सॉलिड टाइप केबल के डाइइलेक्ट्रिक पर ऑपरेटिंग वोल्टेज और परिणामस्वरूप इलेक्ट्रिक स्ट्रेस को एक कम मान से बढ़ाया

Question

सॉलिड टाइप केबल के डाइइलेक्ट्रिक पर ऑपरेटिंग वोल्टेज और परिणामस्वरूप इलेक्ट्रिक स्ट्रेस को एक कम मान से बढ़ाया जाता है, डाइइलेक्ट्रिक पावर फैक्टर स्ट्रेस के एक निश्चित मान तक लगभग अपरिवर्तित रहता है, जिसके आगे यह बहुत तेजी से बढ़ता है। यह निम्नलिखित में वृद्धि के कारण होता है:

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The correct answer is B: डाइइलेक्ट्रिक में मौजूद रिक्तियों (voids) का आयनीकरण (Ionization). सॉलिड-टाइप इम्प्रिग्नेटेड पेपर केबल्स में, कम इलेक्ट्रिक स्ट्रेस पर डाइइलेक्ट्रिक पावर फैक्टर स्थिर रहता है। हालाँकि, जैसे ही वोल्टेज एक निश्चित क्रांतिक सीमा (critical threshold) से अधिक हो जाता है, इन्सुलेशन के भीतर हवा से भरी रिक्तियां (voids) आयनित होने लगती हैं, जिससे डाइइलेक्ट्रिक लॉस और पावर फैक्टर में तेजी से वृद्धि होती है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
सॉलिड-टाइप इम्प्रिग्नेटेड पेपर केबल्स में, कम इलेक्ट्रिक स्ट्रेस पर डाइइलेक्ट्रिक पावर फैक्टर स्थिर रहता है। हालाँकि, जैसे ही वोल्टेज एक निश्चित क्रांतिक सीमा (critical threshold) से अधिक हो जाता है, इन्सुलेशन के भीतर हवा से भरी रिक्तियां (voids) आयनित होने लगती हैं, जिससे डाइइलेक्ट्रिक लॉस और पावर फैक्टर में तेजी से वृद्धि होती है।

Working Principle: जैसे ही वोल्टेज स्ट्रेस इन्सुलेशन की रिक्तियों में फंसी हवा/गैस के आयनीकरण क्षमता (ionization potential) तक पहुँचता है, इन पॉकेट्स के भीतर गैस डिस्चार्ज होता है। यह आयनीकरण कंडक्टिव पथ बनाता है और गर्मी तथा स्थानीयकृत आंशिक डिस्चार्ज (partial discharges) के रूप में ऊर्जा का ह्रास करता है, जो डाइइलेक्ट्रिक लॉस टेंगेंट ($	an \delta$) में तेजी से वृद्धि के रूप में प्रकट होता है।

Key Formulas: $P_d = V^2 \omega C 	an \delta$ — केबल में डाइइलेक्ट्रिक पावर लॉस; $	an \delta = \frac{I_r}{I_c}$ — डाइइलेक्ट्रिक पावर फैक्टर (लॉस टेंगेंट)

Key Points: सॉलिड टाइप केबल्स प्राथमिक इन्सुलेशन के रूप में मास-इम्प्रिग्नेटेड पेपर का उपयोग करती हैं।; इम्प्रिग्नेटिंग तेल के थर्मल विस्तार और संकुचन चक्रों के कारण रिक्तियां (voids) बनती हैं।; एक बार आयनीकरण शुरू होने पर, ओजोन और नाइट्रस एसिड के गठन के कारण डाइइलेक्ट्रिक का रासायनिक क्षरण तेज हो जाता है।; मध्यम वोल्टेज वाले भूमिगत केबलों में डाइइलेक्ट्रिक के खराब होने का प्राथमिक कारण आयनीकरण है।

Advantages: कम वोल्टेज स्तर के लिए लागत प्रभावी; अच्छी तरह से समझी जाने वाली विनिर्माण प्रक्रिया

Disadvantages: उच्च वोल्टेज स्ट्रेस पर आयनीकरण के प्रति संवेदनशील; थर्मल चक्रों के कारण रिक्ति निर्माण द्वारा सीमित

Applications: लो वोल्टेज पावर डिस्ट्रीब्यूशन नेटवर्क; 33 kV तक के भूमिगत ट्रांसमिशन सिस्टम

Additional Info: वर्णित घटना को आमतौर पर 'पार्शियल डिस्चार्ज' (PD) के रूप में जाना जाता है।. विकल्प A गलत है क्योंकि प्रतिरोधकता आमतौर पर तापमान/स्ट्रेस के साथ घटती है, जिससे पावर फैक्टर में तीव्र वृद्धि नहीं होती है।. विकल्प C और D गलत हैं क्योंकि केबल कैपेसिटेंस ज्यामितीय स्थिरांक हैं जो केबल के आयामों और परमिटिविटी द्वारा निर्धारित होते हैं, न कि इस तरह से स्ट्रेस स्तरों पर निर्भर करते हैं।

Answer: B सही है — एक क्रांतिक स्ट्रेस स्तर के ऊपर डाइइलेक्ट्रिक पावर फैक्टर में तेजी से वृद्धि इन्सुलेशन के भीतर हवा से भरी रिक्तियों के आयनीकरण के कारण होती है।

Exam Tip: हमेशा याद रखें कि पावर सिस्टम में, डाइइलेक्ट्रिक लॉस में कोई भी अचानक गैर-रेखीय उछाल लगभग हमेशा रिक्तियों में गैस के आयनीकरण या नमी के प्रवेश के कारण होता है।

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Option A: डाइइलेक्ट्रिक सामग्री की प्रतिरोधकता (Resistivity)

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Option C: केबल का कोर टू कोर कैपेसिटेंस

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Option D: केबल का कोर टू अर्थ कैपेसिटेंस

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