மின்கட்டமைப்பு செயல்பாடும் நிலைத்தன்மையும் – பேரா.நாகூர்கணி

தேவையற்ற இதய அறுவை சிகிச்சை:

கடந்த ஞாயிறு, ஏப்ரல் 5 ஆம் தேதி, இரவு 9 மணிக்கு பிரதமர் நாட்டு மக்களை விளக்குகளை அணைத்துவிட்டு தீபமோ, டார்ச்சு விளக்கோ ஏற்றி தேச ஒற்றுமையையும் கொரோனோவுக்கு எதிராக போராடிக்கொண்டிருக்கும் சுகாரப் பணியாளர்கள், செவிலியர் மருத்துவர் போன்றோருக்கு நன்றியறிதலையும் தெரிவிக்கக் கோரினார். இன்றைய இந்தியப் பிரதமர் நாட்டு ஒற்றுமை குறித்து அக்கரை கொள்வதும், வேதகாலத்திலேயே மாற்றுத் தலை அறுவைச் சிகிச்சை நடந்ததாக நம்பும் ஒருவர், மருத்துவர்களுக்கும், செவிலியர்களுக்கும் நன்றி கூறுவதும் நல்ல முன்னேற்றம்தான். விளக்கேற்றுவது போன்ற ஒரு மதத்தின் கலாச்சாரத்தை மாற்றுத் தேர்வு இல்லாமல் வேறு வேறு மதங்களில் இவரைப் போல நம்பிக்கை கொண்டவர்கள் மீதும் எந்தவொரு மதத்தையும் நம்பாதவர்கள் மீதும் ஏற்றுவது இன்றைய அசாரணநிலையில் சரியல்லதான் என்றாலும் அந்த அளவு நுண்ணுணர்வெல்லாம் அவர்களிடம் எதிர்பார்க்க முடியாது. ஆனால் மின் விளக்குகளை அணைக்கச் சொன்னது எந்த விதத்திலும் சரியல்ல. தீபாவளி, கார்த்திகை போன்ற இந்துப் பண்டிகையின்போதும்கூட விளக்கு ஏற்றப்படுவதுதான் வழக்கம்.

விளக்கையணைப்பது வழக்கமில்லை. அது இந்திய மின் கட்டமைப்பு குறித்த எந்த ஞாணமும் இல்லாமல் எடுத்தேன் கவிழ்த்தேன் என எடுக்கப்பட்ட முடிவு. அது குறித்த ஞானம் கொண்டவர்கள் யாரும் இல்லாமல் இருந்திருக்க முடியாது. ஆனால் அவர்கள் அரசனின் கண்ணுக்குத் தெரியாத (இல்லாத) உடைகுறித்துப் பேச அஞ்சும் அரசவைக் கூட்டமாக நின்றுள்ளனர். இது மிக அச்சததை விளைவிக்கும் ஒரு நிலை. நமது மின்சார வாரியங்களின் பொறியாளர்கள் இதனை பெரிய பிரச்சனை ஏற்படாமல் சமாளித்திவிட்டார்கள். ஆனாலும் இது மயக்க மருத்து அளிக்காமல் செய்யப்பட்ட இத்ய அறுவை சிகிச்சை; அதுவும் தேவையே இல்லாமல் செய்யப்பட்ட சிகிச்சை. அதன் விவரங்களை அறிந்துகொள்வது நமது வாழ்வின் இன்றியமையாத ஒரு வலஒப்பின்னல் குறித்து சிறிது அறிந்துஓள்ளவௌம் எத்தகைய ஆபத்தை பிரதமர் சுமத்தியிருந்தார் என்பதை தெரிந்துகொள்ளவும் உதவும். கீழையுள்ள சிறுகுறிப்பு மின்சாரம், மின்திட்ட கட்டமைப்பு, அதன் பாதுகாப்பு குறித்து பல ஆண்டுகள் கற்பித்தவரும், அந்த அரங்கத்தில் பல ஆண்டுகள் அனுபவம் மிக்கவருமான பேராசிரியர். நாகூர் கணி அளித்துள்ள ஒரு சிறு விலக்கக் குறிப்பு.

—ப.கு.ராஜன்

 மின்கட்டமைப்பு செயல்பாடு மற்றும் நிலைத்தன்மை

பேரா.நாகூர்கணி

ஒரு நாட்டில் அல்லது ஒரு பிராந்தியத்தில் வெவ்வேறு வகையான அடிப்படை ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி மின்ஆற்றல் உருவாக்கப்படுகிறது. அனல் மின்னிலையம், அணு மின்னிலையம், புனல் மின்னிலையம் (ஹைட்ரோ – Hydro Electric Plant) ஆகியவற்றோடு கேஸ் டர்பைன் (Gas Turbine), டீசல் எஞ்சின், சூரிய மின்தகடு மற்றும் காற்றாலை ஆகியவற்றை பயன்படுத்தும் மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் எனப் பல்வேறு வகையான மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் உள்ளன. மின்னாற்றலை நுகரும் வாடிக்கையாளர்கள் வேளாண்மைத்துறை, பொதுப் பயன்பாடுகள் மற்றும் தொழில் துறை, வீடு மற்றும் வணிக நிலையங்கள் என பரவலாக வகைப்படுத்தப் படுகிறார்கள். தொழில் நுட்ப ரீதியாக இந்த வாடிக்கையாளர்கள் அல்லது நுகர்வோர், மின்பளு (loads) எனக் குறிப்பிடப்படுகிறார்கள்.

மின்சாரம் உற்பத்தி செய்யும் மின்னிலையங்கள் மற்றும் ஒரு நாடு அல்லது ஒரு பிராந்தியத்தின் நுகர்வோர் அல்லது பளுக்கள் இணைந்த அமைப்பு மின்கட்டமைப்பு அல்லது பவர் கிரிட் (Power Grid) எனப்படும் மின் வலைப் பின்னலுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. எந்தவொரு மின் உற்பத்தி நிலையத்திலிருந்தும் எந்தவொரு வாடிக்கையாளருக்கும் மின்சாரத்தை கடத்த இது உதவுகிறது. மின்னுற்பத்தி நிலையங்கள், வாடிக்கையாளர்கள் அல்லது மின்பளு மற்றும் பரிமாற்றக் கோபுரங்கள் தாங்கி நிற்கும் பரிமாற்றக் கம்பிகள் அனைத்தும் ஒன்றாக சேர்ந்து  மின்னாற்றல் கட்டமைப்பு (Electrical Power Grid) என்று அழைக்கப் படுகின்றது. எந்த நேரத்திலும் மின்னிலையங்களின்  உற்பத்தியும் வாடிக்கையாளர்கள் அல்லது மின்பளுக்களின் மின்சாரத் தேவைக்குச் சமமாக இருக்க வேண்டும். இதனால் உற்பத்தியும் நுகர்வும் சமமாக இருக்க, கிரிட் அல்லது மின் கட்டமைப்பிற்கு நிலைதன்மை (Stability) இருக்கும்.

மின்கட்டமைப்பில் எந்த ஆற்றலையும் எங்கும் சேமிக்க முடியாது. எந்த நேரத்திலும், பல லட்சக் கணக்கான வாடிக்கையாளர்கள் பல மெகாவாட் மின்சாரம் பயன்படுத்துவார்கள். அதே நேரத்தில், மின்கட்டமைப்பில் இணைக்கப்பட்ட மின்உற்பத்தி நிலையங்கள் அந்தத் தேவை அனைத்தையும் நிறைவு செய்ய சரியான அளவு மின்னாற்றலை உற்பத்தி செய்யும்.

சில நேரங்களில், உற்பத்தி மற்றும் மின்பளுக்களின் கோரல் ஆகியவற்றுக்கிடையே பொருந்தாத நிலை அல்லது இடையூறு ஏற்படலாம். ஒரு மின்நிலையத்தின் இடையூறும் நிறுத்தமும், ஒரு மின்பரிமாற்றக் கட்டமைப்பின் இடையூறாகவும் நிறுத்தமாகவும் ஆகிவிடும். திடீரென மின்பளு ஏற்றம், அல்லது திடீரென்ற மின்பளு வீழ்ச்சி போன்ற பல்வேறு காரணங்களால் பொருந்தாநிலை அல்லது இடையூறு ஏற்படலாம்; மின்னுற்பத்தி, மின்சாரத்திற்கான கோரல் ஆகியவற்றுக்கு இடையிலான சமன்பாடும் சமனிலையும் கெடலாம்.

இந்தப் பொருத்தமின்மை அல்லது இடையூறுகளை கையாள்வது மின்னாற்றல் கட்டமைப்பில் ஒரு பெரிய பிரச்சினை ஆகும். சில நேரங்களில் இந்த பொருந்தா நிலை, மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் வலைப் பின்னல் அமைப்பிலிருந்து துண்டிக்கப்படுவதற்கும் மின் உற்பத்தி நிலையங்களை நிறுத்தப்படுவதற்கும்கூட வழி வகுக்கும், இது வாடிக்கையாளர்களுக்கு மின்சாரம் நிறுத்தப்படுவதற்கு அல்லது அல்லது சில மின்னிலையங்கள் மீது அதீத மின்பளு சுமத்தப்படுவதற்கு  வழி வகுக்கும்.

மின் கட்டமைப்பின் கூறுகள், அதாவது மின்னுற்பத்தி சாதனங்கள் (Generators), மின்மாற்றிகள்(Transformers), மின்பரிமாற்ற வழித்தடக் கம்பிகள் (Transmission Lines), மின்கட்டுப்பாட்டு மற்றும் இணைப்புக் கருவிகள் (Switch Gears) பாதுகாப்புச் சாதனங்களால் (Relay and Protection) மிகவும் நுட்பமான வகையில் பாதுகாக்கப்படுகின்றன, அவை பொருந்தா நிலை அல்லது தொந்தரவின் போது மின்னிலையங்களை வலைப்பின்னலிலிருந்து தொடர்பறுத்து தனிமைப் படுத்துவதற்கும் பணி நிறுத்தம் செய்வதற்குமான முடிவுகளை எடுக்கும். மின் கட்டமைப்பிற்கும் அதன் விலையுயர்ந்த கூறுகளுக்கும் நிரந்தர சேதம் ஏற்படாமல் தடுக்க இந்தத் தனிமைப் படுத்தலும் பணிநிறுத்தமும் செய்யப்படுகிறது.

நிலைத்தன்மை (Stability) என்பது மின்னுற்பத்தி நிலையங்கள் மற்றும் வாடிக்கையாளர்கள் அல்லது மின்பளுக்களுக்கு இடையிலான இனைப்பைப் பராமரிப்பதற்கான மின்கட்டமைப்பின் அல்லது மின்னிலையங்களின் திறனைக் குறிக்கிறது. இது பொருந்தாத அல்லது தொந்தரவின் போது பணிநிறுத்தம் அல்லது துண்டிக்கப்படுவதைத் தடுக்கிறது. பொதுவாக மின்கட்டமைப்பு பொருந்தா நிலைக்கு ஒரு வரம்பைக் கொண்டிருக்கும், பொருந்தாநிலை வரம்பிற்குள் இருக்கும்வரை மின்கட்டமைப்பு நிலையானதாக பிரச்சனையின்றி, பணி நிறுத்தம் இன்றி இருக்கக்கூடும். அதன் வரம்பை மீறி பொருத்தா நிலை தொடர்ந்தாலோ அல்லது மிக அதிகமாக இருந்தாலோ அது நிலையற்றதாகிவிடும். மின்னாற்றல் அமைப்பு அல்லது மின்கட்டமைப்பு நிலையற்றதாக மாறும்போது, ஒரு பகுதி அல்லது முழு கட்டமைப்பும் பணி நிறுத்தம் ஆகும், இது இருட்டடிப்பு (Black Out) என்றும் அழைக்கப்படுகிறது.

மின்னுற்பத்தி நிலையங்களுக்கும் வாடிக்கையாளர்களுக்கும் அல்லது மின்பளுவிற்கும் இடையிலான ஆற்றல் பரிமாற்றம் மூன்று மாறிகள்(variables), அதாவது   மின்னழுத்தம்(Voltage), மின்னோட்டம் (Current), அதிர்வெண் (Frequency) மூலம் நிர்வகிக்கப்படுகிறது. ஒவ்வொரு மின் சாதனமும் ஒரு குறிப்பிட்ட நிலையான மின்னழுத்தம் மற்றும் அதிர்வெண்ணில் வேலை செய்ய வடிவமைக்கப் பட்டுள்ளது, எனவே மின்னழுத்தம் நிலையானதாக இல்லாவிட்டால் சாதனம் சேதமடையும் மற்றும் அதிர்வெண் நிலையானதாக இல்லாவிட்டால் செயல் திறன் மோசமாக இருக்கும் (பெரிய மின் இழப்புகாரணமாக). எனவே, ஒரு மின்கட்டமைப்பில் மின்னழுத்தம் மற்றும் அதிர்வெண் நிலையானதாக பராமரிக்கப்படுகின்றன மற்றும் மின்பளுவிற்கு ஏற்ப மின்னோட்டம் மாறுபடும். மின்பளு அல்லது மின் தேவையின் அதிகரிப்பு மின்னோட்டத்தின் அதிகரிப்பு மற்றும் மின்பளு குறைவு அல்லது மின் தேவைக் குறைவு மின்னோட்டத்தின் குறைவால் பூர்த்தி செய்யப்படுகிறது.

மின்னழுத்தம் மற்றும் அதிர்வெண் மாறாமல் பராமரிக்கப் பட வேண்டும் என்றாலும், மின்பளு, தேவை மற்றும் விநியோகத்தில் தொடர்ச்சியான மாற்றங்கள் காரணமாக சில ஏற்ற இறக்கங்கள் இருக்கும். நடைமுறையில் மின்னுற்பத்தி மற்றும் தேவை எந்த நேரத்திலும் துல்லிமாக சமமாக இருக்காது. ஏனென்றால் மின்னாற்றல் அமைப்பு அல்லது மின்கட்டமைப்பில் பல லட்சக் கணக்கான நுகர்வாளர்கள், மின்பளுக்கள் உள்ளன, அவை எப்போது வேண்டுமானாலும் இயக்கப்படலாம் மற்றும் முடக்கப்படலாம். ஒரு மின்பளு இயங்கும் போதெல்லாம் மினோட்டத் தேவை அதிகரிக்கும், இது தற்காலிகமாக மின்னழுத்தம் மற்றும் அதிர்வெண் குறைவுடன் இருக்கும்.

ஒரு மின்பளு முடக்கப்படும் போதெல்லாம் தேவை குறைகிறது, இது தற்காலிகமாக மின்னழுத்தம் மற்றும் அதிர்வெண் அதிகரிப்புடன் இருக்கும். மின்னழுத்தம் மற்றும் அதிர்வெண் மாற்றத்திற்கு வரம்பு உள்ளது. மின்னழுத்தத்தில் உத்தரவாத விலகல் நிலையான அளவிற்கு 5 முதல் 15 சதவிகிதம் குறைவு மற்றும் நிலையான அளவைவிட 5 சதவிகிதம் அதிகம் ஆகும். எடுத்துக்காட்டாக, 230 வோல்ட் என்பது குறைந்த மின்னழுத்த நுகர்வோருக்கு ஒரு 230 வேல்ட் தர நிலையான மின்னழுத்தம் மற்றும் 195 முதல் 241 வோல்ட் அளவிற்கு மிகாத விலகலுக்கு மின்சார வாரியம் உத்தரவாதம் அளிக்கிறது. அதிர்வெண்ணில் உத்தரவாத விலகல் நிலையான அளவிற்கு மேலே மற்றும் கீழே 6 சதவீதம் ஆகும். இந்தியாவில் நிலையான அதிர்வெண் 50 ஹெர்ட்ஸ் மற்றும் அனுமதிக்கப்பட்ட விலகல் 47 முதல் 53 ஹெர்ட்ஸ் ஆகும்.

மின் பளுக்களில் திடீர் மாற்றம் ஏற்படும்போது அதிர்வெண்ணில் ஒரு பெரிய மாற்றம் இருக்கும், எனவே அதிர்வெண் மாற்றம் அனுமதிக்கக் கூடிய வரம்பைத் தாண்டினால், மின்னுற்பத்தி நிலையங்களை பாதுகாப்பதற்காக உற்பத்தி நிலையங்கள் மற்றும் சுமைகளை நிறுத்துவது ஏற்படும். அதிர்வெண் நேரடியாக ஜெனரேட்டர்களின் செயல்பாட்டு வேகத்துடன் தொடர்புடையது மற்றும் இதையொட்டி மின் உற்பத்தி தொடர்பானது. எனவே, அதிர்வெண்ணைக் கண்காணிக்கும் பொறியமைவு, மின்பளுக்களில் திடீர்மாற்றத்தைக் கையாள ஜெனரேட்டர்களின் திறனைப் பற்றிய நேரடித் தகவலைக் கொடுக்கும்.

மின்பளுக்களில் திடீர் மாற்றத்தை சந்திப்பதில் மின்உற்பத்தி நிலையங்களின் சரிசெய் தகவு நேரம்(Response Time) ஒரு பெரிய பங்கைக் கொண்டுள்ளது. புனல் மின்னிலையங்கள், கேஸ் டர்பைன் மற்றும் டீசல் மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் சில நிமிடங்களில் தகவமைய முடியும். ஆனால் அனல் மற்றும் அணு மின்நிலையங்கள் செயல்பாட்டு மின்பளுவில் பெரும் இழப்புக்கு வழிவகுக்கும் திடீர் பளுக்களைக் கையாள்வதற்காக அவை பகுதி பளு நிலையில் இயங்க வேண்டும். பொதுவாக, ஒரு நாட்டின் தினசரி மற்றும் பருவகால மின்பளு மாறுபாடுகள் ஆய்வு செய்யப்பட்டு அதன் அடிப்படையில் மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் மின் தேவையைக் கவனித்துக் கொள்வதற்காக இயக்கப்படுகின்றன.

ஒரு மின்னுற்பத்தி நிலையத்தை நிறுத்திய பின்னர் எதிர் கொள்ளும் சிக்கல் என்ன வென்றால், மின்னுற்பத்தி நிலையத்தை மீண்டும் செயல்பாட்டிற்கு கொண்டுவர எடுக்கப்படும் நேரம். அனல் மற்றும் அணு மின் நிலையங்கள் மீள் செயல்பாட்டிற்குக் கொண்டுவர 12 முதல் 24 மணிநேரம் ஆகும். புனல் மின்னிலையங்கள், கேஸ் டர்பைன் மற்றும் டீசல் மின்னிலையங்கள் சில நிமிடங்கள் அல்லது மணி நேரத்தில் மீண்டும் தொடங்கலாம்.

POSOCO மையம்

ஒவ்வொரு நாட்டிலும் மின் உற்பத்தி மற்றும் தேவையை நிர்வகிக்க மின்பளு பகிர்வு மையங்கள் (Load Despatch Centres) உள்ளன. இந்தியா முழுவதும் மின்பளு பகிர்வுகளைக் கண்காணிக்கவும் கட்டுப்படுத்தவும் போசோகோ (POSOCO- பவர் சிஸ்டம் ஆபரேஷன் கார்ப்பரேஷன் லிமிடெட்) மார்ச்-2009 இல் இந்தியாவில் உருவாக்கப்பட்டது. அனைத்து பிராந்திய மற்றும் மாநில மின்பளு பகிர்வு மையங்களும் போசோகோவுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளன.

இந்தியாவில் மின்பளு பகிர்வு மையங்களில் உள்ள பொறியாளர்கள், ஏப்ரல் 5, 2020 ஞாயிற்றுக் கிழமை அன்று இரவு 8.49 மணி முதல் இரவு 9.09 மணி வரை மொத்தம் 32 கிகாவாட் (Gigawatt) மின்சாரத் தேவையில் ஏற்பட்ட வீழ்ச்சியைச் சமாளித்தனர். பெரிய அளவில் மின்னிலைய நிறுத்தம் இருட்டடிப்பு இல்லாமல் இதனைச் சாதித்தனர். பிரதமர் நரேந்திர மோடி, COVID-19 தொற்று நோய்க்கு எதிரான போருக்கு தங்கள் ஆதரவை வெளிப்படுத்த விளக்குகள் அணைக்க மற்றும் மெழுகு வர்த்திகளை ஏற்றி வைக்குமாறு விடுத்த அழைப்புக்கு குடிமக்கள் பதிலளித்ததால் மின் தேவை குறைந்தது.

இந்தியாவில் கடந்த 5ஆம் தேதி மாலை 9 மணிக்கு

தேசிய மின்கட்டமைப்பில் தேவை சில நிமிடங்களில் 32 கிகாவாட் குறைந்தது, ஆனால் அதிர்வெண் மற்றும் மின்னழுத்தம் சாதாரண வரம்பிற்குள் பராமரிக்கப்பட்டது. இரவு 8.49 மணிக்கு தேவை 117.3 கிகாவாட்வாக இருந்தது. இது, 9.09 மணிவரை 85.3 கிகாவாட்டாக குறைந்தது. பின்னர் அது அதிகரிக்கத் தொடங்கியது. அதிர்வெண் 49.7 முதல் 50.26 ஹெர்ட்ஸ் வரையிலான வரம்பெல்லைக்குள் பராமரிக்கப்பட்டது. தேசிய மின்கட்டமைப்பு ஆபரேட்டர் போசோகோ மற்றும் தேசிய, பிராந்திய மற்றும் மாநில மின்பளு பகிர்வு மையங்கள் அனைத்தும் ஜெனரேட்டர்களின் ஆதரவோடு ஒரு சிறந்த வேலையைச் செய்தன.

இந்தியாவில், ஞாயிற்றுக்கிழமை இரவு 9 மணிமுதல்இரவு 9.10 மணிவரை கிட்டத்தட்ட 26 கிகாவாட் மின்தேவை குறைந்தது. இரவு 9 மணிமுதல்இரவு 9.05 மணிவரை சுமார் 16.6 கிகாவாட் மின்தேவை குறைந்தது. அடுத்த ஐந்து நிமிடங்களில் மற்றொரு 9 ஜிகாவாட் மின்தேவை குறைந்தது, இது இரவு 9 மணி முதல் இரவு 9.10 மணி வரை மொத்த வீழ்ச்சியைக் கிட்டத்தட்ட 26 கிகாவாட்டாக ஆக்கியது.

தேவை குறைவை எதிர்கொள்ள தேசிய மின்கட்டமைப்பு தயார் நிலையில் வைக்கப்பட்டது. இரவு 7.30 மணி முதல் படிப்படியாக அனல் மின் உற்பத்தியை குறைத்து வந்தது. எரிவாயு அடிப்படையிலான மற்றும் புனல் மின்னுற்பத்தி அலகுகளிலிருந்து மின்உற்பத்தி சமநிலையைப் பராமரிக்க உயர்த்தப்பட்டது. இரவு 9 மணிக்கு புனல் மின்னிலையங்கள் சுமார் 23.9 கிகாவாட் மின்சாரம் உற்பத்தி செய்துகொண்டிருந்தது, இது மூன்று நிமிடங்களில் பாதியாகக் குறைந்து 12.22 கிகா வாட்டாக இருந்தது, விளக்குகள் அணைக்கப் பட்டதால் ஒட்டு மொத்த தேவை குறைந்தது. புனல் மின்உற்பத்தி ஒரு குறுகிய காலத்திற்குள் உற்பத்தியை அதிகரிப்பதற்கான மிக உயர்ந்த நெகிழ்வுத் தன்மையைக் கொண்டுள்ளது. மின்கட்டமைப்பு மேலாண்மை அதிகாரிகள் இந்த நெகிழ்வுத் தன்மையைப் பயன்படுத்தினர். புதுப்பிக்கத் தக்க மின் உற்பத்தியும் இரவு 9.10 மணியளவில் பாதியாகக் குறைக்கப்பட்டது.

தமிழ்நாட்டில் தேவை 2.2 ஜிகாவாட்டாக குறைகிறது மற்றும் 2020 ஏப்ரல் 5 ஆம் தேதி இரவு 8.45 மணி முதல் இரவு 9.14 மணி வரை தமிழ்நாடு மின்கட்டமைப்பில் மின் தேவை மற்றும் அதிர்வெண் மாற்றத்தைக் காட்டும் வரை படம் கீழே காட்டப்பட்டுள்ளது.