गैस इंसुलेटेड सबस्टेशन (GIS) में किस गैस का उपयोग किया जाता है?

Question

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C: $SF_6$

Explanation & Concepts:
सल्फर हेक्साफ्लोराइड ($SF_6$) वह मानक गैस है जिसका उपयोग गैस इंसुलेटेड सबस्टेशन (GIS) में इंसुलेटिंग और आर्क-बुझाने वाले माध्यम के रूप में किया जाता है। यह एक अक्रिय, गैर-विषाक्त और भारी इलेक्ट्रोनगेटिव गैस है जो हवा की तुलना में बेहतर डाइलेक्ट्रिक शक्ति प्रदान करती है।

Working Principle: $SF_6$ का इलेक्ट्रोनगेटिव गुण इसे मुक्त इलेक्ट्रॉनों को प्रभावी ढंग से पकड़ने की अनुमति देता है, उन्हें भारी, धीमी गति से चलने वाले नकारात्मक आयनों में परिवर्तित करता है। यह प्रक्रिया संभावित डिस्चार्ज के दौरान इलेक्ट्रॉन हिमस्खलन (electron avalanche) की ऊर्जा को तेजी से कम करती है, जिससे इंसुलेशन गैप की ब्रेकडाउन वोल्टेज में काफी वृद्धि होती है। सर्किट ब्रेकर में, $SF_6$ की उच्च तापीय चालकता (thermal conductivity) आर्क पथ को तेजी से ठंडा करने में सहायता करती है, जिससे आर्क को बुझाना आसान हो जाता है।

Key Formulas: $E_b \propto P^n$ — जहाँ $E_b$ ब्रेकडाउन शक्ति है और $P$ गैस का दबाव है।; $\alpha - \eta = 0$ — एक इलेक्ट्रोनगेटिव गैस की सीमित डाइलेक्ट्रिक शक्ति के लिए शर्त।

Key Points: $SF_6$ हवा से लगभग 5 गुना सघन है।; यह अपनी उच्च इलेक्ट्रोनगेटिविटी के कारण उत्कृष्ट आर्क बुझाने की क्षमता प्रदर्शित करती है।; यह गैस रासायनिक रूप से अक्रिय है और 500°C तक तापीय रूप से स्थिर है।; GIS, एयर इंसुलेटेड सबस्टेशन (AIS) की तुलना में सबस्टेशन के लिए बहुत कम जगह घेरता है।

Advantages: उच्च डाइलेक्ट्रिक शक्ति; उत्कृष्ट आर्क बुझाने के गुण; कॉम्पैक्ट डिज़ाइन और स्थान की बचत; पर्यावरणीय प्रदूषण के प्रति प्रतिरोध

Disadvantages: उच्च ग्लोबल वार्मिंग क्षमता (GWP); उच्च दबाव वाले कंटेनमेंट वेसल की आवश्यकता होती है; आर्किंग के दौरान बनने वाले उप-उत्पाद (जैसे, $SF_4$, $SO_2F_2$) विषाक्त हो सकते हैं

Applications: हाई-वोल्टेज गैस-इंसुलेटेड स्विचगियर (GIS); गैस-इंसुलेटेड ट्रांसमिशन लाइनें (GIL); हाई-वोल्टेज सर्किट ब्रेकर; गैस-इंसुलेटेड ट्रांसफार्मर

Additional Info: शुद्ध $SF_6$ मानक है; बहुत ठंडी जलवायु में तरलीकरण (liquefaction) से बचने के लिए कभी-कभी $N_2$ (नाइट्रोजन) के साथ मिश्रण का उपयोग किया जाता है।. विकल्प A (नाइट्रोजन + $SF_6$) का उपयोग केवल विशिष्ट तापमान-सीमित अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है, लेकिन सामान्य GIS उपयोग के लिए शुद्ध $SF_6$ ही प्राथमिक उत्तर है।

Answer: C सही है — $SF_6$ उद्योग-मानक गैस है जिसका उपयोग गैस-इंसुलेटेड सबस्टेशनों में इंसुलेशन और आर्क बुझाने के लिए किया जाता है।

Exam Tip: हमेशा याद रखें कि $SF_6$ एक शक्तिशाली ग्रीनहाउस गैस है, और वर्तमान शोध g3 या $Novec 4710$ मिश्रण जैसे पर्यावरण-अनुकूल विकल्पों पर केंद्रित है।

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Option A: नाइट्रोजन + $SF_6$

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Option B: हाइड्रोजन + $SF_6$

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Option D: उपरोक्त में से कोई नहीं

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