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

В технопарке «Саров» удалось воплотить нереализованную идею Николы Теслы — организовать промышленную передачу электроэнергии по одному проводнику.

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»

Однопроводная передача энергии | Глубинная информация

1. Однопроводная передача энергии по схеме Авраменко.
Идея однопроводной передачи электроэнергии стала интересовать многих исследователей особенно после того, как С.В. Авраменко продемонстрировал передачу переменного тока по одному проводу в московском научно-исследовательском электротехническом институте.

Основу устройства для однопроводной передачи энергии составляет «вилка Авраменко», которая представляет собой два последовательно включенных полупроводниковых диода (рис. 1). Если вилку присоединить к проводу, находящемуся под переменным напряжением, то через некоторое время в разряднике Р наблюдается серия искр. Временной интервал от подключения до разряда зависит от величины емкости С, величины напряжения, частоты пульсации и размера зазора Р. Включение в линию передачи L резистора номиналом 2-5 МОм не вызывает существенных изменений в работе схемы. В своей статье ее авторы предполагают, что эффективность устройства зависит от материала обмоток генератора М, поэтому считают необходимым проверить целесообразность изготовления обмоток из проводов медных, никелевых, железных, свинцовых и т. д.
2. Наши эксперименты по однопроводной передаче энергии.
Авторы настоящей статьи провели серию экспериментов по передаче электроэнергии по одному проводу. Для этой цели мы разработали новую схему однопроводной передачи энергии. В нашей схеме не использовалась «вилка Авраменко». Вместо «вилки Авраменко» мы использовали обычную мостовую схему. В проведенных нами экспериментах мостовая схема оказалась значительно эффективней, чем «вилка Авраменко». Кроме этого, мы внесли и другие изменения в схему Авраменко. Новая схема приведена на рис.2. В состав передающего узла входят трансформатор и генератор, подключенный к источнику питания Б5-47. Схема приемного узла показана на рис.2 справа от трансформатора.

На схеме, изображенной на рис.2, обозначены: 1 — генератор, 2 — расширитель спектра, 3 — «антенна», L – линия передачи. Общий вид устройства показан на рис.3. Свечение лампы накаливания 220В, 25Вт в однопроводной линии передачи, можно наблюдать на рис.3.

Энергией устройство обеспечивает источник питания постоянного тока Б5-47, позволяющий получать напряжение 0 — 30В. Нагрузкой служит лампа накаливания 220В, 25Вт. Генератор и трансформатор размещены в корпусе из диэлектрика. Диоды, конденсатор, лампа, элементы 2 и 3, составляющие приемник энергии, размещены в бело-голубом пластмассовом корпусе под лампой (рис.3). Приемный узел соединен с трансформатором одним проводом.
Яркость свечения лампы зависит от мощности генератора. При повышенном напряжении на выходе источника питания Б5-47 в пределах 16 – 18 вольт лампа 220В, 25Вт горит почти полным накалом (рис.4).

Ключевыми моментами в повышении эффективности нашей схемы, по сравнению со схемой Авраменко, является использование стандартной мостовой схемы, а не ее половины, а также наличие расширителя спектра. Наличие в схеме расширителя спектра приводит к тому, что нагрузка, не препятствует полному заряду конденсатора. Включение в линию передачи резистора или использование в качестве линии передачи проводника с большим удельным сопротивлением существенно не влияет на степень накала спирали лампы. Таким образом, сопротивление линии передачи сказывается весьма незначительно. Лампочка светится даже при «оборванной» линии передачи. Это наиболее наглядно демонстрирует фото на рис.5.

В нашей схеме однопроводной передачи энергии имеется два самостоятельных контура, спектры частот в которых различные. В первом контуре узкополосный спектр частот, во втором — широкополосный. Первый контур разомкнут. В нем цепь условно замкнута на приемник через антенну 3 (рис.2). Второй контур образован конденсатором, расширителем спектра и лампой накаливания. Свечение лампы в разорванной линии передачи указывает на то, что возможна передача энерги не только по одному проводу, но и беспроводная передача энергии.
Эксперименты по беспроводной передаче энергии.
Над решением проблемы беспроводной передачи энергии работают ученые в разных странах мира. Для этой цели в основном исследуются СВЧ-поля. Однако применяемые СВЧ-системы не являются безопасными для человека. Приводим сведения о проведенных нами экспериментах по осуществлению беспроводной передачи электроэнергии без применения СВЧ-поля.
Нами исследовалась возможность передачи энергии без проводов на электродвигатель. В экспериментах передающим устройством служил комплекс, состоящий из блока питания Б5-47, генератора и трансформатора. В качестве приемника выступал специальный приемный узел для беспроводной передачи энергии, содержащий электронный узел и электродвигатель постоянного тока ИДР-6. На рис.6 показан общий вид устройства для демонстрации беспроводной передачи энергии (вращение электродвигателя).

Электродвигатель установлен на электропроводящей платформе, которая, в свою очередь, установлена на корпусе из изоляционного материала (рис. 7).

Внутри корпуса находится электронный узел. Электронный узел занимает незначительный объем приемника и выполнен на печатной плате. Внутренняя часть приемника для беспроводной передачи энергии показана на рис.8.

При включении передающего устройства наблюдалось вращение электродвигателя в руках экспериментатора. При этом ни электродвигатель, ни платформа не подключались к передающему устройству. В корпусе, на котором расположена платформа с двигателем, отсутствовали источники питания. Наблюдалось увеличение скорости вращения электродвигателя с уменьшением расстояния между приемником и передающим устройством. На рис.9 показана фотография эксперимента, когда частота вращения электродвигателя увеличивалась, если электродвигатель находился в руках двух человек.

Эксперименты с перегоревшими лампами накаливания.
В описанных выше экспериментах по передаче энергии горят как исправные лампы, так и перегоревшие. Ниже приведены результаты экспериментов с перегоревшими лампами накаливания. На рис.10 виден разрыв спирали в лампе накаливания. Эта фотография сделана при выключенном устройстве.

На рис.11 представлена фотография, сделанная при проведении эксперимента. Видна раскаленная спираль и яркое свечение в месте разрыва спирали. Включение в линию передачи резистора или использование в качестве линии передачи проводника с большим удельным сопротивлением существенно не уменьшало степени накала спирали лампы. Степень накала спирали лампы в значительной мере зависит от длины зазора в месте разрыва спирали. При проведении экспериментов выявлено, что существует оптимальная длина перегоревшего участка, при котором накал оставшейся нити накаливания максимален.

Со свечением перегоревших ламп накаливания, не подозревая того, сталкивается практически каждый из нас. Для этого достаточно внимательно присмотреться к перегоревшим электрическим лампам. Довольно часто можно заметить, что внутренняя цепь лампы накаливания перегорает не в одном месте, а в нескольких местах. Понятно, что вероятность одновременного перегорания нити лампы в нескольких местах очень мала. Это значит, что лампа, утратив целостность спирали, продолжала светить, пока цепь не разорвалась еще в одном месте. Этот феномен возникает в большинстве случаев при перегорании ламп накаливания, включенных в сеть 220В, 50Гц.
Мы провели эксперимент, в котором подключали стандартные лампы накаливания 220В, 60Вт к вторичной обмотке повышающего трансформатора. На холостом ходу трансформатор выдавал напряжение около 300В. В эксперименте было использовано 20 ламп накаливания. Оказалось, что чаще всего лампы накаливания перегорали в двух и более местах, причем перегорала не только спираль, но и токоподводящие проводники внутри лампы. При этом после первого разрыва цепи лампы продолжали длительное время светить даже более ярко, чем до перегорания. Лампа светилась до тех пор, пока не перегорал другой участок цепи. Внутренняя цепь одной лампы в нашем эксперименте перегорела в четырех местах! При этом спираль перегорела в двух местах и, кроме спирали, перегорели оба электрода внутри лампы. Результаты эксперимента приведены в таблице 1.
Таблица 1

Эксперименты, демонстрирующие свечение лампы накаливания в руке.
Свечение газоразрядной лампы в руке экспериментатора при использовании переменного электромагнитного поля – обычное явление. Необычным является свечение в руке лампы накаливания, к которой подведен только один провод. Раскаленная спираль в лампе, находящейся в руках экспериментатора, в то время, когда к лампе не подведены два провода, несомненно вызывает интерес. Известно, что Никола Тесла демонстрировал светящуюся в руке лампу. Нам не удалось найти описания этого эксперимента, поэтому мы разработали свои схемы устройств. Ниже представлены результаты проведенных нами экспериментов, в ходе которых наблюдалось свечение лампы накаливания в руке экспериментатора. На рис.12а и рис.12б представлены варианты устройства для демонстрации свечения лампы накаливания 220В в руке.

В экспериментах, демонстрирующих свечение лампы накаливания в руке, не использовалась «вилка Авраменко» и не использовались приемные узлы, применяемые для демонстрации однопроводной и беспроводной передачи энергии. Свечение лампы в руке обеспечивалось как за счет электронных узлов, так и за счет конструктивных особенностей устройств.
На рис.13 и рис.14 крупным планом представлены фотографии, на которых показано свечение ламп накаливания 220В, 15Вт и 220В, 25Вт в руке экспериментатора. При этом лампы не включены в замкнутую цепь. Яркость свечения была тем большей, чем выше уровень напряжения подавался на генератор. В целях безопасности эксперимента на генератор подавалось напряжение, обеспечивающее горение ламп примерно в половину накала.

На фотографиях (рис.13 и рис.14) в нижней части виден проводник, который подключен одним проводом к генератору. К проводнику подносится только один контакт цоколя лампы. Другой контакт лампы остается не подключенным. Таким образом, к лампе подключен один провод, идущий от генератора.
Возможно, опыты Николы Теслы по передаче энергии были чем-то похожи на описанные выше эксперименты. По крайней мере, эксперименты показывают, что беспроводная и однопроводная передача энергии имеют реальные перспективы.

Авторы : Косинов Н.В., Гарбарук В.И.

Dragons’ Lord

Патент: Никола Тесла [US 0454622] System Of Electric Lighting.
Скачать

Источник

Особенности передачи энергии по резонансной однопроводной ЛЭП

Резонансная однопроводная линия электропередачи (РО ЛЭП) включает: источник электрической энергии, преобразователь частоты ПЧ1, резонансный контур (С1, трансформатор Теслы Т1), собственно однопроводную ЛЭП (как правило, в виде одножильного высоковольтного кабеля) ОЛ, приёмный резонансный контур (С2, Т2), преобразователь частоты ПЧ2, к которому присоединяется одно- или трёхфазная нагрузка (рис. 1).

Источник электроэнергии — обычная трёхфазная сеть либо, в автономных системах, генератор переменного тока повышенной частоты. Напряжение расчётной повышенной частоты подаётся в резонансный контур, включающий конденсатор С1 и модифицированный трансформатор Теслы (ТТ) Т1. При расчётном соотношении индуктивностей «первичной» и «вторичной» обмоток и ёмкостей, включающих также и межвитковую ёмкость ТТ Т1, в последнем возникает резонанс напряжений.

Длина ОЛ, включая длины кабеля, высоковольтных обмоток передающего и приёмного ТТ, не ограничена, но должна быть кратной целому числу полуволн либо четверти волны тока.

Конец линии ОЛ присоединяется ко входу высоковольтной обмотки приёмного ТТ Т2, также работающего в резонансном режиме. К его «низковольтной» обмотке подключают ПЧ2, на выходе которого получается требуемое трёхфазное напряжение промышленной частоты.

Область частот 1—100 кГц наиболее пригодна для передачи электрической энергии по однопроводниковому волноводу в силу ограничений, которые накладывают потери на излучение из-за антенного эффекта.

Рассмотрим характеристики одной из опытных систем для передачи номинальной мощности 20 кВт. Передающий и принимающий воздушные ТТ имеют следующие параметры: числа витков высоковольтной обмотки — по 952; числа витков низковольтных обмоток — соответственно 19 и 27; ёмкости С1 и С2 — соответственно 14 и 12 мкФ. В качестве ПЧ1 и ПЧ2 использовались модернизированные для функций РО ЛЭП преобразователи частоты серии Р-22 мощностью 22 кВт. В качестве нагрузки применялись секции из 24 ламп накаливания мощностью 1 кВт каждая. Входное напряжение составляло 380 В, напряжение линии — до 7 кВ [2]. Диаметр провода линии выбирался в пределах от 0,08 до 1,3 мм. Резонансная частота РО ЛЭП составляла 3,4 кГц.

На рис. 2 приведено семейство внешних характеристик выходного трансформатора РО ЛЭП для передачи номинальной мощности 20 кВт. Каждая из характеристик получена при соответствующем напряжении ОЛ: 3,2—6,8 кВ. Измерения произведены на постоянном токе на выходе выпрямителя преобразователя частоты Р-22. Сопротивление нагрузки — 8 Ом.

Важно подчеркнуть, что внешние характеристики системы вполне соответствуют внешним характеристикам обычного трансформатора.

Расчётные и опытные данные показали, что реактивная зарядная мощность, передаваемая по линии, в первом приближении пропорциональна частоте и квадрату напряжения линии [2]. Зависимость передаваемой мощности от величины напряжения для данной частоты однопроводной линии получена эмпирическим путём и имеет вид:

Р = k • U^1,896

где k — коэффициент пропорциональности, равный 0,541.

В РО ЛЭП мы имеем дело с продольными волнами, которые проходят не по сечению провода, а вдоль его поверхности, не входя в него. Из этого следует, что для РО ЛЭП не имеет принципиального значения активное сопротивление провода и его сечение, т.е. в качестве проводника для неё можно использовать, например, тонкий стальной провод или трос, заключённый в изолирующую оболочку либо подвешенный на высоковольтных изоляторах, как это делал Тесла.

Для процессов передачи электроэнергии по этой линии значение имеет её собственная ёмкость и частота [4]. Другими словами, однопроводная линия при идеальной настройке ведёт себя как проводник без потерь. Для подтверждения этого представления при передаче по резонансной линии электроэнергии мощностью 30 кВт использовался, наряду с кабелем диаметром жилы 1,3 мм, кусок провода длиной 6 м и диаметром 0,08 мм, который не испытывал существенного нагрева.

Эти особенности объясняют и весьма высокие плотности передаваемых тока и мощности, невозможные в обычных ЛЭП и приближающиеся к криогенным кабельным линиям. Так, эффективная плотность тока в линии при передаваемой мощности 20 кВт составила 600 А/мм², а удельная электрическая мощность — 4 МВт/мм² [2]. Из изложенного следует, что РО ЛЭП обладает квазисверхпроводимостью при обычной температуре [3,4].

Опытные и расчётные данные показали, что потери на излучение для линии, передающей 20 кВт, при частоте 3,4 кГц составили всего 102 Вт, т.е. Ризл = 0,005Рн [2].

В целом потери в системе РО ЛЭП складываются из электрических потерь в преобразователях ПЧ1 и ПЧ2 и потерь на излучение. КПД современных преобразователей весьма высок. Поэтому интегральный КПД РО ЛЭП в сравнении с обычной ЛЭП может доходить до 94—96%. Потери в системе существенно снижаются, если в качестве источника электроэнергии непосредственно используется генератор повышенной частоты (1—50 кГц), приводимый во вращение первичным двигателем — дизелем или турбиной.

РО ЛЭП состоит из простых и надёжных узлов. Воздушный трансформатор Теслы во всех отношениях проще и дешевле масляного. Применение генераторов повышенной частоты могло бы исключить преобразователи частоты и приблизить КПД РО ЛЭП к величинам порядка 98—99%. Но и с применением ПЧ РО ЛЭП обеспечивают колоссальную экономию электроэнергии. Одножильный кабель, уложенный в землю, требует минимального отвода земли, не сопряжён с экологическими проблемами.

РО ЛЭП обеспечивают высокую надёжность электроснабжения, поскольку в них в принципе невозможно межфазное короткое замыкание. Кабельным РО ЛЭП не страшны стихийные бедствия: снегопад, гололёд, ветры и т.д. Капитальные затраты на сооружение таких систем в несколько раз меньше, чем для обычных высоковольтных ЛЭП. РО ЛЭП — это высоковольтные системы, они хороши в качестве распределительных сетей. Однако наиболее эффективными из-за малых потерь являются дальние и сверхдальние РО ЛЭП. Такой подход может изменить идеологию энергоснабжения народного хозяйства: генерирующие мощности можно будет располагать непосредственно у месторождений, а вместо энергоносителей с их громоздкими и крайне дорогими системами транспортировки передавать электрическую энергию, как наиболее универсальную для использования, по простой и надёжной РО ЛЭП на любые расстояния с минимальными издержками.

ВЫВОДЫ

Резонансные однопроводные системы, обладающие квазисверхпроводимостью, обеспечивают передачу электроэнергии большой плотности по единственному, весьма тонкому проводнику с минимальными потерями энергии. Они являются высокотехнологичными ресурсо- и энергосберегающими системами и открывают возможности для замены ими существующих многофазных высоковольтных ЛЭП.

ЛИТЕРАТУРА
1. Стребков Д.С. Резонансные системы распределения электрической энергии. «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение», №3, 2010 г., с. 72—75.
2. Стребков Д.С., Некрасов А.И. Резонансные методы передачи и применения электрической энергии. Изд. 3-е. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2008 г., 352 с.
3. Стребков Д.С. Высокотемпературная квазисверхпроводимость проводников для ёмкостных токов. Доклады РАСХН, №4, 2005 г., с. 56—58.
4. Алиев И.И. Энергосберегающая резонансная однопроводная ЛЭП. «Энергобезопасность и энергосбережение». №6, 2011 г., с. 35—38.

4 метода для однопроводной передачи энергии

Сегодняшняя трехфазная электросеть использует 3 или 4 провода для передачи электроэнергии. В этой статье описаны 4 инновационных метода, некоторым из которых уже более 100 лет, в которых используется только один провод для передачи такого же количества энергии или более без обратного провода!

Эти методы обещают значительно снизить затраты и снизить потери в линиях, и подразумевают, что наши учебники по электротехнике, возможно, нуждаются в обновлении.

В целях увеличения экзотичности, в этой статье мы рассмотрим следующие методы:

1. Однопроводной возврат на землю (SWER)
2. B-Line или Однопроводная электрическая сеть (SLE)
3. Однопроводная передача без возврата Tesla
4. Однопроводная система электроснабжения Авраменко / Стребкова (SWEPS)

До Мы погрузимся в подробности, давайте кратко рассмотрим, что делает нашу нынешнюю систему передачи энергии неидеальной.

3-фазный: почему мы его используем и почему он неисправен

Трехфазная система используется для передачи энергии более 120 лет и с тех пор практически не изменилась. Так зачем использовать 3 фазы? На то есть несколько веских причин:

1. Для создания плавно вращающегося магнитного поля, необходимого для достижения оптимального крутящего момента в электродвигателях, требуется минимум 3 фазы. Никола Тесла, сыгравший ключевую роль в разработке нашей нынешней энергосистемы, изобрел асинхронный двигатель переменного тока и, следовательно, был ярым сторонником трехфазной системы.
2. Еще одно важное преимущество трех фаз состоит в том, что, поскольку каждая фаза разнесена на 120º, они в каждый момент времени дают ноль. Вот почему мы можем передавать 3 фазы без использования 3 обратных проводов. Пока нагрузки сбалансированы между фазами , мы можем объединить обратные токи в одну, которые затем нейтрализуют друг друга, уменьшая потребность в обратном проводе или используя только один относительно небольшой обратный провод, если фазы не совпадают Не идеально сбалансирован.

Если вам нужно более интересное объяснение, посмотрите видео ниже.

Это довольно изящная система. Однако есть и несколько серьезных недостатков:

• Для передачи электроэнергии необходимы 3 или 4 провода
• Большие опоры для проводов
• Размещение под землей очень дорого, так как провода должны располагаться достаточно далеко друг от друга
• Значительные потери энергии
• Требуется постоянная компенсация реактивной мощности
• Комплексная балансировка нагрузки
• Риск межфазных замыканий из-за ветра

Так что нет лучшего пути? Когда-то, не совсем. Переменный ток был выбран вместо постоянного тока в основном потому, что трансформаторы можно было использовать для легкого повышения и понижения токов.

Это было необходимо, потому что потери при передаче меньше при более высоких напряжениях, но вы не можете протолкнуть сотни киловольт в чью-то бытовую технику, поэтому потребовалось преобразование.

Благодаря полупроводниковой технологии это теперь возможно и для постоянного тока, хотя и с гораздо большими затратами и меньшей надежностью, поэтому линии высокого напряжения постоянного тока (HVDC) в настоящее время в основном используются для очень больших расстояний или для соединения двух систем переменного тока. , даже несмотря на то, что HVDC обещает снизить потери в линии и требует меньше проводников, чем трехфазная система переменного тока.

Далее следуют 4 альтернативные системы, которым нужен только один проводник для передачи энергии, и которые решают большинство, если не все, из вышеупомянутых проблем.

Поскольку многие люди прямо скажут, что однопроводная передача энергии невозможна, я постараюсь предоставить как можно больше достоверных доказательств и поясню, как эти результаты могут быть воспроизведены для упрощения проверки.

Однопроводной возврат на землю (SWER)

Первая система, которую мы опишем, SWER, также является единственной в списке, которая в настоящее время находится в активной эксплуатации.

Эта система, которая обеспечивает однофазное питание по одному проводнику при использовании земли (или океана) в качестве обратного пути, была разработана примерно в 1925 году в Новой Зеландии для экономичной электрификации малонаселенных сельских районов. Сегодня SWER активно используется в Новой Зеландии, Австралии, на Аляске, Канаде, Бразилии и Африке, а также в подводных силовых кабелях HVDC.

Интерактивная принципиальная схема SWER. Нажмите на открытые переключатели, чтобы замкнуть их и увидеть, как ток течет по цепи.

Основным преимуществом этой системы является ее доступность, так как SWER использует только один провод вместо двух, и поскольку ток, потребляемый этими сельскими потребителями, относительно небольшой, более тонкие кабели и, следовательно, меньшее количество полюсов меньшего размера можно использовать для удержания кабеля. .

Обратной стороной является то, что эти линии не очень эффективны и часто испытывают значительные падения напряжения. Однако основная проблема заключается в том, что токи до 8 ампер могут протекать через землю возле точек заземления, поэтому существует опасность поражения электрическим током людей и животных при нарушении заземления.

И хотя системы SWER отлично подходят для экономичной передачи относительно небольших объемов энергии в малонаселенные районы, они не могут использоваться для электроснабжения городов и промышленности, поэтому их вариант использования довольно ограничен.

Следующий метод однопроводной передачи энергии, который мы обсудим, решает некоторые проблемы, присущие SWER, и полностью устраняет необходимость в обратном токе через землю.

B-Line

Профессор Майкл Бэнк из Иерусалимского технологического колледжа разработал очень интересный способ обеспечения однопроводной передачи энергии путем создания равных фазных токов в проводе под напряжением и обратном проводе, что затем позволяет объединить эти провода в один.

Его система, которую он называет B-Line, достигает этого за счет использования фазовращателя на 180º после источника, объединения двух проводов в одну линию передачи, а затем преобразования этого обратно в обычный двухпроводной ток перед нагрузкой с помощью другого Фазовращатель на 180º. И нагрузка, и генератор не «увидят» разницы!

Фазовый сдвиг достигается за счет использования трансформатора 1: 1 с обратным подключением, а для более высоких частот может использоваться линия задержки на половину периода. Следующая интерактивная принципиальная схема должна прояснить эту идею.

Интерактивная электрическая схема B-Line

Если вы посмотрите на график тока в интерактивной схеме выше, вы увидите, что ток в однопроводной линии передачи составляет удвоенных тока источника, потому что два провода объединены в один.

Это означает, что для передачи того же количества энергии одиночная линия передачи должна иметь сопротивление , равное половине , следовательно, необходим более дорогой провод, но, по крайней мере, вам понадобится только один!

Основным преимуществом B-Line перед системой SWER является то, что , B-Line , не используют землю в качестве обратной цепи!

Да, на приведенной выше анимации кажется, что здесь задействована земля, но поскольку ток в одной линии передачи удваивается в этой системе, а ток между источником и нагрузкой подчиняется закону Ома, другого тока быть не может! Ток заземления здесь не существует, так как он находится внутри цепи.

Профессор Банк провел два эксперимента, чтобы еще раз доказать, что земля не участвует в этой цепи.

1. Он использовал сигнал 300 кГц, который затем позволил ему заменить заземленную катушку инвертора на 500-метровую линию задержки с полупериодом без подключения к земле . Система оставалась прежней.
2. В главе Обнуление без подачи тока в землю Банк описывает устройство, которое он называет «обнулителем», который предлагает адекватный опорный уровень нулевого напряжения и, следовательно, может заменить заземление.Его система передачи все еще работала, когда соединение с землей было заменено обнулителем, что еще раз доказало, что ток не течет через землю в этой цепи.

отмечает, что недостатком использования его системы является то, что его одиночный провод создает более сильное электромагнитное поле, чем трехфазная система, которая предлагает компенсирующую полярность и поэтому оказывает большее влияние на людей. Этому недостатку противостоит тот факт, что один проводник требует гораздо меньше места, и поэтому намного дешевле разместить под землей, где он не может нанести вред людям.

Линию задержки также необходимо отрегулировать при изменении частоты, чтобы сдвиг фазы оставался равным 180 °. Однако основным недостатком этой системы, по-видимому, является тот факт, что по одному проводнику необходимо передавать удвоенный ток, создавая большие потери при передаче из-за рассеивания тепла (потери I ² R), если только не будут более дорогие кабели с меньшим сопротивлением. работают.

Следующая система, которую очень легко воспроизвести, решает сильноточные проблемы B-Line и является первой в списке, которая, кажется, не поддается объяснению с помощью современных электротехнических моделей.

Однопроводная передача без возврата Теслы

«Я уже доказал на своей лекции в Колумбийском колледже, что могу передавать энергию по одному проводу»

Еще в 1891 году, во время лекции в Колумбийском колледже перед Американским институтом инженеров-электриков, Никола Тесла был первым, кто окончательно продемонстрировал, что электрическая энергия может передаваться по единственному проводу без возврата и использоваться для силовые нагрузки, например лампы накаливания.

«В нескольких показательных лекциях перед научными обществами… я показал, что нет необходимости использовать два провода для передачи электроэнергии, но только один может быть использован одинаково хорошо».

В своей основной форме однопроводная система Теслы представляет собой просто заземленный генератор переменного тока с другим выводом, подключенным к емкости, как большой металлический объект. Тесла объясняет работу этой системы, используя осветительный аналог в своей статье «Настоящая беспроводная связь».

«Работа устройств по одному проводу без возврата поначалу вызывала недоумение из-за своей новизны, но легко объясняется подходящими аналогами. Для этого сделана ссылка на фиг. 3 и 4.

В первом случае электрические проводники с низким сопротивлением представлены трубами большого сечения, генератор переменного тока — качающимся поршнем, а нить лампы накаливания — тонким каналом, соединяющим трубы. При взгляде на диаграмму становится ясно, что очень незначительные отклонения поршня заставят жидкость устремиться с высокой скоростью через небольшой канал и что практически вся энергия движения будет преобразована в тепло за счет трения, как и у электрический ток в нити лампы.

Теперь вторая диаграмма не требует пояснений. В соответствии с конечной мощностью электрической системы используется эластичный резервуар, который устраняет необходимость в обратном трубопроводе.По мере того, как поршень колеблется, мешок расширяется и сжимается, и жидкость с большой скоростью проходит через ограниченный проход, что приводит к выделению тепла, как в лампе накаливания. С теоретической точки зрения, эффективность преобразования энергии должна быть одинаковой в обоих случаях ».

Эта базовая однопроводная система была усовершенствована компанией Tesla на протяжении многих лет, что привело к разработке увеличительного передатчика Tesla, который будет использовать весь земной шар в качестве «провода». На изображении ниже Тесла показывает нам эволюцию своего устройства.

Сначала добавляется индуктор (2), затем этот индуктор становится регулируемым индуктором (3), а затем вводится повышающий трансформатор (4), эффективно создавая знаменитую установку катушки Тесла. Затем он дополнительно совершенствуется для получения максимально возможного КПД и напряжения за счет использования настроенных схем и резонанса.

Tesla планировала передавать большие объемы энергии через землю, по существу полностью устраняя необходимость в линиях передачи.Тем не менее, в ядре это все еще однопроводная система передачи, и вместо земли вы можете использовать две настроенные катушки Тесла, соединенные одним проводом, для передачи электрической энергии так, как первоначально предполагал Тесла.

На приведенных выше схемах показано следующее:

1. Высоковольтные и высокочастотные нагрузки могут питаться напрямую от однопроводной линии передачи, если на конце линии присутствует емкость.
2. Вторая катушка Тесла действует как приемник и понижает напряжение до линия передачи для питания низковольтных и высокочастотных нагрузок
3. После понижения высокочастотное электричество выпрямляется с помощью двухполупериодного мостового выпрямителя со сглаживающим конденсатором для питания низковольтных нагрузок постоянного тока

Как вы можете Видите ли, система передачи Tesla очень универсальна и способна питать самые разные нагрузки по одному проводу.К сожалению, его так и не приняли на вооружение, потому что Тесла вложил все свои силы в «беспроводную» передачу энергии через землю.

Это безумие — думать, что Тесла еще в 1898 году назвал «необходимость обратной цепи для передачи электроэнергии в любом значительном количестве» «старым понятием»! Вот почему я был рад обнаружить, что группа российских ученых, наконец, продвигает эту технологию вперед и фактически интегрирует ее в энергосистему. Вдобавок они обнаружили, что эти однопроводные токи обладают некоторыми любопытными свойствами…

Авраменко / Стребков Однопроводная электрическая система (ОЭС)

В 1993 году российский дуэт Станислав и Константин Авраменко подали заявку на патент « Способ и устройство для однопроводной передачи электроэнергии », который был им выдан 15 августа 2000 года.

Я позволю авторам описать функцию устройства, описанного в патенте.

«Преобразование электрической энергии… в энергию колебаний поля свободных электрических зарядов, таких как ток смещения или продольная волна электрического поля, плотность которого изменяется во времени, и передача энергии посредством передачи линия, не образующая замкнутой цепи, состоящая из однопроводной линии передачи и, при необходимости, ее преобразование в электромагнитную энергию токов проводимости.”

Этот фрагмент может потребовать пояснений.

По сути, Авраменко говорит, что их устройство преобразует регулярный ток проводимости в колеблющееся электрическое поле. Это колеблющееся электрическое поле затем передается по однопроводной линии передачи и, наконец, в конце линии снова преобразуется обратно в обычный ток проводимости.

Они называют свой трансформатор «генератором переменной плотности», поскольку он создает волну, изменяя плотность электрического поля, или «моновибратором», поскольку к линии подключается только один вывод.

В конце концов, можно использовать любой старый трансформатор, «с ферромагнитным сердечником или без него», если только одна клемма вторичной обмотки подключена к линии передачи, хотя авторы рекомендуют, чтобы для максимальной эффективности настроенный передатчик и приемные катушки, другими словами: катушки Тесла.

Пока что устройства в патенте Авраменко идентичны устройствам Николы Теслы, за исключением того, что им было дано другое имя. Однако факт, что они описывают то, что, по их мнению, является природой однопроводного тока, является ценным.

Заглушка диодная Авраменко

Помимо трансформаторных катушек, вводится одно уникальное устройство для преобразования однопроволочного тока в регулярный ток проводимости: диодная вилка Авраменко.

Это устройство на самом деле представляет собой не что иное, как установку однополупериодного выпрямителя с входными клеммами двух диодов, подключенных к однопроводной линии передачи, но это дает некоторые результаты, заставляющие задуматься.

Например, когда традиционный магнитоэлектрический или термоэлектрический миллиамперметр используется на однопроводной линии, ток не измеряется, но когда эти же самые счетчики подключены к цепи вилки Авраменко, ток равен измеренным

Кроме того, включение резистора 10 кОм, конденсатора или катушки индуктивности последовательно с однопроводной линией не влияет на ток, измеряемый в цепи вилки Авраменко на конце линии! Однопроводной ток, кажется, полностью «игнорирует» эти компоненты, намекая на сверхпроводящие свойства ! Они действительно , а не , похоже, соблюдают закон Ома или законы Кирхгофа.

Зная это, следующий пункт из патента Авраменко имеет смысл.

«Изобретение позволит резко снизить затраты, связанные с передачей электроэнергии на большие расстояния, а также резко снизить потери джоулева тепла в линиях электропередачи».

Эти результаты подтверждают утверждение Авраменко о том, что однопроводные токи, которые он и его коллеги Заев и Лисин называют «токами поляризации» в своей статье 2012 года, фундаментально отличаются от токов проводимости и что они имеют продольную, а не поперечную природу.

. Другие авторы приходят к тем же выводам, но также упоминают, что Эффективность вилки Авраменко может быть повышена за счет использования двухполупериодной мостовой схемы выпрямителя.

Внедрение в сеть РФ

Подавляющее количество экспериментальных данных свидетельствует о том, что однопроводная передача энергии возможна, и она намного дешевле и эффективнее, чем наша древняя трехфазная электросеть, поскольку в ней используется меньше проводов меньшего диаметра, поэтому потребуется меньше полюсов, можно использовать трансформаторы меньшего размера. благодаря более высокой частоте во время передачи теряется меньше энергии, увеличивается дальность передачи и пропускная способность, а также устраняется опасность коротких замыканий.

И хотя западные ученые все еще смеются над осуществимостью однопроводных токов, российское правительство уже много лет финансирует исследования в этой области с целью серьезно модернизировать более 1 миллионов километров устаревших воздушных линий электропередачи в ближайшие 15 лет. лет

В докладе 2018 года Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ России предлагает использовать эту технологию, чтобы…

«Прямое преобразование солнечной энергии и трансконтинентальная передача тераваттной мощности с использованием технологии резонансных волноводов, разработанной Н.Тесла »

Помимо передачи электроэнергии по всему миру, в статье продолжается описание других приложений технологии Tesla, некоторые из которых уже запатентованы авторами, в том числе:

• Электрические ракеты
• Безхлорные способы создания солнечных элементов
• Снижение затрат на электролиз для производства водорода в 10 раз
• Безбатарейные электромобили
• Бесконтактное питание для поездов
• Подземные кабели для замены воздушных

Если США и Европа хочет оставаться конкурентоспособной, кажется, пора начать серьезно относиться к этой революционной технологии и начать вкладывать серьезные усилия в ее разработку.

А как насчет трехфазных двигателей ?!

После прочтения этой статьи я надеюсь, что жизнеспособность и революционный характер однопроводной передачи энергии стали очевидны. Однако по одному проводу может передаваться только 1 фаза, что подходит для большинства бытовых потребителей, но вначале мы узнали, что для работы промышленных двигателей требуется трехфазное питание…

К счастью, есть несколько решений для создания трехфазного питания от однофазной линии.

1. TRiiiON предлагает трехфазное питание по принципу «plug & play»
2. Изобретатель B-Line, упомянутый в этой статье, также предлагает решение: разделить одиночный провод Линия на три линии на стороне клиента, затем используйте простые фильтры L & C, чтобы сдвинуть 2 фазы на 60 ° и 1 фазу на 180 ° с помощью катушки инвертора, в результате чего получится 3-фазный ток

Заключительные мысли

В этой статье описаны 4 метода передачи электроэнергии по одному проводу без возврата.

Оказывается, эффект невероятно легко воспроизвести: возьмите любой трансформатор и используйте только одну клемму вторичной обмотки. Вот и все! Затем вы можете еще больше повысить эффективность передачи, запустив трансформатор на его резонансной частоте.

Поскольку репликация настолько проста, а потенциал сверхпроводимости при комнатной температуре настолько очевиден, меня, честно говоря, сбивает с толку, что эта технология не используется в полную силу исследователями всего мира.Похоже, серьезно к этому относятся только Россия.

Я призываю всех, кто читает это, начать экспериментировать и найти способы распространения этой технологии. Я предполагаю, что это не будет принято до тех пор, пока не будет предоставлен полностью разработанный продукт или метод, который сэкономит предприятиям или потребителям столько денег, что они будут почти вынуждены их принять.

Если вам известны какие-либо методы достижения однопроводной передачи энергии, которые не были упомянуты в этой статье, поделитесь, пожалуйста, в комментариях!

— объяснение и преимущества соединения генерирующих станций

Электроэнергия вырабатывается на генерирующих станциях и по передающей сети передается потребителям. Между генерирующими станциями и распределительными станциями используются три различных уровня напряжения (уровень напряжения передачи, дополнительной передачи и распределения).

Высокое напряжение требуется для передачи на большие расстояния, а низкое напряжение требуется для электроснабжения. Уровень напряжения продолжает снижаться от системы передачи к системе распределения. Электроэнергия вырабатывается трехфазным синхронным генератором (генераторами переменного тока), как показано на рисунке ниже.Напряжение генерации обычно составляет 11 кВ и 33 кВ.

Это напряжение слишком низкое для передачи на большие расстояния. Следовательно, оно повышается до 132, 220, 400 кВ или более с помощью повышающих трансформаторов. При этом напряжении электрическая энергия передается на основную подстанцию, где энергия поступает от нескольких подстанций.

Напряжение на этих подстанциях понижается до 66 кВ и подается в подсистему передачи для дальнейшей передачи на распределительные подстанции. Эти подстанции расположены в районе центров нагрузки.

Напряжение дополнительно понижено до 33 кВ и 11 кВ. Крупные промышленные потребители получают питание на уровне первичного распределения 33 кВ, в то время как более мелкие промышленные потребители получают напряжение 11 кВ.

Напряжение дополнительно понижается распределительным трансформатором, расположенным в жилом и коммерческом районе, где оно подается этим потребителям на вторичном уровне распределения трехфазного напряжения 400 В и однофазного 230 В.

Преимущество объединения генерирующих станций

Энергосистема состоит из двух или более генерирующих станций, соединенных соединительными линиями. Объединение генерирующих станций имеет следующие важные преимущества.

1. Обеспечивает экономичную взаимную передачу энергии из зоны избытка в зону дефицита.
2. Меньшая общая установленная мощность для удовлетворения пикового спроса.
3. Требуется меньший резерв резервной генерирующей мощности.
4. Это позволяет в любое время производить энергию на самой эффективной и дешевой станции.
5. Это снижает капитальные затраты, эксплуатационные расходы и стоимость произведенной энергии.
6. Если происходит серьезная поломка блока генерирующей системы во взаимосвязанной системе, то прекращения подачи электроэнергии нет.

Межсоединение обеспечивает наилучшее использование энергоресурсов и большую надежность электроснабжения. Это обеспечивает общую экономичность производства за счет оптимального использования экономичной электростанции большой мощности.Взаимосвязь между сетью осуществляется либо посредством линий HVAC (высокого напряжения переменного тока), либо через линии HVDC (высокого напряжения постоянного тока).

Однолинейные электрические схемы | Системы измерения и контроля электроэнергии

Электрические сети в основном состоят из трехфазных цепей переменного тока. Это означает, что большинство линий электропередачи (передача и распределение) имеют не менее трех проводов, а силовые трансформаторы представляют собой либо трехфазные блоки, либо группы однофазных трансформаторов, соединенных в конфигурации первичной и вторичной обмоток треугольником и / или звездой. Конечно, должны быть нарисованы схемы, чтобы документировать, как все эти проводники и силовые компоненты соединяются между собой, а стандартные электрические схемы хорошо служат этой цели на уровне оборудования. Однако при анализе электрических сетей в масштабе передачи или распределения отображение каждого проводника в виде электрической схемы сделало бы диаграмму системы излишне сложной.

По этой причине электрические сети чаще всего представляют в виде однолинейной схемы формата .Это означает, что каждая линия электропередачи или распределения отображается на странице как одна линия, а не как три (или четыре) линии, показывающие отдельные проводники в трехфазной цепи переменного тока. Однолинейные диаграммы хорошо подходят для анализа общего потока электроэнергии от источников к нагрузкам.

На следующей схематической диаграмме представлен сегмент промышленной системы распределения электроэнергии, содержащей генераторы, силовые трансформаторы, шины (наборы проводников, используемые для подключения нескольких нагрузок и / или источников параллельно друг другу), измерительные трансформаторы и счетчики, автоматические выключатели, двигатели. , и моторно-пусковые выключатели:

Изображение на принципиальной схеме:

Однолинейная схема той же промышленной системы распределения электроэнергии показывает все те же компоненты:

Изображение однолинейной схемы:

Обратите внимание, насколько проще и «чище» однолинейная схема по сравнению со схематической схемой той же энергосистемы: каждый трехжильный набор силовых проводов показан как одна линия, каждый трансформатор отображается как одна первичная обмотка и одна вторичная обмотка (а не по три каждой), каждый двигатель и генератор представляют собой простой круг, а не полный набор обмоток, контакты пускателя двигателя не дублируются, трансформаторы тока и амперметры отображаются в виде отдельных единиц, а не троек, и каждые три -полюсный автоматический выключатель отображается в виде символа одного квадрата или одного выключателя.Для тех, кто знаком со схемами промышленных КИПиА и систем управления, различие между схематическими схемами и однолинейными схемами аналогично различию между схемами контуров и P&ID: первые показывают гораздо большую степень детализации, чем вторые. Как и в случае контурных диаграмм и P & ID для технических специалистов по приборам, схематические и однолинейные диаграммы служат различным целям для профессионалов, анализирующих системы питания. Бывают обстоятельства, когда требуется сложная детализация схемы, каждый проводник, но для быстрого анализа операций и неисправностей в больших системах трудно конкурировать с элегантностью однолинейной схемы.

Набор часто используемых символов однолинейных схем появляется на следующих двух страницах.

Здесь показан пример однолинейной схемы, показывающей несколько генерирующих станций, подстанций, линий передачи и распределительных линий. Обратите внимание на расцветку, используемую для иллюстрации состояний выключателя (зеленый = выключен и красный = включен), как обычно отображаются однолинейные диаграммы на дисплеях компьютерной системы SCADA:

Из этого примера должно быть совершенно ясно, что формат однолинейной диаграммы значительно упрощает то, что в противном случае было бы загроможденной схематической диаграммой, для иллюстрации системы, содержащей более десятка генераторов и почти столько же нагрузок. Таким образом, однолинейные схемы незаменимы для операторов энергосистем и другого персонала, который должен быстро принимать решения по надзору за энергосистемой.

Однолинейная схема распределения передачи

Что такое однолинейная диаграмма?

Однолинейная диаграмма или однолинейная диаграмма — это простой способ нарисовать электрическую цепь в энергосистеме. Приняв эту схему электрических линий, можно уменьшить сложность графического изображения.

Типичная однолинейная электрическая схема состоит из

• Генератор (генерирующая станция)
• Повышающий трансформатор
• Понижающий трансформатор
• Подстанция
• Питатель
• Дистрибьюторы

Первичная передача:

• Мощность, вырабатываемая генерирующей станцией, повышается с помощью повышающего трансформатора, а затем происходит первичная передача.
Повышающий трансформатор
• используется для минимизации потерь при передаче.
• 11 кВ — это шаг до 220 кВ перед отправкой на первичную передачу.
• Другими словами, первичная передача также называется передачей высокого напряжения, поскольку она имеет дело с очень высоким напряжением.
• Первичная передача использует 3-х фазную 3-проводную систему (линии передачи по головке)

Вторичная передача:

• На приемной станции уровень напряжения понижается с 220 кВ до 33 кВ с помощью понижающего трансформатора.
• Вторая система передачи использует трехфазную систему для передачи энергии на различные подстанции.

Основное распределение:

• В первичном распределении понижающий трансформатор (обычно называемый распределительным трансформатором) используется для понижения напряжения до желаемого уровня.
• Напряжение понижено с 33 кВ или 22 кВ до 6,6 кВ или 3,3 кВ.
• Крупные предприятия и предприятия получают электроэнергию от первичного распределения. Компании, использующие первичное распределение, имеют свои собственные подстанции.
• Его также называют распределением высокого напряжения.

Вторичное распределение:

• В вторичной распределительной сети снова используется понижающий трансформатор для понижения уровня напряжения с 3,3 кВ до 440 В или 230 В.
• Конечные потребители получают электроэнергию через вторичные распределительные сети.
• 230V используется для бытовых нужд.
• Его также называют распределением низкого напряжения.
• Вторичное распределение использует 3 фазы и 4-проводную систему (нейтральный провод)

Самые длинные в мире линии электропередачи

1.Линия электропередачи Белу-Монте-Рио-де-Жанейро, Бразилия

2. Тяга трансмиссии Rio Madeira

3. Линия электропередачи Белу-Монте-Эштрейто, Бразилия — 2 092 км

4. Линия электропередачи Цзиньпин-Сунань, Китай

5. Линия электропередачи Сянцзяба-Шанхай, Китай

6.Линия электропередачи Инга-Колвези, Конго

7. Линия передачи Талчер-Колар, Индия

1. Линия электропередачи Белу-Монте-Рио-де-Жанейро, Бразилия — 2 543 км

Линия электропередачи Белу-Монте-Рио-де-Жанейро протяженностью 2543 км в Бразилии представляет собой линию сверхвысокого напряжения постоянного тока (UHVDC) на 800 кВ, которая передает электроэнергию от гидроэлектростанции Белу-Монте мощностью 11,2 ГВт, расположенной в Пара, в Рио-де-Жанейро, Бразилия.

Строительство линии электропередачи, также известной как линия Belo Monte UHVDC Bipole II, было начато в сентябре 2017 года и завершено в апреле 2019 года.Воздушная линия электропередачи с башнями высотой 105 м и выше пересекает 80 городов на своем пути от Амазонки до юго-восточного побережья Бразилии. Линия имеет две преобразовательные станции и способна передавать 4Вт электроэнергии.

Линия электропередачи Белу-Монте-Рио-де-Жанейро была построена Государственной сетевой корпорацией Китая (SGCC) в рамках Китайской инициативы «Один пояс, один путь» (BRI). Это вторая линия UHVDC на 800 кВ, которая будет построена и эксплуатируется SGCC в Бразилии после линии Belo Monte UHVDC Bipole I, строительство которой было завершено в конце 2017 года.

2. Линия электропередачи Рио-Мадейра, Бразилия — 2385 км.

Линия электропередачи Рио-Мадейра в Бразилии представляет собой биполярную линию высокого напряжения постоянного тока (HVDC) 600 кВ, введенную в эксплуатацию в ноябре 2013 года. Она способна передавать мощность 7,1 ГВт.

Линия HVDC в Рио-Мадейре передает электроэнергию от гидроэлектростанций Санту-Антониу и Жирау на берегу реки Мадейра на северо-западе Бразилии в основные центры нагрузки на юго-востоке Бразилии.Он соединяет подстанцию ​​коллектора Порту-Велью в штате Рондония с подстанцией Араракуара-2 в штате Сан-Паулу.

Линия электропередачи HVDC была построена за 24 месяца компанией Interligação Elétrica do Madeira (IE Madeira), консорциумом, состоящим из трех основных бразильских поставщиков энергии. АББ поставила энергетическое оборудование для трех станций постоянного тока высокого напряжения. Компания Alstom поставила для этого проекта две двухполюсные преобразовательные станции HVDC и четыре силовых преобразовательных трансформатора HVDC.

3.Линия электропередачи Белу-Монте-Эштрейто, Бразилия — 2 092 км

Линия электропередачи Белу-Монте-Эштрейто, также известная как линия электропередачи UHVDC Bipole I в Белу-Монте, является первой линией электропередачи UHVDC на 800 кВ, которая будет построена для доставки электроэнергии с гидроэлектростанции Белу-Монте на севере Бразилии на юго-восток Бразилии.

Введенная в эксплуатацию в декабре 2017 года линия UHVDC протяженностью 2092 км берет свое начало в Шингу в Пара и заканчивается в Эстрето в Минас-Жерайсе.Линия Belo Monte UHVDC Bipole I способна передавать 4 Вт электроэнергии.

Линия электропередачи Belo Monte-Estreito UHVDC принадлежит и управляется компанией Belo Monte Transmissora de Energia (BMTE), которая является компанией специального назначения, в которую входят Китайская государственная электросетевая корпорация (51%), Fumas (24,5%) и Eletronorte (24,5%). ). Fumas и Eletronorte являются дочерними предприятиями бразильской государственной компании Eletrobras.

Связанный отчет

Тематические отчеты

Вы беспокоитесь о темпах инноваций в вашей отрасли?

GlobalData по темам TMT за 2021 год рассказывается все, что вам нужно знать о революционных технологических темах и о том, какие компании лучше всего могут помочь вам в цифровой трансформации вашего бизнеса.

4. Линия электропередачи Цзиньпин-Сунань, Китай — 2 090 км

Линия электропередачи Цзиньпин-Сунань в Китае представляет собой линию электропередачи UHVDC на 800 кВ. Линия электропередачи мощностью 7,2 ГВт, принадлежащая Государственной сетевой корпорации Китая (SGCC), была введена в эксплуатацию в декабре 2012 года.

Линия проходит через восемь провинций Китая для передачи электроэнергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями Гуанди, Цзиньпин и Сычуань, расположенными на реке Ялонг в центрально-западной провинции Сычуань, в промышленно развитую прибрежную зону провинции Цзянсу на востоке Китая.Напряжение переменного тока на обоих концах линии составляет 525 кВ.

Проект передачи был одобрен правительством в ноябре 2008 г. и потребовал инвестиций в размере около 22 млрд юаней (3,5 млрд долларов). Компания ABB разработала и спроектировала проект совместно с SGCC и местными китайскими партнерами. АББ также поставила ключевые компоненты проекта, в том числе электрические трансформаторы сверхвысокого напряжения постоянного тока 800 кВ для обеих преобразовательных станций.

5. Линия электропередачи Сянцзяба-Шанхай, Китай — 1 980 км

Линия электропередачи Сянцзяба-Шанхай с воздушной протяженностью 1980 км — это 800 кВ, 7.Линия 2ГВт, принадлежит SGCC. Первая в мире линия электропередачи сверхвысокого напряжения постоянного тока начала коммерческую эксплуатацию в июле 2010 года.

Линия Сянцзяба-Шанхай передает электроэнергию от гидроэлектростанции Сянцзяба, расположенной на юго-западе Китая, в главный промышленный и коммерческий центр страны, Шанхай. Линия состоит из одной воздушной линии и 28 трансформаторов-преобразователей высокого / сверхвысокого напряжения. Напряжение переменного тока на обоих концах линии составляет 525 кВ.

Проект передачи сверхвысокого напряжения постоянного тока был одобрен правительством в апреле 2007 года и завершен за 30 месяцев.АББ по контракту «под ключ» предоставила общий проект системы, а также поставила ключевые компоненты, такие как силовые преобразователи высокого и сверхвысокого напряжения, тиристорные клапаны, распределительное оборудование постоянного и переменного тока, а также систему управления HVDC.

6. Линия электропередачи Инга-Колвези, Конго — 1700 км

Линия электропередачи Инга-Колвези протяженностью 1700 км, ранее известная как линия Инга-Шаба, представляет собой линию 500 кВ с номинальной мощностью 560 МВт. Он принадлежит и управляется национальной электроэнергетической компанией Демократической Республики Конго (ДРК) Société Nationale d’Electricité (Snel).

Линия HVDC Inga-Kolwezi передает электроэнергию от гидроэлектростанции Inga Falls на реке Конго в район добычи меди Катанги на юго-востоке Конго. Введенная в эксплуатацию в 1982 году, на тот момент это была самая длинная линия электропередачи в мире. Напряжение переменного тока на обоих концах линии 220 кВ.

Ключевые компоненты для проекта, включая преобразовательные подстанции, были поставлены компанией ABB, которая также получила контракт на реконструкцию линии с использованием новых тиристорных клапанов, нового высоковольтного оборудования и новой системы управления и защиты для улучшения эффективность и надежность линии в 2009 году.

7. Линия электропередачи Талчер-Колар, Индия — 1450 км

Линия электропередачи высокого напряжения постоянного тока 500 кВ Талчер-Колар также известна как линия электропередачи Восток-Юг. Его установленная мощность составляет 2 500 МВт. Принадлежащая Power Grid Corporation of India, Talcher-Kolar была второй по длине линией электропередачи в мире на момент ввода в эксплуатацию в феврале 2003 года.

Линия передачи Талчер-Колар передает электроэнергию от центра выработки энергии Талчер в восточно-индийском штате Орисса в Колар недалеко от Бангалора, столицы южного штата Карнатака.На момент ввода в эксплуатацию биполярная линия передачи имела мощность передачи 2 000 МВт, но в 2007 году ее повысили до 2 500 МВт. Компания Siemens построила преобразовательные подстанции для линии постоянного тока высокого напряжения Талчер-Колар.

Power Grid Corporation of India также строит первую в Индии линию электропередачи UHVDC, линию UHVDC на северо-восток Агры протяженностью 1728 км 800 кВ, которая способна передавать 8000 МВт. Проект реализуется компанией ABB, ввод в эксплуатацию намечен на 2015 год. После ввода в эксплуатацию это будет самая длинная линия электропередачи в Индии.

Связанный отчет

Загрузите полный отчет из хранилища отчетов GlobalData

Последний отчет от Посетить GlobalData Store

Связанные компании

L3 MAPPS

Симуляторы надежных электростанций для безопасной эксплуатации сегодня и завтра

Связанные компании

L3 MAPPS

Симуляторы надежных электростанций для безопасной эксплуатации сегодня и завтра

28 августа 2020

LabVolt от Festo Didactic

Учебная система по передаче электроэнергии переменного тока сочетает в себе модульный подход к проектированию с компьютерным сбором данных и управлением, чтобы обеспечить непревзойденное обучение системам передачи электроэнергии переменного тока для студентов, имеющих базовые знания в области технологии электроэнергии (схемы питания постоянного , однофазные силовые цепи переменного тока и однофазные силовые трансформаторы).Система оснащена интерфейсом сбора данных и управления, модель 9063, ультрасовременным периферийным USB-устройством, которое значительно расширяет возможности обучения студентов.

Обучение начинается со следующих двух курсов:

• Схемы питания трехфазного переменного тока

• Банки трехфазных трансформаторов

Эти курсы знакомят слушателей с основами трехфазных цепей переменного тока (конфигурации звезды и треугольника, три измерение мощности переменного тока, последовательность фаз), а также рабочие характеристики батарей трехфазных трансформаторов, которые являются важным компонентом в системах передачи электроэнергии переменного тока.Обучение продолжается с основного курса Системы передачи электроэнергии переменного тока:

• Линии передачи переменного тока

Этот курс является ядром системы обучения и знакомит студентов с характеристиками и поведением высоковольтных линий передачи переменного тока, а также к компенсации напряжения этих линий с помощью коммутируемой компенсации шунта (SSC). Он охватывает множество тем, связанных с линиями передачи высокого напряжения, таких как характеристики регулирования напряжения, характеристический импеданс, естественная нагрузка, скорректированная эквивалентная схема PI, кривая напряжения питания, длина линии и передача активной мощности.

Следующие четыре курса из учебной программы по технологиям электроэнергетики могут быть дополнительно добавлены в систему обучения передаче электроэнергии переменного тока, чтобы предоставить студентам базовые знания в области технологии электроэнергии, необходимые для изучения систем передачи электроэнергии переменного тока:

• Цепи питания постоянного тока

• Однофазные силовые цепи переменного тока

• Однофазные силовые трансформаторы

• Трехфазные вращающиеся машины

Эти четыре курса знакомят студентов с основами силовых цепей постоянного и однофазного переменного тока, а также с рабочими характеристиками однофазных силовых трансформаторов и трехфазных вращающихся машин (в частности, трехфазного синхронного генератора).

% 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 п. 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 н. 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.