40
СЕТИ
РОССИИ
и
н
н
о
в
а
ц
и
и
инновации
Р
езонансная
однопроводная
линия
электропередачи
(
РО
ЛЭП
)
включает
:
источник
электрической
энергии
,
преобразователь
частоты
ПЧ
1,
ре
-
зонансный
контур
(
С
1,
трансформа
-
тор
Теслы
Т
1),
собственно
однопро
-
водную
ЛЭП
(
как
правило
,
в
виде
одножильного
высоковольтного
ка
-
беля
)
ОЛ
,
приёмный
резонансный
контур
(
С
2,
Т
2),
преобразователь
частоты
ПЧ
2,
к
которому
присоеди
-
няется
одно
-
или
трёхфазная
нагруз
-
ка
(
рис
. 1).
Источник
электроэнергии
—
обычная
трёхфазная
сеть
либо
,
в
автономных
системах
,
генератор
переменного
тока
повышенной
частоты
.
Напряжение
расчётной
повышенной
частоты
подаётся
в
резонансный
контур
,
включающий
конденсатор
С
1
и
модифицирован
-
ный
трансформатор
Теслы
(
ТТ
)
Т
1.
При
расчётном
соотношении
индук
-
тивностей
«
первичной
»
и
«
вторич
-
ной
»
обмоток
и
ёмкостей
,
включаю
-
щих
также
и
межвитковую
ёмкость
ТТ
Т
1,
в
последнем
возникает
резо
-
нанс
напряжений
.
Длина
ОЛ
,
включая
длины
кабе
-
ля
,
высоковольтных
обмоток
пере
-
дающего
и
приёмного
ТТ
,
не
огра
-
ничена
,
но
должна
быть
кратной
целому
числу
полуволн
либо
четвер
-
ти
волны
тока
.
Конец
линии
ОЛ
присоединяется
ко
входу
высоковольтной
обмотки
приёмного
ТТ
Т
2,
также
работаю
-
*
Журнал
«
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
»,
№
3, 2010
г
.,
Резонансные
системы
распределения
электрической
энергии
,
с
. 72—75.
Особенности
передачи энергии
по резонансной
однопроводной ЛЭП
В третьем номере нашего журнала за 2010 год
*
была
опубликована статья, в которой излагались осно-
вы резонансной электроэнергетики, использующей
идеи Николы Теслы [1]. В данном материале приво-
дятся практические сведения о резонансных одно-
проводных ЛЭП (РО ЛЭП) для передачи мощностей
до 30 кВт и их особенности.
Исмаил АЛИЕВ, профессор,
Дмитрий СТРЕБКОВ, академик РАСХН,
Всероссийский научно-исследовательский институт
электрификации сельского хозяйства
41
№ 1 (10), январь-февраль, 2012
щего
в
резонансном
режиме
.
К
его
«
низковольтной
»
обмотке
подключа
-
ют
ПЧ
2,
на
выходе
которого
получа
-
ется
требуемое
трёхфазное
напря
-
жение
промышленной
частоты
.
Область
частот
1—100
кГц
наи
-
более
пригодна
для
передачи
электрической
энергии
по
одно
-
проводниковому
волноводу
в
силу
ограничений
,
которые
накладыва
-
ют
потери
на
излучение
из
-
за
антен
-
ного
эффекта
.
Рассмотрим
характеристики
одной
из
опытных
систем
для
пе
-
редачи
номинальной
мощности
20
кВт
.
Передающий
и
принимаю
-
щий
воздушные
ТТ
имеют
следую
-
щие
параметры
:
числа
витков
вы
-
соковольтной
обмотки
—
по
952;
числа
витков
низковольтных
обмо
-
ток
—
соответственно
19
и
27;
ёмко
-
сти
С
1
и
С
2 —
соответственно
14
и
12
мкФ
.
В
качестве
ПЧ
1
и
ПЧ
2
ис
-
пользовались
модернизированные
для
функций
РО
ЛЭП
преобразова
-
тели
частоты
серии
Р
-22
мощностью
22
кВт
.
В
качестве
нагрузки
приме
-
нялись
секции
из
24
ламп
накалива
-
ния
мощностью
1
кВт
каждая
.
Вход
-
ное
напряжение
составляло
380
В
,
напряжение
линии
—
до
7
кВ
[2].
Диаметр
провода
линии
выбирался
в
пределах
от
0,08
до
1,3
мм
.
Резо
-
нансная
частота
РО
ЛЭП
составляла
3,4
кГц
.
На
рис
. 2
приведено
семейство
внешних
характеристик
выходно
-
го
трансформатора
РО
ЛЭП
для
передачи
номинальной
мощности
20
кВт
.
Каждая
из
характеристик
получена
при
соответствующем
на
-
пряжении
ОЛ
: 3,2—6,8
кВ
.
Измере
-
ния
произведены
на
постоянном
токе
на
выходе
выпрямителя
пре
-
образователя
частоты
Р
-22.
Сопро
-
тивление
нагрузки
— 8
Ом
.
Важно
подчеркнуть
,
что
внешние
характеристики
системы
вполне
со
-
ответствуют
внешним
характери
-
стикам
обычного
трансформатора
.
Расчётные
и
опытные
данные
показали
,
что
реактивная
зарядная
мощность
,
передаваемая
по
линии
,
в
первом
приближении
пропорцио
-
нальна
частоте
и
квадрату
напряже
-
ния
линии
[2].
Зависимость
пере
-
даваемой
мощности
от
величины
напряжения
для
данной
частоты
однопроводной
линии
получена
эм
-
пирическим
путём
и
имеет
вид
:
Р
= k•U
1,896
где
k —
коэффициент
пропорцио
-
нальности
,
равный
0,541.
В
РО
ЛЭП
мы
имеем
дело
с
про
-
дольными
волнами
,
которые
прохо
-
Рис
. 1.
Схема
резонансной
однопроводной
ЛЭП
дят
не
по
сечению
провода
,
а
вдоль
его
поверхности
,
не
входя
в
него
.
Из
этого
следует
,
что
для
РО
ЛЭП
не
имеет
принципиального
значения
активное
сопротивление
провода
и
его
сечение
,
т
.
е
.
в
качестве
прово
-
дника
для
неё
можно
использовать
,
например
,
тонкий
стальной
провод
или
трос
,
заключённый
в
изолирую
-
щую
оболочку
либо
подвешенный
на
высоковольтных
изоляторах
,
как
это
делал
Тесла
.
Для
процессов
передачи
элек
-
троэнергии
по
этой
линии
значение
имеет
её
собственная
ёмкость
и
частота
[4].
Другими
словами
,
одно
-
проводная
линия
при
идеальной
на
-
стройке
ведёт
себя
как
проводник
без
потерь
.
Для
подтверждения
это
-
го
представления
при
передаче
по
резонансной
линии
электроэнергии
мощностью
30
кВт
использовался
,
наряду
с
кабелем
диаметром
жилы
1,3
мм
,
кусок
провода
длиной
6
м
и
диаметром
0,08
мм
,
который
не
испытывал
существенного
нагрева
.
Эти
особенности
объясняют
и
весьма
высокие
плотности
пере
-
даваемых
тока
и
мощности
,
не
-
возможные
в
обычных
ЛЭП
и
Рис
. 2.
Внешние
характеристики
выходного
трансформатора
РО
ЛЭП
42
СЕТИ РОССИИ
приближающиеся
к
криогенным
ка
-
бельным
линиям
.
Так
,
эффективная
плотность
тока
в
линии
при
переда
-
ваемой
мощности
20
кВт
составила
600
А
/
мм
2
,
а
удельная
электриче
-
ская
мощность
— 4
МВт
/
мм
2
[2].
Из
изложенного
следует
,
что
РО
ЛЭП
об
-
ладает
квазисверхпроводимостью
при
обычной
температуре
[3,4].
Опытные
и
расчётные
данные
показали
,
что
потери
на
излучение
для
линии
,
передающей
20
кВт
,
при
частоте
3,4
кГц
составили
всего
102
Вт
,
т
.
е
.
Ризл
= 0,005
Рн
[2].
В
целом
потери
в
системе
РО
ЛЭП
складываются
из
электриче
-
ских
потерь
в
преобразователях
ПЧ
1
и
ПЧ
2
и
потерь
на
излучение
.
КПД
современных
преобразовате
-
лей
весьма
высок
.
Поэтому
инте
-
гральный
КПД
РО
ЛЭП
в
сравнении
с
обычной
ЛЭП
может
доходить
до
94—96%.
Потери
в
системе
суще
-
ственно
снижаются
,
если
в
каче
-
стве
источника
электроэнергии
непосредственно
используется
ге
-
нератор
повышенной
частоты
(1—
50
кГц
),
приводимый
во
вращение
первичным
двигателем
—
дизелем
или
турбиной
.
РО
ЛЭП
состоит
из
простых
и
надёжных
узлов
.
Воздушный
транс
-
форматор
Теслы
во
всех
отношени
-
ях
проще
и
дешевле
масляного
.
При
-
менение
генераторов
повышенной
частоты
могло
бы
исключить
преоб
-
разователи
частоты
и
приблизить
КПД
РО
ЛЭП
к
величинам
порядка
98—99%.
Но
и
с
применением
ПЧ
РО
ЛЭП
обеспечивают
колоссаль
-
ную
экономию
электроэнергии
.
Одножильный
кабель
,
уложенный
в
землю
,
требует
минимального
отво
-
да
земли
,
не
сопряжён
с
экологиче
-
скими
проблемами
.
РО
ЛЭП
обеспечивают
высо
-
кую
надёжность
электроснабже
-
ния
,
поскольку
в
них
в
принципе
невозможно
межфазное
короткое
замыкание
.
Кабельным
РО
ЛЭП
не
страшны
стихийные
бедствия
:
снегопад
,
гололёд
,
ветры
и
т
.
д
.
Ка
-
питальные
затраты
на
сооруже
-
ние
таких
систем
в
несколько
раз
меньше
,
чем
для
обычных
высоко
-
вольтных
ЛЭП
.
РО
ЛЭП
—
это
высо
-
ковольтные
системы
,
они
хороши
в
качестве
распределительных
сетей
.
Однако
наиболее
эффективными
из
-
за
малых
потерь
являются
даль
-
ние
и
сверхдальние
РО
ЛЭП
.
Такой
подход
может
изменить
идеологию
энергоснабжения
народного
хо
-
зяйства
:
генерирующие
мощности
можно
будет
располагать
непосред
-
ственно
у
месторождений
,
а
вместо
энергоносителей
с
их
громоздки
-
ми
и
крайне
дорогими
системами
транспортировки
передавать
элек
-
трическую
энергию
,
как
наиболее
универсальную
для
использования
,
по
простой
и
надёжной
РО
ЛЭП
на
любые
расстояния
с
минимальны
-
ми
издержками
.
ВЫВОДЫ
Резонансные
однопроводные
системы
,
обладающие
квазисверх
-
проводимостью
,
обеспечивают
передачу
электроэнергии
большой
плотности
по
единственному
,
весь
-
ма
тонкому
проводнику
с
мини
-
мальными
потерями
энергии
.
Они
являются
высокотехнологичными
ресурсо
-
и
энергосберегающими
системами
и
открывают
возможно
-
сти
для
замены
ими
существующих
многофазных
высоковольтных
ЛЭП
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Стребков
Д
.
С
.
Резонансные
системы
распределения
элек
-
трической
энергии
. «
ЭЛЕКТРО
-
ЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распреде
-
ление
»,
№
3, 2010
г
.,
с
. 72—75.
2.
Стребков
Д
.
С
.,
Некрасов
А
.
И
.
Резонансные
методы
пере
-
дачи
и
применения
элек
-
трической
энергии
.
Изд
.
3-
е
.
М
.:
ГНУ
ВИЭСХ
, 2008
г
.,
352
с
.
3.
Стребков
Д
.
С
.
Высокотемпе
-
ратурная
квазисверхпроводи
-
мость
проводников
для
ёмкост
-
ных
токов
.
Доклады
РАСХН
,
№
4,
2005
г
.,
с
. 56—58.
4.
Алиев
И
.
И
.
Энергосберегаю
-
щая
резонансная
однопрово
-
дная
ЛЭП
. «
Энергобезопасность
и
энергосбережение
».
№
6,
2011
г
.,
с
. 35—38.
Оригинал статьи: Особенности передачи энергии по резонансной однопроводной ЛЭП
ВНИМАНИЕ! На данный материал получены опровержения от экспертов и научных работников отрасли. Опровержения опубликованы в журналах “ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распредедение” № 2(11), март-апрель 2012 г., № 4(13), июль-август 2012 г.
