Передача тока по одному проводу: Как передать энергию по одному проводу / Хабр

Передача энергии по воде и однопроводная передача / Хабр

Привет хабр. Сегодня я хочу рассказать о необычном явлении, которое я наблюдал в результате эксперимента. Скажу сразу ничего общего с ИТ и объяснений с научной точки зрения не будет.

А будет «качер», ёмкость с водой, испорченные лампочки и любопытство познать новое! Кому стало интересно – прошу, заходите, будет весело.

Начну издалека, а именно с Николы Тесла. С того самого человека которого до сих пор не могут определить к кому причислять к великим изобретателям или шарлатанам. Говорят, он мог передавать энергию по тонкой вольфрамовой нити, ездил на машине без топлива и творил прочую магию. Я не знаю что в этом правда, а что нет, но это и не важно потому, что речь пойдет о открытии Станислава Авраменко, который ссылался на Теслу поэтому я и вспомнил про этого человека.

С. Авраменко смог передать энергию по одному проводнику и использовать данный эффект для питания активной нагрузки. Он открыл, что если преобразовать электричество в высокочастотные импульсы, то замкнутая цепь больше не нужна и сам проводник служит как направление для энергии, а не как передатчик. Самое интересное в том, что неважно с чего сделан проводник и какое у него сечение, главное направление.

Я смог повторить его эксперименты еще два года назад. Но недавно я решил использовать воду вместо проводника и эксперимент увенчался успехом.

Ниже есть две вырезки из газеты, которые дали толчок для моих исследований в этой среде.

Две вырезки по роботам Станислава Авраменко в HD формате

Думаю, прочитав статьи вы поняли, что не все так было просто. Немного бессонных ночей и я додумал недостающие элементы в схеме автора.

Ну, теперь о самом эксперименте с водой. У меня не было уверенности о работе новой схемы. Мне просто во время написания пары интересных строчек кода захотелось достать установку и попробовать воду как проводник в этой схеме.

Ниже я снял сам эксперимент с водой и с испорченными лампочками. Хотя цифровик упорно отказывался сотрудничать.

В видео ниже мои первые эксперименты с установкой. Там я повторяю эксперименты Авраменка и жарю сало.

Первые эксперименты с установкой и сама схема устройства

Однопроводный ток – реальность, снижающая затраты на передачу энергии в сотни раз! — Энергетика и промышленность России — № 9 (61) сентябрь 2005 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 9 (61) сентябрь 2005 года

Авраменко предположил, что статические заряды каким‑то образом приводятся в движение, и образуется то самое переменное электромагнитное поле, которое и зажигает газ в лампе. Он стал проводить многочисленные эксперименты со статическим электричеством (которое на сегодняшний день практически не используется).

Статический заряд почти невесом, чтобы получить его и переместить в пространстве, тяжелой механической работы производить не надо, мощные и металлоемкие двигатели и генераторы могут оказаться ненужными. Изобретатель старался получить свободный заряд, придать ему направленное перемещение, заставить действовать так же, как и обычный ток в проводах. Для этого он пытался преобразовать обычный ток из электросети в ток смещения свободных статических зарядов (в так называемые реактивные токи). Первичным источником служили обычные звуковые генераторы, используемые в радиотехнике. Из литературы он узнал о трансформаторе Теслы (этот ученый также пытался передавать на расстояние электрическую мощность с помощью реактивных токов) и использовал этот опыт.

Трансформатор Авраменко

Дело пошло. Сначала появились малые токи, 2‑3 Вт, потом – большей мощности. В результате Станиславу Викторовичу удалось сделать то, что до этого не получалось ни у кого: создать систему передачи тока свободных статических зарядов по одному проводу.

На выходе созданного Авраменко трансформатора мы имеем обычный переменный ток, который попал туда из обычной же электросети, только с полной асимметрией выходного напряжения: один конец вторичной обмотки остается под нулевым потенциалом, а вся синусоида подаваемого тока находится на другом ее конце. В трансформаторе Теслы второй конец был заземлен, небольшой потенциал на нем все‑таки был, нулевого добиться ему не удалось. А в трансформаторе Авраменко подсоединяем к «нагруженному» электроду всего один провод и гоним электричество по нему.

В научных журналах (например, «Изобретатель и рационализатор»), заинтригованных уникальным явлением, пытались объяснить природу этого «однопроводного электричества». Рассказывалось и о трансформаторах без сердечников, подобных трансформаторам Теслы, о «вилке Авраменко» – включенных особым образом диодах. С их помощью удавалось накачивать энергией некую емкость, из которой потом получать эту энергию и перемещать ее по незамкнутой цепи, то есть по одному проводу. Причем течет она не внутри этого провода, а как бы вдоль него. По словам самого Авраменко, «поле перемещается вдоль провода как по волноводу». Из теории электричества известно, что токи смещения закону Джоуля – Ленца не подчиняются. Стало быть, сечение этого провода значения не имеет, он может быть тоньше волоса, его задача – лишь указывать направление. Кроме того, провод не нагревается, и потерь энергии почти нет.

В системе Авраменко ток проводимости из сети выпрямляется, преобразуется в реактивный ток нужной частоты, который передается по одному проводнику на любое расстояние, а там вновь преобразуется в обычный ток проводимости, заставляющий гореть лампы, крутиться моторы, работать лазеры и нагревать электроприборы.

Преимущества однопроводного электричества

Полного теоретического объяснения работы однопроводной системы нет и сегодня. Вопросы остаются, светила электротехники ответа на них не находят. И тем не менее возможность передачи энергии по одному проводу Авраменко доказал экспериментально. Это было около десяти лет назад.

За прошедшее с этого момента время Авраменко удалось установить уникальные свойства однопроводной сети.

Прежде всего выявились огромные преимущества однопроводной передачи электроэнергии на расстояние. При передаче ее обычным способом 10‑15% энергии теряется на нагрев проводов (джоулево тепло). Для однопроводной же передачи можно брать настолько тонкий провод, насколько это позволяют соображения прочности, скажем, 2‑4 мм в диаметре. Если в современных цепях плотность передаваемого тока не превышает 6‑7 А/мм2, то по однопроводниковой она достигает 428 А/мм2 при мощности в 10 кВт. Причем провод не нагревается, а джоулевы потери уменьшаются почти в сто раз. Во столько же раз, соответственно, уменьшается расход меди на провода. Мало того, провода могут быть сделаны из обычной стали: ведь их электропроводимость значения не имеет, их задача – указывать направление тока. Что это значит? А это значит – происходит колоссальная экономия на опорах и проводах линий электропередач, а также контактных линий электротранспорта. Их можно сделать значительно менее громоздкими и материалоемкими.

Электрический ток… по трубопроводам

Станислав Викторович стал приглашать на демонстрацию опытов различных специалистов, руководителей Минэнерго, ученых из ФИАН, МИФИ и пр. Ни расчетам, ни своим глазам никто не верил. Первым человеком, поверившим Авраменко, стал директор Всероссийского НИИ электрификации сельского хозяйства (ВНИИЭСХ), академик РАСХН, профессор, д. т. н. Д.С. Стребков. Он первый понял, что все демонстрируемое изобретателем вполне подчиняется законам физики и электротехники.

Дмитрий Семенович пригласил Авраменко к себе в институт, создал там соответствующую лабораторию, выделил оборудование, выбил деньги, и опыты стали производиться на гораздо более серьезной основе. Если раньше у Авраменко была лишь небольшая десятиваттная установка, то во ВНИИЭСХе изготовили опытную установку мощностью в 100 Вт, позволившую провести ряд важных экспериментов.

Например, было доказано, что однопроводное электричество можно передавать не только по медному проводу. Как происходит такой эксперимент? Выходящий из трансформатора Авраменко и батареи конденсаторов, где генерируются мощные статические заряды, стальной провод ныряет в лоток с водой, за которым идет графитовая нить, затем в лоток с грунтом (лотки, разумеется, изолированы). В линии специально устроены разрывы, в них возникают дуговые разряды между проводом и водой, землей, графитом. По проводу ползает однопроводная троллея (макет троллейбусной, например), отбирающая энергию для находящихся тут же потребителей. В конце линии подключена лампочка. Ток проходит по всем этим проводникам и зажигает ее.

Что этот опыт доказывает? А то, что можно постоянно и без больши

Однопроводной ток. Часть 1

Сегодня мы с вами поговорим о таком явлении, как однопроводной ток. Так, выдохнули, я не сошёл с ума. Это реально, хотя и мой мозг сопротивляется против этой идеи. Возможность передачи тока по одному проводу была придумана более тридцати лет назад. Но все равно, я прям чувствую, как вы отчаянно не хотите в это верить. Ведь нас всех с детства учили, что для возникновения движения потока электронов обязательно нужны два провода — плюс и минус, фаза и ноль, если хотите. Ведь все приборы рассчитаны на вилку с двумя проводами, или даже с тремя. Получается, что теперь нужно все переделывать? На самом деле нет. На данный момент открыта только возможность передачи тока по одному проводу, о работе приборов от такого тока пока не может быть и речи. Сегодня постараюсь удивить вас этой, очень интересной темой, не переходя к сложным законам физики. Кстати, над однопроходным током работал никто иной, как Никола Тесла, но не смог добиться столь выдающихся результатов, как один русский учёный. Ну, давайте начинать.

Однажды, совсем молодой учёный, только что закончивший техническое высшее учебное заведение, пришёл домой. На столе стояла настольная люминесцентная лампа. Подойдя к ней совершенно уставший, снял с себя полностью синтетическую майку и случайно провёл ей около люминесцентной лампы. И что вы думаете произошло? Да ничего не произошло, кроме того, что лампа загорелась. Не чудо ли? Загорелась люминесцентная лампа, не подключённая к сети питания. А ведь мы с вами знаем, что для работы люминесцентной лампы нужны катод, анод и напряжение. Но как выяснилось это не так. В таком же смешении, как и мы сейчас учёный схватил расческу, натер её синтетикой и провёл около лампы. И что вы думаете? Она снова загорелась. Я честно говоря не пробовал, но у вас есть шанс это проверить. Молодого ученого звали С.В. Авраменко. И его проект — без тени сомнения абсолютная революция.

Давайте вспоминать принцип работы люминесцентной лампы. Есть катод и анод, которые под действием переменного тока создают электромагнитное поле, очень высокой частоты. Так вот, Авраменко предположил, что на расчёске каким-то образом из статических зарядов образуется именно такое поле. И это, только что генерированное на расчёске поле зажигает лампу. Причём со временем это поле начнёт зажигать не только люминесцентные, но и обычные лампы Ильича, а это вообще уму не постижимо. Но об этом чуть позже, вернёмся к экспериментам.

Помните из физики что такое статические заряды? Из таких статических зарядов, состоит статическое электричество. А это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и ослаблением свободных электрических зарядов. Возникают такие эффекты, в теле и на поверхности диэлектриков. Так же часто возникают вокруг изолированных проводников. Статичный заряд практически невесом и не требует много энергии, чтобы его передавать на большие расстояния. К тому же такой заряд не передаётся в теле проводника, а значит нет потерь энергии на нагрев проводника. Получается, что, если научиться передавать такие заряды, большинство двигателей и генераторов станут попусту не нужными.

Но тут появляется сразу одна, но очень большая проблема — как заставить ток двигаться? Эту проблему до сих пор решает и Станислав Викторович Авраменко.

Но мы начнём говорить о его успехах по порядку. Сначала нужно было получить статический заряд, потом нужно было придать ему направленное движение, а это не просто. Плюс к фактам из прошлого предложения, нужно было сделать так, чтобы заряд имел все свойства обычного электричества. Что бы создать такой ток, изобретатель старался из обычной электрической сети получить ток смещения свободных зарядов. Такие токи по-другому называются реактивными. Помните, в радиотехнике используются звуковые генераторы? Вот именно с помощью таких генераторов Авраменко по началу и пытался создать токи смещения. Немного позже, в руки к Станиславу Викторовичу в руки попала книга о Николе Тесла, откуда он узнал о трансформаторе Тесла. Трансформатор Тесла представлял собой самый обычный прибор такого типа, но один конец обмотки находился под напряжением, а второй был заземлён. Заземлённая сторона имела не большой потенциал. А все трансформируемые токи смещались в сторону напряженного проводника. Это ещё больше вдохновило изобретателя на работу.

И тут прогресс не заставил себя долго ждать. Изобретатель начал с совсем маленьких мощностей, не превышающих пяти ватт. Потом изобретатель стал увеличивать мощность, и в результате он совершил прорыв. До Авраменко этого не удавалось абсолютно никому — он смог передать нагрузку по одному проводу. Он создал целую систему передачи электричества по одному проводу. Для этого Станислав Викторович создал специальный трансформатор. Он был очень похож на трансформатор Николы Тесла, но в отличии от него, Авраменко удалось достичь нулевого потенциала на другом конце обмотки. То есть, обмотка трансформатора была с одной стороны подключена к нагрузке, а с другой стороны полностью заземлена. Николе Тесла сделать этого не удалось. Все мы помним законы Джоуля — Ленца, которые описывают тепловое действие электрического тока. Ели быть совсем точным, этот закон описывает способность тока нагревать проводник при движении по нему. Так вот, вы сильно удивитесь, когда узнаете, что токи смещения совершенно никак не подвержены законам Джоуля — Ленца. Многие современные научные журналы пытаются описать природу однопроводного тока. Некоторые из них пишут о трансформаторах без сердечников, о том, что при помощи диодов, ток компенсируется в некой емкости, и так далее. Ничего общего с действительностью эти статьи не имеют. Дальше самое интересное. Сам Станислав Викторович Авраменко описывает процесс передачи тока, как движение его вдоль проводника, а не внутри него. Так же системе передачи тока, которую придумал Авраменко не обязательно использовать толстый проводник, так как он не испытывает практически никакой тепловой нагрузки. В системе ученого сетевой ток выпрямляется, преобразуется в реактивный ток. Потом этот ток передается по одному единственному проводу на огромное расстояние, а на финише снова трансформируется в ток проводимости, именно тот, что включает телевизоры и люстры в вашем доме.

На сегодня у нас всё, ждем вас в следующий раз для продолжения увлекательного рассказа про однопроводной ток. В следующий раз мы поговорим о том, какие плюсы и минусы несет в себе такой метод передачи тока. А что самое главное, мы узнаем, когда стоит ждать применения такого тока в быту.

дорога в никуда или будущее энергетики? / Статьи и обзоры / Элек.ру

Передача электроэнергии в удаленные населенные пункты с небольшим числом жителей требует экономичных решений. Одним из вариантов является применение однопроводных линий. Обратной стороной снижения затрат при строительстве являются значительные ограничения по передаваемой мощности и вариантам размещения системы. Поэтому около 30 лет тому назад однопроводные линии сочли бесперспективным направлением, но сейчас к ним снова возрождается интерес. Считается, что современные технологии позволяют вывести однопроводные ЛЭП на новый технический уровень, когда они смогут конкурировать с двух- и трехпроводными аналогами не только по стоимости строительства, но и по эффективности. Разберемся, так ли это на самом деле и какие есть реальные перспективы для подобных решений.

В последнее время вокруг фигуры Николы Тесла возник ореол таинственности. Говорят, что этот ученый сделал некое изобретении, которое позволяло обеспечить человечество бесплатной электроэнергией. Тесла якобы научился черпать энергию из ничего, что не понравилось нефтяным магнатам. Правда, никаких публикаций о подобных системах не осталось, что, кстати, дополнительно подогревает интерес любителей «теории заговоров» — значит, «мировая закулиса» уничтожила все документальные свидетельства великого изобретения.

Но вполне возможно, что полумифическое изобретение, вокруг которого подняли шумиху, существует в реальности и даже практически реализовано, просто принцип его действия несколько иной, чем они его описывают. Действительно, Тесла нашел способ, как значительно удешевить строительство ЛЭП и на порядок снизить потери в них. В итоге человечество могло получить, хотя и не бесплатную, но очень дешевую электроэнергию. Изобретение было запатентовано в 1900 году, но практическая реализация оказалось отложена более чем на век. И причина заключается не в злокознях нефтяных баронов, а просто потому, что долгое время уровень развития технологий не позволял его реализовать.

Система, предложенная Николой Тесла, работает следующим образом (рис. 1). На передающей и приемной сторонах стоят трансформаторы Тесла. Они соединены между собой однопроводной линией электропередачи, которая, как и любой отрезок провода, имеет некую собственную резонансную частоту. Оба трансформатора настроены на эту частоту.

Благодаря резонансу электроэнергия передается не током в сердцевине провода, а электромагнитными волнами, распространяющимися вдоль его поверхности. Таким образом, резко снижаются потери электроэнергии. Кроме этого, можно сэкономить на проводе — он может быть значительно тоньше, чем в традиционных ЛЭП и выполнен из дешевого сплава со сравнительно невысокой проводимостью. И, конечно, значительная экономия получается благодаря тому, что проводов не два, а один.

Основная проблема в реализации такого принципа заключается в том, что собственная частота резонанса линии постоянно меняется. Изменилась температура окружающей среды — изменилась длина провода, нужно менять частоту, на которой передается электроэнергия. И есть множество других факторов, которые требуют постоянно подстраивать рабочую частоту системы. В начале XX века это было невозможно сделать, поэтому дальше лабораторных опытов дело не пошло.

Но от идеи использовать один провод вместо двух инженеры не отказались, реализовав ее на доступном тогда технологическом уровне.

Система SWER

В простейшем варианте однопроводные линии электропередач работают на тех же принципах, что и двухпроводные, но в качестве одного из проводов используется земля. Называется такая система SWER (Single Wire Earth Return — однопроводная с землей в качестве обратного провода).

Схема передачи электроэнергии по системе SWER показана на рис. 2. Используется заземление с сопротивлением 5-10 Ом. Поскольку сопротивление нашей планеты составляет менее 1 Ом, характеристики системы будут определяться главным образом сопротивлением заземления. Сила тока в заземлении не должна превышать 8 А, что ограничивает передаваемую мощность. Напряжение между проводом или землей составляет 12,7 или 19,1 кВ. Провод, по которому осуществляется передача энергии — стальной оцинкованный диаметром 3,26 мм, в последнее время вместо оцинкованных используют стальные провода, покрытые тонким слоем алюминия.

Объекты альтернативной энергетики, такие, как массивы солнечных батарей или ветряки, обычно располагаются вдали от крупных городов, зачастую в труднодоступных местах. Для доставки электроэнергии от них к потребителю разработана система SWER нового поколения, работающая на постоянном токе. Проблемы с безопасностью решаются с помощью усовершенствованных защитных устройств.

Основной проблемой для системы SWER является обеспечение безопасности. Система рассчитывается таким образом, чтобы шаговое напряжение в почве не превышало 20 В/м. То есть шаговое напряжение не опасно для человека. Хотя некоторые экологи считают, что протекание электрического тока через землю негативно сказывается на природе. К тому же, SWER нельзя использовать в крупных агломерациях, так как там она будет вызывать электрическую коррозию объектов городской инфраструктуры вблизи питающих подстанций. Поэтому SWER используется только для электрификации удаленных населенных пунктов.

В случае, если провод упал на землю или на дерево, но при этом сила тока оказалась в допустимых пределах, соответствующих нормальной нагрузке, это обстоятельство не может быть сразу определено на передающей стороне без получения информации, что к потребителю энергия не поступает. Соответственно, нет возможности сразу отключить подачу электроэнергии в подобных аварийных ситуациях. Это уже приводило к возникновению лесных пожаров.

Впервые система SWER была использована еще в 1925 году при строительстве ЛЭП в Новой Зеландии. С тех пор SWER получила большое распространение в этой стране, а также в соседней Австралии. Причина того, что именно в этих странах SWER завоевала популярность, связана с низкой плотностью населения там. В Австралии есть дополнительное преимущество для данной системы — значительная часть территории страны покрыта пустынями, где система SWER не создает практически никаких проблем. По данным на 2008 г., в Австралии эксплуатировалось более 150 тыс. км. линий SWER.

Помимо Австралии и Новой Зеландии, система SWER использовалась в Бразилии, Канаде, а также в ряде африканских стран. Существует опытная ЛЭП и в США на Аляске. Также системы, аналогичные SWER, используются на некоторых подводных ЛЭП, обратным проводом в них является морская вода. Как правило, подводные однопроводные системы работают на постоянном токе.

Следует отметить, что в большинстве стран мира национальные нормы требуют использования металлического обратного провода, но в ряде случаев эксплуатация систем SWER, тем не менее, допускается на основе разрешения, выданного в индивидуальном порядке. В СССР и в современной России SWER и аналогичные ей системы никогда не использовались, даже не рассматривалась официально возможность строительства таких ЛЭП. Для нашей страны с большими лесными массивами и множеством факторов, способствующим обрыву проводов ЛЭП, имеющиеся в системе SWER проблемы с безопасностью оказываются совершенно неприемлемыми.

За рубежом интерес к развитию системы SWER к середине 80-х годов постепенно угас, но в конце 2000-х годов возродился вновь. В условиях глобального экономического кризиса инвесторы обратили свои взоры на Африку, так как экономики многих стран этого континента демонстрируют впечатляющий рост. Но именно там существуют проблемы с энергоснабжением. Система SWER способна решить их с небольшими затратами, при этом условия на континенте (малая плотность населения, значительную часть площади занимают пустыни) оптимальны для данной системы.

Резонансные системы передачи

В СССР вместо SWER разрабатывали систему однопроводной системы передачи электроэнергии, основанной на принципе, открытом Николой Тесла. Работы по изучению работы ЛЭП в резонансном режиме были начаты в 1956 году в Сибирском НИИ энергетики (Сиб-НИИЭ) под руководством профессора В.К.Щербакова. В 80-е годы разработки по однопроводным линиям велись во Всесоюзном энергетическом институте (ВИЭ), позже это проблематикой занялись во Всероссийском НИИ электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ).

Большой вклад в развитие однопроводных резонансных систем электропередачи внес российский ученый С. В. Авраменко. Наряду с созданием резонансных систем, эффективность которых подтверждена официальной наукой, ему принадлежит идея так называемой «вилки Авраменко» — однопроводной системы передачи, не требующей заземления и традиционных резонансных контуров с катушками. Тема «вилки Авраменко» широко обсуждается на интернет- форумах, приводятся данные о многочисленных опытах, подтверждающих работоспособность данной конструкции. Внимательное изучение фотографий показывает, что многие любительские опыты дают сомнительные результаты из-за явного присутствия в них обратного провода в виде емкостной связи, хотя были и опыты, проводившиеся квалифицированными специалистами по всем правилам. Официальная наука пока не создала теорию, объясняющую работу «вилки Авраменко».

По сравнению со SWER, однопроводная резонансная линия более безопасна. При обрыве или же замыкании на землю провода меняется частота собственного резонанса линии. Это может быть обнаружено автоматикой на передающей стороне и подача электроэнергии будет сразу же отключена. Не говоря уж о том, что из-за изменения частоты резонанса напряжение в линии само по себе резко уменьшается. По этой же причине однопроводные резонансные линии надежно защищены от несанкционированного отбора электроэнергии. Данные о воздействии электрической коррозии от резонансных однопроводных систем на городскую инфраструктуру пока отсутствуют из-за малочисленности опытов.

Современная реализация идей Теслы предусматривает подстройку рабочей частоты системы и резонансной частоты трансформаторов с помощью компьютеров. Это приводит к значительному увеличению стоимости оборудования, что является недостатком системы. Поэтому применять однопроводные резонансные системы стоит главным образом как часть интеллектуальных систем электропитания с распределенным управлением, что позволяет использовать одно и то же компьютерное оборудование как для управления сетью, так и для подстройки частоты.

В резонансных однопроводных линиях передача энергии осуществляется на частотах от 1,5 кГц до 20 кГц. Это значительно выше, чем частота переменного тока в обычных линиях (50 Гц), к тому же, частота может меняться в широких пределах. При передаче больших мощностей по воздушным ЛЭП возникает проблема электромагнитной совместимости с электронными устройствами, находящимися поблизости, не решенная до сих пор.

Тем не менее, однопроводные резонансные системы уже сейчас могут найти применение для питания устройств с небольшой потребляемой мощностью (порядка единиц ватт). Речь идет о камерах видеонаблюдения и публичных точках доступа Wi-Fi, установленных в парках, а также других открытых пространствах. Эти устройства соединяются друг с другом самонесущим волоконно-оптическим кабелем, имеющим внутри прочный стальной трос. По этому тросу можно организовать однопроводную передачу электроэнергии.

В 2013 году в подмосковном городе Дубна была введена в эксплуатацию непрерывная зона доступа Wi-Fi вдоль набережной Волги длиной 1250 м. Точки доступа Wi-Fi питаются в ней через стальной трос оптического кабеля описанным выше способом. Оборудование создано ООО «Мезон» — резидентом технопарка при местном университете. По оценкам разработчиков, их система позволяет на 40% сократить капитальные затраты на строительство линии электропередачи.

Дальнейшее развитие однопроводных резонансных систем будет, очевидно, связано с внедрением технологии для создания подземных кабельных линий. При этом автоматически решается проблема электромагнитной совместимости, да и частота собственного резонанса линии, находящейся под землей, более стабильна, что упрощает систему регулировки частоты.

В ВИЭСХ уже создана опытная подземная однопроводная линия длиной 1,2 км, способная передавать электроэнергию мощностью до 20 кВт. Есть и разработки, позволяющие передавать до 100 кВт. Основная проблема, которую предстоит решить для широкого распространения подземных однопроводных линий — создание недорогой изоляции с минимальными потерями электромагнитных волн, распространяющихся вдоль провода. Возможным выходом станут так называемые газоизолированные ЛЭП, в которых изоляцией является специальный газ, закачанный под давлением в оболочку провода. Тем не менее, о полной замене традиционных систем передачи электроэнергии на однопроводные резонансные в обозримом будущем говорить не приходится. Но для специализированных применений, как, например, упоминавшаяся система электропитания точек доступа Wi-Fi, однопроводные системы уже сейчас могут использоваться, давая значительную экономию.

Алексей ВАСИЛЬЕВ
Статья опубликована в журнале «Электротехнический рынок» №4 (64) июль-август 2015

Заменят ли кабели Ethernet обычную электропроводку? / Статьи и обзоры / Элек.ру

Когда-то интерфейс USB создавался только для передачи данных. Теперь же мы его активно используем для зарядки смартфонов и других мобильных устройств. Выпускаются вентиляторы, холодильники и даже приспособления для разогрева кофе, подключающиеся к USB только для получения электроэнергии. Примерно такой же путь проделал позже интерфейс Ethernet, который изначально объединял компьютеры в локальные сети и использовался для доступа в Интернет. Уже сейчас в продвинутых офисах подключают светильники к компьютерной сети, по кабелям которой приборы получают не только управляющие сигналы, но и питание. А вслед за светильниками могут обзавестись функцией питания по Ethernet кассовые аппараты в магазинах и даже станки на производстве.

Проводную связь, несмотря на бурное развитие беспроводных технологий, до сих пор нельзя заменить во многих применениях. Мало того, сейчас спрос на решения по проводной передаче данных даже возрос в связи с пандемией коронавируса. В больницах и на фармацевтических предприятиях применение беспроводных средств связи ограничивается, т. к. электромагнитное излучение создает помехи высокочувствительным датчикам. Но ко многим электротехническим устройствам и так подходят провода электропитания. Если совместить в едином кабеле передачу данных и питание, то проблемы, связанные с наличием отдельного кабеля связи, исчезнут.

Для передачи информации можно использовать жилы силового кабеля. Эта технология, получившая название PLC, активно развивалась в начале 2000-х годов. Но у нее есть как минимум два недостатка. Во-первых, на большинстве линий электропитания скорость передачи данных в полнодуплексном режиме не превышает 80 Мбит/с, по современным меркам это очень мало. Во-вторых, топология электросети определяется в первую очередь нуждами электриков, то есть никто не гарантирует вам, например, устойчивую связь даже с соседним подъездом вашего дома. В итоге PLC-решения используются сейчас в основном для снятия показаний с «умных» счетчиков электроэнергии, а также подачи управляющих сигна-лов оборудованию электрических сетей.

В офисах и на промышленных предприятиях, а в последнее время — и в жилом секторе все более широкое распространение получает технология PoE (Power over Ethernet — англ. «электропитание через Ethernet»). В современном варианте эта технология позволяет получить передачу по одному кабелю информации на скорости до 100 Гбит/с и электропитания мощностью до 90 Вт.

Казалось бы, идеальным вариантом совмещения двух функций в одном кабеле являются оптоволокно для передачи данных и медные жилы для электропитания. Такой подход используется на магистральных линиях. Но для соединения электрического прибора с розеткой, особенно когда прибор допускается перемещать по комнате, наличие оптоволокна в кабеле становится проблемой. Оптоволокно хрупкое и имеет ограниченный радиус изгиба, поэтому кабелем электропитания с ним пользоваться неудобно.

Идея, лежащая в основе PoE, успешно применяется связистами еще с начала XX века. Автоматическая коммутация абонентов подразумевала подачу на проводной телефон постоянного напряжения питания в ждущем режиме. В качестве компромисса между электрической безопасностью и возможностью использования телефона на большом расстоянии от АТС в США в качестве стандарта для питания аппарата от линии связи выбрали напряжение 48 В постоянного тока. Другим преимуществом именно такого значения напряжения в линии стала возможность резервного питания системы связи напрямую от четырех стандартных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей по 12 В каждая, включенных последовательно (инверторов в те годы еще не существовало).

Подобно тому, как проводной телефон питается по линии связи, можно организовать питание некоторых устройств, подключенных к Ethernet. Была и разработана технология питания таких приборов по имеющимся в кабеле жилам. Например, многие камеры видеонаблюдения, работающие по протоколу IP, получают питание по технологии PoE. Напряжение питания 48 В позаимствовали из телефонии.

Компания Applied Motion (США) выпустила сервопривод TSM14POE StepSERVO, получающий питание по технологии PoE. Этот двигатель предназначен для использования в промышленных роботах и полностью автоматизированных станках. Через Ethernet-кабель передаются как электропитание, так и команды управления. Потребляемая мощность составляет 25,5 Вт.

Типы кабелей Ethernet

Современные сети Ethernet базируются на кабелях типа «витая пара». Провода изготавливают из меди, также для экономии средств применяются алюминиевые провода, покрытые тонким слоем меди. В процессе развития менялись типы кабелей, которые делят на категории от Cat.1 до Cat.8. Чем больше номер категории, чем она современнее. Для создания сетей Ethernet сейчас используются кабели категории Cat.5e и выше. Категории Cat.1—Cat.5 являются устаревшими и в новых сетях уже не применяются.

Начиная с Cat.5, стандартный кабель Ethernet имеет в своем составе четыре пары, т. е. в общей сложности 8 проводов. Для Cat.5, Cat.5e и Cat.6 в порядке исключения допускается использование более дешевых кабелей с двумя парами, но такое упрощение приводит к снижению скорости передачи.

Кабель Ethernet с четырьмя парами проводов

Кабели Ethernet на концах имеют разъемы типа 8P8С, иногда ошибочно называемые RJ-45 (из-за внешнего сходства с телефонными разъемами). Этот тип разъемов является восьмиконтактным, для кабелей с двумя парами используется только половина контактов.

Принцип работы PoE

Для обеспечения одновременной передачи информации и электроэнергии по одним и тем же проводам технология PoE использует принцип фантомной цепи. Этот принцип заключается в следующем. Напряжение питания подается на нагрузку как разность потенциалов не между отдельными проводами, а между парами проводов. В результате витая пара проводов по постоянному току образует так называемый фантомный провод. Для развязки цепей по постоянному и переменному токам применяются балансные трансформаторы.
Принцип фантомной цепи позволяет не только совместить две функции, но и уменьшить потери электроэнергии при передаче по кабелю, так как ток в каждом из направлений параллельно идет по двум проводам. В зависимости от типа системы (см. далее) для питания могут быть задействованы 2 или 4 пары проводов.

Оборудование, используемое для PoE, делится на следующие группы:

• Конечные источники питания. К ним относится оборудование компьютерной сети со встроенной поддержкой PoE (свитчи, коммутаторы, маршрутизаторы).
• Промежуточные источники питания. К ним относятся инжекторы и блоки питания на 48 В. Данные устройства позволяют обеспечить питание потребителей, подключенных к сетевому оборудованию, не поддерживающему PoE.
• Сплиттеры. Эти устройства позволяют питать через PoE сетевое оборудование, не поддерживающее данную технологию, но тем не менее рассчитанное напряжение питания 48 В постоянного тока.
• Потребители. Устройства, питание которых осуществляется по технологии PoE.

В стандартных системах PoE конечные и промежуточные источники питания при включении опрашивают нагрузку, определяя ее состояние, а также тип (см. далее). В случае, если нагрузка отсутствует или же в течение длительного времени ток в нагрузке превышает максимально допустимое значение для данного типа оборудования, питание автоматически отключается. Тем самым предотвращаются нештатные ситуации, способные привести к выходу оборудования из строя.

Пример сплиттера PoE

Типы систем и стандарты

Технология PoE в США и большинстве других стран мира регулируется семейством стандартов IEEE 802.3. В результате последовательного принятия трех стандартов образовалось четыре типа систем передачи электроэнергии через Ethernet. Их параметры приведены в таблице. Все стандарты подразумевают использование кабеля категории не менее Cat 5e, передача электроэнергии возможна на расстояние до 100 м.

Типы систем PoE

Type 1 может питать только точки доступа, коммутаторы и простейшие видеокамеры, размещаемые внутри помещения. Для более энергоемкого оборудования его возможностей не хватает. В настоящее время данный тип считается устаревшим.

Возможностей Type 2 достаточно для питания офисных светодиодных светильников для потолков типа «Армстронг». Вот почему стандарт IEEE 802.3at получил распространение в системах «умного света», в том числе и для биодинамического освещения. «Умные» светильники, питающиеся по технологии PoE, выпускают такие известные фирмы, как Signify, Eaton, Esylux и многие другие. Type 1 и Type 2 можно реализовать и на недорогих кабелях с двумя парами проводов, что особенно важно для систем «умного света», не требующих высокой скорости передачи данных.

Принципиальная схема организации фантомных цепей Type 2. Источник: Analog Devices

В 2019 г. был принят стандарт IEEE 802.3bt, который недавно в полном объеме вступил в силу. До принятия этого стандарта использование для электропитания всех четырех пар в Ethernet-кабеле было запрещено (хотя некоторые производители этот запрет игнорировали, выпуская нестандартное оборудование). Type 3 позволяет питать нагрузку мощностью до 60 Вт, а Type 4 — мощностью до 90 Вт.

Согласно ПУЭ-7, для внутренних цепей электрического прибора неопасным является напряжение 120 В постоянного тока. Соответственно, устройства, питающиеся по технологии PoE, если в них нет систем, повышающих напряжение, относятся к III классу защиты от поражения электрическим током (низкое напряжение питания). То есть в обычных условиях эксплуатации им не нужны ни заземление, ни двойная изоляция. В то же время для влажных помещений (что может встречаться на производстве и в медицинских учреждениях) напряжение питания 48 В потенциально опасно, и нужно принимать дополнительные меры защиты.

Применение нового стандарта

Оборудование PoE, соответствующее стандарту IEEE 802.3bt, позволяет питать через Ethernet уже довольно серьезное оборудование, в том числе электроприводы станков и насосы. Первый в мире электродвигатель с питанием через PoE, выпущенный компанией Applied Motions, относится еще к Type 3. Но создатели инновационного мотора намерены выпустить более мощный его вариант, относящийся к Type 3 или Type 4. Питание через PoE промышленного оборудования, которое теперь практически все имеет «интеллектуальные» функции, позволит значительно сократить количество кабелей в заводских цехах.

PoE широко применяется для офисного светодиодного освещения

Через системы, относящиеся к Type 3 и Type 4, можно питать установленные на улице камеры видеонаблюдения (в том числе с разрешением 4K), оснащенные подогревом и мощной инфракрасной подсветкой.

Наконец, Type 3 и Type 4 позволяют питать через PoE не только офисные, но также и мощные светодиодные светильники, установленные в заводских цехах.

Особенно перспективна технология PoE для питания базовых станций мобильной связи. Новый стандарт мобильной связи 5G подразумевает наличие большего количества базовых станций на единицу площади по сравнению с 4G. При этом антенны 5G имеют иную диаграмму направленности, чем у стандарта 4G, так что имеющиеся вышки мобильной связи для них не подходят.

Чтобы не запутаться в кабелях, Международный союз электросвязи (ITU) официально рекомендовал для питания базовых станций 5G использовать технологию PoE.

Выводы

Питать от Ethernet электрочайники или стиральные машины в обозримом будущем нам вряд ли придется. Максимальная нагрузка, которую могут выдержать выпускаемые сейчас кабели Ethernet, составляет 100 Вт. С появлением Type 4 эти возможности были практически полностью использованы. Разве что когда-либо появятся новые категории кабелей, для которых будет предусмотрена более высокая передаваемая мощность.

Технология PoE однозначно вне конкуренции для систем «умного света» в офисах и на производстве. «Умные» станки и насосы мощностью до 90 Вт также предпочтительно питать с применением данной технологии. Индустрия гостеприимства оценит возможность скрытно разместить точку доступа Wi-Fi в гостинице или ресторане, без розеток и проводов питания. Также красиво можно разместить кассовый аппарат на стойке ресепшена. В жилом секторе PoE можно использовать в системах безопасности: камеры видеонаблюдения, домофоны и т. п.

Тем не менее посмотрите вокруг — всевозможных «электронных помощников» с потребляемой мощностью менее 100 Вт становится все больше и больше. Использовать для их питания напряжение 48 В постоянного тока экономически выгодно, т. к. значительно упрощается конструкция приборов. PoE в этом случае дает готовую инфраструктуру и стандартизированный интерфейс.

Источник: Алексей Васильев, журнал «Электротехнический рынок»

ОДНОПРОВОДНЫЙ ТОК ВСЕ ЖЕ ПОТЕК

Вторая встреча

Идея эта у Станислава Викторовича появилась более четверти века тому назад совершенно случайно. Он, тогда еще молодой специалист, учился на вечерних курсах повышения квалификации, приходил домой поздно и потихоньку раздевался в темноте, дабы не разбудить жену и маленького ребенка (жили в одной комнате коммуналки). И вот однажды он снял с себя тогда весьма модную нейлоновую майку, трещавшую от разрядов статического электричества, и случайно махнул ею около выключенной настольной люминЕсцентной лампы. И, о чудо, лампа загорелась! Мог ли пройти мимо такого непонятного явления склонный к изобретательству выпускник ленинградского электротехнического института? Какой там сон! Взял пластмассовую расческу, натер ее и стал махать возле лампы, пока не разбудил всех домашних. Лампа опять загорелась. А ведь в институте учили другому: нужно либо подвести к лампе два конца, анод и катод, либо поместить газоразрядную лампу в переменное электромагнитное поле достаточно высокой частоты. А тут какая частота: махнул пару раз, и все. Авраменко предположил, что здесь происходит вот что: статические заряды каким-то образом приводятся в движение, и образуется то самое переменное электромагнитное поле, которое и зажигает газ в лампе. Этому никто не учил.

Станислав Викторович стал проводить многочисленные эксперименты со статическим электричеством, которое сегодня фактически не используется. Он рассуждал так. Статический заряд практически невесом, чтобы получить его и переместить в пространстве, тяжелой механической работы производить не надо, мощные и металлоемкие двигатели и генераторы могут оказаться ненужными… Авраменко старался получить свободный заряд, придать ему направленное перемещение, заставить действовать так же, как и обычный ток в проводах. Для этого он пытался преобразовать обычный ток из электросети в ток смещения свободных статических зарядов (так называемые реактивные токи). Первичным источником служили обычные звуковые генераторы, используемые в радиотехнике. Из литературы он узнал о трансформаторе Теслы, который также пытался передавать на расстояние электрическую мощность с помощью реактивных токов, использовал и его опыт. Наматывал различные входные и выходные катушки, были и другие ухищрения (ноу-хау), и дело пошло. Сначала появились малые токи, 2—3 Вт, потом больше, больше… В результате этих опытов Станиславу Викторовичу удалось сделать то, что пока не получалось ни у кого: создать систему передачи тока свободных статических зарядов по одному проводу. Дело в том, что на выходе из созданного Авраменко трансформатора мы имеем обычный переменный ток, который попал туда из обычной же электросети, только с полной асимметрией выходного напряжения: один конец вторичной обмотки остается под нулевым потенциалом, а вся синусоида подаваемого тока находится на другом ее конце (кстати, у трансформатора Теслы второй конец был заземлен, на нем небольшой потенциал все-таки был, нулевого добиться ему не удалось). А в трансформаторе Авраменко подсоединяем к «нагруженному» электроду всего один провод, ничего не заземляем и гоним электричество по нему. Об этом мы уже писали (ИР, 5, 6, 92). Так же подробно, со схемами и формулами, старались объяснить природу этого «однопроводного электричества» (ИР, 10, 94). Там рассказывалось и о трансформаторах без сердечников, подобным трансформаторам Тесла, да не совсем (ноу-хау), о «вилке Авраменко» — включенных особым образом диодах. С их помощью удавалось накачивать энергией некую емкость, из которой потом получать эту энегрию и перемещать ее по незамкнутой цепи, то есть по одному проводу. Причем течет она не внутри этого провода, а как бы вдоль него, как говорит Авраменко, поле перемещается вдоль провода как по волноводу. Из теории электричества известно, что токи смещения закону Джоуля-Ленца не подчиняются. Стало быть, сечение этого провода значения не имеет, он может быть тоньше волоса, его задача — подобно нити Ариадны только указывать направление. Провод не нагревается и потерь почти нет. В системе Авраменко ток проводимости из сети выпрямляется, преобразуется в реактивный ток нужной частоты, который передается по одному проводнику на любое расстояние, а там вновь преобразуется в обычный ток проводимости, заставляющий гореть лампы, крутиться моторы, работать лазеры и нагреваться утюги.

Полного теоретического объяснения работы однопроводной системы нет и сегодня. Вопросы остаются, ответа на них не находят самые что ни на есть светила электротехники. ИР не стал дожидаться теоретических обоснований, и поскольку возможность передачи энергии по одному проводу Авраменко доказал экспериментально, он стал лауреатом нашего конкурса «Техника — колесница прогресса» (ИР, 1, 95). С тех пор прошло почти 10 лет, и в судьбе этого удивительного изобретения многое изменилось, о чем мы и расскажем.

Прежде всего, выявились огромные преимущества однопроводной передачи электроэнергии на расстояние. При передаче ее обычным способом теряется 10—15% энергии на нагрев проводов (джоулево тепло). Для однопроводной же передачи можно брать настолько тонкий провод, насколько это позволяют соображения прочности, скажем 2—4 мм в диаметре. Если в современных цепях плотность передаваемого тока не превышает 6—7 А/мм2, то по однопроводниковой уже передавали 428 А/мм2 при мощности в 10 кВт. Провод не нагревается, джоулевы потери уменьшаются почти в сто раз. Во столько же раз уменьшается расход меди на эти тоненькие провода. Мало того, они могут быть и из обычной стали — электропроводимость их значения не имеет, ведь, повторяю, в однопроводной системе они лишь указывают направление. Колоссальная экономия на опорах линии электропередачи, а также контактных линий электротранспорта, которые можно делать значительно менее громоздкими и материалоемкими, чем сегодня, поскольку они несут куда более легкие провода.

Станислав Викторович стал приглашать на демонстрацию своих опытов различных специалистов, тогдашних руководителей Минэнерго, ученых из ФИАН, МИФИ и пр. Никто ни расчетам его, ни своим глазам не верил: этого быть не может, фокусы какие-то… Первым человеком, окончательно и бесповоротно поверившим Авраменко, стал директор Всероссийского НИИ электрификации сельского хозяйства (ВНИИЭСХ), академик РАСХН, профессор, д.т.н. Д.Стребков. Он понял, что все демонстрируемое Станиславом Викторовичем вполне подчиняется существующим законам физики и электротехники, никакой мистики тут нет, надо это развивать и внедрять. Дмитрий Семенович пригласил Авраменко к себе в институт, создал там соответствующую лабораторию, выделил оборудование, выбил под это деньги и начались опыты уже не «на коленке». Если раньше у Авраменко была лишь небольшая десятиваттная установка, то в ВНИИЭСХ изготовили опытную установку мощностью в 100 Вт, позволившую провести ряд важных экспериментов. Они, например, экспериментально доказали, что однопроводное электричество можно передавать не только по медному проводу. Мы это видели сами. Выходящий из трансформатора Авраменко и батареи конденсаторов, где генерируются мощные статические заряды, стальной провод ныряет в лоток с водой, за которой идет графитовая нить, затем лоток с грунтом (лотки, разумеется, изолированы). В линии специально устроены разрывы, в них возникают дуговые разряды между проводом и водой, землей, графитом. По проводу ползает однопроводная троллея (макет троллейбусной, например), отбирающая энергию для находящихся тут же потребителей. В конце линии подключена лампочка. Ток проходит по всем этим проводникам и зажигает ее. Стало быть, устойчиво и без больших потерь можно передавать энергию по любым токопроводящим изолированным веществам, например по трубопроводам, оптоволоконным линиям (по волокну передается информация, а ток — по металлической оплетке кабеля) и т.п. (пат. 2172546). А раз так, то можно изобрести массу машин и устройств, использующих это явление. Например, Авраменко совместно со Стребковым и к.т.н. А.Некрасовым, руководящим лабораторией ВНИИЭСХ, разработали дождевальную машину, идущую вдоль арыка или лотка с водой и получающую из них не только воду, но и энергию для своей работы. Или способ и оборудование для питания трамваев, троллейбусов, электропоездов и даже электромобилей с помощью одной троллеи взамен обычных двух, при этом по рельсу ток не идет (пат. 2136515), мобильных электроагрегатов, вроде тракторов, аэростатов, вертолетов по сверхтонкому и легкому кабелю (пат. 2158206). Мало того, реактивные токи из установки Авраменко можно передавать и по лазерному лучу, без проводов (пат. 2143735), а за пределами атмосферы — и по электронному лучу (пат. 2163376). Есть и другие интересные запатентованные разработки (патенты начали выдавать только в последние несколько лет, после проведения впечатляющих опытов с большими мощностями).

Но корифеи все не верили, специальные журналы в публикациях отказывали: «Большие мощности все равно не передадите на расстояние. Сделайте киловаттную установку». Сделали, все равно передает, хоть ты тресни! Тут уже и специалисты призадумались. Первым всерьез заинтересовался Газпром, организация далеко не бедная и на перспективные разработки денег не жалеющая. Сегодня вдоль газопроводов обязательно устраивают линии электропередачи для катодной защиты, питания перекачивающих насосов и других эксплуатационных служб. Линии эти стоят дорого, провода из цветных металлов воруют… А при однопроводной передаче энергии можно протянуть стальной провод или как-то пустить ток по самой трубе. Газпром спонсировал изготовление еще более мощной установки, на 20 кВт. Ее сделали с запасом, Дмитрий Семенович утверждает, что она и 100 кВт выдаст. Установленный в начале этой линии высокочастотный трансформатор генерирует мощные электростатические заряды, которые концентрируются вдоль линии к резонансному контуру понижающего трансформатора Тесла и через выпрямитель отводятся к нагрузке, то есть к потребителям. И передает она энергию по проводку толщиной всего в 80—100 мкм, его можно увидеть, только подойдя вплотную. Он отчаянно вибрирует, когда установка включена, иной раз даже отрывается от изолятора (разумеется, в реальных условиях столь тонкий провод никто ставить не собирается, он разорвется, даже если на него воробей сядет). И тем не менее по этому волоску течет ток, который питает 24 киловаттных лампы, мощный электромотор и пр. Система эта имеет в сотни раз лучшие электрические параметры, чем традиционные двух-трехпроводные. При этом в конструкции установки применены стандартные, серийно выпускаемые нашей промышленностью узлы, например преобразователь, применяемый при термообработке труб, конденсаторы и пр. Впрочем, НПО «Сапфир» по заказу ВНИИЭСХ разрабатывает сегодня во много раз меньший преобразователь на теристорах, так что установка станет гораздо более компактной.

Такая система позволит значительно упростить и удешевить строительство троллейбусных и трамвайных линий, даст возможность устанавливать на автомобилях электропривод с «антенной», чтобы любой водитель, подъехав к устроенным повсеместно однопроводным линиям, подсоединялся к ним и ехал куда угодно, отключив свой ДВС и не загрязняя атмосферу.

Можно было бы вернуться к электротракторам, работающим от кабеля. От них отказались из-за того, что барабан кабеля, устанавливаемый на тракторе, весил 3 т. Теперь же он будет весить не более 30 кг. Да и без барабана можно обойтись: изобретатели предложили подвешивать тонкий проводок на воздушных шариках, тянущихся за трактором. А если заменить спутниковое телевидение аэростатным, подняв его километров на десять и установив там ретрансляторы? Или устроить аэростатную же систему мониторинга огромных площадей лесов или полей? Ведь только вес кабелей мешает этому. А передача энергии по лазерным и электронным лучам на спутники и ракеты? А невиданные до сего дня сверхкомпактные электроустановки и плазмотроны? Однако остановимся. Пока это все дело будущего, и не всегда близкого. А вот настоящее: коагулятор крови, изготовленный с помощью однопроводной системы. Эти приборы применяют для остановки крови при ранах и операциях, они как бы сваривают крохотной дугой электроплазмы края разорванных сосудов. Существующие сегодня в мире коагуляторы мощностью 8 Вт представляют собой громоздкую тумбу, стационарную или на колесиках, весом около сотни килограммов, охлаждаемую водой из водопровода, потребляющую более киловатта энергии. Точно такой же мощности и еще более эффективного действия коагулятор, изготавливаемый в ВНИИЭСХ, питается от обычных аккумуляторных батареек, весит всего несколько сот граммов, помещается в «дипломате», в бардачке автомобиля, так что может работать и в полевых условиях, и в домашней аптечке (мало ли что случится?). Тем более что стоит он сегодня примерно 1000 у.е., против 45—60 тыс у.е. — цена громоздких зарубежных аналогов меньшей мощности. Он может использоваться и уже используется не только в клиниках, но и в институтах красоты, для уничтожения всевозможных бородавок, папиллом, татуировок и пр.

Сегодня работами Авраменко и его коллег весьма пристально интересуются иностранцы. Изобретения были отмечены золотой медалью Салона инноваций в Брюсселе и золотой медалью Николы Теслы, выдаваемой за выдающиеся работы в области электротехники. Англичане и японцы оплатили международное патентование, причем американцы выдали патент, в котором эти работы названы «букетом открытий». Авраменко побывал с докладами в Англии, Франции, Германии, Японии и других странах. С Индией сейчас ведутся переговоры на поставку демонстрационной установки в 25 кВт. Хорошо бы нам опередить их всех и начать массовое и широкое применение однопроводного тока. Ведь прибыли он сулит немереные, если, конечно, с умом взяться за это перспективное дело.

Тел. (095) 171-85-40. Авраменко Станислав Викторович, Некрасов Алексей Иосифович, Стребков Дмитрий Семёнович.

Линии передачи, типы, Двухпроводная балансировка, Коаксиальная, Волноводная, Микрополосковая, Волоконно-оптическая

Линия передачи определяется как путь передачи переменного электрического тока от источника к нагрузке.

Например, провод, используемый между антенной ТВ и телевизором, или провод, используемый между антенной передатчика и передатчиком, известны как линии передачи.

Типы линий передачи

Существуют следующие типы линий передачи.

1. Симметричный двухпроводной
2. Коаксиальный кабель
3. Волновод
4. Микрополоска
5. Волоконно-оптический кабель

1.Баланс двухпроводной линии

Как показано на данной схеме, двухпроводная линия передачи состоит из рисунков A, B и C. Каждая конструкция для данного рисунка приведена ниже.

1. В этом типе конструкции для двухпроводных линий передачи используются изолированные прокладки для обеспечения одинакового расстояния между линиями передачи или между двумя проводящими проводами. Баланс двухпроводной линии — изоляционные пространства
2. В линии передачи этого типа два проводящих провода удерживаются параллельно друг другу с помощью пластика.Он используется повсюду между проводящими проводами. Балансная двухпроводная линия — диэлектрик с низкими потерями
3. В линиях передачи этого типа используются резиновые трубы круглой прямоугольной или квадратной формы. Два проводящих провода находятся внутри резины на противоположных сторонах трубопровода. Эти токопроводящие провода проложены по всей конструкции и остаются параллельными друг другу.

достоинства

Баланс двухпроводных линий имеет следующие достоинства.

1. Стоимость двухпроводной ЛЭП очень низкая по сравнению с другими типами линий.
2. Спроектировать открытую двухлинейную ЛЭП тоже достаточно просто и легко.
3. Открытые двухпроводные линии способны выдерживать большую мощность.
4. Недостатки
5. Внешние помехи сигнала в открытых двухпроводных линиях больше по сравнению с другими типами линий передачи.
6. Из-за внешних помех выход на конце нагрузки двухпроводной линии передачи будет шумным.
7. Использовать двухпроводные линии передачи на извилистых дорогах довольно сложно.
8. Формула для определения характеристического импеданса разомкнутой двухпроводной линии передачи дана ниже.
9. Его нельзя использовать на очень высоких частотах, потому что он создает скин-эффект.

Импеданс

Zo = 276 log10 2D / d
Здесь d — диаметр проволоки.
D обозначает расстояние между двумя проводами от антенны.
Zo означает характеристическое сопротивление

2.Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель

Как показано на данной схеме, коаксиальный кабель состоит из внутреннего проводящего провода из меди, поверх которого нанесено покрытие из полиэтилена или материала таплон. Затем его заключают в плетеную проволоку в виде кашицы. Наружная поверхность этого провода заключена в пластиковый кожух.

достоинства

Коаксиальный кабель имеет следующие достоинства.

1. Поскольку внешний проводник (плетеный провод) заземлен, вероятность внешних помех сводится к минимуму.Выход конца нагрузки будет менее шумным.
2. Коаксиальный кабель используется для передачи высоких частот.
3. Этот тип кабелей передачи может быть легко использован, если путь энергии от источника к нагрузке извилистый или сложный.
4. Коаксиальный кабель занимает меньше места по сравнению с двумя проводными линиями.
5. Проводник, по которому энергия передается от источника к нагрузке, защищен от пыли, ржавчины и т. Д. За счет надлежащей изоляции.

Недостатки

Коаксиальный кабель, используемый в качестве линии передачи, имеет следующие недостатки.

1. Линии передачи этого типа являются дорогостоящими по сравнению с двухпроводными линиями.
2. Проектирование коаксиального кабеля затруднено по сравнению с двухпроводными линиями.
3. Линии передачи этого типа предназначены для передачи малой мощности.
4. Формула импеданса

Импеданс

Zo = 233 log10 D / d

Где Zo означает характеристическое сопротивление.
D обозначает внутренний диаметр скрученной проволоки.
d — диаметр внутреннего проводника.

3. Линия микрострипов

Микрополосковая линия

Микрополоска — это просто медная дорожка, проходящая на одной стороне печатной платы, в то время как другая сторона представляет собой плоскость с плоским заземлением. Формула даст вам характеристический импеданс дорожки, а также эффективную диэлектрическую проницаемость на основе геометрических параметров. В таблице приведены обычные значения для печатных плат толщиной 1,6 и 0,8 мм, а также для стандартной подложки FR4 или наиболее продвинутого Rogers R04003.

Строительство

Как показано на схеме выше, микрополоска состоит из проводящей пластины из меди, которая работает в цепи как пластина заземления.Поверх медной пластины из стекловолокна или полистирола нанесен толстый слой изоляционного материала. Эта изолированная пластина работает как диэлектрик в микрополосковой линии. Сверху изолированной пластины нанесены одна или несколько полос из лучшего проводящего материала, сделанного из золота, алюминия и т. Д.

Достоинства

Микрополосковая линия обладает следующими достоинствами.

1. Очень высокая частота.
2. Малый размер
3. Малый вес.
4. Убытки минимальны.
5. Этот тип линии передачи используется для очень высокой частоты.
6. Микрополосковые линии используются в интегральных схемах, где расстояние между нагрузкой и источником очень мало.
7. Так как путь передачи энергии сделан из очень хорошего проводника, такого как золото, потери энергии минимальны.
8. Вес микрополосковой линии невелик.

Недостатки

К недостаткам микрополосковой линии можно отнести следующие.

1. Стоимость микрополосы очень высока по сравнению с коаксиальной и двухпроводной линией.
2. Микрополосковая линия не может использоваться в качестве линии передачи, когда расстояние между источником и нагрузкой велико.
3. Линии передачи этого типа нельзя использовать на извилистых путях между источником и нагрузкой.

Потери ЛЭП

Потери в ЛЭП следующие.

1. Радиационные потери

   Когда высокочастотный ток или форма волны напряжения проходят через линии передачи, магнитное поле расширяется и сжимается вокруг линий передачи с той же скоростью входной частоты.Как мы знаем, вокруг магнитного поля также есть электрическое поле, поэтому при высокой частоте излучение вызывает ослабление энергии, передаваемой источником по направлению к нагрузке.

2. Нагревательный провод

   Когда ток проходит через линию передачи, проводящие провода линии начинают нагреваться. Этот нагрев линий снижает энергию, подаваемую источником на нагрузку.

3. Диэлектрические потери или нагрев

   Поскольку линии передачи состоят из двух параллельных проводящих проводов, и ток проходит по линии.Между двумя линиями существует разность потенциалов. Эта разность потенциалов вызывает ток утечки через диэлектрик. В результате происходит нагрев диэлектрического материала, что снижает энергию, выделяемую источником для нагрузки.

Зачем нужен заземляющий провод в воздушных линиях электропередач?

Роль заземляющего провода или провода заземления в воздушных линиях электропередач

Заземляющие провода или заземляющие провода представляют собой неизолированные проводники, поддерживаемые наверху опор электропередачи.Они служат для экранирования линии и предотвращения удара молнии до того, как он поразит проводники с током ниже, то есть линии электропередач.

Заземляющие провода обычно не пропускают ток. Поэтому их часто делают из стали. Заземляющие провода надежно соединены с землей на каждой опоре в системе передачи и распределения.

Щелкните изображение, чтобы увеличить

В энергосистемах заземляющий провод предусмотрен в воздушных линиях электропередачи с напряжением 110 кВ и выше.В современных энергосистемах для лучшей защиты на опоре передачи используется два заземляющих провода вместо одного. Эти заземляющие провода не влияют на коммутационные перенапряжения, а эффект связи выше при низком срезанном сопротивлении по сравнению с одиночным заземляющим проводом.

В случае удара молнии сопротивление между землей и основанием башни должно быть низким для эффективной защиты. когда молния попадает в заземляющий провод, генерируемые волны распространяются по линии в противоположном направлении и достигают соседней башни.Башня безопасно передает их на землю, что гарантирует отсутствие отключения электроэнергии в случае разряда молнии.

Основное назначение заземляющего провода — защита проводов линий электропередачи от прямых ударов молнии. В высоковольтных линиях электропередачи удары молнии могут вызвать повышение напряжения на пике опоры перед тем, как достигнуть заземляющего провода, что может вызвать обратный удар от опоры к проводникам и изоляторам. Чтобы свести к минимуму вероятность пробоя изолятора, важно уменьшить повышение напряжения на вершине опоры, поскольку заземляющего провода недостаточно для защиты комплекта изолятора от пробоя.Вероятность неисправности может быть уменьшена путем правильного заземления опор и опоры с помощью стержней глубокого заземления или противовесных проводов.

Похожие сообщения:

Передача электроэнергии

Передача электроэнергии на большие расстояния является одной из основных проблем
электрического века. Цели, над которыми работали инженеры
в направлении остались прежними, несмотря на то, что многое изменилось
года.

1.КПД — транспорт электрический
мощность на расстояние с минимальными потерями
2. Безопасность — транспортная мощность через
городские и сельские районы, сводящие к минимуму вред людям и животным.
3. Стоимость — используйте минимальное сырье
материалы и строительные / эксплуатационные расходы возможны
4. Надежность — создать систему
который не уязвим для ударов молний, ​​солнечных вспышек, землетрясений,
ледяные бури, ураганы и система может «лечить» себя, когда
происходят перебои, изолируя проблемные места.

Ниже: простая иллюстрация электросети, показывающая высокое напряжение
перешел на фидерные линии

С момента первого питания на большие расстояния
передача в Мюнхен, Германия в 1882 году, люди совершали все ошибки
возможно и извлек из этого урок. Инженеры все еще пытаются решить очень
сложные проблемы, такие как контроль затрат и устойчивость к солнечным вспышкам
который мог бы вывести из строя власть во всем мире.

Есть четыре способа транспортировки электрических
мощность:

Высокое напряжение переменного тока

Самый
распространенный в мире метод, при этом используются алюминиевые проводники со стальным
центр поддержки.Линии подвешены высоко
над землей. Чем выше напряжение, тем больше электромагнитный
поле, создаваемое вокруг провода

Ниже: простая модель системы распределения переменного тока. Мощность ступенчатая
до 345 кВ, понижен до 69 кВ и в конечном итоге оказывается в доме на
220 вольт. Трансформаторы изменяют напряжение, а конденсаторы и катушки индуктивности
синхронизировать форму волны. Влияние индуктивности и изменяющихся нагрузок
может привести к рассинхронизации формы сигнала переменного тока, что приведет к потере эффективных
передача инфекции.

Вверху: HVDC
облегчает пересечение водоемов. Дания и Великобритания зависят от
Подключение HVDC к материку, чтобы их системы оставались частью более крупных
сетка.

Высокое напряжение постоянного тока

Это может быть более эффективным, чем кондиционер, и технология для твердых
Государственные системы HVDC относительно новы. HVDC был первой формой
Передача на большие расстояния Эти линии не находятся в конфигурации «сети»
которые могут равномерно распределять мощность в сети, но системы HVDC представляют собой единую
междугородная линия, соединяющая основные сети.Сети HVDC пересекают Китай,
США и Европа, соединяющие основные географические области. HVDC особенно
полезно для соединения островов, таких как Великобритания и Япония, так как он может уйти под
вода.

Вверху: сечение сверхпроводящего ленточного провода. Сверхпроводящий провод
разработан инженерами специально для данного использования.

Сверхпроводники

Если мы используем сверхпроводящие проводники при сверхнизких температурах, мы можем
доставлять электроэнергию по подземным кабелям практически без потерь.
К сожалению, эта технология пока не является рентабельной. Короткий экспериментальный
линии были введены в Олбани, штат Нью-Йорк и других местах в Японии и
Германия.

Беспроводная передача энергии

Можно передавать энергию по беспроводной сети. Никола
Однако Tesla и Исследовательская лаборатория General Electric экспериментировали с этим.
это непрактично по ряду причин. Это крайне неэффективно
проходит через воздух, и это смертельно для животных, таких как птицы
проходя через мощные лучи.Вряд ли эта технология
когда-либо будет полезен, особенно с учетом того, что мы продвигаемся вперед с HVDC,
достижение впечатляющих уровней эффективности.

Тестирование:

Инженеры работали в специальных лабораториях для проверки устойчивости.
на освещение, шорты, ЭМИ-бомбардировку. Многие инженеры Эдисона
Tech Center, в течение многих лет проводивший интервью, обнаружил, что тестирование достаточно
удовлетворительная карьера.

Первый шаг в понимании передачи энергии — это поведение
проводов и электромагнетизма.

Узнайте о деталях «трансмиссии»
электросети:

Грозовые разрядники
Трансформаторы
Изоляторы
Регуляторы напряжения
Шунтирующие конденсаторы
Провода
Метры

Источники:
Технический центр Джона Д. Хардена-младшего Эдисона.
Интервью с Майком Морлангом. Энергетическая ассоциация Сан-Мигель. 2014
Интервью с Марком Бенцем и Карлом Роснером. Технический центр Эдисона. 2008 г.

% PDF-1.4
%
313 0 объект
>
endobj

xref
313 272
0000000016 00000 н.
0000006886 00000 н.
0000007026 00000 н.
0000007070 00000 п.
0000007408 00000 н.
0000007458 00000 н.
0000007508 00000 н.
0000007558 00000 н.
0000007608 00000 н.
0000008040 00000 н.
0000008731 00000 н.
0000008829 00000 н.
0000009140 00000 н.
0000009384 00000 п.
0000009628 00000 н.
0000010448 00000 п.
0000010498 00000 п.
0000020917 00000 п.
0000021737 00000 п.
0000021787 00000 п.
0000048316 00000 п.
0000049136 00000 п.
0000049186 00000 п.
0000054922 00000 п.
0000054975 00000 п.
0000055023 00000 п.
0000055455 00000 п.
0000055755 00000 п.
0000056084 00000 п.
0000056375 00000 п.
0000056476 00000 п.
0000056549 00000 п.
0000056625 00000 п.
0000056765 00000 п.
0000056814 00000 п.
0000056976 00000 п.
0000057025 00000 п.
0000057178 00000 п.
0000057227 00000 п.
0000057359 00000 п.
0000057408 00000 п.
0000057518 00000 п.
0000057567 00000 п.
0000057678 00000 п.
0000057727 00000 п.
0000057892 00000 п.
0000057940 00000 п.
0000058093 00000 п.
0000058141 00000 п.
0000058263 00000 п.
0000058312 00000 п.
0000058435 00000 п.
0000058484 00000 п.
0000058639 00000 п.
0000058688 00000 п.
0000058854 00000 п.
0000058903 00000 п.
0000059067 00000 п.
0000059116 00000 п.
0000059235 00000 п.
0000059284 00000 п.
0000059444 00000 п.
0000059493 00000 п.
0000059646 00000 п.
0000059695 00000 п.
0000059836 00000 п.
0000059885 00000 п.
0000060044 00000 п.
0000060093 00000 п.
0000060221 00000 п.
0000060270 00000 п.
0000060401 00000 п.
0000060450 00000 п.
0000060587 00000 п.
0000060636 00000 п.
0000060775 00000 п.
0000060824 00000 п.
0000060952 00000 п.
0000061000 00000 п.
0000061140 00000 п.
0000061188 00000 п.
0000061327 00000 п.
0000061375 00000 п.
0000061468 00000 п.
0000061517 00000 п.
0000061650 00000 п.
0000061699 00000 н.
0000061848 00000 п.
0000062011 00000 п.
0000062060 00000 п.
0000062178 00000 п.
0000062343 00000 п.
0000062425 00000 п.
0000062474 00000 п.
0000062554 00000 п.
0000062713 00000 п.
0000062797 00000 п.
0000062845 00000 п.
0000062977 00000 п.
0000063071 00000 п.
0000063120 00000 н.
0000063215 00000 п.
0000063364 00000 п.
0000063453 00000 п.
0000063502 00000 п.
0000063600 00000 п.
0000063761 00000 п.
0000063888 00000 п.
0000063937 00000 п.
0000064077 00000 п.
0000064225 00000 п.
0000064305 00000 п.
0000064353 00000 п.
0000064439 00000 п.
0000064598 00000 п.
0000064705 00000 п.
0000064753 00000 п.
0000064855 00000 п.
0000065018 00000 п.
0000065133 00000 п.
0000065181 00000 п.
0000065300 00000 п.
0000065453 00000 п.
0000065599 00000 п.
0000065647 00000 п.
0000065784 00000 п.
0000065901 00000 п.
0000065949 00000 п.
0000066039 00000 п.
0000066087 00000 п.
0000066191 00000 п.
0000066297 00000 п.
0000066345 00000 п.
0000066451 00000 п.
0000066499 00000 п.
0000066547 00000 п.
0000066654 00000 п.
0000066702 00000 п.
0000066750 00000 п.
0000066798 00000 п.
0000066846 00000 п.
0000066978 00000 п.
0000067026 00000 п.
0000067148 00000 п.
0000067196 00000 п.
0000067322 00000 п.
0000067370 00000 п.
0000067484 00000 п.
0000067532 00000 п.
0000067665 00000 п.
0000067713 00000 п.
0000067761 00000 п.
0000067809 00000 п.
0000067916 00000 п.
0000067964 00000 н.
0000068061 00000 п.
0000068109 00000 п.
0000068214 00000 п.
0000068262 00000 п.
0000068369 00000 п.
0000068417 00000 п.
0000068465 00000 п.
0000068514 00000 п.
0000068615 00000 п.
0000068664 00000 п.
0000068755 00000 п.
0000068804 00000 п.
0000068902 00000 п.
0000068951 00000 п.
0000069048 00000 н.
0000069097 00000 н.
0000069145 00000 п.
0000069237 00000 п.
0000069286 00000 п.
0000069387 00000 п.
0000069436 00000 п.
0000069539 00000 п.
0000069588 00000 п.
0000069637 00000 п.
0000069737 00000 п.
0000069786 00000 п.
0000069881 00000 п.
0000069930 00000 н.
0000070034 00000 п.
0000070083 00000 п.
0000070191 00000 п.
0000070240 00000 п.
0000070352 00000 п.
0000070401 00000 п.
0000070508 00000 п.
0000070557 00000 п.
0000070662 00000 п.
0000070711 00000 п.
0000070760 00000 п.
0000070809 00000 п.
0000070906 00000 п.
0000070955 00000 п.
0000071004 00000 п.
0000071053 00000 п.
0000071157 00000 п.
0000071206 00000 п.
0000071255 00000 п.
0000071303 00000 п.
0000071352 00000 п.
0000071522 00000 п.
0000071622 00000 п.
0000071671 00000 п.
0000071759 00000 п.
0000071896 00000 п.
0000072017 00000 п.
0000072066 00000 п.
0000072169 00000 п.
0000072275 00000 п.
0000072324 00000 п.
0000072419 00000 п.
0000072468 00000 п.
0000072616 00000 п.
0000072665 00000 п.
0000072802 00000 п.
0000072911 00000 п.
0000072960 00000 п.
0000073063 00000 п.
0000073182 00000 п.
0000073231 00000 п.
0000073357 00000 п.
0000073406 00000 п.
0000073455 00000 п.
0000073571 00000 п.
0000073620 00000 п.
0000073732 00000 п.
0000073781 00000 п.
0000073895 00000 п.
0000073944 00000 п.
0000073993 00000 п.
0000074042 00000 п.
0000074091 00000 п.
0000074140 00000 п.
0000074243 00000 п.
0000074292 00000 п.
0000074416 00000 п.
0000074465 00000 п.
0000074565 00000 п.
0000074614 00000 п.
0000074719 00000 п.
0000074768 00000 п.
0000074881 00000 п.
0000074930 00000 п.
0000074979 00000 п.
0000075028 00000 п.
0000075077 00000 п.
0000075159 00000 п.
0000075208 00000 п.
0000075300 00000 п.
0000075349 00000 п.
0000075457 00000 п.
0000075506 00000 п.
0000075610 00000 п.
0000075659 00000 п.
0000075757 00000 п.
0000075806 00000 п.
0000075911 00000 п.
0000075960 00000 п.
0000076061 00000 п.
0000076110 00000 п.
0000076217 00000 п.
0000076266 00000 п.
0000076368 00000 п.
0000076417 00000 п.
0000076521 00000 п.
0000076570 00000 п.
0000076619 00000 п.
0000005736 00000 н.
трейлер
] >>
startxref
0
%% EOF

584 0 объект
> поток
xb«b`pAb, W

0 + @ «D

Передающая и приемная антенны | Tnuda

Перейти к основному содержанию

Форма поиска

Поиск

• عربي
• О компании Tnuda
• Новости
• Персонал
• Свяжитесь с нами

• Английский
• רית

• המלצות ופרסומים
• О TNUDA
  • Об Информационном центре TNUDA
  • История создания центра
  • Структура центра и его команды
    • Организационная структура
    • Персонал
  • Услуги, предоставляемые TNUDA
  • Центр «Тнуда» в международном контексте
• Физика излучения
  • Введение
  • Что такое радиация?
    • Типы электромагнитного излучения
    • Спектр электромагнитного излучения
  • Излучение, материя и человеческое тело
  • Диапазон низких частот
  • IF- Промежуточная частота
  • Радиочастотное (RF) излучение
    • Развитие использования радиочастоты Излучение (RF)
    • Типы радиочастот (RF) Излучение
    • Передающие и приемные антенны
    • Технологии связи
    • Сетевые технологии сотовой связи
    • Развертывание антенн — пространственное покрытие
    • Базовые станции сотовой связи — сайты сотовой связи
    • Измерение радиочастот Радиация — дозиметрия
    • Сотовая связь пятого поколения (5G)
    • Интернет вещей (IoT)
  • Инфракрасный, видимый свет и мягкое ультрафиолетовое излучение — Введение
    • Источники искусственного света
• Здоровье cts
  • Методики исследований неионизирующего излучения

Power System — Transmission & Distribution Test Set

.