সাধারণ গতির রেলপথ বিদ্যুৎ প্রणালীর জন্য নিরপেক্ষ ভূমিকরণ পদ্ধতি
রেলপথ বিদ্যুৎ সিস্টেমগুলি প্রধানত স্বয়ংক্রিয় ব্লক সিগন্যালিং লাইন, থ্রু-ফিডার পাওয়ার লাইন, রেলওয়ে উপ-স্টেশন এবং বিতরণ স्टেশন, এবং আসন্ন বিদ্যুৎ সupply লাইন দ्वারা গঠিত। এই সিস্টেমগুলি রেলপথের গুরুত্বপূর্ণ কাজ—এর মধ্যে সिगন্যাল, যোগাযোগ, রोলিং স्टক সিস্টেম, স्टেশন যাত्रী পরিচালনা, এবং রক্ষণাবেক্ষণ সुवিধাগুলিকে বিদ্যুৎ সরবরাহ করে। জাতীয় বিদ্যুৎ গ্রিডের অभিন্ন অংশ হিসেবে, রেলপথ বিদ্যুৎ সিস্টেমগুলি বৈদ্যুতিক শক্তি প্রকৌশল এবং রেলপথ বৈশিষ্ট্য উভয়ের স্বতন্ত্র বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে।
আমাদের প্রচলিত-গतির রেলপথ বিদ্যুৎ সিস্টেমের নিরপেক্ষ ভূমিকরণ পদ্ধতির গবেষণা প্রngthening করা এবং এই পদ্ধতিগুলি ডিজাইন, নির্মাণ, এবং পরিচালনার সময় সম্পূর্ণরূপে বিবেচনা করা রেলপথ বিদ্যুৎ সরবরাহের নিরাপত্তা এবং বিশ্বস্ততা বৃদ্ধির জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
1. রেলপথ বিদ্যুৎ সিস্টেमের নিরপেক্ষ ভূমিকরণ পদ্ধতির সারাংশ
রেলপথ বিদ্যুৎ সিস্টেমে নিরপেক্ষ ভূমিকরণ পদ্ধতি সাধারণত ট্রান্সফরমারের ভূমিকরণ বিন্যাসকে বোঝায়—এটি এक ফ़ंक्शनल (कार्य) ग्राउंडिंग है जो वोल्टेज स्तर, एकल-फेज ग्राउंड दोष धारा, ओवरवोल्टेज स्तर, और रिले संरक्षण योजनाओं के साथ घनिष्ठ रूप से जुड़ी होती है। यह एक जटिल तकनीकी मुद्दा है जिसे व्यापक रूप से निम्न श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है:
অ-ঘন ভূমিকরণ সিস্টেম: অ-ভূমিকরণ, আর্ক-নির্মূল কुণ্ডল (পেটারসन কुण্ডল) ভূমিকরণ, এবং উচ্চ-প्रতিরোধ ভূমিকরণ সिस্টেম;
ঘন ভূমিকরণ সিস্টেম: প্রямой заземлением и заземлением с низким сопротивлением.
জাতীय গ्रিড থেকে রেলপথে বিদ্যুৎ সরবরাহ সাধারণত অ-ভূমিকরণ নিরপেক্ষ বিন্যাস ব্যবহার করে। রেলওয়ে উপ-স्टेशন এবং বিতরণ স্টেশন থেকে ফিডার সার্কিটগুলি সাধারণত দ্বিতীয বাসবার (আসন্ন বিদ্যুৎ বাসবারের পরে এবং ভোল्टেজ রেগুলেটরের আগে) থেকে ট্যাপ করা হয়, তাই এটিও অ-ভূমিকরণ নিরপেক্ষ সিস্টেম ব্যবহার করে। থ্রু-ফিডার লাইনগুলির জন্য, ভোল্টেজ-রেগুলেটিং ট্রান্সফরমারের ভূমিকরণ পদ্ধতি প্রকৌশল প্রয়োজনের উপর নির্বachisit করা যেতে পারে।
উच्च-गति रेलमार्ग बिजली प्रणाली के विपरीत, जिनमें आमतौर पर कम-संपर्क भूमिकरण उपयोग किया जाता है, प्रचलित-गति की रेलमार्ग प्रणालियाँ अधिकांशतः अनग्राउंडेड न्यूट्रल व्यवस्थाओं का उपयोग करती हैं। यद्यपि यह दृष्टिकोण कुछ लाभ प्रदान करता है, लेकिन सुरक्षा मानकों का विकास और तकनीकी अपग्रेडेशन के आधुनिक संदर्भ में भूमिकरण रणनीतियों का पुनर्मूल्यांकन करने की आवश्यकता है।
2. अनग्राउंडेड न्यूट्रल सिस्टमों के फायदे और सीमाएं
रेलवे पावर डिजाइन कोड (TB 10008–2015) के अनुसार, थ्रू-फीडर लाइनों की व्यवस्था बिजली सप्लाई की विश्वसनीयता और परियोजना-विशिष्ट स्थितियों पर आधारित होनी चाहिए, या तो ओवरहेड-केबल हाइब्रिड लाइनों या पूरी तरह से भूमिगत केबल लाइनों का उपयोग करके।
बजटीय प्रतिबंध और तकनीकी संभावनाओं के कारण, अधिकांश संचालित प्रचलित-गति रेलमार्ग थ्रू-फीडर लाइनों वर्तमान में अधिकांशतः ओवरहेड चालक या ओवरहेड-प्रधान हाइब्रिड विन्यास पर निर्भर करते हैं। इसलिए, उनकी न्यूट्रल ग्राउंडिंग योजनाएं आमतौर पर अनग्राउंडेड (अनग्राउंडेड) या छोटी-धारा ग्राउंडिंग सिस्टमों का उपयोग करती हैं। रेलवे पावर मैनेजमेंट रूल्स के अनुच्छेद 69 के अनुसार, ऐसी प्रणालियों में एकल-फेज ग्राउंड दोषों को तुरंत संभाला जाना चाहिए, जिसका संभावित दोष संचालन समय आमतौर पर 2 घंटे से अधिक नहीं होना चाहिए।
एक विशिष्ट रेलवे ब्यूरो खंड के ऑपरेशनल डेटा 2023 के जनवरी से अक्टूबर तक 152 बिजली ट्रिप्स का रिकॉर्ड किया, जिनमें 15 उपकरण-संबंधी विफलताएं थीं (2 आंतरिक जिम्मेदारी के कारण, 13 बाहरी कारकों के कारण)। विशेष रूप से, पर्यावरणीय खतरों—विशेष रूप से वनस्पति के आक्रमण—ओवरहेड लाइनों की स्थिरता के लिए प्राथमिक खतरा है। एक घटना में, वृक्ष की डालें क्लियरेंस क्षेत्र में प्रवेश कर गई, जिससे एक तरफा फेज-से-ग्राउंड कनेक्शन बन गया। दोष 2 घंटे के विंडो के भीतर पहचाना गया और सुलझा लिया गया, जिससे ट्रेन सेवाओं पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा और प्रसारित विफलताएं टाली गई। यह दर्शाता है कि, मौजूदा तकनीकी स्थितियों के तहत, अनग्राउंडेड न्यूट्रल सिस्टम व्यावहारिक लाभ प्रदान करते हैं।
हालांकि, केबल लाइनों में अलग-अलग चुनौतियाँ होती हैं। ओवरहेड लाइनों की तुलना में, बिजली केबलों की विद्युत-आवरण बाधा कम होती है और ओवरवोल्टेज टोलरेंस सीमित होता है। एक एकल-फेज ग्राउंड दोष के दौरान अनग्राउंडेड सिस्टम में, स्वस्थ फेज की वोल्टेज सामान्य फेज-से-ग्राउंड स्तर से ऊपर बढ़ जाती है—शायद ही लाइन-से-लाइन वोल्टेज तक—जो गैर-दोष फेजों में बहु-बिंदु आवरण विफलता की संभावना बढ़ाती है। इसके अलावा, केबल प्रणालियों में धारात्मक ग्राउंड-दोष धाराएं अपेक्षाकृत बड़ी होती हैं, जो दोष बिंदु पर तेजी से आवरण विकृति का कारण बनती हैं और फेज-से-फेज शॉर्ट सर्किट में विकसित होने की उच्च संभावना होती है।
केबल आमतौर पर दफन, ट्रंक, या ट्रे विधियों द्वारा स्थापित किए जाते हैं, जिससे दोष स्थान पता लगाना कठिन होता है। केबल जेंक्शन तकनीक, मरम्मत लॉजिस्टिक्स, और रेलवे ऑपरेशन विंडो के बंधनों के साथ, ऐसे दोष आमतौर पर तेजी से सुलझाए नहीं जा सकते। वास्तविकता में, केबल विफलताएं अधिकांशतः निर्धारित आवरण विकृति के कारण होती हैं—कार्बनिक आवरण सामग्री स्व-पुनर्स्थापित नहीं हो सकती। अनग्राउंडेड सिस्टम में, तुरंत ट्रिपिंग की कमी के कारण दोष धारा लंबे समय तक चलती रहती है, जो गंभीर आवरण नुकसान, दोष क्षेत्र का विस्तार, और शक्ति स्क्रीन अलार्म या यहाँ तक कि "रेड-बैंड" सिग्नल विफलताओं जैसे द्वितीयक मुद्दों को ट्रिगर करने की संभावना होती है, जो ट्रेन सेवाओं को विघटित कर सकती हैं—कभी-कभी लंबी अवधि के अवसर और महत्वपूर्ण सुरक्षा या सार्वजनिक संबंधों के जोखिम का कारण बनती हैं।
3. प्रचलित-गति रेलमार्ग बिजली प्रणालियों के लिए न्यूट्रल ग्राउंडिंग विधियों का चयन
उचित न्यूट्रल ग्राउंडिंग विधि का चयन स्थिर रेलवे बिजली संचालन के लिए आवश्यक है। मुख्य चुनौती निम्नलिखित के बीच संतुलन बनाने में निहित है:
बाहरी विक्षोभों के कारण अनावश्यक ट्रिपिंग को कम करना,
क्रियात्मक लोडों को बिना रोक-टोक बिजली सप्लाई देना,
प्रभावी दोष संरक्षण,
दोष के प्रसार को नियंत्रित करना, और
दोष के दौरान स्वस्थ उपकरणों की विद्युत और आवरण संपूर्णता को बनाए रखना।
रेलवे पावर डिजाइन कोड (TB 10008–2015) के अनुसार, 10(20) kV थ्रू-फीडर लाइनों के लिए, जो वोल्टेज रेगुलेटर द्वारा सप्लाई की जाती हैं, निम्न ग्राउंडिंग दिशानिर्देश लागू होते हैं:
যদি একফেজ মাটি-ফলতা ক্ষমতাসম্পন্ন বিদ্যুৎ ≤ 10 A হয়, তাহলে অমাটি-সংযুক্ত সিস্টেম ব্যবহার করা হবে।
যদি বিদ্যুৎ ≤ 150 A হয়, তাহলে নিম্ন-প্রতিরোধ মাটি-সংযোগ বা আর্ক-নির্মূলকারী কুইল মাটি-সংযোগ গ্রহণ করা যেতে পারে; যদি > 150 A হয়, নিম্ন-প্রতিরোধ মাটি-সংযোগ পরামর্শ দেওয়া হয়।
সম্পূর্ণ কেবল-ভিত্তিক লাইনগুলিতে নিম্ন-প্রতিরোধ মাটি-সংযোগ ব্যবহার করা উচিত।
নিম্ন-প্রতিরোধ মাটি-সংযোগের জন্য, মাটি-সংযুক্ত রেজিস্টরটি এমনভাবে নির্বাচন করা উচিত যাতে একফেজ মাটি-ফলতা বিদ্যুৎ 200–400 A হয়, এবং ফলতা শনাক্ত হলে তাৎক্ষণিক ট্রিপিং ঘটে।
অন্যদিকে, উচ্চ-গতির রেলপথ ডিজাইন কোড (TB 10621–2014) মাটি-ফলতা ক্ষমতাসম্পন্ন বিদ্যুৎ ≤ 30 A হলে অমাটি-সংযুক্ত নিরপেক্ষ সিস্টেম অনুমোদন করে, যাতে নিরপেক্ষ-মাটি-সংযুক্ত রিঅ্যাক্টর দ্বারা প্রতিশোधন প্রদান করা হয়।
আদর্শ রেলপথ বিদ্যুৎ প্রকৌশল হ্যান্ডবুক থেকে গণনা করা হয়েছে, যে সাধারণ অ্যালুমিনিয়াম-কোর কেবল (70 mm² এবং 95 mm² অনুভূমিক ছেদ) এর জন্য 10 A, 30 A, 60 A, 100 A, এবং 150 A একফেজ মাটি-ফলতা ক্ষমতাসম্পন্ন বিদ্যুতের জন্য সর্বাধিক অনুমোদিত কেবলের দৈর্ঘ্য টেবিল 1-এ সংক্ষিপ্ত করা হয়েছে। এই মানগুলি প্রকৃত কেবল দৈর্ঘ্যের উপর ভিত্তি করে যথাযথ মাটি-সংযোগ পদ্ধতি নির্বাচনে সহায়তা করতে পারে।
| ক্রমিক নং | তিন-কোর কেবলের এकल-পর্যায় মাটি ধারণ ক्षমতা বिद्यুৎ (এ) | তিন-কোর 70 মিমি² অনুভূমিক কেবলের গড় ধারण ক्षमতা বिद्यুৎ (এ/কিমি) | অনুরূপ কेबলের দৈর্ঘ্য (কিমি) | তিন-কোর 95 মিমি² অনুভূমিক কেবলের গড় ধারণ ক্ষমতা বিদ্যুৎ (এ/কিমি) | অনুরূপ কेबলের দৈর্ঘ্য (কিমি) |
| 1 | 10 |
0.9 | 11.11 | 1.0 |
10.00 |
| 2 | 30 | 0.9 | 33.33 | 1.0 | 30.00 |
| 3 | 60 | 0.9 | 66.67 |
1.0 | 60.00 |
| 4 | 100 | 0.9 | 111.11 | 1.0 | 100.00 |
| 5 | 150 | 0.9 | 166.67 | 1.0 | 150.00 |
নিরপত্ত পয়েন্ট দিয়ে গ्रাউন্ডিং দ্রুত ফলট স्पর্শ করতে সक্ষম হয়। জিরো-অর্ডার প্রোটেকশন 0.2–2.0 সेकেন্ডের মধ্যে ফলট বিচ্ছিন্ন করতে পারে, এটি দ্বিতীয স্থাযী বৈদ্যুतিক ঘटনার সম্ভাবনা কমায় এবং বৈদ্যুতিক উपকরণের আইসোলেশন বিশ্বसनीয়তা এবং পরিষেবা জীবনকে সुরক্ষিত করে।
4. সাধারণ নিরপত্ত গ्रাউন্ডিং পদ্ধতির তुलনা
4.1 অগ্রাহ্য নিরপত্ত সিস্টেম
অগ্রাহ্য নিরপত্ত পদ্ধতি ওভারহেড কনडাক্টর দ्बারा পরিচালিত লাইনে এক-ফেজ গ्राउন্ড ফলটের সময় 1-2 ঘন্টা পর্যন্ত অবিচ্ছিন্ন বিদ্যুৎ সupply সম্ভব করে। তবে, কेबল-প্রधান লাইনে, এই পদ্ধতি ফলট বढ়ানোর প্রবণতা দেখায়।
4.2 আর্ক-ঈচার কয়েল দ्बারা নিরপত্ত গ्रাউন্ডিং
অग्रাহ्य নিরপत্ত সिस্টেমের তুলনায়, এই পদ্ধতিতে আর্ক-ঈচার কয়েলের ইনडাকটিভ কरেন্ট ক্যাপাসিটিভ কरেন্ট প্রতিস্থাপন করে, ফলে গ्रাউন্ড-ফলট কरেন্ট নিজেই নিঃশেষ হয়, এবং আর্ক-উদ্দীপিত ওভারভोल্টেজ কমে। এছাড়াও 1-2 ঘন্টা পর্যন্ত এক-ফেজ গ্রাউন্ড ফলটের সময় অবিচ্ছিন্ন পরিচালনা সম্ভব হয় এবং এক-ফেজ ফলট দ্বিতীয় ফেজ ফলটে পরিণত হওয়া থেকে রক্ষা করে। তবে, এই পদ্ধতিতে গ্রাউন্ড-ফলট প্রোটেকশনের উপর বেশি দাবি থাকে, ফলট লাইন শনাক্ত করা যায় না, রেজোন্যান্সের ঝুঁকি থাকে এবং লাইনের অবশিষ্ট চার্জ বিদ্যুত কর্তৃপক্ষ দ্বারা প্রভাবীভাবে বিসর্জন করা যায় না।
4.3 কম রেজিস্ট্যান্স দ্বারা নিরপত্ত গ্রাউন্ডিং
কেবল-প্রধান লাইনে, কম রেজিস্ট্যান্স গ্রাউন্ডিং পদ্ধতি এক-ফেজ গ্রাউন্ড ফলটের সময় আর্ক-গ্রাউন্ড ওভারভোল্টেজ প্রভাবীভাবে নিয়ন্ত্রণ করে, সিস্টেম রেজোন্যান্ট ওভারভোল্টেজ দমন করে, ভাল করেন্ট-লিমিটিং এবং ভোল্টেজ-রিডিউসিং প্রভাব দেয়, এবং সাপেক্ষভাবে উচ্চ জিরো-অর্ডার ওভারকরেন্ট প্রোটেকশন পারফরম্যান্স দেয়, ফলে সমय সম्पর্কে ফলট অপসারণ সম্ভব হয়। তবে, এই পদ্ধতিতে সীমাবদ্ধতা রয়েছে, বিশেষ করে ওভারহেড লাইন সেকশনে: ট্রিপিং ফ্রিকোয়েন্সি বাড়ার ফলে পাওয়ার সিস্টেম পরিচালনার প্রভাব, পাওয়ার সप্লাই ক্ষমতা দুর্বল হয়, এবং উপকরণ রক্ষণাবেক্ষণের কठিনতা কিছু পরিমাণে বढ়ে।
5. রেলওয়ে পাওয়ার সিস্টেমের জন্য নিরপত্ত গ্রাউন্ডিং পদ্ধতি নিয়ে আলোচনা
(1) স্বয়ংক্রিয ট্র্যাকিং আর্ক-ঈचার কয়েল ডিভাইসের ব্যবহার বढ়ান। এই পদ্ধতির সুবিধা হল স্বয়ংক্রিয ট्रান্সিয়েন্ট গ্রাউন্ড ফলট অপসারণ, ফলে ট্রিপ সংখ্যা কमে। ফলট অ্যালার্ম সিগন্যাল প্রদান করলে, স্বয়ংক্রিয় ট্র্যাকিং আর্ক-ঈচার কয়েল একটি অনুরূপ কমপেনসেটিং করেন্ট উৎপাদন করে, যা পাওয়ার লাইনের পুনরায় কমপেনসেশন সম্ভব করে। এটি তিন ফেজের মধ্যে শর্ট-সার্কিট ফলট হওয়ার সম্ভাবনা কমায় এবং সিস্টেমের স্থিতিশীলতা এবং নিরাপত্তা নিশ্চিত করে। একই সাথে, আর্ক-ঈচার ডিভাইসের একটি নির্দিষ্ট আর্ক-ঈচার ক্রিটিক্যাল মান থাকে, যদি গ্রাউন্ড-ফলট করেন্ট এই ক্রিটিক্যাল মান থেকে কম হয়, তাহলে আর্ক-ঈচার ডিভাইসের কার্যক্রমে ভোল্টেজ পুনরুদ্ধারের গতি বাড়ে, ফলে আর্ক নিরাপद এবং নির্ভরযোগ্যভাবে ঈচার করে এবং আর্ক পুনরায় জ্বলার সম্ভাবনা কমে, ফলে পাওয়ার ঘটনা কমে এবং নিরাপদ নিরপত্ত গ্রাউন্ডিং পরিচালনা সম্ভব হয়।
(2) বিদ্যমান সাধারণ গতিবেগের থ्रাউ-ফিডার এবং স্বয়ংক্রিয ব্লক সিগন্যালিং লাইনের পুনর্নির্মাণ সময়, যদি কেবল লাইন—ওভারহেড লাইন প্রতিস্থাপনের পর—একটি বড় অংশ নিয়ে থাকে, তাহলে বক্স-টাইপ রিঅ্যাক্টর ব্যবহার করে কেন্দ্রীয় বা বিক্ষিপ্ত কমপেনসেশন বিবেচনা করা হওয়া উচিত, যা স্বাভাবিক ক্যাপাসিটিভ করেন্ট পরিস্থিতিতে ইনডাকটিভ রিএকটিভ পাওয়ার কমপেনসেট করে। টेबিল 2-এর হিসাব ফলাফল অনুসারে, 70 mm² অ্যালুমিনিয়াম-কোর কেবলের পরিচালন ক্যাপাসিটেন্স 0.22 μF/km এবং 95 mm² অ্যালুমিনিয়াম-কোর কেবলের 0.24 μF/km। একই সাথে, ডিস্ট্রিবিউশন রুমের যথাযথতা পরিবর্তন বিবেচনা করা উচিত, এবং ডিস্ট্রিবিউশন রুমের দুই পাশের ভोল्टেজ রিগুলেটরের নিরপত্ত গ्रাউন্ডিং পদ্ধতি হিসাব করা তথ্যের উপর ভিত্তি করে সम্মত করা উচিত।
| Serial No. | Steady-state capacitive current of three-core cable (A) | Average steady-state capacitive current of 70 mm² three-core cable (A/km) | Corresponding cable length (km) | Average steady-state capacitive current of 95 mm² three-core cable (A/km) | Corresponding cable length (km) | Capacitive reactive power of cable line (kvar) | Inductive reactive power required to compensate 75% of steady-state (kvar) |
| 1 | 3 |
0.4 | 7.5 | 0.44 | 6.82 | 51.96 | 38.97 |
| 2 | 5 | 0.4 | 12.5 | 0.44 | 11.36 | 86.6 | 64.95 |
| 3 | 10 | 0.4 | 25 |
0.44 | 22.73 | 173.2 | 129.9 |
| 4 | 15 | 0.4 | 37.5 |
0.44 | 34.09 | 259.3 | 194.85 |
| 5 | 30 |
0.4 | 75 | 0.44 | 68.18 | 519.6 | 389.7 |
অত্যন্ত ক্ষেত্রে, যদি সিস্টেম অগ্রাধিকৃত থাকে এবং উচ্চ-গতিসম্পন্ন রেলপথের মান মেনে একক-কোর কেবল ব্যবহৃত হয়, তাহলে একক-ফেজ গ্রাউন্ড ফল্ট ২ ঘণ্টার অনুমোদিত জানালার মধ্যে সাফ করা হবে না। এটি কেবলে অবিচ্ছিন্ন তাপীয় ক্ষতি করে। আরও, একক-কোর কেবল ক্ষতিগ্রস্ত হওয়ার পর, এর পাশাপাশি ফেজের উপর প্রভাব অপেক্ষাকৃত দুর্বল, যা প্রোটেক্টিভ ট্রিপিং ট্রিগার করতে ব্যর্থ হয়, যা সহজেই সিস্টেমিক ফেলের দিকে পরিচালিত করতে পারে।
৬. সিদ্ধান্ত
প্রামাণ্য-গতিসম্পন্ন রেলপথের পাওয়ার সিস্টেমে, নিরপেক্ষ গ্রাউন্ডিং পদ্ধতির নির্বাচন সরাসরি সিস্টেমের পরিচালনার নিরাপত্তা এবং স্থিতিশীলতার উপর প্রভাব ফেলে। নিরপেক্ষ গ্রাউন্ডিং পদ্ধতির অনুপযুক্ত নির্বাচন সহজেই দ্বিতীয় ফলাফল এবং ক্যাস্কেডিং ঘটনার দিকে পরিচালিত করতে পারে। গণনা এবং তুলনামূলক বিশ্লেষণ দ্বারা, নিরপেক্ষ গ্রাউন্ডিং পদ্ধতির সম্পূর্ণ এবং যৌক্তিক নির্বাচন ফলাফল সাফ করার, সরঞ্জামের বিদ্যুৎ বিচ্ছেদ সুরক্ষা, বিশ্বস্ত ট্র্যাকশন পাওয়ার সরবরাহ, এবং কর্মী এবং ট্রেন পরিচালনার নিরাপত্তা নিশ্চিত করার জন্য গুরুত্বপূর্ণ।
