DC में केबलों की धारा वहन क्षमता AC की तुलना में अधिक होती है। यह मुख्य रूप से किसके कारण है?

Question

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The correct answer is A: कम हिस्टैरिसीस हानियाँ. अंडरग्राउंड केबलों की धारा वहन क्षमता DC में AC की तुलना में काफी अधिक होती है क्योंकि DC केबल स्किन इफेक्ट, प्रॉक्सिमिटी इफेक्ट, या दोलनशील चुंबकीय क्षेत्रों से जुड़ी डाइलेक्ट्रिक हानियों (हिस्टैरिसीस और एड़ी धाराएँ) से ग्रस्त नहीं होते हैं। AC में, ये घटनाएँ प्रभावी रूप से धारा प्रवाह के लिए उपलब्ध क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र को कम कर देती हैं, जिससे प्रतिरोध बढ़ जाता है और क्षमता सीमित हो जाती है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
अंडरग्राउंड केबलों की धारा वहन क्षमता DC में AC की तुलना में काफी अधिक होती है क्योंकि DC केबल स्किन इफेक्ट, प्रॉक्सिमिटी इफेक्ट, या दोलनशील चुंबकीय क्षेत्रों से जुड़ी डाइलेक्ट्रिक हानियों (हिस्टैरिसीस और एड़ी धाराएँ) से ग्रस्त नहीं होते हैं। AC में, ये घटनाएँ प्रभावी रूप से धारा प्रवाह के लिए उपलब्ध क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र को कम कर देती हैं, जिससे प्रतिरोध बढ़ जाता है और क्षमता सीमित हो जाती है।

Working Principle: AC केबलों में, चुंबकीय फ्लक्स लिंकेज एक गैर-समान धारा वितरण पैदा करता है जिसे स्किन इफेक्ट कहा जाता है, जो धारा को कंडक्टर की सतह की ओर धकेलता है, जिससे प्रभावी प्रतिरोध $R_{ac} > R_{dc}$ बढ़ जाता है। इसके अतिरिक्त, इंसुलेटिंग डाइलेक्ट्रिक सामग्री चक्रीय ध्रुवीकरण से गुजरती है, जिससे गर्मी के रूप में ऊर्जा की हानि होती है, जिसे हिस्टैरिसीस और एड़ी धारा (eddy current) हानि के रूप में मापा जाता है। चूँकि DC स्थिर वोल्टेज ध्रुवीयता बनाए रखता है, इसलिए डाइलेक्ट्रिक हानियाँ नगण्य होती हैं और स्किन इफेक्ट अनुपस्थित होता है, जिससे उच्च एकसमान धारा घनत्व संभव होता है।

Key Formulas: $R_{ac} = R_{dc}(1 + \lambda_{skin})$ — AC प्रतिरोध वृद्धि को दर्शाने वाला संबंध; $P_{dielectric} = V^2 \omega C 	an(\delta)$ — AC केबलों में डाइलेक्ट्रिक हानि

Key Points: DC केबल स्किन इफेक्ट से मुक्त होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एकसमान धारा घनत्व मिलता है।; AC डाइलेक्ट्रिक हानि (हिस्टैरिसीस और एड़ी धारा) केबल की गर्मी को बढ़ाती है।; DC में वोल्टेज स्ट्रेस स्थिर रहता है, जिससे इंसुलेशन का बेहतर उपयोग होता है।; DC सर्किट में कोई प्रॉक्सिमिटी इफेक्ट नहीं होता है।

Advantages: समान कंडक्टर आकार के लिए उच्च शक्ति संचरण क्षमता।; लंबी दूरी पर चार्जिंग करंट की कोई समस्या नहीं।

Disadvantages: AC-DC-AC रूपांतरण के लिए महंगे कनवर्टर स्टेशनों की आवश्यकता होती है।; उच्च-वोल्टेज DC की स्विचिंग और सुरक्षा अधिक जटिल है।

Applications: हाई वोल्टेज डायरेक्ट करंट (HVDC) ट्रांसमिशन लाइनें।; ग्रिडों के बीच सबमरीन केबल लिंक।

Additional Info: विकल्प B और C गलत हैं क्योंकि हार्मोनिक्स और रिपल्स बिजली की आपूर्ति की गुणवत्ता को संदर्भित करते हैं, न कि प्रतिबाधा और सामग्री हीटिंग के कारण केबल की धारा वहन क्षमता की प्राथमिक भौतिक सीमा को।. हिस्टैरिसीस हानि AC तनाव के तहत डाइलेक्ट्रिक के लिए विशिष्ट है, जो आंतरिक केबल हीटिंग में योगदान करती है जो अधिकतम लोड करंट को सीमित करती है।

Answer: A सही है — AC की तुलना में DC केबलों की उच्च धारा वहन क्षमता मुख्य रूप से स्किन इफेक्ट की अनुपस्थिति और हिस्टैरिसीस जैसी नगण्य डाइलेक्ट्रिक हानियों के कारण होती है।

Exam Tip: हमेशा याद रखें कि 'एम्पैसिटी' (धारा वहन क्षमता) उस गर्मी से सीमित होती है जिसे एक केबल नष्ट कर सकती है; कोई भी प्रभाव जो अतिरिक्त गर्मी पैदा करता है (जैसे स्किन इफेक्ट या डाइलेक्ट्रिक हानि) कंडक्टर की क्षमता को कम करने के लिए मजबूर करता है।

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Option B: हार्मोनिक्स की अनुपस्थिति

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Option C: रिपल्स की अनुपस्थिति

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Option D: उपरोक्त में से कोई नहीं

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