कर्षण शक्ति नेटवर्क

जर्मनी में बार्थोलोमा के पास एकल-चरण एसी कर्षण धारा (110 केवी, 16.7 हर्ट्ज़) के लिए पावर लाइन का पक्षांतरण स्तम्भ।

कर्षण (ट्रैक्शन) नेटवर्क या कर्षण शक्ति नेटवर्क विद्युतीकृत रेल नेटवर्क की आपूर्ति के लिए एक विद्युत ग्रिड है। एक अलग कर्षण नेटवर्क की स्थापना सामान्यतः केवल तभी की जाती है जब रेलवे विवादास्पद रूप से राष्ट्रीय ग्रिड की आवृत्ति से कम आवृत्ति वाली प्रत्यावर्ती धारा (एसी) का उपयोग करता है, जैसा कि जर्मनी, ऑस्ट्रिया और स्विट्ज़रलैंड जैसे देशों में होता है।

वैकल्पिक रूप से, पावर ग्रिड की तीन-चरण प्रत्यावर्ती धारा को घूर्णी ट्रांसफॉर्मरों या स्थिर प्रतिलोमित्रों (इनवर्टर) द्वारा उपकेन्द्रों में विभवान्तरों और ट्रेनों द्वारा आवश्यक धारा के प्रकार में परिवर्तित किया जा सकता है। इस पद्धति का उपयोग सदैव दिष्ट धारा (डीसी) पर संचालित होने वाले रेलमार्गों और साथ ही घटी हुई आवृत्ति के एकल-चरण एसी पर संचालित होने वाले रेलमार्गों के लिए किया जाता है, हैं, जैसा कि मेक्लेनबर्ग-वेस्टर्न पोमेरानिया, सैक्सोनी-एनहाल्ट, नॉर्वे और स्वीडन में होता है। इन क्षेत्रों में कोई कर्षण धारा नेटवर्क नहीं है।

इतिहास

Main article: उपयोगिता आवृत्ति § इतिहास

औद्योगिक शक्ति के अतिरिक्त कर्षण के लिए अलग शक्ति के ऐतिहासिक मूल हैं। वर्तमान में संचरण और औद्योगिक उपयोग की तुलना में विभिन्न आवृत्तियों या धारा के प्रकारों को प्रयुक्त करने के किसी कारण का अस्तित्व नहीं है। हालाँकि, निवेशी बिंदुओं पर एकल ताँबे के तारों के साथ आसान संचरण डीसी कर्षण का लाभ था। निवेशी बिंदुओं से लंबी दूरियों पर आसान संचरण, एसी कर्षण का लाभ है। इन मापदंडों और पूर्व निवेश को सुरक्षित करने के अतिरिक्त, इसमें नेटवर्क में विभिन्न धारा योजनाओं के साथ संगतता के लिए कोई प्रमाण उपस्थित नहीं है।

अनुप्रयोग

समर्पित कर्षण धारा लाइनों का उपयोग तब किया जाता है जब रेलमार्ग को निम्न-आवृत्ति प्रत्यावर्ती धारा (एसी) की आपूर्ति की जाती है। कर्षण धारा आपूर्ति लाइन रेलमार्ग की लाइन के साथ उपकेन्द्र से जुड़ी होती है और सामान्यतः उस शिरोपरि कैटेनरी तार से अलग से चलती है जिससे रेल-इंजन को आपूर्ति की जाती है।

जिन देशों में विद्युत ट्रेनें सामान्य पावर ग्रिड की आवृत्ति वाली दिष्ट धारा या एकल-चरण प्रत्यावर्ती धारा से चलती हैं, वहाँ धारा का आवश्यक रूपांतरण उपकेन्द्रों में किया जाता है, इसलिए पुनः कर्षण धारा लाइनों की आवश्यकता नहीं होती है।

कर्षण धारा आपूर्ति लाइनें लाइन की लंबाई को कम करने और रेलमार्ग लाइन के पास विद्युत प्रणाली पर अनावश्यक प्रभाव से बचने के लिए सामान्यतः रेलमार्ग लाइनों के समानांतर नहीं रखी जाती हैं; यह जर्मनी में प्रत्यावर्ती धारा से संचालित होने वाले कुछ तीव्र सार्वजनिक परिवहन रेलमार्गों की धारा आपूर्ति पर भी लागू होता है।

विशेष तिर्यक बीम पर कर्षण धारा आपूर्ति को कैटेनरी तार के ऊपर शिरोपरि तार स्तम्भों पर रखना भी संभव है। क्योंकि शिरोपरि लाइन स्तम्भों में कर्षण धारा आपूर्ति खम्भों की तुलना में एक छोटी अनुप्रस्थ काट होती है, तिर्यक बीमें अधिक चौड़ी नहीं हो सकती हैं, इसलिए एक स्तर में चार चालक तारों की मानक व्यवस्था का उपयोग नहीं किया जा सकता है। ऐसी स्थिति में, एक द्वि-स्तरीय व्यवस्था का उपयोग किया जाता है, या द्वि-रेल लाइनों के लिए दो विद्युत परिपथ के साथ दोनों दिशाओं के लिए शिरोपरि लाइन स्तम्भ प्रत्येक दो चालक केबलों की अपनी कर्षण धारा प्रणाली के लिए तिर्यक बीम से सुसज्जित होते हैं।

घनी आबादी वाले क्षेत्रों में, ऐसे स्तम्भ होते हैं जो कर्षण धारा और सामान्य शक्ति के लिए तीन-चरण प्रत्यावर्ती धारा दोनों के लिए परिपथ धारण करते हैं। ऐसी लाइनें भी पाई जाती हैं जहाँ मार्ग के अधिकार दुर्लभ होते हैं। विशेष रूप से 110 केवी और 220 केवी तीन-चरण एसी का समांतर मार्ग सामान्य है। एक ही स्तम्भ पर 380 केवी विद्युत लाइनों के उपयोग के लिए कर्षण धारा लाइन के लिए 220 केवी विसंवाहक की आवश्यकता होती है, क्योंकि यदि 380 केवी वाली लाइन विफल हो जाती है, तो कर्षण धारा लाइन के साथ वोल्टेज प्रोत्कर्ष उत्पन्न हो सकते हैं, जिसका प्रबंधन 110 केवी विसंवाहक नहीं कर सकते हैं।

एक नियम के रूप में, कर्षण धारा लाइनें एकल चालक का उपयोग करती हैं, हालाँकि उच्च यातायात वाले रेलमार्गों और विशेष रूप से उच्च गति वाली रेलवे लाइनों की आपूर्ति के लिए, दो बंडल चालकों का उपयोग किया जाता है।

विश्व भर में

ऑस्ट्रिया

निचली ऑस्ट्रिया में मारियाज़ेल रेलवे, 25 हर्ट्ज की उपयोगिता आवृत्ति पर एकल चरण एसी पर संचालन करता है। रेलवे की 27 केवी संचालन विभवान्तर वाली स्वयं की कर्षण धारा लाइनें हैं। इन लाइनों को कैटेनरी तार के ऊपर शिरोपरि तार के स्तम्भों पर लगाया जाता है।

जर्मनी

रूपान्तरक संयंत्र में स्तम्भ

जर्मनी में, एकल चालक सामान्यतः कर्षण धारा लाइनों के लिए उपयोग किए जाते हैं, लेकिन इंटरसिटी एक्सप्रेस (आईसीई) ट्रेन के लिए दो बंडल चालकों का उपयोग किया जाता है। परमाणु ऊर्जा केंद्र नेकरवेस्टहेम से नेकरवेस्टहेम में कर्षण धारा स्विचिंग स्टेशन तक और वहाँ से स्टटगार्ट, ज़ज़ेनहौज़ेन में केंद्रीय उपकेंद्र तक कर्षण धारा आपूर्ति लाइन को चार-बंडल चालक परिपथ के रूप में प्रयुक्त किया गया है।

स्कैंडिनेविया

स्वीडन, नॉर्वे और पूर्व जर्मन लोकतांत्रिक गणराज्य के कुछ क्षेत्रों में, तीन चरण एसी को उपकेन्द्रों पर 16.7 चक्र प्रति सेकंड की आवृत्ति वाली एकल चरण एसी में परिवर्तित किया जाता है। पश्चिमी जर्मनी के विपरीत, यहाँ रेलवे विद्युत के लिए कोई समर्पित विद्युत संयंत्र उपस्थित नहीं हैं। सम्पूर्ण विद्युत सामान्य विद्युत आपूर्तिकर्ताओं से ली जाती है। हालाँकि इस क्षेत्र में, सिद्धांत रूप में, कर्षण विद्युत लाइनों की कोई आवश्यकता नहीं है, तथापि मध्य स्वीडन में रेलवे विद्युत आपूर्ति के लिए 132 केवी-एकल एसी पावर ग्रिड स्थापित है (स्वीडन में रेलवे की विद्युत आपूर्ति प्रणाली देखें)। नॉर्वे में, हाकाविक शक्ति केंद्र द्वारा दक्षिण में संचालित ट्रेनों की विद्युत आपूर्ति के लिए एक छोटा 55 केवी एकल चरण एसी नेटवर्क स्थापित है। कजोफॉसेन में एक और शक्ति केंद्र, एकल चरण एसी को सीधे शिरोपरि तार में निविष्ट करता है। डेनमार्क और फिनलैंड में, 50 हर्ट्ज का उपयोग मुख्य लाइनों (यदि विद्युतीकृत है) के लिए किया जाता है और विद्युत, सामान्य आपूर्तिकर्ताओं से ली जाती है। इस प्रकार रूपांतरण के लिए स्वीडन और नॉर्वे की तुलना में अधिक सरल उपकरणों की आवश्यकता होती है।

दक्षिण अफ्रीका

दक्षिण अफ्रीका गणराज्य में व्यापक एसी और डीसी कर्षण योजनाएँ स्थापित हैं, जिनमें 50 केवी और 25 केवी एसी एकल चरण प्रणालियाँ सम्मिलित हैं। कोलेंसो शक्ति केंद्र पर आधारित विद्युत आपूर्ति आयोग (अब एस्कॉम) द्वारा दक्षिण अफ्रीकी रेलवे प्रणाली के अधिग्रहण से नेटाल में विद्युतीकरण को प्रोत्साहन मिला।

यूनाइटेड किंगडम

यूनाइटेड किंगडम में, इंग्लैंड के दक्षिणपूर्व में नेटवर्क रेल 750 वी डीसी विद्युतीकरण प्रणाली को विद्युत की आपूर्ति एक व्यापक 33 केवी विद्युत वितरण नेटवर्क से की जाती है।

कर्षण शक्ति नेटवर्क वाले क्षेत्र

• यूनाइटेड किंगडम
• जर्मनी (मैक्लेनबर्ग-वेस्टर्न पोमेरानिया और सैक्सोनी-एनहाल्ट को छोड़कर), कुल लंबाई 7,959 किमी
• स्विट्जरलैंड
• ऑस्ट्रिया (मारियाज़ेल बाहन के लिए अलग कर्षण शक्ति नेटवर्क)
• केन्द्रीय स्वीडन
• ओस्लो के पूर्व में दक्षिणी नॉर्वे
• संयुक्त राज्य अमेरिका (फ़िलाडेल्फ़िया और न्यूयॉर्क शहर, वाशिंगटन, डी.सी., और हैरिसबर्ग, पीए के बीच एमट्रैक की पूर्व पेंसिल्वेनिया रेलमार्ग लाइनें एकल चरण 25 हर्ट्ज एसी से संचालित हो रही हैं, एमट्रैक की 25 हर्ट्ज कर्षण शक्ति प्रणाली भी देखें)
• दक्षिण अफ्रीका
• मेलबर्न, ऑस्ट्रेलिया (पूर्व न्यूपोर्ट ए पावर स्टेशन और कर्षण उपकेन्द्र के बीच समर्पित उच्च विभवान्तर संचरण तार। हालाँकि ये लाइनें तीन चरण एसी से संचालित होती हैं)
• रियाद, सऊदी अरब का साम्राज्य (रियाद मेट्रो नेटवर्क)

विशेषताएँ

कर्षण धारा लाइनों का उपयोग उन देशों की रेलमार्ग प्रणालियों को विद्युत-शक्ति प्रदान करने के लिए किया जाता है जो सार्वजनिक आपूर्ति की तुलना में कम आवृत्ति की प्रत्यावर्ती धारा का उपयोग करती हैं। यह सामान्यतः यूरोप के जर्मन भाषी देशों में होता है। उदाहरण के लिए, जर्मनी, ऑस्ट्रिया और स्विट्जरलैंड में 16.7 हर्ट्ज एसी का उपयोग किया जाता है।

ऑस्ट्रिया में मारियाज़ेलर नैरो गेज रेलमार्ग इसका एक विशिष्ट उदाहरण है, जो 25 हर्ट्ज की आवृत्ति वाली एकल चरण एसी के साथ कार्य कर रहा है, जिसमें 27 केवी के संचालन विभवान्तर वाली स्वयं की कर्षण धारा लाइनें हैं। इन लाइनों को लाइनों के ऊपर शिरोपरि तारों के स्तम्भों पर लगाया जाता है।

कर्षण धारा लाइनों के लिए उपयोग किए जाने वाले विभवान्तर जर्मनी और ऑस्ट्रिया में 110 केवी और स्विट्जरलैंड में 66 केवी या 132 केवी हैं।

कर्षण धारा लाइनों को भूमि के विरुद्ध सममित रूप से संचालित किया जाता है। उदाहरण के लिए, 110 केवी लाइनों की स्थिति में प्रत्येक चालक में भूमि के विरुद्ध 55 केवी का विभवान्तर होता है। भूमि क्षरण धारा को निरस्त करने के लिए ट्रांसफॉर्मररों का उपयोग करके कर्षण धारा के लिए बड़े उपकेन्द्रों और पावर स्टेशनों में भूसम्पर्कन किया जाता है। सभी सममित शक्ति-लाइनों की स्थिति में भूसम्पर्कन, कर्षण पावर लाइनों के व्यावर्ती बिंदुओं पर होता है। एक परिपथ के लिए कर्षण पावरलाइन में सामान्यतः दो चालक होते हैं। चूँकि अधिकांश कर्षण धारा लाइनों में दो विद्युत परिपथ होते हैं, अतः एक नियम के रूप में स्तम्भों पर चार चालक होते हैं (तीन-चरण प्रत्यावर्ती धारा लाइनों के विपरीत, जिनके चालकों की संख्या तीन का एक पूर्णांक गुणज होती है)।

कर्षण धारा लाइनों का अनुमार्गण

कर्षण धारा लाइनों को सामान्यतः रेलवे लाइन के समानांतर नहीं रखा जाता है, जिससे लाइन की लंबाई को कम किया जा सके और रेलवे लाइन के पास विद्युत प्रणाली के अनावश्यक प्रभावों से बचा जा सके। हालाँकि, ऐसे स्थितियाँ भी उपस्थित हैं जहाँ इस पद्धति का पालन नहीं किया जाता है (उदाहरण के लिए, जर्मनी में प्रत्यावर्ती धारा से संचालित होने वाले कुछ तीव्र सार्वजनिक परिवहन रेलमार्गों के लिए धारा की आपूर्ति)। इस स्थिति में, कर्षण धारा लाइन शिरोपरि तार स्तम्भों की विशेष तिर्यक बीमों पर शिरोपरि लाइन के ऊपर बिछाई जाती है। शिरोपरि लाइन स्तम्भों में कर्षण धारा खम्भों की तुलना में एक छोटी अनुप्रस्थ काट होने के कारण इन तिर्यक बीमों को काफी संकीर्ण होना पड़ता है, इसलिए एक स्तर में चार चालक केबल की व्यवस्था का उपयोग नहीं किया जा सकता है, जो कर्षण धारा लाइनों के लिए मानक है। जहाँ चार चालकों की आवश्यकता होती है, वहाँ एक दृष्टिकोण चालक केबलों की द्वि-स्तरीय व्यवस्था को नियोजित करना है। वैकल्पिक रूप से, द्वि-पथ रेलमार्ग लाइनों की स्थितियों में, दोनों चालन दिशाओं के लिए शिरोपरि लाइन स्तम्भ कर्षण धारा प्रणाली (दो कंडक्टर केबल) के लिए तिर्यक बीमों से सुसज्जित होते हैं।

घनी आबादी वाले क्षेत्रों (जहाँ मार्ग के अधिकार दुर्लभ हैं) में ऐसे स्तम्भों का होना सामान्य है जो कर्षण धारा के साथ-साथ तीन-चरण प्रत्यावर्ती धारा के लिए विद्युत परिपथ का वहन करते हैं। उत्तरार्द्ध 110 केवी, 220 केवी, या कुछ स्थितियों में, 380 केवी तीन चरण एसी लाइनें हो सकती हैं। ऐसी स्थितियों में, कर्षण धारा लाइनों को विसंवाहक का उपयोग करना चाहिए जो लाइनों के बीच अधिकतम शिखर-शिखर विभवान्तर को प्रबंधित कर सकता है।

कर्षण धारा लाइनों को एकल अग्रवाहकों के रूप में एक नियम के रूप में प्रयुक्त किया जाता है। अधिक रेल यातायात वाले रेलमार्गों की आपूर्ति के लिए और विशेष रूप से जर्मन आईसीई (इंटर सिटी एक्सप्रेस) ट्रेनों जैसी उच्च-गति रेलवे लाइनों की विद्युत आपूर्ति के लिए, दो बंडल के चालकों का उपयोग किया जाता है। नेकरवेस्टहेम में परमाणु ऊर्जा स्टेशन से नेकरवेस्टहेम में कर्षण धारा स्विचिंग स्टेशन तक, और नेकरवेस्टहेम के कर्षण धारा स्विचिंग स्टेशन से स्टटगार्ट ज़ज़ेनहौसेन के केंद्रीय उपकेन्द्र तक कर्षण धारा लाइन को चार-बंडल चालक के रूप में लागू किया गया है।

कर्षण धारा लाइनें सदैव भूमि चालक से सुसज्जित होती हैं। कुछ स्थितियों में, दो भूमि चालकों का उपयोग किया जाता है: उदाहरण के लिए, जर्मनी में, ऐसी स्थितियों में स्तम्भों पर कर्षण धारा लाइनों का वहन नेकरवेस्टहेम में परमाणु ऊर्जा स्टेशन की लाइन के समान तीन चरण एसी के साथ किया जाया जाता है। इसी प्रकार, ऑस्ट्रिया में कुछ कर्षण धाराएँ दो भूमि तारों से सुसज्जित हैं।

कर्षण धारा लाइनों के विकल्प

स्वीडन, नॉर्वे और पूर्व जीडीआर के कुछ क्षेत्रों में, सार्वजनिक ग्रिड के तीन-चरण एसी को रेलमार्गों के नजदीक के उपकेन्द्रों में 16.7 हर्ट्ज आवृत्ति वाले एकल चरण एसी में रूपांतरित किया जाता है। इन क्षेत्रों में कोई कर्षण धारा लाइनें नहीं होती हैं।

इसके अतिरिक्त जिन देशों में विद्युत ट्रेनें दिष्ट धारा से या सामान्य पावर ग्रिड की आवृत्ति वाली एकल चरण एसी से संचालित होती हैं, वहाँ धारा का आवश्यक रूपांतरण उपकेन्द्रों में किया जाता है, जिससे इन देशों में कर्षण धारा लाइनों की आवश्यकता न पड़े।

यह भी देखें

• थर्ड रेल या विद्युत रेल
• कर्षण धारा रूपान्तरक संयंत्र
• कर्षण शक्ति केंद्र