Резонансная система от Николы Теслы… до уличных светильников

Освещение крупных сооружений, а так же улиц, парков, площадей связано с проблемой создания низковольтных линий электропередачи большой протяженности с малыми потерями электроэнергии.

Академик Российской академии сельскохозяйственных наук Д.С. Стребков и его коллега из Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства, кандидат технических наук Л.Ю. Юферев предлагают для уменьшения потерь при преобразовании и передаче электроэнергии применить резонансную систему передачи электроэнергии. Этой проблеме был посвящен их доклад на Международной научно-технической конференции «Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК» в Минске в конце минувшего года.

Резонансная однопроводная система светодиодного освещения с питанием от солнечной батареи применяется при строительстве новых и реконструкции действующих линий уличного освещения.

Освещение крупных зданий и сооружений, а так же освещение улиц, парков, площадей и др. связано с проблемой создания низковольтных линий электропередачи большой протяженности с малыми потерями электроэнергии.

В настоящее время системы передачи электроэнергии на большое расстояние используют в подавляющем большинстве трехфазные цепи. Трехфазные цепи электропередачи в свою очередь состоят из повышающей трансформаторной подстанции, трехфазной линии электропередачи и понижающей трансформаторной подстанции. Это особенно не выгодно при передаче небольшой мощности. Одним из способов уменьшения стоимости линий электропередачи является резонансная система электропередачи.

Стандартная линия уличного освещения нуждается в установке промежуточных подстанций или подключение к фидерам через каждые 2 км и питается от четырехжильного провода, применение резонансной системы электроснабжения позволяет передавать электроэнергию по однопроводной тонкой кабельной линии с питанием от одного передающего блока (фидера) на любую длину улицы.

Известные решения по созданию автономных уличных светильников с солнечными батареями требуют регулярного обслуживания и замены аккумуляторных батарей. Это в свою очередь сильно повышает стоимость эксплуатации системы уличного освещения. Поэтому предлагается создать систему уличного освещения с одной крупной солнечной электрогенерирующей станцией и единой системой электропередачи ко всем светильникам. При этом в обслуживании будет нуждаться только одна солнечная станция.

В связи с тем, что солнечные электрогенерирующие станции вырабатывают напряжение постоянного тока, электроэнергия, накапливаемая в аккумуляторных батареях нуждается в дальнейшем преобразовании по частоте и напряжению. Из-за того что большинство уличных светильников работают от напряжения 220 В передача электроэнергии на большое расстояние будет осуществляться со значительными потерями. Для уменьшения потерь при преобразовании и передаче электроэнергии предлагается применить резонансную систему передачи электроэнергии.

Впервые резонансная система передачи электроэнергии была предложена Н. Тесла. Разработанная нами резонансная система уличного освещения состоит из резонансного передающего блока, кабельной однопроводной линии, комплекта уличных светильников на светодиодах и обратных преобразователей.

На рис. 1 представлена схема, которая иллюстрирует принцип работы разработанной системы уличного освещения.

Рис. 1. Схема резонансной системы уличного освещения

Система освещения (рис. 1) работает следующим образом: напряжение сети или любого другого источника электрической энергии 1 с напряжением 2…600, подводимое к преобразователю частоты 2, преобразуется в напряжение высокой частоты, и подается на резонансный трансформатор Тесла 4, с высоковольтного вывода которого снимается высоковольтное, высокочастотное напряжение и подается на резонансную линию электропередачи 6. Второй вывод трансформатора через конденсатор 5 соединяется с землей. Светильники 8 подсоединены параллельно, одним выводом к высоковольтной линии, второй вывод каждого светильника соединен с естественной емкостью 7 в виде изолированного проводящего тела. Фонари состоят из обратного преобразователя, лампы и собственной изолированной емкости.

Рис. 2. Стационарный концентратор с солнечной батареей
для автономного питания резонансной системы освещения

Разработанная система передачи электроэнергии позволяет значительно сократить время строительства систем освещения, в несколько раз снизить расход цветных металлов и редкоземельных элементов, принципиально упростить обслуживание системы освещения, исключить утилизацию отработанных ламп и повысить надежность системы освещения в целом, что делает данную технологию социально значимой и повышает общую безопасность объектов с присутствием большого количества людей. Применение проводов с небольшим содержанием цветного металла резко сократит их хищение.

Рис. 3. Резонансная система уличного освещения.

Исключаются короткие замыкания и опасность возникновения пожаров. В случае неисправности линии электропередачи или короткое замыкание в нагрузке система передачи электроэнергии выходит из резонанса и потребление электроэнергии от первичного источника питания сокращается в десятки раз.

Исключаются обрывы проводов от различных природных катаклизмов – ураганов, оледенений проводов, т.к. реализуется подземная прокладка кабелей. По этой же причине практически исключается отвод земель под линии электропередачи и обеспечивается их полная экологическая безопасность.

Минимизируется дефицит используемых материалов. Резонансная технология передачи электроэнергии не избирательна к проводящему материалу – в качестве проводника тока может служить и медный, и алюминиевый, и стальной провод, а также неметаллические проводники типа оптического световода с проводящим покрытием из углепластиковых покрытий.

Резонансная система электроосвещения была реализована в нескольких проектах по оснащению птицефабрик, а так же по уличному освещению. По теме работы было защищено две кандидатская диссертация, опубликовано более 30 статей, получено 6 патентов, 7 медалей 1. серебряная ВВЦ 1999г, 2. золотая ВВЦ 2005г. 3. серебряная ВВЦ 2005, 3. две медали выставки «Изделия и технологии двойного назначения 2007», 4. золотая с выставки «День российского поля 2007», 5. золотая с выставки «Золотая осень 2010» и один диплом за лучшую завершенную разработку 2009 года.

Рис.4. Передающий блок мощностью до 10 кВт

В данный момент ведутся работы в рамках госконтракта на НИОКР по «Тематическому плану прикладных научных исследований и проектов в интересах города Москвы на 2010 год» по теме «Строительство экспериментальной линии освещения в 15 микрорайоне Зеленоградского административного округа».

На основе апробации данной системы в ряде птицефабрик установлено что затраты на электроэнергию за 10 лет снизятся на 1,6 млн рублей в каждом цехе для содержания птицы.

energobelarus.by