Конец коротким замыканиям и воровству электроэнергии: передача энергии по однопроводной линии стала реальностью

Опытно-промышленная линия длинной 1200 м уже обеспечивает необходимой мощностью уличные светодиодные фонари на территории технопарка в Нижегородской области. В сентябре начнутся испытания опытно-промышленной однопроводной линии с параметрами 8 км — 8 кВт.

На вопросы EnergyLand.info отвечает Сергей Мисатюк, генеральный директор НТЦ «Тор-Техно»:

— Каков принцип работы вашей системы однопроводной передачи электроэнергии?

— В технопарке «Саров» совместно со специалистами Института электрификации сельского хозяйства мы занимаемся промышленным внедрением полуволновой резонансной передачи электроэнергии по одному проводнику. Идея была предложена Николой Тесла еще в 1897 году, однако ее невозможно было воплотить в жизнь из-за отсутствия необходимой элементной базы, в частности, полупроводниковых ключей, эффективно обеспечивающих переключения резонансных генераторов.
Наш образец опытно-промышленной передачи электроэнергии рассчитан на мощность 1 кВт и демонстрирует возможность передачи этой мощности на распределённые потребители, расположенные в любом порядке на 10 километровой линии из кабеля РК-75-4 с диаметром центральной медной жилы менее 0,7мм. Опытно–промышленный образец включает в себя три основных элемента: передающий модуль (четвертьволновой вибратор; наиболее сложный прибор), одножильный проводник (дешевый коаксиальный провод РК-75-4 длиной до 10 км) и приемные модули, обратные преобразователи на малогабаритных высокочастотных трансформаторах и диодных мостах (4 преобразователя по 50ВТ, 4 преобразователя по 100ВТ и 2 преобразователя по 200ВТ, в сумме 1000ВТ).
Передача энергии по однопроводной линии происходит в резонансном режиме. Идея состоит в том, что в линии возникает стоячая электромагнитная волна, образующаяся в результате наложения движущихся навстречу падающей и отраженной электромагнитных волн одинаковой интенсивности. Участки стоячей волны, имеющие наибольшую амплитуду, называются пучностями тока (колебания тока имеют наибольшую амплитуду) и пучностями напряжения (колебания напряжения имеют наибольшую амплитуду).

Стоячая электромагнитная волна

В резонансном режиме в линии стоит только пучность напряжения стоячей полуволны (пучности тока находятся в силовых трансформаторах Тесла) и электроны не движутся по проводу, а только меняют свою спиновую ориентацию в пространстве. Джоулев нагрев проводника отсутствует, так как при передаче электроэнергии по одному проводу в резонансном режиме электроны в проводнике не движутся вдоль проводника линии, а лишь упорядоченно волнообразно меняют ориентацию спина (магнитного момента) вдоль проводника линии, создавая при этом переменную циркуляцию электромагнитного поля вокруг проводника линии. При этом электрическая энергия заключена в электрическом поле, которое совпадает по фазе с напряжением в линии, а магнитная энергия — в магнитном поле, которое совпадает по фазе с током в трансформаторах. Энергия электромагнитного поля распределена в объеме вокруг проводника линии, где существует электромагнитное поле. В результате энергия передаётся не по проводу, а по пространству (полю) вокруг проводника линии.

Типовые потери резонансной системы передачи электроэнергии

Другим словами при полуволновой резонансной передаче электроэнергии в линии, по сути, стоит только пучность напряжения (тока нет), а в трансформаторах находятся пучности тока полуволны.

— Иными словами, вам удается избежать потерь, неизбежных при традиционном способе передачи электроэнергии?

— Совершенно верно. В линии нет движения электронов, следовательно, нет джоулевых потерь на разогрев проводника линии. В нашей опытной линии, питающей 10 уличных фонарей технопарка, при передаче 1 кВт энергии на 1200 метров, потери в линии составили менее 2%. Они связаны с поляризацией диэлектрика между центральной жилой и оплеткой провода. При этом мы использовали не лучшего качества китайский коаксиальный кабель длиной 1200 метров с медной жилой сечением менее 0,7 мм и передавали по нему сутками 1000 Вт электрической мощности на фонари освещения.

Кабель для опытно-промышленной линии длиной 1200 м

— Каковы преимущества полуволнового метода?

— Поскольку энергия идёт по одному проводнику, отсутствует возможность возникновения коротких замыканий. Следовательно, нет опасности повреждения проводника и возгорания. Прикосновение к такому проводу может нанести только небольшой ожог, но не вызовет серьезной электротравмы, так как в линии нет тока.
По нашим оценкам, использование полуволновой резонансной системы на новых и реконструируемых объектах обойдется от двух до десяти раз дешевле, нежели прокладка обычных линий. Экономический эффект нашей модели связан с тем, что стоимость коаксиального провода на порядок ниже, чем у традиционного трехжильного кабеля. Такой провод можно с легкостью проложить в виде воздушной линии, провести под землей на небольшой глубине (следовательно, не требуется землеотвод, как при прокладке кабеля на полутораметровой глубине). При необходимости провод можно погрузить и в воду — для демонстрации этого планируем установить на территории технопарка небольшой аквариум.
Немаловажно, что в предлагаемом методе исключена сама возможность воровства электроэнергии, поскольку при несанкционированном подключении к линии моментально нарушаются параметры резонанса.

Проверка линии в сборе с 10 прожекторами

— Какую максимальную мощность и на какое расстояние позволяет передавать однопроводная система?

— Сейчас реализуется пилотный проект по передаче 8 кВт на 8 км. Испытания линии пройдут в сентябре. Проект выполняется по заказу компании «Русские башни» (другого резидента нашего технопарка), он позволит продемонстрировать, как недорого обеспечить электропитание вышек сотовой связи на расстояние до 8 км.

— На каких еще объектах полуволновая резонансная передача может быть наиболее востребована?

— В первую очередь, это удаленные объекты. К примеру, мосты, эстакады, коттеджи, находящиеся отдалённо в лесу или в горах. Как известно, передавать напряжение 0,4 кВ на расстояние свыше 400 метров экономически уже не выгодно из-за потерь. Это значит, что нужно повышать напряжение до 10 кВ и ставить возле потребителей трансформаторные подстанции, что сопряжено с крупными расходами. В нашей системе этого не потребуется.
Другая сфера применения — охранные периметры. Можно параллельно проложить оптоволоконный кабель и коаксиальный одножильный провод, позволяющий обеспечить питание видеокамер.
В городской среде проектируемый метод может использоваться для систем уличного освещение и питания wi-fi точек доступа, камер видеонаблюдения. Руководство технопарка уже ведёт переговоры об организации электропитания нескольких районных объектов в Сарове. Мы видим хороший потенциал для замены сельских линий электропередачи: как известно, процент износа в таких сетях весьма высок, кроме того, там очень трудно бороться с проблемой воровства электроэнергии.

Передающий модуль

— Есть ли какие-то препятствия для широкого применения данной идеи Теслы в сегодняшних реалиях?

— Мы не видим технических проблем или каких-то сложностей с сертификацией. Главное препятствие — это консервативность энергетической отрасли и недоверие потенциальных потребителей. Однако мы надеемся, что примеры реализованных проектов заинтересуют энергетиков и собственников удаленных объектов.

Подготовила Екатерина Зубкова

(С) Медиапортал сообщества ТЭК www.EnergyLand.info

Копирование без ссылки на данную страницу запрещено

Фото НТЦ «Тор-Техно»