किर्कहफको नियम (Kirchhoff's Laws)

किर्कहफका दुई नियम छन्:

१. किर्कहफको विद्युतधारा नियम (KCL / Junction Rule)

परिभाषा: कुनै पनि विद्युतीय परिपथको जंक्सन (नोड) मा भेटिने सबै धाराहरूको बीजगणितीय योग शून्य हुन्छ। अर्थात्, जंक्सनमा आउने धाराहरूको योग जंक्सनबाट जाने धाराहरूको योगसँग बराबर हुन्छ।

$\sum I = 0 \quad \text{वा} \quad \sum I_{\text{in}} = \sum I_{\text{out}}$

यो नियम विद्युत आवेशको संरक्षण (Conservation of Charge) मा आधारित छ।

उदाहरण: एउटा जंक्सनमा तीनवटा चालक जोडिएका छन्। जंक्सनतर्फ $I_1 = 5\,A$ र $I_2 = 3\,A$ धारा आउँछन् भने जंक्सनबाट बाहिर जाने धारा $I_3$ कति?

समाधान: KCL अनुसार, $I_1 + I_2 = I_3$ $5 + 3 = I_3 \Rightarrow I_3 = 8\,A$

२. किर्कहफको विद्युतवाहक बल नियम (KVL / Loop Rule)

परिभाषा: कुनै पनि बन्द परिपथ (लुप) मा भोल्टेजहरूको बीजगणितीय योग शून्य हुन्छ। अर्थात्, लुपमा भएका सबै विद्युतवाहक बल (emf) को योग र सबै भोल्टेज ड्रपको योग बराबर हुन्छ।

$\sum E = \sum IR \quad \text{वा} \quad \sum V = 0$

यो नियम ऊर्जाको संरक्षण (Conservation of Energy) मा आधारित छ।

उदाहरण: $E = 12\,V$ को ब्याट्रीसँग $R_1 = 2\,\Omega$ र $R_2 = 4\,\Omega$ का दुई प्रतिरोध श्रेणीमा जोडिएका छन्। परिपथको धारा निकाल्नुहोस्।

समाधान: KVL अनुसार, $E = I(R_1 + R_2)$ $12 = I(2 + 4) = 6I$ $I = \frac{12}{6} = 2\,A$

निष्कर्ष: KCL ले जंक्सनमा आवेश संरक्षण र KVL ले लुपमा ऊर्जा संरक्षण देखाउँछ। यी दुई नियम प्रयोग गरी जटिल परिपथ (जस्तै: Wheatstone bridge, mesh analysis) को धारा र भोल्टेज सजिलै गणना गर्न सकिन्छ।

Star-Delta (Y–Δ) connection (स्टार–डेल्टा जडान)

परिचय: तीन-फेज ट्रान्सफर्मरको प्राथमिक (primary) winding Star (Y) मा र द्वितीयक (secondary) winding Delta (Δ) मा जोडिएको जडानलाई Star-Delta connection भनिन्छ। यो प्रायः step-down ट्रान्सफर्मर (जस्तै ११ kV/४०० V वितरण ट्रान्सफर्मर) र induction motor को Star-Delta starter मा प्रयोग हुन्छ।

चित्र (Y–Δ ट्रान्सफर्मर):

   PRIMARY (Y)                          SECONDARY (Δ)

 A ──── [A1 coil A2]──┐                 a1──[coil a]──a2
 B ──── [B1 coil B2]──┼── N (neutral)   b1──[coil b]──b2
 C ──── [C1 coil C2]──┘                 c1──[coil c]──c2

 तीनै coil को A2, B2, C2 एकै          a2→b1, b2→c1, c2→a1 जोडेर
 बिन्दु N मा जोडिएको                    बन्द त्रिकोण (Δ); जोडबाट
                                         line terminal a, b, c निकालिएको

 Delta बन्द loop:        a
                        / \
                       /   \
                      c─────b

Star (Y) पक्षका सम्बन्ध:

$V_L = \sqrt{3}\,V_{ph}, \qquad I_L = I_{ph}$

Delta (Δ) पक्षका सम्बन्ध:

$V_L = V_{ph}, \qquad I_L = \sqrt{3}\,I_{ph}$

Line voltage ratio: यदि प्रति-फेज turns ratio $N_1/N_2 = k$ भए

$\frac{V_{L(primary)}}{V_{L(secondary)}} = \sqrt{3}\,\frac{N_1}{N_2}$

मुख्य विशेषता:

1. Primary र secondary को line voltage बीच ३०° phase shift हुन्छ।
2. Primary मा neutral उपलब्ध भएकाले earthing गर्न सजिलो हुन्छ।
3. Delta winding मा तेस्रो harmonic current घुम्न पाउने हुँदा output voltage लगभग sinusoidal रहन्छ।
4. Step-down प्रयोगमा primary को प्रति-फेज voltage घट्ने (line voltage को $1/\sqrt{3}$) हुँदा insulation खर्च कम पर्छ।

प्रयोग:

• उच्च भोल्टेज लाइनबाट वितरण सबस्टेशनमा step-down ट्रान्सफर्मर (जस्तै ११ kV/४०० V)।
• Induction motor सुरु गर्दा Star-Delta starter: सुरुमा winding Star मा जोडेर phase voltage $1/\sqrt{3}$ गरिन्छ, जसले starting current Delta को तुलनामा $1/3$ बनाउँछ; मोटरले गति लिएपछि Delta मा बदलिन्छ।

Transformer को कार्य सिद्धान्त (Working Principle)

Transformer एक स्थिर (static) विद्युतीय यन्त्र हो जसले पारस्परिक प्रेरण (mutual induction) को सिद्धान्तमा कार्य गर्दछ। यसले AC voltage लाई बढाउने (step-up) वा घटाउने (step-down) कार्य गर्दछ, तर frequency भने परिवर्तन गर्दैन।

कार्य सिद्धान्त: जब प्राथमिक क्वाइल (primary coil) मा वैकल्पिक धारा (AC) प्रवाहित गरिन्छ, त्यसले कोरमा वैकल्पिक चुम्बकीय फ्लक्स (alternating magnetic flux) उत्पन्न गर्दछ। यही फ्लक्स द्वितीयक क्वाइल (secondary coil) मा पनि लिङ्क हुन्छ। फ्लक्सको निरन्तर परिवर्तनका कारण द्वितीयक क्वाइलमा विद्युत वाहक बल (EMF) प्रेरित हुन्छ (Faraday's law of electromagnetic induction)। यदि द्वितीयक क्वाइलको परिपथ बन्द छ भने प्रेरित धारा बग्छ।

EMF समीकरण: $\frac{E_s}{E_p} = \frac{N_s}{N_p} = K \quad \text{(turns ratio)}$

जहाँ $E_p, E_s$ = प्राथमिक र द्वितीयक voltage, $N_p, N_s$ = प्राथमिक र द्वितीयक turns संख्या।

• $N_s > N_p$ → Step-up transformer
• $N_s < N_p$ → Step-down transformer

चित्र (Schematic Diagram):

        Primary (Np)          Secondary (Ns)
   ┌───────┐  ┌──────────────┐  ┌───────┐
   │       │  │  Laminated   │  │       │
 AC│       │  │  Iron Core   │  │       │  Load
───┤  Coil ├──┤  (flux path) ├──┤ Coil  ├───
   │       │  │              │  │       │
   └───────┘  └──────────────┘  └───────┘
        ↑                            ↑
   AC supply                   Induced EMF

Power system मा प्रयोग:

1. Step-up transformer (उत्पादन केन्द्र): जलविद्युत/तापविद्युत केन्द्रबाट उत्पन्न 11 kV voltage लाई 132 kV, 220 kV वा 400 kV मा बढाइन्छ, जसले लामो दूरीमा प्रसारण गर्दा $I^2R$ हानि घटाउँछ।

2. Step-down transformer (वितरण प्रणाली): प्रसारण लाइनको उच्च voltage लाई substation मा 33 kV/11 kV मा घटाइन्छ।

3. Distribution transformer: 11 kV लाई 400/230 V (three-phase four-wire) मा घटाई घरायसी तथा औद्योगिक उपभोक्तालाई वितरण गरिन्छ।

4. Instrument transformer: CT (Current Transformer) र PT (Potential Transformer) ले उच्च voltage/current लाई मापनयोग्य मानमा घटाउँछन्।

यसरी transformer ले विद्युत उत्पादनदेखि उपभोगसम्मको सम्पूर्ण power system मा voltage स्तर मिलाउने मुख्य भूमिका खेल्दछ।

नेपाल विद्युत प्राधिकरण — फोरम्यान (स्तर ४)

---

प्रश्न: कुनै पनि ठाउँमा विद्युत आपूर्ति अवरुद्ध हुनुका कारणहरू लेख्नुहोस्। औजार तथा सामग्रीको प्रयोग गरी कसो समस्या समाधान गर्नुहुन्छ?

(क) विद्युत आपूर्ति अवरुद्ध हुनुका कारणहरू (२ अंक)

विद्युत आपूर्ति अवरुद्ध (power interruption) हुनुका मुख्य कारणहरू निम्नानुसार छन्:

१. प्राकृतिक कारणहरू

• चट्याङ पर्नु, आँधीबेहरी, हावाहुरीले रुखबिरुवा ढलेर वा हाँगा भाँचिएर लाइनमा खस्नु।
• बाढी, पहिरो, भूकम्पले पोल ढल्नु वा तार चुँडिनु।
• अत्यधिक वर्षा, हिमपात तथा कुहिरोले इन्सुलेटरमा फ्ल्यासओभर हुनु।

२. प्राविधिक तथा यान्त्रिक कारणहरू

• ट्रान्सफर्मर फुट्नु, जल्नु वा ओभरलोड हुनु।
• लाइनमा शर्ट सर्किट, अर्थ फल्ट वा तार चुँडिनु।
• इन्सुलेटर फुट्नु, पिन ढिलो हुनु वा जम्पर खुकुलो हुनु।
• सर्किट ब्रेकर, फ्युज, रिले वा स्विच बिग्रनु।
• पोल कुहिएर वा ढल्किएर लाइन तल झर्नु।

३. मानवीय तथा बाह्य कारणहरू

• जथाभावी निर्माण, खनजोत वा सवारी साधनले पोल ठक्कर दिनु।
• चोरी, तार काट्नु वा अवैध हुकिङ।
• वृक्षारोपण तथा हाँगा नकाट्दा लाइनसँग ठोकिनु।
• मर्मत सम्भार नियमित नहुनु।

४. प्रणालीगत कारणहरू

• उत्पादन कम हुनु, लोडसेडिङ योजना वा ग्रिड फल्ट।
• सबस्टेसन वा फिडरमा समस्या आउनु।

---

(ख) औजार तथा सामग्रीको प्रयोग गरी समस्या समाधान गर्ने विधि (२ अंक)

समस्या समाधान गर्दा सुरक्षा पहिले भन्ने सिद्धान्त अपनाइन्छ। फोरम्यानले निम्न चरणमा काम गर्छ:

चरण १ — सूचना प्राप्ति र पहिचान

• उपभोक्ताबाट अवरुद्ध भएको सूचना लिनु।
• फिडर, फेज वा ट्रान्सफर्मर पहिचान गर्नु।

चरण २ — सुरक्षा उपकरण प्रयोग

• हेलमेट, रबरको पन्जा, इन्सुलेटेड जुत्ता, सेफ्टी बेल्ट र रबर म्याट लगाउनु।
• लाइन अफ गरी Danger Board टाँग्नु र अर्थिङ गर्नु।

चरण ३ — निरीक्षण र मर्मत

• टेस्टर/मल्टिमिटर ले भोल्टेज र कन्टिन्युटी जाँच्नु।
• क्लाइम्बिङ सेट, पोल स्टेप, सेफ्टी बेल्ट प्रयोग गरी पोलमा चढ्नु।
• इन्सुलेटेड प्लायर, स्क्रु ड्राइभर, स्प्यानर, ह्याकसअ, बोल्ट कटर ले खुकुलो जोड वा बिग्रेको भाग फेर्नु।
• फुटेको इन्सुलेटर, पिन, जम्पर तार, कनेक्टर नयाँ लगाउनु।
• जलेको फ्युज तार फेर्नु वा सर्किट ब्रेकर रिसेट गर्नु।
• फुटेको ट्रान्सफर्मर को हकमा नयाँ ट्रान्सफर्मर जडान गर्नु।

चरण ४ — पुनः परीक्षण र सञ्चालन

• मेगर ले इन्सुलेसन रेजिस्टेन्स जाँच्नु।
• अर्थिङ हटाई लाइन अन गर्नु।
• उपभोक्तालाई आपूर्ति सुचारु भएको जानकारी दिनु।

---

(ग) निष्कर्ष (१ अंक)

विद्युत आपूर्ति अवरुद्ध हुनुका कारण प्राकृतिक, प्राविधिक, मानवीय तथा प्रणालीगत हुन्छन्। फोरम्यानले सुरक्षा उपकरण अनिवार्य प्रयोग गरी, लाइन अफ गरी, उपयुक्त औजार (टेस्टर, मेगर, क्लाइम्बिङ सेट, इन्सुलेटेड प्लायर) र सामग्री (इन्सुलेटर, फ्युज, तार, ट्रान्सफर्मर) को सहायताले त्रुटि पहिचान गरी छिटो र सुरक्षित रूपमा मर्मत गर्नुपर्छ। यसले आपूर्ति पुनःस्थापना गर्नुका साथै दुर्घटना रोक्न मद्दत गर्छ।

How electrical fires start

An electrical fire needs three things together — heat, fuel (insulation, wooden fittings, curtains) and oxygen. In electrical installations the heat comes from:

1. Overloading — too many appliances on one circuit or a fuse/breaker rated higher than the cable, so the conductor carries more current than its rating and gets red hot.
2. Short circuit — live and neutral (or live and earth) touch because of damaged insulation, loose connections or moisture, giving a huge current and an arc.
3. Loose or poor connections — at terminals, switches, sockets and joints. The contact resistance is high, so heat is produced locally even at normal current.
4. Earth leakage / faulty earthing — leakage current through a high-resistance earth path heats the point of contact and can ignite nearby material.
5. Overheated equipment — undersized cables, faulty fans, heaters, irons left on, or a motor running with a blocked ventilation slot.
6. Arcing and sparking — worn brushes, worn-out switches, broken lamp holders, or rodents gnawing cable insulation.

Prevention

1. Correct design and rating — cables, fuses, MCBs and switches must be rated for the load; never replace a fuse with a thicker wire or a higher-rated one.
2. Proper earthing — an effective earth electrode and earth continuity conductor, checked periodically, so fault current trips the protective device quickly.
3. Protective devices — MCB, ELCB/RCCB (30 mA for human protection), and correct discrimination between them.
4. Good workmanship — tight terminals, proper joints (no twisted-and-taped joints in load circuits), quality fittings, and no temporary wiring.
5. Regular inspection and maintenance — check for heating, discolouration, burning smell, loose screws and damaged insulation; replace old or brittle wiring.
6. Avoid overloading — do not run many high-wattage appliances from one socket; use separate circuits for heaters, geysers and air conditioners.
7. Keep combustibles away — no cloth, paper or plastic stored near switchboards, meters or hot equipment.
8. Protect cables — conduit or casing, and keep them out of reach of rodents and water.
9. Switch off when not in use — especially heaters, irons and other heating appliances.
10. Fire-fighting readiness — keep CO₂ or dry-powder extinguishers near the main switchboard; never use water on a live electrical fire. Switch off the main supply first, then fight the fire.

विद्युतीय उपकरणको प्रदर्शन परीक्षण (Performance Test of Electrical Safety Devices)

विद्युतीय सुरक्षा उपकरणहरूले मानिस र उपकरणलाई विद्युत् सर्किटको त्रुटि, अति भार (overload), छोटो सर्किट (short circuit) तथा चुहावट (leakage) बाट जोगाउँछन्। ती उपकरणहरूले आफ्नो कार्य ठीकसँग गर्छन् वा गर्दैनन् भनी समय-समयमा गरिने परीक्षणलाई प्रदर्शन परीक्षण भनिन्छ। यसले उपकरणको विश्वसनीयता (reliability) र संवेदनशीलता (sensitivity) पुष्टि गर्छ।

मुख्य सुरक्षा उपकरण र तिनको प्रदर्शन परीक्षण

१. फ्युज (Fuse): फ्युजको तारको गुणस्तर, क्षमता (rating) र पग्लने समय जाँचिन्छ। निर्धारित भन्दा बढी धारा प्रवाह गराउँदा फ्युज तुरुन्त पग्लनुपर्छ। पग्लेको फ्युजको सट्टा उही क्षमताको मात्र राख्नुपर्छ।

२. मिनिएचर सर्किट ब्रेकर (MCB) / MCCB: निर्धारित धारा भन्दा बढी प्रवाह हुँदा स्वतः ट्रिप हुनुपर्छ। परीक्षणमा ट्रिपिङ धारा, ट्रिपिङ समय र ट्रिप पछि पुनः सेट हुनसक्ने क्षमता जाँचिन्छ। लिभर सहजै चल्ने, टर्मिनल बलियो र जडान कसिलो छ कि छैन हेरिन्छ।

३. अर्थ लिकेज सर्किट ब्रेकर (ELCB/RCCB): चुहावट धारा (सामान्यतया ३० mA) भन्दा बढी भएमा ३० मिलिसेकेन्ड भित्र ट्रिप हुनुपर्छ। परीक्षण बटन (test button) थिचेर वा विशेष परीक्षण यन्त्रद्वारा यसको संवेदनशीलता जाँचिन्छ।

४. अर्थिङ (Earthing) प्रणाली: अर्थ इलेक्ट्रोडको अर्थ प्रतिरोध (earth resistance) मेगर वा अर्थ टेस्टरद्वारा नापिन्छ। सामान्यतया यो मान १ ओम भन्दा कम हुनुपर्छ।

५. इन्सुलेसन प्रतिरोध (Insulation Resistance): मेगर (Megger) प्रयोग गरी तार तथा उपकरणको इन्सुलेसन प्रतिरोध नापिन्छ। यो निर्धारित मान भन्दा कम भएमा उपकरण असुरक्षित मानिन्छ।

परीक्षणका विधिहरू

• प्राथमिक परीक्षण (Primary Test): वास्तविक त्रुटि सिर्जना गरी उपकरणको प्रतिक्रिया जाँच्ने।
• गौण परीक्षण (Secondary Test): परीक्षण बटन वा कृत्रिम संकेतद्वारा उपकरणको यान्त्रिक तथा विद्युतीय कार्य जाँच्ने।
• नियमित परीक्षण (Routine Test): निश्चित समयान्तरमा गरिने परीक्षण।

निष्कर्ष

विद्युतीय सुरक्षा उपकरणको नियमित प्रदर्शन परीक्षणले दुर्घटना रोक्न, उपकरणको आयु बढाउन तथा विद्युतीय प्रणालीको भरपर्दो सञ्चालन सुनिश्चित गर्न मद्दत गर्छ। त्यसैले NEA जस्ता संस्थामा यस्तो परीक्षण अनिवार्य व्यवस्था हुनुपर्छ।

विद्युतीय तारका प्रकार, विशेषता तथा प्रयोग

विद्युतीय तार (Electrical Wire) भन्नाले विद्युत् प्रवाह बोक्न प्रयोग हुने चालक पदार्थलाई जनाउँछ। यसका मुख्य प्रकारहरू, तिनका विशेषता तथा प्रयोग निम्नानुसार छन्:

१. ठोस तार (Solid Wire)

विशेषता:

• एकै ठोस चालक (सामान्यतया तामा वा एल्युमिनियम) बाट बनेको हुन्छ।
• यान्त्रिक रूपमा बलियो र टिकाउ हुन्छ।
• प्रतिरोध कम हुन्छ, तर लचिलोपन (flexibility) कम हुन्छ।
• जडान गर्न सजिलो, तर बारम्बार मोड्दा भाँचिन सक्छ।

प्रयोग:

• घरायसी वायरिङ (स्थिर जडान)
• विद्युतीय प्यानल तथा स्विचबोर्ड
• विद्युत् वितरण लाइन (साना दूरीमा)

२. बहु-तार / स्ट्रेन्डेड तार (Stranded Wire)

विशेषता:

• धेरै पातलो तारहरू एकसाथ बटारिएर बनेको हुन्छ।
• अत्यधिक लचिलो हुन्छ, बारम्बार मोड्न सकिन्छ।
• कम्पन र झट्का सहन सक्छ।
• ठोस तारको तुलनामा प्रतिरोध अलि बढी हुन्छ।

प्रयोग:

• चलायमान उपकरण (मोटर, पङ्खा, मिक्सर)
• विद्युतीय उपकरणको पावर कर्ड
• विद्युत् वितरण र सञ्चार लाइन

३. केबल (Cable)

विशेषता:

• एक वा बढी चालक तारलाई इन्सुलेसन तथा सुरक्षात्मक आवरण (sheath) ले ढाकिएको हुन्छ।
• बाह्य क्षति, आर्द्रता तथा रसायनबाट सुरक्षित रहन्छ।
• भूमिगत तथा बाह्य प्रयोगमा उपयुक्त।

प्रयोग:

• भूमिगत विद्युत् वितरण
• उच्च भोल्टेज प्रसारण
• औद्योगिक तथा सञ्चार जडान

४. विशेष प्रकारका तारहरू

निष्कर्ष

विद्युतीय तारको चयन गर्दा प्रवाहको मात्रा, भोल्टेज, वातावरण तथा यान्त्रिक आवश्यकतालाई ध्यान दिनुपर्छ। सही प्रकारको तार प्रयोग गर्दा सुरक्षित, भरपर्दो र किफायती विद्युतीय जडान सम्भव हुन्छ।

स्टोरेज ब्याट्रीको प्रकार तथा प्रयोग (Types and Uses of Storage Batteries)

परिचय: स्टोरेज ब्याट्री (accumulator) एक विद्युत रासायनिक यन्त्र हो, जसले DC विद्युतीय ऊर्जालाई रासायनिक ऊर्जाको रूपमा भण्डारण गरी आवश्यक पर्दा पुनः DC विद्युतको रूपमा फर्काउँछ। यसलाई चार्ज गरी पुनः प्रयोग गर्न सकिने हुनाले यसलाई सेकेन्डरी (secondary) सेल पनि भनिन्छ।

स्टोरेज ब्याट्रीका प्रकार

१. सिसा-एसिड ब्याट्री (Lead-Acid Battery)

• सबैभन्दा बढी प्रयोग हुने र सस्तो प्रकार।
• प्लेटमा स्पन्ज लेड (Pb) र लेड पेरोक्साइड (PbO₂), इलेक्ट्रोलाइटमा पातलो सल्फ्युरिक एसिड (H₂SO₄)।
• प्रत्येक सेलको EMF ≈ 2 V।
• उपप्रकार: (क) Flooded/vented type, (ख) Sealed Maintenance-Free (SMF)/VRLA, (ग) Gel type, (घ) AGM (Absorbed Glass Mat) type।

२. निकेल-क्याडमियम ब्याट्री (Ni-Cd Battery)

• प्लेटमा निकेल हाइड्रोक्साइड र क्याडमियम, इलेक्ट्रोलाइटमा पोटासियम हाइड्रोक्साइड (KOH)।
• प्रत्येक सेलको EMF ≈ 1.2 V।
• बलियो, लामो आयु, तर "memory effect" हुन्छ।

३. निकेल-मेटल हाइड्राइड ब्याट्री (Ni-MH)

• Ni-Cd को विकसित रूप; क्याडमियमको सट्टा मेटल हाइड्राइड।
• EMF ≈ 1.2 V; वातावरणमैत्री, तर self-discharge बढी।

४. लिथियम-आयन ब्याट्री (Li-ion)

• उच्च ऊर्जा घनत्व, हल्का तौल, memory effect छैन।
• EMF ≈ 3.6–3.7 V प्रति सेल।
• मोबाइल, ल्यापटप, EV आदिमा प्रयोग।

५. लिथियम-पोलिमर र अन्य: Li-Po, LiFePO₄ आदि — जहाँ हल्कापन र उच्च क्षमता चाहिन्छ।

स्टोरेज ब्याट्रीका प्रयोग

1. सबस्टेशन तथा विद्युत केन्द्र: Switchyard मा control, protection, relay, SCADA र emergency lighting को DC supply को रूपमा (NEA मा 110 V/220 V battery bank)।
2. UPS (Uninterruptible Power Supply): कम्प्युटर, server, communication system मा power cut हुँदा निरन्तरता।
3. सौर्य ऊर्जा प्रणाली: Solar panel ले दिनमा चार्ज गरी रातमा प्रयोग।
4. सवारी साधन: गाडी, मोटरसाइकल, ट्रकको self-starting र lighting।
5. टेलिकम्युनिकेसन: टेलिफोन एक्सचेन्ज, मोबाइल टावरको backup।
6. औद्योगिक प्रयोग: Forklift, mine locomotive, emergency generator को starting।
7. घरेलु प्रयोग: Inverter, UPS, torch light, emergency light।

---

सिसा-एसिड ब्याट्रीको भागहरू (Parts of a Lead-Acid Battery)

1. Container / Jar — एसिड प्रतिरोधी कठोर रबर, ebonite वा प्लास्टिकको भाँडो।
2. Positive Plate (Anode) — लेड पेरोक्साइड (PbO₂) लेपित ग्रिड।
3. Negative Plate (Cathode) — स्पन्ज लेड (Pb) को ग्रिड।
4. Separator — पोर्सस इन्सुलेटिङ प्लेट (wood, rubber, PVC) जसले दुई प्लेटलाई छुट्याउँछ।
5. Electrolyte — पातलो सल्फ्युरिक एसिड (H₂SO₄ + H₂O), specific gravity ≈ 1.28।
6. Vent Plug / Cap — ग्यास निस्कन दिने र एसिड बाहिर जान रोक्ने।
7. Terminals — Positive (+) र Negative (−) ध्रुव, जसमा thicker terminal positive हुन्छ।
8. Cell Connector / Strap — सेलहरूलाई श्रेणीबद्ध जोड्ने लेड जम्पर।
9. Grid — लेड एन्टिमोनी alloy को जाली, जसले active material अड्याउँछ।
10. Cover / Lid — भाँडोको माथिल्लो ढक्कन।

---

Components का नाम (Components)

विद्युतीय (Electrical) Components:

1. Resistor (fixed, variable/potentiometer)
2. Capacitor (fixed, variable, electrolytic)
3. Inductor / Coil
4. Diode (rectifier, Zener, LED)
5. Transistor (BJT, FET, MOSFET)
6. Thyristor / SCR, TRIAC, DIAC
7. Transformer (step-up, step-down, CT, PT)
8. Relay र Contactor
9. Fuse, MCB, MCCB
10. Circuit Breaker (ACB, VCB, SF₆)
11. Switch (SPST, SPDT, DPDT)
12. Battery / Cell
13. IC (Integrated Circuit)
14. Rectifier, Inverter, Converter
15. Capacitor bank, CT र PT (instrument transformer)
16. Earthing / Grounding system
17. Cable, Busbar, Terminal block
18. Motor, Generator
19. Ammeter, Voltmeter, Wattmeter, Energy meter
20. Surge arrester / Lightning arrester

यी components हरू मिलेर विद्युत परिपथ, control panel, protection scheme तथा power system निर्माण गर्छन्।

Function of Surge Arrester (5 marks)

A surge arrester is a protective device installed on transmission lines, substations and at the terminals of transformers, generators and other costly equipment. Its main function is to protect the insulation of electrical equipment from overvoltages caused by lightning strokes and switching operations.

Functions in brief:

1. Diverts surge current to earth: When a high-voltage surge (due to lightning or switching) appears on the line, the arrester becomes conducting and provides a low-resistance path, discharging the surge current safely to the ground. Thus the equipment is bypassed and saved from the surge.

2. Limits the voltage across equipment: During the surge, the arrester clamps the voltage at its terminals to a fixed value called the spark-over or discharge voltage, which is lower than the basic impulse insulation level (BIL) of the equipment. Hence the insulation of the equipment is not stressed beyond its withstand capacity.

3. Restores normal condition automatically: As soon as the surge is over, the arrester stops conducting and returns to its normal insulating (non-conducting) state, so that the normal power-frequency supply continues without interruption and no follow-up (power-frequency) current flows to earth.

4. Repeats operation: It is designed to operate repeatedly for any number of surges without damage, so it gives continuous protection to the system.

5. Coordination of insulation: By fixing the discharge voltage below the equipment insulation level, it helps in proper insulation coordination of the whole substation.

In short, a surge arrester acts as a safety valve which discharges abnormal overvoltages to earth and protects the line and substation equipment from damage.

System earthing (also called neutral earthing) means connecting the neutral point of a power system — such as the neutral of a generator, transformer secondary, or star point of a winding — to earth, either directly or through a resistor or reactor. Its purpose is to limit the voltage rise of the system during faults, provide a return path for fault current, and protect the system insulation and connected equipment from overvoltages.

Equipment earthing (also called body earthing or safety earthing) means connecting the non-current-carrying metal parts of electrical equipment — such as the metallic enclosure of a motor, transformer tank, switchgear frame, or machine body — to earth. Its purpose is to keep the body at earth potential so that if insulation fails and the body becomes live, the fault current flows to earth through the earthing conductor and operates the protective device (fuse/MCB/relay), thereby protecting the operator from electric shock.

In short, system earthing protects the system, while equipment earthing protects the person touching the equipment.

Advantages of high voltage transmission line:

1. Lower line loss (higher efficiency): Power loss in a line is $P_{loss} = I^2R$. For the same power $P = VI$, raising the voltage lowers the current $I$, and since loss varies as the square of current, losses fall sharply. This is the main reason for using high voltage.
2. Less voltage drop and better voltage regulation: Lower current means smaller $IR$ drop along the conductor, so the receiving-end voltage stays close to the sending-end value.
3. Smaller conductor size, hence less copper/aluminium: As current is reduced, a smaller cross-sectional area is enough to carry it, saving costly conductor material.
4. Higher power transfer capability: The same line can transmit much more power at higher voltage over long distances.
5. Fewer lines and lower cost per MW-km: Fewer parallel circuits are needed, reducing right-of-way, towers and overall transmission cost per unit of power delivered.
6. Long-distance bulk transmission becomes economical: Power from remote hydro stations (e.g., Kaligandaki, Upper Tamakoshi) can be brought to load centres far away.
7. Better system stability and interconnection: Strong HV ties allow interconnection of regional grids and sharing of reserve power.

Disadvantages:

1. High insulation requirement: Conductors, insulators, towers and switchgear must be designed for high voltage, which is expensive (long insulator strings, larger clearance).
2. Increased corona loss and radio interference: At high voltage, corona discharge causes power loss, audible noise, ozone formation and interference with communication lines.
3. Greater right-of-way and taller towers: Large conductor spacing and ground clearance need wide corridors and tall, strong towers, raising civil cost.
4. More difficult and costly construction, operation and maintenance: Skilled manpower, special tools, live-line techniques and safety measures are required.
5. Higher lightning and switching overvoltage risk: Surge arresters, shielding wires and extra insulation coordination are needed.
6. Ferranti effect and charging current: On long unloaded or lightly loaded HV lines, receiving-end voltage rises above sending-end voltage due to line capacitance, requiring shunt reactors.
7. High short-circuit levels: Fault currents are large, so circuit breakers and protective equipment must have high rupturing capacity.

Conclusion: High voltage transmission is technically and economically superior for bulk, long-distance power transfer, but it demands heavy investment in insulation, towers and protective equipment. Hence the voltage level is chosen as a compromise between transmission cost and insulation cost.

Energy Meter भन्नाले के बुझिन्छ ?

Energy Meter (विद्युत ऊर्जा मिटर) भन्नाले एक विद्युतीय मापन यन्त्रलाई बुझिन्छ, जसले कुनै विद्युतीय भार (load) ले निश्चित समयावधिमा खपत गरेको विद्युतीय ऊर्जाको परिमाणलाई मापन गर्दछ। यसलाई kWh मिटर वा Watt-hour मिटर पनि भनिन्छ। यसले भारले खपत गरेको ऊर्जालाई किलोवाट-घण्टा (kWh) एकाइमा देखाउँदछ।

Energy Meter का प्रकारहरू:

1. Electromechanical (Induction Type) Energy Meter — परम्परागत घुम्ने डिस्क (rotating disc) प्रयोग गरी ऊर्जा मापन गर्ने मिटर।
2. Electronic (Static) Energy Meter — इलेक्ट्रोनिक सर्किट प्रयोग गरी डिजिटल रूपमा ऊर्जा मापन गर्ने मिटर।

प्रयोगका आधारमा:

1. Single Phase Energy Meter — एक फेज (1-φ) विद्युत आपूर्तिका लागि।
2. Three Phase Energy Meter — तीन फेज (3-φ) विद्युत आपूर्तिका लागि।

मापनको प्रकृतिका आधारमा:

1. Active Energy Meter (kWh Meter) — वास्तविक ऊर्जा मापन गर्ने।
2. Reactive Energy Meter (kVARh Meter) — प्रतिघातीय ऊर्जा मापन गर्ने।
3. Apparent Energy Meter (kVAh Meter) — आभासी ऊर्जा मापन गर्ने।

जडान तथा महसुलका आधारमा:

1. Direct Connected (Direct Reading) Meter — सानो भारका लागि सिधै जडान हुने।
2. CT/PT Operated (Indirect) Meter — ठूलो भारका लागि Current Transformer र Potential Transformer मार्फत जडान हुने।
3. Prepaid Energy Meter — पहिले रिचार्ज गरी प्रयोग गर्नुपर्ने मिटर।
4. Smart (AMI) Meter — दुईतर्फी सञ्चार (two-way communication) सुविधा भएको आधुनिक मिटर।

Functions of Current Transformer (CT)

1. Step down current: It reduces the large primary line current to a small, standard secondary current (usually 1 A or 5 A) in proportion to the primary current, so that measuring instruments and relays can handle it safely.
2. Insulation / isolation: It insulates the measuring and protective devices from the high-voltage, high-current power circuit, protecting both the operator and the instruments.
3. Measurement: Its secondary is connected to ammeters, wattmeters, energy meters and power factor meters, which thus measure current without being directly connected to the line.
4. Protection: It supplies reduced current to protective relays (overcurrent, differential, earth fault relays) so that faults are detected and the circuit breaker trips.
5. Standardisation: It makes all instruments work at a uniform secondary current (1 A or 5 A), allowing standard ratings of meters and relays.

Functions of Potential Transformer (PT)

1. Step down voltage: It reduces the high system voltage to a low, standard secondary voltage (usually 63.5 V, 100 V or 110 V) in proportion to the primary voltage.
2. Insulation / isolation: It isolates the voltmeters, wattmeters, energy meters and relays from the high-voltage line, ensuring safety of personnel and equipment.
3. Measurement: Its secondary supplies voltmeters, wattmeters, energy meters, synchronising and indicating instruments for voltage measurement.
4. Protection: It provides reduced voltage signals to voltage-sensitive relays (over/under voltage, directional, distance relays) for protective relaying.
5. Standardisation: It gives a fixed standard secondary voltage so that instruments and relays of standard rating can be used on any system voltage.

Note: Both CT and PT together are called instrument transformers; the CT is connected in series with the line (secondary nearly short-circuited) and the PT is connected in parallel (secondary nearly open-circuited).

प्रिभेन्टिभ मेन्टेनेन्स (Preventive Maintenance)

परिभाषा: प्रिभेन्टिभ मेन्टेनेन्स भन्नाले उपकरण वा मेसिन बिग्रनु अगावै निश्चित समयान्तराल (schedule) मा गरिने योजनाबद्ध निरीक्षण, सफाई, लुब्रिकेशन, समायोजन (adjustment) र पार्टपुर्जा परिवर्तनको कार्यक्रमलाई बुझिन्छ। यसलाई नियोजित मेन्टेनेन्स (Planned Maintenance) पनि भनिन्छ। यसको मुख्य उद्देश्य अचानक हुने ब्रेकडाउन (Breakdown Maintenance) रोक्नु हो।

महत्व (Importance):

१. अचानक बन्द (Breakdown) रोकिन्छ: उपकरण अचानक बिग्रिएर उत्पादन ठप्प हुने समस्या हुँदैन।

२. उपकरणको आयु बढ्छ: नियमित सफाई, लुब्रिकेशन र समायोजनले मेसिनको जीवनकाल लामो बनाउँछ।

३. उत्पादन निरन्तर रहन्छ: योजनाबद्ध मर्मत भएकाले उत्पादनमा अनावश्यक अवरोध आउँदैन।

४. मर्मत खर्च घट्छ: सानै समस्यालाई समयमै पत्ता लगाई टाल्न सकिने हुँदा ठूलो मर्मत खर्च र पार्टपुर्जाको खर्च बचत हुन्छ।

५. दुर्घटना तथा सुरक्षा जोखिम घट्छ: विद्युतीय उपकरणमा हुने लिकेज, ओभरहिटिङ, इन्सुलेशन फेलियर जस्ता खतरा समयमै पहिचान भई कर्मचारी तथा उपभोक्ताको सुरक्षा हुन्छ।

६. ऊर्जा तथा इन्धन खपत घट्छ: राम्रो अवस्थामा राखिएको मोटर, ट्रान्सफर्मर आदिले कम ऊर्जा खपत गर्छ।

७. उत्पादनको गुणस्तर कायम रहन्छ: मेसिन ठीक अवस्थामा भएपछि उत्पादित वस्तु वा सेवाको गुणस्तर एकनासको रहन्छ।

८. मर्मत कार्य योजनाबद्ध हुन्छ: कर्मचारी, औजार र स्पेयर पार्ट्सको व्यवस्थापन पहिले नै गर्न सकिन्छ, जसले कामको भार सन्तुलित बनाउँछ।

निष्कर्ष: विद्युत् उत्पादन, प्रसारण तथा वितरण प्रणालीमा निरन्तर सेवा दिनु पर्ने हुँदा NEA जस्ता संस्थामा प्रिभेन्टिभ मेन्टेनेन्स अनिवार्य हुन्छ। यसले लागत घटाई उपकरणको भरपर्दोपन बढाउँछ र अनावश्यक पावर आउटेज कम गर्छ।

Circuit Breaker को कार्य (Function of a Circuit Breaker):

Circuit Breaker एक स्विचिङ्ग उपकरण (switching device) हो जसले विद्युतीय परिपथलाई सामान्य अवस्थामा जोड्न (close) र बेलाबखतमा बिच्छेदन (open) गर्न तथा दोष (fault) को अवस्थामा स्वचालित रूपमा परिपथलाई बिच्छेदन गरी उपकरण तथा लाइनलाई क्षतिबाट जोगाउने कार्य गर्दछ।

मुख्य कार्यहरू:

1. स्विचिङ्ग कार्य (Switching function): सामान्य अवस्थामा परिपथ जोड्ने र टुक्र्याउने।

• संरक्षण कार्य (Protective function): शर्ट सर्किट, ओभरलोड, भू-सम्पर्क (earth fault) जस्ता दोष पर्दा रिले (relay) को सहयोगमा स्वचालित रूपमा परिपथ बिच्छेदन गर्ने।
• Arc को नियन्त्रण: Circuit खोल्दा उत्पन्न हुने आर्क (arc) लाई सुरक्षित रूपमा निभाउने (arc quenching)।
• पुनः जोड्ने कार्य (Reclosing): दोष हटेपछि परिपथ पुनः जोड्न सकिने।
• उपकरणको सुरक्षा: ट्रान्सफर्मर, जेनेरेटर, मोटर आदिलाई दोषको कारण हुने हानिबाट बचाउने।

---

Oil Circuit Breaker को कार्य सिद्धान्त (Working Principle of Oil Circuit Breaker):

Oil Circuit Breaker (OCB) मा ट्रान्सफर्मर तेल (insulating oil) लाई दुई प्रमुख कार्यका लागि प्रयोग गरिन्छ — (क) विद्युतीय इन्सुलेसन (insulation) र (ख) आर्क निभाउनु (arc quenching)।

कार्य सिद्धान्त:

1. सामान्य अवस्था: OCB को contact (fixed र moving contact) तेलमा डुबेको हुन्छ। तेलले contact बीच इन्सुलेसन प्रदान गर्दछ।

2. दोष र Circuit खोल्ने क्रम: दोष पर्दा protective relay ले trip signal दिन्छ र moving contact ले fixed contact बाट अलग हुन्छ।

3. Arc को उत्पत्ति: Contact अलग हुँदा तिनीहरू बीच उच्च तापक्रमको विद्युतीय arc उत्पन्न हुन्छ।

4. तेलको विघटन (Decomposition of oil): Arc को अत्यधिक तापले वरिपरिको तेललाई तुरुन्तै वाष्पीकरण तथा विघटन (decompose) गराउँछ। यसबाट मुख्यतया हाइड्रोजन ग्यास (H₂) र केही हाइड्रोकार्बन ग्यासहरू उत्पन्न हुन्छन्।

5. ग्यासको दबाब र Arc निभाउने क्रिया: उत्पन्न हाइड्रोजन ग्यासले arc वरिपरि उच्च दबाब (high pressure) को बबल (gas bubble) बनाउँछ। यो उच्च दबाबले arc को ionized particle हरूलाई ठाडो रूपमा धकेल्छ, arc लामो र पातलो हुन्छ र चिसो हुन्छ।

6. De-ionization: हाइड्रोजन ग्यासको उच्च ताप-चालकता (thermal conductivity) ले arc बाट ताप छिटो लगेर जान्छ। यसरी arc को plasma चिसो भई de-ionize हुन्छ र arc निभ्छ।

7. Current शून्य (Current zero): AC मा प्रत्येक half cycle मा current शून्य हुन्छ। यही क्षणमा arc को dielectric strength पुनः स्थापित भई circuit पूर्ण रूपमा बिच्छेदन हुन्छ।

मुख्य बिन्दु: तेलले arc को ताप शोषण गरी हाइड्रोजन ग्यास उत्पन्न गर्दछ, जसले उच्च दबाब र चिसो प्रभावद्वारा arc लाई छिटो निभाउँछ। यसै सिद्धान्तमा OCB कार्य गर्दछ।

Earthing (Grounding) — Need, Transformer Body Earthing and Neutral Earthing

1. Why Earthing is Needed for Electrical Appliances

Earthing means connecting the non-current-carrying metallic parts of an installation (appliance body, motor frame, transformer tank, etc.) to the general mass of earth through a low-resistance path.

It is needed for the following reasons:

1. Safety of human life. If insulation fails, the metal body of an appliance becomes live. Without earthing, a person touching the body receives the full fault current through his body. With earthing, the body is held at earth potential, so the touch voltage is very small and the person is protected.

2. Provides a low-resistance fault path. The earth electrode gives a path of very low resistance (generally less than 1 Ω for substations, a few ohms for domestic installations) so that a large fault current flows. This large current immediately operates the fuse or MCB and disconnects the faulty circuit.

3. Ensures proper operation of protective devices. Fuses, MCBs, ELCBs/RCCBs and relays operate only when sufficient fault current flows. Earthing makes this possible; without it the fault may persist undetected and cause fire.

4. Limits voltage rise. During lightning surges or switching surges, earthing diverts the surge to earth and limits the potential rise of the equipment, preventing flashover and damage to insulation.

5. Protection of equipment. It protects motors, transformers, generators and electronic equipment from insulation breakdown, arcing and fire due to leakage currents.

6. Stability of the system. Neutral earthing fixes the potential of the neutral point, keeps phase-to-earth voltages balanced and limits arcing-ground faults and over-voltages.

7. Statutory requirement. The Electricity Rules and IEE/NEA standards make earthing compulsory for every installation.

2. Transformer Body Earthing

Meaning: The metallic tank (body) of the transformer, together with its core clamps, radiator, conservator tank, bushing flanges and the operating handle of the tap changer, is connected to an earth electrode. This is also called equipment earthing or protective earthing.

Why it is done:

• The transformer body is normally at earth potential, but if the winding insulation fails, the high voltage touches the tank. Body earthing keeps the tank at earth potential so that no one touching the tank gets a shock.
• It provides a return path for the fault current so that the protective relay (Buchholz, differential, over-current) or fuse operates and isolates the transformer.
• It drains away static charges and lightning surge currents to earth, protecting the winding insulation.
• It prevents accumulation of static charge on the tank due to oil circulation and keeps the tank potential equal to that of the surrounding earth, avoiding sparking.

How it is done:

• Two separate earth electrodes (usually copper or GI plate/pipe electrodes) are provided, one on each side of the transformer, and connected to the tank by two separate copper strips (minimum size as per standard, e.g. 25 mm × 6 mm copper or 50 mm × 6 mm GI strip).
• The two earth leads are taken by different routes so that if one is broken the other still works.
• The earth resistance of the body earthing should be as low as possible — normally not more than 1 Ω for a substation transformer, and in no case more than 5 Ω.
• The connection is made by bolted or brazed (preferably brazed/welded) joints, and the joints are painted and protected against corrosion.
• The tank is also bonded to the neutral earthing of the transformer, but the two earth electrodes are kept separate and interconnected only at the earth mat.

3. Neutral Earthing

Meaning: The neutral point of the transformer (or generator) winding is connected to earth, either directly or through a resistance/reactance. This is also called system earthing.

Types:

• Solid (direct) earthing — neutral connected straight to earth. Used for LV (400/230 V) distribution and for EHV systems where the earth-fault current is high.
• Resistance earthing — a resistor limits the earth-fault current. Used in medium-voltage systems and generator neutrals.
• Reactance earthing — a reactor limits the current.
• Peterson coil (arc-suppression) earthing — a tuned reactor neutralises the capacitive earth-fault current. Used in cable networks.

Why it is done:

• It fixes the neutral at earth potential, so the phase-to-earth voltage of a healthy phase does not rise above the normal phase voltage during an earth fault on another phase. This protects insulation.
• It provides a low-resistance path for earth-fault current, so the faulty phase is quickly isolated by the relay.
• It limits the voltage of the neutral point with respect to earth, preventing over-voltages and arcing-ground faults.
• It gives a stable reference for protective relays (earth-fault relay) and for the earthing of the LV system.
• It reduces the risk of fire and shock in the LV distribution system, since the neutral is held near earth potential.

Difference in brief:

Conclusion: Earthing is essential for safety of persons and equipment. Transformer body earthing protects anyone touching the tank, while neutral earthing stabilises the system voltage and ensures fast clearance of earth faults. Both must be provided with low earth resistance and maintained periodically.