લેવાય છે, નીચા અને મધ્યમ વોલ્ટેજના (15,000 V સુધીના) પરિપથોમાં ચાપપ્રવાહ વડે ઉત્પન્ન થતા ચુંબકીય ક્ષેત્ર વડે ચાપનું ચાપ-પ્રણિકા(arc chute)માં વહન થાય છે. ચાપ-પ્રણિકામાં ચાપ કાં તો ધાતુની તકતીઓ વચ્ચેના અનેક નાના નાના ચાપમાં ફેરવાઈ જાય છે અથવા ઘન વીજરોધક પદાર્થ સાથે ચુસ્ત રીતે ઘસાઈને વહે છે. પ્રથમ કિસ્સામાં ચાપનું વિભેદન (splitting) કુલ વોલ્ટેજમાં વધારો કરે છે અને એ રીતે ઊર્જાના અપવ્યય (dissipation) દરમાં વધારો કરે છે. બીજા કિસ્સામાં વીજરોધક પદાર્થ ઉત્કલન-તાપમાન સુધી ગરમ થાય છે અને બાષ્પિત દ્રવ્ય ચાપમાંથી વહેવા માંડતાં પોતાની સાથે મોટા પ્રમાણમાં ઊર્જા ખેંચી જાય છે.

પદ્મકાંત ચિ. તલાટી, કપિલ ગજાનન જાની, અનુ. જ. દા. તલાટી