Aprovechar la energía de las líneas de transmisión de CA de alto voltaje

Los detalles son confusos cuando recuerdo esto de mis días de nipper. Hace muchos, muchos años.

Las personas fueron acusadas de robar electricidad colocando una bobina grande, de alguna manera, cerca de las líneas de transmisión de CA de alto voltaje. ”

¿Es esto factible o fue quizás un artículo del día de los inocentes que me tragué la línea del anzuelo y la plomada en mi ingenuidad juvenil?

Hay una razón moderna para esta pregunta.

Debido al robo real del mástil de la torre de transmisión y el cable en todo el país. Estamos viendo colocar módulos con giroscopio y módulo Wifi para formar una malla que informe si una torre está siendo “atacada”. Por supuesto, todavía tendré que probar si el giroscopio electrónico es lo suficientemente sensible para esto. Pero uno de los problemas va a ser, ¿cómo alimentar la unidad? La energía solar requerirá un panel solar y una batería adicionales. Si pudiera aprovechar la energía radiada de la línea de transmisión real, genial. Muchos SOC modernos no requieren mucha energía y pueden dormir la mayor parte del tiempo.

Para aclarar nuestras necesidades. Estamos considerando construir un dispositivo para detectar si los ladrones de chatarra están extrayendo partes de la torre de metal. Si se retiran demasiadas piezas de la torre. Se doblará y conectará a tierra la línea. Esto todavía está en la etapa de factibilidad.

Ejemplo

Entonces, está creando un dispositivo para detectar si alguien está extrayendo energía de las líneas de transmisión de CA, y se pregunta si puede extraer energía de las líneas de transmisión de CA para alimentarlo. Si no estaba seguro de que este ataque fuera factible, ¿por qué está construyendo un dispositivo para detectarlo?
No. Estamos construyendo un dispositivo para detectar si los ladrones de chatarra están extrayendo partes de la torre de metal. Si se retiran demasiadas piezas de la torre. Se doblará y conectará a tierra la línea. Esto todavía está en la etapa de planificación.
@kingchris: sería bueno agregar ese detalle a la pregunta.
Tomé la sugerencia de @whatsisname y edité la pregunta
¿Sería factible tender cables de fibra óptica a lo largo de los largueros y detectar cuándo se rompen?
@AndrewMorton: Sí. Pero llevaría demasiado tiempo cablear, digamos, 400 km de una línea existente con fibra. Google una foto de pilón. Normalmente se quitan los largueros/vigas de las cuatro patas. La compañía de energía preferiría una sola unidad autónoma que debe conectarse en un lugar seguro a cada torre. Como dije en otra parte, es posible que solo "armen" pilones cerca de los humanos. Entonces, su idea podría funcionar si la cantidad de pilones es baja.
ieeexplore.ieee.org/xpl/… <-- esto puede resultar útil más adelante. Si monta giroscopios en la torre, tendrá que lidiar con alguna forma radiada de estas vibraciones.
¿Alguna razón por la que quieras usar un giroscopio en lugar de un acelerómetro? Pensaría que un ladrón estaría haciendo más vibraciones en lugar de torcer la estructura.
@kingchris Espero que haya patentado aspectos clave de sus ideas. El sistema de patentes de Nueva Zelanda, realmente muy deprimido, puede ser su amigo; otros pueden o no funcionar así. Por 50 dólares neozelandeses, puede presentar una patente provisional con una vigencia de 12 meses. Simplemente puede crear un archivo con todo su material original (y cualquier otro material) y enviarlo. Dentro de un año puede escribir una patente 'real': cualquier concepto de idea que se pueda demostrar que se basa completamente en la fecha de prioridad provisional. No estoy ni remotamente cerca de ser un abogado de patentes; si esto suena útil, pregúntele a uno real.
@horta: Eventualmente se reducirá al costo, la sensibilidad y el rango de valores. Experimentaremos. El mayor problema es mapear el rango normal de movimiento de la torre para que el módulo sepa cuándo "Llamar a casa" para advertir que podría estar en deconstrucción (:-)
@RussellMcMahon: Abogados y patentes. Difícil. Cuesta un brazo, una pierna y un riñón. Si alguien viola tu patente, tienes que entregar el otro riñón para llevarlo a juicio. Estoy seguro de que probablemente haya unidades de monitoreo sísmico existentes con Wifi que se puedan reconfigurar, recodificar. Las ideas son una docena por centavo. Llevarlos al mercado trabajando. Ese es el esfuerzo del 99.999999999%. Entonces los trolls de patentes salen del trabajo de madera de todos modos. Pero es bueno saber que Down Under tiene un sistema de patentes útil.
@kingchris Solo por interés: ¿algún progreso en esto?
Se desarrolló un producto comercial llamado CapTap que se conectaba a la línea y usaba un divisor de potencial capacitivo para alcanzar voltajes mucho más bajos, no recuerdo para qué voltaje estaba clasificado, pero podría proporcionar bastante corriente, tal vez haya ideas. para tener allí. No encontré mención en la red, quizás hace 20 años.
@RussellMcMahon Sin movimiento como dicen. Se aceptó la idea de tener dispositivos IoT autoalimentados conectados a una torre, pero la logística de los humanos para colocar estos dispositivos fue el factor decisivo. Así que de vuelta a la mesa de dibujo. Ahora necesitamos construir un dispositivo como una araña que suba al pilón y se coloque a sí mismo. ¡Y hablan sobre la fluencia de funciones!
¿Qué tal soldar cosas juntas? Entonces la gente no podría desatornillar las piezas, tendrían que cortarlas.
@nocomprende, sería una buena idea, pero el problema son las torres existentes que se atornillaron.
Entonces, ¿ir con una plataforma de soldadura portátil y colocar algunas líneas de soldadura? Probablemente una solución de menor tecnología que instalar un sistema de monitoreo complejo, que aún requeriría perseguir a los perpetradores. Por lo general, es mejor hacer las cosas imposibles que inventar un palo más grande para golpear a la gente. Lamento torpedear su concepto, pero creo que esta es una mejor idea.
@kingchris Otros 7 años después :-) - sucedió algo. Una característica araña rastrera sonaba divertida.
@RussellMcMahon. Era un problema tipo think tank para el que nunca se materializó la financiación. Entonces no sucedió una etapa POC. Disfruto de las ideas un poco locas y busco soluciones, pero uno realmente necesita esa subvención gorda o multimillonario que le escribirá el mítico cheque en blanco.

Respuestas (5)

“Se acusó a las personas de robar electricidad al colocar una gran bobina, de alguna manera, cerca de las líneas de transmisión de CA de alto voltaje”.

¿Es esto factible o fue quizás un artículo del día de los inocentes que me tragué la línea del anzuelo y la plomada en mi ingenuidad juvenil?

Completamente factible.
Los agricultores fueron acusados ​​ocasionalmente de robo de energía en este país (Nueva Zelanda) en el pasado. No he oído hablar de un caso en una década o pocas, tal vez se están volviendo más inteligentes en eso :-).

Este es el mismo principio que se usa para "IPT" / "Transferencia de energía inductiva" como se ve en cargadores de teléfonos, alimentación de monorriel industrial, carga de vehículos eléctricos y mucho más.

Empecé a decir que si la bobina captadora era simétrica con respecto a dos fases que estaban perfectamente equilibradas, obtendría cero captación, y de repente me di cuenta de que siempre he hecho IPT esencialmente con una sola fase, y que con 3 sistema de fase con separación de fase de 120 grados, debe obtener la ventaja de la corriente de carga completa incluso si las dos fases estuvieran completamente equilibradas.

Básicamente, obtiene campos producidos por la corriente, no por el voltaje, y el voltaje es esencialmente irrelevante siempre que observe las convenciones normales que se aplican a cualquier otro que trate con xxx kV.

Recolección de energía a partir de la energía electromagnética que irradian las líneas eléctricas de CA : se puede obtener MUCHA más energía de la que se logra.

Ejemplo resuelto: sospecho que algunas de las conclusiones son sospechosas Una solución para el RWP para el examen 1: robo de poder

Bajo contenido técnico - alta relevancia

Cosechadoras electromagnéticas directamente relevantes pero de bajo valor técnico : ¡almuerzo gratis o robo!

Varias preguntas de intercambio de pilas relacionadas con contenido de utilidad variable.

Transferencia de vehículos en línea : no tengo acceso a este documento, pero probablemente sea al menos relevante, ya que tendrá ejemplos de conductores lineales duales y una bobina captadora.

Los cazadores de mitos se equivocan

Relacionado:

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Maximizando la transferencia

Capacitivo - pero impresionante:

ingrese la descripción de la imagen aquí

¿No tiene suficiente trabajo que hacer, realmente, realmente abajo, (Nueva Zelanda) cerca del polo sur? Esta es una excelente respuesta. Debe haberte tomado algo de tiempo y esfuerzo. Muchas gracias. No estoy con la compañía eléctrica, pero espero venderles miles de millones de unidades. El problema es que solo pueden comprar pilones cerca de hábitats humanos, ya que es donde pueden residir los ladrones. De nuevo excelente respuesta
Si espera vender un producto a las compañías eléctricas, tiene MUCHA I+D por hacer. Pregunta inicial: ¿Qué sucede durante una tormenta eléctrica?

En mi último año (1965) de mis estudios para obtener mi título de ingeniero eléctrico, emprendí un proyecto en nombre del entonces Departamento de Electricidad de Nueva Zelanda para investigar la viabilidad de extraer energía de una línea de transmisión trifásica de 220 KV para alimentar una radio. repetidor ubicado en los Alpes del Sur de la Isla Sur de Nueva Zelanda.

El análisis teórico fue realizado por el Sr. Jack Woodward, entonces Profesor de Ingeniería Eléctrica y Jefe interino del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Canterbury, Christchurch. La configuración consistía en un conductor ubicado a unos 10 pies por debajo del conductor de alta tensión exterior y a 10 pies de distancia del plano vertical que contenía ese conductor de alta tensión exterior.

Los cálculos manuales para una sola ubicación posible del conductor captador tomaron aproximadamente cuatro horas, en consecuencia, se escribieron varios programas en Fortran IV para que la computadora IBM 1620 de la universidad realizara los cálculos en cada punto de una cuadrícula en el plano perpendicular al conductores de alta tensión.

Los resultados principales fueron que la extracción de energía suficiente para hacer funcionar un repetidor de radio era factible, sin embargo, el cable de captación debía estar lo más cerca posible del conductor de alta tensión como lo permitieran las normas y la seguridad (había que tener en cuenta la flacidez adicional debido al peso de la nieve). en los conductores). En este punto, el potencial eléctrico era alto (alrededor de 20 kV), por lo que se utilizó un transformador de potencial de instrumento para entregar alrededor de 230 voltios a la carga. Se necesitaba algo de ajuste inductivo de la reactancia capacitiva para mejorar la regulación de voltaje. Después de esta investigación basada en computadora, los ingenieros y técnicos de NZED llevaron a cabo pruebas de campo que confirmaron las conclusiones extraídas del estudio.

Una nota al margen interesante es que los cálculos involucraron invertir una matriz de 4 x 4. El 1620, según recuerdo, tardó unos 20 segundos en realizar esta tarea. Mi computadora de escritorio actual invertirá matrices de orden superior en una fracción de segundo.

Los programas de computadora que escribí en 1965 ya no existen, pero actualmente estoy tratando de recrearlos para comparar los tiempos de ejecución.

Bueno, manténganos informados sobre los cálculos y tal vez muestre la teoría detrás de las matemáticas. Gracias
Para la teoría, lo remito a material como services.eng.uts.edu.au/pmcl/pct/Downloads/Lecture05.pdf .

Sí, es factible (aunque completamente ilegal, a menos que trabaje para la compañía eléctrica...). Es solo un transformador con núcleo de aire. Coloque una bobina en el campo magnético radiado por la línea de transmisión y listo.

Dicho esto, haría algunas sumas y experimentaría antes de conectar cualquier dispositivo electrónico a la salida; no desea alimentar 10kV en su sistema integrado de 3V...

Estás en lo correcto. Convertir 10k AC en +/- 3.3v DC será un problema interesante.
Debería ser lo suficientemente manejable. Comience por averiguar a qué distancia colocará su bobina (¡la seguridad es lo primero!). Luego calcule (y verifique por medición) cuánto voltaje obtiene por vuelta de bobina de un diámetro dado a esa distancia. Mientras apunte a menos de 32 Vac (12 Vac más o menos sería lo ideal), debería estar bien. Es posible que también desee conversar con los ingenieros de transmisión, probablemente puedan ayudarlo con los cálculos y deberían poder decirle cuánta fuga activará sus alarmas de robo de energía (los robos son detectables y localizables debido al cambio en la impedancia de línea) .

Recolección electrostática de energía de líneas eléctricas de alto voltaje. Nota del autor: ¡Por favor, no intente este experimento sin un conocimiento profundo de la electricidad! Por favor, comprenda que es ilegal tomar energía de las líneas eléctricas. Esto es solo un experimento.

Si coloca un solo cable a lo largo de una línea de alimentación de alto voltaje (= o> 340 KVAC), obtendrá una buena cantidad de voltaje a niveles de micro amperios. ADVERTENCIA: ¡MANTENGA AL MENOS 30 PIES DE LA LÍNEA DE ALTO VOLTAJE! ¡¡NO HAGAS ESTE EXPERIMENTO EN DÍAS DE VIENTO!! Cuanto más largo sea el cable paralelo, mayor será el voltaje y el amperaje que puede recolectar. Tienda su (cable de antena) paralelo a la línea eléctrica en los árboles adyacentes a una fase exterior de la línea eléctrica. Cuanto más alto sea el cable (antena), mejor. Use alambre pelado de calibre pequeño colgado de la línea de pesca para aislamiento y apoyo. Tienda al menos 200 pies de cable de antena desnudo. 400 pies equivalen al doble de la energía recolectada. Use una caña de pescar y un peso para colocar los cables en las ramas más cercanas de los árboles al lado de la línea HV.

¡ADVERTENCIA, NO TOQUE EL CABLE DE LA ANTENA! ¡TE SORPRENDERÁS! Recomiendo dos pares de guantes de goma y buenas botas para esto. Conecte a tierra el cable de la antena mientras trabaja hasta que los transformadores estén instalados y esté listo para recibir energía. Proporcione una o varias varillas de tierra recubiertas de cobre de 5 pies en su punto de terminación para el retorno a tierra de alto voltaje del transformador. Más motivos son mejores. La tierra completa el circuito de la antena de alto voltaje.

El truco consiste en presentar una carga mínima al cable de la antena y reducir el voltaje inducido electrostáticamente. Necesitamos un transformador de muy alto voltaje para hacer esto. Un transformador de placa de radioaficionado de 10.000 voltios funciona bien. Los transformadores de letreros de neón funcionan bien. Se pueden utilizar varios transformadores de quemador de aceite usado con el secundario en serie. Son de 10 KV cada uno por lo que puedes hacer un secundario de 50 KV con cinco de ellos. ¡Mucho mejor! Recuerde, cuanto mayor sea la relación del transformador desde el lado alto al lado bajo del transformador, mejor coincidencia tendrá con la fuente (la antena de la línea de alimentación). Luego conectamos el devanado secundario del transformador de alto voltaje (HV) a la antena y la tierra. Los transformadores separados DEBEN tener los cables de 120 voltios en paralelo y EN FASE. Ha creado un transformador reductor de acoplamiento capacitivo. Coloque un 4 vatios, Luz de 120 voltios a través de las terminales de 120 voltios del transformador. Si la luz salta y mide un voltaje más alto, puede agregar otro transformador individual para obtener el voltaje que desea del (de los) transformador(es) HV. Debe medir el voltaje de CA del primario del transformador HV y encontrar un transformador de 120 voltios para ese voltaje. Ejemplo: una salida de 600 voltios requiere un secundario de 600 voltios y un primario de 120 voltios. Coloque este transformador reductor después del transformador HV. También puede conectar a tierra el otro extremo del cable de la antena para crear un acoplamiento electromagnético con la línea de alimentación. No se requieren otros cambios de circuito para esto. Lleve algunas lámparas de vataje/voltaje diferentes, un cargador de batería de automóvil y una batería pequeña y algunos motores de CA pequeños para ver la energía que ha acumulado. ¡Divertirse! Autor: No estoy diciendo a propósito que alguna vez hice esto.

Podría ser divertido probar esto. También podría leer en los documentos de Tesla donde aparentemente se enumeran todo tipo de otras formas interesantes de recolección de energía.

Aquí hay otra idea: puede hacer que su dispositivo sea un dispositivo de tanque vivo que se sujete a la línea por sí mismo y opere con un transformador de corriente. Todo su dispositivo operaría al potencial de línea. No necesitaría incluir aisladores para el montaje (que son costosos y no triviales de diseñar/producir). Desde allí, podría hacer algún tipo de detección de movimiento o video mirando hacia el suelo alrededor de la base de la torre.

Le gustaría filtrar las vibraciones de nuestra línea para evitar que se produzcan un montón de falsas alarmas. Hay algunos artículos de IEEE sobre los tipos de frecuencias en las que vibran las líneas eléctricas debido a las cargas de viento.

Desde allí, puede transmitir los datos a través de radio, fibra o módem PLC.

Hacerlo de esta manera le permite diseñar un sistema codicioso que nunca necesita operar en modo de suspensión o bajo consumo de energía. No necesita una batería (si asumimos que estas líneas de transmisión siempre transportan unos pocos amperios de corriente), y no tiene que preocuparse por ningún esquema de carga de condensadores. Solo necesita una bobina, un rectificador y un convertidor CC/CC; entonces está en el negocio.

Este tipo de diseño también es inherentemente inmune a los rayos porque no hay un camino a tierra. Solo necesita diseñar para proteger su sistema para desviar los picos de corriente que podrían observarse debido a la conmutación, las fallas y los rayos (si la corriente pasa a través del primario de su CT en ruta hacia un pararrayos).

La desventaja: el mantenimiento y la instalación son más difíciles. Un liniero tendrá que unirse a la línea para instalarla. De lo contrario, debe poder instalarse con pértiga.

Independientemente de cómo diseñe su sistema: busque en los protocolos SCADA las utilidades que comercializa para ya usar. Si puede usar una biblioteca IEC61850 o DNP3 y la empresa de servicios públicos puede integrar directamente su herramienta con su sistema SCADA, será más comercializable. Es probable que sus clientes sean más receptivos a algo que se vincule con el sistema que su centro de despacho ya usa, en lugar de una nueva pieza de software que tienen que ejecutar en alguna máquina en su oficina central.

No estoy seguro de esto. Queremos el movimiento del giroscopio Wifi por encima de un umbral específico a la siguiente unidad y luego a la siguiente, eventualmente, a un nodo de servidor. Tener la unidad en el cable significa que el campo alterno de 10k a 30k puede estropear la señal wifi. Todavía no estamos seguros de si un módulo Wifi estándar funcionará lo suficientemente cerca de una línea eléctrica como para que podamos aprovechar su señal alterna para obtener energía. Muchas pruebas por hacer. La idea SCADA es excelente. Gracias.
Wifi funciona bien en disyuntores de clase de distribución aérea de 30 kV alimentados con el mismo método. No estoy seguro si el juego cambia de alguna manera a unos pocos cientos de kV. El mayor problema que creo que enfrentaría es el alcance cuando usa wifi a cien pies de altura si está tratando de hablar con él desde el suelo. Siempre habrá una cierta cantidad de vibración alrededor de la torre de transmisión debido al viento; independientemente de si realiza algún procesamiento de imagen para detectar ciertos tipos de poción, usa giroscopios, acelerómetros o lo que sea, deberá filtrar / descartar el viento inducido vibraciones
Caso y punto: hubbellpowersystems.com/catalogs/switching/10E.pdf#page=7 , pero como dije, creo que el rango lo perjudicará porque la altura desde el suelo hasta la parte superior de la torre puede ser bastante alta.
Gracias por la información. Siento que tendremos que construir una unidad o dos, luego ir a una línea local y comenzar a probar con la bendición de las compañías eléctricas. El rango bien puede ser un problema.
Pero, como dije, puedes hacer esto de otra manera. Puede instalar este dispositivo 'mirando' hacia abajo en la parte inferior de la torre (porque es probable que su ladrón de metal no suba demasiado la torre, e incluso si lo hiciera, lo vería). Luego use un sensor de video / PIR de algún tipo e intente ver si detecta una cierta magnitud de movimiento alrededor de la base de la torre y extraiga una foto o video cada vez que crea que alguien se está moviendo debajo de la torre.
Buena suerte con obtener su bendición para instalar cosas en sus líneas de transmisión :) La mayoría de las compañías eléctricas son bastante graciosas con su infraestructura de transmisión, al menos por aquí. ¿Por qué no ver si puede probarlo en una subestación? Estás mucho más cerca del suelo entonces, podría ser un poco más fácil de vender.
Seguro. Todo está en la etapa de idea por ahora.
@Nick, sospecho que la vida silvestre local excluiría el uso de métodos de sensor de video/PIR: demasiadas falsas alarmas.
@Andrew cierto. Pero tal vez algunas cercas de alambre de pollo de bajo costo podrían resolver ese problema en su mayoría. Pero independientemente de la vida silvestre, si usaste video, tendrías que filtrar los arbustos arrastrados por el viento, el amanecer/atardecer, así como el hecho de que tu plataforma se está moviendo con vibraciones de línea. ¡Nunca dije que sería fácil! Pero se mencionó anteriormente que los giroscopios presentaban algunas dificultades. Así que estaba lanzando una idea completamente alternativa para estimular el pensamiento.
@Nick Mi búsqueda de "rinoceronte contra cerca de alambre de pollo" no arrojó ninguna coincidencia (!). Otro pensamiento fue un micrófono conectado a la estructura para detectar cortes/desatornillamientos, pero, como usted señala, los efectos del viento pueden hacer que sea una idea inútil.
La clave es la motivación del animal. Tengo familia que es dueña de un rancho ganadero. Las cercas de alambre de gallinero controlan muy bien al ganado la mayor parte del tiempo. Pero no funcionan tan bien cuando se separa a un ternero de su madre con fines de 'cirugía cerebral'. En ese momento, la valla no es rival para la madre muy motivada. Pero yo divago :)
No veo cómo la corriente que pasa a través de la línea inducirá corriente en la bobina si la bobina está en el potencial de línea.
El secundario no está conectado a tierra y está efectivamente flotando. Pero en este caso la primaria es una línea de distribución o transmisión que está energizada con decenas de kV. Así que todo está energizado cerca de ese nivel. Sin embargo, se formará un potencial a través del secundario proporcional a la corriente.
Aprovechar la energía de las líneas de transmisión de CA de alto voltaje
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