Новое в электрике

Как следует из названия, новые технологии — это те, чьи разработки и практическое применение широко не реализованы. Они представляют собой прогрессивное развитие в различных областях, от робототехники и искусственного интеллекта до когнитивной науки и нанотехнологий.

В частности, отрасль электроники играет решающую роль в обработке сигналов, обработке информации и телекоммуникациях. Оно имеет дело с электрическими цепями, которые включают такие компоненты, как датчики, диоды, транзисторы и интегральные схемы. Проще говоря, охватывает сложные электронные инструменты и системы, такие как современные ноутбуки и смартфоны.

Первый тип транзистора был изобретен в 1947 году. С тех пор мы прошли большой путь. Один смартфон, который вы используете сегодня, содержит более одного миллиарда транзисторов.

Это только начало. Многие революционные устройства еще предстоит изобрести. Давайте выясним, что может принести нам будущее (в области электроники).

12. Цифровая технология запаха

Было проведено множество исследований в области обонятельной технологии, которая позволяет устройствам (или электронным носам) распознавать, передавать и принимать носители с поддержкой запаха, такие как аудио, видео и веб-страницы.

Первая система выделения запаха под названием Smell-O-Vision была изобретена в конце 1950-х годов. Она была способна испускать запахи во время проекции фильма, чтобы улучшить восприятие зрителей.

С тех пор многие исследовательские учреждения придумали подобные устройства. Одним из них был iSmell, разработанный в 1999 году. Он состоял из картриджа со 128 запахами, из которого можно производить различные смешанные запахи. Однако, из-за определенных ограничений, продукт никогда не был запущен в коммерческую эксплуатацию.

На выставке CEATEC 2016 компания представила носимое ароматическое устройство, которым можно управлять через смартфоны и ПК. Ему все еще предстоит преодолеть множество препятствий, включая время и распространение ароматов, а также риски для здоровья, связанные с синтетическими запахами.

11. Термальная медная стойка

Термо-медный столб — это микроэлектрическое термоэлектрическое устройство, используемое для упаковки электроники и оптоэлектроники, таких как лазерные диоды, полупроводниковые оптические усилители, ЦП и ГП.

Компания Nextreme Thermal Solutions разработала эту технологию, чтобы интегрировать функциональность активного управления температурой на уровне микросхемы. Этот метод в настоящее время используется техническими гигантами, включая Intel и Amkor, для подключения микропроцессоров и других современных чипов к различным поверхностям.

Когда ток проходит через монтажную плату, тепловая шишка вытягивает тепло и передает его другой. Этот процесс известен как эффект Пельтье, и именно так тепловой удар помогает уменьшить тепло от электронных схем.

Он действует как полупроводниковые тепловые насосы и добавляет функции управления температурой на поверхности чипа. Сегодняшние тепловые неровности имеют высоту около 20 мкм и ширину 238 мкм (диаметр). Технология следующего поколения позволит снизить высоту тепловых ударов до 10 мкм.

10. Дисульфид молибдена

Дисульфид молибдена является неорганическим соединением, которое широко используется в электронике в качестве сухой смазки из-за его низкого трения и прочности. Как и кремний, это диамагнитный полупроводник с непрямой запрещенной зоной с запрещенной зоной 1,23 эВ.

Дисульфид молибдена является обычной сухой смазкой с размерами частиц в диапазоне 1-100 микрометров. Он часто используется в производстве эффективных транзисторов, фотоприемников, двухтактных двигателей и универсальных шарниров.

В 2017 году двумерный дисульфид молибдена был использован для создания 1-битного микропроцессора, содержащего 115 транзисторов. Он также использовался для создания 3-терминальных мемтранзисторов. В ближайшие годы это соединение может стать основой всех видов электронных гаджетов.

9. Электронный Текстиль

Электронный текстиль (или умная одежда) — это ткани, в которые встроены цифровые компоненты и электроника, чтобы обеспечить дополнительную ценность для пользователя. Есть много других приложений, которые полагаются на интеграцию электроники в ткани, такие как технологии дизайна интерьера.

Этот тип технологии считается революционным, потому что он способен делать несколько вещей, которые обычные ткани не могут, в том числе проводить энергию, общаться, трансформироваться и расти.

Будущие приложения для умной одежды могут быть разработаны для мониторинга здоровья, слежения за солдатами и наблюдения за пилотом. Персональный и переносной физиологический мониторинг, связь, отопление и освещение могут извлечь выгоду из этой технологии.

8. Спинтроника

Спинтроника (или спиновая электроника) относится к собственному вращению электрона и связанному с ним магнитному моменту в физике твердого тела. Он сильно отличается от обычной электроники: наряду с состоянием заряда используются электронные спины для увеличения степени свободы.

Системы Spintronic могут использоваться для эффективного хранения и передачи данных. Эти устройства представляют особый интерес в области нейроморфных вычислений и квантовых вычислений.

Эта технология также используется в медицине (для выявления рака) и имеет большие перспективы для цифровой электроники.

7. Наноэлектромеханическая система

Наноэлектромеханическая система объединяет элементы электроники наноразмера с механическими машинами для формирования физических и химических датчиков. Они образуют следующий логический шаг миниатюризации из так называемых микроэлектромеханических систем.

Они обладают невероятными свойствами, которые прокладывают путь к различным применениям, от сверхвысокочастотных резонаторов до химических и биологических датчиков. Ниже приведены несколько важных атрибутов наноэлектромеханических систем —

• Основные частоты в микроволновом диапазоне
• Активная масса в диапазоне фемтограмм
• Массовая чувствительность до уровней аттограмм и субаттограмм
• Чувствительность к силе на уровне Аттоньютона
• Потребляемая мощность порядка 10 Вт.
• Чрезвычайно высокий уровень интеграции, достигающий одного триллиона элементов на квадратный сантиметр.

6. Молекулярная электроника

Как следует из названия, молекулярная электроника использует молекулы в качестве основного строительного блока для электронных схем. Это междисциплинарная область, которая охватывает материаловедение, химию и физику.

Эта технология позволит разработать гораздо меньшие электронные схемы (в наноразмерных масштабах), что в настоящее время возможно с использованием традиционных полупроводников, таких как кремний. В таких устройствах движение электрона определяется квантовой механикой.

Хотя целые схемы, состоящие исключительно из элементов молекулярного размера, очень далеки от реализации, растущая потребность в большей вычислительной мощности и ограниченность современных литографических методов делают переход неизбежным.

В настоящее время ученые работают над молекулами с интригующими характеристиками, чтобы добиться воспроизводимых и надежных контактов между молекулярными сегментами и объемным материалом электродов.

5. Электронный нос

Электронный нос идентифицирует определенные компоненты запаха и анализирует его химический состав. Он содержит механизм обнаружения химических веществ, в том числе массив электронных датчиков и инструментов искусственного интеллекта для распознавания образов.

Такие устройства существуют уже более двух десятилетий, но обычно они дороги и громоздки. Исследователи пытаются сделать эти устройства менее дорогими, меньшими и более чувствительными.

Электронные носовые инструменты используются исследовательскими учреждениями, производственными отделами и лабораториями контроля качества для различных целей, таких как обнаружение загрязнения, порчи и фальсификации. Они также используются в медицинской диагностике и обнаружении утечек газа и загрязняющих веществ для защиты окружающей среды.

4. 3D Биометрия

Использование биометрической информации увеличивается с каждым годом, особенно в областях, связанных с банковской деятельностью, криминалистикой и общественной безопасностью. Большая часть биометрического распознавания использует двумерные изображения.

Тем не менее, несколько продвинутых биометрических методов были разработаны в последние несколько лет. Это включает в себя 3D-отпечатки пальцев, 3D-отпечатки ладоней, 3D-ухо и 3D-методы распознавания лиц.

Будь то в целях взаимодействия человека с компьютером или повышения безопасности, будет широкое применение для надежной биометрии.

3. Электронная кожа и язык

Растяжимые, гибкие и самовосстанавливающиеся материалы, которые могут имитировать свойства кожи животного или человека, называются электронной кожей. Существует широкий спектр материалов, которые реагируют на изменения давления и тепла и способны измерять информацию посредством физического взаимодействия.

Эти материалы могут открыть новые двери для полезных приложений, таких как протезирование, мягкая робототехника, мониторинг здоровья и искусственный интеллект. В будущем конструкции новых электронных шкур будет включать в себя материалы с высокой механической прочностью, лучшей способностью восприятия, рециркулируемостью и самовосстановлением свойства.

Электронный язык, с другой стороны, измеряет и сравнивает вкусы. Он содержит несколько датчиков, каждый из которых имеет различный спектр реакции, способный обнаруживать органические и неорганические соединения.

Электронные языки применяются в различных областях, от пищевой промышленности и индустрии напитков до фармацевтической промышленности. Он также используется для сравнения целевых продуктов и мониторинга параметров окружающей среды.

2. Мемристор

Концепция мемристоров была введена американским инженером-электриком Леоном Чуа в 1971 году. Он предположил возможность дополнительного нелинейного элемента цепи, связывающего магнитный поток и заряд.

Каждая электронная схема состоит из пассивных компонентов, таких как катушки индуктивности, конденсаторы и резисторы. Существует четвертый компонент, называемый мемристором — это полупроводники, используемые для создания запоминающих устройств с низким энергопотреблением.

Мемристор регулирует ток, протекающий в цепи, запоминая количество заряда, ранее прошедшего через него. Мемристоры — это энергонезависимые компоненты, которые имеют очень высокую емкость и скорость хранения.

Патенты Memristors включают приложения в обработке сигналов, интерфейсах мозг-компьютер , реконфигурируемых вычислениях, программируемой логике и нейронных сетях. В будущем эти устройства могут быть применены для выполнения цифровой логики с применением на своем месте шлюза NAND.

1. Гибкий дисплей

Многие производители бытовой электроники проявляют интерес к гибким дисплеям: они работают над внедрением этой технологии в смартфонах и планшетах.

OLED на основе гибкой подложки (металлической, пластиковой или стеклянной) являются одним из наиболее перспективных электронных визуальных дисплеев, которые можно согнуть. Металлические и стеклянные панели, используемые в гибких ОСИД, очень тонкие, легкие, долговечные и практически небьющиеся.

На выставке CES 2018 компания LG представила первый прототип 65-дюймового OLED-дисплея с разрешением 4K, который можно катать. Телевизор раскручивается одним нажатием кнопки, а затем убирается из поля зрения, когда в этом нет необходимости.

В сентябре 2019 года компания Samsung выпустила новый складной смартфон, который можно использовать как для планшета, так и для смартфона.

Складные устройства текущего поколения имеют много недостатков и слишком дороги. Большинство из них являются доказательством концептуальных устройств для начинающих, а не устройств, подходящих для массового рынка. Тем не менее, очевидно, что гибкие дисплеи превращаются в нечто совершенно иное, что может привести к удивительным событиям во всей технологической отрасли.

Новейшие технологии электроснабжения и электромонтажных работ

В одной из статей мы рассмотрели технологии сооружения кровли, а сейчас, наш рассказ о новейших технологиях электроснабжения и электромонтажных работ.

В технологиях электроснабжения и электрики в домах и квартирах произошли революционные изменения. Ведь никто не хочет, чтобы вмиг отключился компьютер, телефон или пропало освещение, и еще хуже– подача воды и отопление. Поэтому услуги по рационализации, модернизации электроснабжения и всего электрохозяйства, включая разводку телефонных, компьютерных и ТВ-сетей, сейчас очень востребованы, интерес к цене и вызову электрика, выполнению электромонтажных работ, как здесь- elektrik-voronezh.ru/, например, просто зашкаливает.

Электроснабжение квартир, и особенно домов должно быть надежным. Поэтому в них применяются новейшие технологии электроснабжения, питания электропроводки и приемников электрической энергии от резервных источников.

Использовать газ лишь для обогрева или производства электроэнергии сейчас уже расточительно. Когенерационные установки с двигателями внутреннего сгорания или двигателями Стирлинга с 1 куб. м. газа, по современным технологиям электроснабжения, вырабатывают и тепло и электроэнергию, продавая их излишки другим потребителям. На подходе применение топливных элементов. Мини – ТЭЦ работают на газе, биомассе, концентрированной электрической энергии. Сообщается, что в США один 6-кВт блок по выработке электроэнергии (микро- ТЭЦ) обеспечивает 10 галлонов в минуту горячей воды от 140 до 150 ° F.

Технологии электроснабжения предусматривают фотоэлектрические (PV) системы, которые используют солнечные электрические панели для непосредственного преобразования энергии солнца в электричество. Поставка фотоэлектрических систем PV во всем мире увеличилось с 20 до 30 процентов в год. Большинство жилых фотоэлектрических систем используются в сочетании с внешним электроснабжением и расположены, чаще всего, на кровлях зданий. Их мощность лежит в пределах от 1200 до 5000 Вт, и они требуют от 150 до более, чем 1000 квадратных метров поверхности. Точно также, ветрогенераторы для типичного дома, который использует 9400 киловатт-часов (кВт-ч) в год, эти потребности обеспечивают установками мощностью от 5 до 15 кВт.

Технологии работ по электромонтажу и устройства электроники в доме, квартире обеспечивают домашнюю автоматизацию. Эти системы могут контролировать, кто подошел к входной двери, покупать электроэнергию от самого дешевого источника, или смогут включить кофейник через Интернет.

Новейшие технологии и системы домашней автоматизации могут управлять системами дома (например, датчиками, проводкой, приборами) из единого центра управления. Центр управления-это та точка, где все линии связи посредством электромонтажных работ укладываются и приходят к единому комплексу. В этом случае, конечно, количество проводов и кабелей, как минимум, удваивается. Однако уже придуманы, и внедрены системы контроля и управления узлами системы на основе беспроводных коммуникаций, которые, конечно, достаточно дорогие. Доступные технологии электромонтажа систем управления предлагают различные степени функциональности и взаимосвязи домашних устройств, таких как свет, техника, компьютерные сети, телевизоры, видеомагнитофоны и цифровые спутниковые каналы связи. Взаимосвязь систем позволяет осуществить различные системы контроля, в том числе локальных сетей на дому, видеонаблюдения или детских комнат, и программируемое управление устройствами, такими как освещение и работа и бытовой техники. Системы домашней автоматизации могут сохранять энергию, выключая приборы, когда они не нужны, программировать порядок их включения и отключения. Современные технологии электромонтажных работ вместо обычных проводов и кабелей используют неэкранированную витую пару для работы в сети телефонов и компьютеров, тем самым, исключая помехи и ускоряя работы. А вот экранированный коаксиальный кабель, как и раньше, используется для передачи цифрового спутникового или телевидения высокой четкости.

Для освещения помещений используются люминесцентные лампы, а последнее время все шире, светодиодные светильники.

Эффективность типичного светодиодного светильника для жилого помещения составляет около 20 люменов на ватт (LPW), хотя уже в лабораторных условиях достигнута невероятная эффективность до 100 LPW. Лампы накаливания имеют эффективность около 15 LPW, а компактные флуоресцентные лампы около 60 LPW, в зависимости от мощности и типа лампы. Светодиоды лучше всего применять при размещении света в одном направлении (например, для подсветки клавиатуры компьютера), чем лампы накаливания или люминесцентные лампы. Очень экономичные светодиодные ленты могут быть установлены у счетчиков, в коридорах и на лестничных клетках, а концентрированные светильники могут быть использованы для освещения помещения.

Светодиодные светильники чрезвычайно долговечны, экономичны, прочны и устойчивы к повреждениям, не мерцают и поэтому не заменимы для подсветки сада, дорожки, и у двери гаража. Встроенные фотодатчики включат свет, лишь при наступлении сумерек, и отключат его при появлении естественного освещения. Затемнение увеличивает срок службы ламп и экономию энергии, а срок службы ламп приэтом увеличился в четыре раза.

Современные технологии обеспечат приглушенный свет на основании сигналов датчиков, активизируют устройства по сигналам датчиков присутствия человека или его движения, распознавая даже голос.

Все элементы управления, как отмечалось выше, могут быть проводными или беспроводными. Большинство проводных систем управления выполняются на низковольтных кабелях. Все эти системы требуют программирования.

Один беспроводной контроллер, идеально подходит для модернизации сетей управления домом, и работает с передатчиком и приемником, которые размещены в той же комнате. Передатчик с помощью кнопочного выключателя, генерирует собственную электроэнергию при нажатии (и, следовательно, не требует отдельного источника питания, такого, как батарея).

Термостаты регулируют температуру во всех точках дома, где это требуется. Чтобы сократить объемы электромонтажных работ и количество кабелей, для этого используют беспроводные термостаты с передатчиками и приемниками сигналов и команд.

Вот такие сейчас новейшие технологии электроснабжения и электромонтажных работ, которые конечно требуют качественной подготовки электромонтеров, электромонтажников и электриков.

ДОПОЛНЕНО.

Свежие технологии электроснабжения

Приливная энергия не нова, однако ее рост и развитие обычно сдерживались высокими затратами и ограниченной доступностью. Это меняется. Недавно был запущен первый из 269 1,5 МВт (мегаватт) подводных турбин, часть первой в мире крупномасштабной фермы приливной энергии в Шотландии.

На планете есть существующие приливные электростанции, такие как приливная электростанция на озере Сихва в Южной Корее, мощность которой составляет 254 МВт, но массив MyGen в Шотландии сможет еще больше использовать потенциал этой технологии. Есть надежда, что, когда он будет полностью введен в эксплуатацию, он будет вырабатывать 398 МВт, или этого будет достаточно для питания 175 000 домов.

Ряд крупных городов начали собирать тепло, попавшее в их огромные системы метро. Миллионы пассажиров (не говоря уже о самих поездах), фактически запечатанных в изолированной среде метро, ​​могут привести к огромному перепаду температур.

Вырабатываемое тепло может быть преобразовано в электроэнергию и тепло для местных домов, квартир и предприятий. Пятьсот домов в лондонском районе Ислингтон, офисы, параллельные стокгольмскому метро, и парижский жилой квартал — все используют человеческое тепло, и в ближайшем будущем будет построено больше зданий с таким электроснабжением.

Можно использовать и дармовые спиртосодержащие продукты. В 2014 национальная таможенная служба Швеции конфисковала 185 000 галлонов незаконно ввезенного алкоголя. Вместо того, чтобы выливать все это на ветер, реализовали скандинавский план по превращению изъятого алкоголя в биогаз, достаточный для заправки более 1000 грузовиков и автобусов и даже одного поезда.

В свою очередь, японцы знают токийскую станцию ​​метро, питающую турникеты, и первый в мире устойчивый ночной клуб в Роттердаме (Нидерланды) с использованием пьезоэлектрического производства энергии, которое также перемещается в железнодорожный сектор.

Израильские железные дороги в сотрудничестве с Университетом Техниона и компанией по возобновляемым источникам энергии Innowatech установили 32 устройства захвата пьезоэлектрической энергии вдоль достаточно загруженного участка железной дороги, собирая около 120 кВт-ч, что достаточно для питания сигналов, освещения и отслеживания механизмов.

Ну,а здесь, полуфантастика. 300-метровый медный провод, прикрепленный к двухметровому приемнику шириной и 10-метровому парусу, может генерировать достаточное количество электроэнергии из дармового солнечного ветра для 1000 домашних хозяйств.

Спутник с 1000-метровым кабелем и парусом шириной 8 400 км может генерировать один миллиард миллиардов гигаватт энергии. Потенциал понятен, но как вывесить такой парус и передать энергию на Землю?

Новые разработки постоянно расширяют возможности и области применения МФЦ. Исследователи из Университета Бингемтон, штат Нью-Йорк, обнаружили, что сочетание фототропных (светопоглощающих) и гетеротрофных (материально-потребляющих) бактерий в микробных топливных реакциях генерирует токи, в 70 раз более мощные, чем в обычных установках.

А одним из наиболее перспективных разработок в космосе является солнечное вольтовое стекло, которое обладает свойствами листового оконного стекла, но также может генерировать солнечную энергию.

Вместо того, чтобы собирать фотоны, как это делает обычная солнечная энергия (и что прозрачные материалы по определению не могут делать), фотоэлектрическое стекло использует соли для поглощения энергии с невидимых длин волн и отклоняет их на обычные солнечные элементы, встроенные на краю каждой панели.

Устройства Betavoltaic используют частицы отходов, образующиеся из радиоактивных материалов низкого уровня, для захвата электронов и выработки электроэнергии.

Выходная мощность этих устройств может быть довольно низкой и снижаться в течение длительных периодов времени, но из-за постоянного выхода ядерного распада они могут быть чрезвычайно продолжительными. Например, одна бета-солнечная батарея может непрерывно обеспечивать один ватт мощности в течение 30 лет.

И хотя в настоящее время они не подходят для работы в больших масштабах, их долговечность (и очень компактный размер) делают их идеальными источниками питания для таких устройств, как датчики, установленные на оборудовании, которое должно работать в течение длительного времени.

А вот новая технология электроснабжения использует солнечную фотоэлектрическую краску, которая содержит крошечные светочувствительные частицы, покрытые проводящими материалами. При наложении на слой электродов у нас есть генератор небольшого количества электроэнергии.

Разработки в энергетике и источниках питания непрерывно заявляет о себе на рынке энергоснабжения регионов, домов и общественных объектов. В частности, в 2018 году, компания Dean Technology, Inc. объявила, что ей выданы три патента США на технологию, касающуюся высоковольтных источников питания. Патенты представляют собой первые результаты интенсивных исследований и разработок за последние несколько лет. Технологические достижения, воплощенные в этих изобретениях, будут включены в новое поколение готовых высоковольтных источников питания, которые компания выпустит в ближайшие месяцы.

Патент 10,108,210 заявляет о создании цифрового высоковольтного источника питания с использованием микропроцессора для управления и контроля всех необходимых функций высоковольтного ИП. Эта методология проектирования, по заявлению авторов разработки, обеспечивает уникальные возможности и большую гибкость, никогда ранее не встречавшуюся в этом типе продукта.

Патент 9,866,116 охватывает схемы с цифровой компенсацией наклона. В этой конструкции используется цифровой контроллер для обеспечения стабильной выходной мощности в случае регулируемого или непостоянного входного напряжения. При использовании в ИП это может повысить характеристики за счет уменьшения колебаний и нестабильности выходного сигнала, сохраняя при этом более высокий уровень эффективности, чем прежние устройства.

Окончательный патент 10 027 227 относится к источнику питания с цифровой компенсацией крутизны. Это защищает использование технологии, указанной в предыдущем патенте, в источнике питания.

«Технология, которую мы разрабатываем при производстве высоковольтных источников питания следующего поколения, просто невероятна», — говорит Крейг Дин, генеральный директор Dean Technology, Inc. «Мы в состоянии получить значительную гибкость и новые функции по сравнению с тем, что есть на рынке в настоящее время. Мы продолжим инвестировать и изобретать и стремимся показать нашим клиентам то, что мы сможем предложить им в ближайшем будущем «.

Компания Dean Technology разработала полную линейку стандартных высоковольтных источников питания с использованием этих уникальных и передовых концепций, которые планируется выпустить в начале 2019 года. Эти продукты являются первым выпуском в обширной дорожной карте, которую компания запланировала для своего высокого напряжения HVPSI линейка продуктов питания, включая стандартные и нестандартные продукты, которые будут охватывать все аспекты рынка.

Появление новых машин и механизмов, средств коммуникации, бытовых приборов повышенной мощности, использующих электрическую энергию, приводит к нарастающим перегрузкам электрической сети, которая уже не справляется с нагрузкой. Примеры тому – аварийные отключения электроэнергии в Санкт-Петербурге и Казани. Электросети, введённые в эксплуатацию в 70 х – 80 х годах прошлого столетия, не отвечают требованиям Правил эксплуатации электроустановок (ПУЭ). По данным Холдинга МРСК в таком состоянии находится 54% линий электропередач. Это – 700000 километров воздушных ЛЭП. Инновации, применяемые в электрических сетях, должны решить существующую проблему.

Особенности инноваций электросетей

Для эффективной работы электрических сетей необходимо, чтобы они были саморегулирующимися и самовосстанавливающимися.

При возникновении аварийных ситуаций и перегрузок автоматика сама осуществляет коммутацию электрических сетей таким образом, чтобы не нарушалось снабжение объектов электроэнергией и не возникало перегрузок. Такие инновации внедряются в Канаде, Китае, Японии, США, Индии. В России также ведутся работы по разработке подобных проектов.

Подобные инновации требуют больших финансовых затрат. Энергетические компании не очень охотно инвестируют средства в проекты, которые начнут окупаться лишь через длительный срок. Для решения данной проблемы необходимо издать законы, поощряющие инвестиции в перспективные проекты модернизации электроэнергетики. Нужна чёткая и слаженная работа всех компаний, ранее входивших в РАО ЕЭС.

Работы по созданию электрических интеллектуальных сетей (Smart Grid) в России начала компания ФСК ЕС, где по достоинству оценили перспективы инновационного нововведения. Деятельность компании предусматривает значительные вложения инвестиций в развитие отечественных Smart grid.

Направления инноваций в электросетях

Одним из направлений инноваций в электросетях является защита от перенапряжения. В электросетях жилых домов часто наблюдаются отклонения напряжения от нормального (220 В ± 10 %). Сетевой вольтметр может показать его изменения в пределах от 170 до 380 В. Такие перепады могут вывести из строя бытовую технику и представляют опасность для жизни людей.

Для предотвращения аварийных ситуаций применяются стабилизаторы напряжения, которые компенсируют его изменения и приводят к норме. Для защиты бытовых электроприборов используют реле напряжения. При выходе напряжения за предельные значения реле отключает электроприборы и подключает, когда оно приходит к норме.

Управление сетями предприятий, городов, областей и их защита представляет собой более сложную задачу, требующей внедрения инновационных решений с применением современных автоматизированных систем, вычислительной техники, сложного оборудования. Поэтому важным этапом является разработка методических указаний по эксплуатации инновационных энергосистем.

Одним из приоритетных направлений отрасли является снижение потерь в электросетях. Это позволит сократить число трансформаторных подстанций, сократить стоимость электрического оборудования и получить ощутимый экономический эффект.

Инновации, направленные на снижения потерь в сетях, предлагаются в статье Коблина Н. Н. «Инновационная распределительная сеть напряжением 0,95 кВ – альтернатива воздушных линий 0,4 кВ». Автор приводит доказательства того, что при увеличении напряжения в электросети от 380 до 950 В потери снижаются в 6,5 раз.

Преимущества такого новшества в следующем:

• Уменьшение вероятности незаконных подключений;
• Увеличивается количество подключаемых потребителей в 2,6 раз;
• Нет необходимости монтажа нового оборудования, так как для линий до 0,4 кВ и 0,95 кВ действуют единые стандарты ПУЭ до 1кВ.

Такие меры применимы на недалёкую перспективу. Будущее инновационных проектов – применение сверхпроводящих материалов. Работы по созданию сверхпроводящих линий ведутся уже давно в США, Китае, Корее, Германии. В 2008 году в США была введена в эксплуатацию опытная линия длиной 600 метров. Ток в ней достигает 2400 А, напряжение – 138 кВ. К 2020 году в России планируется подключение линии длиной 2,5 км напряжением 20 кВ и током 2500 А. Потери в сверхпроводящих электрических кабелях – минимальны.

10 мировых инноваций в электрических сетях 2018

1. Разработана и внедряется технология умных сетей (Smart Grid). Разработки в этой области ведут компании Microsoft, Hyundai, Siemens и другие.
2. В ПАО «ФСК ЕЭС» разработана технология производства высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) для кабельных электросетей. Явление сверхпроводимости наблюдается при очень низких температурах (− 269, − 268 ◦С) Для получения такой температуры необходимо сложное оборудование. Были разработаны сверхпроводники, работающие при температуре жидкого азота (− 165 ◦С), получившие название высокотемпературных сверхпроводников. Созданы и проходят испытания кабельные линии на ВТСП.
3. Разработка эталонного измерительного оборудования нового поколения для цифровых подстанций Merging Unit. Разработчики и производители оборудования – ООО «Марс-Энерго»
4. Газонаполненные линии. В газонаполненном кабеле между проводником и изоляцией находятся полости, заполненные азотом под давлением до 3 МПа. Такие линии могут проводить электрический ток до 500 кВ. Один из отечественных разработчиков данного направления – ЗАО «РОСПРОЕКТ».
5. Внедрение специалистами группы компаний ЗМ серии продуктов для качественного ремонта и соединения кабелей, среди которых изоляционные муфты горячей и холодной усадки, соединители Скотчлок с прокалывающими соединительными контактами.
6. Сетевое накопление энергии. При пониженном потреблении электроэнергии (ночью, в летний период), вырабатываемую электростанциями электроэнергию можно накапливать с помощью маховиков, ионисторов (конденсаторов большой ёмкости), аккумуляторных батарей.
   При перебоях с подачей электроэнергии производится переключение электросети на питание от накопительной станции. Эта инновация должна стать одной из составляющих Smart Grid. Пример такой разработки – аккумуляторная батарея Power Wall от компании Tesla.
7. Алюминиевый композитный провод производственного объединения ЗМ для высоковольтных ЛЭП. По нагрузочной способности превосходит обычные сталеалюминивые провода в 2 − 3раза. Одновременно улучшены прочностные и механические характеристики.
8. Цифровой трансформатор. Значения тока и напряжения на подстанциях и в электрических линиях измеряются аналоговыми трансформаторами и ёмкостными делителями. Такие измерения имеют значительные погрешности. Цифровой трансформатор с помощью инновационной системы датчиков и электроники передает достоверные показания тока и напряжения в цифровом виде.
9. Цифровая подстанция. Такая подстанция включает в себя комплекс цифровых измерительных средств, релейной защиты, микропроцессорных систем управления и ряд других инноваций. Нововведение позволит дистанционно наблюдать за параметрами электросетей и оборудования, а так же эксплуатировать подстанцию в автоматическом режиме. ПАО «ФСК ЕЭС» совместно с АО НТЦ «ФСК ЕЭС» ввели в эксплуатацию опытную ЦП на 110 кВ.
10. Сверхпроводящие накопители энергии. Простейший вариант накопителя – индукционный. Катушка из сверхпроводящего материала, не имеющего сопротивления, может сохранять энергию бесконечно долго, отдавая её по мере необходимости. Компания «Русский сверхпроводник» совместно с Росэнергоатомом ведут работы над созданием накопителя ёмкостью 24 Мдж.