25kV AC ट्रैक्शन के साथ हस्तक्षेप समस्याएं — कर्षण वितरण नोट्स

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आसन्न AC ट्रैक्शन प्रणाली से लाइन-साइड केबलों में हस्तक्षेप, पावर एवं दूरसंचार लाइनों के बीच हस्तक्षेप की अधिक सामान्य समस्या का एक विशेष मामला है। यह हस्तक्षेप या तो विद्युत क्षेत्र से या चुंबकीय क्षेत्र से उत्पन्न हो सकता है।

प्रणाली	पावर स्तर
400 kV lines	10⁹ W
132 kV lines	10⁸ W
33 kV lines	5 × 10⁶ W
11 kV lines	10⁶ W
400/240 V mains	10⁴ W
Telephone line — sending end	10⁻³ W
Telephone line — receiving end	10⁻⁵ W

एक पावर सिस्टम में, जो विद्युत ऊर्जा को कच्चे माल के रूप में प्रेषित करता है, दक्षता उच्च होनी चाहिए लेकिन तरंगरूप की शुद्धता प्राथमिक महत्व की नहीं है। एक दूरसंचार लाइन एक तैयार उत्पाद प्रेषित करती है — एक जटिल तरंगरूप में छिपा एक संदेश — इसलिए तरंगरूप विकृत नहीं होना चाहिए।

8.1 CCITT निर्देश — अनुमेय प्रेरित वोल्टेज सीमाएं

अंतर्राष्ट्रीय टेलीग्राफ एवं टेलीफोन सलाहकार समिति (CCITT) ने संचालन की विभिन्न स्थितियों के तहत अनुमेय प्रेरित वोल्टेज की सीमाओं की सिफारिश की है।

प्रेरक लाइन का सामान्य संचालन

खतरे से बचने हेतु, अनुमेय निरंतर प्रेरित वोल्टेज को 60 वोल्ट rms तक सीमित करने की सिफारिश की जाती है — विशेष सावधानियां लिए जाने पर सीमा को 150 वोल्ट rms तक बढ़ाया जा सकता है।

प्रेरक लाइन पर दोष

स्थिति	अनुमेय वोल्टेज
Fault on a nearby inducing line built to usually accepted technical standards	430 volts rms
Fault on a nearby high-reliability power line	650 volts rms
Contact to earth of one wire of a nearby DC power or electrified railway line	1000 volts peak

अनुमेय प्रेरित वोल्टेज को केबलों में कंडक्टरों हेतु बढ़ाया जा सकता है जिनमें अर्थेड धातु आवरण/स्क्रीन दोनों सिरों पर आइसोलेटिंग ट्रांसफार्मरों में समाप्त होता है।

आइसोलेटिंग ट्रांसफार्मर एवं अन्य लाइन उपकरण में केबल कंडक्टरों पर उपलब्ध के बराबर या उससे अधिक डाइइलेक्ट्रिक शक्ति होनी चाहिए, जब तक कि लाइटनिंग प्रोटेक्टर उपयोग न किए जाएं।

अनुमेय कैपेसिटिव-युग्मित धारा

कैपेसिटिव युग्मन के मामलों में, एक कंडक्टर एवं अर्थ या अन्य धातु संरचना के बीच संपर्क के माध्यम से परिणामी धारा — 10 mA तक — अनुमेय है।

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परीक्षा पर ध्यान — पूर्ण वोल्टेज-सीमा सीढ़ी

इस सीढ़ी को एक समुच्चय के रूप में याद रखें: 60V rms (सामान्य संचालन) → 150V rms (विशेष सावधानियों के साथ) → 430V rms (मानक निकटवर्ती लाइन पर दोष) → 650V rms (उच्च-विश्वसनीयता लाइन पर दोष) → 1000V पीक (DC/विद्युतीकृत लाइन पर अर्थ संपर्क) → 10 mA (कैपेसिटिव-युग्मित धारा सीमा)।

8.2-8.3 परिपथों के बीच युग्मन

दो परिपथों के बीच युग्मन प्रवाहकीय हो सकता है, या विद्युत क्षेत्र (इलेक्ट्रोस्टैटिक इंडक्शन) या चुंबकीय क्षेत्र (इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन) के कारण हो सकता है।

प्रवाहकीय युग्मन अक्सर दो परिपथों के बीच होता है, कुछ हद तक अर्थ को कंडक्टर के रूप में उपयोग करते हुए — इस प्रकार की बहुत कमजोर युग्मन लगभग सभी परिपथों के बीच अपूर्ण इन्सुलेशन के कारण मौजूद है।

8.4 इलेक्ट्रोस्टैटिक इंडक्शन

विद्युत प्रेरण कैपेसिटिव युग्मन के कारण होता है। एक इंसुलेटेड लाइन में इलेक्ट्रोस्टैटिक रूप से प्रेरित वोल्टेज आवृत्ति या एक्सपोज़र की लंबाई पर निर्भर नहीं करता, जबकि एक अर्थेड लाइन से अर्थ तक की धारा दोनों — आवृत्ति एवं लंबाई — के समानुपाती होती है।

अर्थ एवं पारस्परिक धारिता की गणना लाइन आयामों एवं कंडक्टरों के वोल्टेज-चार्ज संबंधों से की जाती है; अर्थ के प्रभाव को केल्विन की इलेक्ट्रोस्टैटिक छवियों की विधि द्वारा हिसाब में लिया जाता है।

पृथक्करण (मी)	25kV प्रणाली के साथ प्रेरित वोल्टेज
4	4600
6	2600
10	1440

संपर्क तार से 10 मीटर के भीतर की लाइनें भी 1000V से अधिक प्रेरित वोल्टेज के अधीन होती हैं — यह टेलीफोन परिपथों में सामान्यतः लगे स्पार्क गैप में निरंतर डिस्चार्ज का कारण बनेगा।

CCITT संपर्क तार एवं संचार लाइन के बीच न्यूनतम पृथक्करण निर्धारित करने हेतु एक अधिक रूढ़िवादी सूत्र देता है, प्रेरित वोल्टेज को 300 वोल्ट तक सीमित करते हुए: a = (1/3)√E। 25kV प्रणाली हेतु यह 53 मीटर निकलता है।

8.5 इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन

एक ओवरहेड लाइन या केबल में प्रेरित EMF, जो एक विद्युतीकृत रेलवे के समानांतर चलती है, e = 2πfM·L·I·Kr·Kc·Km द्वारा दिया जाता है, जहां f = आपूर्ति आवृत्ति, M = प्रति इकाई लंबाई पारस्परिक इंडक्टेंस, L = समानांतरता की लंबाई, I = कैटेनरी धारा है।

अर्थेड कंडक्टरों — केबल आवरण, धातु पाइप, अर्थ तार, एवं अंततः रेल स्वयं — के स्क्रीनिंग प्रभाव से हस्तक्षेप में एक सराहनीय कमी प्राप्त होती है। इन कमी कारकों को स्क्रीनिंग कारक भी कहा जाता है।

केबल आवरण की स्क्रीनिंग को आवरण के DC प्रतिरोध को कम करके, तथा आवरण एवं तारों के बीच पारस्परिक इंडक्टेंस बढ़ाकर सुधारा जा सकता है। एल्यूमीनियम आवरण का प्रतिरोध समान आकार के सीसा आवरण के लगभग 1/7वें हिस्से का होता है।

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परीक्षा पर ध्यान — एल्यूमीनियम बनाम सीसा आवरण स्क्रीनिंग कारक

एक सटीक, आसानी से परीक्षण योग्य तुलना: नंगे सीसा आवरण स्क्रीनिंग कारक = 0.8, नंगा एल्यूमीनियम आवरण = 0.16।

8.6 रेल धाराएं

रेल असामान्य गुणों वाला एक कंडक्टर बनाती हैं: प्रतिरोध बहुत छोटा है, एवं लीकेंस बहुत बड़ा है। क्षीणन इतना बड़ा है कि रिटर्न करंट कुछ किलोमीटर के बाद पूरी तरह अर्थ में परिवर्तित हो जाता है, उच्च आवृत्तियों पर और भी जल्दी।

यदि रिटर्न करंट को पूर्ण रूप से रेलों में बनाए रखा जा सके, तो आसन्न टेलीफोन लाइन पर प्रेरक प्रभाव अपेक्षाकृत संकीर्ण लूप से होगा एवं अपेक्षाकृत छोटा होगा। व्यवहार में, लोड करंट तेजी से रेलों को छोड़कर अर्थ में चला जाता है।

स्टील रेलों की प्रतिरोधकता काफी अधिक होती है, लेकिन क्रॉस-सेक्शन इतना बड़ा है कि प्रतिरोध मुख्यतः रेलों के बीच जोड़ों के प्रतिरोध पर निर्भर करता है। वेल्डेड रेलों का DC प्रतिरोध लगभग 0.03 ओम/किमी है।

8.7 सुरक्षात्मक उपाय

सुरक्षात्मक उपाय प्रभावित निम्न-धारा संचार परिपथों में, स्रोत (ट्रैक्शन आपूर्ति) पर, या दोनों प्रणालियों में लागू किए जा सकते हैं।
दूरसंचार परिपथ उपाय: EMF के अनुदैर्ध्य निर्माण को सीमित करने हेतु आइसोलेटिंग ट्रांसफार्मरों का अंतराल पर सम्मिलन, परिपथों/उपकरणों का संतुलन, एवं संकेत-से-शोर अनुपात में वृद्धि।
मौलिक आवृत्ति पर असहनीय प्रेरित वोल्टेज के कारण मौजूदा लाइन-साइड खुले-तार हवाई संचार लाइनों को छोड़ना होगा।
लाइन कंडक्टरों से ट्रांसफार्मरों द्वारा अलग न किए गए एक्सचेंज एवं ग्राहक उपकरण को प्रेरित वोल्टेज के विरुद्ध फ्यूज एवं वोल्टेज अरेस्टर/प्रोटेक्टर द्वारा संरक्षित किया जाना चाहिए।
DC परिपथों को AC या इम्पल्स परिपथों से बदला जाना चाहिए। ऑपरेटर सुरक्षा हेतु विशेष उपाय आवश्यक हैं — मुख्य सावधानी उपकरण एवं अर्थ के साथ एक साथ संपर्क की किसी भी संभावना से बचना है।
एंटी-इंडक्शन उपायों में परिपथ में कंडक्टर स्थितियों का उनके सपोर्ट पर आवधिक स्थानांतरण शामिल है, ताकि कंडक्टरों के बीच प्रेरित EMF के बीच लाइन लंबाई के साथ क्षतिपूर्ति उत्पन्न हो सके।
ट्रैक से थोड़ी दूरी पर एक ओवरहेड लाइन में, संपर्क तार से इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण के प्रभाव ट्रैक्शन करंट से प्रेरक प्रभावों में जुड़ जाते हैं।
ओवरहेड संचार परिपथों को केबल करना हस्तक्षेप को कम करने का एक प्रभावी साधन है। आवरण की चालकता स्क्रीनिंग को बेहतर बनाकर स्क्रीनिंग में सुधार किया जाता है।

8.8 AT प्रणाली (ऑटो-ट्रांसफार्मर प्रणाली)

उच्च गति यात्री ट्रेनों एवं भारी माल गाड़ियों की शुरुआत के कारण बढ़े हुए सिस्टम लोडिंग के साथ, 2×25kV AT प्रणाली में पारंपरिक (BT) प्रणाली पर स्रोत पर प्रेरण के दमन के अलावा कुछ लाभ हैं। BT प्रणाली में ओवरलैप पर भारी आर्किंग एवं भारी धाराओं के कारण उच्च वोल्टेज ड्रॉप जैसी समस्याएं पाई जाती हैं।

ये दो AT OHE एवं रेल के बीच जुड़े लोड हेतु आवश्यक करंट फीड करते हैं। चूंकि OHE एवं फीडर में बराबर एवं विपरीत धाराएं बहती हैं, उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र एक दूसरे को निष्प्रभावी कर देते हैं — जिससे 'AT सेल प्रभाव' के अलावा कोई हस्तक्षेप नहीं होता।

AT (2×25kV) बनाम BT प्रणाली — मुख्य अंतर

BT प्रणाली: ओवरलैप पर भारी आर्किंग, भारी लोडिंग के तहत उच्च वोल्टेज ड्रॉप।
AT (2×25kV) प्रणाली: 50kV पर ट्रांसमिशन, रेल से जुड़े मध्यबिंदु के साथ 10-15 किमी के अंतराल पर ऑटो-ट्रांसफार्मर; बराबर-एवं-विपरीत OHE/फीडर धाराएं अपने चुंबकीय क्षेत्रों को स्वयं रद्द कर देती हैं।