ग्राउंड वायर के साथ बिजली (lightning) के खिलाफ ट्रांसमिशन लाइनों के डिजाइन में निम्नलिखित में से किन कारकों पर

Question

ग्राउंड वायर के साथ बिजली (lightning) के खिलाफ ट्रांसमिशन लाइनों के डिजाइन में निम्नलिखित में से किन कारकों पर विचार किया जाना चाहिए?

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The correct answer is D: उपर्युक्त सभी. ग्राउंड (शील्ड) वायर का उपयोग करके बिजली गिरने से ट्रांसमिशन लाइनों का डिजाइन तैयार करने के लिए शील्डिंग प्रभावशीलता और इन्सुलेशन समन्वय सुनिश्चित करने हेतु एक समग्र दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। सूचीबद्ध सभी कारक—यांत्रिक अखंडता, इन्सुलेशन के लिए क्लीयरेंस, और शील्डिंग ज्यामिति—फ्लैशओवर और संरचनात्मक विफलता को रोकने के लिए महत्वपूर्ण हैं।

Step-by-Step Solution & Concepts:
ग्राउंड (शील्ड) वायर का उपयोग करके बिजली गिरने से ट्रांसमिशन लाइनों का डिजाइन तैयार करने के लिए शील्डिंग प्रभावशीलता और इन्सुलेशन समन्वय सुनिश्चित करने हेतु एक समग्र दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। सूचीबद्ध सभी कारक—यांत्रिक अखंडता, इन्सुलेशन के लिए क्लीयरेंस, और शील्डिंग ज्यामिति—फ्लैशओवर और संरचनात्मक विफलता को रोकने के लिए महत्वपूर्ण हैं।

Working Principle: ग्राउंड वायर एक फैराडे पिंजरे के रूप में कार्य करते हैं ताकि बिजली के सीधे प्रहार को रोका जा सके और उन्हें फेज कंडक्टर पर गिरने से बचाया जा सके। डिजाइन में यह सुनिश्चित होना चाहिए: (1) हवा और बर्फ के भार का सामना करने के लिए यांत्रिक शक्ति, (2) शील्ड और फेज कंडक्टर के बीच बिजली-प्रेरित आर्क को ब्रिजिंग (बैक-फ्लैशओवर) से रोकने के लिए पर्याप्त 'मिड-स्पैन क्लीयरेंस', और (3) सुरक्षा और इन्सुलेशन अखंडता सुनिश्चित करने के लिए पृथ्वी से उचित क्लीयरेंस।

Key Formulas: $S = \frac{I_p}{k}$ — सरलीकृत शील्डिंग कोण बनाम स्ट्रोक करंट संबंध; $V_{b} = I_{peak} 	imes R_{tower} + L_{tower} \frac{di}{dt}$ — इंसुलेटर के पार बैक-फ्लैशओवर वोल्टेज

Key Points: ग्राउंड वायर को टॉवर के सबसे ऊपरी हिस्से पर रखा जाता है ताकि आमतौर पर $20^{\circ}$ से $30^{\circ}$ के बीच शील्डिंग कोण प्रदान किया जा सके।; यांत्रिक शक्ति में तनाव, कंपन और सैग (sag) को ध्यान में रखा जाना चाहिए ताकि फेज के साथ संपर्क को रोका जा सके।; मिड-स्पैन क्लीयरेंस महत्वपूर्ण है क्योंकि बिजली के सर्ज ग्राउंड वायर और फेज कंडक्टर के बीच संभावित अंतर को बढ़ा देते हैं।; टॉवर की सर्ज प्रतिबाधा और फुटिंग रेजिस्टेंस टॉवर के ऊपरी हिस्से पर पीक वोल्टेज निर्धारित करते हैं।

Advantages: बिजली की धारा को पृथ्वी तक पहुँचाने के लिए एक पसंदीदा मार्ग प्रदान करता है।; फेज कंडक्टरों पर सीधे प्रहार की संभावना को कम करता है।

Disadvantages: टॉवर की ऊंचाई और वजन बढ़ाता है, जिससे अधिक पूंजीगत लागत आती है।; यदि टॉवर फुटिंग रेजिस्टेंस अधिक हो, तो बैक-फ्लैशओवर की संभावना बनी रहती है।

Applications: हाई वोल्टेज (HV) और एक्स्ट्रा हाई वोल्टेज (EHV) ट्रांसमिशन लाइनें।; सबस्टेशनों को सीधे वायुमंडलीय डिस्चार्ज से सुरक्षा।

Additional Info: 'शील्डिंग कोण' वह कोण है जो ग्राउंड वायर से गुजरने वाली ऊर्ध्वाधर रेखा और ग्राउंड वायर को सबसे बाहरी फेज कंडक्टर से जोड़ने वाली रेखा के बीच बनता है।. यदि फुटिंग रेजिस्टेंस बहुत अधिक है, तो बिजली की धारा टॉवर के ऊपरी संभावित विभव को तेजी से बढ़ा देगी, जिससे ग्राउंड वायर के बावजूद लाइन कंडक्टर पर बैक-फ्लैशओवर हो जाएगा।

Answer: D सही है — सभी सूचीबद्ध कारक (यांत्रिक शक्ति, मिड-स्पैन क्लीयरेंस, और ग्राउंड-कंडक्टर क्लीयरेंस) बिजली की घटना के दौरान ट्रांसमिशन लाइन की सुरक्षा और विश्वसनीयता के लिए मूलभूत हैं।

Exam Tip: हमेशा याद रखें कि उच्च टॉवर फुटिंग रेजिस्टेंस शील्ड वायर से लैस लाइनों पर बिजली के कारण होने वाली बिजली कटौती का प्राथमिक कारण है।

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Option A: ग्राउंड वायर की यांत्रिक शक्ति (Mechanical strength)

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Option B: लाइन कंडक्टर और ग्राउंड वायर के बीच क्लीयरेंस

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Option C: लाइन कंडक्टर और पृथ्वी के बीच क्लीयरेंस

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