Электромагнитные волны как защита от гололеда
Разработка для защиты от гололеда способов преобразования электромагнитной энергии в тепло. Способ бегущей электромагнитной волны. Преобразование энергии стоячей электромагнитной волны в тепло. Результаты лабораторного эксперимента по проверке методов.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 06.05.2018 |
| Размер файла | 113,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ КАК ЗАЩИТА ОТ ГОЛОЛЕДА
Каганов В.И.
Отложение наледи на проводах происходит при резком перепаде значения температуры окружающего воздуха, когда влага замерзает на поверхности охлажденных предметов. При этом толщина льда на проводах ЛЭП может достигать 60 мм. В результате происходит обрыв проводов, их недопустимо близкое сближение и раскачивание. Можно привести много примеров серьезных аварий из-за гололеда в электросетях России, Канады и Европы. Одной из серьезных причин нарушения нормального функционирования железнодорожного транспорта во всем мире является обледенение проводов контактной сети. В результате обледенения создаются дополнительные механические нагрузки на провода и возникают дуговые разряды с большими токами, обусловливающие обжигание проводов и повреждение дорогостоящих графитовых токоприемников. Подобные явления возникают даже при образовании на проводах тонкого ледяного слоя в виде инея. В этой связи предлагается принципиально новый способу защиты электрических сетей от гололеда путем преобразования энергии СВЧ электромагнитных волн в тепло и нагрев проводов до температуры + (15-20)0 С, что должно предотвращать образование на них наледи. Таким образом, предлагается не очищать от гололеда провода, а защищать последние от образования на них наледи с помощью как бегущей, так и стоячей электромагнитной волны.
Способ бегущей электромагнитной волны
В этом случае к линии электропередачи через высоковольтные конденсаторы подключается высокочастотный генератор частотой 81, 36 Мгц, разрешенной к применению для промышленных целей. Для волны, распространяющейся вдоль бесконечно длинной линии на расстоянии x от ее начала, уравнение баланса мощностей имеет вид:
(1)
где PГ - мощность волны, подводимой к линии от внешнего высокочастотного генератора; PR - мощность волны, перешедшей в тепло в силу распределенного активного сопротивления длинной линии; PS - мощность излучения линии.
По причине скин-эффекта, т.е. вытеснения тока к внешней поверхности провода, его активное (омическое) сопротивление резко возрастает [1 -2]. Для преобразования в тепло энергии излучения вдоль провода располагаются специальные резисторы -излучатели, греющие провода. Экспериментальная проверка нагрева двухпроводной длинной линии с многожильными алюминиевыми проводами с помощью бегущей электромагнитной, проведенная на территории Подольского химико-металлургического завода (ПХМЗ), подтвердила реальность данного метода.
Преобразование энергии стоячей электромагнитной волны в тепло
В этом случае нагреваемое тело размешается внутри объемного резонатора, резонансная частота которого определяется целым числом стоячих полуволн, укладываемых вдоль его стенок [2]. Частота генератора должна совпадать как с резонансной частотой резонатора, так и с частотой дипольного момента молекул тел нагреваемого тела. Для быстрого ввода и вывода последнего в пространство облучения (поз.1 на рис.1) предлагается использовать новый тип объемного резонатора - полуоткрытый, с металлической сеткой, соединяющий рефлекторы по части их окружности (поз.2 на рис.1).
Рис.1
Рис.2
Фотография лабораторной установки по экспериментальной проверке данного метода нагрева провода с ледяной коркой приведена на рис.2. Установка включает магнетрон мощностью 800 Вт (поз.3 на рис.1) с блоком питания от серийно выпускаемой микроволновой печи частотой 2450 МГц. В качестве резонатора полуоткрытого типа использовались два металлических рефлектора диаметром 25см, соединенные между собой металлической сеткой с малыми ячейками. Расстояние между центрами рефлекторов равно 31 см. Измерение температуры производилось с помощью инфракрасного пирометра. В качестве индикатора эффективности нагрева с помощью микроволнового излучения использовался баллон с водой массой 100г, помещенный в свободное пространство между рефлекторами (рис.2).
Данный метод борьбы с гололедом предлагается использовать для быстрого уничтожения ледяной пленки на контактном проводе железнодорожного транспорта [3]. Расположив перед пантографом группу таких микроволновых нагревателей с магнетронами повышенной мощности каждый локомотив будет, образно говоря, расчищать перед собой дорогу, избавляясь от наледи на контактном проводе.
Отражатели можно закрепить на дополнительном пантографе, имеющим вместо графитового токоприемника прочный керамический стержень, скользящий по контактному проводу. Тем самым будет обеспечено постоянное расположение контактного провода по вертикали в центре электромагнитного поля резонатора. Реализация описанного изобретения позволит обеспечить нормальные условия эксплуатации железнодорожного транспорта при самых неблагоприятных погодных условиях.
Заключение
Проведенное исследования позволяет сделать вывод о том, что с помощью ВЧ и СВЧ электромагнитных волн можно защитить от гололеда как высоковольтные воздушные линии электропередачи, так и контактную сеть на железнодорожном транспорте. Оба способа защиты проводов от гололеда с помощью бегущей и стоячей электромагнитной волны проверены экспериментально на лабораторных стендах.
Таким образом, с помощью электромагнитных волн можно обеспечить нормальные условия эксплуатации двух важнейших промышленных систем при самых неблагоприятных погодных условиях. Для внедрения в экономику нового метода борьбы с гололедом следует приступить к созданию промышленных установок.
гололед электромагнитный энергия тепло
Литература
1. Тамм И.Е. Основы теории электричества. - М.: ГИТТЛ, 1956.
2. Джексон Дж. Классическая электродинамика. -.:М.:Мир, 1965.
3. Каганов В.И. //Инженерная физика, 2014г., №9, С.3-8.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Излучение электрического диполя. Скорость для электромагнитной волны в вакууме. Структура электромагнитной волны, распространяющейся в однородной нейтральной непроводящей среде при отсутствии токов и свободных зарядов. Объемная плотность энергии.
презентация [143,8 K], добавлен 18.04.2013Расчет лампы бегущей волны О-типа. График дисперсионной характеристики. Определение коэффициента замедления и скорости электромагнитной волны. Выбор диодов СВЧ для конкретного применения. Определение энергетической накачки и частоты квантового перехода.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 13.04.2012Понятие и общие характеристики плоской волны, их разновидности, отличительные признаки и свойства. Сущность гармонической волны. Уравнения однородной линейно поляризованной плоской монохроматической электромагнитной волны. Определение фазовой скорости.
презентация [276,6 K], добавлен 13.08.2013Линейная, круговая и эллиптическая поляризация плоских электромагнитных волн. Отражение и преломление волны на плоской поверхности. Нормальное падение плоской волны на границу раздела диэлектрик-проводник. Глубина проникновения электромагнитной волны.
презентация [1,1 M], добавлен 29.10.2013Многообразие решений уравнений Максвелла. Причинность и физические взаимодействия. Вариационные основы квазистатических явлений. Тензор энергии-импульса электромагнитной волны. Эфирные теории и баллистическая гипотеза Ритца. Волны и функции Бесселя.
книга [1,6 M], добавлен 27.08.2009Дифференциальные уравнения Максвелла для однородной нейтральной непроводящей среды. Описание волновых процессов волновым уравнением. Структура, энергия, мгновенная картина электромагнитной волны, её интенсивность и импульс. Понятие электрического диполя.
презентация [143,8 K], добавлен 24.09.2013Напряженность электростатического поля, его потенциал. Постоянный электрический ток. Магнитное поле тока. Явление электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Гармонические колебания, электромагнитные волны. Элементы геометрической оптики.
презентация [12,0 M], добавлен 28.06.2015Характеристика длинных линий, соизмеримых с длиной электромагнитной волны; распределение их индуктивности, емкости, активного сопротивления. Установившийся гармонический режим однородной линии. Бегущие волны; свойства падающей и отраженной волн тока.
презентация [234,0 K], добавлен 28.10.2013Общие понятия, история открытия электромагнитной индукции. Коэффициент пропорциональности в законе электромагнитной индукции. Изменение магнитного потока на примере прибора Ленца. Индуктивность соленоида, расчет плотности энергии магнитного поля.
лекция [322,3 K], добавлен 10.10.2011Монохроматическая электромагнитная волна, напряженность электрического поля которой меняется по физическому закону. Рассеяние линейно поляризованной волны гармоническим осциллятором. Уравнение движения заряженной частицы в поле электромагнитной волны.
контрольная работа [111,7 K], добавлен 14.09.2015Поляризация при отражении и преломлении. Интерференция поляризованного света. Эллиптическая и круговая поляризация электромагнитной волны. Прохождение линейно поляризованного света лазера через вращающийся поляроид. Явление искусственной анизотропии.
презентация [4,0 M], добавлен 07.03.2016Определение параметров плоской электромагнитной волны: диэлектрической проницаемости, длины, фазовой скорости и сопротивления. Определение комплексных и мгновенных значений векторов. Построение графиков зависимостей мгновенных значений и АЧХ волны.
контрольная работа [103,0 K], добавлен 07.02.2011Исследование основных свойств монохроматического электромагнитного поля. Поиск комплексных амплитуд при помощи уравнения Максвелла. Графики зависимостей мгновенных значений составляющих полей от координаты. Скорость распространения энергии волны.
курсовая работа [920,3 K], добавлен 01.02.2013Световые волны и их характеристики. Связь амплитуды световой волны с ее интенсивностью. Средняя плотность энергии в изучении лазера. Взаимодействие света с атомом. Дипольное приближение. Релятивистские эффекты в атоме. Комплексная напряженность поля.
реферат [144,7 K], добавлен 18.12.2013История открытия электричества. Заряды как основа электрического поля, создание магнитного поля через их движение по проводнику. Характеристика величины электрического поля. Длина электромагнитной волны. Международная классификация электромагнитных волн.
реферат [173,9 K], добавлен 30.08.2012Плавка гололеда постоянным током как наиболее эффективный способ предотвращения повреждений воздушных линий (ВЛ) электропередачи 330-500 кВ при чрезвычайных гололедно-ветровых ситуациях. Выпрямительные установки для плавки гололеда: схема, преимущества.
статья [193,3 K], добавлен 27.04.2013Интерференция и дифракция волн на поверхности жидкости. Интерференция двух линейных волн, круговой волны в жидкости с её отражением от стенки. Отражение ударных волн. Электромагнитные и акустические волны. Дифракция круговой волны на узкой щели.
реферат [305,0 K], добавлен 17.02.2009Направляющая система, образованная двумя параллельными проводящими плоскостями. Зависимость составляющей от координаты в пространстве между проводящими плоскостями. Нахождение критической длины волны. Фазовая скорость поперечно-электрической волны.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.12.2010Разработка К.Э. Циолковским способа практического подхода к использованию электромагнитной энергии Солнца. Использование ветра, волн и приливов для получения энергии. Нанотехнологические солнечные элементы. Перспективы микробиологической энергетики.
реферат [15,5 K], добавлен 27.08.2009Лампы бегущей волны, основные принципы их работы. Параметры и особенности конструкции ЛБВ. Системы формирования магнитного поля в ЛБВ. Методы магнитной фокусировки электронного луча. Модуляция с помощью электрода "штырь-кольцо". Методы повышения КПД ЛБВ.
лекция [297,8 K], добавлен 16.12.2010
