Передача электроэнергии по однопроводной линии

История, эксперимент и практика внедрения передачи электрической энергии по одному проводу минимального сечения без потерь.

Немного истории

Эксперимент, проведенный сербским ученым Николой Тесла еще в 1892 году, до сих пор не дает покоя отечественным ученым. Мотивация совершенно понятна. Если можно использовать только один и очень тонкий проводник вместо двух, то это огромная экономия меди и алюминия. Если учесть что в нашей стране, только за прошлый год, стоимость медных проводов удвоилась – успешным изобретателям возведут памятник из меди еще при жизни.

Наука России

Успешные эксперименты в России были проведены в 1990 г., тогда инженер Станислав Авраменко сумел передать по однопроводной линии длиной около 3 метров электроэнергию, достаточную для работы нагрузки мощностью 1.3 кВт. Его установка представляла собой генератор с частотой 3-15 кГц с повышающим трансформатором.

Описание эксперимента

Один конец вторичной обмотки трансформатора оставался свободным. Ко второму концу подключалась нагрузка в виде линии передачи с диодным мостом и лампой накаливания или без диодного моста. Были варианты, когда вместо диодного моста использовалась схема, названная впоследствии вилкой Авраменко. Это два диода, соединенные встречно-параллельно. Одним концом они соединены с линией передачи, между другими концами включается нагрузка и параллельный ей конденсатор.

Интригующие особенности

Особенно интересно в экспериментах было то, что мощность, передаваемая по однопроводной линии, мало зависила от ее сопротивления. Например, вместо медного провода применяли провод из вольфрама толщиной в 15 микрон. Причем этот провод практически не нагревался. Похоже, что мы имеем дело со сверхпроводимостью при комнатной температуре?!

Вместо проводника можно использовать воду, землю, пластик. Разорванный и завязанный узлом без электрического контакта изолированный провод, тоже работает как проводник. Пока четкой научной теории полученных явлений не представлено. Хотя возможно, мы имеем дело с явлением высоковольтного пробоя воздуха как в школьной электрофорной машине. Возможно, это прохождения токов ВЧ через паразитные емкости, образуемые руками и телом экспериментатора, землей и другими предметами установки. Возможно, явления подобные наведенным токам, как в СВЧ печи.

Настоящее время

Существенных подвижек в теории и экспериментах с тех пор, к сожалению, мало. Хотя, при администрации Лужкова в Москве хотели сделать опытную транспортную систему с использованием эффекта Авраменко. Трудно сказать, был ли это реальный проект, или очередной распил денег. В Рунете до сих пор висит ролик с игрушечной железной дорогой и пластмассовым корабликом, которые, якобы, демонстрируют такую возможность.

Трудности внедрения

Есть и другие трудности. Возьмем, например, электромагнитную совместимость. Представим себе, как будут «свистеть» в эфире провода, по которым прогоняются токи с частотой десятки килогерц. Кто помнит глушилки времен «холодной войны» – это поймет.

Кроме того электромагнитное излучение большой мощности оказывает губительное генетическое и соматическое воздействие.

Неутешительные выводы

Так что, эксперименты экспериментами, а жизнь жизнью. Чем дольше живу, тем больше убеждаюсь, что России лучше бы заняться своим сельским хозяйством. Там столько непаханного и непознанного, что хватит на всех… Но это уже совсем другая история. Впрочем, дерзайте, ведь самый длинный путь начинается с первого шага.

Всероссийский институт электрификации сельского хозяйства

* ЛАБОРАТОРИЯ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ ЗАЩИЩЕННОГО ГРУНТА *

Новые технологии передачи электрической энергии по одному проводу
на большие расстояния на основе технологий Николы Тесла

Технология основана на использовании двух резонансных контуров с частотой 0,5–50 кГц
и однопроводной линии между контурами (рис.1) с напряжением линии 1,0–100 кВ
при работе в режиме резонанса напряжений.

Провод линии является направляющим каналом, вдоль которого движется электромагнитная энергия.

Патент Н. Тесла 1897 год

Рис. 1. Патент ГНУ ВИЭСХ 1999 год

1 – генератор повышенной частоты; 2 – резонансный контур повышающего трансформатора; 3 – однопроводная линия;
4 – резонансный контур понижающего трансформатора; 5 – выпрямитель; 6 – преобразователь

– Системы полива,
– Мельницы,
– Системы антикоррозийной защиты трубопроводов и металлоконструкций,
– Объекты рыбоводства,
– Временные полевые станы,
– Чабанские точки,
– Небольшие поселки
– Строительные площадки,
– Временные мастерские по ремонту с.х. оборудования
– Другие отдельно стоящие здания
– Мощные и регулируемые системы освещения
– Подводные роботизированные аппараты (система наземного питания)
– Воздушные летательные аппараты (система наземного питания)
– Системы индукционного нагрева

Типовые потери резонансной системы передачи электроэнергии:

Демонстрация передачи электроэнергии по однопроводной системе 220В/220В

Технологии резонансной однопроводной передачи электрической энергии на большие расстояния позволяет обеспечить:

· Электропитание цепочки электропотребителей, уличных светильников или видеокамер на расстояние до 10 километров

· снижение капитальных затрат на электроснабжение;

· уменьшение потерь в линии при передаче электроэнергии;

· отсутствие короткого замыкания в проводах, в том числе и исключение аварий на линии, связанных с опасными погодными явлениями(сильный ветер, наледь и др.),

· получение экономии цветных металлов

· плавную регулировку силы света в системах освещения.

Рекомендации Министерства энергетики Российской Федерации. (содержится в прикрепленном файле)

Примеры реализации предлагаемой технологии

Комплект оборудования мощностью 8 кВт со встроенными трансформаторами

Однопроводная волновая передача электроэнергии (ОВПЭЭ)

ООО НПО «ВОЛНОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» разработан и опробован волновой способ передачи электрической энергии по одному проводу в воздушном и кабельном исполнениях. Мы обладаем научными результатами и практическими достижениями в области перспективных волновых однопроводных технологий и предлагаем их практическое использование.

Примеры возможных схем волновых систем передачи электрической энергии

А. Высокопотенциальная передача ЭЭ.
Б. Высокопотенциальная передача ЭЭ плюс освещение.
В. Низкопотенциальная передаса ЭЭ.

1. Преобразователь — модуль накачки.
2. Системы телеметрии, накопители (ИБП) и другие опции.
3. Четвертьволновые трансформаторы.
4. Однопроводная линия полуволнового исполнения.
5. Преобразователь — модуль нагрузки.
6. Однопроводная линия низкопотенциального исполнения.

ОВПЭЭ может быть осуществлена по высокопотенциальной (ВПП) и низкопотенциальной (НПП) схеме.

Технические параметры:

Мощность — до 30 кВА.
Напряжение сети — 0,4 кВ.
Напряжение ЛЭП — до 30 кВ.

Мощность — до 30 кВА.
Напряжение сети — 0,4 кВ.
Напряжение ЛКС — до 1 кВ.

II уровень до 1000 кВА.
III уровень более 1000 кВА.

Технология позволит уменьшить финансовые затраты при модернизации и строительстве новых сетей передачи электрической энергии как локальных (распределительных), так и магистральных. В нашем случае мы используем волновые электротехнологии — резонансные линии, работающие на повышенной частоте. Используются принципы работы электрических цепей с распределенными параметрами.

См. также: Как выбрать шторы в гостиную в современном стиле

Для протекания тока не обязательно иметь замкнутую цепь из двух проводников между генератором и нагрузкой. Ток может протекать по однопроводной линии. Принцип передачи энергии базируется на использовании электродинамических свойств стоячих электромагнитных волн. В таких линиях существуют стоячие и бегущие волны тока и напряжения, а цепь замыкается токами смещения в пространстве, окружающем полуволновую однопроводниковую линию.

Все рассмотренные выше эффекты в однопроводниковой линии и в спиральных катушках можно использовать для передачи электрической энергии. При этом потери при передаче электроэнергии минимальны, а сечение однопроводниковой линии очень мало.

Однопроводниковые полуволновые системы (рис. 1, 2) открывают возможности для создания сверхдальних кабельных линий электропередач и, в перспективе, замены существующих воздушных линий на кабельные однопроводниковые линии. Тем самым будет решена одна из важнейших проблем электроэнергетики — повышение надежности электроснабжения.

Рис. 1. Однопроводная волновая передача электроэнергии (схема запитки от ЛЭП)

1. ЛЭП (110 кВ).
2. Линия трехфазного тока (110 кВ).
3. Трансформатор 110 кВ/0,4 кВ
4. Преобразователь частоты 50 Гц/1-100 кГц .
5. Передающий четвертьволновой высокочастотный трансформатор 1-100 кГц.
6. Однопроводная линия до 1 кВ.
7. Принимающий четвертьволновой высокочастотный трансформатор 1-100 кГц.
8. Инвертор 1-100 кГц/50 Гц.
9. Линия трехфазного тока 0,4 кВ.
10. Потребитель.

Рис. 2. Однопроводниковая волновая энергетическая система (схема запитки от генератора электроэнергии)

1. Электрический генератор 50 Гц.
2. Преобразователь частоты 50 Гц/1-100 кГц.
3. Передающий четвертьволновой высокочастотный трансформатор, 1-100 кГц.
4. Однопроводная линия 10-500 кВ.
5. Принимающий четвертьволновой высокочастотный трансформатор, 1-100 кГц.
6. Инвертор 1-100 кГц/50 Гц.
7. Линия трехфазного тока 0,4 кВ.
8. Потребитель.

Электрическая энергия передается с помощью реактивного емкостного тока в волновом режиме. Несанкционированное использование энергии затруднено.
Содержание алюминия и меди в проводах может быть снижено в 10 раз.
Потери электроэнергии в волновой однопроводной линии малы. Электроэнергию можно передавать на большие расстояния.
В однопроводном волновой передаче короткие замыкания не аварийны и могут быть использованы в качестве технологических режимов.
Пониженное магнитное поле.
Пониженный уровень шума.
Возможна работа в высокопотенциальном и низкопотенциальном режимах передачи ЭЭ.
При низкопотенциальном режиме передачи упрощается техническое обслуживание.
При высокопотенциальном режиме передачи снижается магнитное поле.
Снижается опасность поражения электрическим током при обрыве линии.
Большая надежность.
Высокий КПД передачи.

Для энергообеспечения отдаленных потребителей.
Для организации однопроводных систем освещения.
Для организации микросетей на базе альтернативных источников энергии (мини ГЭС, ветрогенераторов, солнечных электростанций и т.д.).
Для энергообеспечения базовых станций сотовой связи, маяков и других удаленных объектов.
Для обеспечения отдельно стоящих объектов в лесистой и гористой местности (обсерватории, турбазы, поселки, геологические партии и т.д.).
Для обеспечения удаленных объектов в условиях крайнего Севера и в сложных климатических и географических условиях (болота, тайга, вечная мерзлота, горы, сеть мелких рек и т. д.).
Для энегрообеспечения производственных и сельскохозяйственных предприятий.

Технология может быть применена для энергообеспечения следующих объектов:

ООО НПО «ВОЛНОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» разработан проект, смонитровано опытно-промышленное оборудование и введен в эксплуатацию участок наружного освещения протяженностью 350 м., расположенный на ул. Воронежская. Установлено и запитано 10 светильников мощностью каждый 80 Вт. Энергоснабжение линии освещения напряжением 220 В с потреблением 240 Вт на всю линию организовано по схеме однопроводной волновой энергетической системы.
Специалисты АО «ОЭК » засвидетельствовали показатели линии освещения и приняли ее в работу.

ООО НПО «ВОЛНОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» разработан проект, смонитровано опытно-промышленное оборудование и введен в эксплуатацию участок наружного освещения протяженностью 600 м. Энергоснабжение линии освещения напряжением 220 В и мощностью 2 кВт организовано по схеме однопроводной волновой энергетической системы.

Однопроводная технология передачи электроэнергии на большие расстояния

Описание предлагаемой технологии (метода) повышения энергоэффективности, его новизна и информированность о нем

Одной из наиболее актуальных проблем современной энергетики является обеспечение энергосбережения и снижение экономических затрат при решении задачи передачи электрической энергии на большие расстояния.

На практике для передачи электрической энергии на большие расстояния, как правило, используют трехфазные системы, для реализации которых требуется применение не менее 4 проводов, которой присуще следующие существенные недостатки:

большие потери электрической энергии в проводах, так называемые джоулевые потери;
необходимость использования промежуточных трансформаторных подстанций, компенсирующие потери энергии в проводах;
возникновение аварий вследствие короткого замыкания проводов, в том числе из-за опасных погодных явлений (сильный ветер, наледь на проводах и др.);
большой расход цветных металлов;
большие экономические затраты на прокладку трехфазных электрических сетей (несколько миллионов рублей на 1 км).

Отмеченные выше недостатки могут быть устранены за счет применения резонансной однопроводной системы передачи электрической энергии, основанной на идеях Н.Теслы, доработанной с учетом современного развития науки и техники.

В настоящее время технология резонансной однопроводной системы передачи электрической энергии получили свое развитие.

Предлагаемая технология основана на использовании двух резонансных контуров с частотой 0,5-50 кГц и однопроводной линии между контурами (рис.1) с напряжением линии 1-100 кВ при работе в режиме резонанса напряжений.

Провод линии является направляющим каналом, вдоль которого движется электромагнитная энергия. Энергия электромагнитного поля распределена вокруг проводника линии.

Рис. 1. Электрическая схема однопроводной системы передачи электроэнергии
1 – генератор повышенной частоты; 2 – резонансный контур повышающего трансформатора; 3 – однопроводная линия; 4 – резонансный контур понижающего трансформатора; 5 – выпрямитель; 6 – преобразователь

Как показывают расчеты и проведенные эксперименты при таком способе передачи электрической энергии, потери в проводах практически отсутствуют (в сотни раз меньше, чем при традиционном способе передачи электрической энергии) и данная технология безопасна для окружающей природной среды и человека.

Рис.2 наглядно иллюстрирует преимущества однопроводной резонансной системы по сравнению с традиционной трехфазной системой передачи электроэнергии. На рис.2 представлены две светодиодные линии освещения. Слева 7 метровая двухпроводная. Справа 30 метровая однопроводная. Как видно из рис.2 при применении 7 метровой двухпроводной линии имеются существенные потери в проводах – последний светодиод светит значительно тусклее, чем первый.

В однопроводной резонансной 30 метровой линии передачи электрической энергии такого эффекта не наблюдается – первый и последний светодиоды светят практически с одинаковой яркостью.

Рис. 2. Преимущества однопроводной резонансной системы по сравнению с традиционной трехфазной системой передачи электроэнергии

Другим важным преимуществом однопроводной резонансной системы передачи электрической энергии является существенная экономия цветных металлов.

На рис. 3 представлены два образца линий электропередач мощностью 50 кВт. Левый образец предназначен для применения в традиционной трехфазной системе передачи электрической энергии. Правый образец для применения в однопроводной резонансной системе передачи электрической энергии. Расход цветного металла (меди) в правом образце в 20 раз меньше, чем в левом образце.

Рис. 3. Образцы проводов линий электропередач (слева для применеия в трехфазной системе предачи электроэнергии, справа – в однопроводной резонансной)

При прокладке кабельных линий электропередач преимущества однопроводной резонансной системы заключаются, прежде всего, в том, что сечение кабеля в 3-5 раз меньше сечений традиционной трехфазной системы передачи электроэнергии, а это в свою очередь позволяет:

значительно уменьшить радиусы поворота линий, что является весьма важным при прокладке кабелей в городских условиях;
значительно (до 10 раз) снизить затраты на прокладку кабелей.

Кроме того, в случае реализации однопроводной резонансной системы электропередачи отсутствуетмежфазное короткое замыкание и обеспечивается высокий уровень электробезопасности.

Необходимо отметить, что в настоящее время создана мощная кооперация российских научно-исследовательских и производственных организаций (ВИЭСХ, НПО «СОДИС», Научный центр аэрокосмического мониторинга «Аэрокосмос», Институт аэрокосмических технологий и мониторинга РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина, малое инновационное предприятие губкинского университета «Энергосбережение», Московский комитет по науке и технологиям), которая успешно приступила к большой практической работе по внедрению технологии резонансной однопроводной системы передачи электрической энергии в различные сферы экономики нашей страны.

См. также: Обустройство септика для туалета на даче и выгребной ямы

К настоящему моменту времени удалось реализовать несколько проектов с использованием однопроводной резонансной системы передачи электрической энергии.

К числу реализованных проектов относятся, например, следующие проекты:

1. 200 метровая однопроводная линия уличного освещения на молодежном форуме «Селигер 2007» (рис. 4).

Рис. 4. Резонансная однопроводня линия уличного освещения на молодежном форуме «Селигер 2007»

2. Система электропитания узлов автоматики на ракете-носителе.

Проведенные испытания в Научно-производственном центре автоматики и приборостроения имени академика Н. А. Пилюгина Роскосмоса убедительно показали, что однопроводная резонансная система электропитания узлов автоматики ракеты-носителя уменьшает сечение кабельной линии в несколько раз, позволяя тем самым сократить массу силовых проводов, расположенных на борту ракеты-носителя на 130 кг.

Данное обстоятельство является принципиально важным для ракетно-космической отрасли, т.к. позволяет увеличить полезную нагрузку, т.е. увеличить массу полезного груза, выводимого на космическую орбиту.

В настоящее время в стадии реализации находятся ряд проектов, использующие резонансную однопроводную систему передачи электрической энергии: система светодиодного уличного освещения (гос.заказчик – Департамент науки и промышленной политики города Москвы) и система электропитания станций катодной защиты трубопроводов(заказчик – ОАО «Газпром») и др.

Рассматриваемая технология представляет большой экономический интерес для нашей страны, учитывая обширность территории России и необходимость передачи электроэнергии на большие расстояния.

По проведенным расчетам широкомасштабное внедрение предлагаемой технологии в России позволит сэкономить сотни миллиардов рублей, что является особенно важным в современных условиях.

Наиболее эффективно однопроводная резонансная система передачи электрической энергии помимо отмеченных выше областей применения может быть использована для электроснабжения удаленных от основных магистральных ЛЭП объектов: фермерских хозяйств, строительных площадок, телекоммуникационного оборудования и др.

В сочетании с технологиями, использующие возобновляемые источники энергии (солнечная энергетика, ветроэнергетика, микроГЭС), однопроводная резонансная система передачи электроэнергии может быть очень полезна и экономически выгодна для регионов России, обладающие необходимым потенциалом в области возобновляемой энергетики.

Предлагаемая технология защищена патентами, прошла комплекс необходимых испытаний, имеет Сертификат соответствия №021-66/1 (рис. 5), защищена российскими патентами и получила поддержку в Министерстве энергетики РФ (исх. № 02-0804 от 6.07.2010).

Резонансная однопроводная система передачи электрической энергии является новой энергосберегающей и ресурсосберегающей технологией, позволяющая значительно снизить экономические затраты при решении задачи передачи электрической энергии на большие расстояния по сравнению с традиционной (трехфазной)системой электропередачи.

Результат повышения энергоэффективности при массовом внедрении

Снижение себестоимости киловатт/часа за счет снижения уровня невосполнимых потерь энергии в проводах

Существующие меры поощрения, принуждения, стимулирования для внедрения предлагаемой технологии (метода) и необходимость их совершенствования

На начальном этапе, как и всякой новой технологии, требуется определенная организационная поддержка.

Представляется целесообразным обеспечить, прежде всего, информационную поддержку в СМИ (газеты, телевидение, Интернет) с наглядной демонстрацией экономических преимуществ предлагаемой технологии по сравнению с традиционной трехфазной системой электроснабжения, особенно для удаленных от основных ЛЭП объектов (фермерских хозяйств, строительных площадок. телекоммуникационного оборудования, деревень и др.)

Наличие технических и других ограничений применения технологии (метода) на различных объектах

Предлагаемая технология является новой и работает на стыке двух наук: электротехника и радиотехника и в силу этого существуют определенные барьеры между научными школами в области электротехники и радиотехники, а также административные барьеры между двумя отраслями экономики, внедряющие результаты НИОКР в области электротехники и радиотехники.

Для снятия этих барьеров необходимо создание под единым организационным началом кооперации ученых и специалистов, работающих в области электротехники и радиотехники. Такая работа уже началась.

В настоящее время отработана технология передачи электроэнергии мощностью до 100 кВт. Передача электроэнергии большей мощности требует применение электронных приборов (транзисторов, тиристоров, диодов и др.) повышенной мощности и надежности. Необходимо проведение дополнительных исследований для решения задачи энергообеспечения объектов, потребляющих электроэнергию мощностью свыше 100 кВт .

Необходимо проведение НИОКР по разработке резонансной однопроводной системы передачи электрической энергии мощностью более 100 кВт с разработкой комплекта конструкторской и технической документации и опытного образца системы для последующего его тиражирования.

Полуволновая передача энергии по однопроводным линиям

Введение

Изначально предпосылками к исследованиям в данной области послужили работы Н. Теслы, в которых он указывает на возможность передачи энергии по одному проводу. Многочисленные публикации на эту тему породило множество толкований и легенд, реальная ситуация выглядит следующим образом – только часть уникальных изобретений Теслы действительно удалось повторить и реализовать на практике, в частности в данной работе.

Возможность применения полуволновых линий электропередач в резонансном режиме в России изучали ещё в первой половине прошлого века [1]. Наиболее подробно рассмотрена эта проблема исследователями СибНИИЭ, которые обнаружили некоторые принципиальные особенности полуволновых передач [2]. Работа заключалась в экспериментальной проверке и уточнении ряда свойств полуволновых линий. Были установлены особенности полуволновых линий электропередач, в частности увеличение пропускной способности линии до 3,5 P_нат (натуральная мощность) при малом возрастании потерь, повышение КПД, квазипостоянство тока в середине полуволновой линии. Данными работами занимались также, Александров Г.Н/ [3], А.А. Зевин [4] и другие.

Теоретический и экспериментальный вклад в развитие полуволнового способа передачи электроэнергии внёс Зильберман С.М. [5], объектом исследований которого являются электропередачи полуволнового типа высокого напряжения, предназначенные для транспорта больших потоков мощности и электроэнергии на расстояния 2000 — 4000 км.

В данной работе предлагается синтезировать предыдущие наработки в области реально существующего полуволнового способа передачи энергии с некоторыми принципиальными особенностями, делающими возможность передачу энергии более эффективном способом на средние расстояния (10 – 300 км).

Описание

Система передачи электроэнергии состоит из трёх основных частей, как показано на рис.1. Передающая часть — четвертьволновый вибратор с заземлённым низкопотенциальным выводом, пространственно-протяжённая часть — проводниковая часть системы длиной l (расстояние между передающей и принимающей частями). принимающая часть — полный аналог передающей части, включённой зеркально, четвертьволновые вибраторы — это трансформатор Тесла [6]. В областях пучностей тока четвертьволновых вибраторов размещены обмотки накачки энергии на передающей стороне и слива её на принимающей стороне.

Рис. 1. Схема полуволновой системы передачи электроэнергии на трансформаторах Тесла: Г, Н – питающий генератор и нагрузка полуволновой системы; L1, L4 – накачивающая и сливная катушки системы передачи; L2, L3 — передающая и принимающая высоковольтные катушки трансформатора Тесла.

Рассмотрим подробнее структуру системы передачи электроэнергии. Высоковольтная обмотка трансформатора Тесла с заземлённым низкопотенциальным выводом выполняет две функции: повышение силы тока в области пучности тока, т.е. на входе, и повышение напряжения в области пучности напряжения, т.е. на выходе. Обмотка представляет собой четвертьволновой отрезок, выполненный в виде спиральной намотки. Два встречно включённых трансформатора Тесла, соединённые высоковольтной линией l, образуют передающую полуволновую систему с заземлёнными с двух сторон низкопотенциальными выводами.

Через питающую первичную обмотку накачки возбудим описанную полуволновую систему на частоте полуволнового резонанса. Между заземлениями возникнет полуволновая стоячая волна с пучностью напряжения в середине системы (т.е. на высоковольтной линии длиной l) и пучностями тока на концах системы, (т.е. в областях накачки и слива энергии). Если обеспечить такое соотношение скоростей распространения электромагнитной энергии вдоль повышающих катушек трансформатора Тесла и вдоль проводниковой части системы, чтобы на трансформаторах уложилось, например, 85% полуволны, то на высоковольтной линии будут укладываться остающиеся 10 %.

См. также: Дельные решения как правильно поставить кровать в комнате

Вдоль всей системы передачи, образованной передающей высоковольтной катушкой, высоковольтной линией и принимающей высоковольтной катушкой (т.е. между заземлёнными низкопотенциальными выводами), естественно, уложится вся половина длины волны (рис. 2) [7]. При этом вдоль высоковольтной передающей линии l напряжение будет оставаться практически одинаковым (из-за слабой зависимости функции синуса от угла в области аргумента, близкого к π/2).

Таким образом, передающая линия окажется в пучности напряжения под практически неизменным его значением вдоль всей длины. Низкопотенциальные части обеих катушек окажутся в областях пучностей тока, в этих же областях размещаются, как указывалось, катушки накачки и слива (низковольтные обмотки трансформаторов Тесла).

Рис. 2. Эпюры напряжений и токов вдоль полуволновой системы передачи электроэнергии: h – длина катушки; l – длина передающей линии. Г, Н – питающий генератор и нагрузка полуволновой системы; L1, L4 – накачивающая и сливная катушки системы передачи; L2, L3 — передающая и принимающая высоковольтные катушки трансформатора Тесла.

Эпюры на рис.2 развёрнуты вдоль электрических углов стоячих волн напряжения и тока.

В результате в полученной системе, области с переменным значением тока сосредоточены в трансформаторах, а область с низким значением тока и высоким значением напряжения размещена на проводниковой части передающей системы (на линии l).

Описанный вариант реализации передающей системы показывает, что возможны способы передачи, принципиально отличающиеся от широко используемых способов и обладающие рядом особенностей и преимуществ.

Особенности и преимущества

1.Существует независимый фазовый сдвиг между напряжениями по концам линии от передаваемой мощности. То есть в полуволновой линии независимо от передаваемой мощности фазовый сдвиг по концам линии всегда составляет 180 0 (напряжения в противофазе).

2.По критерию статической устойчивости полуволновая линия ведёт себя как линии нулевой длины. То есть, в случае работы электростанции на нагрузку через полуволновую линию предельная мощность по критерию статической устойчивости определяется параметрами самой электростанции, как в случае линии нулевой длины.

3.Полуволновая линия по способу изменения потока активной мощности идентична линии постоянного тока. То есть, в полуволновой линии, как и в линии постоянного тока, величина передаваемой мощности может изменяться только за счёт регулирования перепада напряжения по концам линии.

4.Полуволновая линия по реактивной мощности сбалансирована во всех режимах, в то время как в обычных линиях реактивная мощность по их концам равна нулю только в режимах натуральной мощности.

5.Прямопропорциональная зависимость напряжения в середине линии от передаваемой мощности находится в прямом противоречии с поведением напряжении в середине обычных линий, где колебание напряжения составляет всего несколько процентов при изменении передаваемой мощности в широких пределах (от нуля до натуральной и более), причём повышение напряжения происходит при холостом ходе.

6.У полуволновой линии напряжение в середине линии повторяет диапазон изменения передаваемой мощности.

7.При расчёте пропускной способности линий вместо критерия устойчивости руководствуются допустимым уровнем напряжения в средней части линии, то есть по наибольшему рабочему напряжению.

8.Появляется возможность шунтирования полуволновой линии в средней точке. Необычным свойством полуволновой линии по сравнению с традиционными линиями является то, что при шунтировании средней точки полуволной линии, токи по концам линии становятся равными нулю, так как шунтирование средней точки линии эквивалентно отключению линии по концам. Поэтому наличие в средней точке линии шунтирующего выключателя оказывается полезным для проведения коммутаций полуволновых линий в нормальных и аварийных режимах.

9.Полуволновые линии безразличны к качеству электроэнергии на входе, что делает актуальным их использование для буферной передачи электроэнергии от возобновляемых источников энергии в существующую сеть.

10.Существует возможность передачи энергии одному проводу. Механизм передачи не противоречит законам физики, а является прямым следствие вышеперечисленных режимов работы.

Перечисленные особенности полуволнового режима эксплуатации линий электропередач на качественном уровне могут быть объяснены электрическими свойствами стоячих волн напряжения и тока, физические свойства которых и порождают перечисленный выше набор столь необычных качеств.

Резюме

Полуволновые методы передачи энергии по одному проводу обладают следующими практическими преимуществами по сравнению с традиционными способами передачи электроэнергии:

Передача электрической мощности по проводам существенно меньшего диаметра, что делает такой способ уже более экономичным.
Возможность использования однопроводной передачи электрической энергии. Данная возможность позволяет решать ряд специальных задач (космос, питание аэростатов и д.р.).
Линия обладает значительно большей устойчивостью в работе. Такой способ требует меньшего оборудования, поддерживающего стабильность работы, кроме того обслуживание сети упрощается.
Повышенная электробезопасность линии. Возможность создавать режимы, где полностью отсутствует опасность короткого замыкания.
Эффективность и возможность передачи электроэнергии полуволновым способом на средние расстояния, данный способ требует меньших капитальных затрат, более прост в развёртывании.

Количественные оценки экономической эффективности внедрения данной технологии на практике могут быть получены только после проведения дополнительных исследований. По предварительным оценкам данный способ передачи электроэнергии более экономичен и технически целесообразен для специальных задач передачи энергии на средние расстояния (10 — 300 км).

Список литературы

Вульф А.А. Проблема передачи электроэнергии на сверхдальние расстояния по компенсированным линиям. – М.: Госэнергоиздат, 1941.
Соколов Н.И., Соколова Р.Н. Возможности применения полуволновых линий электропередачи повышенной частоты. // Электричество – 1999 — № 2. C. 1-27.
Александров Г.Н., Дардеер М.М. Длинная линия электропередачи между Конго и Египтом с использованием управляемых шунтирующих реакторов. // Электричество – 2008 — № 3. C. 9-17.
Повышение эффективности электросетевого строительства / А.А. Зевин, и др.; под ред. Н.Н. Тиходеева. – Л.: Энергоатомиздат, 1991. – 240 с.
Зильберман С. М. Методические и практические вопросы полуволновой технологии передачи электроэнергии, тема докторской диссертации и автореферата по ВАК 05.14.02.
Пат. США № 593138 от 02.11.1897 г.
Стребков Д.С., Некрасов А.И. Резонансные методы передачи и применения электрической энергии. Изд. 3-е, перераб. и доп.-М.: ВИЭСХ, 2008. – 352 с.
В.З. Трубников, инж., ГНУ ВИЭСХ. Полуволновые линии передачи электроэнергии на резонансных трансформаторах. // Техника в сельском хозяйстве – 2009, №6

30.09.2016 Открыт прием на обучение в ВИЭСХ”>30.09.2016 Открыт прием на обучение в ВИЭСХ Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно – исследовательский институт электрификации сельского хозяйства» (ФГБНУ ВИЭСХ) объявляет прием на обучение по образовательным …

07.09.2016

05.08.2016

03.06.2016