थाइराइट लाइटनिंग अरेस्टर (thyrite lightning arrester) में प्रतिरोध:

Question

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The correct answer is D: कम करंट पर अधिक और उच्च करंट पर कम होता है. थाइराइट (Thyrite) एक गैर-रैखिक सिरेमिक सामग्री है जिसका उपयोग लाइटनिंग अरेस्टर में किया जाता है। इसका प्रतिरोध स्थिर नहीं होता है; यह विशेषता $I = KV^\alpha$ का पालन करता है, जहाँ $\alpha$ उच्च (आमतौर पर 3 से 7) होता है। इसके कारण, यह सामग्री सामान्य ऑपरेटिंग वोल्टेज पर एक उच्च-प्रतिरोध इन्सुलेटर के रूप में और उच्च-वोल्टेज सर्ज के दौरान एक कम-प्रतिरोध कंडक्टर के रूप में व्यवहार करती है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
थाइराइट (Thyrite) एक गैर-रैखिक सिरेमिक सामग्री है जिसका उपयोग लाइटनिंग अरेस्टर में किया जाता है। इसका प्रतिरोध स्थिर नहीं होता है; यह विशेषता $I = KV^\alpha$ का पालन करता है, जहाँ $\alpha$ उच्च (आमतौर पर 3 से 7) होता है। इसके कारण, यह सामग्री सामान्य ऑपरेटिंग वोल्टेज पर एक उच्च-प्रतिरोध इन्सुलेटर के रूप में और उच्च-वोल्टेज सर्ज के दौरान एक कम-प्रतिरोध कंडक्टर के रूप में व्यवहार करती है।

Working Principle: थाइराइट की गैर-रैखिक प्रकृति इसे अरेस्टर के वोल्टेज को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाए बिना उच्च-परिमाण वाले सर्ज करंट को जमीन में डिस्चार्ज करने की अनुमति देती है। सामान्य पावर फ्रीक्वेंसी पर, उच्च प्रतिरोध लीकेज करंट को सीमित करता है, लेकिन जब कोई सर्ज आता है, तो प्रतिरोध में तीव्र कमी जमीन के लिए एक कम-प्रतिबाधा (low-impedance) पथ बनाती है, जो प्रभावी रूप से वोल्टेज को संरक्षित उपकरणों के लिए सुरक्षित स्तर पर सीमित (clamping) कर देती है।

Key Formulas: $I = KV^{\alpha}$ — थाइराइट सामग्री के लिए करंट और वोल्टेज के बीच गैर-रैखिक संबंध को दर्शाता है; $R = \frac{V}{I}$ — प्रभावी प्रतिरोध को दर्शाता है जो $I$ बढ़ने पर घटता है

Key Points: थाइराइट सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) आधारित सिरेमिक सामग्री का एक व्यापारिक नाम है।; घातांक (exponent) $\alpha$ गैर-रैखिकता की डिग्री निर्धारित करता है; उच्च $\alpha$ का अर्थ है बेहतर क्लैम्पिंग प्रदर्शन।; यह एक वाल्व के रूप में कार्य करता है, जो केवल सर्ज करंट को गुजरने देता है जबकि सामान्य सिस्टम करंट को रोकता है।

Advantages: ओवरवॉल्टेज सर्ज को क्लैंप करने में उत्कृष्ट गैर-रैखिक व्यवहार; उच्च-ऊर्जा बिजली आवेगों (lightning impulses) को डिस्चार्ज करने की उच्च क्षमता; बिना किसी गतिशील भाग के सरल निर्माण

Disadvantages: बार-बार आने वाले सर्ज के कारण गैर-रैखिक विशेषताएं समय के साथ खराब हो सकती हैं; सामान्य ऑपरेटिंग वोल्टेज पर लीकेज करंट को रोकने के लिए सीरीज स्पार्क गैप की आवश्यकता होती है

Applications: उच्च-वोल्टेज ट्रांसमिशन लाइनों की सुरक्षा; सबस्टेशन ट्रांसफार्मर की सुरक्षा; विद्युत वितरण नेटवर्क में सर्ज सुरक्षा

Additional Info: शब्द 'थाइराइट' एक विशिष्ट सामग्री फॉर्मूलेशन है जिसे अक्सर गैर-रैखिक सिलिकॉन कार्बाइड वाल्व-प्रकार के अरेस्टर के पर्याय के रूप में उपयोग किया जाता है।. विकल्प A गलत है क्योंकि संबंध घातांकीय (exponential) है, रैखिक नहीं।. विकल्प B सर्ज सुरक्षा उपकरणों में देखे गए वास्तविक भौतिक व्यवहार के विपरीत है।

Answer: D सही है — थाइराइट सामग्री एक गैर-रैखिक प्रतिरोध गुण प्रदर्शित करती है जहाँ यह सामान्य संचालन के दौरान उच्च प्रतिरोध बनाए रखती है लेकिन उच्च-करंट सर्ज वोल्टेज के अधीन होने पर कम प्रतिरोध में बदल जाती है।

Exam Tip: याद रखें कि थाइराइट एक SiC-आधारित सामग्री है; आधुनिक बिजली प्रणालियों में, इसे तेजी से जिंक ऑक्साइड (ZnO) अरेस्टर द्वारा प्रतिस्थापित किया जा रहा है, जो और भी बेहतर गैर-रैखिक विशेषताएं (उच्च $\alpha$) प्रदान करते हैं।

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Option A: अनुप्रयुक्त वोल्टेज (applied voltage) के साथ रैखिक रूप से बदलता है

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Option B: अनुप्रयुक्त वोल्टेज के साथ बढ़ता है

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Option C: अनुप्रयुक्त वोल्टेज के साथ घटता है

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