ओवरहेड लाइनों के मामले में पृथ्वी की उपस्थिति

Question

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A: धारिता (capacitance) को बढ़ाती है

Explanation & Concepts:
पृथ्वी की उपस्थिति विद्युत फ्लक्स लाइनों के लिए एक वापसी का रास्ता प्रदान करती है, जो चालक के नीचे एक अतिरिक्त समविभव (equipotential) सतह के रूप में कार्य करती है। यह विन्यास 'इमेज चार्ज' विधि की तरह व्यवहार करता है, जो मुक्त स्थान में एक पृथक चालक की तुलना में सिस्टम की धारिता को प्रभावी रूप से बढ़ा देता है।

Working Principle: इमेज के सिद्धांत के अनुसार, एक संचालन भू-तल (conducting ground plane) के ऊपर $h$ ऊंचाई पर स्थित चालक ऐसे कार्य करता है जैसे कि जमीन के नीचे $h$ गहराई पर एक समान और विपरीत 'इमेज' चालक मौजूद हो। यह एक विभवांतर बनाता है जो समान वोल्टेज के लिए अधिक चार्ज को समायोजित करता है, जिससे शंट धारिता ($C = \frac{Q}{V}$) बढ़ जाती है।

Key Formulas: $C = \frac{2\pi \epsilon_0}{\ln(\frac{2h}{r})}$ — पृथ्वी के ऊपर एक एकल चालक की धारिता; $Q = C V$ — चार्ज, धारिता और विभव के बीच संबंध

Key Points: जमीन एक समविभव तल ($V=0$) के रूप में कार्य करती है।; धारिता बढ़ने से चार्जिंग करंट में वृद्धि होती है।; चालक जमीन के जितना करीब होगा (कम $h$), धारिता उतनी ही अधिक होगी।; प्रेरकत्व मुख्य रूप से चालक के भीतर और आसपास फ्लक्स लिंकेज द्वारा निर्धारित होता है, जो धारिता की तुलना में पृथ्वी तल से कम प्रभावित होता है।

Advantages: विभव के लिए एक संदर्भ बिंदु प्रदान करता है।; सिंगल-वायर अर्थ रिटर्न (SWER) वितरण प्रणालियों के लिए अनुमति देता है।

Disadvantages: उच्च धारिता चार्जिंग करंट को बढ़ाती है, जो लंबी लाइनों में वोल्टेज विनियमन को प्रभावित कर सकती है।; उच्च-वोल्टेज संचरण लाइनों में कैपेसिटिव नुकसान को बढ़ाती है।

Applications: ओवरहेड संचरण लाइन इन्सुलेशन का डिजाइन।; कोरोना इन्सेप्शन वोल्टेज की गणना।; संरक्षण समन्वय और दोष विश्लेषण।

Additional Info: धारिता बढ़ती है क्योंकि जमीन एक इमेज चार्ज के रूप में कार्य करती है, जिससे दिए गए चार्ज के लिए चालक का विभव कम हो जाता है।. विकल्प B और D गलत हैं क्योंकि पृथ्वी की उपस्थिति का चुंबकीय क्षेत्र वितरण (प्रेरकत्व) पर नगण्य प्रभाव पड़ता है, जब तक कि जमीन की प्रतिरोधकता बहुत कम न हो और आवृत्ति बहुत अधिक न हो, लेकिन सामान्यतः इसे एक इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रभाव माना जाता है।

Answer: A सही है — पृथ्वी की उपस्थिति एक इमेज तल के रूप में कार्य करती है, जो प्रभावी रूप से ओवरहेड संचरण लाइन की धारिता को बढ़ा देती है।

Exam Tip: हमेशा याद रखें कि धारिता आसपास के वातावरण (पृथ्वी/वस्तुओं) के प्रति संवेदनशील होती है, जबकि प्रेरकत्व मुख्य रूप से चालक के स्वयं के आंतरिक और बाहरी चुंबकीय फ्लक्स ज्यामिति द्वारा निर्धारित होता है।

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Option B: प्रेरकत्व (inductance) को बढ़ाती है

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Option C: धारिता (capacitance) को घटाती है

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Option D: प्रेरकत्व (inductance) को घटाती है

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