चालक के अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल को बढ़ाए बिना उसके समग्र व्यास को वांछित रूप से कैसे प्राप्त किया जा सकता है?

Question

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The correct answer is D: उपरोक्त में से कोई भी. चालक के प्रभावी अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल को बदले बिना उसके समग्र व्यास को बढ़ाने के लिए, कम चालकता वाली सामग्रियों या अक्रिय कोर (inert cores) का उपयोग किया जाता है ताकि चालक तारों (strands) को और अधिक दूरी पर व्यवस्थित किया जा सके। इस तकनीक का उपयोग मुख्य रूप से यांत्रिक शक्ति को बढ़ाने या विद्युत पारेषण लाइनों (power transmission lines) के प्रेरकत्व (inductance) और धारिता (capacitance) को समायोजित करने के लिए किया जाता है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
चालक के प्रभावी अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल को बदले बिना उसके समग्र व्यास को बढ़ाने के लिए, कम चालकता वाली सामग्रियों या अक्रिय कोर (inert cores) का उपयोग किया जाता है ताकि चालक तारों (strands) को और अधिक दूरी पर व्यवस्थित किया जा सके। इस तकनीक का उपयोग मुख्य रूप से यांत्रिक शक्ति को बढ़ाने या विद्युत पारेषण लाइनों (power transmission lines) के प्रेरकत्व (inductance) और धारिता (capacitance) को समायोजित करने के लिए किया जाता है।

Working Principle: यह सिद्धांत धारा ले जाने वाले तारों को त्रिज्यीय रूप से (radially) बाहर की ओर विस्थापित करने पर आधारित है। एक केंद्रीय कोर (जैसे भांग, सीसा, या कम चालकता वाली धातु) को शामिल करने से, ज्यामितीय त्रिज्या $R$ बढ़ जाती है। चूंकि $R = \frac{D}{2}$ होता है, इसलिए समग्र व्यास $D$ बढ़ जाता है जबकि चालक सामग्री का कुल अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल स्थिर रहता है, जो प्रभावी रूप से EHV लाइनों में सतह वोल्टेज प्रवणता को कम करता है।

Key Formulas: $R_{effective} = \sqrt{\frac{A}{\pi}}$ — क्षेत्रफल और त्रिज्या के बीच संबंध; $G_{max} = \frac{V}{r \ln(\frac{D}{r})}$ — व्यास $D$ में वृद्धि के माध्यम से विद्युत तनाव में कमी

Key Points: चालक के व्यास को बढ़ाने से सतह पर विद्युत क्षेत्र की तीव्रता कम हो जाती है, जिससे कोरोना प्रभाव (corona effect) कम हो जाता है।; भांग (hemp) का कोर गैर-चालक होता है और व्यास बढ़ाने के साथ-साथ संरचनात्मक सहायता प्रदान करता है।; सीसे की ट्यूब या एल्यूमीनियम कोर का उपयोग बाहरी तांबे की चालक परतों के लिए एक स्पेसर के रूप में कार्य करता है।; यह डिज़ाइन उच्च-वोल्टेज पारेषण लाइनों के लिए महत्वपूर्ण है ताकि कोरोना डिस्चार्ज के कारण होने वाले बिजली नुकसान को कम किया जा सके।

Advantages: कोरोना नुकसान में कमी; सुधरी हुई यांत्रिक तन्य शक्ति; दी गई धारा के लिए उच्च विद्युत पारेषण क्षमता

Disadvantages: चालक के वजन में वृद्धि; हवा से उत्पन्न कंपन (galloping) के प्रति अधिक संवेदनशीलता; विनिर्माण की उच्च लागत

Applications: अति उच्च वोल्टेज (EHV) पारेषण लाइनें; नदियों या घाटियों के पार लंबी अवधि के पारेषण; भूमिगत उच्च-वोल्टेज केबल निर्माण

Additional Info: ACSR (एल्यूमीनियम कंडक्टर स्टील रीइन्फोर्स्ड) शैली विन्यास में बड़े व्यास को प्राप्त करने के लिए पारंपरिक रूप से भांग के कोर वाले चालकों का उपयोग किया जाता था।. स्किन इफेक्ट और कोरोना को कम करने के लिए बिजली इंजीनियरिंग में अक्रिय केंद्रों पर खोखले चालकों या मल्टी-स्ट्रैंड व्यवस्था का उपयोग एक मानक अभ्यास है।

Answer: D सही है — सूचीबद्ध सभी विधियाँ एक भौतिक तंत्र प्रदान करती हैं जिससे चालक के बाहरी आयामों का विस्तार होता है, जबकि चालक सामग्री का विशिष्ट अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल बना रहता है।

Exam Tip: याद रखें: चालक की प्रभावी त्रिज्या बढ़ाने से सतह विभव प्रवणता ($g_{max}$) कम हो जाती है, जो उच्च-वोल्टेज इंजीनियरिंग में बंडल या खोखले चालकों को चुनने का मुख्य कारण है।

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Option A: तांबे के बजाय एल्यूमीनियम कोर का उपयोग करके

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Option B: भांग (hemp) के केंद्र के चारों ओर तांबे के चालकों को लपेटकर (stranding)

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Option C: सीसे की ट्यूब के ऊपर तांबे के चालकों को खड़ा करके

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