सबस्टेशन में अर्थिंग चालकता (Earthing conductivity) किससे प्रभावित होती है?

Question

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D: उपरोक्त सभी

Explanation & Concepts:
सबस्टेशन में अर्थिंग प्रणाली का पृथ्वी प्रतिरोध मुख्य रूप से मिट्टी की प्रतिरोधकता (resistivity) द्वारा निर्धारित होता है। चूंकि मिट्टी की चालकता, प्रतिरोधकता का व्युत्क्रम (reciprocal) होती है, इसलिए जो कारक मिट्टी में आयनों की गतिशीलता को प्रभावित करते हैं—अर्थात नमी, रासायनिक संरचना, और नमक की मात्रा—वे सीधे अर्थिंग प्रणाली के प्रदर्शन को प्रभावित करते हैं।

Working Principle: मिट्टी की प्रतिरोधकता काफी हद तक मिट्टी के छिद्रों में होने वाली इलेक्ट्रोलाइटिक प्रक्रिया पर निर्भर करती है। नमी इलेक्ट्रोलाइट माध्यम के रूप में कार्य करती है; इसलिए, नमी की मात्रा बढ़ने से प्रतिरोधकता कम हो जाती है। इसी तरह, घुले हुए लवण मुक्त आयन प्रदान करते हैं जो चालकता को बढ़ाते हैं। रासायनिक संरचना (जैसे मिट्टी बनाम रेत या धात्विक अयस्कों की उपस्थिति) इन चालक तत्वों की अंतर्निहित सांद्रता को निर्धारित करती है।

Key Formulas: $R_e = \rho \frac{L}{A}$ — अर्थ इलेक्ट्रोड का प्रतिरोध जहाँ $\rho$ मिट्टी की प्रतिरोधकता है, $L$ लंबाई है, और $A$ क्षेत्रफल है; $\sigma = \frac{1}{\rho}$ — प्रतिरोधकता के व्युत्क्रम के रूप में चालकता

Key Points: नमी की अधिक मात्रा अर्थ प्रतिरोध को काफी कम कर देती है।; घुले हुए लवण आयनिक सांद्रता को बढ़ाते हैं, जिससे मिट्टी की चालकता में सुधार होता है।; तापमान भी चालकता को प्रभावित करता है; जमने (freezing) से प्रतिरोधकता काफी बढ़ जाती है।; सबस्टेशन अर्थ मैट को सबसे खराब स्थिति (सबसे शुष्क) वाली मौसमी मिट्टी की प्रतिरोधकता को ध्यान में रखकर डिज़ाइन किया जाता है।

Advantages: कम प्रतिरोध सुनिश्चित करता है कि ग्राउंड फॉल्ट के दौरान फॉल्ट जल्दी क्लियर हो जाए।; सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए सबस्टेशन के फर्श पर संभावित विभव प्रवणता (potential gradients) को स्थिर करता है।

Disadvantages: मिट्टी के गुण एक समान नहीं होते और गहराई तथा जलवायु के साथ बदलते रहते हैं।; समय के साथ अर्थ इलेक्ट्रोड का क्षरण (corrosion) प्रतिरोध बढ़ा सकता है।

Applications: सबस्टेशन अर्थिंग ग्रिड; ट्रांसमिशन टॉवर फुटिंग इम्पीडेंस; तड़ित सुरक्षा प्रणालियाँ (Lightning protection systems)

Additional Info: नमी आयनों के चलने के लिए माध्यम प्रदान करती है; इसके बिना, मिट्टी एक इंसुलेटर की तरह व्यवहार करती है।. बजरी या रेत जैसी रासायनिक संरचना के परिणामस्वरूप उच्च प्रतिरोधकता होती है, जबकि चिकनी मिट्टी (clay) आमतौर पर कम प्रतिरोधकता प्रदान करती है।

Answer: D सही है — मिट्टी की चालकता, जो अर्थिंग प्रणाली की प्रभावशीलता निर्धारित करती है, स्वाभाविक रूप से उसकी नमी, रासायनिक संरचना और घुले हुए खनिजों की सांद्रता द्वारा शासित होती है।

Exam Tip: हमेशा याद रखें कि इलेक्ट्रिकल डिज़ाइन में, 'कम प्रतिरोधकता' का अर्थ 'उच्च चालकता' होता है। प्रतियोगी परीक्षाओं के लिए, सूखी, रेतीली या पथरीली मिट्टी को उच्च प्रतिरोधकता और गीली, चिकनी मिट्टी (clay) को कम प्रतिरोधकता से जोड़कर याद रखें।

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Option A: मिट्टी में नमी की मात्रा

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Option B: रासायनिक संरचना

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Option C: मिट्टी में लवणों (salts) की सांद्रता

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