अर्थ तार (earth wire) का आकार किसके आधार पर निर्धारित किया जाता है?

Question

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B: सर्विस लाइन की धारा वहन क्षमता (current carrying capacity)

Explanation & Concepts:
अर्थ तार (या अर्थिंग कंडक्टर) का आकार अधिकतम फॉल्ट करंट (fault current) द्वारा निर्धारित किया जाता है, जिसका सामना सिस्टम को शॉर्ट-सर्किट की स्थिति में करना पड़ सकता है। इसे इतना मजबूत होना चाहिए कि यह उस समय तक इस फॉल्ट करंट को ले जा सके जब तक कि सुरक्षात्मक उपकरण (फ्यूज या सर्किट ब्रेकर) सर्किट को अलग (isolate) करने के लिए कार्य न कर ले।

Working Principle: इंसुलेशन विफलता के दौरान, फॉल्ट करंट अर्थ तार के माध्यम से जमीन में प्रवाहित होता है। कंडक्टर का आकार यह सुनिश्चित करने के लिए चुना जाता है कि $I^2Rt$ नुकसान के कारण तापमान में वृद्धि केबल इंसुलेशन या स्वयं कंडक्टर को नुकसान न पहुँचाए। भारतीय विद्युत नियमों (Indian Electricity Rules) में निर्दिष्ट है कि अर्थिंग कंडक्टर इंस्टॉलेशन में सबसे बड़े करंट ले जाने वाले कंडक्टर के आकार का कम से कम आधा होना चाहिए।

Key Formulas: $A = \frac{I \cdot \sqrt{t}}{k}$ — फॉल्ट करंट (I) और समय (t) के आधार पर क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र (A) निर्धारित करने के लिए मानक सूत्र; $I^2t \le S^2k^2$ — अर्थिंग कंडक्टर में एडियाबेटिक तापमान वृद्धि के लिए मौलिक बाधा

Key Points: अर्थिंग कंडक्टर का आकार लोड वोल्टेज रेटिंग से स्वतंत्र होता है।; इसे अपनी थर्मल सीमाओं को पार किए बिना संभावित फॉल्ट करंट को ले जाने में सक्षम होना चाहिए।; बड़े इंस्टॉलेशन के लिए यांत्रिक मजबूती (Mechanical strength) भी एक कारक है।; सामग्री की चालकता (तांबा बनाम एल्यूमीनियम) 'k' कारक को प्रभावित करती है।

Advantages: फॉल्ट के दौरान टच पोटेंशियल (touch potential) के विरुद्ध सुरक्षा सुनिश्चित करता है; अर्थिंग पथ के अत्यधिक गर्म होने के कारण आग के खतरों को रोकता है

Disadvantages: उच्च फॉल्ट करंट की आवश्यकताओं के कारण मोटे और महंगे तांबे के केबल की आवश्यकता होती है; अर्थ इलेक्ट्रोड का क्षरण समय के साथ प्रतिबाधा (impedance) बढ़ा सकता है

Applications: घरेलू वायरिंग अर्थिंग; औद्योगिक विद्युत वितरण ग्राउंडिंग; सबस्टेशन अर्थ मैट

Additional Info: भारत में, IS 3043:1987 के अनुसार, अर्थिंग कंडक्टर का न्यूनतम आकार आमतौर पर थर्मल विथस्टैंड क्षमता (thermal withstand capacity) के आधार पर तय किया जाता है।. विकल्प A गलत है क्योंकि वोल्टेज फॉल्ट के दौरान करंट ले जाने की आवश्यकता को निर्धारित नहीं करता है।. विकल्प C (वायुमंडलीय स्थिति) सामग्री के चयन (संक्षारण प्रतिरोध) को प्रभावित करता है लेकिन करंट साइजिंग के लिए प्राथमिक कारक नहीं है।

Answer: B सही है — अर्थ तार का आकार अधिकतम अपेक्षित फॉल्ट करंट को सुरक्षित रूप से समाप्त करने के लिए आवश्यक धारा वहन क्षमता के आधार पर निर्धारित किया जाता है।

Exam Tip: हमेशा याद रखें कि सुरक्षात्मक अर्थिंग कंडक्टर को 'सबसे खराब स्थिति' वाले फॉल्ट करंट के लिए आकार दिया जाता है, न कि स्थिर-अवस्था (steady-state) लोड करंट के लिए।

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Option A: सर्विस लाइन की वोल्टेज क्षमता

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Option C: वायुमंडलीय स्थिति

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Option D: उपरोक्त में से कोई नहीं

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