ग्राउंड वायर (ground wire) के कपलिंग फैक्टर को किसके द्वारा बढ़ाया जा सकता है?

Question

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The correct answer is D: उपरोक्त सभी. पावर ट्रांसमिशन लाइनों में कपलिंग फैक्टर ($k$) बिजली गिरने (lightning strike) के दौरान फेज कंडक्टरों पर प्रेरित वोल्टेज को कम करने में ग्राउंड वायर (शील्ड वायर) की प्रभावशीलता का प्रतिनिधित्व करता है। इसे कंडक्टर पर प्रेरित विभव और ग्राउंड वायर के विभव के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है; इस कारक को बढ़ाने से लाइन इंसुलेशन पर तनाव कम करके लाइटनिंग प्रदर्शन में सुधार होता है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
पावर ट्रांसमिशन लाइनों में कपलिंग फैक्टर ($k$) बिजली गिरने (lightning strike) के दौरान फेज कंडक्टरों पर प्रेरित वोल्टेज को कम करने में ग्राउंड वायर (शील्ड वायर) की प्रभावशीलता का प्रतिनिधित्व करता है। इसे कंडक्टर पर प्रेरित विभव और ग्राउंड वायर के विभव के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है; इस कारक को बढ़ाने से लाइन इंसुलेशन पर तनाव कम करके लाइटनिंग प्रदर्शन में सुधार होता है।

Working Principle: कपलिंग फैक्टर ज्यामितीय व्यवस्था और ग्राउंडिंग सिस्टम के इम्पीडेंस पर निर्भर करता है। फुटिंग इम्पीडेंस को कम करने से सर्ज करंट अधिक प्रभावी ढंग से पृथ्वी में विसर्जित हो सकते हैं, जिससे टावर के विभव (tower potential) को बढ़ने से रोका जा सकता है। ग्राउंड वायर के आकार को बढ़ाने से इसका स्व-इम्पीडेंस (self-impedance) कम हो जाता है और ग्राउंड वायर तथा फेज कंडक्टरों के बीच म्युचुअल कपलिंग में सुधार होता है, जबकि कैंटिलीवर रोड्स (या सहायक ग्राउंडिंग व्यवस्था) विद्युत चुम्बकीय कपलिंग ज्यामिति को अनुकूलित करती हैं।

Key Formulas: $k = \frac{V_c}{V_g}$ — कपलिंग फैक्टर की मूल परिभाषा जहाँ $V_c$ कंडक्टर पर प्रेरित वोल्टेज है और $V_g$ ग्राउंड वायर का वोल्टेज है; $Z_f \approx \frac{Z_g}{1-k}$ — संबंध जो लाइटनिंग सुरक्षा पर फुटिंग इम्पीडेंस $Z_f$ और ग्राउंड वायर इम्पीडेंस $Z_g$ के प्रभाव को दर्शाता है

Key Points: उच्च कपलिंग फैक्टर का अर्थ है बिजली गिरने के खिलाफ बेहतर सुरक्षा।; बैक-फ्लैशओवर को कम करने में टावर फुटिंग इम्पीडेंस को कम करना सबसे महत्वपूर्ण कारक है।; ज्यामितीय विन्यास (ऊंचाई/दूरी) सीधे म्युचुअल इंडक्टेंस और परिणामी कपलिंग गुणांक को प्रभावित करता है।; ग्राउंड वायर के आकार को बढ़ाने से इसकी इंडक्टिव रिएक्टेंस कम हो जाती है, जिससे सर्ज ऊर्जा का तेजी से क्षय होता है।

Advantages: बैक-फ्लैशओवर के कारण इंसुलेशन विफलता की संभावना को कम करता है।; लाइटनिंग सर्ज के दौरान संपूर्ण पावर सिस्टम की ट्रांजिएंट स्थिरता को बढ़ाता है।

Disadvantages: ग्राउंड वायर का आकार बढ़ने से ट्रांसमिशन टावरों पर यांत्रिक भार बढ़ जाता है।; कैंटिलीवर व्यवस्था जैसे जटिल ग्राउंडिंग ज्यामिति से स्थापना और रखरखाव की लागत बढ़ जाती है।

Applications: EHV और UHV ट्रांसमिशन लाइन डिज़ाइन; HV सबस्टेशनों के लिए लाइटनिंग सुरक्षा सिस्टम

Additional Info: कपलिंग फैक्टर आमतौर पर मानक ट्रांसमिशन लाइन डिजाइनों के लिए 0.1 और 0.3 के बीच होता है।. विकल्प B (आकार बढ़ाना) ग्राउंड वायर के स्व-इम्पीडेंस को कम करता है, जो स्ट्राइक पॉइंट पर प्रभावी विभव वृद्धि को कम करके अप्रत्यक्ष रूप से कपलिंग प्रभाव को बढ़ाता है।

Answer: D सही है — सभी सूचीबद्ध तरीके या तो इम्पीडेंस पथ को कम करने में योगदान करते हैं या लाइटनिंग सुरक्षा प्रणाली और फेज कंडक्टरों के बीच विद्युत चुम्बकीय कपलिंग में सुधार करते हैं।

Exam Tip: हमेशा याद रखें कि लाइटनिंग ट्रांजिएंट विश्लेषण में, 'बैक-फ्लैशओवर' तब होता है जब टावर का विभव इंसुलेशन क्षमता से अधिक हो जाता है; इसलिए, फुटिंग इम्पीडेंस को कम करना सर्वोच्च प्राथमिकता है।

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Option A: फुटिंग इम्पीडेंस (footing impedance) को कम करके

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Option B: ग्राउंड वायर के आकार को बढ़ाकर

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Option C: ग्राउंड वायर के आर्म के साथ क्रॉसिंग पर कैंटिलीवर रोड्स का उपयोग करके

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