अल्टरनेटर में हाइड्रोजन का उपयोग किसलिए किया जाता है?

Question

Accepted Answer

B: शीतलन (Cooling) के लिए

Explanation & Concepts:
बड़े अल्टरनेटरों में हाइड्रोजन का उपयोग मुख्य रूप से इसकी उच्च तापीय चालकता और कम घनत्व के कारण शीतलन माध्यम (cooling medium) के रूप में किया जाता है। इसकी बेहतर ऊष्मा स्थानांतरण क्षमता स्टेटर और रोटर वाइंडिंग में उच्च धारा घनत्व की अनुमति देती है, जिसके परिणामस्वरूप मशीन का डिज़ाइन अधिक कॉम्पैक्ट और कुशल हो जाता है।

Working Principle: हाइड्रोजन की तापीय चालकता हवा की तुलना में लगभग 7 गुना अधिक होती है, जो इसे वाइंडिंग और कोर से ऊष्मा को अधिक प्रभावी ढंग से दूर ले जाने की अनुमति देती है। इसके अलावा, क्योंकि इसका घनत्व हवा के घनत्व का लगभग 1/14 है, विंडेज लॉस (घूर्णन के कारण घर्षण हानि) काफी कम हो जाता है। वायुमंडलीय स्तर से ऊपर के दबाव पर काम करने से यांत्रिक ड्रैग को बढ़ाए बिना शीतलन क्षमता और बढ़ जाती है।

Key Formulas: $P_{windage} \propto ho$; $k_{H_2} \approx 7 	imes k_{Air}$

Key Points: 50-100 मेगावाट से अधिक के टर्बो-अल्टरनेटर के लिए हाइड्रोजन कूलिंग आवश्यक है।; रिसाव को रोकने और ऑक्सीजन के साथ विस्फोटक मिश्रण से बचने के लिए हाइड्रोजन प्रणाली को गैस-टाइट आवरण में रखा जाना चाहिए।; शाफ्ट के साथ हाइड्रोजन रिसाव को रोकने के लिए तेल-सील बियरिंग्स का उपयोग किया जाता है।; उच्च दबाव वाली हाइड्रोजन (जैसे 3-4 kg/cm²) अधिक शीतलन क्षमता की अनुमति देती है।

Advantages: वायु शीतलन की तुलना में विंडेज लॉस में उल्लेखनीय कमी।; उच्च तापीय चालकता समान भौतिक आकार के लिए उच्च पावर रेटिंग की अनुमति देती है।; ऑक्सीजन की अनुपस्थिति इन्सुलेशन को आंतरिक ऑक्सीकरण और कोरोना क्षति से बचाती है।

Disadvantages: हाइड्रोजन हवा के साथ एक विस्फोटक मिश्रण बनाती है, जिसके लिए जटिल सीलिंग और शुद्धिकरण प्रणालियों की आवश्यकता होती है।; सील्ड केसिंग और गैस हैंडलिंग प्लांट की आवश्यकता के कारण उच्च प्रारंभिक पूंजी लागत।

Applications: बड़े उपयोगिता-स्तरीय थर्मल पावर प्लांट टर्बो-अल्टरनेटर।; उच्च गति वाली घूमने वाली विद्युत मशीनें जहां विंडेज लॉस प्रभावी होते हैं।

Additional Info: विस्फोट से सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए हाइड्रोजन की शुद्धता 95% से ऊपर बनाए रखी जानी चाहिए।. विकल्प A गलत है क्योंकि विरूपण वाइंडिंग डिज़ाइन और पोल शेपिंग द्वारा नियंत्रित किया जाता है, कूलेंट द्वारा नहीं।. विकल्प C गलत है क्योंकि पावर फैक्टर लोड विशेषताओं (कैपेसिटिव/इंडक्टिव) पर निर्भर करता है, कूलेंट पर नहीं।. विकल्प D आंशिक रूप से सत्य है क्योंकि विंडेज लॉस कम हो जाते हैं, लेकिन कूलेंट का प्राथमिक कार्यात्मक उद्देश्य 'शीतलन' ही है।

Answer: B सही है — हाइड्रोजन का उपयोग अल्टरनेटरों में मुख्य रूप से एक कुशल शीतलन माध्यम के रूप में किया जाता है क्योंकि इसकी उच्च तापीय चालकता और कम घनत्व होता है, जो विंडेज लॉस को न्यूनतम करता है।

Exam Tip: हमेशा याद रखें कि बड़े अल्टरनेटरों में 'कूलेंट' का चयन थर्मल प्रबंधन द्वारा संचालित होता है; छोटी मशीनों के लिए, फोर्स्ड एयर आमतौर पर पर्याप्त होती है।

Answer

Option A: विरूपण (distortion) कम करने के लिए

Answer

Option C: पावर फैक्टर बढ़ाने के लिए

Answer

Option D: हानि कम करने के लिए

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