Особенности передчи электрической энергии

Особенности передчи электрической энергии

В работах Н.Тесла [3] и российских ученых [4-10] был предложен метод передачи активной мощности с помощью реактивного емкостного тока с использованием резонансных свойств однопроводной линии (ОЭС), изготовленной из металлического проводника. Цель настоящей работы - исследование возможности использования неметаллических проводящих сред для передачи электрической энергии.

Известные методы передачи электрической энергии основаны на передаче активной мощности с помощью токов проводимости в замкнутой цепи. Электромагнитная энергия распространяется вдоль линий электропередач (ЛЭП) в виде бегущих волн электромагнитного поля или поля зарядов [I]. Провода линии, изготовленные из алюминия или меди, являются проводящими каналами (направляющими), вдоль которых движется поток электромагнитной энергии от генератора к приемнику энергии и обратно к генератору. Максимальная передаваемая мощность трехфазных ЛЭП ограничивается потерями на сопротивлении линии, максимальным напряжением, которое определяется электрической прочностью изоляции и электромагнитной устойчивостью линии. Современный подход к обеспечению электромагнитной устойчивости заключается в жестком регулировании параметров линии с помощью быстродействующих шунтовых реакторов и последовательной емкостной компенсации с целью исключения перетоков реактивной мощности и подавления резонансных свойств линии [2].

Методика. Для проведения экспериментов использовали однопроводную энергетическую систему (ОЭС), электрическая схема которой показана на Рис. а,б. ОЭС состоит из высокочастотного генератора I с регулируемым напряжением 28 В мощностью I кВт, передающего 2 и приемного 3 трансформатора Тесла с проводящим каналом 4 между ними, выпрямителя 5, электрической нагрузки 7 в виде ламп накаливания или электродвигателя напряжением 220 В, I кВт. Высоковольтная обмотка трансформатора Тесла выполнена в виде цилиндрической обмотки на ферритовом сердечнике диаметром 50-100 мм и содержит 4000-6000 витков. Внутренний конец высоковольтной обмотки подключен к проводящему каналу, а внешний конец остается свободным. Питание трансформатора Тесла осуществляют с помощью низковольтной обмотки из 40-60 витков. При подаче электроэнергии от высокочастотного генератора на обмотку питания, на свободном конце высоковольтной обмотки формируется нулевой потенциал, а на проводящем канале напряжение с частотой 1-25Кгц, соответствующей частоте генератора. Кроме того, трансформатор Тесла, как спиральная антенна генерирует электромагнитные волны с длиной волны 5-10 см, соответствующей длине витка высоковольтной обмотки. В цепи питания трансформатора Тесла формируют режим резонанса токов, а в цепи приемной и передающей высоковольтных обмоток и проводящего канала формируют режим резонанса напряжений с частотой, равной частоте генератора 1.

В качестве проводящего канала использовали следующие материалы: трубку из полиэтилена диаметром 10 мм и длиной 1,5 м, заполненную водопроводной или морской водой; пластиковый лоток с землей размерами слоя земли 150 х 10 х 400 мм; пленку двуокиси олова-окиси индия (IT0) на стекле толщиной 0,3 мкм сопротивлением 300 0м; графитовую нить диаметром 0,1 мм, длиной 500 мм с сопротивлением 100 Ом. Для сравнения использовали также стальную и медную проволоку диаметром 0,1 мм, длиной 5 м.

Напряжение на проводящем канале изменялось в пределах 1-10 кВ, частота генератора от I до 25 кГц. Напряжение, ток и мощность измерялись на выходе ОЭС и на нагрузке стандартными электроизмерительными приборами.

Результаты и обсуждение. Замена проводящего канала из металлического проводника на канал из неметаллических проводящих материалов не вызывала уменьшения передаваемой мощности ОЭС и нагрева материала проводящих каналов, последовательное соединение которых также не приводило к уменьшению передаваемой мощности. Разрыв цепи в проводящем канале из воды путем создания воздушного промежутка приводил к возникновению дугового разряда реактивного емкостного тока, однако этот разряд не вызывал повышения температуры воды при передаваемой мощности 300 Вт при напряжении 4,5 кВ в течение I час, что подтверждает отсутствие потерь энергии в проводящем канале. Увеличение температуры воды не приводило к снижению передаваемой мощности. Отмечено уменьшение РН воды от нейтрального значения до 4.