Basic Concepts and Line Constants in Transmission MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Basic Concepts and Line Constants in Transmission - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

केल्विन का नियम

केल्विन का नियम कहता है कि एक चालक का सबसे किफायती आकार वह है जिसके लिए चालक की पूँजीगत लागत पर वार्षिक ब्याज और मूल्यह्रास ऊर्जा हानि की वार्षिक लागत के बराबर है।

केल्विन के नियम का चित्रमय निरूपण:

केल्विन के नियम की सीमाएँ:

• पूँजीगत लागत पर ब्याज और मूल्यह्रास का सटीक निर्धारण नहीं किया जा सकता है।
• यह ब्याज दरों, मूल्यह्रास और ऊर्जा लागत में बदलाव के कारण दो समान प्रणालियों के लिए अलग-अलग चालक आकार देता है।
• यह नियम कई कारकों जैसे सुरक्षित धारा वहन क्षमता, कोरोना हानि आदि को ध्यान में नहीं रखता है।
• चालक का किफायती आकार स्वीकार्य सीमा से परे वोल्टेज ड्रॉप का कारण बन सकता है।

कैडमियम ताँबा मिश्रधातु

• कैडमियम ताँबा मिश्रधातु एक ताँबे पर आधारित मिश्रधातु है जिसमें 1% से 2% कैडमियम (Cd) होता है।
• जब ताँबे में 1% या 2% कैडमियम मिलाया जाता है, तो यह तनन सामर्थ्य को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है। यह इसे स्थायित्व की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों, जैसे ओवरहेड ट्रांसमिशन लाइनों के लिए उपयुक्त बनाता है।
• हालांकि, कैडमियम के जुड़ने से ताँबे की विद्युत चालकता थोड़ी कम हो जाती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि कैडमियम अशुद्धियाँ डालता है, जिससे विद्युत प्रतिरोध बढ़ता है।
• भले ही चालकता थोड़ी कम हो जाती है, लेकिन कई औद्योगिक उपयोगों में यांत्रिक शक्ति में वृद्धि नुकसान से अधिक होती है।

व्याख्या:

किसी पदार्थ का I-V अभिलाक्षणिक यह दर्शाता है कि वह ओम के नियम का अनुसरण करता है या नहीं।

ओमी चालकों के लिए, धारा (I) बनाम वोल्टता (V) का आलेख मूल बिंदु से गुजरने वाली एक सरल रेखा होती है, जो दर्शाता है कि प्रतिरोध स्थिर रहता है।

अन्-ओमी चालकों के लिए, आलेख अरेखीय होता है, जिसका अर्थ है कि प्रयुक्त वोल्टेज के साथ प्रतिरोध बदलता है।

दिया गया आलेख अरेखीय है, जो एक अन्-ओमी चालक को इंगित करता है।

चूँकि वक्र एक सीधी रेखा से विचलित होता है, इसलिए यह ओम के नियम का पालन नहीं करता है।

अन्-ओमी चालकों के उदाहरण हैं:

- अर्धचालक डायोड

- ट्रांजिस्टर

- तंतु लैंप

- विद्युत् अपघट्य 

∴ I-V अभिलाक्षणिक एक अन्-ओमी चालक का प्रतिनिधित्व करते हैं।

व्याख्या:

प्रत्यावर्ती धारा (AC) धारावाही चालकों में त्वाचिक प्रभाव

परिभाषा: त्वाचिक प्रभाव प्रत्यावर्ती धारा (AC) विद्युत चालकों में एक घटना है जहाँ चालक की सतह के पास धारा घनत्व सबसे अधिक होता है और चालक में अधिक गहराई के साथ तेजी से घटता है। यह प्रभाव चालक के प्रभावी प्रतिरोध को आवृत्ति के साथ बढ़ा देता है।

कार्य सिद्धांत: जब एक AC चालक से होकर बहती है, तो यह इसके चारों ओर एक समय-परिवर्ती चुंबकीय क्षेत्र बनाती है। फैराडे के विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के नियम के अनुसार, यह परिवर्तनशील चुंबकीय क्षेत्र चालक के भीतर भँवर धाराएँ प्रेरित करता है। ये भँवर धाराएँ अपने स्वयं के चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती हैं, जो मूल धारा प्रवाह (लेन्ज़ का नियम) का विरोध करते हैं। परिणाम यह है कि धारा चालक की सतह पर समान रूप से इसके अनुप्रस्थ काट के बजाय अधिक प्रवाहित होती है।

त्वाचिक प्रभाव को प्रभावित करने वाले कारक:

• आवृत्ति: त्वाचिक प्रभाव AC की आवृत्ति में वृद्धि के साथ बढ़ता है। उच्च आवृत्तियाँ मजबूत विरोधी चुंबकीय क्षेत्र प्रेरित करती हैं, जो धारा को चालक की सतह के पास एक पतली परत में प्रवाहित करने के लिए मजबूर करती हैं।
• चालक व्यास: त्वाचिक प्रभाव चालक के व्यास के साथ भी बढ़ता है। बड़े चालकों में, प्रेरित भँवर धाराओं के बनने के लिए अधिक क्षेत्र होता है, जिससे त्वाचिक प्रभाव बढ़ जाता है और धारा सतह के पास और भी अधिक केंद्रित हो जाती है।

गणितीय निरूपण:

त्वचा गहराई (δ) एक माप है जिस गहराई पर धारा घनत्व सतह पर इसके मान का 1/e (लगभग 37%) तक गिर जाता है। यह सूत्र द्वारा दिया गया है:

δ = √(2 / (ωμσ))

जहाँ:

• ω = 2πf (कोणीय आवृत्ति)
• μ = चालक पदार्थ की पारगम्यता
• σ = चालक पदार्थ की विद्युत चालकता

इस सूत्र से, यह स्पष्ट है कि त्वचा गहराई घटती है (और इस प्रकार त्वाचिक प्रभाव बढ़ता है) आवृत्ति और पारगम्यता में वृद्धि के साथ, और यह चालकता में वृद्धि के साथ घटती है।

त्वाचिक प्रभाव के लाभ और हानियाँ:

• लाभ:
  • कुछ अनुप्रयोगों में, जैसे रेडियो आवृत्ति (RF) संचरण लाइनों में, त्वाचिक प्रभाव फायदेमंद हो सकता है क्योंकि यह प्रभावी अनुप्रस्थ काट क्षेत्र को कम करता है जिसके माध्यम से धारा प्रवाहित होती है, जिससे प्रेरकत्व कम होता है।
• हानियाँ:
  • विद्युत संचरण और अन्य विद्युत अनुप्रयोगों में, त्वाचिक प्रभाव आमतौर पर अवांछनीय होता है क्योंकि यह चालक के प्रभावी प्रतिरोध को बढ़ाता है, जिससे अधिक शक्ति हानि होती है।
  • हानियों को कम करने के लिए बड़े चालकों या वैकल्पिक सामग्रियों के उपयोग की आवश्यकता होती है।

सही विकल्प विश्लेषण:

सही विकल्प है:

विकल्प 1: त्वाचिक प्रभाव चालक के व्यास में वृद्धि के साथ बढ़ता है और आवृत्ति में वृद्धि के साथ बढ़ता है।

यह विकल्प त्वाचिक प्रभाव के व्यवहार का सही वर्णन करता है। जैसे-जैसे चालक का व्यास बढ़ता है, त्वाचिक प्रभाव अधिक स्पष्ट हो जाता है क्योंकि धारा सतह परत तक अधिक सीमित होती है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च प्रभावी प्रतिरोध होता है। इसी प्रकार, जैसे-जैसे आवृत्ति बढ़ती है, त्वचा गहराई घटती है, जिससे धारा सतह पर और भी अधिक सीमित हो जाती है, जिससे त्वाचिक प्रभाव बढ़ जाता है।

Additional Information 

विश्लेषण को और समझने के लिए, आइए अन्य विकल्पों का मूल्यांकन करें:

विकल्प 2: त्वाचिक प्रभाव चालक के व्यास में वृद्धि के साथ घटता है और आवृत्ति में वृद्धि के साथ घटता है।

यह विकल्प गलत है क्योंकि यह त्वाचिक प्रभाव के स्थापित सिद्धांतों का खंडन करता है। व्यास और आवृत्ति दोनों में वृद्धि वास्तव में त्वाचिक प्रभाव को बढ़ाती है, कम नहीं करती है।

विकल्प 3: त्वाचिक प्रभाव चालक के व्यास में वृद्धि के साथ घटता है और आवृत्ति में वृद्धि के साथ बढ़ता है।

यह विकल्प आवृत्ति के साथ त्वाचिक प्रभाव में वृद्धि को पहचानने में आंशिक रूप से सही है। हालाँकि, यह गलत तरीके से कहता है कि त्वाचिक प्रभाव चालक व्यास में वृद्धि के साथ घटता है, जो सच नहीं है।

विकल्प 4: त्वाचिक प्रभाव चालक के व्यास में वृद्धि के साथ बढ़ता है और आवृत्ति में वृद्धि के साथ घटता है।

यह विकल्प गलत है क्योंकि त्वाचिक प्रभाव चालक के व्यास में वृद्धि और आवृत्ति में वृद्धि दोनों के साथ बढ़ता है। यह आवृत्ति में वृद्धि के साथ घट नहीं सकता है।

निष्कर्ष:

त्वाचिक प्रभाव को समझना कुशल विद्युत प्रणालियों के डिजाइन के लिए महत्वपूर्ण है, खासकर उनमें जो AC संचरण से जुड़ी हैं। सही विश्लेषण से पता चलता है कि त्वाचिक प्रभाव चालक के व्यास और धारा की आवृत्ति दोनों के साथ बढ़ता है। यह समझ संबंधित शक्ति हानियों को कम करने और विभिन्न अनुप्रयोगों में विद्युत चालकों के प्रदर्शन को अनुकूलित करने में मदद करती है।

ACSR चालक का प्रतिनिधित्व:

एक मानक चालक को ACSR चालक के लिए A/S/D के रूप में दर्शाया जाता है।
जहां,

• A एल्यूमीनियम तारों की संख्या है।
• S स्टील तारों की संख्या है।
• D प्रत्येक तार का व्यास है।

उदाहरण: यदि ACSR चालक में 70 एल्यूमीनियम चालकों से घिरे 6 स्टील तार हैं, तो इसे 70/6 के रूप में निर्दिष्ट किया जाएगा।

Additional Information

एक लड़दार चालक में तारों की संख्या की गणना:

• यदि एक लड़दार चालक में ‘n’ परतें हैं।
• चालक के तारों की संख्या = 3n² - 3n + 1

एक लड़दार चालक के समग्र व्यास की गणना:

• यदि d मिमी चालक में एकल तार का व्यास है।
• चालक का समग्र व्यास = (2n + 1) d इकाई

संचरण लाइन में उपरिस्तर प्रभाव को प्रभावित करने वाले कारक निम्न है:

• आवृत्ति - उपरिस्तर प्रभाव आवृत्ति में वृद्धि के साथ बढ़ता है।
• व्यास - यह चालक के व्यास में वृद्धि के साथ बढ़ता है।
• चालक का आकार - उपरिस्तर प्रभाव ठोस चालक में अधिक होता है और मानक चालक में कम होता है क्योंकि ठोस चालक का पृष्ठीय क्षेत्रफल अधिक होता है।
• पदार्थ का प्रकार - उपरिस्तर प्रभाव पदार्थ के पारगम्यता में वृद्धि के साथ बढ़ता है (पारगम्यता चुंबकीय क्षेत्र के निर्माण के समर्थन के लिए पदार्थ की क्षमता होती है)

Important Points

• यदि आवृत्ति 50 Hz से कम होती है और चालक का व्यास 1 cm से कम होता है, तो उपरिस्तर प्रभाव नगण्य होता है।
• ACSR (एल्यूमीनियम चालक इस्पात प्रबलित) जैसे मानक चालक में धारा अधिकांश एल्युमीनियम से बने बाहरी सतह में प्रवाहित होती है, जबकि केंद्र के निकट इस्पात में कोई धारा नहीं होती है और चालक के लिए उच्च तन्य दृढ़ता देती है।
• सतह के निकट धारा की एकाग्रता ACSR चालक के उपयोग को सक्षम करती है।

सामान्यतौर पर किसी भी चालक में स्ट्रैंड की कुल संख्या निम्न सूत्र द्वारा दी गयी है

N = 3x² – 3x + 1

जहाँ x = परतों की संख्या 

• सतह प्रभाव एक प्रत्यावर्ती विद्युत धारा के एक चालक के अंतर्गत वितरित होने की प्रवृत्ति है जिससे धारा का घनत्व चालक की सतह के पास सबसे अधिक होता है और चालक में अधिक गहराई के साथ घटता जाता है।
• विद्युत धारा मुख्य रूप से चालक की सतह पर, बाहरी सतह और एक स्तर, जिसे सतह की गहराई के नाम से जाना जाता है, के बीच प्रवाहित होती है।

 

सतह गहराई  के रूप में परिभाषित की जाती है

क्षीणन स्थिरांक निम्न द्वारा दिया जाता है:

 

आदर्श चालक के लिए, σ ≈ ∞

∴ क्षीणन स्थिरांक बन जाता है:

इस प्रकार, 

इस प्रकार, सतह गहराई आवृत्ति के मूल के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

बंडल चालक वे चालक हैं जो दो या अधिक स्ट्रैंडेड चालक से बनते हैं, और अधिक धारा ले जाने की क्षमता प्राप्त करने के लिए एक साथ बंधे होते हैं।

संचरण लाइन में एकल चालक के बजाय बंडल चालक का उपयोग करने से चालकों का GMR बढ़ जाता है।

तो, निम्नलिखित समीकरण के अनुसार प्रेरकत्व कम हो जाता है

H/m/ph

इसलिए, चालक का प्रति फेज प्रेरकत्व कम हो जाता है

तो, धारिता निम्नलिखित समीकरण के अनुसार बढ़ती है

F/m/ph

इसलिए, बंडल चालकों का उपयोग करके GMR में वृद्धि की जाती है, इसलिए प्रेरकत्व L में घटता है और धारिता C बढ़ती है।

बंडल चालकों के लाभ:

• चालकों के बंडलिंग से लाइन प्रेरकत्व में कमी आती है।
• चालकों के बंडलिंग से धारिता में वृद्धि होती है।
• बंडल धारिता का एक महत्वपूर्ण लाभ कोरोना निर्वहन को कम करने की क्षमता है
• कोरोना निर्वहन के गठन में कमी से शक्ति हानि कम होती है और इसलिए लाइन की संचरण दक्षता में सुधार होता है।
• संचार लाइन के हस्तक्षेप में कमी।

सामान्यतौर पर किसी भी चालक में स्ट्रैंड की कुल संख्या निम्न सूत्र द्वारा दी गयी है

N = 3x2 – 3x + 1

जहाँ x = परतों की संख्या 

त्वाचिक प्रभाव:

• उपरिस्तर प्रभाव एक प्रत्यावर्ती विद्युत धारा की एक चालक के अंतर्गत वितरित होने की प्रवृत्ति है इस प्रकार कि धारा का घनत्व चालक की सतह के पास सबसे अधिक होता है और चालक में अधिक गहराई के साथ घटता जाता है।
• चालक के पूर्ण अनुप्रस्थ-काट पर धारा के असमान वितरण के कारण होने वाली घटना को उपरिस्तर प्रभाव के रूप में संदर्भित किया जाता है।
• ऐसी घटना का उपयोग एक बहुत छोटे संचरण लाइन की स्थिति में बहुत अधिक नहीं होता है लेकिन चालक के प्रभावी लम्बाई में वृद्धि के साथ उपरिस्तर प्रभाव काफी बढ़ता है।
• चालक के पूर्ण अनुप्रस्थ-काट पर धारा का वितरण DC प्रणाली की स्थिति में काफी समान होता है।
• लेकिन प्रत्यावर्ती धारा प्रणाली में धारा में चालक (अर्थात् चालक का उपरिस्तर) की सतह के माध्यम से उच्चतम घनत्व के साथ प्रवाह की प्रवृत्ति होती है जिससे कोर धारा से वंचित हो जाता है।
• चालक के प्रभावी प्रतिरोध में बढ़ोतरी पर आतंरिक प्रतिबाधा में कमी

संचरण लाइन में उपरिस्तर प्रभाव को प्रभावित करने वाले कारक निम्न है:

• आवृत्ति - उपरिस्तर प्रभाव आवृत्ति में वृद्धि के साथ बढ़ता है।
• व्यास - यह चालक के व्यास में वृद्धि के साथ बढ़ता है।
• चालक का आकार - उपरिस्तर प्रभाव ठोस चालक में अधिक होता है और स्ट्रैंडेड चालक में कम होता है क्योंकि ठोस चालक का पृष्ठीय क्षेत्रफल अधिक होता है।
• पदार्थ का प्रकार - उपरिस्तर प्रभाव पदार्थ के पारगम्यता में वृद्धि के साथ बढ़ता है (पारगम्यता चुंबकीय क्षेत्र के निर्माण के समर्थन के लिए पदार्थ की क्षमता होती है)

महत्वपूर्ण तथ्य:

• यदि आवृत्ति 50 Hz से कम होती है और चालक का व्यास 1 cm से कम होता है तो उपरिस्तर प्रभाव नगण्य होता है।
• ACSR (एल्यूमीनियम चालक इस्पात प्रबलित) जैसे स्ट्रैंडेड चालक में धारा अधिकांश एल्युमीनियम से बने बाहरी सतह में प्रवाहित होती है, जबकि केंद्र के निकट इस्पात में कोई धारा नहीं होती है और चालक के लिए उच्च तन्य दृढ़ता देती है।
• सतह के निकट धारा की एकाग्रता ACSR चालक के उपयोग को सक्षम करती है।

बंडल चालक ऐसे चालक होते हैं जो दो या दो से अधिक अवद्ध चालकों से निर्मित होते हैं, ऐसे अधिक धारा वहन क्षमता प्राप्त करने के लिए एकसाथ जुड़े होते हैं। 

संचरण लाइन में एकल चालक के बजाय बंडल चालकों का प्रयोग करने से चालकों का GMR बढ़ता है। 

इसलिए, प्रेरकत्व निम्नलिखित समीकरण के अनुसार कम होती है। 

 H/m/ph

अतः चालक का प्रति चरण प्रेरकत्व कम होता है। 

इसलिए धारा निम्नलिखित समीकरण के अनुसार बढ़ती है। 

 F/m/ph

अतः बंडल चालकों का प्रयोग करने पर GMR बढ़ता है। इसलिए प्रेरकत्व L कम होता है और धारिता C बढ़ती है। 

बंडल चालकों का लाभ:

• चालकों की बंडलिंग लाइन प्रेरकत्व में कमी की ओर बढ़ती है। 
• चालकों की बंडलिंग धारिता में वृद्धि की ओर बढ़ती है। 
• बंडल चालकों का एक महत्वपूर्ण लाभ कोरोना निर्वहन को कम करने की इसकी क्षमता होती है। 
• कोरोना निर्वहन के निर्माण में कमी निम्न शक्ति नुकसान की ओर बढ़ता है और अतः लाइन की संचरण क्षमता में सुधार होता है। 
• संचार लाइन के व्यतिकरण में कमी।

ACSR चालक का प्रतिनिधित्व:

एक मानक चालक को ACSR चालक के लिए A/S/D के रूप में दर्शाया गया है।

जहाँ,

A एल्यूमीनियम लड़ की संख्या है।

S इस्पात लड़ की संख्या है।

D प्रत्येक लड़ का व्यास है।

उदाहरण: यदि ACSR चालक जिसमें 7 इस्पात लड़ हैं, जो 25 एल्यूमीनियम चालक से घिरा हुआ है, 25/7 के रूप में निर्दिष्ट किया जाएगा।

Additional Information

लड़दार चालक में लड़ो की संख्या की गणना:

यदि लड़दार चालक में लड़ो की ‘n’ परतें हैं।

चालक के लड़ो की संख्या = 3n2​ - 3n + 1

लड़दार चालक के समग्र व्यास की गणना:

यदि d mm चालक में एक एकल लड़ का व्यास है।

चालक का समग्र व्यास = (2n + 1) d इकाई

संचरण लाइन सामान्यीकृत स्थिरांक:

प्रतिरोध R और प्रतिघात X और नगण्य धारिता सामान्यीकृत स्थिरांक A के साथ एक संचरण लाइन निम्नानुसार खींची जा सकती है

लघु संचरण लाइन के सामान्यीकृत परिपथ के लिए पैरामीटर।

Z = R + jX

A = 1 

Additional Information

जब एक शंट संधारित्र शामिल किया जाता है,

उपरिस्तर प्रभाव:

• उपरिस्तर प्रभाव एक प्रत्यावर्ती विद्युत धारा की एक चालक के अंतर्गत वितरित होने की प्रवृत्ति है इस प्रकार कि धारा का घनत्व चालक की सतह के पास सबसे अधिक होता है और चालक में अधिक गहराई के साथ घटता जाता है।
• चालक के पूर्ण अनुप्रस्थ-काट पर धारा के असमान वितरण के कारण होने वाली घटना को उपरिस्तर प्रभाव के रूप में संदर्भित किया जाता है।
• ऐसी घटना का उपयोग एक बहुत छोटे संचरण लाइन की स्थिति में बहुत अधिक नहीं होता है लेकिन चालक के प्रभावी लम्बाई में वृद्धि के साथ उपरिस्तर प्रभाव काफी बढ़ता है।
• चालक के पूर्ण अनुप्रस्थ-काट पर धारा का वितरण DC प्रणाली की स्थिति में काफी समान होता है।
• लेकिन प्रत्यावर्ती धारा प्रणाली में धारा में चालक (अर्थात् चालक का उपरिस्तर) की सतह के माध्यम से उच्चतम घनत्व के साथ प्रवाह की प्रवृत्ति होती है जिससे कोर धारा से वंचित हो जाता है।

इसलिए उपरिस्तर प्रभाव के कारण लाइन के चालक का प्रभावी क्षेत्र घट जाता है, जिससे लाइन का प्रतिरोध बढ़ जाता है।

संचरण लाइन में उपरिस्तर प्रभाव को प्रभावित करने वाले कारक निम्न है:

• आवृत्ति - उपरिस्तर प्रभाव आवृत्ति में वृद्धि के साथ बढ़ता है।
• व्यास - यह चालक के व्यास में वृद्धि के साथ बढ़ता है।
• चालक का आकार - उपरिस्तर प्रभाव ठोस चालक में अधिक होता है और स्ट्रैंडेड चालक में कम होता है क्योंकि ठोस चालक का पृष्ठीय क्षेत्रफल अधिक होता है।
• पदार्थ का प्रकार - उपरिस्तर प्रभाव पदार्थ के पारगम्यता में वृद्धि के साथ बढ़ता है (पारगम्यता चुंबकीय क्षेत्र के निर्माण के समर्थन के लिए पदार्थ की क्षमता होती है)

महत्वपूर्ण तथ्य:

• यदि आवृत्ति 50 Hz से कम होती है और चालक का व्यास 1 cm से कम होता है तो उपरिस्तर प्रभाव नगण्य होता है।
• ACSR (एल्यूमीनियम चालक इस्पात प्रबलित) जैसे स्ट्रैंडेड चालक में धारा अधिकांश एल्युमीनियम से बने बाहरी सतह में प्रवाहित होती है, जबकि केंद्र के निकट इस्पात में कोई धारा नहीं होती है और चालक के लिए उच्च तन्य दृढ़ता देती है।
• सतह के निकट धारा की एकाग्रता ACSR चालक के उपयोग को सक्षम करती है।