किस स्थिति में लाइटनिंग सर्ज (lightning surges) की तुलना में स्विचिंग ओवरवोल्टेज अधिक खतरनाक होते हैं?

Question

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The correct answer is C: EHV और UHV सिस्टम. स्विचिंग ओवरवोल्टेज एक्स्ट्रा हाई वोल्टेज (EHV) और अल्ट्रा हाई वोल्टेज (UHV) सिस्टम में प्रमुख डिज़ाइन बाधा बन जाते हैं, क्योंकि लाइटनिंग सर्ज का परिमाण सिस्टम वोल्टेज के साथ आनुपातिक रूप से नहीं बढ़ता है, जबकि स्विचिंग सर्ज का परिमाण सिस्टम वोल्टेज बढ़ने के साथ काफी बढ़ जाता है। इन प्रणालियों में इन्सुलेशन समन्वय मुख्य रूप से बाहरी वायुमंडलीय बिजली गिरने के बजाय इन आंतरिक रूप से उत्पन्न ट्रांजिएंट्स का सामना करने की क्षमता द्वारा नियंत्रित होता है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
स्विचिंग ओवरवोल्टेज एक्स्ट्रा हाई वोल्टेज (EHV) और अल्ट्रा हाई वोल्टेज (UHV) सिस्टम में प्रमुख डिज़ाइन बाधा बन जाते हैं, क्योंकि लाइटनिंग सर्ज का परिमाण सिस्टम वोल्टेज के साथ आनुपातिक रूप से नहीं बढ़ता है, जबकि स्विचिंग सर्ज का परिमाण सिस्टम वोल्टेज बढ़ने के साथ काफी बढ़ जाता है। इन प्रणालियों में इन्सुलेशन समन्वय मुख्य रूप से बाहरी वायुमंडलीय बिजली गिरने के बजाय इन आंतरिक रूप से उत्पन्न ट्रांजिएंट्स का सामना करने की क्षमता द्वारा नियंत्रित होता है।

Working Principle: स्विचिंग सर्ज नेटवर्क की स्थिति में अचानक बदलाव के कारण होते हैं, जैसे सर्किट ब्रेकर का संचालन, लंबी लाइनों को फिर से जोड़ना, या फॉल्ट क्लियरिंग। EHV/UHV सिस्टम में, लंबी लाइनें महत्वपूर्ण धारिता (capacitance) और प्रेरकत्व (inductance) वाली ट्रांसमिशन लाइनों की तरह व्यवहार करती हैं, जिससे ट्रैवलिंग वेव घटना और रेजोनेंस उत्पन्न होता है। इन सर्ज का परिमाण ऑपरेटिंग वोल्टेज $V_{op}$ के आनुपातिक होता है, जबकि लाइटनिंग सर्ज इन्सुलेशन स्तर (बेसिक इन्सुलेशन लेवल) एयर गैप के स्पार्कओवर वोल्टेज द्वारा प्रतिबंधित होते हैं, जो बहुत उच्च वोल्टेज पर रैखिक रूप से नहीं बढ़ते हैं।

Key Formulas: $V_{switching} = k \cdot V_{phase}$ — जहाँ $k$ स्विचिंग सर्ज फैक्टर है (आमतौर पर 2.0 से 3.5); $BIL \approx 3.3 	imes V_{line}$ — सिस्टम इन्सुलेशन स्तरों के लिए अनुभवजन्य सीमा

Key Points: लाइटनिंग सर्ज सिस्टम के ऑपरेटिंग वोल्टेज से स्वतंत्र होते हैं।; स्विचिंग सर्ज सिस्टम के ऑपरेटिंग वोल्टेज के आनुपातिक होते हैं।; जैसे ही ऑपरेटिंग वोल्टेज 300 kV से अधिक हो जाता है, स्विचिंग सर्ज इन्सुलेशन डिज़ाइन के लिए महत्वपूर्ण कारक बन जाते हैं।; आधुनिक UHV लाइनें स्विचिंग ओवरवोल्टेज को कम करने के लिए नियंत्रित क्लोजिंग रेसिस्टर्स का उपयोग करती हैं।

Advantages: सटीक इन्सुलेशन समन्वय को सक्षम बनाता है; अत्यधिक लाइन इन्सुलेशन की लागत को कम करता है

Disadvantages: जटिल सर्किट ब्रेकर क्लोजिंग मैकेनिज्म की आवश्यकता होती है; EHV/UHV स्टेशनों के लिए डिज़ाइन की जटिलता बढ़ जाती है

Applications: 400 kV, 765 kV, और 1200 kV ट्रांसमिशन नेटवर्क का डिज़ाइन; HVDC और HVAC सबस्टेशनों के लिए सर्ज अरेस्टर का चयन

Additional Info: निचले वोल्टेज सिस्टम (जैसे, 33 kV) में, लाइटनिंग स्ट्राइक इन्सुलेशन विफलता का प्राथमिक कारण हैं, क्योंकि ऑपरेटिंग वोल्टेज की तुलना में BIL अपेक्षाकृत उच्च होता है।. विकल्प D गलत है क्योंकि निचले वोल्टेज पर स्विचिंग सर्ज का सापेक्ष खतरा नगण्य है जहाँ लाइटनिंग विथस्टैंड लेवल ऑपरेटिंग वोल्टेज के सापेक्ष पहले से ही बहुत अधिक होते हैं।

Answer: C सही है — स्विचिंग ओवरवोल्टेज सिस्टम वोल्टेज के साथ बढ़ते हैं और EHV और UHV सिस्टम में इन्सुलेशन डिज़ाइन के लिए सीमित कारक बन जाते हैं, जबकि लाइटनिंग सर्ज अपेक्षाकृत स्थिर रहते हैं।

Exam Tip: याद रखें कि इन्सुलेशन को 'सबसे खराब स्थिति' के ट्रांजिएंट के लिए डिज़ाइन किया जाता है; कम वोल्टेज पर लाइटनिंग हावी होती है, लेकिन UHV पर नेटवर्क का अपना स्विचिंग व्यवहार हावी हो जाता है।

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Option A: लो वोल्टेज सिस्टम

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Option B: 33 kV सिस्टम

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Option D: उपरोक्त सभी

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