पारम्परिक गति रेलवे विद्युत प्रणालीका लागि तटस्थ भूमिकरण विधिहरु
रेलवे बिजुली प्रणाली मुख्यतया स्वचालित ब्लॉक सिग्नलिंग लाइनहरू, थ्रू-फीडर बिजुली लाइनहरू, रेलवे उपस्टेशनहरू र डिस्ट्रिब्युशन स्टेशनहरू, र आउँदो बिजुली आपूर्ति लाइनहरू समाविष्ट छन्। यी प्रणाली रेलवे कार्यान्वयनको लागि आवश्यक बिजुली प्रदान गर्छ—जसमा सिग्नलिंग, संचार, रोलिङ स्टॉक प्रणालीहरू, स्टेशन पर्यटक प्रबंधन, र रख-रखाव सुविधाहरू समावेशी छन्। राष्ट्रिय बिजुली ग्रिडको एक अभिन्न भागको रूपमा, रेलवे बिजुली प्रणालीहरू दोहोरो बिजुली अभियान्त्रिकी र रेलवे ढाँचाको विशिष्ट विशेषताहरू देखाउँछन्।
सामान्य गतिमान रेलवे बिजुली प्रणालीको लागि न्यूट्रल ग्राउंडिङ विधिहरूको अनुसन्धानलाई मजबूत बनाउन र यी विधिहरूलाई डिझाइन, निर्माण, र संचालनको समयमा व्यापक रूपमा विचार गर्न रेलवे बिजुली आपूर्तिको सुरक्षा र विश्वसनीयता बढाउनको लागि अत्यन्त महत्वपूर्ण छ।
१. रेलवे बिजुली प्रणालीमा न्यूट्रल ग्राउंडिङ विधिहरूको सारांश
रेलवे बिजुली प्रणालीमा न्यूट्रल ग्राउंडिङ विधि आमतौरले ट्रान्सफार्मरहरूको ग्राउंडिङ विन्यासलाई जनाउँछ—यो वोल्टेज स्तर, एकल-पावर ग्राउंड फाउल्ट धारा, ओवरवोल्टेज स्तर, र रिले सुरक्षा योजनाहरूसँग घनिष्ठ रूपमा जोडिएको एक प्रकारको कार्यात्मक (वर्किङ) ग्राउंडिङ हो। यो एक जटिल तकनीकी मुद्दा हो जसलाई व्यापक रूपमा यसरी वर्गीकृत गर्न सकिन्छ:
नगरी ग्राउंडिङ प्रणालीहरू: जसमा ग्राउंडिङ छैन, आर्क-सुपरेशन कोइल (पेटर्सन कोइल) ग्राउंडिङ, र उच्च प्रतिरोध ग्राउंडिङ सिस्टमहरू समावेशी छन्;
ठोस ग्राउंडिङ प्रणालीहरू: जसमा सीधा ग्राउंडिङ र निम्न प्रतिरोध ग्राउंडिङ समावेशी छन्।
राष्ट्रिय ग्रिडबाट रेलवे लाइनहरूलाई प्रदान गरिने बिजुली सामान्यतया नगरी न्यूट्रल व्यवस्थामा आउँछ। रेलवे उपस्टेशनहरू र डिस्ट्रिब्युशन स्टेशनहरूबाट फीडर सर्किटहरू आमतौरले आउँदो बिजुली बसबारसँग थाल्याउँदा (आउँदो बिजुली बसबारको पछि र वोल्टेज रेगुलेटरको पहिले) लिइन्छन्, त्यसैले यी पनि नगरी न्यूट्रल सिस्टम प्रयोग गर्छ। थ्रू-फीडर लाइनहरूको लागि, वोल्टेज-रेगुलेटिङ ट्रान्सफार्मरको ग्राउंडिङ विधि वास्तविक आवश्यकतामा आधारित चयन गरिन सकिन्छ।
उच्च गतिमान रेलवे बिजुली प्रणालीहरू जसको लागि निम्न प्रतिरोध ग्राउंडिङ सामान्यतया प्रयोग गरिन्छ, त्यसैले सामान्य गतिमान रेलवे प्रणालीहरू आमतौरले नगरी न्यूट्रल व्यवस्थाको प्रयोग गर्छन्। यो दृष्टिकोण केही फाइदा दिन सक्छ, तर बढी रहने सुरक्षा मानकहरू र निरन्तर तकनीकी अपग्रेड आजको संचालन सन्दर्भमा ग्राउंडिङ रणनीतिहरूको पुनर्मूल्याङ्कन आवश्यक छ।
२. नगरी न्यूट्रल सिस्टमहरूको फाइदा र सीमाहरू
रेलवे बिजुली डिझाइन कोड (TB १०००८–२०१५) अनुसार, थ्रू-फीडर लाइनहरूको व्यवस्था बिजुली आपूर्ति विश्वसनीयता र परियोजना-विशिष्ट स्थितिहरूको आधारमा निर्धारण गरिनुपर्छ, जसमा ओवरहेड-केबल हाइब्रिड लाइनहरू वा पूर्णतया भूगर्भीय केबल लाइनहरू समावेशी छन्।
बजेट र तकनीकी सामर्थ्यको कारणले, वर्तमान चालनामा रहेका सामान्य गतिमान रेलवे थ्रू-फीडर लाइनहरू आमतौरले ओवरहेड कंडक्टरहरू वा ओवरहेड-डोमिनेन्ट हाइब्रिड व्यवस्थाहरू प्रयोग गर्छन्। त्यसैले, उनीहरूको न्यूट्रल ग्राउंडिङ योजनाहरू आमतौरले अनिसोलेटेड-न्यूट्रल (नगरी ग्राउंडिङ) वा छोटो धारा ग्राउंडिङ सिस्टमहरू प्रयोग गर्छन्। रेलवे बिजुली प्रबंधन नियमहरूको धारा ६९ अनुसार, यी प्रणालीहरूमा एकल-पावर ग्राउंड फाउल्टहरूलाई तुरुन्तै समाधान गर्नुपर्छ, जसको अनुमत फाउल्ट संचालन समय सामान्यतया २ घण्टाभन्दा बढी हुनुपर्दैन।
२०२३ को जनवरी देखि अक्टोबर सम्मको एक विशिष्ट रेलवे ब्यूरो खण्डको संचालन डाटामा १५२ बार बिजुली ट्रिप रेकर्ड गरिए, जसमा १५ बार उपकरण-सम्बन्धी फेल्यारहरू (२ बार आंतरिक जिम्मेवारीको र १३ बार बाहिरी कारणको) थिए। विशेष रूपमा, वातावरणीय खतराहरू—विशेष गरी वनस्पतिको उपस्थिति—ओवरहेड लाइनको स्थिरताको प्रमुख धमकी छ। एक घटनामा, रुखको शाखा खुल्लाको क्षेत्रमा प्रवेश गरेको थियो, जसले एक दिशामा आंशिक ग्राउंड जोडन बनाएको थियो। यो फाउल्ट २ घण्टाको खिच्नीमा पहिचानिएको र समाधान गरिएको थियो, जसले ट्रेन संचालनमा कुनै प्रभाव दिएको छैन र जल्दी फैलिने फेल्यारहरू रोकिएको थियो। यो दर्शाउँछ कि, वर्तमान तकनीकी स्थितिमा, नगरी न्यूट्रल सिस्टमहरू व्यावहारिक फाइदा दिन सक्छन्।
तर, केबल लाइनहरू अन्य चुनौतिहरू प्रस्तुत गर्छन्। ओवरहेड लाइनहरू भन्दा, बिजुली केबलहरूको इन्सुलेशन मार्जिन निम्न र ओवरवोल्टेज सहनशीलता सीमित छ। नगरी ग्राउंडिङ प्रणालीमा एकल-पावर ग्राउंड फाउल्टको समयमा, स्वस्थ फेजको वोल्टेज नैमाली फेज-ग्राउंड वोल्टेजभन्दा ऊँचा उठ्छ—यो लाइन-टु-लाइन वोल्टेजसम्म पुग्न सक्छ—यसले नॉन-फाउल्ट फेजमा बहु-बिन्दु इन्सुलेशन फेल्यारको झुकाव बढाउँछ। यसको ओस्को, केबल सिस्टमहरूमा क्षमतात्मक ग्राउंड-फाउल्ट धाराहरू धेरै छन्, जसले फाउल्ट बिन्दुमा इन्सुलेशनको तीव्र अपक्षय र फेज-टु-फेज शार्ट सर्किटमा बदल्नको उच्च संभावना बढाउँछ।
केबलहरू आमतौरले भूगर्भीय, कन्डुइट, वा ट्रे विधिले स्थापना गरिन्छ, त्यसैले फाउल्ट लोकेशन अड्चन छ। यसको साथै, केबल जाइनिङ तकनीक, मरम्मत लॉजिस्टिक्स, र रेलवे संचालन विंडोको आवश्यकताहरूले यी फाउल्टहरूलाई तेजीले समाधान गर्न सकिँदैन। व्यावहारिक रूपमा, केबल फेल्यारहरू आमतौरले स्थायी इन्सुलेशन फेल्यारको कारण छन्—ऑर्गेनिक इन्सुलेशन सामग्रीहरू स्व-बुझ्न सकिँदैन। नगरी ग्राउंडिङ प्रणालीमा, तुरुन्तै ट्रिप नहुने कारण फाउल्ट धारा लामो समयसम्म चलिरहन्छ, जसले गम्भीर इन्सुलेशन नुकसान, फाउल्ट क्षेत्रको विस्तार, र संभावित द्वितीयक समस्याहरू जस्ता "रेड-बँड" सिग्नल फेल्यार जसले ट्रेन सेवालाई अस्थिर बनाउँछ—यसले लामो समयसम्म बिजुली निकास र गम्भीर सुरक्षा वा सार्वजनिक सम्बन्ध संकट उत्पन्न गर्छ।
३. सामान्य गतिमान रेलवे बिजुली प्रणालीको लागि न्यूट्रल ग्राउंडिङ विधिहरूको चयन
उपयुक्त न्यूट्रल ग्राउंडिङ विधि चयन गर्न रेलवे बिजुली संचालनको स्थिरताको लागि अत्यन्त आवश्यक छ। मुख्य चुनौती यो छ:
बाहिरी विघ्नबाट उत्पन्न भएका अनावश्यक ट्रिपिङ न्यूनतम गर्न,
महत्वपूर्ण लोडहरूलाई निरन्तर बिजुली आपूर्ति गर्न,
प्रभावी फाउल्ट सुरक्षा गर्न,
फाउल्टको प्रसार नियन्त्रण गर्न, र
फाउल्टको समयमा स्वस्थ उपकरणहरूको विद्युत र इन्सुलेशन अक्षुण्ण राख्न।
रेलवे बिजुली डिझाइन कोड (TB १०००८–२०१५) अनुसार, वोल्टेज रेगुलेटरहरूद्वारा आपूर्ति गरिने १०(२०) kV थ्रू-फीडर लाइनहरूको लागि, यसरी ग्राउंडिङ निर्देशनहरू लागू हुन्छन्:
यदि एकल-पहरा ग्राउंड-फाउल्ट क्षमता धारा ≤ १० A हो, तब अनग्राउंड सिस्टम प्रयोग में लिया जाना चाहिए।
यदि धारा ≤ १५० A हो, तो निम्न-प्रतिरोध ग्राउंडिंग वा आर्क-सप्रेशन कुण्डली ग्राउंडिंग प्रयोग में लिया जा सकता है; यदि > १५० A, तो निम्न-प्रतिरोध ग्राउंडिंग सिफारिश गरिन्छ।
पूर्ण तार-आधारित लाइनहरूमा निम्न-प्रतिरोध ग्राउंडिंग प्रयोग में लिनुपर्छ।
निम्न-प्रतिरोध ग्राउंडिंगको लागि, ग्राउंडिङ रेझिस्टर चयन गरिनुपर्छ जसले एकल-पहरा ग्राउंड धारा २००–४०० A उत्पन्न गर्छ, र फँटको पत्ता लगाउँदा तत्काल ट्रिपिङ भइन्छ।
इसके विपरीत, हाई-स्पीड रेलवे डिजाइन कोड (TB १०६२१–२०१४) ग्राउंड-फाउल्ट क्षमता धारा ≤ ३० A थिए भने अग्राउंड न्यूट्रल सिस्टम अनुमति दिन्छ, जहाँ न्यूट्रल-ग्राउंड रिएक्टर द्वारा योगदान दिइन्छ।
मानक रेलवे विद्युत इंजीनियरिङ हातबुकहरूको गणना आधारित, सामान्य अल्युमिनियम-कोर तारहरू (७० mm² र ९५ mm² क्षेत्रफल) को लामो अधिकतम अनुमतिको लामो जोडिँदा एकल-पहरा ग्राउंड-फाउल्ट क्षमता धारा १० A, ३० A, ६० A, १०० A, र १५० A को लागि टेबल १ मा सारांशित गरिएको छ। यी मानहरू वास्तविक तारको लामो आधारित उपयुक्त ग्राउंडिंग विधि चयन गर्न मार्गदर्शन गर्न सक्छ।
क्रम संख्या तीन-कोर केबलको एक-फेज ग्राउंडिंग क्षमता वाहक (A) सामान्य क्षमता वाहक ७० मिमी² अनुप्रस्थ-काटको तीन-कोर केबल (A/किमी) संगत केबल लामी (किमी) सामान्य क्षमता वाहक ९५ मिमी² अनुप्रस्थ-काटको तीन-कोर केबल (A/किमी) संगत केबल लामी (किमी) १ १० ०.९ ११.११ १.० १०.०० २ ३० ०.९ ३३.३३ १.० ३०.०० ३ ६० ०.९ ६६.६७ १.० ६०.०० ४ १०० ०.९ १११.११ १.० १००.०० ५ १५० ०.९ १६६.६७ १.० १५०.०० न्यूट्रल बिन्दुद्वारा ग्राउंडिङ तेजी से दोष निकालन मासुगु छ। शून्य-क्रम रक्षण ०.२–२.० सेकेण्डबाट दोष अलग गर्न सक्छ, यसले द्वितीयक नित्यकालिक विद्युत घटनाको सम्भावना कम गर्छ र विद्युत उपकरणको इन्सुलेशन विश्वसनीयता र सेवा आयुलाई सुरक्षा पुर्याउँछ।
४. सामान्य न्यूट्रल ग्राउंडिङ विधिहरूको तुलना
४.१ अग्राउंडिड न्यूट्रल प्रणाली
अग्राउंडिड न्यूट्रल विधि ओवरहेड चालक तार आधारित लाइनहरूमा एकल-चालक ग्राउंड दोषको समयमा १–२ घण्टासम्म निरन्तर विद्युत आपूर्ति गर्ने फाइदा दिन्छ। तर, केबल-आधारित लाइनहरूमा, यो विधि दोष विस्तार गर्न झुक्दछ।
४.२ आर्क-निरसन चुम्बकद्वारा न्यूट्रल ग्राउंडिङ
अग्राउंडिड न्यूट्रल प्रणालीबाट तुलना गर्दा, यो विधि आर्क-निरसन चुम्बकको इन्डक्टिव विद्युत द्वारा क्षमता विद्युतलाई भुक्तानी गर्दछ, जसले ग्राउंड-दोष विद्युतलाई आफ्नै बुझ्न सक्ने स्तरमा घटाउँछ, यसले आर्क-जनित ओभरवोल्टेजहरूलाई कम गर्छ। यसले एकल-चालक ग्राउंड दोषको समयमा १–२ घण्टासम्म निरन्तर कार्य गर्न अनुमति दिन्छ र एकल-चालक दोषलाई चालक-बीच दोषमा विस्तार गर्न रोक्दछ। तर, यो विधि ग्राउंड-दोष रक्षणमा उच्च आवश्यकता राख्छ, दोषी लाइन चिन्न सकिँदैन, रेजोनेन्समा झुक्दछ, र लाइनमा बाँकी रहेको चार्जहरूलाई प्रभावित रूपमा छोड्न सक्दैन।
४.३ निम्न रोजेन्सियाद्वारा न्यूट्रल ग्राउंडिङ
केबल-आधारित लाइनहरूमा, निम्न रोजेन्सियाको ग्राउंडिङ विधि एकल-चालक ग्राउंड दोषको समयमा आर्क-ग्राउंड ओभरवोल्टेजलाई प्रभावी रूपमा नियन्त्रण गर्छ, प्रणाली रेजोनेन्ट ओभरवोल्टेजलाई दबाउँछ, उत्तम विद्युत सीमित र वोल्टेज घटाउँछ, र तुलनात्मक उच्च शून्य-क्रम ओभरकरन्ट रक्षण गुणस्तर प्रदान गर्छ, यसले समयमै दोष निकालन फाइदा दिन्छ। तर, यो विधि ओवरहेड लाइन खण्डहरूमा विशेष रूपमा सीमा छ: बढी ट्रिपिङ आवृत्ति विद्युत प्रणालीको कार्यलाई प्रभाव दिन्छ, विद्युत आपूर्ति क्षमता कम गर्छ, र उपकरण रक्षण दुवै थोरै दुरुस्त गर्न सक्छ।
५. रेलवे विद्युत प्रणालीका लागि न्यूट्रल ग्राउंडिङ विधिहरूको चर्चा
(१) स्वचालित ट्रकिङ आर्क-निरसन चुम्बक उपकरणको उपयोगलाई बढाउनुहोस्। यो दृष्टिकोन विद्युत प्रणालीमा अस्थायी ग्राउंड दोषलाई स्वचालित रूपमा निकाल्ने फाइदा छ, यसले ट्रिपिङ गर्दको संख्यालाई कम गर्छ। जब दोष अलर्ट सिग्नल प्रदान गरिन्छ, स्वचालित ट्रकिङ आर्क-निरसन चुम्बक संगत भुक्तानी विद्युत उत्पन्न गर्छ, जसले विद्युत लाइनको पुनर्भुक्तानी गर्न सक्छ। यसले तीन चालक बीचको शॉर्ट-सर्किट दोषको हिंसा कम गर्छ र प्रणालीको स्थिरता र सुरक्षा बनाउँछ। यसको साथै, चूँकि आर्क-निरसन उपकरणमा विशिष्ट आर्क-निरसन गुणस्तर छ, यदि ग्राउंड-दोष विद्युत यस गुणस्तरभन्दा छोटो छ भने, आर्क-निरसन उपकरणको कार्यमा वोल्टेज पुनर्स्थापन गति वार्धक्य गर्छ, यसले आर्कलाई विश्वसनीय रूपमा निरसन गर्न सहयोग गर्छ र आर्क पुनर्ज्वलनको सम्भावना कम गर्छ, यसले विद्युत घटनालाई कम गर्छ र न्यूट्रल ग्राउंडिङ विधिलाई प्रभावी रूपमा समर्थन गर्छ।
(२) अधिकृत गतिको ट्रान्सफिडर र स्वचालित ब्लक सिग्नलिङ लाइनहरूको रेनोवेशनको समयमा, यदि केबल लाइनहरू—ओवरहेड लाइनहरूलाई बदले—उच्च अनुपातमा रहन्छन्, तब बक्सा-प्रकारको रिएक्टर द्वारा केन्द्रीकृत वा वितरित भुक्तानी गर्न सिफारिश गरिन्छ र नैसर्गिक क्षमता विद्युत अवस्थामा इन्डक्टिव रिएक्टिभ शक्तिलाई भुक्तानी गर्न सिफारिश गरिन्छ। टेबल २ को गणना अनुसार, ७० mm² अल्युमिनियम-कोर केबलको ऑपरेटिङ क्षमता मान ०.२२ μF/km र ९५ mm² अल्युमिनियम-कोर केबलको ऑपरेटिङ क्षमता मान ०.२४ μF/km छ। यसको साथै, वितरण रूमहरूको अनुकूलता सुधार गर्नुपर्छ, र दोनो तिरको वितरण रूमको वोल्टेज रेगुलेटरहरूको न्यूट्रल ग्राउंडिङ विधिलाई गणना डाटाको आधारमा सम्बन्धित रूपमा समायोजन गर्नुपर्छ।
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 अत्यधिक मामलाहरूमा, यदि प्रणाली अनग्राउंडेड छ र एक-कोर केबलहरू—उच्च गतिको रेलमार्ग मानकलाई अनुसार—प्रयोग गरिएको छ, त्यस मामला एकफेसियो ग्राउंड फाउल्ट अनुमत दुई घण्टाको खिचेको भित्र साफ नहुने छ। यो केबलको लागि निरन्तर थर्मल नुकसान ल्याउँछ। अधिक भने, एक-कोर केबल नुकसान पाएपछि आश्रित फेसहरूमा उसको प्रभाव धेरै दुर्बल हुने छ, जसले सुरक्षात्मक ट्रिपिङ्ग लागू नहुने छ, जसले आसानीले प्रणालीय असफलतामा ल्याउँछ।
६. निष्कर्ष
पारम्परिक गतिको रेलमार्ग शक्ति प्रणालीमा, न्यूट्रल ग्राउंडिङ विधिको चयन सीधै प्रणालीको सञ्चालनको सुरक्षा र स्थिरतामा प्रभाव पार्छ। न्यूट्रल ग्राउंडिङ योजनाको अनुपयुक्त चयन आसानीले द्वितीयक फाउल्ट र क्रमिक घटनाहरू ल्याउँछ। गणना र तुलनात्मक विश्लेषणको माध्यम दिए, न्यूट्रल ग्राउंडिङ विधिको व्यापक र तर्कसंगत चयन फाउल्ट साफ गर्न, उपकरण इन्सुलेशनको सुरक्षा, विश्वसनीय ट्रैक्सन शक्ति आपूर्ति, र व्यक्ति र ट्रेन सञ्चालन सुरक्षाको सुधार गर्न महत्त्वपूर्ण छ।
