СЕТИ
РОССИИ
72
э
н
е
р
г
е
т
и
ч
е
с
к
а
я
а
л
ь
т
е
р
н
а
т
и
в
а
энергетическая а
ль
терна
тива
РЕЗОНАНСНЫЕ
СИСТЕМЫ
Современные
системы
передачи
электрической
энергии
используют
двух
-
и
трехпроводные
линии
,
в
кото
-
рых
электрическая
энергия
переда
-
ется
от
генератора
к
приемнику
бе
-
гущими
волнами
тока
,
напряжения
и
электромагнитного
поля
.
Основные
потери
обусловлены
джоулевыми
по
-
терями
на
сопротивлении
проводов
от
протекания
активного
тока
про
-
водимости
по
замкнутому
контуру
от
генератора
к
приемнику
и
обратно
.
В
настоящее
время
существу
-
ет
эффективный
способ
снижения
потерь
,
по
крайней
мере
,
в
маги
-
стральных
межсистемных
линиях
электропередачи
.
Это
резонансные
волноводные
системы
передачи
электрической
энергии
на
повышен
-
ной
частоте
1—100
кГц
,
которые
не
используют
активный
ток
проводимо
-
сти
в
замкнутой
цепи
.
В
волноводной
однопроводниковой
линии
нет
зам
-
кнутого
контура
,
нет
бегущих
волн
тока
и
напряжения
,
а
есть
стоячие
(
стационарные
)
волны
реактивного
емкостного
тока
и
напряжения
со
сдвигом
фаз
90°.
За
счет
настройки
резонансных
режимов
,
выбора
ча
-
стоты
тока
в
зависимости
от
длины
линии
можно
создать
режим
пуч
-
ности
напряжения
и
узла
тока
(
на
-
пример
,
для
полуволновой
линии
).
При
этом
из
-
за
отсутствия
активного
тока
,
сдвига
фаз
,
равного
90
о
,
между
стоячими
волнами
реактивного
тока
и
напряжения
и
наличия
узла
тока
в
линии
нет
необходимости
в
созда
-
нии
режима
высокотемпературной
сверхпроводимости
.
Джоулевы
по
-
тери
становятся
незначительными
в
связи
с
отсутствием
замкнутых
активных
токов
проводимости
и
не
-
большими
величинами
незамкнуто
-
го
емкостного
тока
вблизи
узлов
ста
-
ционарных
волн
тока
в
линии
.
Для
сомневающихся
в
существо
-
вании
незамкнутых
электрических
токов
приводим
высказывания
вы
-
дающегося
ученого
в
области
элек
-
тротехники
и
электроэнергетики
.
Резонансные
системы
распределения
электрической
энергии
Сегодня крупные энергетические компании во многих
странах мира вкладывают гигантские средства и науч-
ные ресурсы в создание технологии высокотемпера-
турной сверхпроводимости для снижения джоулевых
потерь в линиях электропередачи.
Дмитрий СТРЕБКОВ
,
директор ГНУ ВИЭСХ,
академик РАСХН, д.т.н., заслуженный деятель науки РФ
73
№ 3, ноябрь-декабрь, 2010
«
В
1893
г
.
я
показал
,
что
нет
не
-
обходимости
использовать
два
про
-
водника
для
передачи
электрической
энергии
...
Передача
энергии
через
одиночный
проводник
без
возврата
была
обоснована
практически
», —
Н
.
Тесла
в
1927
г
.
«
Эффективность
передачи
может
быть
96
или
97
процентов
и
прак
-
тически
нет
потерь
…
Когда
нет
при
-
емника
,
нет
нигде
потребления
энер
-
гии
», —
Н
.
Тесла
,
в
1905
г
.
«
Мои
эксперименты
показали
,
что
на
поддержание
электрических
колебаний
по
всей
планете
потребу
-
ются
несколько
лошадиных
сил
», —
Н
.
Тесла
в
1905
г
.
Н
.
Тесла
ответил
и
на
вопрос
,
кото
-
рый
часто
задают
нам
:
почему
элек
-
троэнергетика
не
восприняла
его
идеи
? «
Мой
проект
сдерживался
за
-
конами
природы
.
Мир
не
был
готов
к
нему
.
Он
слишком
обогнал
время
.
Но
те
же
самые
законы
восторжествуют
в
конце
и
осуществят
его
с
великим
триумфом
», —
Н
.
Тесла
в
1919
г
.
ОСНОВЫ
РЕЗОНАНСНОЙ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
Изменяется
механизм
переда
-
чи
электрической
энергии
.
В
обыч
-
ных
двух
-
трехпроводных
линиях
при
включении
генератора
в
линии
воз
-
никают
бегущие
волны
тока
,
которые
должны
достигнуть
нагрузки
и
вер
-
нуться
к
генератору
.
В
резонансной
однопроводнико
-
вой
волноводной
линии
при
наличии
стационарных
волн
незамкнутого
электрического
тока
энергия
присут
-
ствует
в
любой
точке
линии
(
рис
. 1
и
2).
Разомкнутая
линия
длиной
n=0,
1, 2, 3…
имеет
у
зажимов
генерато
-
ра
пучность
тока
и
узел
напряжения
,
а
при
длине
—
пучность
напряжения
и
узел
тока
.
В
обоих
случаях
линия
эквивалентна
резонансному
колеба
-
тельному
контуру
.
Если
линия
работает
в
режиме
стоячих
волн
,
то
ее
входное
сопро
-
тивление
имеет
реактивный
харак
-
тер
.
Если
в
линии
имеются
потери
,
то
некоторая
бегущая
волна
от
ге
-
нератора
компенсирует
эти
потери
.
При
наличии
бегущих
и
стоячих
волн
в
линии
ее
входное
сопротивление
содержит
активную
и
реактивную
со
-
ставляющие
.
Стоячие
волны
в
разомкнутой
ли
-
нии
получаются
в
результате
сложе
-
ния
падающей
и
отраженной
волн
,
имеющих
одинаковую
амплитуду
(
рис
. 3).
Фаза
напряжения
и
тока
во
всех
сечениях
линии
одинакова
,
а
между
током
и
напряжением
суще
-
ствует
сдвиг
по
фазе
на
90
о
во
вре
-
Рис
. 1.
Резонансная
система
передачи
электрической
энергии
1 2 3
4
5
1 —
электрический
генератор
; 2, 4 —
резонансные
высокочастотные
трансформа
-
торы
Теслы
; 3 —
однопроводниковая
высоковольтная
линия
; 5 —
инвертор
.
Рис
. 2.
Однопроводная
энергетическая
система
1 —
электрический
генератор
50
Гц
(1—100
кГц
);
2 —
преобразователь
частоты
50
Гц
/1—100
кГц
(
отсутствует
,
если
генератор
имеет
частоту
1—100
кГц
);
3 —
повышающий
высокочастотный
трансформатор
0,4
кВ
/10—50
кВ
, 1—100
Гц
;
4 —
однопроводная
линия
10—500
кВ
в
воздушном
или
кабельном
исполнении
;
5 —
понижающий
высокочастотный
трансформатор
10—500
кВ
/0,4
кВ
, 1—100
кГц
;
6 —
инвертор
1—10
кГц
/50
Гц
.
1
4
2
3
5
6
Рис
. 3.
Направление
вектора
Умова
—
Пойнтинга
в
случае
работы
линии
в
режиме
стоячих
волн
I, H —
волны
тока
и
напряженности
магнитного
поля
;
U, E —
волны
напряжения
и
напряженности
электрического
поля
.
Н
.
Тесла
74
СЕТИ РОССИИ
мени
и
пространстве
.
В
сечениях
линии
с
пучностями
напряжения
на
-
блюдаются
узлы
тока
,
а
при
узлах
на
-
пряжения
—
пучности
тока
.
Средняя
мощность
,
отдаваемая
генератором
в
разомкнутую
линию
без
потерь
или
в
линию
,
замкнутую
на
реактивное
сопротивление
,
равна
нулю
.
Из
выступления
Н
.
Теслы
по
случаю
получения
награды
имени
Томаса
Эдисона
на
заседании
американско
-
го
института
инженеров
-
электриков
18
мая
1917
г
.: «
Что
касается
пере
-
дачи
энергии
через
пространство
,
это
проект
,
который
я
давно
считаю
абсолютно
успешным
.
Годы
назад
я
мог
передавать
энергию
без
прово
-
дов
на
любое
расстояние
без
огра
-
ничений
,
которые
накладывались
физическими
размерами
Земли
.
В
моей
системе
нет
различий
,
каково
расстояние
.
Эффективность
переда
-
чи
может
быть
96
или
97
процентов
,
и
практически
нет
потерь
,
кроме
та
-
ких
,
которые
неизбежны
для
работы
машины
.
Когда
нет
приемника
,
нет
нигде
потребления
энергии
...
Когда
нет
приемников
,
станция
потребляет
только
несколько
лоша
-
диных
сил
,
необходимых
для
поддер
-
жания
электромагнитных
колебаний
,
она
работает
в
режиме
холостого
хода
,
как
станция
Эдисона
,
когда
лампы
и
моторы
выключены
...»
В
экспериментальной
резонанс
-
ной
однопроводниковой
системе
передачи
электрической
энергии
,
установленной
в
эксперименталь
-
ном
зале
ВИЭСХ
,
передавалась
элек
-
трическая
мощность
20
кВт
при
на
-
пряжении
6,8
кВ
на
расстояние
6
м
по
медному
проводнику
диаметром
80
мкм
при
комнатной
температуре
.
При
этом
эффективная
плотность
тока
в
проводнике
составила
600
А
/
мм
2
,
а
эффективная
плотность
мощнос
-
ти
— 4
МВт
/
мм
2
.
Такие
плотности
тока
и
мощности
в
реальных
системах
передачи
энер
-
гии
вряд
ли
будут
достигнуты
,
но
если
уменьшить
эти
величины
в
10
раз
,
получается
эффективная
плотность
тока
в
линии
передачи
,
которая
пре
-
вышает
параметры
существующих
систем
в
50
раз
.
Преимущества
резонансного
ме
-
тода
передачи
электрической
энер
-
гии
:
•
энергия
передается
с
помощью
реактивного
емкостного
тока
в
резонансном
режиме
,
ее
несанк
-
ционированное
использование
затруднено
;
•
содержание
алюминия
и
меди
в
проводах
может
быть
снижено
в
10
раз
;
•
стальные
провода
с
медным
по
-
крытием
0,1
мм
не
имеет
смысла
воровать
,
чтобы
сдать
в
металло
-
лом
;
•
потери
электроэнергии
в
одно
-
проводной
линии
малы
,
и
ее
мож
-
но
передавать
на
большие
рас
-
стояния
;
•
в
однопроводном
кабеле
невоз
-
можны
короткие
замыкания
,
и
он
не
может
быть
причиной
по
-
жара
.
Преимущества
кабельных
линий
по
сравнению
с
высоковольтными
:
•
пониженное
магнитное
поле
;
•
нет
необходимости
в
техническом
обслуживании
;
•
бесшумность
;
•
значительная
безопасность
(
из
-
за
обрыва
проводов
);
•
высокая
надежность
;
•
нет
влияния
погодных
условий
;
•
не
нарушается
естественный
при
-
родный
ландшафт
;
•
снижение
на
10%
потерь
при
пе
-
редаче
энергии
из
-
за
отсутствия
короны
и
токов
утечки
;
•
нет
полосы
отчуждения
.
Из
других
применений
резонанс
-
ной
электроэнергетики
,
основан
-
ной
на
незамкнутых
токах
,
следует
выделить
беспроводной
офис
,
бес
-
контактный
высокочастотный
элек
-
тротранспорт
,
создание
местных
энергетических
систем
с
использо
-
ванием
возобновляемых
источни
-
Испытания
резонансной
энергетической
системы
20
кВт
с
однопроводниковой
кабельной
линией
1,2
км
в
лаборатории
ВИЭСХ
Рис
. 4.
Преобразователь
частоты
и
резонансный
контур
передающего
высокочастотного
трансформатора
Табл
.
Результаты
испытаний
резонансной
системы
передачи
электрической
мощностью
20
кВт
Электрическая
мощность
на
нагрузке
T
ок
Напряжение
20,52
кВт
54
А
380
В
Напряжение
линии
6,8
кВ
Частота
линии
1
кГц
Длина
линии
6
м
1,2
км
Диаметр
провода
линии
0,08
мм
1
мм
Максимальная
эффективная
плотность
тока
на
единицу
площа
-
ди
поперечного
сечения
проводника
линии
600
А
/
мм
2
Максимальная
удельная
электрическая
мощность
в
однопрово
-
дниковой
линии
4
МВт
/
мм
2
75
№ 3, ноябрь-декабрь, 2010
ков
энергии
,
соединение
офшорных
морских
ВЭС
с
береговыми
подстан
-
циями
,
электроснабжение
потреби
-
телей
на
островах
и
в
зонах
вечной
мерзлоты
,
пожаробезопасные
одно
-
проводниковые
системы
уличного
освещения
и
освещения
зданий
,
до
-
мов
престарелых
,
музеев
,
больниц
и
пожароопасных
производств
.
ЭКОЛОГИЧЕСКИ
ЧИСТЫЙ
БЕСТОПЛИВНЫЙ
АВТОМОБИЛЬ
БУДУЩЕГО
Разработка
ориентирована
на
современные
приоритеты
развития
городского
транспортного
хозяйства
:
энергосбережение
,
экономия
мо
-
торного
топлива
,
снижение
вредных
выбросов
и
шума
,
автоматизация
вождения
и
т
.
д
.
Макетный
образец
электромо
-
биля
с
электроснабжением
от
одно
-
проводниковой
кабельной
линии
,
проложенной
в
дорожном
покрытии
,
приведен
на
рис
. 5.
Основные
характеристики
:
•
отсутствие
двигателя
внутреннего
сгорания
и
топливных
баков
;
•
не
имеет
химических
аккумулято
-
ров
;
•
отсутствие
топливных
элементов
,
системы
накопления
и
хранения
водорода
;
•
неограниченная
дальность
про
-
бега
;
•
возможность
полной
автоматиза
-
ции
вождения
на
автострадах
.
Используется
бесконтактная
ре
-
зонансная
система
электроснабже
-
ния
с
однопроводниковой
линией
электропередачи
,
работающей
на
повышенной
частоте
.
ДЕЙСТВУЮЩИЕ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
МОДЕЛИ
Разработанная
резонансная
си
-
стема
электрического
освещения
(
РСЭО
)
предназначена
для
питания
светильников
уличного
освеще
-
ния
по
однопроводниковой
линии
(
рис
. 6).
Экспериментальный
об
-
разец
установки
РСЭО
содержит
ис
-
точник
питания
,
преобразователь
ча
-
стоты
,
высоковольтный
резонансный
трансформатор
,
соединенный
одно
-
проводниковой
линией
со
светиль
-
никами
с
газоразрядными
лампами
низкого
давления
.
Резонансная
электрическая
сис
-
тема
освещения
зданий
предна
-
значена
для
освещения
жилых
и
бытовых
помещений
(
рис
. 7)
с
элек
-
Рис
. 5.
Электромобиль
Рис
. 7.
Освещение
жилых
и
бытовых
помещений
Рис
. 6.
Блок
-
схема
однопроводниковой
системы
освещения
тропитанием
по
одному
проводу
в
резонансном
режиме
.
Резонансная
электрическая
си
-
стема
питания
уличного
освещения
предназначена
для
питания
уда
-
ленных
от
системы
стационарного
электроснабжения
уличных
фонарей
,
прожекторов
,
светофоров
,
реклам
-
ных
щитов
по
однопроводниковой
воздушной
или
кабельной
линии
в
резонансном
режиме
.
В
настоящее
время
ГНУ
Всерос
-
сийский
научно
-
исследовательский
институт
электрификации
сельского
хозяйства
предлагает
для
освещения
зданий
солнечную
энергетическую
установку
СЭУ
-900,
в
состав
которой
входят
:
•
солнечные
фотоэлектрические
модули
общей
мощностью
900
Вт
— 172
тыс
.
руб
.;
•
солнечное
зарядное
устройство
СЗУ
-1700
ВА
для
контроля
за
-
ряда
аккумуляторной
батареи
—
4200
руб
.;
•
инвертор
1700-24/220
В
со
стабилизатором
напряжения
—
16
тыс
. 800
руб
.;
•
аккумуляторная
батарея
2
х
12
В
,
200
А
-
ч
— 27
тыс
.
руб
.
Всего
с
НДС
— 259
тыс
. 600
руб
.
(7211
евро
).
Дальнейшее
развитие
СЭУ
-900
заключается
в
замене
солнечного
фотоэлектрического
модуля
на
сол
-
нечный
фотоэлектрический
с
кон
-
центратором
мощностью
900
Вт
с
уменьшением
площади
солнечных
элементов
в
3
раза
,
замене
АБ
на
су
-
перконденсаторы
такой
же
емкости
с
удвоенным
ресурсом
и
двухпрово
-
дной
линии
на
пожаробезопасную
однопроводную
резонансную
линию
электроснабжения
.
Все
компоненты
СЭУ
-900,
за
ис
-
ключением
АБ
и
суперконденсато
-
ров
,
разработаны
и
изготавливаются
на
экспериментальном
производ
-
стве
ГНУ
ВИЭСХ
.
За
20
лет
исследований
ученые
ГНУ
ВИЭСХ
получили
более
20
патен
-
тов
на
технологии
и
оборудование
резонансной
электроэнергетики
,
результаты
исследований
опублико
-
ваны
в
книге
«
Резонансные
методы
передачи
и
применения
электриче
-
ской
энергии
», 3-
е
изд
., 2008
г
.,
ГНУ
ВИЭСХ
, 350
стр
.
Сегодня
резонансная
электро
-
энергетика
нуждается
в
поддержке
государства
для
реализации
пилот
-
ных
и
демонстрационных
проектов
и
ждет
нового
Моргана
,
банкира
,
ко
-
торый
100
лет
назад
финансировал
работы
Николы
Теслы
.
Оригинал статьи: Резонансные системы распределения электрической энергии
Сегодня крупные энергетические компании во многих странах мира вкладывают гигантские средства и научные ресурсы в создание технологии высокотемпературной сверхпроводимости для снижения джоулевых потерь в линиях электропередачи.
