घूर्णन मशीनों (rotating machines) की बिजली के झटकों (lightning surges) से सुरक्षा किसके द्वारा की जाती है?

Question

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The correct answer is C: लाइटनिंग अरेस्टर और कैपेसिटर दोनों. घूर्णन मशीनों (मोटर और जनरेटर) में ट्रांसफार्मर जैसे स्थिर उपकरणों की तुलना में कम आवेग शक्ति (impulse strength) होती है। सुरक्षा प्राप्त करने के लिए लाइटनिंग अरेस्टर का उपयोग आने वाले सर्ज के शीर्ष परिमाण (crest magnitude) को सीमित करने के लिए और कैपेसिटर का उपयोग वेव फ्रंट की तीक्ष्णता ($dv/dt$) को कम करने के लिए किया जाता है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
घूर्णन मशीनों (मोटर और जनरेटर) में ट्रांसफार्मर जैसे स्थिर उपकरणों की तुलना में कम आवेग शक्ति (impulse strength) होती है। सुरक्षा प्राप्त करने के लिए लाइटनिंग अरेस्टर का उपयोग आने वाले सर्ज के शीर्ष परिमाण (crest magnitude) को सीमित करने के लिए और कैपेसिटर का उपयोग वेव फ्रंट की तीक्ष्णता ($dv/dt$) को कम करने के लिए किया जाता है।

Working Principle: लाइटनिंग अरेस्टर आने वाले सर्ज के पीक वोल्टेज को सुरक्षित स्तर तक सीमित कर देता है, जबकि समानांतर में जुड़ा कैपेसिटर तरंग के सामने के हिस्से को ढलान देता है। तरंग की तीक्ष्णता ($dv/dt$) को सीमित करके, कैपेसिटर यह सुनिश्चित करता है कि मशीन की स्टेटर कॉइल्स में वोल्टेज का वितरण समान रहे, जिससे इंटर-टर्न इंसुलेशन विफलता को रोका जा सके।

Key Formulas: $v = L \frac{di}{dt}$ — वोल्टेज सर्ज और करंट के परिवर्तन की दर के बीच संबंध; $\frac{dv}{dt} = \frac{I}{C}$ — यह परिभाषित करता है कि कैपेसिटर तरंग की तीक्ष्णता को कैसे सीमित करता है

Key Points: बार-बार होने वाले थर्मल विस्तार और यांत्रिक तनाव के कारण घूर्णन मशीन का इंसुलेशन ट्रांसफार्मर के इंसुलेशन की तुलना में काफी अधिक नाजुक होता है।; सर्ज कैपेसिटर को मशीन के टर्मिनलों के जितना संभव हो उतना करीब रखा जाना चाहिए।; केवल लाइटनिंग अरेस्टर पर्याप्त नहीं है क्योंकि यह वेवफ्रंट की तीक्ष्णता को नियंत्रित नहीं करता है।

Advantages: उच्च $dv/dt$ के कारण होने वाली इंटर-टर्न इंसुलेशन विफलता को रोकता है।; पीक ओवरवोल्टेज को मशीन के बेसिक इम्पल्स इंसुलेशन लेवल (BIL) के भीतर सीमित करता है।

Disadvantages: कैपेसिटर इंस्टॉलेशन की लागत को बढ़ाते हैं।; विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए सर्ज अरेस्टर के सटीक रखरखाव की आवश्यकता होती है।

Applications: बड़ी औद्योगिक मोटरें; पावर प्लांट में सिंक्रोनस जनरेटर

Additional Info: कैपेसिटर का उद्देश्य विशेष रूप से 'तीक्ष्णता' ($dv/dt$) को सीमित करना है, जबकि अरेस्टर का उद्देश्य 'पीक परिमाण' ($V_{max}$) को सीमित करना है।. विकल्प B अपर्याप्त है क्योंकि यह सर्ज के पीक वोल्टेज को सीमित नहीं कर सकता है, जो अभी भी इंसुलेशन की डाइलेक्ट्रिक शक्ति से अधिक हो सकता है।

Answer: C सही है — घूर्णन मशीनों की सुरक्षा के लिए लाइटनिंग अरेस्टर (पीक वोल्टेज को सीमित करने के लिए) और कैपेसिटर (वेवफ्रंट की तीक्ष्णता ($dv/dt$) को कम करने के लिए) दोनों की आवश्यकता होती है।

Exam Tip: हमेशा याद रखें कि ट्रांसफार्मर की सुरक्षा मुख्य रूप से अरेस्टर पर निर्भर करती है, लेकिन घूर्णन मशीनों को अतिरिक्त 'कैपेसिटेंस' बफर की आवश्यकता होती है क्योंकि उनकी कॉइल्स खड़ी तरंगों (steep wavefronts) के प्रति अधिक संवेदनशील होती हैं।

Examoogle · Answer

Option A: लाइटनिंग अरेस्टर (Lightning arresters)

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Option B: कैपेसिटर (Capacitor)

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Option D: अरेस्टर में लाइटनिंग कंडक्टर

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