УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ Российский патент 1997 года по МПК H02J1/00 H01B9/00 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для передачи электроэнергии постоянным током на дальние и сверхдальние расстояния.

Известны линии электропередачи, дающие возможность передавать на расстояния электроэнергию постоянным током при определенных условиях, а именно: линии электропередачи должны сооружаться в воздушном и кабельном исполнении и состоять из проводов, изоляторов и опор. Сечение и диаметр проводов должны соответствовать расчетной плотности прохождения в них тока и надлежащей их механической прочности. Изоляторы должны выдерживать необходимое напряжение источника тока.

Опоры для линии должны изготовляться из дерева или металла соответствующей высоты. Провода с помощью изоляторов крепятся на опоры с расчетным расстоянием между ними. На всем протяжении трассы электролинии над ней подвешивается грозозащитный трос.

Однако эти линии электропередачи имеют недостаток, состоящий в том, что для их строительства и эксплуатации требуется много дорогостоящего цветного и обычного металла, из которого изготавливаются провода, громоздкие и высокие деревянные и металлические опоры, изоляторы всех видов защиты, специальные технические устройства.

При передаче больших мощностей промышленного тока в проводах таких электролиний происходят большие потери электроэнергии на преодоление ими током электрического сопротивления проводов.

Этот известный физический процесс, который происходит в таких электролиниях, ставит жесткие условия перед проектировщиками и инженерами при проектировании, расчете строительства и эксплуатации линий. В итоге для реализации на практике технического решения необходимы огромные затраты материально-денежных средств, большого количества цветных и других металлов для изготовления токонесущих проводов, громоздких металлических опор, грозозащитного троса, специальных аппаратов, арматуры и изоляторов. Такие электролинии занимают большие площади полезных земельных участков, небезопасны для окружающего пространства, людей и птиц.

Кроме того, линии постоянно подвержены всевозможным природным стихийным процессам и явлениям. В целом затрачиваются огромные материально-денежные средства, людские ресурсы, большой инженерно-технический интеллект для содержания и эксплуатации этой отрасли народного хозяйства.

Целью изобретения является упрощение, удешевление проектирования расчета строительства и эксплуатации линий электропередачи, увеличения их надежности в работе, экономии электроэнергии при транспортировке, с одновременной экономией материально-денежных средств и трудовых ресурсов.

Указанная цель достигается созданием передающего устройства, включающего две самостоятельные электрические секции, каждая из которых состоит из диэлектрика с большой диэлектрической проницаемостью, помещенного вплотную между двумя тонкими металлическими электродами определенной ширины и длины. Ширина диэлектрика шире электродов на несколько миллиметров. Передающее устройство заключается в защитную оболочку.

В основу работы такого передающего устройства заложены физико-технические возможности электрического поля как материальной среды, с помощью которой может быть осуществлено новое техническое решение вопроса для передачи электроэнергии постоянным током на дальние и сверхдальние расстояния.

Эта материальная среда электрическое поле заключается в стационарное состояние между электродами устройства, механизм физических процессов которого повторяет физику простого конденсатора и диэлектрика, известных из науки и электротехники.

Для создания таких физико-технических условий в каждой секции устройства для этого используется электроэнергия источника постоянного тока, которая с помощью проводников подключается к клеммам электродов устройства.

При таком техническом решении электроэнергия источника постоянного тока не передается на расстояния, а автоматически преобразуется устройством в электрическое поле, которое равномерно распространяется и распределяется в электродах и диэлектрике по всей его внутренней ширине и длине от одного пункта до другого.

В качестве основных рабочих электрических элементов устройства применены две изолированные друг от друга электрические секции, каждая из которых состоит из двух электродов, выполненных из лент электротехнической алюминиевой фольги толщиной 50 500 мкм, шириной до нескольких десятков сантиметров, на концах которых расположены токосъемники с клеммами.

Ленты фольги и токосъемники разделены между собой диэлектриком с наибольшей диэлектрической проницаемостью толщиной не более 1 мм и шириной, превышающей ширину алюминиевой фольги на несколько миллиметров с обеих сторон. Каждая рабочая секция разделена между собой перегородкой из электротехнического картона толщиной до 1 мм и шириной, превышающей ширину диэлектрика на несколько миллиметров, при этом диэлектрик вплотную прилегает к электродам, а перегородка вплотную к секциям.

Для крепления устройства на деревянных опорах в оболочке устройства предусмотрены петли на расстоянии друг от друга до 100 м. Толщина электродов в каждом отдельном случае рассчитывается из задаваемой мощности устройства.

Диэлектрик устройства изготавливается из технической бумаги или иного материала с наибольшей диэлектрической проницаемостью соответствующей расчетной толщины.

Длина электродов и диэлектрика устройства может достигать сотен, тысяч и десятков тысяч километров.

Конструктивно диэлектрик устройства своими плоскостями вплотную помещается между электродами в каждой секции. Готовое устройство погружается для пропитки в жидкий компонент типа парафин и после соответствующей пропитки и просушки при необходимой температуре помещается в защитную оболочку из материала типа полиэтилена или поливинилхлоридного пластиката. Устройство крепится на крючки-замки, встроенные для этой цели на деревянных опорах определенной высоты.

В связи с тем что в устройстве отсутствует теория движения электронов и как следствие отсутствует плотность тока, потери электроэнергии при транспортировке ее с помощью данного технического решения сведены к минимуму и составляют не более 1% и зависят только от утечки тока, ограничивающегося микроамперами.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается от него тем, что металлические провода заменяются электродами и диэлектриком, что соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявленного решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, поперечное сечение; на фиг. 2 то же, общий вид.

Устройство имеет 2 секции 6,7 и изоляционную перегородку между ними 5. Каждая секция состоит из клемм 1, электродов 2, диэлектрика 3, помещенного вплотную между электродами, которые заключены в защитную оболочку 4 (фиг.1).

Принцип работы устройства основан на физике простого конденсатора и происходит в режиме заряд разряд двух независимых рабочих секций 6, 7 (фиг. 1) и заключается в том, что при подключении к клеммам 1 электродов 2 одной из секций источника постоянного тока на стороне А устройства (фиг. 2) в этой секции начнет происходить физический процесс ее зарядки, окончание которого контролируется по спаду стрелки амперметра (КА), включенного в цепь от источника постоянного тока на стороне А устройства.

Время зарядки секции зависит от ее электрической емкости и может составлять от нескольких минут до нескольких десятков минут, а при больших значениях емкости секции это время может возрастать от одного часа до нескольких часов.

Таким образом секция зарядится, и в ней произойдет физический процесс образования стационарного электрического поля. Параметрический контроль в такой секции осуществляется с помощью соответствующих известных электроизмерительных приборов на стороне А и Б устройства.

По окончании зарядки секции она отключается на стороне А от источника постоянного тока и для "тренировки" на 5-10 ч остается в таком состоянии, после чего еще раз убеждаются в том, что показание вольтметров на стороне А и Б устройства одинаковы до одного вольта. Пример: длина секции (устройства) составляет 10000 км. На стороне А и Б этой секции показания вольтметров должны строго соответствовать 10000 В, т.е. напряжение U на клеммах 1 и электродов 2 секции должно соответствовать напряжению источника постоянного тока.

В начальной стадии пуско-наладочных работ секция должна вручную включаться и отключаться от источника тока на стороне А устройства.

В продолжении вышеперечисленной операции по зарядке и предварительных пуско-наладочных работ с первой секцией можно приступить к ее испытанию непосредственно на разряд на нагрузку Z с плавным ее увеличением на стороне Б устройства.

Для этого вручную на стороне Б к клеммам 1 электродов 2 заряженной секции подключается нагрузка Z и одновременно происходит визуальный контроль за ходом разрядки секции на Z, после чего она готова к работе.

Аналогичным образом проверяется и испытывается вторая секция устройства.

После завершения вышеперечисленных операций по пуско-наладочным работам устройство переводится в автоматический режим, заключающийся в том, что секции устройства попеременно включаются на заряд к источнику тока и на их разряд на нагрузку Z.

Одна из секций, зарядившись до напряжения U источника тока, автоматически отключается от него на стороне А и одновременно на стороне Б автоматически подключается к нагрузке Z. После того как заряженная секция автоматически отключилась от источника тока на стороне А и автоматически подключилась к нагрузке Z, другая секция автоматически подключается к источнику тока на стороне А и заряжается.

Тем временем подключенная к нагрузке Z заряженная секция начнет разряжаться, а подключенная к источнику тока секция начнет заряжаться. Разрядившаяся на нагрузку Z секция автоматически отключается от источника тока на стороне А и автоматически подключается к нагрузке Z на стороне Б. Затем цикл заряд разряд секций входит в рабочий режим, и устройство бесперебойно, таким образом, начинает работать как передатчик электроэнергии постоянным током на расстояния.

Переключение секций может происходить с помощью релейной или электронной автоматики.

Для сглаживания возможных толчков тока при переключении секций к выходу источника постоянного тока подключается сглаживающий компенсаторный конденсатор соответствующей емкости С и рабочего напряжения.

Обозначенная на фиг.2 сторона А устройства может находиться в Москве, а сторона Б устройства во Владивостоке.

Применение на практике данного технического решения даст выгодный положительный эффект в вопросе экономии металла, улучшения качественных показателей работы предлагаемого устройства для передачи электроэнергии на дальние расстояния, упрощения и удешевления всех работ по данной проблеме от проекта до строительства и эксплуатации линий передачи постоянным током. Передаваемая электроэнергия заключена в виде электрического поля внутри устройства, не подвергается внешним природным процессам, совершенно безопасна для живых организмов.

Устройство может состоять из 2, 4, 6, 8, 10, электрических секций, и его общая электрическая емкость в связи с этим может достигать десятков, сотен, тысяч и миллионов фарад, что в свою очередь увеличивает производительность системы (устройства), ее мощности до неограниченного электрического значения. Кроме того, наличие в устройстве такого числа рабочих секций значительно расширяет теорию и практику данного технического решения, которое выводит электротехнику на новую ступень научного и технического развития.

В практике транспортировки электроэнергии впервые есть возможность отказаться от высоких напряжений и забыть про "корону" в проводах высокого напряжения ЛЭП и ПИТ.

Использование: в области электротехники, в частности для передачи электроэнергии на дальние и сверхдальние расстояния. Сущность: устройство содержит две рабочие секции, состоящие из электродов и диэлектриков, которые заключены в одну защитную оболочку из материала типа полиэтилена. Электроды выполнены из электротехнической алюминиевой фольги, разделены диэлектриком с наибольшей диэлектрической проницаемостью. Секции разделены перегородкой из электротехнического картона. Диэлектрики, электроды, перегородка прилегают вплотную друг к другу. В оболочке предусмотрены петли для крепления устройства на опорах. 2 ил.

Устройство для передачи электроэнергии постоянным током, состоящее из электродов, клемм, диэлектрика и перегородки, заключенных в защитную оболочку из материала типа полиэтилена или поливинилхлоридного пластиката, отличающееся тем, что оно выполнено из двух изолированных одна от другой электрических секций, каждая из которых состоит из двух электродов, выполненных из лент электротехнической алюминиевой фольги толщиной 50 500 мкм, шириной до нескольких десятков сантиметров, на концах которых расположены токосъемники с клеммами, разделенные между собой диэлектриком с наибольшей диэлектрической проницаемостью, толщиной не более 1 мм и шириной, превышающей ширину ленты на несколько миллиметров с обеих ее сторон, секции разделены между собой перегородкой из электротехнического картона толщиной до 1 мм и шириной, превышающей ширину диэлектрика на несколько миллиметров, при этом диэлектрик вплотную прилегает к электродам, а перегородка вплотную к секциям, в оболочке предусмотрены петли на расстоянии до 100 м одна от другой для крепление устройства на опорах.