معیاری رفتار سرعت ریلوے بجلی کے نظام کے لئے غیر متعادل زمینیت کے طرائق

ریلوے بجلی کے نظام بنیادی طور پر خودکار بلاک سگنلنگ لائنوں، فیڈر بجلی کی لائنوں، ریلوے سبسٹیشنز اور تقسیم اسٹیشنز، اور داخل ہونے والی بجلی کی سپلائی لائنوں پر مشتمل ہوتے ہیں۔ یہ سگنلنگ، مواصلات، رولنگ اسٹاک سسٹمز، اسٹیشن مسافر نقل و حمل، اور دیکھ بھال کی سہولیات سمیت اہم ریلوے آپریشنز کو بجلی فراہم کرتے ہیں۔ قومی بجلی گرڈ کا ایک لاازمی حصہ ہونے کے ناطے، ریلوے بجلی کے نظام بجلی ہندسیات اور ریلوے انفراسٹرکچر دونوں کی منفرد خصوصیات کا مظاہرہ کرتے ہیں۔

معمولی رفتار والے ریلوے بجلی کے نظام کے لیے نیوٹرل گراؤنڈنگ کے طریقوں کے بارے میں تحقیق کو مضبوط کرنا—اور ڈیزائن، تعمیر اور آپریشن کے دوران ان طریقوں پر جامع غور کرنا—ریلوے بجلی کی سپلائی کی حفاظت اور قابل اعتمادیت کو بہتر بنانے کے لیے انتہائی اہمیت کا حامل ہے۔

1. ریلوے بجلی کے نظام میں نیوٹرل گراؤنڈنگ کے طریقوں کا جائزہ

ریلوے بجلی کے نظام میں نیوٹرل گراؤنڈنگ کا طریقہ عام طور پر ٹرانسفارمرز کی گراؤنڈنگ تشکیل کو ظاہر کرتا ہے—ایک قسم کی فعلی (کام کرنے والی) گراؤنڈنگ جو وولٹیج لیول، سنگل فیز گراؤنڈ فالٹ کرنٹ، اوورولٹیج لیولز، اور ریلے تحفظ کے اسکیمات سے قریبی طور پر منسلک ہوتی ہے۔ یہ ایک پیچیدہ تکنیکی مسئلہ ہے جسے عموماً درج ذیل طور پر تقسیم کیا جا سکتا ہے:

• غیر مضبوطی سے گراؤنڈ شدہ نظام: بشمول غیر گراؤنڈ شدہ، آرک سپریشن کوائل (پیٹرزین کوائل) گراؤنڈ شدہ، اور ہائی رزسٹنس گراؤنڈ شدہ نظام؛

• مضبوطی سے گراؤنڈ شدہ نظام: بشمول براہ راست گراؤنڈنگ اور لو رزسٹنس گراؤنڈنگ۔

قومی گرڈ سے ریلوے کو فراہم کردہ بجلی عام طور پر غیر گراؤنڈ شدہ نیوٹرل تشکیل اختیار کرتی ہے۔ ریلوے سبسٹیشنز اور تقسیم اسٹیشنز سے فیڈر سرکٹس عام طور پر ثانوی بس بار سے براہ راست ماخوذ ہوتے ہیں (داخل ہونے والی بجلی بس کے بعد اور وولٹیج ریگولیٹر سے قبل)، اس لیے یہ بھی غیر گراؤنڈ شدہ نیوٹرل نظام استعمال کرتے ہیں۔ تھرو-فیڈر لائنوں کے لیے، وولٹیج ریگولیٹنگ ٹرانسفارمر کا گراؤنڈنگ طریقہ حقیقی ضروریات کی بنیاد پر منتخب کیا جا سکتا ہے۔

کم رزسٹنس گراؤنڈنگ کے عام استعمال کے باوجود جو ہائی اسپیڈ ریلوے بجلی کے نظام میں عام ہے، معمولی رفتار والے ریلوے نظام بنیادی طور پر غیر گراؤنڈ شدہ نیوٹرل تشکیلات استعمال کرتے ہیں۔ اگرچہ یہ نقطہ نظر کچھ فوائد فراہم کرتا ہے، تاہم تبدیل ہوتے حفاظتی معیارات اور جاری تکنیکی اپ گریڈز موجودہ آپریشنل تناظر میں گراؤنڈنگ کی حکمت عملیوں کا دوبارہ جائزہ لینے کی ضرورت پیدا کرتے ہیں۔

2. غیر گراؤنڈ شدہ نیوٹرل نظام کے فوائد اور حدود

ریلوے بجلی ڈیزائن کوڈ (TB 10008–2015) کے مطابق، تھرو-فیڈر لائنوں کی تشکیل کو بجلی کی سپلائی کی قابل اعتمادیت اور منصوبے کی مخصوص حالتوں کی بنیاد پر طے کیا جانا چاہیے، یا تو اوور ہیڈ-کیبل ہائبرڈ لائنوں یا مکمل زیر زمین کیبل لائنوں کا استعمال کرتے ہوئے۔

بجٹ کی حدود اور تکنیکی عمل داری کی وجہ سے، زیادہ تر چل رہے معمولی رفتار والے ریلوے تھرو-فیڈر لائنوں پر فی الحال بنیادی طور پر اوور ہیڈ کنڈکٹرز یا اوور ہیڈ کو غالب رکھنے والی ہائبرڈ تشکیلات پر انحصار کیا جاتا ہے۔ نتیجتاً، ان کے نیوٹرل گراؤنڈنگ اسکیمات عام طور پر عُزل شدہ نیوٹرل (غیر گراؤنڈ شدہ) یا چھوٹی کرنٹ گراؤنڈنگ نظام اختیار کرتے ہیں۔ ریلوے بجلی مینجمنٹ قواعد کے آرٹیکل 69 کے مطابق، ایسے نظام میں سنگل فیز گراؤنڈ فالٹس کو فوری طور پر حل کیا جانا چاہیے، جس کی اجازت دی گئی فالٹ آپریشن کا وقت عام طور پر 2 گھنٹے سے زیادہ نہیں ہونا چاہیے۔

جنوری سے اکتوبر 2023 کے درمیان ایک مخصوص ریلوے بیورو سیکشن کے آپریشنل ڈیٹا میں 152 بجلی ٹرپس ریکارڈ کیے گئے، جن میں سے 15 سامان سے متعلقہ ناکامیاں تھیں (2 اندرونی ذمہ داری کی وجہ سے، 13 بیرونی عوامل کی وجہ سے)۔ قابلِ ذکر بات یہ ہے کہ ماحولیاتی خطرات—خاص طور پر ویجیٹیشن کا دخل—اوور ہیڈ لائن کی استحکام کے لیے بنیادی خطرہ ہیں۔ ایک واقعے میں، درخت کی شاخیں صفائی کے علاقے میں داخل ہو گئیں، جس کی وجہ سے ایک سائیڈ کنڈکٹر پر جزوی فیز ٹو گراؤنڈ کنکشن ہوا۔ نقصان کو 2 گھنٹے کی حد کے اندر شناخت کر لیا گیا اور حل کر لیا گیا، جس سے ٹرین آپریشنز پر کوئی اثر نہیں پڑا اور لڑی کی ناکامیوں کو روکا گیا۔ یہ ظاہر کرتا ہے کہ موجودہ تکنیکی حالات کے تحت، غیر گراؤنڈ شدہ نیوٹرل نظام عملی فوائد فراہم کرتے ہیں۔

تاہم، کیبل لائنوں کے لیے مختلف چیلنجز ہیں۔ اوور ہیڈ لائنوں کے مقابلے میں، بجلی کی کیبلز کے پاس کم عزل مارجن ہوتے ہیں اور اوورولٹیج برداشت کرنے کی صلاحیت محدود ہوتی ہے۔ غیر گراؤنڈ شدہ نظام میں سنگل فیز گراؤنڈ فالٹ کے دوران، صحت مند فیز وولٹیجز نارمل فیز ٹو گراؤنڈ لیولز سے اوپر چلے جاتے ہیں—بالآخر لائن ٹو لائن وولٹیج تک پہنچ سکتے ہیں—جو غیر نقصان والے فیز میں متعدد مقامات پر عزل کے ٹوٹنے کے خطرے کو بڑھاتے ہیں۔ مزید برآں، کیبل نظام میں کیپاسیٹیو گراؤنڈ فالٹ کرنٹس نسبتاً بڑے ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے نقصان والے مقام پر عزل تیزی سے خراب ہوتی ہے اور فیز ٹو فیز شارٹ سرکٹ میں تبدیل ہونے کا امکان زیادہ ہوتا ہے۔

چونکہ کیبلز عام طور پر زمین میں دفن، پائپ کے ذریعے، یا ٹرے کے ذریعے انسٹال کیے جاتے ہیں، اس لیے نقصان کی جگہ کا تعین مشکل ہوتا ہے۔ کیبل جوائننگ تکنیک، مرمت کی لاگسٹکس، اور ریلوے آپریشنل ونڈوز میں رکاوٹوں کے ساتھ مل کر، ایسے نقصانات کو اکثر تیزی سے حل نہیں کیا جا سکتا۔ عملی طور پر، کیبل ناکامیاں بنیادی طور پر مستقل عزل کے ٹوٹنے کی وجہ سے ہوتی ہیں—عضوی عزل مواد خود بحال نہیں ہو سکتے۔ غیر گراؤنڈ شدہ نظام میں، فوری ٹرپنگ کی عدم موجودگی طویل عرصے تک نقصان کرنٹس کی اجازت دیتی ہے، جس کی وجہ سے شدید عزل کو نقصان پہنچتا ہے، نقصان کا علاقہ وسیع ہوتا ہے، اور بجلی اسکرین الارمز یا حتیٰ "ریڈ بینڈ" سگنل ناکامیوں جیسے ثانوی مسائل کو ٹرگر کرنے کا امکان ہوتا ہے جو ٹرین خدمات کو متاثر کرتے ہیں—کبھی کبھی طویل مدتی بندش اور قابلِ توجہ حفاظتی یا عوامی تعلقات کے خطرات کا باعث بنتے ہیں۔

3. معمولی رفتار والے ریلوے بجلی کے نظام کے لیے نیوٹرل گراؤنڈنگ کے طریقوں کا انتخاب

مناسب نیوٹرل گراؤنڈنگ کے طریقہ کا انتخاب ریلوے بجلی کے مستحکم آپریشن کے لیے انتہائی اہم ہے۔ بنیادی چیلنج درج ذیل کے درمیان توازن قائم کرنا ہے:

• بیرونی خلل کی وجہ سے غیر ضروری ٹرپنگ کو کم کرنا،

• اہم لوڈز کو بجلی کی مسلسل فراہمی یقینی بنانا،

• موثر نقصان کے تحفظ کو یقینی بنانا،

• نقصان کے پھیلاؤ کو کنٹرول کرنا، اور

• نقصان کے دوران صحت مند سامان کی برقی اور عزل سالمیت برقرار رکھنا۔

ریلوے بجلی ڈیزائن کوڈ (TB 10008–2015) کے مطابق، 10(20) kV تھرو-فیڈر لائنوں کے لیے جو وولٹیج ریگولیٹرز کے ذریعے فراہم کیے جاتے ہیں، درج ذیل گراؤنڈنگ ہدایات لاگو ہوتی ہیں:

• اگر کرنٹ کیپسیٹوی سینگل فیز زمینی فالٹ ≤ 10 A ہو، تو ایک نامتعادل نظام استعمال کیا جانا چاہئے۔

• اگر کرنٹ ≤ 150 A ہو، تو کم مقاومتی زمینی کنکشن یا آرک سپریشن کoil زمینی کنکشن کا انتخاب کیا جا سکتا ہے؛ اگر > 150 A ہو، تو کم مقاومتی زمینی کنکشن کا استعمال پسندیدہ ہے۔

• مکمل طور پر کیبل بیسڈ لائنوں کے لیے کم مقاومتی زمینی کنکشن کا استعمال پسندیدہ ہے۔

• کم مقاومتی زمینی کنکشن کے لیے، زمینی ریزسٹر کو ایسے طور پر منتخب کیا جانा چاہئے کہ ایک سینگل فیز زمینی کرنٹ 200–400 A ہو، اور فالٹ کی شناخت پر فوری طور پر ٹرپ ہو۔

اس کے بر عکس، ہائی سپیڈ ریلوے ڈیزائن کوڈ (TB 10621–2014) کے مطابق، جب کرنٹ کیپسیٹوی زمینی فالٹ ≤ 30 A ہو، تو نامتعادل نظام کا استعمال منظور ہے، جس میں نیٹرل-زمین ریاکٹر کے ذریعے تعويض کی گئی ہوتی ہے۔

معمولی ریلوے برقی مهندسی کے دستاویزات کے مطابق حسابات کے بنیاد پر، عام الومینیم کور کیبل (70 mm² اور 95 mm² کے سیکشن) کے لیے، 10 A، 30 A، 60 A، 100 A، اور 150 A کی کرنٹ کیپسیٹوی زمینی فالٹ کے مطابق مجاز کیبل کی لمبائی کا خلاصہ جدول 1 میں درج ہے۔ ان قیمتیں فیکٹوال کیبل کی لمبائی کے بنیاد پر مناسب زمینی کنکشن کا انتخاب کرنے کی رہنما ہوسکتی ہیں۔

نیوٹرل پوائنٹ کے ذریعے گراؤنڈ کرنے سے تیزی سے فالت کلیر کیا جا سکتا ہے۔ زیرو سیکوئنس حفاظت 0.2–2.0 سیکنڈ کے اندر فالت کو الگ کرنے کے لئے کام کر سکتی ہے، دوسری مستقل برقی واقعات کی احتمال کو کم کرتے ہوئے طاقت کے معدات کی عایقیت کی قابلیت اور خدمات کی مدت کو حفظ کرتی ہے۔

4. عام نیوٹرل گراؤنڈنگ طریقوں کا موازنہ

4.1 نیوٹرل لگامدار نظام

نیوٹرل لگامدار طریقہ خطوط میں اوپری لائن کیبلا کی مخالفت کے دوران واحد فاز گراؤنڈ فالت کے دوران 1-2 گھنٹے تک مستمر طاقت کی فراہمی کے فائدے کا پیش کرتا ہے۔ لیکن، کیبل ڈومینٹڈ لائنوں میں، یہ طریقہ فالت کی توسیع کی وجہ بن سکتا ہے۔

4.2 آرک سپریشن کويل کے ذریعے نیوٹرل گراؤنڈنگ

نیوٹرل لگامدار نظام کے مقابلے میں، یہ طریقہ آرک سپریشن کويل کے القائی کرنٹ کو استعمال کرتا ہے تاکہ کیپیسٹن کرنٹ کو تعویض کیا جا سکے، گراؤنڈ فالت کرنٹ کو خود کو ختم کرنے کے قابل سطح تک کم کرتا ہے، یوں آرک کی وجہ سے ہونے والی اوور ولٹیج کو کم کرتا ہے۔ یہ 1-2 گھنٹے کے لئے مستمر کارکردگی کی اجازت دیتا ہے اور فالت کو فاز سے فاز تک کے فالت میں تبدیل ہونے سے روکتا ہے۔ لیکن، یہ طریقہ گراؤنڈ فالت حفاظت کے لئے زیادہ درخواستیں رکھتا ہے، فالت لائن کی شناخت نہیں کرسکتا، ریزوننس کی صلاحیت رکھتا ہے اور لائن پر باقی رہنے والی کرنٹ کو موثر طور پر خالی کرنے میں ناکام ہوتا ہے۔

4.3 کم ریزسٹنس کے ذریعے نیوٹرل گراؤنڈنگ

کیبل ڈومینٹڈ لائنوں میں، کم ریزسٹنس گراؤنڈنگ طریقہ واحد فاز گراؤنڈ فالت کے دوران آرک گراؤنڈ اوور ولٹیجوں کو موثر طور پر کنٹرول کرتا ہے، نظام کی ریزوننس اوور ولٹیجوں کو روکتا ہے، کرنٹ کو محدود کرنے اور ولٹیج کو کم کرنے کے لئے اچھا کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے، اور نسبتاً زیادہ صفر سیکوئنس اوور کرنٹ حفاظت کی کارکردگی فراہم کرتا ہے، تاکہ فالت کو موثر طور پر ختم کیا جا سکے۔ لیکن، یہ طریقہ خصوصی محدودیتیں رکھتا ہے، خاص طور پر اوپری لائن کے حصے میں: بڑھتی ہوئی ٹرپنگ کی تعداد طاقت کے نظام کی کارکردگی کو متاثر کرتی ہے، طاقت کی فراہمی کی قابلیت کو کمزور کرتی ہے، اور کچھ حد تک معدات کی میںٹیننس کی مشکلات کو بڑھاتا ہے۔

5. ریلوے طاقت کے نظام کے لئے نیوٹرل گراؤنڈنگ طریقوں پر بحث

(1) خودکار ٹریکنگ آرک سپریشن کويل دستیابی کو بہتر بنانے کی کوشش کریں۔ یہ نقطہ نظر طاقت کے نظام میں انتقالی گراؤنڈ فالت کو خودکار طور پر ختم کرنے کا فائدہ رکھتا ہے، یوں ٹرپنگ کی تعداد کو کم کرتا ہے۔ جب فالت البیٹ سگنل جاری کیا جاتا ہے تو خودکار ٹریکنگ آرک سپریشن کويل متعلقہ کمپینسیشن کرنٹ پیدا کرتا ہے، یوں طاقت کی لائن کو دوبارہ کمپینسیشن کیا جا سکتا ہے۔ یہ تینوں فازوں کے درمیان شارٹ سرکٹ فالت کی وقوع کو کم کرتا ہے اور نظام کی استحکام اور سلامتی کو یقینی بناتا ہے۔ ساتھ ہی، چونکہ آرک سپریشن ڈیوائس کے پاس کسی خاص آرک ختم کرنے کا کریٹیکل ویلیو ہوتا ہے، اگر گراؤنڈ فالت کرنٹ یہ کریٹیکل ویلیو سے کم ہو تو آرک سپریشن ڈیوائس کے تحت ولٹیج کی واپسی کی رفتار بڑھتی ہے، یوں آرک کو موثوق طور پر ختم کرنے میں مدد کرتا ہے اور آرک کے دوبارہ جلنے کی امکان کو کم کرتا ہے، یوں برقی واقعات کو کم کرتا ہے اور نیوٹرل گراؤنڈنگ کی کارکردگی کو موثر طور پر حمایت کرتا ہے۔

(2) موجودہ معیاری رفتار سے گذرانے والی لائن اور خودکار بلاک سائنلنگ لائن کی ترمیم کے دوران، اگر کیبل لائنیں—اوپری لائن کیبلا کو بدل کر—کا ایک قابل ذکر حصہ ہو تو، بکسے کے طور پر ریاکٹرز کو استعمال کرتے ہوئے مرکزی یا پھیلائی کمپینسیشن کو غور کرنے کی تجویز ہے تاکہ معمولی کیپیسٹن کرنٹ کی حالت میں القائی ریاکٹو کرنٹ کو کم کیا جا سکے۔ جدول 2 کے مطابق حساب کتاب کے نتائج کے مطابق، 70 مم² الومینیم کرن کیبل کی کارکردگی کی کیپیسٹن کی قیمت 0.22 مائیکروفارڈ/کلومیٹر ہے اور 95 مم² الومینیم کرن کیبل کی کارکردگی کی کیپیسٹن کی قیمت 0.24 مائیکروفارڈ/کلومیٹر ہے۔ ساتھ ہی، ڈسٹریبوشن رومز کی قابلیت کو متناسب بنانے کو بھی غور کیا جانا چاہئے، اور ڈسٹریبوشن رومز میں وولٹیج ریگیولیٹرز کے نیوٹرل گراؤنڈنگ طریقوں کو متعلقہ حساب کتاب کے مطابق تناسب سے تبدیل کیا جانا چاہئے۔

غیر معمولی صورتحالوں میں، اگر نظام غیر زمینیت رکھتا ہے اور تیز رفتار ریل کے معیارات کے مطابق ایک سیل کیبل استعمال کیا جاتا ہے، تو ایک فیز کا زمینی فلٹ دو گنٹوں کے مجاز وقت کے اندر ختم نہیں ہوتا۔ یہ کیبل کو مستقل حرارتی نقصان پہنچاتا ہے۔ علاوہ ازیں، ایک سیل کیبل کسی نقصان کے بعد، اس کا متعدد فیزوں پر نسبتاً کمزور اثر ہوتا ہے، جس سے حفاظتی خاموشی کو عمل میں لانے کی کوشش ناکام رہتی ہے، جس کی وجہ سے آسانی سے نظامی نقصانات پیدا ہوسکتے ہیں۔

6. نتیجہ

معمولی رفتار کی ریلوں کے برقی نظاموں میں، غیر زمینیت کے طریقے کا انتخاب مستقیماً نظام کے آمند اور ثبات کو متاثر کرتا ہے۔ غیر زمینیت کے مناسب طریقے کا عدم انتخاب آسانی سے دوسرے نقصانات اور سلسلہ وار واقعات کی وجہ بنا سکتا ہے۔ حساب کتاب اور مقارنی تجزیہ کے ذریعے، غیر زمینیت کے طریقے کا مکمل اور منطقی انتخاب نقصانات کو موثر طور پر دور کرنے، ڈھانچوں کی حفاظت کرنے، قابلِ اعتماد کشش برق کی فراہمی کو یقینی بنانے، اور کارکنوں اور ریل کے آپریشن کی آمند کو بڑھانے کے لئے بہت اہم ہے۔