System of Track Electrification

Electric Traction System: -

         Traction system यानी railways, trams, trolleys आदि के लिए electrical power का इस्तेमाल करने वाले system को electrical traction कहा जाता है।  Track electrification से तात्पर्य उस source supply system के type से है जिसका उपयोग electric locomotive systems को power supply करते समय किया जाता है। यह AC, DC और composite supply system है।

Types of Electric traction systems:-

1. D.C. System
2. A.C. System
3. Composite System

1. D.C. Electrification System:-

इस system में आवश्यक motive power प्राप्त करने के लिए लगाए गए electric motors आमतौर पर dc series motors होते हैं, हालांकि compound motors tramways और trolley buses के लिए favour में आती है जहां regenerative braking लगाना desired है। operating voltage,  tramways के लिए 600 वोल्ट से 750 वोल्ट तक और कई suburban railways के लिए और 1,500 volts से 3,000 volts  वोल्ट के लिए main line railways के लिए है। driving motors distribution system से power प्राप्त करती है, (DC में और साथ ही single phase ac system)।

Distribution system में tramways के case में एक contact wire और trolley buses के case में two contact wires होते हैं, जो substations से fed किया जाता है (very short railways के मामले में जहां dc generating station से direct supply possible हो सकती है) suitably spaced दिया गया है।

Substations की spacing operating voltage route के traffic density पर depends करती है। suburban railways के लिए जहां operating voltage 600 volts है, substations 3 से 5 km दुरी हैं और main line railways  के लिए 1,500 से 3,000 वोल्ट के operating voltage होते  हैं, जिन्हें 15 से 40 km तक फैलाया जा सकता है।

Advantages:-

• D.C. series motor suitable होता है A.C. traction motor के compare में 
• Transmission line में high voltage पर low  current flow होने के कारण voltage drop कम होता है 
• DC traction system में equipment AC traction system की compare में कम costly, हल्का और more efficient है।
• यह nearby communication lines के साथ कोई electrical interference नहीं करता है।

Disadvantages:-

• Long distance के लिए इस सिस्टम का use नहीं करते है क्योंकी long distance के लिए use करेंगे तो no. of  substation बढ़ जायेंगे 
• Voltage level  को up down नहीं कर सकते है 
• Frequent intervals पर expensive substations की आवश्यकता होती है।
• Overhead wire या third rail अपेक्षाकृत large और heavy होनी चाहिए।
• length के increase होने के साथ voltage decres होने लगता है 
• Overall cost बढ़ जाता है 

2. A.C. Electrification System:-

AC traction system आजकल बहुत लोकप्रिय हो गई है, और इसका उपयोग अक्सर अधिक लाभ के कारण  traction systems का use किया जाता है, जैसे कि quick availability और A.C. की generation जिसका वोल्टेज up या down आसानी से किया जा सकता  है, AC motors का easy controlling, आदि substations की कम संख्या, और light overhead catenaries की उपस्थिति जो high voltage पर low currents को transfer करते हैं

Types of A.C. Electrification System:-

• i>    1-phase low frequency
• ii>   1-phase high frequency
• iii>  3-phase low frequency

1-phase low frequency:- Single phase low frequency AC system में AC series motor का use vehicle के propulsion के लिए किया जाता है इस system  में 16-25 (i.e., 16 2/3) या  25 Hz की frequency का use करते है जिसका voltage rating 15KV -25KV तक का range रहता है। यह low frequency series motor द्वारा better performance और more efficient operation देता है। यह single phase supply locomotive unit को single overhead line के जरिए दी जाती है जबकि track return path provides करता है। overhead conductor से प्राप्त high voltages (15-25KV) को locomotive unit द्वारा step-down transformer का उपयोग करके एक उपयुक्त motor operating range (typically 300-400V range) पर ले जाया जाता है। इस transformer का secondary tapping speed regulation के AC series motor के लिए  variable voltage प्रदान करता है। Overhead line की low frequency operation communication के interferences को reduces करता है। इसके अलावा, लाइन की प्रतिक्रिया कम आवृत्ति पर कम होती है और इसलिए लाइन में वोल्टेज ड्रॉप कम हो जाता है। इस system में two substations के मध्य की दूरी 50-80km होती है इसलिए, यह system main line services  के लिए use की जाती है

Advantages low frequency system:-

• low frequency के कारण power factor improve हो जाता है
• communications interferences reduce हो जाता है 
• efficiency increase हो जाती है 
• substations के distance को बढ़ा सकते है (50 से 80km).

1-phase high frequency:-  इस system में high frequency 2500 से 3000 KHz तक का use  किया जाता है इसका ज्यादातर use mines में करते है जँहा harmful gases present होते है क्योंकी high  frequency arc produce nahi होने देते है, इसमें high frequency generator का use करते है ये two conductor के through power supply को overhead  lines में cable में provide करते है  जो energy को receive करके rectifier के through इसको DC में convert करके इसको DC series motor में supply देते है 

3-phase low  frequency:- Three phase system locomotive को movement के लिए three phase induction motor का का use किया जाता है। और इसे 3.3.KV, 16.7Hz पर rated किया गया है।  इस system का advantages है की induction motor में automatic regenrative braking  होने के कारण other equipment आवशयकता नहीं पड़ती है इसमें locomotive के movement  के लिए three phase induction motors यह system  

सामान्य रूप से 3000-3600V AC पर या तो 16 2/3 या normal supply frequency पर काम करती है।

यह system  two phases के लिए two overhead lines को नियोजित करती है, जबकि track third phase का निर्माण करता है। ये conductors उन substations से संचालित होते हैं जो higher voltages पर rate किये जाते हैं और वे three-phase transmission lines से power प्राप्त करते हैं।

transmission lines से high voltages को transformers द्वारा 3.3 KV (3000-3600 V)

तक ले जाया जाता है, जबकि substations पर स्थापित frequency converters द्वारा 

frequency reduced की जाती है।

इस system में प्रयुक्त three phase induction motor की निम्नलिखित विशेषताएं हैं; simple और robust construction, additional equipment और high operating efficiency, better performance आदि के बिना regenerative braking  का प्रावधान।

इन systems को अपनाया जाता है जहां high output power की आवश्यकता होती है और जहां automatic regeneration braking की आवश्यकता होती है। 

3. Composite System:-

Single phase AC system में distribution cost कम होती है जबकि DC system में DC series motors द्वारा excellent driving capability होती है और three phase system में automatic regenerative braking capacity होती है।


तो AC/DC और single/three phase systems के advantages को मिलाकर, traction system का overall performance  individual system की तुलना में better result देता है और इसलिए composite system का use करते है 

Composite system two types के होते है :-

• i> Kando System or single phase to three phase system
• ii> Single phase to DC system

1.Kando system or single phase to three phase system:- इस traction system को Kando system भी कहा जाता है। इसमें सिंगल फेज single phase 16KV, 50 Hz supply होती है, जिसे substation से fed किया जाता है और इसे एक single overhead conductor के through चलाया जाता है।

single phase supply, locomotive में phase converter equipment का उपयोग करके same frequency के three phase supply में converted हो जाती है। three phase की supply locomotive को चलाने के लिए  induction motors को  दिया जाता है।

traction system silicon controlled rectifiers के माध्यम से inverter के माध्यम से ½ से 10Hz  तक supply frequency को low  करके induction motors के high starting torque को develop किया जाता है।
इस system का main advantage यह है कि three phase AC system की overhead  two conductor arrangement एक single overhead conductor के लिए कम हो जाती है और इसलिए यह more economical है।

2. Single phase to DC system:-  यह traction system most popular और widely रूप से use की जाने वाली system है। यह DC series motor traction के साथ industrial frequency पर एsingle phase high voltage AC distribution को combines करता  है।

इसमें, overhead line single phase, 25KV, 50 Hz supply करती है, जिसे बाद में locomotive unit में स्थित step-down transformer का use करके desired range तक ले जाया जाता है।
इस single phase supply को फिर rectifier का उपयोग करके डीसी में convert किया जाता है और फिर DC series motor पर applied किया जाता है।


इस system के advantages

• higher starting efficiency
• less number of substations
• simple substation design and lower cost of fixed installations