Передача электричества: Передача электроэнергии без проводов- от начала до наших дней / Хабр

Содержание

Передача электроэнергии без проводов- от начала до наших дней / Хабр

Передача электроэнергии без проводов, это способ передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в электрической цепи.

В конце XIX века открытие того, что при помощи электричества можно заставить светиться лампочку, вызвало взрыв исследований, целью которых было найти наилучший способ передачи электроэнергии.


Активно изучалась беспроводная передача энергии и в начале 20го века, когда ученые уделяли большое внимание поиску различных путей беспроводной передачи энергии. Цель исследований была проста – генерировать электрическое поле в одном месте так, чтобы затем можно было его приборами обнаружить на расстоянии. В то же время были предприняты попытки снабжения энергией на расстоянии не только высокочувствительных датчиков для регистрации напряжения, а и значительных потребителей энергии. Так, в 1904 году на выставке St. Louis World’s Fair был вручен приз за успешный запуск самолетного двигателя мощностью 0,1 лошадиной силы, осуществленный на расстоянии 30 м.

Гуру «электричества» известны многим (William Sturgeon, Michael Faraday, Nicolas Joseph Callan, James Clerk Maxwel, Heinrich Hertz, Mahlon Loomas и др.), но мало кто знает, что японский исследователь Hidetsugu Yagi для передачи энергии использовал собственной разработки антенну. В феврале 1926 г. он опубликовал результаты своих исследований, в которых описал строение и способ настройки антенны Yagi.

Прим: про Никола Тесла (Nikola Tesla) я не упомянул сознательно: написано много и многими.

Очень серьёзные работы и проекты велись в СССР в период 1930-1941 гг и параллельно в Drittes Reich. Естественно, в основном, военного назначения. Естественно, в основном, военного назначения: поражение живой силы противника, уничтожение военной и промышленной инфраструктуры и т.д.
В СССР велись так же серьёзные работы по использованию СВЧ излучения для предотвращения поверхностной коррозии металлических конструкций и изделий.
Но это отдельная история. Опять надо лезть на пыльный чердак.

Один из крупнейших российских физиков прошлого столетия, лауреат Нобелевской премии, академик Пётр Леонидович Капица посвятил часть своей творческой биографии исследованию перспектив использования СВЧ-колебаний и волн для создания новых и высокоэффективных систем передачи энергии. В 1962 году в предисловии к своей монографии он писал

«… я хочу напомнить, что электротехника, прежде чем прийти на службу энергетике, в прошлом веке занималась широко только вопросами электросвязи (телеграф, сигнализация и пр.). Вполне вероятно, что история повторится: теперь электроника используется главным образом для целей радиосвязи, но её будущее лежит в решении крупнейших проблем энергетики».

Из длинного перечня фантастических технических идей, реализованных в ХХ веке, только мечта о беспроводной передаче электрической энергии продолжала оставаться нереализованной. Подробные описания энергетических лучей в фантастических романах дразнили инженеров своей очевидной потребностью, и при этом практической сложностью реализации.

Но ситуация постепенно стала меняться к лучшему.

В 1964 году эксперт в области СВЧ-электроники William C.Brown впервые испытал устройство (модель вертолета) способное принимать и использовать энергию СВЧ пучка в виде постоянного тока, благодаря антенной решётке, состоящей из полуволновых диполей, каждый из которых нагружен на высокоэффективные диоды Шоттки.

В 1964 г. William C. Brown продемонстрировал на канале CBS в программе Walter Cronkite News свою модель вертолета, получавшую достаточную для полета энергию от микроволнового излучателя.


Уже к 1976 году Вильям Браун осуществил передачу СВЧ-пучком мощности в 30 кВт на расстояние в 1,6 км с КПД превышающим 80%.

Испытания проводились в лаборатории и по заказу Raytheon Co.

Подробно (на английском) читать:
Microwave Power Transmission — IOSR Journals
The microwave powered Helicopter. William C. Brown. Raytheon Company.

В 1968 году американский специалист в области космических исследований Питер Е. Глэйзер (Peter E. Glaser) предложил размещать крупные панели солнечных батарей на геостационарной орбите, а вырабатываемую ими энергию (уровня 5-10 ГВт) передавать на поверхность Земли хорошо сфокусированным пучком СВЧ-излучения, преобразовывать её затем в энергию постоянного или переменного тока технической частоты и раздавать потребителям.


Такая схема позволяла использовать интенсивный поток солнечного излучения, существующий на геостационарной орбите (~ 1,4 кВт/кв.м.), и передавать полученную энергию на поверхность Земли непрерывно, вне зависимости от времени суток и погодных условий [2-12]. За счёт естественного наклона экваториальной плоскости к плоскости эклиптики с углом 23,5 град., спутник, расположенный на геостационарной орбите, освещён потоком солнечной радиации практически непрерывно за исключением небольших отрезков времени вблизи дней весеннего и осеннего равноденствия, когда этот спутник попадает в тень Земли. Эти промежутки времени могут точно предсказываться, а в сумме они не превышают 1% от общей продолжительности года.

Частота электромагнитных колебаний СВЧ-пучка должна соответствовать тем диапазонам, которые выделены для использования в промышленности, научных исследованиях и медицине. Если эта частота выбрана равной 2,45 ГГц, то метеорологические условия, включая густую облачность и интенсивные осадки, практически не влияют на КПД передачи энергии. Диапазон 5,8 ГГц заманчив, поскольку дает возможность уменьшить размеры передающей и приемной антенн. Однако влияние метеорологических условий здесь уже требует дополнительного изучения.

Современный уровень развития СВЧ-электроники позволяет говорить о довольно высоком значении КПД передачи энергии СВЧ пучком с геостационарной орбиты на поверхность Земли — порядка 70-75%. При этом диаметр передающей антенны обычно бывает выбран равным 1 км, а наземная ректенна имеет размеры 10 км х 13 км для широты местности 35 град. СКЭС с уровнем выходной мощности 5 ГВт имеет плотность излучаемой мощности в центре передающей антенны 23 кВт/кв.м., в центре приемной – 230 Вт/кв.м.


Были исследованы различные типы твёрдотельных и вакуумных СВЧ-генераторов для передающей антенны СКЭС. Вильям Браун показал, в частности, что хорошо освоенные промышленностью магнетроны, предназначенные для СВЧ-печей, могут быть использованы также и в передающих антенных решётках СКЭС, если каждый из них снабдить собственной цепью отрицательной обратной связи по фазе по отношению к внешнему синхронизирующему сигналу (так называемый, Magnetron Directional Amplifier — MDA).

Ректенна – высокоэффективная приёмно-преобразующая система, однако низковольтность диодов и необходимость их последовательной коммутации, может приводить к лавинообразным пробоям. Циклотронный преобразователь энергии позволяет в значительной мере устранить эту проблему.

Передающая антенна СКЭС может представлять собой обратно-переизлучающую активную антенную решётку на основе щелевых волноводов. Её грубая ориентация осуществляется механическим путём, для точного наведения СВЧ-пучка используется пилот-сигнал, излучаемый из центра приёмной ректенны и анализируемый на поверхности передающей антенны сетью соответствующих датчиков.

С 1965 по 1975 гг. была успешно завершена научная программа, руководимая Bill Brown, продемонстрировавшая возможность передачи энергии мощностью 30 кВт на расстояние более 1 мили с эффективностью 84%.

В 1978–1979 годах в США под руководством Министерства энергетики (Department of Energy – DOE) и НАСА (NASA) была выполнена первая государственная научно-исследовательская программа, направленная на определение перспектив СКЭС.

В 1995–1997 годах НАСА вновь вернулось к обсуждению перспектив СКЭС, опираясь на прогресс технологий, достигнутый к тому времени.


Исследования были продолжены в 1999–2000 годах (Space Solar Power (SSP) Strategic Research & Technology Program).

Наиболее активно и планомерно исследования в области СКЭС проводила Япония. В 1981 году под руководством профессоров М.Нагатомо (Makoto Nagatomo) и С.Сасаки (Susumu Sasaki) в Институте космических исследований Японии были начаты исследования по разработке прототипа СКЭС с уровнем мощности 10 МВт, который мог бы быть создан с использованием существующих ракетоносителей. Создание такого прототипа позволяет накопить технологический опыт и подготовить основу для формирования коммерческих систем.


Проект был назван СКЭС2000 (SPS2000) и получил признание во многих странах мира.

В 2008 доцент кафедры физики Массачусетского Технологического Института (МИТ) Марин Солджачич (Marin Soljačić) был пробуждён от сладкого сна настойчивым пиканьем мобильного телефона. «Телефон не умолкал, требуя, чтобы я поставил его заряжаться», — рассказывает Солджачич. Уставший и не собиравшийся вставать, он стал мечтать о том, чтобы телефон, оказавшись дома, начинал заряжаться сам по себе.

Так появился WiTricity и WiTricity corporation.


В июне 2007 г. Marin Soljačić и еще несколько исследователей Массачусетского технологического института сообщили о разработке системы, в которой 60 Вт лампочка снабжалась от источника, располагавшегося на расстоянии 2 м, причем эффективность составила 40%.
По заявлению авторов изобретения, это не «чистый» резонанс связанных контуров и не трансформатор Теслы, с индуктивной связью. Радиус передачи энергии на сегодня составляет чуть больше двух метров, в перспективе – до 5-7 метров.
В целом, учеными испытывались две принципиально отличающиеся схемы.
1. В индукционной катушке или электрическом трансформаторе, которые имеют металлический или воздушный сердечник, передача энергии осуществляется путем простого электромагнитного соединения, называемого магнитной индукцией. С использованием этого метода передача и получение энергии стали осуществимы на значительном расстоянии, но для получения значительного напряжения подобным путем необходимо было расположить две катушки очень близко.
2. Если же используется магнитное резонансное сцепление, где оба индуктора настроены на взаимную частоту, значительная энергия может быть передана на немалое расстояние.

Сходные технологии лихорадочно разрабатываются и другими фирмами: компания Intel демонстрировала свою технологию WREL с КПД передачи энергии до 75%. В 2009 году фирма Sony продемонстрировала работу телевизора без сетевого подключения. Настораживает только одно обстоятельство: независимо от способа передачи и технических ухищрений, плотность энергии и напряженность поля в помещениях должна быть достаточно высокой, чтоб питать устройства мощностью несколько десятков ватт. По признанию самих разработчиков, информации о биологическом воздействии на человека подобных систем пока нет. Учитывая недавнее появление, и разный подход к реализации устройств передачи энергии, подобные исследования еще только предстоят, а результаты появятся не скоро. А мы сможем судить об их негативном воздействии только косвенно. Что-то опять исчезнет из наших жилищ, как, например, тараканы.

В 2010 году Haier Group, китайский производитель бытовой техники, представила на всеобщее обозрение на выставке CES 2010 свой уникальный продукт — полностью беспроводной LCD телевизор, основанный на исследованиях профессора Марина Солячича по беспроводной передаче энергии и беспроводном домашнем цифровом интерфейсе (WHDI).

В 2012-2015 гг. инженеры Вашингтонского университета разработали технологию, позволяющую использовать Wi-Fi в качестве источника энергии для питания портативных устройств и зарядки гаджетов. Технология уже признана журналом Popular Science как одна из лучших инноваций 2015 года. Повсеместное распространение технологии беспроводной передачи данных само по себе произвело настоящую революцию. И вот теперь настала очередь беспроводной передачи энергии по воздуху, которую разработчики из Вашингтонского университета назвали PoWiFi (от Power Over WiFi).


На стадии тестирования исследователи сумели успешно заряжать литий-ионные и никель-металл-гидридные аккумуляторы небольшой емкости. Используя роутер Asus RT-AC68U и несколько сенсоров, расположенных на расстоянии 8,5 метров от него. Эти сенсоры как раз и преобразуют энергию электромагнитной волны в постоянный ток напряжением от 1,8 до 2,4 вольта, необходимых для питания микроконтроллеров и сенсорных систем. Особенность технологии в том, что качество рабочего сигнала при этом не ухудшается. Достаточно лишь перепрошить роутер, и можно будет пользоваться им как обычно, плюс подавать питание к маломощным устройствам. На одной из демонстраций была успешно запитана небольшая камера скрытого наблюдения с низким разрешением, расположенная на расстоянии более 5 метров от роутера. Затем на 41% был заряжен фитнес-трекер Jawbone Up24, на это ушло 2,5 часа.

На каверзные вопросы о том, почему эти процессы не сказываются негативно на качестве работы сетевого канала связи, разработчики ответили, что это становится возможным благодаря тому, что перепрошитый роутер, во время своей работы, по незанятым передачей информации каналам рассылает пакеты энергии. К этому решению пришли когда обнаружили, что в периоды молчания энергия попросту утекает из системы, а ведь ее можно направить для питания маломощных устройств.

Во время исследований систему PoWiFi разместили в шести домах, и предложили жильцам пользоваться интернетом как обычно. Загружать веб-страницы, смотреть потоковое видео, а потом рассказать, что изменилось. В результате оказалось, что производительность сети не изменилась никак. То есть интернет работал как обычно, и присутствие добавленной опции не было заметным. И это были лишь первые тесты, когда по Wi-Fi собиралось относительно небольшое количество энергии.

В перспективе технология PoWiFi вполне сможет послужить для питания датчиков, встроенных в бытовую технику и военную технику, чтобы управлять ими беспроводным способом и осуществлять дистанционную зарядку/подзарядку.

Актуальным является передача энергии для БПЛА (вероятнее всего уже по технологии PoWiMax или от радиолокатора самолёта носителя):

→ LOCUST — Swarming Navy Drones
→ Пентагон успешно испытал рой из 103 беспилотников
→ Intel управляла шоу беспилотников во время выступления Леди Гаги в перерыве Суперкубка США

Для БПЛА негатив от закона обратных квадратов (изотропно-излучающая антенна) частично «компенсирует» ширина луча антенны и диаграмма направленности:

Ведь БРЛС ЛА в импульсе может выдавать под 17 кВт энергии ЭМИ.

Это не сотовая связь -где ячейка должна обеспечить связь конечным элементам на 360 градусов.
Допустим такая вариация:
Самолёт носитель ( для Perdix) это F-18 обладает (сейчас) БРЛС AN/APG-65:

максимальная средняя излучаемая мощность по 12000 Вт

или в перспективе будет иметь AN/APG-79 AESA:

в импульсе должен выдавать под 15 кВт энергии ЭМИ

Этого вполне достаточно, что бы продлить активную жизнь Perdix Micro-Drones с нынешних 20 минут до часа, а может и больше.

Скорее всего будет использоваться промежуточный дрон Perdix Middle, которого будет облучать на достаточном расстоянии БРЛС истребителя, а он в свою очередь осуществит «раздачу» энергии для младших братьев Perdix Micro-Drones по PoWiFi/PoWiMax, параллельно обмениваясь с ними информацией (полётно -пилотажной, целевыми задачами, координацией роя).

Возможно вскоре дело дойдет и до зарядки сотовых телефонов, и других мобильных устройств, которые находятся в зоне действия Wi-Fi, Wi-Max или 5G?

Послесловие: 10-20 лет, после широкого внедрения в повседневную жизнь многочисленных электромагнитных излучателей СВЧ (Мобильные телефоны, Микроволновые печи, Компьютеры,WiFi,Blu tools и т.д.) внезапно тараканы в больших городах вдруг превратились в раритет! Теперь таракан- насекомое, которое можно встретить разве что в зоопарке. Они неожиданно исчезли из домов, которые раньше так любили.

ТАРАКАНЫ КАРЛ!
Эти монстры лидеры списка «радиорезистентных организмов» бесстыдно капитулировали!
Справка
LD 50 — средняя летальная доза, то есть доза убивает половину организмов в эксперименте; LD 100 — летальная доза убивает всех организмов в эксперименте.

Кто следующий на очереди?

Допустимые уровни излучения базовых станций мобильной связи (900 и 1800 МГц, суммарный уровень от всех источников) в санитарно-селитебной зоне в некоторых странах заметно различаются:
Украина: 2,5 мкВт/см². (самая жесткая санитарная норма в Европе)
Россия, Венгрия: 10 мкВт/см².
Москва: 2,0 мкВт/см². (норма существовала до конца 2009 года)
США, Скандинавские страны: 100 мкВт/см².
Временно допустимый уровень (ВДУ) от мобильных радиотелефонов (МРТ) для пользователей радиотелефонов в РФ определён 10 мкВт/см² (Раздел IV — Гигиенические требования к подвижным станциям сухопутной радиосвязи СанПиН 2.1.8/2.2.4.1190-03 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации средств сухопутной подвижной радиосвязи» ).
В США Сертификат выдается Федеральной комиссией по связи (FCC) на сотовые аппараты, максимальный уровень SAR которых не превышает 1,6 Вт/кг (причем поглощенная мощность излучения приводится к 1 грамму ткани органов человека).
В Европе, согласно международной директиве Комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP), значение SAR мобильного телефона не должно превышать 2 Вт/кг (при этом поглощенная мощность излучения приводится к 10 граммам ткани органов человека).
Сравнительно недавно в Великобритании безопасным уровнем SAR считался уровень равный 10 Вт/кг. Такая же примерно картина наблюдалась и в других странах.
Принятую в стандарте максимальную величину SAR (1,6 Вт/кг) даже нельзя с уверенностью отнести к «жестким» или к «мягким» нормам.
Принятые и в США и в Европе стандарты определения величины SAR (все нормирование микроволнового излучения от сотовых телефонов, о котором идет речь базируется только на термическом эффекте, то есть связанном с нагреванием тканей органов человека).

ПОЛНЫЙ ХАОС.
Медицина до сих пор пока не дала внятного ответа на вопрос: вреден ли мобильный/WiFi и насколько?
А как будет с беспроводной передачей электроэнергии СВЧ технологиями?
Тут мощности не ватты и мили ватты, а уже кВт…

Прим: Типичная WiMAX базовая станция излучает мощность на уровне приблизительно +43 дБм (20 Вт), а станция мобильной связи обычно передает на +23 дБм (200 мВт).


3 способа беспроводной передачи энергии

как передать энергию без проводовКогда компания Apple представила свое первое беспроводное зарядное устройство для сотовых телефонов и гаджетов, многие посчитали это революцией и огромным скачком вперед в беспроводных способах передачи энергии.

Но были ли они первопроходцами или еще до них, кому-то удавалось проделать нечто похожее, правда без должного маркетинга и пиара? Оказывается были, притом очень давно и изобретателей таких было множество.

Так еще в далеком 1893г прославленный Никола Тесла, продемонстрировал изумленной публике свечение люминесцентных ламп. При том, что все они были без проводов.опыты Тесла по зажиганию ламп без проводов

Сейчас такой фокус может повторить любой школьник, выйдя в чистое поле и встав с лампой дневного света под линию высокого напряжения от 220кв и выше.что такое aeroz провод инновационные высоковольтные ВЛ

Чуть попозже, Тесла уже сумел зажечь таким же беспроводным способом фосфорную лампочку накаливания.как тесла зажег фосфорную лампочку накаливания

В России в 1895г А.Попов показал в работе первый в мире радиоприемник. А ведь по большому счету это тоже является беспроводной передачей энергии.

Самый главный вопрос и одновременно проблема всей технологии беспроводных зарядок и подобных методов заключается в двух моментах:

  • как далеко можно передать электроэнергию таким способом
  • и какое количество

Для начала давайте разберемся, какую мощность имеют приборы и бытовая техника нас окружающие. Например для телефона, смартчасов или планшета требуется максимум 10-12Вт.зарядка беспроводная для часов

У ноутбука запросы уже побольше — 60-80Вт. Это можно сравнить со средней лампочкой накаливания. А вот бытовая техника, особенно кухонная, кушает уже несколько тысяч ватт.расход электроэнергии у кухонной техники

Поэтому очень важно не экономить с количеством розеток на кухне.схема расположения розеток на кухне

Так какие же методы и способы для передачи эл.энергии без применения кабелей или любых других проводников, придумало человечество за все эти годы. И самое главное, почему они до сих пор не внедрены столь активно в нашу жизнь, как того хотелось бы.

Взять ту же самую кухонную технику. Давайте разбираться подробнее.

Передача энергии через катушки

Самый легко реализуемый способ — использование катушек индуктивности.

Здесь принцип очень простой. Берутся 2 катушки и размещаются недалеко друг от друга. На одну из них подается питание. Другая играет роль приемника.способ беспроводной передачи электроэнергии через катушки индуктивности

Когда в источнике питания регулируется или изменяется сила тока, на второй катушке магнитный поток автоматически также изменяется. Как гласят законы физики, при этом будет возникать ЭДС и она будет напрямую зависеть от скорости изменения этого потока.

Казалось бы все просто. Но недостатки портят всю радужную картинку. Минусов три:

  • маленькая мощность

Данным способом вы не передадите большие объемы и не сможете подключить мощные приборы. А попытаетесь это сделать, то просто поплавите все обмотки.беспроводной способ передачи электричества

  • небольшое расстояние

Даже не задумывайтесь здесь о передаче электричества на десятки или сотни метров. Такой способ имеет ограниченное действие.

Чтобы физически понять, насколько все плохо, возьмите два магнита и прикиньте, как далеко их нужно развести, чтобы они перестали притягиваться или отталкиваться друг от друга. Вот примерно такая же эффективность и у катушек.

беспроводной способ передачи электричества

Можно конечно исхитриться и добиться того, чтобы эти два элемента всегда были близко друг от друга. Например электромобиль и специальная подзаряжающая дорога.автоматическая беспроводная подзарядка автомобиля при движении по дороге

Но в какие суммы выльется строительство таких магистралей.

Еще одна проблема это низкий КПД. Он не превышает 40%. Получается, что таким способом передать много эл.энергии на большие расстояния вы не сможете.

Тот же Н.Тесла указал на это еще в 1899г. Позже он перешел на эксперименты с атмосферным электричеством, рассчитывая в нем найти разгадку и решение проблемы.катушка Теслы и автомобиль

Однако какими бы не казались бесполезными все эти штуки, с их помощью до сих пор можно устраивать красивые светомузыкальные представления.

Или подзаряжать технику гораздо большую чем телефоны. Например электрические велосипеды.беспроводная подзарядка велосипедов

Лазерная передача энергии

Но как же передать больше энергии на большее расстояние? Задумайтесь, в каких фильмах подобную технологию мы видим очень часто.

Первое что приходит на ум даже школьнику — это «Звездные войны», лазеры и световые мечи.звездные войны и передача энергии на расстоянии

Безусловно, с их помощью можно передать большое количество эл.энергии на очень приличные расстояния. Но опять все портит маленькая проблемка.

К нашему счастью, но несчастью для лазера, на Земле есть атмосфера. А она как раз таки хорошо глушит и кушает большую часть всей энергии лазерного излучения. Поэтому с данной технологией нужно идти в космос.

На Земле также были попытки и эксперименты по проверке работоспособности метода. Nasa даже устраивали состязания по лазерной беспроводной передаче энергии с призовым фондом чуть менее 1млн.$.

В итоге выиграла компания Laser Motive. Их победный результат — 1км и 0,5квт переданной непрерывной мощности. Правда при этом в процессе передачи, ученые потеряли 90% всей изначальной энергии.

звездные войны и передача энергии на расстоянии

звездные войны и передача энергии на расстоянии

Но все равно, даже с КПД в десять процентов, результат посчитали успешным.

Напомним, что у простой лампочки полезной энергии, которая идет непосредственно на свет, и того меньше. Поэтому из них и выгодно изготавливать инфракрасные обогреватели. как из простой лампочки или галогенки сделать обогреватель и печку для дома

Неужели нет другого реально работающего способа передать электричество без проводов. Есть, и его изобрели еще до попыток и детских игр в звездные войны.

Оказывается, что специальные микроволны с длиной в 12см (частота 2,45Ггц), являются как бы прозрачными для атмосферы и она им не мешает в распространении.какие волны беспрепятственно распространяются в атмосфере

Какой бы ни была плохой погода, при передаче с помощью микроволн, вы потеряете всего пять процентов! Но для этого вы сначала должны преобразовать электрический ток в микроволны, затем их поймать и опять вернуть в первоначальное состояние.

Первую проблему ученые решили очень давно. Они изобрели для этого специальное устройство и назвали его магнетрон.магнетрон в микроволновке

Причем это было сделано настолько профессионально и безопасно, что сегодня каждый из вас у себя дома имеет такой аппарат. Зайдите на кухню и обратите внимание на свою микроволновку.микроволновка и магнетрон

У нее внутри стоит тот самый магнетрон с КПД равным 95%.

Но вот как сделать обратное преобразование? И тут было выработано два подхода:

электропроводка в домах сша и россии отличия и сравнение правилВ США еще в шестидесятых годах ученый У.Браун придумал антенну, которая и выполняла требуемую задачу. То есть преобразовывала падающее на него излучение, обратно в электрический ток.

Он даже дал ей свое название — ректенна.ректенна для преобразования микроволн в электричество

После изобретения последовали опыты. И в 1975г при помощи ректенны, было передано и принято целых 30 квт мощности на расстоянии более одного километра. Потери при передаче составили всего 18%.схема передачи энергии без проводов

Спустя почти полвека, этот опыт до сих так никто и не смог превзойти. Казалось бы метод найден, так почему же эти ректенны не запустили в массы?

И тут опять всплывают недостатки. Ректенны были собраны на основе миниатюрных полупроводников. Нормальная работа для них — это передача всего нескольких ватт мощности.

А если вы захотите передать десятки или сотни квт, то готовьтесь собирать гигантские панели.панели для приема микроволновых волн

И вот тут как раз таки появляются не разрешимые сложности. Во-первых, это переизлучение.

Мало того, что вы потеряете из-за него часть энергии, так еще и приблизиться к панелям без потери своего здоровья не сможете.нужно ли вытаскивать зарядку от телефона и смартфона из розетки

Вторая головная боль — нестабильность полупроводников в панелях. Достаточно из-за малой перегрузки перегореть одному, и остальные выходят из строя лавинообразно, подобно спичкам.горят спички

В СССР все было несколько иначе. Не зря наши военные были уверены, что даже при ядерном взрыве, вся зарубежная техника сразу выйдет из строя, а советская нет. Весь секрет тут в лампах.лампочка ильича

В МГУ два наших ученых В.Савин и В.Ванке, сконструировали так называемый циклотронный преобразователь энергии. Он имеет приличные размеры, так как собран на основе ламповой технологии.

Внешне это что-то вроде трубки длиной 40см и диаметром 15см. КПД у этого лампового агрегата чуть меньше, чем у американской полупроводниковой штуки — до 85%.циклотронный преобразователь энергии

Но в отличие от полупроводниковых детекторов, циклотронный преобразователь энергии имеет ряд существенных достоинств:

  • большая мощность
  • стойкость к перегрузкам
  • отсутствие переизлучения
  • невысокая цена изготовления
Однако несмотря на все вышесказанное, во всем мире передовым считаются именно полупроводниковые методы реализации проектов. Здесь тоже присутствует свой элемент моды.

После первого появления полупроводников, все резко начали отказываться от ламповых технологий. Но практические испытания говорят о том, что это зачастую неправильный подход.

Конечно, ламповые сотовые телефоны по 20кг или компьютеры, занимающие целые комнаты никому не интересны.ламповый сотовый телефон и компьютер

Но иногда только проверенные старые методы, могут нас выручить в безвыходных ситуациях. 111_opressbez

В итоге на сегодняшний день, мы имеем три возможности передать энергию без проводов. Самый первый из рассмотренных ограничен как расстоянием, так и мощностью.

Но этого вполне хватит, чтобы зарядить батарейку смартфона, планшета или чего-то побольше. КПД хоть и маленький, но метод все же рабочий.подзарядка различных устройст на расстоянии без проводов

Способ с лазерами хорош только в космосе. На поверхности земли это не очень эффективно. Правда когда другого выхода нет, можно воспользоваться и им.

Зато микроволны дают полет для фантазий. С их помощью можно передавать энергию:

  • на земле и в космосе
  • с поверхности земли на космический корабль или спутник
  • и наоборот, со спутника в космосе обратно на землю

Реальные проекты в наши дни

За все последние годы, согласно вышеприведенным технологиям, ученые пытались и пытаются реализовать всего два проекта.

Первый из них начинался очень обнадеживающе. В 2000-х годах на о.Реюньон, возникла потребность в постоянной передаче 10кВт мощности на расстояние в 1км.реальный опыт по передаче мощности в 10квт

Горный рельеф и местная растительность, не позволяли проложить там ни воздушные линии электропередач, ни кабельные.

Все перемещения на острове в эту точку осуществлялось исключительно на вертолетах.

Для решения проблемы в одну команду были собраны лучшие умы из разных стран. В том числе и ранее упоминавшиеся в статье, наши ученые из МГУ В.Ванке и В.Савин.реальный опыт по передаче мощности в 10квт

Однако в момент, когда должны были приступать к практической реализации и строительству передатчиков и приемников энергии, проект заморозили и остановили. А с началом кризиса в 2008 году и вовсе забросили.

На самом деле это очень обидно, так как теоретическая работа там была проделана колоссальная и достойная реализации.

Второй проект, выглядит более безумным чем первый. Однако на него выделяются реальные средства. Сама идея была высказана еще в 1968г физиком из США П.Глэйзером.как передать энергию из космоса на землю

Он предложил на тот момент не совсем нормальную идею — вывести на геостационарную орбиту в 36000 км над землей огромный спутник. На нем расположить солнечные панели, которые будут собирать бесплатную энергию солнца.

Затем все это должно преобразовываться в пучок СВЧ волн и передаваться на землю.передача солнечной энергии на землю от спутника

Этакая «звезда смерти» в наших земных реалиях.звезда смерти на земле

На земле пучок нужно поймать гигантскими антеннами и преобразовать в электричество.

Насколько огромны должны быть эти антенны? Представьте, что если спутник будет в диаметре 1км, то на земле приемник должен быть в 5 раз больше — 5км (размер Садового кольца).проблемы при передаче электроэнергии из космоса на землю по беспроводной технологии

Но размеры это всего лишь малая часть проблем. После всех расчетов оказалось, что такой спутник вырабатывал бы электричество мощностью в 5ГВт. При достижении земли оставалось бы всего 2ГВт. К примеру Красноярская ГЭС дает 6ГВт.

Поэтому его идею рассмотрели, посчитали и отложили в сторонку, так как все изначально упиралось в цену. Стоимость космического проекта в те времена вылезла за 1трлн.$.

Но наука к счастью не стоит на месте. Технологии совершенствуются и дешевеют. Сейчас разработку такой солнечной космической станции уже ведут несколько стран. Хотя в начале двадцатого века для беспроводной передачи электроэнергии хватало всего одного гениального человека.башня тесла для передачи энергии без проводов

Общая цена проекта упала от изначальной до 25млрд.$. Остается вопрос — увидим ли мы в ближайшее время его реализацию?

К сожалению никто вам четкого ответа не даст. Ставки делают только на вторую половину нынешнего столетия. Поэтому пока давайте довольствоваться беспроводными зарядками для смартфонов и надеяться что ученым удастся повысить их КПД. Ну или в конце концов на Земле родится второй Никола Тесла.

Статьи по теме

Электричество на расстоянии: способ беспроводной передачи электричества

Решить проблему беспроводной передачи электрической энергии на большие расстояния – давнишняя мечта человечества. Можно представить, насколько бы подешевела электроэнергия без затрат на токопроводную продукцию. Научно-техническая революция не стоит на месте. Есть надежда, что эта мечта сбудется в недалёком будущем. Тому свидетельствуют новые разработки в данной сфере.

Мечта человечества – беспроводная передача электроэнергии

Мечта человечества – беспроводная передача электроэнергии

История беспроводной передачи энергии

Великий французский физик Ампер в 1820 году путём многочисленных опытов пришёл к выводу о том, что магнитное поле может возбуждать в теле металла электрический ток. Так появился основополагающий закон Ампера.

Майкл Фарадей в 1831 открыл закон индукции, который стал базой для развития такой науки, как электромагнетизм.

Джеймс Максвелл после долгих экспериментов систематизировал свои наблюдения, квинтэссенцией которых в 1864 году стало уравнение Максвелла. Формула объясняла поведение электромагнитного поля.

Никола Тесла усовершенствовал аппарат для генерации электромагнитного поля, изобретённый Генрихом Герцем в 1888 году. На Всемирной выставке в 1893 г., состоявшейся в Чикаго, Тесла продемонстрировал свечение фосфорных лампочек без проводов.

Никола Тесла

Никола Тесла

Свой вклад в развитие беспроводной передачи энергии сделал русский учёный Александр Попов. В 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества он показал изобретённый им детекторный радиоприёмник.

Далее вплоть до наших дней происходило патентование новых изобретений в области беспроводной передачи электрической энергии. Были произведены масса экспериментов, совершенно большое количество открытий. Последнее достижение в этой сфере – это передача электричества на большие расстояния без проводов с помощью технологии Wi-Fi. В 2017 году изобретён мобильный телефон без батареи.

Как это работает

Беспроводное электричество базируется на таком явлении, как электромагнетизм. В работе участвуют две катушки из металлических проводов. Одна из них подключена к источнику тока, вокруг которой создаётся магнитное поле. Вторая катушка, воспринимая это поле, индуцирует в своей обмотке вторичный электрический ток.

Схема передачи электричества без проводов

Схема передачи электричества без проводов

Принципы передачи

В последних разработках учёных из США и Южной Кореи применялись магнитно-резонансные системы CMRS и DCRS. Корейская технология оказалась более совершенной. Удалось передать электроэнергию на 5 метров. Благодаря компактным дипольным катушкам DCRS, можно запитать всех потребителей в помещении средних размеров без проводов.

Важно! Несовершенство современной аппаратуры существенно ограничивает длину пути электричества по воздуху.

Несмотря на это, учёные всего мира заняты получением новых технологий, задача которых – передача энергии на расстоянии в десятки и сотни километров. Уже сегодня развиваются и претворяются в жизнь новые достижения науки в области доставки электроэнергии без проводных линий электропередач.

Технологии

Наиболее перспективными направлениями в разработке новых методов и способов транспортировки электричества без материального контакта являются:

  • ультразвуковой способ;
  • метод электромагнитной индукции;
  • электростатическая индукция;
  • микроволновое излучение;
  • лазерный метод;
  • электропроводность Земли.

Ультразвуковой способ

Студентами Пенсильванского университета (США) на недавней выставке в 2011 году был продемонстрирован способ передачи электротока с помощью ультразвука. Передатчик генерировал акустические волны в ультразвуковом диапазоне, приёмник преобразовывал их в электрический ток. В качестве носителя энергии ультразвук был выбран не случайно. Его воздействие на организм человека абсолютно безвредно.

Несовершенство этого способа заключается в том, что КПД передачи очень низкий, нужны прямая видимость между абонентами и ограниченность расстояния (7-10 метров).

Метод электромагнитной индукции

Работа обыкновенного трансформатора даёт представление о том, как осуществляется передача электричества без проводов методом электромагнитной индукции. В процессе участвуют две катушки. Магнитное поле, возбуждаемое протекающим током по виткам первичной обмотки, индуцирует электрический поток во вторичной обмотке трансформатора.

Примерами использования эффекта электромагнитной индукции могут быть зарядные устройства смартфонов и электрические зубные щётки. Недостатком такого способа передачи энергии является непременная близость катушек. Даже при небольшом увеличении промежутка между обмотками большая часть энергии начинает распыляться в пространстве.

Один из видов электромагнитной индукции – это использование резонанса. Суть способа заключается в том, что приёмник и передатчик функционируют в одном частотном диапазоне. Передающее и приёмное устройства представляют собой соленоид с одним слоем витков. Генерирующий прибор оснащён конденсаторной схемой, с помощью которой он настраивается на частоту приёмника.

Демонстрация метода электромагнитной индукции

Демонстрация метода электромагнитной индукции

Электростатическая индукция

В основе метода заложен принцип прохождения энергии через тело диэлектрика. Способ называют ёмкостной связью. Генератор создаёт в ёмкости электрическое поле, которое возбуждает разницу потенциалов между двумя электродами потребителя.

Никола Тесла для демонстрации беспроводной лампы освещения использовал именно метод электростатической индукции. Лампа получала питание от переменного электрического поля высокой частоты. Она светилась ровно, независимо от её перемещения в пространстве комнаты.

Микроволновое излучение

Специалисты космотехники разработали способ передачи электроэнергии от орбитальных солнечных батарей на космические корабли с помощью радиосигнала микроволнового диапазона. Проблема этого метода состоит в том, что для приёма и передачи пучкового излучения требуются антенны с очень большой диафрагмой.

Учёные НАСА в 1978 году пришли к выводу, что для передачи микроволнового луча частотой 2,45 ГГц излучающая антенна должна иметь диаметр отражающей поверхности 1 км. Приёмная ректенна должна быть диаметром 10 км. Уменьшить эти размеры возможно путём использования сверхкоротких волн. Однако сигналы такого диапазона быстро поглощаются атмосферой или блокируются дождевыми осадками.

Обратите внимание! Безопасная плотность мощности излучаемой энергии равняется 1 мВт/см2. Этой норме отвечает антенна диаметром 10 км с передающей мощностью потенциала 750 МВт.

Лазерный метод

Передачу электроэнергии на большие расстояния без проводов с помощью лазера стали осуществлять сосем недавно. Идея состоит в том, что лазерный луч, несущий в себе энергетический потенциал, попадает на фотоэлемент приёмного устройства, где высокочастотное электромагнитное излучение преобразуется в электрический ток.

Лазерная технология передачи энергии, ранее применяемая в военной области, успешно внедряется в гражданскую сферу деятельности человека. Разработки американских учёных привели к изобретению беспилотного летательного аппарата, получающего энергетическое питание от лазерного луча. В 2006 году был продемонстрирован беспилотник, который мог летать в беспосадочном режиме, питаясь от лазерной установки.

В 2009 году был успешно осуществлён эксперимент в космосе по передаче энергии на один километр мощностью 500Вт.

Электропроводность Земли

Существует теория использования недр и океанов Земли для беспроводной передачи энергии. Электропроводимость гидросферы, залежей металлических руд может быть использована для передачи низкочастотного переменного тока. Электростатическая индукция диэлектрических тел может возникать в огромных залежах кварцевого песка и тому подобных минералов.

Передача электрического тока возможна также через воздушное пространство методом электростатической индукции. Никола Тесла в своё время выдвинул предположение, что в будущем появятся технологии, которые для передачи электроэнергии будут использовать землю, океанические воды и атмосферу планеты.

Всемирная беспроводная система

Впервые о Всемирной беспроводной системе передачи электроэнергии стало известно от великого учёного Теслы. В 1904 году он заявил, что создание ВБС, используя высокую электрическую проводимость плазмы и Земли, вполне осуществимо.

Реальные проекты в наши дни

Из всего того, что на сегодня предлагает рынок электротехники, относятся к беспроводной передаче электроэнергии зарядные устройства для смартфонов, электрические зубные щётки. В них используется принцип электромагнитной индукции.

Бесконтактная зарядка смартфона

Бесконтактная зарядка смартфона

В авиастроении началось серийное производство летательных беспилотных аппаратов, питающихся за счёт беспроводной передачи электричества. Небольшой микроволновый вертолёт с ректенной может подниматься на высоту до 15 метров над землёй. Появились беспилотники, которые могут летать в зоне видимости лазерного луча.

Китайский производитель бытовой техники Haier Group с 2010 года выпускает беспроводные LCD телевизоры.

Перспективы беспроводной передачи электричества

Сейчас ведутся исследовательские работы, и разрабатываются проекты создания электромобилей, которые будут передвигаться по дорожному покрытию с токопроводом, который индуцирует электрический ток в моторе транспорта.

Питание электромобиля

Питание электромобиля

Ряд передовых фирм заняты разработкой беспроводных источников питания, которые смогут снабжать электроэнергией всех потребителей в пределах одного помещения.

В перспективе появление трасс, состоящих из ряда беспроводных источников электричества, которые смогут обеспечить перемещение летательных аппаратов на большие расстояния.

С появлением новых материалов, усовершенствованных приборов и изобретений беспроводная передача электроэнергии в недалёком будущем охватит все сферы деятельности человека.

Видео

Передача электричества без потерь ⋆ Geoenergetics.ru

Передача электричества без потерь ⋆ Geoenergetics.ru

Аналитический онлайн-журнал

Как передать энергию по одному проводу / Хабр

В интернете достаточно много обсуждений на тему передачи энергии по одному проводу. Обычно для такой передачи энергии подразумевается наличие заземления, хотя на самом деле это не лучший вариант передачи энергии. Лучше всего передавать энергию по оному проводу с помощью схемы, представленной ниже.

Соединяющий провод можно использовать очень тонкий, в моих опытах провод был диаметром 0.08мм. При хорошо подобранных параметрах катушек транзистор можно использовать без дополнительных резисторов, как нарисовано на схеме. Для кт315 подобное включение работает примерно при 9 вольтах, для кт805 подобное включение может быть работоспособно при 12 вольтах. Важно соблюдать правильное подключение катушек в передающей части схемы, иначе она не заработает. Катушка L2 обычно мотается с большим количеством витков проводом диаметром 0.2 — 0.5 мм. Катушки L2 — L4 должны быть одинаковые! Проверить работоспособность схемы легко, достаточно взять в руки светодиод за одну из его ножек и поднести его к контакту катушки L2. Он должен начать светиться. Диоды выпрямителя на приемной части схемы должны быть высокочастотными. Также лучше поставить на выходе выпрямителя сглаживающий конденсатор.

Видео с работой данной схемы

Можно заметить, что схема включения на видео отличается от схемы в статье. В видео база транзистора подключена к резистивному делителю, состоящему из 27 и 240 ом. Остальное работает так же. Аккумулятор на 12 вольт не обязательно ставить мощный, потребление от схемы небольшое и для опытов хватит кроновой батарейки, если устройство будет сделано небольших габаритов по схеме из данной статьи. Конические катушки мотать не нужно, в видео они были использованы, так как других под рукой просто не было.

Отличие от других схем

Две схемы, представленные выше, без заземления будут работать тем хуже, чем длиннее соединяющий провод. Причем, это весьма заметно в пределах 3-х метров. При подключении к приемной части массивного проводящего предмета, прием энергии улучшается, однако все равно остается хуже, чем в самой первой схеме данной статьи. Для первой схемы эффективность приема энергии не так сильно зависит от длины соединяющего провода и не требует наличия массивного проводящего предмета в качестве заземления.

Некоторые опыты

Опыт с лампочкой
Если вывод катушки L2 подключить к лампочке с нитью накала, а второй провод лампочки сделать достаточно длинным, нить накала будет гореть. Однако она будет гореть не равномерно, а с постепенным затуханием.

Опыт с катушкой вокруг провода
Если сделать катушку, и продеть через нее передающий приемнику энергию провод, то на катушке появится ЭДС, как будто переменное магнитное поле направлено вдоль проводника, а не вокруг него.

Передача электроэнергии на расстояние без проводов

История развития технологии беспроводной передачи электроэнергии на расстояния. Как обстоят дела с «электричеством будущего» в наши дни.


Вопросом передачи электричества без проводов ученые занимаются уже третий век. В последнее время вопрос не то чтобы не потерял актуальности, а наоборот сделал шаг вперед, что только радует. Читателям сайта Сам Электрик мы решили подробно рассказать как развивалась беспроводная передача электроэнергии на расстояния от начала и до наших дней, а также какие технологии уже практикуются. Содержание:

История развития

Передача электроэнергии на расстояние без проводов рука об руку развивается с прогрессом в области радиопередачи, потому что принцип действия в этих явлениях во многом схож, если не сказать одинаков. Большая часть изобретений основывается на методе электромагнитной индукции, а также электростатического поля.

В 1820 году А.М. Ампер открыл закон взаимодействия токов, который заключался, в том, что если по двум близко расположенным проводникам ток течет в одном направлении, то они притягиваются друг к другу, а если в разных, то отталкиваются.

М. Фарадей в 1831 году установил в процессе проведения экспериментов, что переменное (меняющееся по величине и направлении во времени) магнитное поле, порождаемое протеканием электрического тока, наводит (индуцирует) токи в близлежащих проводниках. Т.е. происходит передача электроэнергии без проводов. Подробно закон Фарадея мы рассматривали в статье ранее.

Ну а Дж. К. Максвелл еще через 33 года, в 1864 году перевел экспериментальные данные Фарадея в математический вид, собственно уравнения Максвелла являются основополагающими в электродинамике. Они описывают, как связаны электрический ток и электромагнитное поле.

Существование электромагнитных волн подтвердил в 1888 Г. Герц, в ходе своих экспериментов с искровым передатчиком с прерывателем на катушке Румкорфа. Таким образом производились ЭМ волны с частотой до пол гигагерца. Стоит отметить, что эти волны могли быть приняты несколькими приемниками, но те должны быть настроены в резонанс с передатчиком. Радиус действия установки был в районе 3-х метров. Когда в передатчике возникала искра, такие же возникали и на приемниках. Фактически это и есть первые опыты по передачи электроэнергии без проводов.

Глубокие исследования вел известный ученый Никола Тесла. Он в 1891 году изучал переменный ток высокого напряжения и частоты. В результате чего были сделаны выводы:

Для каждой конкретной цели нужно настраивать установку на соответствующую частоту и напряжение. При этом высокая частота не является обязательным условием. Лучшие результаты удалось добиться при частоте 15-20 кГц и напряжении передатчика 20кВ. Чтобы получить ток высокой частоты и напряжения использовался колебательный разряд конденсатора. Таким образом, можно передавать как электроэнергию, так и производить свет.

Ученный на своих выступлениях и лекциях демонстрировал свечение ламп (вакуумных трубок) под воздействием высокочастотного электростатического поля. Собственно основными заключениями Теслы было то, что даже в случае использования резонансных систем много энергии с помощью электромагнитной волны передать не получится.

Параллельно целый ряд ученных до 1897 года занимались подобными исследованиями: Джагдиш Боше в Индии, Александр Попов в России и Гульельмо Маркони в Италии.

Каждый из них внес свой вклад в развитие беспроводной передачи электроэнергии:

  1. Дж. Боше в 1894 году, зажигал порох, передав электроэнергию на расстояние без проводов. Это он сделал на демонстрации в Калькутте.
  2. А. Попов в 25 апреля (7 мая) 1895 года с помощью азбуки Морзе передал первое сообщение. В России до сих пор этот день, 7 мая, является Днём Радио.
  3. В 1896 году Г. Маркони в Великобритании также передал радиосигнал (азбука Морзе) на расстояние в 1,5 км, позже на 3 км на Солсберийской равнине.

Стоит отметить, что работы Тесла, недооценённые в свое время и потерянные на века, превосходили по параметрам и возможностям работы его современников. В тоже время, а именно в 1896 году его аппараты передавали сигнал на большие расстояния (48 км), к сожалению это было небольшим количеством электроэнергии.

И к 1899 году Тесла приходит к выводу:

Несостоятельность метода индукции представляется огромной по сравнению с методом возбуждения заряда земли и воздуха.

Эти выводу приведут к другим исследованиям, в 1900 году ему удалось запитать лампу от катушки, вынесенной в поле, а в 1903 году была запущена башня Вондерклифф на Лонг-Айленде. Она состояла из трансформатора с заземленной вторичной обмоткой, а на её вершине стоял медный сферический купол. С её помощью получилось зажечь 200 50-ватных ламп. При этом передатчик находился за 40 км от неё. К сожалению, эти исследования были прерваны, финансирование было прекращено, а бесплатная передача электроэнергии без проводов была экономически не выгодной бизнесменам. Башню разрушили в 1917 году.

В наши дни

Технологии беспроводной передачи электроэнергии сильно шагнули вперед, в основном в области передачи данных. Так значительных успехов достигла радиосвязь, беспроводные технологии типа Bluetooth и Wi-fi. Особых нововведений не произошло, в основном изменялись частоты, способы шифровки сигнала, представление сигнала перешло из аналогового в цифровой вид.

Если вести речь о передаче электроэнергии без проводов для питания электрооборудования, стоит упомянуть о том, что в 2007 году исследователи из Массачусетского института передали энергию на 2 метра и зажгли 60-ваттную лампочку таким образом. Эта технология получила названия WiTricity, в её основе электромагнитный резонанс приемника и передатчика. Стоит отметить, что приемник получает порядка 40-45% электроэнергии. Обобщенная схема устройства для передачи энергии через магнитное поле изображена на рисунке ниже:

На видео пример применения этой технологии для зарядки электромобиля. Суть заключается в том, что на дно электромобиля крепят приемник, а в гараже или на другом месте устанавливают передатчик на полу.

Вы должны поставить машину так, чтобы приемник располагался над передатчиком. Устройство передает достаточно много электроэнергии без проводов – от 3,6 до 11 кВт в час.

Компания в перспективе рассматривает обеспечение электричеством такой технологией и бытовой техники, а также всей квартиры в целом. В 2010 году компания Haier представила беспроводной телевизор, который получает питание с помощью аналогичной технологии, а также видеосигнал без проводов. Подобные разработки ведут и другие передовые компании, такие как Intel, Sony.

В быту широко распространены технологии беспроводной передачи электроэнергии, например, для зарядки смартфона. Принцип аналогичный – есть передатчик, есть приемник, КПД порядка 50%, т.е. для заряда током в 1А передатчик будет потреблять 2А. Передатчик обычно в таких комплектах называется базой, а та часть, что подключается к телефону – приемником или антенной.


Другой нишей является беспроводная передача электричества с помощью микроволн или лазера. Это обеспечивает больший радиус действия, нежели пара метров, которые обеспечивает магнитная индукция. В микроволновом способе на принимающее устройство устанавливают ректенну (нелинейная антенна для преобразования электромагнитной волны в постоянный ток), а передатчик направляет своё излучение в эту сторону. В таком варианте беспроводной передачи электричества отсутствует необходимость прямой видимости объектов. Минусом является то, что микроволновое излучение небезопасно для окружающей среды.

Рекомендуем просмотреть видео, на котором более подробно рассмотрен вопрос:

В заключение хотелось бы отметить — беспроводная передача электричества, безусловно, удобна для использования в повседневной жизни, но у неё есть свои плюсы и минусы. Если говорить об использовании таких технологий для заряда гаджетов, то плюсом является то, что вам не придется постоянно вставлять и вынимать из разъёма вашего смартфона штекер, соответственно разъём не выйдет из строя. Минусом является низкий КПД, если для смартфона потери энергии не существенны (несколько Ватт), то для беспроводной зарядки электромобиля – это весьма большая проблема. Основной целью развития в этой технологии является повысить КПД установки, ведь на фоне повсеместной гонки за энергосбережением использование технологий с низким КПД весьма сомнительно.

Похожие материалы:

  • Закон Ома простым языком
  • Причины потерь электроэнергии на больших расстояниях
  • Что такое умные лампы


НравитсяПередача электроэнергии на расстояние без проводов0)Не нравитсяПередача электроэнергии на расстояние без проводов0)

Беспроводная передача электричества: теория, видео — Asutpp

Многие годы ученые бьются над вопросом минимизации электрических расходов. Есть разные способы и предложения, но все, же самой известной теорией является беспроводная передача электричества. Предлагаем рассмотреть, как она выполняется, кто является её изобретателем и почему пока что её не воплотили в жизнь.

Теория

Беспроводное электричество – это буквально передача электрической энергии без проводов. Люди часто сравнивают беспроводную передачу электрической энергии с передачей информации, например, радио, сотовые телефоны, или Wi-Fi доступ в Интернет. Основное различие заключается в том, что с радио-или СВЧ-передач – это технология, направленная на восстановление и транспортировку именно информации, а не энергии, которая изначально была затрачена на передачу.

Беспроводной электроэнергии является относительно новой областью технологии, но достаточно динамично развивающейся. Сейчас разрабатываются методы, как эффективно и безопасно передавать энергию на расстоянии без перебоев.

Как работает беспроводное электричество

Основная работа основана именно на магнетизме и электромагнетизме, как и в случае с радиовещанием. Беспроводная зарядка, также известна как индуктивная зарядка, основана на нескольких простых принципах работы, в частности технология требует наличия двух катушек. Передатчика и приемника, которые вместе генерируют переменное магнитное поле непостоянного тока. В свою очередь это поле вызывает напряжение в катушке приемника; это может быть использовано для питания мобильного устройства или зарядки аккумулятора.

Если направить электрический ток через провод, то вокруг кабеля создается круговое магнитное поле. Несмотря на то, что магнитное поле воздействует и на петлю, и на катушку сильнее всего оно проявляется именно на кабеле. Когда возьмете второй моток проволоки, на который не поступает электрический ток, проходящий через него, и место, в которое мы установим катушку в магнитном поле первой катушки, электрический ток от первой катушки будет передаваться через магнитное поле и через вторую катушку, создавая индуктивную связь.

Как пример возьмем электрическую зубную щетку. В ней зарядное устройство подключено к розетке, которая отправляет электрический ток на витой провод внутри зарядного устройства, создающего магнитное поле. Существует вторая катушка внутри зубной щетки, когда ток начинает поступать и на неё, благодаря образовавшемуся МП, начинается заряд щетки без её непосредственного подключения к сети питания 220 В.

История

Беспроводная передача энергии в качестве альтернативы передачи и распределения электрических линий, впервые была предложена и продемонстрирована Никола Тесла. В 1899 году Тесла презентовал беспроводную передачу на питание поля люминесцентных ламп, расположенных в двадцати пяти милях от источника питания без использования проводов. Но в то время было дешевле сделать проводку из медных проводов на 25 миль, а не строить специальные электрогенераторы, которых требует опыт Тесла. Патент ему так и не выдали, а изобретение осталось в закромах науки.

В то время как Тесла был первым человеком, который смог продемонстрировать практические возможности беспроводной связи еще в 1899 году, сегодня, в продаже есть совсем немного приборов, это беспроводные щетки наушники, зарядки для телефонов и прочее.

Технология беспроводной связи

Беспроводной передачи энергии включает в себя передачу электрической энергии или мощности на расстоянии без проводов. Таким образом, основная технология лежит на концепции электроэнергии, магнетизма и электромагнетизма.

Магнетизм

Это фундаментальная сила природы, которая провоцирует определенные типы материала притягивать или отталкивать друг друга. Единственными постоянными магнитами считаются полюса Земли. Ток потока в контуре генерирует магнитные поля, которые отличаются от осциллирующих магнитных полей скоростью и временем, потребным для генерации переменного тока (AC). Силы, которые при этом появляются, изображает схема ниже.

магнетизмТак появляется магнетизм

Электромагнетизм – это взаимозависимость переменных электрических и магнитных полей.

Магнитная индукция

Если проводящий контур подключен к источнику питания переменного тока, он будет генерировать колебательное магнитное поле внутри и вокруг петли. Если второй проводящий контур расположен достаточно близко, он захватит часть этого колеблющегося магнитного поля, которое в свою очередь порождает или индуцирует электрический ток во второй катушке.

Видео: как происходит беспроводная передача электричества

Таким образом, происходит электрическая передача мощности от одного цикла или катушки к другой, что известно как магнитная индукция. Примеры такого явления используются в электрических трансформаторах и генератора. Это понятие основано на законах электромагнитной индукции Фарадея. Там, он утверждает, что, когда есть изменение магнитного потока, соединяющегося с катушкой ЭДС, индуцированного в катушке, то величина равна произведению числа витков катушки и скорости изменения потока.

Электрический трансформаторЭлектрический трансформатор

Мощностная муфта

Эта деталь необходима, когда одно устройство не может передавать энергию на другой прибор.

Магнитная связь генерируется, когда магнитное поле объекта способно индуцировать электрический ток с другими устройствами в поле его досягаемости.

Два устройства, как говорят, взаимно индуктивно-связанной или магнитную связь, когда они выполнены так, что изменение тока при том, что один провод индуцирует напряжение на концах другого провода посредством электромагнитной индукции. Это связано с взаимной индуктивности

Технология

принцип индуктивной связиПринцип индуктивной связи

Два устройства, взаимно индуктивно-связанные или имеющие магнитную связь, выполнены так, что изменение тока при том, что один провод индуцирует напряжение на концах другого провода, производится посредством электромагнитной индукции. Это связано с взаимной индуктивностью.
Индуктивная связь является предпочтительной из-за её способности работать без проводов, а также устойчивости к ударам.

Резонансная индуктивная связь является сочетанием индуктивной связи и резонанса. Используя понятие резонанса можно заставить два объекта работать зависимо от сигналов друг друга.

Концепция резонанса индуктивной связиКонцепция резонанса индуктивной связи

Как видно из схемы выше, резонанс обеспечивает индуктивность катушки. Конденсатор подключен параллельно к обмотке. Энергия будет перемещаться назад и вперед между магнитным полем, окружающим катушку и электрическим полем вокруг конденсатора. Здесь потери на излучение будет минимальными.

Существует также концепция беспроводной ионизированной связи.

Она тоже воплотима в жизнь, но здесь необходимо приложить немного больше усилий. Эта техника уже существует в природе, но вряд ли есть целесообразность ее реализации, поскольку она нуждается в высоком магнитном поле, от 2,11 М /м [10] . Её разработал гениальный ученый Ричард Волрас, разработчик вихревого генератора, который посылает и передает энергию тепла на огромные расстояния, в частности при помощи специальных коллекторов. Самой простой пример такой связи – это молния.

Плюсы и минусы

Конечно, у этого изобретения есть свои преимущества перед проводными методиками, и недостатки. Предлагаем их рассмотреть.

К достоинствам относятся:

  1. Полное отсутствие проводов;
  2. Не нужны источники питания;
  3. Необходимость батареи упраздняется;
  4. Более эффективно передается энергия;
  5. Значительно меньше нужно технического обслуживания.

К недостаткам же можно отнести следующее:

  • Расстояние ограничено;
  • магнитные поля не так уж и безопасны для человека;
  • беспроводная передача электричества, с помощью микроволн или прочих теорий практически неосуществима в домашних условиях и своими руками;
  • высокая стоимость монтажа.

Руководства по производству, передаче и распределению электроэнергии

Концепция производства и передачи электроэнергии

Целью системы передачи электроэнергии является соединение электростанций, производящих электроэнергию, или генерирующих станций, с нагрузками. Трехфазная система переменного тока используется для большинства линий электропередачи. Рабочая частота составляет 60 Гц в США и 50 Гц в Европе, Австралии и некоторых странах Азии.

Electricity generation, transmission and distribution guides Руководства по производству, передаче и распределению электроэнергии

Электроэнергия, будучи очень удобной формой энергии, стала широко распространенной в современном мире.Поскольку система распределения является связующим звеном, через которое отдельный потребитель получает электроэнергию из энергосистемы, правильное проектирование системы распределения становится очень важным для надежности и поддержания непрерывности электроснабжения.

Подробное описание всех аспектов проектирования, строительства и эксплуатации системы распределения включает в себя ряд этапов, которые включают планирование, компоновку, прогноз нагрузки и проектирование, оборудование, схемы защиты, качество электроэнергии, управление системой распределения и недавно распределенную энергию ресурсы (DER) на местном уровне.

Более подробная информация обо всех этих аспектах представлена ​​в следующих руководствах и документах.

Обзор руководств и документов

Обратите внимание, что все документы в этом разделе можно загрузить бесплатно. Перемещайтесь по подстраницам, чтобы найти все документы.

,

9 Передача и распределение электроэнергии | Энергетическое будущее Америки: технологии и трансформация

собственный компрессор. 24 CAES теперь является жизнеспособным вариантом для обеспечения 100–300 МВт или более электроэнергии на срок до 10 часов. До 2020 года CAES будет единственным жизнеспособным вариантом, помимо гидроаккумулятора, для хранения сотен и тысяч мегаватт энергии. Оба зависят от конкретных доступных функций (пещеры или холмы, на которых можно построить резервуары), что значительно ограничивает их применимость.

Для распределительных систем можно использовать хранилище с более низкой номинальной мощностью (10 МВт и ниже) и меньшим временем разряда (от часов до минут, в зависимости от приложения) для повышения качества электроэнергии и безопасности. Распределенное хранилище может помочь в регулировании системы и повышении ее стабильности, включая снижение риска сбоя системы за счет поддержки изолирования и восстановления после сбоя. Некоторые технологии аккумуляторов для этих применений, такие как свинцово-кислотные и натрий-серные аккумуляторы, были продемонстрированы и в настоящее время доступны для развертывания (Беловук, 2008).Батареи имеют модульную конструкцию и не зависят от конкретной площадки, что означает, что они могут быть расположены рядом с объектами прерывистой генерации, рядом с нагрузкой или на подстанциях T&D. Однако современные аккумуляторные технологии дороги и имеют большие потери и проблемы с надежностью.

В более долгосрочной перспективе технология аккумуляторных аккумуляторов большей мощности (в диапазоне 100 МВт) может помочь приспособить переменные возобновляемые источники энергии, но необходимы дальнейшие исследования и разработки, прежде чем станет вероятным более широкое внедрение. Учитывая большой потенциал рынка электромобилей для литий-ионных, никель-металлгидридных и других типов аккумуляторов, в настоящее время ведутся большие исследования и разработки.Усовершенствованные батареи с более низкой стоимостью, высокой плотностью энергии и более высокими циклами заряда-разряда также могут использоваться для хранения в системах T&D. Они могут быть доступны для развертывания в системах T&D после 2020 г.

Другие долгосрочные возможности для хранения энергии в сети включают суперконденсаторы, сверхпроводящие накопители энергии и маховики. Ни одна из этих технологий в настоящее время не подходит для использования в сети из-за высокой стоимости и низкой плотности хранения энергии. В настоящее время устанавливаются маховиковые аккумуляторы с мощностью в диапазоне МВт, которые могут сглаживать короткие колебания энергии ветра, что является первым в своем роде опытом.Однако технология далека от экономического развертывания в больших масштабах, которое могло бы повлиять на дневные пики и ежедневные колебания. Если будут достигнуты успехи, особенно в области материалов, все эти технологии могут стать

. ,

Передача электроэнергии — образование в области энергетики

Рис. 1. Линии электропередачи высокого напряжения используются для передачи электроэнергии на большие расстояния. [1]

Передача электроэнергии — это процесс доставки произведенной электроэнергии — обычно на большие расстояния — в распределительную сеть, расположенную в населенных пунктах. [2] Важной частью этого процесса являются трансформаторы, которые используются для повышения уровней напряжения, чтобы сделать возможной передачу на большие расстояния. [2]

Система электропередачи в сочетании с электростанциями, системами распределения и подстанциями образует так называемую электрическую сеть . Сеть удовлетворяет потребности общества в электроэнергии и является тем, что передает электроэнергию от ее генерации до конечного использования. Поскольку электростанции чаще всего располагаются за пределами густонаселенных районов, система передачи должна быть достаточно большой.

Линии электропередач

Линии электропередачи или линии передачи, такие как показанные на Рисунке 1, транспортируют электричество с места на место.Обычно это электричество переменного тока, поэтому повышающие трансформаторы могут повышать напряжение. Это повышенное напряжение обеспечивает эффективную передачу на 500 километров или меньше. Есть 3 типа линий: [3]

  • Воздушные линии имеют очень высокое напряжение, от 100 кВ до 800 кВ, и обеспечивают большую часть передачи на большие расстояния. Они должны быть высокого напряжения, чтобы минимизировать потери мощности на сопротивление.
  • Подземные линии используются для транспортировки электроэнергии через населенные районы, под водой или почти везде, где нельзя использовать воздушные линии.Они менее распространены, чем воздушные линии из-за тепловых потерь и более высокой стоимости.
  • Линии субпередачи передают более низкие напряжения (26–69 кВ) на распределительные станции и могут быть воздушными или подземными.
Рис. 2. Карта линий электропередачи США и Канады. [4]

Снижение потерь в ЛЭП

Линии электропередачи теряют мощность на сопротивление, которое представляет собой тепло, выделяемое при пропускании электрического тока через резистор. Потеря мощности ([math] P_ {lost} [/ math]) определяется уравнением: [3]

[math] P_ {lost} = I ^ 2 \ times R [/ math]

где

  • [math] I [/ math] — ток в амперах
  • [math] R [/ math] — сопротивление в Ом.
.

Выше упоминалось, что линии высокого напряжения уменьшают эту потерю мощности.Этот факт можно объяснить, посмотрев на передаваемую мощность [математика] P_ {транс} = 1 \ умноженная на V [/ математика]. По мере увеличения напряжения ток должен пропорционально уменьшаться, поскольку мощность остается постоянной. Например, если напряжение увеличивается в 100 раз, ток должен уменьшиться в 100 раз, и результирующая потеря мощности будет уменьшена на 100 2 = 10000. Однако есть предел, который является очень высоким. напряжения (2000 кВ) электричество начинает разряжаться, что приводит к большим потерям. [3] При распределении электроэнергии и в США, по оценке EIA, теряется около 6% электроэнергии. [5]

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ligne_haute-tension.jpg
  2. 2,0 2,1 Р. Пейнтер и Б.Дж. Бойделл, «Передача и распределение электроэнергии: обзор» в Введение в электричество , 1-е изд., Верхний Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Пирсон, 2011 г., глава 25, раздел 1, стр. 1095-1097
  3. 3,0 3,1 3,2 Р. Пейнтер и Б.Дж. Бойделл, «Линии передачи и подстанции» в книге Введение в электричество , 1-е изд., Верхняя Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Пирсон, 2011, глава 25, сек. .3, стр.1102-1104
  4. ↑ EIA, Неделя Канады: Интегрированная электрическая сеть повышает надежность в США, Канаде. [Online], Доступно: http: // www.eia.gov/todayinenergy/detail.cfm?id=8930
  5. ↑ EIA. (27 мая 2015 г.). Потери электроэнергии [Онлайн]. Доступно: http://www.eia.gov/tools/faqs/faq.cfm?id=105&t=3
,

Электроэнергетическая система — производство, передача и распределение электроэнергии

Типовая схема систем электроснабжения (производство, передача и распределение электроэнергии) и элементы системы распределения

Что такое электроэнергетическая система?

Электроэнергетическая система или электрическая сеть известна как большая сеть электростанций, которые подключены к потребителям нагрузки .

As, хорошо известно, что « Энергия не может быть создана или уничтожена , но может быть преобразована только из одной формы энергии в другую форму энергии».Электрическая энергия — это форма энергии, при которой мы передаем эту энергию в виде потока электронов. Итак, электрическая энергия получается путем преобразования различных других форм энергии. Исторически сложилось так, что мы использовали химическую энергию, используя элементы или батареи.

Однако, когда произошло изобретение генератора, это стало методом сначала преобразовать некоторую форму энергии в механическую форму энергии, а затем преобразовать ее в электрическую форму энергии с помощью генератора. Генераторы вырабатывают два типа мощности переменного и постоянного тока.Тем не менее, 99% существующих энергосистем используют генераторы переменного тока.

Электрическая энергия значительно выросла за два столетия благодаря гибкости, которую она обеспечивает при ее использовании. Разнообразие использования привело к монотонному росту спроса. Однако по мере увеличения нагрузки или спроса практически одно требование остается неизменным. То есть мы должны сгенерировать количество, необходимое для нагрузки, в этот самый момент, потому что это большое количество не может быть сохранено для удовлетворения этого большого количества запросов.

Следовательно, выработка электроэнергии происходит одновременно с тем, как мы ее используем. Кроме того, наш спрос всегда меняется. Следовательно, с ней меняется и поколение. Помимо меняющегося спроса, различается и тип потребляемого нами тока. Эти вариации ставят множество ограничений и условий. Это причина сложных и больших диспетчерских по всей энергосистеме.

Сеть из линий между генерирующей станцией (электростанцией) и потребителем электроэнергии можно разделить на две части.

  • Система передачи
  • Система распределения

What is an Electric Power System What is an Electric Power System

Мы можем исследовать эти системы в других категориях, таких как первичная передача и вторичная передача , а также первичная распределительная и вторичная Распределение . Это показано на рис. 1 ниже (однолинейная или однолинейная схема типовой схемы энергосистемы переменного тока).

Необязательно, чтобы все ступени, которые засеваются на фиг.1, должны быть включены в другие схемы питания.Может быть разница. Например, во многих схемах нет вторичной передачи, в других (малых) схемах энергосистемы нет передачи энергии, а есть только распределение.

Основная цель системы электроснабжения — получить электроэнергию и сделать ее безопасной для точки нагрузки, где она используется в пригодной для использования форме. Это выполняется в пять этапов, а именно:

  1. Генерирующая станция
  2. Первичная передача
  3. Вторичная передача
  4. Первичная распределительная
  5. Вторичная распределительная

Следующие части типовой схемы электроснабжения показаны на рисунке 1.

Typical AC Electric Power Supply System (Generation, Transmission and Distribution) Scheme and Elements of Distribution System Typical AC Electric Power Supply System (Generation, Transmission and Distribution) Scheme and Elements of Distribution System Рис. 2: Типовая схема системы электроснабжения переменного тока (генерация, передача и распределение)

После этих пяти уровней энергия должна быть доступна в указанной форме с точки зрения величин напряжения, частоты и стабильности. Генерация означает преобразование формы энергии в электрическую. Передача подразумевает транспортировку этой энергии на очень большие расстояния с очень высокой величиной напряжения. Кроме того, распределение удовлетворяет потребности потребителей на сертифицированном уровне напряжения, и это осуществляется по фидерам.Питатели — это небольшие-маленькие куски груза, физически распределенные в разных местах.

Похожие сообщения:

Давайте объясним все вышеперечисленные уровни один за другим.

Генерирующая или генерирующая станция

Место, где электроэнергии, вырабатываемой параллельно соединенными трехфазными генераторами / генераторами, называется генерирующей станцией (т. Е. Электростанцией).

Обычная мощность электростанции и генерирующее напряжение могут составлять 11 кВ , 11.5 кВ 12 кВ или 13 кВ . Но с экономической точки зрения целесообразно увеличить производимое напряжение с (11 кВ, 11,5 кВ или 12 кВ) до 132 кВ, , , 220 кВ, или , 500 кВ, или более (в некоторых странах, до , 1500 кВ, ) постепенно. трансформатор (силовой трансформатор).

Генерация — это часть энергосистемы, в которой мы преобразуем некоторую форму энергии в электрическую. Это источник энергии в энергосистеме. Он работает все время.Он вырабатывает электроэнергию при разных уровнях напряжения и мощности в зависимости от типа станции и используемых генераторов. Максимальное количество генераторов вырабатывает мощность при уровне напряжения около 11кВ-20кВ . Повышенный уровень напряжения приводит к увеличению требуемого размера генератора и, следовательно, к стоимости.

В настоящее время мы используем следующие генерирующие станции в основном по всему миру: —

  1. Тепловая электростанция
  2. Электростанция Hydel (гидроэлектростанция)
  3. Атомная электростанция
  4. Дизельная электростанция
  5. Газовая электростанция
  6. Солнечная электростанция
  7. Приливная электростанция
  8. Ветряная электростанция.И т. Д.

Мы генерируем электроэнергию через эти электростанции на разных уровнях напряжения и в разных местах в зависимости от типа станции. Они используются для разных целей, а именно.

  • Установка базовой нагрузки : — Когда установка используется для обработки потребности в базовой нагрузке в системе
  • Установка пиковой нагрузки : — Когда установка предназначена для обработки потребности в пиковой нагрузке в системе

Соответственно, установка предназначена для работы с нагрузкой.Эта категоризация важна для качества электроэнергии. Также важно, что мощность должна генерироваться в тот же момент, когда нагрузка принимает мощность. Итак, поскольку мы знаем тип нагрузки и примерный размер нагрузки на станции, выбирается другой тип генерирующей станции.

Например; Тепловая установка, установка Hydel, атомная установка, солнечная установка, ветряная установка и приливная установка выбраны для обработки базовой нагрузки на систему, тогда как газовые установки, дизельные установки используются для обработки пиковой нагрузки.Это в основном определяется характером времени, которое им требуется в процессе запуска подачи энергии. Установки с базовой нагрузкой требуют больше времени для выдачи мощности, тогда как установки с пиковой нагрузкой должны запускаться очень быстро, чтобы удовлетворить спрос.

Связанное сообщение: Почему кабели и линии передачи энергии не закреплены на электрических столбах и опорах передачи?

Первичная передача

Электроснабжение (в 132 кВ , 220 кВ , 500 кВ или больше) передается к центру нагрузки по трехфазному трехпроводному соединению ( 3 фазы — 3 провода , также известному как Соединение треугольником ) система воздушной передачи.

Поскольку уровень генерируемого напряжения составляет около ( 11-20 ) кВ , а спрос находится на различных уровнях напряжения и в очень удаленных от электростанции местах. Например, генерирующая станция может генерировать напряжение 11 кВ, но центр нагрузки находится на расстоянии 1000 км друг от друга и на уровне 440 В .

Следовательно, для доставки электроэнергии на такое большое расстояние необходимо устройство, которое сделает это возможным.Следовательно, система передачи необходима для доставки электроэнергии. Это стало возможным благодаря использованию линий передачи разной длины. Практически во всех случаях это воздушные линии электропередачи. Некоторые исключения случаются, когда необходимо пересечь океан. Тогда есть необходимость использовать подземные кабели.

Но по мере того, как система росла и требовалась нагрузка, задача в этом процессе становилась очень сложной. При низком уровне напряжения величина тока, протекающего по линии при высокой нагрузке, больше, и, следовательно, падение напряжения из-за сопротивления и реактивного сопротивления линии передачи очень велико.Это приводит к большим потерям в линиях передачи и снижению напряжения на стороне нагрузки.

Это влияет на стоимость системы и работу оборудования, используемого потребителями. Таким образом, трансформатор используется для повышения уровня напряжения на определенные значения в диапазоне от 220 кВ до 765 кВ . Это уменьшает текущее значение для той же нагрузки, которая будет иметь более высокие значения тока при определенной нагрузке. Текущее значение может быть вычислено по формуле: —

current value formula in power transmission current value formula in power transmission

Где = действующее значение линейного напряжения

= действующее значение линейного тока

* обозначает сопряжение вектора.

Повышенный спрос и ограничение местоположения генерирующей станции сделали возможным потребность в очень сложной системе, называемой «Grid». Эта система объединяет несколько генерирующих станций, генерирующих напряжение на разных уровнях, которые соединяются вместе как объединенная система.

Это позволяет системе работать с различными центрами нагрузки, и это обеспечивает отличную систему с более высокой надежностью. В настоящее время эта система выросла до размеров страны. Еще одна система, которая используется сейчас, — это использование HVDC.HVDC используется для больших расстояний и иногда используется для соединения двух сетей с разными уровнями напряжения или частоты. HVDC также обеспечивает более низкие потери на коронный разряд, меньшие помехи связи, устранение индуктивного эффекта и устранение рабочей частоты.

Линии передачи различаются по размерам. Этот размер определяет его характеристики и поведение в системе. Например, в длинных линиях передачи напряжение на стороне потребителя становится выше, чем его номинальное значение в условиях небольшой нагрузки из-за преобладающей емкостной природы линий передачи.

Вторичная передача

Удаленная от города территория (окраина), соединенная линиями с приемными станциями, называется вторичной передачей . На приемной станции уровень напряжения понижается понижающими трансформаторами до 132 кВ, 66 или 33 кВ , а электрическая мощность передается по трехфазной трехпроводной ( 3 фазы — 3 провода ) воздушной сети в разные подстанции .

Первичное распределение

На подстанции уровень напряжения вторичной передачи ( 132 кВ, 66 или 33 кВ ) снижен до 11 кВ при понижении преобразуется в .

Как правило, электроснабжение обеспечивается тем потребителям с большой нагрузкой (коммерческое электроснабжение для промышленных предприятий), где потребность составляет 11 кВ, от линий, на которые подается напряжение 11 кВ (в трехфазной трехпроводной воздушной системе), и они делают отдельную подстанцию ​​для контролировать и использовать тяжелую энергию в промышленности и на фабриках.

В остальных случаях для потребителей с большей нагрузкой (в больших масштабах) потребность составляет до 132 кВ или 33 кВ. Таким образом, электроснабжение обеспечивало их напрямую вторичной передачей или первичным распределением (в 132 кВ, 66 кВ или 33 кВ), а затем понижало уровень напряжения с помощью понижающих трансформаторов на их собственной подстанции для использования (т.е. для электрической тяги и т. д.).

Когда линии электропередачи приближаются к центрам спроса, уровень напряжения снижается, чтобы сделать его практичным для распределения в разных местах нагрузки. Таким образом, мощность берется из сети и снижается до 30-33кВ , в зависимости от мест, куда она подается. Затем он передается на подстанции. Например, напряжение системы на уровне подстанции в Индии составляет 33 кВ .

Связанные сообщения:

На подстанциях предусмотрено множество механизмов управления, чтобы сделать подачу электроэнергии управляемым и непрерывным процессом без особых помех.Эти подстанции подают питание на более мелкие блоки, называемые « Feeders ». Это выполняется с помощью « воздушных линий » или « подземных кабелей ». Эти фидеры находятся в городах или деревнях, или это может быть какая-то группа предприятий, которая берет энергию от подстанции и преобразует ее уровень напряжения в соответствии с ее собственным использованием.

Для домашнего использования напряжение дополнительно снижается до 110–230 В ( фаза на землю ) для использования людьми с другим коэффициентом мощности.Совокупный объем спроса — это нагрузка на всю систему, которая должна быть сгенерирована в этот момент.

В зависимости от схемы распределительной сети она делится на радиальную или кольцевую. Это придает системе разную степень надежности и стабильности. Все эти системы защищены с помощью различных схем защиты, включающих автоматические выключатели, реле, ограничители молнии, заземляющие провода и т. Д.

Многие измерительные и чувствительные элементы также связаны, такие как «Трансформатор тока» и « Трансформатор потенциала », а также измерения в целом. места от подстанций до фидеров до мест потребителей.

Вторичное распределение

Электроэнергия передается (от первичной распределительной линии, например, 11 кВ) на распределительную подстанцию, известную как вторичное распределение . Данная подстанция расположена вблизи бытовых и потребительских территорий, где уровень напряжения понижен до 440В понижающими трансформаторами .

Эти трансформаторы называются Распределительные трансформаторы , трехфазная четырехпроводная система (3 фазы — 4 провода, также известные как Звезда ).Таким образом, между любыми двумя фазами и 230 В (однофазное питание ) между нейтралью и фазным (живым) проводом находится 400 Вольт (трехфазная система питания) .

Жилая нагрузка (например, вентиляторы, освещение, телевизор и т. Д.) Может быть подключена между любыми однофазными и нейтральными проводами, а трехфазная нагрузка может быть подключена непосредственно к трехфазным линиям.

Короче говоря, вторичное распределение электроэнергии можно разделить на три части, такие как фидеры, распределители и линии обслуживания (подробности ниже).

Связанный пост:

Объединенный процесс энергосистемы

Вся структура энергосистемы состоит из источника (генерирующая станция), передачи (передача и распределение) и нагрузки (потребителя). Задачи: —

  • Номинальное напряжение и частота до центров нагрузки.
  • Надежность системы, обеспечивающая непрерывную подачу электроэнергии.
  • Гибкость системы, обеспечивающая доступность питания при различных уровнях напряжения
  • Более быстрое устранение неисправностей, чтобы система работала хорошо в течение более длительного времени и увеличивалась срок ее службы
  • Стоимость электроэнергии должна быть как можно ниже
  • Потери в системе должно быть как можно ниже.
Combined Process of Power System Combined Process of Power System Рис. 3: Комбинированный процесс энергосистемы

Все эти цели достигаются за счет использования различных комплектов генерирующих станций, систем передачи, систем распределения и повышенного качества оборудования безопасности.

В любой момент наша нагрузка меняется в разной степени. Следовательно, чтобы следовать за спросом, поколение должно измениться и догнать спрос. Для этого существует множество механизмов управления, таких как регулирующий клапан на тепловых станциях, регулирующие стержни на атомных станциях, которые изменяют количество вырабатываемой энергии. И для этой цели существует набор мер, направленных на передачу спроса на генерирующую станцию. Это ПЛК, SCADA, волоконно-оптическая связь, GSM-связь и т. Д.

Кроме того, в энергосистеме используются некоторые методы оценки состояния для прогнозирования потребности в нагрузке в различные моменты времени. Это помогает определить количество энергии, которое необходимо произвести в нужное время. Теперь, с появлением новых технологий, очень многообещающим является использование «мягких вычислений» для управления работой энергосистемы. Кроме того, он сопровождается различным программным обеспечением и численными методами. Следовательно, можно констатировать, что этапы, на которых работает энергосистема, следующие: —

  • Изменение потребности в нагрузке
  • Связь между подстанцией и генерирующей станцией
  • Операции управления на генерирующих станциях
  • Непрерывная оценка изменений на подстанции востребовано

Современная энергосистема работает и буквально обрабатывает такое большое количество электроэнергии с помощью этих четырех основных шагов.Чем лучше регулируется подаваемая мощность, тем выше будет качество электроэнергии, потому что качество энергии — это просто поддержание номинального значения напряжения и частоты в каждом месте. Эта цель достигается только тогда, когда вся система работает в постоянной координации и эффективности.

Поскольку наша нагрузка меняется от состояния с небольшой нагрузкой до состояния с высокой нагрузкой, подстанция связывается с генерирующей станцией, чтобы увеличить выработку электроэнергии, и она продолжает проверять требования, чтобы обеспечить непрерывную подачу электроэнергии.

Обмен данными осуществляется в соответствии с величиной нагрузки и стоимостью, связанной с процессом. Более того, это увеличение спроса затем подтверждается генерирующей станцией путем изменения мощности, потребляемой генератором. Кроме того, от генерирующей станции до центров нагрузки существуют различные уровни (а именно, передача и распределение).

Таким образом, для обеспечения качества и надежности электроэнергии используется множество устройств для эффективного выполнения различных механизмов управления, которые включают системы управления неисправностями, системы повышения коэффициента мощности, системы измерения и т. Д.

Все эти операции выполняются непрерывно в любой энергосистеме по всему миру, чтобы обеспечить возможность и эффективность подачи энергии. С увеличением спроса произошло увеличение изобретений различных устройств.

Кроме того, доходы, полученные от распределения электроэнергии, сделали возможным дальнейшее изобретение и использование новых технологий. Это позволяет нам использовать энергию в такой простой форме, тогда как на самом деле многие сложные операции выполняются постоянно.

ниже представляет собой полную типичную схему системы электроснабжения переменного тока, другими словами, вся история, приведенная выше на рис. 4.

Щелкните изображение, чтобы увеличить

Typical Electric Power Supply Systems Scheme (Generation, Transmission & Distribution of Electrical Energy) Typical Electric Power Supply Systems Scheme (Generation, Transmission & Distribution of Electrical Energy) Рис. 4: Типовая схема системы электроснабжения (генерация, передача и Распределение электроэнергии)

Элементы системы распределения

Вторичное распределение можно разделить на три части, как показано ниже.

  1. Питатели
  2. Дистрибьюторы
  3. Линии обслуживания или сеть обслуживания

Связанная должность: Проектирование системы заземления в сети подстанции

Elements of a Distribution System Elements of a Distribution System Рис. 5: Элементы распределительной системы
Фидеры

Линии электропередачи , которые соединяют генерирующую станцию ​​(электростанцию) или подстанцию ​​с распределителями, называются фидерами .Помните, что ток в фидерах (в каждой точке) постоянный, а уровень напряжения может быть разным. Ток, протекающий в фидерах, зависит от размера проводника. Рис. 5.

Распределители

Те ленты, которые извлекаются для подачи электроэнергии к потребителям или линиям, откуда потребители получают прямое электроснабжение, известны как распределители, как показано на рис. 5. Ток различается в каждой секции У распределителей при этом напряжение может быть таким же.Выбор распределителей зависит от падения напряжения и может быть выполнен с учетом разного уровня падения напряжения. Это потому, что потребители должны получать номинальное напряжение в соответствии с правилами и конструкцией.

Полезно знать: основное различие между фидером и распределителем состоит в том, что ток в фидере такой же (в каждой секции), с другой стороны, напряжение одинаково в каждой секции распределителя

: Техническое обслуживание трансформатора — силовые трансформаторы Техническое обслуживание, диагностика и мониторинг

Сервисные линии или сервисная сеть

Обычный кабель, который подключается между распределителями и терминалом нагрузки потребителя, называемый сервисной линией или сервисной сетью. другими словами, кабель, который был подключен к линиям электропередачи 11 кВ (взят от понижающего трансформатора) для получения трехфазного или однофазного источника питания. Электропитание между фазой или нейтралью составляет 230 В переменного тока (110 в США ) и 440 В переменного тока (208 в США ) в трехфазной системе (между фазами).

Статьи по теме:

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о