Эковатт: электричество по одному проводу

ЭКОВАТТ: ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ПО ОДНОМУ ПРОВОДУ

Автор: Масленникова Татьяна Николаевна,

преподаватель ОБПОУ «КЭМТ»

Все знают, что чем большую мощность нужно передавать по проводу, тем этот провод должен быть толще, чтобы выдержать соответствующий ток. Для зарядки телефона достаточно тоненького провода, для питания розеток в квартире - в несколько раз толще, чтобы подвести электричество к поселку требуется провод толщиной в руку, а к электросетям города подходят сотни таких проводов. Для проводов используются два дорогих цветных металла - медь и алюминий. В масштабах энергетики мира это миллионы тонн металла, зарытых под землю в виде кабелей и развешанных по мачтам в виде проводов, миллиарды долларов и рублей на постройку и обслуживание линий электропередач. Насколько уязвимы воздушные линии электропередач, все хорошо видели во время знаменитого ледяного дождя в декабре 2010 года, но даже несмотря на то, что сейчас все воздушные линии планомерно закапывают под землю, принципиально это ничего не меняет - это все те же миллионы тонн цветного металла и миллиарды долларов в масштабах планеты, и никакой альтернативы им не было. Именно поэтому в настоящее время является актуальной проблема снижения экономических затрат и повышения эффективности электроснабжения различных отраслей народного хозяйства.

В 1892 году в Лондоне, а через год в Филадельфии, известный изобретатель, серб по национальности, Никола Тесла демонстрировал передачу электроэнергии по одному проводу. Как он это делал - остается загадкой. Часть его записей до сих пор не расшифрована, другая часть сгорела. Но сенсационность опытов Тесла очевидна любому электрику: ведь, чтобы ток шел по проводам, они должны составлять замкнутый контур. А тут вдруг - один незаземленный провод!

Для осуществления ОПЭ (однопроводной передачи энергии) нужны следующие условия: ток должен быть переменным и относительно высокочастотным, а так же достаточно высокого напряжения. Для примера: частота тока 10-15 кГц, напряжение 10-15 кВ. Хотя опыты проще проводить с меньшим напряжением, в данном случае приводится пример использования 100-200 В. Для повышения эффективности процесса необходимо использовать резонанс.

Предлагаемая схема следующая: 1 - ноутбук; 2 - УНЧ, 3 - повышающий трансформатор (ноутбук, УНЧ и повышающий трансформатор играют роль высокочастотного и высоковольтного генератора тока; 4 - нагрузка в виде понижающего трансформатора и диодного моста на низковольтной обмотке, с подключенным к ней двигателем постоянного тока; 5 - изолированная проводящая пластина.

Рисунок 1. Схема однопроводной передачи электроэнергии

В этой схеме есть два нюанса. Первый - это повышающий трансформатор. Один конец вторичной обмотки подсоединяется к одному из выводов первичной, и, желательно, заземляется. Это делается для обеспечения безопасности, а так же для повышения эффективности вторичной обмотки. Далее, к первичной обмотке параллельно подсоединен конденсатор, образовывая параллельный колебательный контур. Емкость конденсатора рассчитывается по известным формулам, в зависимости от индуктивности первичной обмотки и используемой частоты. Это делается для повышения силы тока в первичной обмотке, и, соответственно, для усиления эффекта. С подбором емкости конденсатора, возможно, возникнет проблема, так как индуктивность первичной обмотки в процессе ее работы меньше, чем в отключенном состоянии, и эта разница зависит от нагрузки на вторичной обмотке. В данном конкретном случае конденсатор рассчитан на индуктивность меньшую на 10% - 15% от измеренной величины, при заданной частоте. И даже после этого придется немного регулировать частоту генератора, для настройки максимального резонанса. Нюанс второй - настроить резонанс во вторичной цепи. Индуктивность вторичной цепи складывается из индуктивности вторичной обмотки повышающего трансформатора и первичной обмотки понижающего трансформатора. Индуктивность первичной обмотки понижающего трансформатора так же, будет немного меньше измеренной, так как зависит от нагрузки на вторичной обмотке. Далее, необходимо подобрать емкость проводящей изолированной пластины. Делается это просто, измеряется площадь пластины и по формулам рассчитывается емкость, для данной частоты и индуктивности. Пластину нужно разместить на расстоянии от окружающих предметов, в противном случае ее емкость будет больше расчетной. Чем выше частота и больше индуктивность цепи, тем меньше емкость требуется, а значит и площадь пластины. При достаточно высокой частоте может хватить и собственной емкости цепи, в таком случае пластина не нужна.

Данный тестовый пример позволял работать мотору мощность 10 Вт на полную мощность, зажигать лампы накаливания, и, конечно же, перегоревшие лампы дневного света.

Если приводить пример более масштабной электропередачи, то он будет следующим: берется обычная электроэнергия электросети, преобразуется в переменный ток высокого напряжения с частотой несколько килогерц и подается на передающий резонансный контур -трансформатор</<font size="4">. С этого контура энергия идет по тонкой однопроводной линии к потребителю, там ее встречает второй аналогичный резонансный контур - приемный, с которого мы энергию снимаем и преобразуем в привычный для большинства электроприборов вид - 220 В/50 Гц или трехфазный ток 380 В.

В случае классического способа передачи энергии столь тонкий провод мгновенно бы разогрелся и расплавился от тысячной доли той энергии, что по нему передается, а в данном случае он холодный - потерь в нем вообще нет! Фактически наблюдаем подобие эффекта сверхпроводимости, но без охлаждения проводников жидким азотом, а в простом тонком медном проводе при обычных условиях!

Рисунок 2. Схема однопроводной передачи электроэнергии в электросети

В классических способах передачи электроэнергии ток идет от генератора в нагрузку и возвращается обратно - по кругу. Цепь замкнутая. Здесь она разомкнутая и провод один. Активного тока нет, потерь токопроводимости нет.

Ток опережает напряжение на 90 градусов. По законам электротехники такая линия имеет нулевую мощность, ведь активная мощность - это произведение тока и напряжения на косинус угла между ними, а косинус 90 - это ноль. В линии возникают стоячие волны - наложение прямой и отраженной волны, и эти прямые и отраженные волны и переносят энергию.

Чтобы подать электричество в поселок или город, нужно провод толщиной 2-3 мм поместить в какую-нибудь нетолстую трубу для защиты от механических повреждений и закопать в землю. Экономия дорогостоящей меди будет колоссальная - в 40-50 и более раз! Плюс немаловажно, что тонкий провод не подвержен такому распространенному российскому бедствию, как воровство для сдачи в пункты приема цветмета, - чтобы выкопать жалкие несколько килограмм меди, нужно перелопатить десятки кубометров земли.

На мой взгляд, ОПЭ или "резонансный метод передачи энергии" имеет два основных плюса. Первый - расходуется меньше материалов на проводники. Второй - за счет повышенной частоты и высокого напряжения по проводнику проходит, относительно не большой ток, провод почти не греется, что благоприятно сказывается на сопротивлении.

Представленный метод передачи электричества не является исключительно опытным, применяемым и исследуемым только в научно-исследовательских институтах. У нас в стране работает человек, который тоже нашел способ передавать электроэнергию по одному незамкнутому проводу. Инженер Станислав Авраменко делает это уже 15 лет.

Подводя итог всему вышесказанному, необходимо сделать самый главный и существенный вывод: система «резонансного метода передачи энергии» - это два резонансных контура, принимающий и передающий, соединены однопроводной линией, в которой при передаче энергии нет потерь на сопротивление проводов, нет зависимости сечения провода от плотности тока! В результате, чтобы передавать десятки и сотни киловатт мощности, достаточно одного провода толщиной с человеческий волос!

Список использованных источников:

1. Воеводин П.И. Никола Тесла (1856-1943) // Электричество. - 2004. - № 12. - С. 65-67.

2. Кадомская К.Д., Кандаков С.А., Лебедев Д.М.Об однопроводной системе передачи силовой и электрической энергии // Сборник научных трудов. НГТУ. - 2011. - №2(64). -123-124.

3. Сердюков О. Однопроводный ток все же потек // Изобретатель и рационализатор. - 2003. - № 4.

4. Стребков Д.С., Некрасов А.И. Резонансные методы передачи и применения электрической энергии. - М.: ВИЭСХ. - 2008. - 351 с.