Каганов В.І.

Доктор технічних наук, професор, Московський державний Університет Телекомунікаційних систем, радіотехніки й електроніки (МІЕА).

ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ ЯК ЗАХИСТ ВІД ожеледь

анотація

Пропонуються для захисту від ожеледиці два способи перетворення електромагнітної енергії в тепло: за допомогою рухомого і стоячій хвилі. Наводяться результати лабораторного експерименту з перевірки методів

Ключові слова: електромагнітні хвилі, ожеледь, тепло, резонатор.

Ksganov WI

Professor, Doctor of Technical Sciences, Moscow State University of Information Technologies, Radio Engineering and Electronics (MIREA)

ELECTROMAGNETIC WAVES AS PROTECTION ICING

Abstract

Two ways to convert electromagnetic energy into heat are analyzed : with the help of traveling and standing waves. The results of laboratory experiment to test methods given .

Keywords: electromagnetic wave, icing, thermal heating, resonator.

Відкладення криги на проводах відбувається при різкому перепаді значення температури навколишнього повітря, коли волога замерзає на поверхні охолоджених предметів. При цьому товщина льоду на проводах ЛЕП може досягати 60 мм. В результаті відбувається обрив проводів, їх неприпустимо близьке зближення і розгойдування. Можна привести багато прикладів серйозних аварій через ожеледицю в електромережах Росії, Канади і Європи.

Однією з серйозних причин порушення нормального функціонування залізничного транспорту в усьому світі є обмерзання проводів контактної мережі. В результаті обмерзання створюються додаткові механічні навантаження на проводи і виникають дугові розряди з великими струмами, що зумовлюють обпалення проводів і пошкодження дорогих графітових струмоприймачів. Подібні явища виникають навіть при утворенні на проводах тонкого крижаного шару у вигляді інею.

У зв'язку з цим пропонується принципово новий способу захисту електричних мереж від ожеледі шляхом перетворення енергії СВЧ електромагнітних хвиль в тепло і нагрів проводів до температури + (15-20) 0 С, що має запобігати утворенню на них полою. Таким чином, пропонується не очищати від ожеледиці дроти, а захищати останні від освіти на них полою за допомогою як біжить, так і стоячій електромагнітної хвилі.

Спосіб біжить електромагнітної хвилі У цьому випадку до лінії електропередачі через високовольтні конденсатори підключається високочастотний генератор частотою 81,36 МГц, дозволеного для використання для промислових цілей. Для хвилі, що розповсюджується вздовж нескінченно довгої лінії на відстані x від її початку, рівняння балансу потужностей має вигляд:

(1)

де P Г - потужність хвилі, що підводиться до лінії від зовнішнього високочастотного генератора; PR - потужність хвилі, що перейшла в тепло в силу розподіленого активного опору довгої лінії; PS - потужність випромінювання лінії.

Через скін-ефекту, тобто витіснення струму до зовнішньої поверхні проводу, його активну (омічний) опір різко зростає [1 -2]. Для перетворення в тепло енергії випромінювання вздовж дроти розташовуються спеціальні резистори -випромінювач, гріють дроти. Експериментальна перевірка нагрівання двухпроводной довгої лінії з багатожильними алюмінієвими проводами за допомогою рухомого електромагнітної, проведена на території Подільського хіміко-металургійного заводу (ПХМЗ), підтвердила реальність даного методу.

Перетворення енергії стоячій електромагнітної хвилі в тепло.

В цьому випадку нагрівається тіло размешается всередині об'ємного резонатора, резонансна частота якого визначається цілим числом стоячих півхвиль, що укладаються уздовж його стінок [2]. Частота генератора повинна збігатися як з резонансною частотою резонатора, так і з частотою дипольного моменту молекул тел тіла, що нагрівається. Для швидкого введення і виведення останнього в простір опромінення (поз.1 на рис.1) пропонується використовувати новий тип об'ємного резонатора - напіввідкритий, з металевою сіткою, що з'єднує рефлектори по частині їх кола (поз.2 на рис.1).

рис.1

рис.2

Фотографія лабораторної установки по експериментальній перевірці даного методу нагріву проводу з крижаною кіркою приведена на рис.2. Установка включає магнетрон потужністю 800 Вт (поз.3 на рис.1) з блоком живлення від серійно випускається мікрохвильовій печі частотою 2450 МГц. Як резонатора напіввідчиненого типу використовувалися два металевих рефлектора діаметром 25см, з'єднані між собою металевою сіткою з малими осередками. Відстань між центрами рефлекторів одно 31 см. Вимірювання температури проводилося за допомогою інфрачервоного пірометра. Як індикатор ефективності нагріву за допомогою мікрохвильового випромінювання використовувався балон з водою масою 100г, поміщений у вільний простір між рефлекторами (рис.2).

Даний метод боротьби з ожеледицею пропонується використовувати для швидкого знищення крижаної плівки на контактному проводі залізничного транспорту [3]. Розташувавши перед пантографом групу таких мікрохвильових нагрівачів з магнетронами підвищеної потужності кожен локомотив буде, образно кажучи, розчищати перед собою дорогу, позбавляючись від криги на контактному проводі.

Відбивачі можна закріпити на додатковому пантографі, які мають замість графітового струмоприймача міцний керамічний стрижень, що ковзає по контактного проводу. Тим самим буде забезпечено постійне розташування контактного проводу по вертикалі в центрі електромагнітного поля резонатора. Реалізація описаного винаходу дозволить забезпечити нормальні умови експлуатації залізничного транспорту за найнесприятливіших погодних умовах.

Висновок. Проведене дослідження дозволяє зробити висновок про те, що за допомогою ВЧ і СВЧ електромагнітних хвиль можна захистити від ожеледиці як високовольтні повітряні лінії електропередачі, так і контактну мережу на залізничному транспорті. Обидва способи захисту проводів від ожеледі за допомогою рухомого і стоячій електромагнітної хвилі перевірені експериментально на лабораторних стендах.

Таким чином, за допомогою електромагнітних хвиль можна забезпечити нормальні умови експлуатації двох найважливіших промислових систем при самих несприятливих погодних умовах. Для впровадження в економіку нового методу боротьби з ожеледицею слід приступити до створення промислових установок.

література

1. Тамм І.Є. Основи теорії електрики. - М .: ГІТТЛ, 1956.
2. Джексон Дж. Класична електродинаміка. -.: М.: Мир, 1965.
3. Каганов В.І. // Інженерна фізика, 2014 р., №9, С.3-8.

References

1. Tamm IE Osnovy teorii jelektrichestva. - M .: GITTL, 1956.
2. Dzhekson Dzh. Klassicheskaja jelektrodinamika. -.: M.: Mir, 1965.
3. Kaganov VI // Inzhenernaja fizika, 2014g., №9, S.3-8.