СИСТЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F21S9/00 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть применено в устройствах с преобразованием и распределением электрической энергии для освещения улиц, зданий и подземных сооружений в автономном режиме, в частности, при отсутствии или дефиците централизованного электроснабжения.

Известна система электрического освещения, содержащая солнечные батареи, химический аккумулятор, контроллер заряда, соединительные проводники электрической линии и люминесцентные лампы. (См. Солнечный светильник. Технологии и оборудование возобновляемой энергетики. Каталог изделий разработанных и производимых в системе ВИЭСХ. - М.; ВИЭСХ, 2001 - с. 7) [1]. Недостатком устройства является низкий КПД светильника и возможность короткого замыкания соединительных проводников.

Известна система электрического освещения (варианты) ориентированная на применение вакуумных безнакальных катодолюминесцентных ламп. (См. Система электрического освещения. Варианты. Патент РФ № RU 2505744, кл. МПК F21S 9/00, опубл. 27.01.2014, Бюлл. №3) [2].

Недостатком системы является наличие высокого потенциала на светильниках, необходимость применения емкостного балласта для светильников, необходимость введения в состав системы освещения заземлителя.

Наиболее близкой к предлагаемой системе освещения является система на базе солнечного светильника, содержащая солнечную батарею, аккумулятор электрической энергии, контроллер заряда, инвертор, резонансный трансформатор, электрическую линию и светильники на основе скоммутированных светодиодов. Высоковольтный вывод высоковольтной обмотки резонансного трансформатора соединен с однопроводной линией. К линии одним из выводов присоединены параллельно n светильников. Второй вывод каждого светильника соединен с естественной емкостью в виде изолированного проводящего тела. (См. Солнечный светильник. Варианты. Патент РФ на изобретение № RU 2241176, кл. МПК F21S 9/00, опубл. 27.11.2004 г. Бюлл. №33) [3].

Недостатком известной системы освещения является наличие высокого электрического потенциала на светильниках, необходимость применения емкостного балласта в виде изолированного от земли проводящего тела для поддержания рабочего тока, применение заземлителя для одного из выводов повышающего резонансного трансформатора, опасность возникновения аварийного короткого замыкания на землю элементов однопроводной электрической линии, высокие капитальные затраты при введении системы освещения в эксплуатацию из-за необходимости обеспечения повышенной электрической прочности изоляционной крепежной фурнитуры однопроводной электрической линии.

Задачей предлагаемого изобретения является исключения возможности попадания высокого электрического потенциала на светильники, исключение из состава компонентов системы освещения емкостных балластов в виде изолированных электропроводящих тел, а так же исключение заземлителя низкопотенциального вывода резонансного высокочастотного трансформатора, снижение опасности возникновения аварийных коротких замыканий электрической однопроводной линии на землю. Задачей изобретения является также снижения опасности травмирования высокопотенциальным электрическим током обслуживающего персонала и пользователей, снижение капитальных затрат при вводе в эксплуатацию и удешевление мероприятий по обслуживанию системы освещения.

В результате использования предлагаемого изобретения повышается эффективность работы системы освещения. Исключается попадание высокого электрического потенциала на светильники и электрическую однопроводную линию, исключается опасность возникновения аварийных коротких замыканий электрической однопроводной линии на землю, исключаются из состава энергопередающих компонентов системы электрические емкости в виде изолированных от земли электропроводящих тел, а так же заземлитель вывода резонансного высокочастотного трансформатора. Снижается опасность возникновения аварийных коротких замыканий на землю, существенно уменьшается опасность поражения высокопотенциальным электрическим током обслуживающего персонала, снижаются капитальные затраты при вводе системы в эксплуатацию и уменьшаются эксплуатационные расходы при обслуживании.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в системе электрического освещения, содержащей источник электрической энергии, преобразователь частоты, питающий резонансный высокочастотный трансформатор с низковольтной и высоковольтной обмотками, электрическую однопроводную линию и электрические светильники, питающий трансформатор выполнен в виде четвертьволнового трансформатора Тесла, низковольтная обмотка которого подключена к выходу преобразователя частоты несимметрично. Высокопотенциальный вывод четвертьволновой обмотки трансформатора Тесла оставлен не подключенным, низкопотенциальный вывод четвертьволновой обмотки трансформатора Тесла соединен с началом электрической однопроводной линии. Электрические светильники, последовательно друг за другом, включены в разрывы электрической однопроводной линии. Конец электрической однопроводной линии заземлен, а резонансная частота питающего четвертьволнового трансформатора Тесла равна выходной частоте преобразователя частоты.

Кроме этого в системе электрического освещения электрические светильники могут быть подключены к электрической однопроводной линии одним из выводов параллельно друг другу, другие выводы электрических светильников индивидуально заземлены в непосредственной близости от мест подключения светильников к электрической однопроводной линии. При этом конец электрической однопроводной линии оставлен не подключенным.

Кроме этого в системе электрического освещения низковольтная обмотка возбуждения питающего четвертьволнового трансформатора Тесла может быть подключена к выходу преобразователя частоты через электрическую емкость, образующую с низковольтной обмоткой последовательный резонансный контур, резонансная частота которого равна частоте преобразователя частоты.

В другом исполнении системы электрического освещения конец однопроводной электрической линии соединен с низкопотенциальным выводом отражающего четвертьволнового трансформатора Тесла, а высокопотенциальные выводы питающего и отражающего четвертьволновых трансформаторов Тесла оставлены не подключенными, резонансные частоты питающего и отражающего четвертьволновых трансформаторов Тесла одинаковы и равны частоте преобразователя частоты. При этом питающий и отражающий четвертьволновые трансформаторы Тесла образуют полуволновую резонансную систему. Причем вдоль высоковольтной обмотки питающего четвертьволнового трансформатора Тесла размещается одна четверть стоячей полуволны с пучностью потенциала на не подключенном высокопотенциальном выводе и пучностью тока на низкопотенциальном выводе, а вдоль высоковольтной обмотки отражающего четвертьволнового трансформатора Тесла размещается другая четверть стоячей полуволны с пучностью потенциала на не подключенном высокопотенциальном выводе и пучностью тока на низкопотенциальном выводе. Отражающий трансформатор Тесла может быть оснащен низковольтной обмоткой для питания электрических потребителей.

Нагрузка к низковольтной обмотке отражающего трансформатора Тесла может быть подключена через электрическую емкость, образующую с низковольтной обмоткой последовательный резонансный контур, резонансная частота которого равна выходной частоте преобразователя частоты.

Питающий и отражающий трансформаторы Тесла могут быть окружены заземленными электропроводящими экранами.

Высоковольтные выводы трансформаторов Тесла могут быть соединены с помощью проводников с электропроводящими сферами или торами, поднятыми над землей, при этом длина соединительных проводников, по крайней мере в пять раз превосходит диаметры сфер или торов.

Низкопотенциальный вывод питающего трансформатора Тесла, однопроводная электрическая линия и низкопотенциальный вывод отражающего трансформатора Тесла системы электрического освещения могут быть заключены в заземленные экраны, при этом экран низкопотенциального вывода питающего трансформатора Тесла соединен с электропроводящим экраном питающего трансформатора Тесла и с экраном у начала однопроводной электрической линии, экран на конце однопроводной электрической линии соединен с экраном низкопотенциального вывода отражающего трансформатора Тесла, экран низкопотенциального вывода отражающего трансформатора Тесла соединен электропроводящим экраном отражающего трансформатора. Для подключения светильников к энергонесущей жиле однопроводной электрической линии в экране линии созданы окна.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется Фиг. 1-5 .

На Фиг. 1 представлена схема электрических соединений компонентов системы электрического освещения, содержащая источник электрической энергии, преобразователь частоты, питающий трансформатор Тесла и однопроводную электрическую линию. Светильники последовательно, друг за другом, включены в разрывы однопроводной электрической линии. Низковольтная обмотка возбуждения подключена к преобразователю частоты, через электрическую емкость.

На Фиг. 2 представлена схема электрических соединений компонентов системы электрического освещения, содержащая источник электрической энергии, преобразователь частоты, питающий трансформатор Тесла и однопроводную электрическую линию. Светильники, параллельно друг к другу, одним из выводов подключены к однопроводной электрической линии, другие выводы светильников заземлены. Низковольтная обмотка возбуждения подключена к преобразователю частоты через электрическую емкость, а конец однопроводной электрической линии оставлен не подключенным.

На Фиг. 3 представлена схема электрических соединений компонентов системы электрического освещения, содержащая источник электрической энергии, преобразователь частоты, питающий и отражающий трансформаторы Тесла, однопроводную электрическую линию, включенную между низкопотенциальными выводами трансформаторов Тесла. Светильники включены в разрывы однопроводной электрической линии последовательно, друг за другом. При этом низковольтная обмотка возбуждения питающего трансформатора Тесла подключена к преобразователю частоты через электрическую емкость, образующую с обмоткой возбуждения последовательный резонансный контур. Отражающий трансформатор Тесла оснащен низковольтной обмоткой для питания электрических потребителей. Потребитель электрической энергии подключен к низковольтной обмотке через электрическую емкость, образующую с низковольтной обмоткой последовательный резонансный контур.

На Фиг. 4 представлена схема электрических соединений компонентов системы электрического освещения, содержащая источник электрической энергии, преобразователь частоты, питающий и отражающий трансформаторы Тесла, однопроводную электрическую линию, включенную между низкопотенциальными выводами трансформаторов Тесла. Светильники включены в разрывы однопроводной электрической линии последовательно, друг за другом. При этом высоковольтные выводы трансформаторов Тесла соединены с помощью проводников с электропроводящими сферами, питающий и отражающий трансформаторы Тесла заключены в заземленные экраны.

На Фиг. 5 представлена схема электрических соединений компонентов системы электрического освещения, содержащая источник электрической энергии, преобразователь частоты, питающий и отражающий трансформаторы Тесла, однопроводную электрическую линию, включенную между низкопотенциальными выводами трансформаторов Тесла. Высоковольтные выводы трансформаторов Тесла соединены с помощью проводников с электропроводящими сферами. При этом питающий и отражающий трансформаторы Тесла, низкопотенциальный вывод питающего трансформатора Тесла, однопроводная электрическая линия и низковольтный вывод отражающего трансформатора Тесла заключены в заземленный экран. Светильники подключены к энергонесущей жиле однопроводной электрической линии через окна в экране.

На Фиг. 1 электрическая энергия от источника электрической энергии 1 поступает в преобразователь частоты 2. Преобразователь частоты 2 преобразует поступающую энергию из формата 3 фазы × 380 В, 50 Гц в формат переменного тока повышенной частоты (0,5-20) кГц. Выход преобразователя частоты 2 через электрический конденсатор 3 соединен с низковольтной обмоткой возбуждения 4 питающего трансформатора Тесла 5. Обмотка 4 выполнена в виде катушки с сосредоточенной индуктивностью и размещена поверх резонансной с распределенной индуктивностью обмотки 6, в области низкопотенциального вывода 7. Высоковольтный вывод 8 резонансной обмотки 6 остается не подключенным. Низкопотенциальный вывод 7 соединен с началом однопроводной электрической линии 9, несущей энергию к светильникам 10. Однопроводная линия прокладывается над или под поверхностью земли. Конец однопроводной линии 9 заземлен. Светильники 10 включены в разрывы линии последовательно друг за другом.

На Фиг. 2 представлена схема соединения компонентов системы для случая их параллельного включения между собой. Электрическая энергия в формате 3 фазы × 380 В, 50 Гц подается из источника 1 в преобразователь 2. На выходе преобразователя 2 выдерживается формат тока повышенной частоты в диапазоне (0,5-20) кГц. Электрическая энергия через электрическую емкость 3 подается в обмотку 4 для возбуждения трансформатора 5. Резонансная обмотка 6 трансформатора 5 выполнена в виде обмотки с распределенной индуктивностью. Обмотка возбуждения 4 размещается поверх обмотки 6 в области пучности тока. В низкопотенциальный вывод 7 включена однопроводная электрическая линия 9. К энергонесущей жиле однопроводной линии 9, одним из выводов подключены светильники 10. Другие выводы светильников 10 заземлены непосредственно около светильников. Конец однопроводной линии оставлен не подключенным.

На Фиг. 3 представлена схема электрических соединений компонентов системы для случая включения однопроводной электрической линии между двумя резонансными трансформаторами Тесла. Электрическая энергия из источника энергии 1 в формате 3 фазы × 380 В, 50 Гц, подается на вход преобразователя частоты 2 для генерации электрического тока повышенной частоты. Электрический ток повышенной частоты подается через электрическую емкость 3 в обмотку возбуждения 4 питающего трансформатора Тесла 5 поверх его резонансной обмотки 6 в области пучности тока у низкопотенциального вывода 7. Пучность потенциала формируется у не подключенного вывода 8. Однопроводная линия 9 включена между низкопотенциальным выводом 7 питающего трансформатора 5 и низкопотенциальным выводом 14 отражающего трансформатора Тесла 13. Резонансная обмотка 12 трансформатора 13 выполнена в виде обмотки с распределенной индуктивностью и аналогична по конструкции обмотке 6 трансформатора 5. Размещение на ней пучностей тока и потенциала следующее: вывод 14 низкопотенциальный, вывод 11 высокопотенциальный. Вывод 11 трансформатора 13 оставлен не подключенным. Такое взаимное размещение обмоток и их электрическое соединение с другими элементами системы обеспечивает условия для возбуждения полуволнового резонанса вдоль разомкнутой цепи: высокопотенциальный вывод 8, четвертьволновая обмотка 6, низкопотенциальный вывод 7, однопроводная электрическая линия 9, низкопотенциальный вывод 14, четвертьволновая обмотка 12, высокопотенциальный вывод 11. Светильники 10 включены в разрывы однопроводной линии 9. В пучности тока обмотки 12 размещена обмотка с сосредоточенной индуктивностью 15, генерирующая ЭДС для питания электрической нагрузки 17. Нагрузка 17 последовательно подключена к обмотке 15, через электрическую емкость 16, совместно образующих последовательный резонансный контур.

На Фиг. 4 источник электрической энергии 1 подключен к преобразователю частоты 2. Выход преобразователя частоты 2 через электрическую емкость 3 соединен с обмоткой возбуждения 4 питающего трансформатора Тесла 5. Резонансная четвертьволновая обмотка 6 на резонансной частоте работает в режиме четвертьволнового резонанса, при этом на низкопотенциальном выводе 7 создается режим пучности тока и на высокопотенциальном выводе 8 - режим пучности потенциала. Пучностью тока по однопроводной электрической линии 9 возбуждается отражающий резонансный трансформатор Тесла 13. В нижней зоне резонансной обмотки 12 возбуждается пучность тока, на верхнем выводе 11 возбуждается пучность потенциала. От вывода 8 трансформатора 5 до вывода 11 трансформатора 13 размещается, таким образом, половина длины волны электромагнитных колебаний тока и потенциала. Между низкопотенциальными выводами 7 и 14 в пучности тока включена однопроводная электрическая линия 9, в разрывы которой включены электрические светильники 10. Система освещения может быть использована для обеспечения электрической энергией некоторых потребителей 17, энергия для которых изымается из системы с помощью обмотки 15. К нагрузке 17 энергия подается через последовательно включенную электрическую емкость 16. К высоковольтным выводам 8 и 11 трансформаторов 6 и 12 с помощью соединительных проводников 19 подключены электропроводящие сферы 20. Трансформаторы Тесла 5 и 13 помещены в электрические экраны 18. Экраны заземлены.

На Фиг. 5 представлена схема электрических соединений в полуволновой системе электрического освещения, питающейся от источника электрической энергии 1 через преобразователь частоты 2. Выход преобразователя 2 подключен через электрическую емкость 3 к низковольтной обмотке возбуждения 4. Емкость 3 и обмотка 4 образуют последовательный резонансный контур. Резонансная обмотка 6 питающего трансформатора 5 работает в режиме четвертьволнового резонанса. При этом на низкопотенциальном выводе 7 формируется пучность тока, на высокопотенциальном выводе 8 развивается пучность потенциала. Низкопотенциальные выводы 7 и 14 четвертьволновых трансформаторов 5 и 13 соединены однопроводной электрической линией 9, в разрывы которой последовательно, друг за другом, включены электрические светильники 10. Высокопотенциальные выводы 8 и 11 трансформаторов 5 и 13 с помощью соединительных проводников 19 соединены с электропроводящими сферами 20. Трансформаторы 5 и 13 помещены в электропроводящие экраны. Экраны заземлены. Низковольтный вывод 7 питающего трансформатора 5, однопроводная электрическая линия 9 и низкопотенциальный вывод 14 отражающего трансформатора 13 заключены в заземленный экран 21. При этом экран низкопотенциального вывода 7 соединен с электропроводящим экраном 18 питающего трансформатора Тесла Бис экраном у начала однопроводной электрической линии 9. Экран на конце однопроводной электрической линии 9 соединен с экраном низкопотенциального вывода 14 отражающего трансформатора 13. Экран низкопотенциального вывода 14 отражающего трансформатора 13 соединен с электропроводящим экраном 18 отражающего трансформатора 13.

Система электрического освещения работает следующим образом. Электрическая энергия из источ6ника 1 подается на преобразователь частоты 2 (Фиг. 1), выполняющий роль генератора тока повышенной (0,5-20) кГц частоты и с формой напряжения на выходе в виде «меандр». Работа преобразователя в режиме генерации напряжения в форме «меандр» обеспечивает возможность преобразователю работать с минимальными электрическими потерями. С выхода преобразователя 2 напряжение подается через электрическую емкость 3 на низковольтную обмотку 4 возбуждения резонансного питающего трансформатора Тесла 5. Емкость 3 совместно с обмоткой 4 образуют последовательный резонансный контур с собственной резонансной частотой f₀₁, равной

Здесь: L - индуктивность обмотки возбуждения 4, Гн;

С - емкость конденсатора 3, Ф.

При этом преобразователь 2 настраивают на частоту f₀₁.

Электрический ток в цепи возбуждения питающего трансформатора Тесла 5 имеет форму синуса. Резонансная обмотка 6 питающего трансформатора Тесла 5 выполнена в виде обмотки с распределенными параметрами. При этом, если собственная резонансная частота f₀₂ резонансной обмотки 6 совпадает с f₀₁ происходит наиболее эффективное возбуждение трансформатора Тесла 5. В резонансной обмотке 6 возбуждается стоячая волна электрической энергии с пучностью потенциала на высокопотенциальном выводе 8 и пучностью тока на низкопотенциальном выводе 7. Собственная резонансная частота f₀₂ резонансной обмотки 6 определяется конструкцией обмотки 6 и равна

Здесь: L₀ - погонная индуктивность обмотки 6, Гн/м;

С₀ - погонная емкость обмотки 6 на землю, Ф/м;

b - высота обмотки 6, м.

Из резонансного четвертьволнового трансформатора Тесла 6 электрическая энергия в виде волн тока повышенной частоты поступает в однопроводную электрическую линию 9. На конце однопроводной линии 9 могут быть обрыв, закоротка на землю или низкопотенциальный вывод отражающего резонансного трансформатора 13. Любой из перечисленных режимов включения обладает хорошими отражающими свойствами, которые приводят к возбуждению «стоячей» волны во всей системе электрического освещения. В случае применения отражающего трансформатора должно выполняться непременное условие идентичности конструкционных характеристик трансформатора 13 характеристикам трансформатора 5. При этом собственная резонансная частота f₀₃ отражающего четвертьволнового трансформатора равна частоте f₀₂ питающего резонансного четвертьволнового трансформатора 5, т.е.

f01=f₀₂=f₀₃.

Светильники 10 подключаются к системе освещения любым способом: последовательно или параллельно между собой, непосредственно к электрической линии, в разрывы линии либо через промежуточные адаптеры.

Возможна модификация исполнения отражающего трансформатора с низковольтной обмоткой 15, располагаемой в области пучности тока. Развиваемая на такой обмотке Э.Д.С. может быть использована иными потребителями электрической энергии, в том числе и для обеспечения нужд системы освещения (обогрев отдельных элементов, питание средств информационной обратной связи внутри системы освещения и т.д.). Нагрузка 17 может быть подключена к обмотке 15 отбора энергии через электрическую емкость 16, компенсирующую индуктивное сопротивление обмотки 15 в цепи тока нагрузки 17. Собственная резонансная частота f₀₄ образующегося последовательного контура из обмотки 15 и емкости 16 должна быть f₀₄=f₀₃=f₀₂=f₀₁.

Частота f₀₄ равняется

Здесь: L₁₅ - индуктивность низковольтной обмотки 15, Гн;

C₁₆ - емкость конденсатора 16, Ф.

К холостым выводам 8 и 11 резонансных трансформаторов 5 и 13 могут быть подключены электропроводящие сферы 20 или торы. Емкость на землю сфер 20 выполняет роль емкостной нагрузки на высокопотенциальный вывод, что приводит к снижению резонансной частоты трансформатора. Емкость сфер 20 кроме этого снижает индуктивность обмоток 6 и 12. Для уменьшения эффекта снижения индуктивности необходимо сферы 20 устанавливать на удалении от трансформаторов 5 и 13.

При необходимости снизить уровень электромагнитных полей вокруг трансформаторов 5 и 13, трансформаторы могут быть заэкранированы.

Однопроводная электрическая линия 9 может быть заключена в заземленный экран 21. Если однопроводная электрическая линия заключается в экран 21, экран заземляется с обеих сторон линии и соединяется с экраном питающего трансформатора у начала линии и с экраном отражающего трансформатора у конца линии. Для подключения к однопроводной электрической линии светильников в экране делаются окна.

Пример 1 реализации системы электрического освещения. К промышленному источнику 1 электрической энергии с частотой 50 Гц (фиг. 1) подключен преобразователь 2 электрической энергии частоты 50 Гц в переменный ток повышенной частоты с диапазоном (10-200) кГц. Напряжение на выходе преобразователя регулируется в диапазоне (50-450) В. К выходу преобразователя 2 через электрический конденсатор 3 подключена обмотка возбуждения 4 четвертьволнового питающего трансформатора 5. Обмотка возбуждения 4 выполнена, медным проводом (d=2,5 мм), число витков 50. Обмотка 4 размещена у низкопотенциального вывода 7 четвертьволновой обмотки 6 питающего трансформатора 5. Обмотка 6 выполнена в виде последовательно соединенных между собой секций. Число секций 20. Ширина намотки секции 50 мм. Расстояние между секциями катушки 50 мм. Высота намотки секции 50 мм. Диаметр каркаса резонансной катушки 0,35 м. Высота каркаса катушки 2,1 м. Провод резонансной катушки многожильный с общим сечением по меди 0,25 мм². Электрическая изоляция провода обмотки резонансной катушки 6 двухслойная с электрической прочностью на постоянном токе 40,0 кВ. Внешний диаметр провода в изоляции d_из=4,0 мм. Число витков в секции - 100 витков. Рабочее положение четвертьволновой резонансной катушки - вертикальное.

Низкопотенциальный нижний вывод 7 обмотки 6 соединен с началом однопроводной низкопотенциальной линии передачи электрической энергии 9. Конец однопроводной низкопотенциальной линии передачи заземлен.

Однопроводная низкопотенциальная линия передачи электрической энергии 9 выполнена проводом диаметром d=0,8 мм.

В разрывы низкопотенциальной линии передачи электрической энергии включены, последовательно, на расстояниях 25 м друг от друга 25 штук светильников (светильник светодиодный рабочий ток 1,5 А, мощность 100 Вт). Суммарная мощность системы освещения 2,5 кВт.

Высоковольтный вывод 8 резонансной обмотки 6 подключен к электропроводящей сфере 20. Диаметр сферы 0,65 м. Резонансная частота системы освещения составила 17 кГц. Электрический потенциал высоковольтного вывода 8 резонансной обмотки питающего трансформатора 5, а так же электропроводящей сферы 20 питающего трансформатора 5-14,2 кВ.

Низкопотенциальная линия передачи электроэнергии располагалось около поверхности земли (5-10) см.

Пример 2 реализации системы электрического освещения. К источнику электрической энергии 1 промышленного формата (3 фазы × 380 В, 50 Гц) (Фиг. 4) подключен преобразователь электрической энергии 2 промышленного формата в формат однофазного переменного тока повышенной частоты с диапазоном (0,5-20,0) кГц.

Электрические параметры преобразователя 2, по Примеру 1. Преобразователь 2 через электрический конденсатор 3 с помощью обмотки возбуждения 4 на резонансной частоте 17,0 кГц, возбуждает резонансную обмотку 6 резонансного питающего трансформатора 5. Высоковольтный вывод 8 резонансной обмотки 6 подключен к электропроводящей сфере 20. Диаметр сферы 0,65 м. Резонансная частота системы освещения составила 17 кГц. Электрический потенциал высоковольтного вывода 8 резонансной обмотки питающего трансформатора 5, а так же электропроводящей сферы 20 питающего трансформатора 5-14,2 кВ.

Низкопотенциальный вывод 7 соединен с начало однопроводной низкопотенциальной линии передачи электрической энергии 9. Конец однопроводной линии 9 соединен с низкопотенциальным выводом 14 принимающего резонансного трансформатора 13. Высокопотенциальный вывод 11 соединен с электропроводящей сферой 20. В области пучности тока (у низкопотенциального вывода 14) поверх резонансной четвертьволновой обмотки 12 размещена низковольтная обмотка 15 съема энергии для питания электронных средств обратной информационной связи 17 между элементами системы освещения. Нагрузка 17 подключена к низковольтной обмотке 15 через электрический конденсатор 16 емкостью 50 нф (рабочее напряжение 4,0 кВ) и инвертор для преобразования электрической энергии в формате однофазного переменного тока с частотой 17 кГц в энергию с форматом однофазного тока с напряжением 220 В, либо форматом трехфазного тока с напряжением 380 В, частота 50 Гц. Общая мощность запитываемых устройств 1,2 кВт (электронные блоки, освещение). Суммарная мощность светильников - 2,5 кВт. Питающий 5 и отражающий 13 трансформаторы Тесла образуют полуволновую резонансную систему и окружены электропроводящими экранами, выполненными из металлической сетки. Размер ячейки сетки (25×25) мм. Высота экрана 3,0 м. Диаметр экранной сетки 2,0 м. Экранная сетка заземлена. Светильники 10 подключены к однопроводной линии одним из выводов. Другие выводы светильников заземлены. Параметры светильников по примеру 1, общая мощность светильников 2,5 кВт.

Преимущества предлагаемой системы освещения заключаются в следующем: исключено попадание высокого потенциала на светильники, так как светильники включаются в низкопотенциальную электрическую линию. Исключаются аварийные короткие замыкания на землю, так как потенциал передающей линии невысок, а входное сопротивление линии передачи в силу волнового механизма передачи электрической энергии велико. Замыкания линии передачи на землю не являются аварийными режимами и не приводят к необратимым последствиям. После устранения закоротки вся линия начинает работать без необходимости проведения каких либо поставарийных восстановительных работ.

Предлагаемая система освещения не требует применения дорогостоящих заземлителей, включаемых в низкопотенциальные выводы трансформаторов Тесла. Заземления экранов резонансных трансформаторов, а так же экранов на низковольтной линии передачи не являются «силовыми» заземлениями.

При работе с низкопотенциальной системой освещения обеспечивается возможность малозатратной, с повышенным эффектом маскировки, прокладка линии над или под поверхностью земли.

В районах с высокой электропроводностью грунта обеспечивается снижение опасности поражения обслуживающего персонала электрическим током.

Имеется возможность одновременно с питанием светильников передавать электрическую энергию для питания обслуживающего ее оборудования.

Предлагаемая система электрического освещения исключает опасность попадания высокого потенциала на однопроводную линию, поскольку линия питается от низкопотенциального вывода трансформатора Тесла. В соответствии с этим исключается возможность попадания высокого потенциала на светильники, что облегчает и удешевляет условия эксплуатации системы и исключает возможность аварийных коротких замыканий линии на землю. Исключение из состава системы силового заземлителя низкопотенциального вывода питающего трансформатора, емкостных балластов к осветителям и дорогостоящей высоковольтной изолирующей крепежной фурнитуры для монтажа однопроводной линии существенно снижает капитальные затраты при вводе в эксплуатацию предлагаемой системы электрического освещения.

Источники информации

1. Солнечный светильник. Технологии и оборудование возобновляемой энергетики. Каталог изделий разработанных и производимых в системе ВИЭСХ. - М.; ВИЭСХ, 2001.

2. Система электрического освещения. Варианты. Патент РФ № RU 2505744, кл. МПК F21S 9/00, опубл. 27.01.2014, Бюлл. №3.

3. Солнечный светильник. Варианты. Патент РФ на изобретение № RU 2241176, кл. МПК F21S 9/00, опубл. 27.11.2004 г. Бюлл. №33.

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в устройствах для освещения улиц, зданий и подземных сооружений. Задачей изобретения является исключение возможности попадания высокого электрического потенциала на светильники, исключение из состава компонентов системы освещения емкостных балластов в виде изолированных проводящих тел, а также заземлителя низковольтного вывода резонансного высокочастотного трансформатора, снижение опасности возникновения аварийных коротких замыканий на землю и снижение опасности травмирования электрическим током обслуживающего персонала и пользователей, снижение капитальных затрат при вводе в эксплуатацию и удешевление обслуживания систем освещения. Поставленная задача решается путем использования в качестве питающего систему освещения трансформатора Тесла с изолированным высокопотенциальным выводом. Низковольтный токовый вывод трансформатора Тесла соединен с началом однопроводной линии. Конец однопроводной электрической линии заземлен. Светильники включены в разрывы однопроводной линии, последовательно друг за другом. В другом варианте системы освещения конец однопроводной электрической линии оставлен не подключенным, светильники подключены к однопроводной электрической линии одним из концов параллельно друг другу. Выводы светильников заземлены непосредственно около светильников. В другом варианте системы освещения конец однопроводной электрической линии подключен к низкопотенциальному выводу отражающего трансформатора Тесла, а оба трансформатора совместно с однопроводной линией образуют полуволновую резонансную систему. При этом высоковольтные выводы обоих трансформаторов Тесла оставлены не подключенными, а светильники подключены к однопроводной линии в параллельном или последовательном варианте. Трансформаторы Тесла, а также однопроводная электрическая линия могут быть помещены в заземленные экраны. Приведены другие варианты соединения элементов системы и применения разнообразной оснастки. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система электрического освещения, содержащая источник электрической энергии, преобразователь частоты, питающий резонансный трансформатор с низковольтной и высоковольтной обмотками, однопроводную электрическую линию и электрические светильники, отличающаяся тем, что питающий резонансный трансформатор выполнен в виде четвертьволнового трансформатора Тесла, низковольтная обмотка трансформатора Тесла подключена к выходу преобразователя частоты несимметрично, низкопотенциальный вывод четвертьволновой высоковольтной обмотки соединен с началом однопроводной электрической линии, светильники последовательно, друг за другом, включены в разрывы однопроводной электрической линии, конец однопроводной электрической линии заземлен, высокопотенциальный вывод четвертьволновой высоковольтной обмотки трансформатора Тесла оставлен не подключенным, при этом высоковольтная обмотка трансформатора Тесла совместно с однопроводной электрической линией питания электрических светильников образует четвертьволновую резонансную систему, а выходная частота преобразователя частоты задается равной резонансной частоте четвертьволновой системы освещения.

2. Система электрического освещения по п. 1, отличающаяся тем, что электрические светильники подключены к однопроводной электрической линии одним из выводов, параллельно друг другу, другие выводы светильников индивидуально заземлены в непосредственной близости от места подключения светильника к линии, при этом конец однопроводной электрической линии оставлен не подключенным.

3. Система электрического освещения по пп. 1, 2, отличающаяся тем, что низковольтная обмотка питающего трансформатора Тесла соединена с выходом преобразователя частоты через электрическую емкость, образующую с низковольтной обмоткой последовательный резонансный контур, при этом резонансная частота последовательного контура равна выходной частоте преобразователя частоты.

4. Система электрического освещения, по пп. 1, 2, 3, отличающаяся тем, что она снабжена отражающим трансформатором, при этом питающий и отражающий трансформаторы выполнены в виде четвертьволновых трансформаторов Тесла, их высоковольтные обмотки идентичны между собой, однопроводная электрическая линия с электрическими светильниками включена между низкопотенциальными выводами питающего и отражающего четвертьволновых трансформаторов Тесла, высокопотенциальные выводы питающего и отражающего четвертьволновых трансформаторов Тесла оставлены неподключенными, при этом высоковольтная обмотка питающего трансформатора совместно с однопроводной электрической линией питания электрических светильников и высоковольтной обмоткой отражающего трансформатора образуют полуволновую резонансную систему, выходная частота преобразователя частоты задается равной частоте полуволновой системы, а низковольтная обмотка отражающего трансформатора оставлена неподключенной.

5. Система электрического освещения по п. 4, отличающаяся тем, что высоковольтная обмотка отражающего четвертьволнового трансформатора Тесла используется для питания потребителей электрической энергии путем непосредственного подключения их к низковольтной обмотке, подключения через электрический конденсатор или через частотный инвертор.

6. Система электрического освещения по пп. 1-5, отличающаяся тем, что высокопотенциальные выводы питающего и отражающего четвертьволновых трансформаторов Тесла соединены с помощью проводников с электропроводящими сферами или торами, поднятыми над землей, при этом длина соединительных проводников по крайней мере в 5 раз превосходит диаметры сфер или торов.

7. Система электрического освещения по пп. 1-6, отличающаяся тем, что питающий и отражающий трансформаторы Тесла окружены электропроводящими экранами, а экраны заземлены.

8. Система электрического освещения по пп. 1-7, отличающаяся тем, что низкопотенциальный вывод питающего трансформатора Тесла, однопроводная электрическая линия и низкопотенциальный вывод отражающего трансформатора Тесла помещены в электропроводящие экраны, при этом экраны электрически соединены между собой и заземлены, для подключения электрических светильников к энергонесущей жиле однопроводной электрической линии в экране линии созданы окна.