Видеонаблюдение на расстоянии. Варианты построения IP сетей на большие расстояния, организация питания видеокамер по РоЕ

И вспомогательные аксессуары. Не стоит забывать о проводах, по которым передается сигнал. Обычно в дешевых наборах ими являются . Для работы с видео материалами такой тип провода подходит идеально. Объясняется это тем, что сигнал при его эксплуатации не рассеивается из-за специфического сечения в виде экранированной обмотки. В результате потерь в качестве передаваемой картинки не бывает вообще.

Для небольших объектов такие системы полностью подходят, ведь стоят они сравнительно дешево и предоставляют хорошую функциональность. Но при увеличении масштабов объекта возникают серьезные проблемы. В первую очередь речь идет о процессе передачи сигнала, ведь при расстоянии более 200 метров стандартное оборудование перестает быть эффективным. На помощь приходят специфические устройства, такие как передатчики, приемники, усилители и видеотрансмиттеры.

Передача данных на большое расстояние

Когда расстояние переваливает за 120 метров обычный коаксиальный кабель уже не подходит , поэтому на смену ему приходит . Посредством такого типа провода можно беспрепятственно осуществлять передачу информации, в том числе видеофайлов. Витая пара подойдет и для онлайн трансляции происходящего , а значит, с ее помощью можно создать полноценную систему безопасности.

Ярким преимуществом такого типа кабеля также является низкая стоимость его прокладки. Как показывает практика, установка коаксиального провода на большие расстояния очень дорого обходится, а с витой парой проблем данного рода не возникает. Некоторые люди убеждены, что идеальным вариантом является отладка связи посредством радиоканала. Этот метод действительно хорош, ведь он не требует вообще никаких коммуникационных сетей, но люди забывают о том, что максимальная дальность передачи информации в таких системах не превышает 100 метров. И то цифра указана с учетом установки антенн повышенной мощности.

Рис.2 Коаксиальный кабель F690Bx0.75 power

Типы приемо-передатчиков сигнала

Как мы уже поняли, работоспособность на большом расстоянии напрямую зависит от приемо-передатчиков сигнала. Основная их классификация сводится к активности или пассивности функционирования. Мощность, дальность передачи и другие характеристики отходят на второй план.

Пассивные приемо-передатчики считаются простым и дешевым оборудованием. Они устанавливаются в цепи как рез между камерой и монитором, на который выводится картинка. Если длина кабеля превышает 200-250 метров, эффективность использования пассивных устройств начинает резко падать. Объясняется это снижением амплитуды сигнала по мере его прохождения по проводу. Соответственно возникает необходимость в усилителях, которые и называются активными. Кстати, техника подобного типа строго разделяется на приемную и передающую.

Активные устройства делают возможной передачу видеоматериалов на расстояние 2000 метров и больше. Также бывают системы, в которых принимает сигнал пассивное оборудование, а передает активное. Дальность функционирования их не превышает 1000 метров, но для большинства задача этого хватает. Смысл такого тандема сводится к удешевлению техники и прокладки проводов.

Активная аппаратура имеет ряд преимуществ в сравнении с пассивной. Среди них стоит выделить отличную помехоустойчивость, возможность использования оптоволоконного кабеля, высококачественных аналоговых видеокамер, защита от скачков напряжения, быстрая настройка, возможность со временем перейти на прогрессивную IP-систему.

Рис.3 Кабель витая пара UTP 5e

Характеристики передатчиков

Передатчики имеют ряд характеристик, определяющих возможности их применения. В первую очередь это количество поддерживаемых каналов . Стандартные устройства пропускают только один видео и один аудио сигнал. В то же время есть модели, которые поддерживают до четырех и больше каналов. Если по периметру объекта расположено много камер, то подобное оборудование становится действительно полезным.

Для многих определяющим фактором выбора техники будет дальность передачи информации . Большинство современных устройств смогут обеспечить нормальное функционирование системы на расстоянии до 2500 метров, но при условии отсутствия помех. Кстати, всегда стоит обращать внимание на зависимость качества сигнала от дальности его передачи. Некоторые производители амбициозно указывают заоблачные цифры в документации к аппарату, забывая сказать, что разобрать что-либо на экране монитора при этом будет невозможно.

Остальные характеристики уже не столь важны, хотя, конечно, возможность подключения к квадратору или DVR лишней не будет. Также полезна регулировка уровня передачи. Если оборудование будет использоваться на улице, с особым вниманием нужно изучить допустимые температуры и влажность, при которых передатчик будет нормально работать. Не лишней будет возможность настройки яркости и резкости. Габаритные размеры особой роли не играют.

Выводы

Передача видеосигнала на большие расстояния вполне реальна. Для этого потребуется сменить коаксиальный кабель на витую пару, а также внедрить в систему приемо-передатчики. Эти небольшие и сравнительно недорогие устройства позволят транслировать сигнал на расстояние до 2500 метров. Самому осуществить прокладку таких цепей может быть трудно, поэтому лучше обратиться за помощью к специалистам. После этого контроль периметра даже особо крупных объектов не будет проблемой.

При организации системы видеонаблюдения часто возникает необходимость осуществлять контроль объекта на значительном удалении от него. Среди таких объектов можно выделить следующие типы:

территориально удаленные и не имеющие прямой линии связи с пунктом наблюдения (загородные дома, дачи, гаражи и т.п.);
контроль больших территорий или протяженных периметров с возможностью установки на объекте камер видеонаблюдения и коммуникационных сетей передачи сигнала.

В первом варианте рекомендуется применение интернет технологий , в том числе беспроводных способов связи. Во втором – допускается использование кабельных линий передачи сигнала в сочетании с оборудованием для его усиления.

Существует несколько способов решения поставленной задачи.

При сравнительно небольшом расстоянии до контролируемого объекта до 500 м и невозможности установки видеокамер непосредственно на нем наиболее широкое использование получили камеры видеонаблюдения с высоким разрешением или объективами с изменяемым фокусным расстоянием.

Внимание! Для применения такого технического решения необходимы качественные ширококанальные линии связи.

Пример необходимости использования такой аппаратуры – организация видеонаблюдения за автомобилем, который находится на неохраняемой стоянке возле дома. Использование внешних камер видеонаблюдения установленных на стоянке затруднительно, так как они подвергнутся порче в первую очередь.

Установка обычных камер видеонаблюдения на большом расстоянии малоэффективна, так как даст только размытое изображение силуэта злоумышленника. В этом случае единственным выходом является использование корпусных камер высокого разрешения совместимых с длиннофокусными объективами.

КАМЕРЫ ДЛЯ НАБЛЮДЕНИЯ НА БОЛЬШОМ РАССТОЯНИИ

При выборе камеры видеонаблюдения на значительные расстояния необходимо принимать во внимание следующие параметры:

расстояние эффективного обнаружения камерой объекта видеонаблюдения;
оптимальная дальность распознания (обычно это лицо или номера автомобилей);
расстояние передачи сигнала.

Первые два пункта определяют эксплуатационные параметры объектива, его фокусное расстояние и разрешающую способность самой камеры. Теоретически при использовании длиннофокусных объективов любая совместимая корпусная камера видеонаблюдения способна распознать объект на расстоянии в несколько сотен метров.

Для этого необходима оптика, стоимость которой запредельна для большинства пользователей, а угол обзора будет мал настолько, что настройка камеры будет проблемной без использования дополнительной специализированной аппаратуры.

К длиннофокусным объективам относятся оптические приборы, у которых величина фокусного расстояния больше чем диагональ матрицы. К примеру, для наиболее распространенного типа матриц 1/3˝ длиннофокусными будут считаться объективы с фокусным расстоянием более 6 мм.

Существуют длиннофокусные объективы с фиксированным фокусным расстоянием. Такие устройства чаще всего применяются в камерах видеонаблюдения из-за простоты настройки и доступной цены. В этом классе необходимо особо выделить зеркально-линзовые, у которых отсутствуют хроматические аберрации изображения.

Объективы с переменным фокусным расстоянием – трансфокаторы можно условно разделить на 4 класса.

№	Матрица камеры	Кратность	Фокусное расстояние
1	1/3˝	10-20	5-50
2	1/4˝	10-36	3-130
3	1/2˝	1/3˝ 10-20	5-300
4	1/2˝	1/3˝ 20-50	10-100

Основные технические характеристики, на которые следует обратить внимание при выборе сочетания объектив + камера:

размер изображения, которое формирует матрица – оптический формат;
фокусное расстояние (определяет вертикальный и горизонтальный угол зрения);
частотно-контрастная и спектральная характеристики;
разрешающая способность;
уровень вносимых геометрических искажений.

ПЕРЕДАЧА ВИДЕОСИГНАЛА НА БОЛЬШИЕ РАССТОЯНИЯ

При передаче видеосигнала на большие дистанции необходимо обратить внимание на защищенность канала связи. Необходимо учитывать следующие факторы:

1. Количество необходимых линий связи с удаленным объектом и особенности маршрута;

2. Максимально допустимая протяженность линий передачи для каждого конкретного типа кабеля (UTP – витая пара, коаксиал, оптоволокно);

3. Электромагнитная обстановка на маршруте и объекте – индустриальные помехи, наличие высоковольтных линий электропередач, частота гроз и т.п.;

4. Необходимость передачи ив одном магистральном кабеле сигналов других типов;

5. Климатические условия – температурный режим, частота и сила гроз, возможность обледенения кабелей и т.п.;

6. Организация энергоснабжения удаленных устройств – локально или дистанционно.

Существуют несколько способов передачи видеосигнала без искажения на значительные расстояния.

Несимметричная линия связи.

Применяется для передачи аналогового сигнала по коаксиальному кабелю. Дальность передачи качественного сигнала без усилителей до 300 м. Для такого типа передачи характерно быстрое частотно зависимое затухание сигнала в кабеле.

Рекомендуется использовать коаксиал с большим диаметром центральной жилы и изоляции. Некоторые аналоговые камеры видеонаблюдения имеют встроенный корректирующий усилитель, который увеличивает дальность передачи до 500 м. К примеру, HD-CVI камера HAC-HFW2200D, передающая изображение в качестве Full HD на расстояние до 500 м при условии использования кабеля РК-75-4-1.

Основными недостатками несимметричных линий являются:

высокая стоимость кабеля;
сложность заземления;
плохая помехозащищенность;
большой коэффициент затухания сигнала.

Симметричная линия.

Используется кабель витая пара (UTP) для передачи аналогового или цифрового видеосигнала. Без дополнительных устройств усиления и фильтрации сигнала дальность передачи составляет до 100 м. Для увеличения дальности используется различная аппаратура:

пассивные устройства устанавливаются на передающей стороне возле камеры видеонаблюдения, увеличивают дальность передачи до 500 м;
активные устройства с выходным напряжением до 3 в увеличивают дальность передачи до 1000 м;
активные устройства с выходным напряжением до 18 в увеличивают дальность передачи до 2000 м.

К особенности использования симметричных линий на дальние дистанции можно отнести необходимость проведения технически сложных комплексов по защите линии от наведенных напряжений, которые могут вывести оборудование из строя.

ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЕ НА РАССТОЯНИИ ЧЕРЕЗ ИНТЕРНЕТ

На данный момент существует два наиболее распространенных способа передачи видеосигнала на большие дистанции:

облачное видеонаблюдение (VSaaS технология);

Основные различия для пользователя между этими двумя технологиями видеонаблюдения не существенны. В обоих случаях для удаленного управления системой видеонаблюдения на объекте необходим доступ к сети интернет. Подключение может осуществляться по кабельному каналу, выделенному провайдером или при помощи GSM модема через мобильного оператора.

Суть обеих технологий заключается в перенесении основных функций видеорегистратора системы видеонаблюдения в виртуальное пространство. На удаленном сервере могут не только храниться большие объемы видеоархива, но и осуществляться аналитическая обработка поступающей информации: распознание лиц и номеров автомобилей, рассылка тревожных сообщений при активации программного детектора движения камеры видеонаблюдения и т.д.

Большинство этих функций доступны только при условии оплаты расширенного клиентского доступа, но и тех возможностей, которые предоставляются бесплатно достаточно для создания небольшой, но эффективной системы удаленного видеонаблюдения.

Некоторые облачные сервисы совместимы только с камерами определенного производителя.

Самые популярные облачные сервисы видеонаблюдения:

IVideon;
NOVIcloud;
YouLook;
CamDrive;
IPeye;
CpaceCam только для камер компании RVi;
Ezviz только для камер видеонаблюдения производителя Hikvision.

Наиболее эффективна кабельная передача сигнала в системах видеонаблюдения на расстояния больше 2000 м через оптоволоконные линии. Но их высокая стоимость делает такой способ недоступным для большинства частных потребителей.

© 2010-2019 г.г.. Все права защищены.
Материалы, представленные на сайте, имеют ознакомительно-информационный характер и не могут использоваться в качестве руководящих документов

Удаленный доступ к камерам видеоконтроля может быть беспроводной или проводной. В первом случае используются GSM, Wi-Fi сети. Во втором – либо аналогичные.

Принцип работы

Проводная связь является надежной, так как устойчива к помехам извне (гроза), но требует материальных затрат для прокладки проводов.

При видеонаблюдении на больших расстояниях оправдано применение беспроводной связи. Она может использоваться в труднодоступных местах, где нет телефонных линий и точек доступа в Интернет, единственный выход – использование сотовой связи.

В этом случае к оператору сотовой связи подключаются по протоколу доступа в Интернет GPRS или EDGE и выделяется IP-адрес. Скорость передачи данных 5 кадров в секунду при разрешении картинки 704×576 px.

Доступ в Интернет по выделенному каналу или телефонной линии по технологии ADSL удобен в местности, имеющие развитую систему телекоммуникации, что значительно удешевляет получение видеосигнала.

Для сохранения конфиденциальности получение информации с камер через сети Internet, доступ к видеосигналу защищается паролем. Он может быть многоуровневый, чтобы обеспечить разным лицам доступ только к определенной части камер видеонаблюдения.

Камеры видеонаблюдения

На рынке представлен большой набор видеокамер для осуществления открытого, малозаметного и скрытного наблюдения.

Открыто камеры устанавливаются на улице, месте парковок и входе в здание. Малозаметные камеры, защищенные сферическим куполом, применяют в офисе, квартире, торговом зале.

Камера Beward N1250, имеет компактные размеры, встроенный Wi-Fi модуль, высокочувствительный сенсор, позволяющий получить четкое изображение даже в условиях пониженной освещенности. Она снабжена встроенными датчиками движения и светодиодной подсветкой, используемой в темное время суток.

Подключение к беспроводной сети происходит с использованием протокола WiFi IEEE 802.11 b/g, сигнал со всех камер попадает на роутер, просмотр изображения происходит через любой Web-browser. Вы можете просматривать изображения с 32 IP-камер, программное обеспечение входит в комплект поставки.

Нужно помнить, что камера с встроенным Wi-Fi модулем стоит в 1,5 раза дороже обычной модели.

Эта камера идеально подойдет для беспроводной , жилых помещениях, общественных зданиях.

Проводные видеокамеры

Это самый дешевый, высокоскоростной удаленный доступ к видеокамерам.

Сигнал от камер видеонаблюдения по проводам попадает на с доступом в Интернет. Можно установить сетевой роутер, он собирает информацию со всех камер и транслирует изображение в Интернет.

Видеокамера Polyvision PN20-M1-B3.6IR-IP бюджетная, малогабаритная уличная камера, и ИК-подсветкой до 20 метров, есть детектор движения и автоматический баланс белого.

Универсальная камера DS-2CD812PF-W фирмы Hikvision работает с проводной и Wi-Fi связью, а модель Sony Super HAD CCD кроме работы с проводной связью может вести запись на установленную флэш-карту. Работа камеры схожа с работой видеорегистратора.

Модульные (бескорпусные) камеры используются для скрытого наблюдения. Она состоит из двух частей, объектива и отдельно видеоплаты. Объектив легко замаскировать под детали окружающей обстановки, провода от него идут к .

Камера SPYMAX SCM-422 имеет угол обзора 60 градусов и автодиафрагму, дает четкую картинку и используется внутри помещения.

Прежде всего, светочувствительность, которая есть у камеры при минимальном освещении. Она измеряется в Люксах (светочувствительные камеры от 0,05 до 0,1).

Если вы планируете сделать камеры незаметными, этот фактор имеет значение, так как ИК-подсветка обнаруживает себя.

Размер матрицы камеры, от которой зависит четкость картинки. Он может быть 1/2”, 1/3”, 1/4”. Тем больше физический размер, тем четче изображение.

Применение видеонаблюдение на больших расстояниях позволяет эффективно осуществлять контроль ведения бизнеса, получать информацию в реальном времени о том, что происходит у вас дома, обеспечивать безопасность персонала и близких людей.

Надеюсь, все помнят проблему последней мили, которая активно решалась в начале нулевых? На сегодня этот вопрос считается закрытым, но… Например я. Живу сейчас частном секторе. Есть один-единственный провайдер с постоянными глюками, ремонтами оборудования, перенастройкой сервера, обрывами и перетягиваниями кабелей (чтоб вы понимали – по улице идет обычная витая пара для внутренних работ) и так далее. Никакой другой поставщик услуг не хочет вести к нам свои коммуникации, поэтому с нормальным интернетом огромнейший … напряг.

Мне в этом плане легче – одно время я имел отношение к телекому, и мне окольными путями за некоторые деньги прямо в дом прокинули оптику. А с другой стороны подключили к одному из нормальных провайдеров с неплохим тарифом. Итог: реальных 100 Мб/с за сравнительно небольшую абонплату. И как нормальный человек, я решил сделать хорошо своим соседям. Поэтому приобрел MikroTikRB2011UAS-2HnD и начал раздавать интернет. Всего у меня 3 подсети: моя, для соседей (проводная) и тестовая с виртуальной точкой доступа.

В общем, близлежащие три дома в радиусе до 100 м. получили интернет, люди довольны, но периодически ко мне обращаются соседи, живущие дальше с просьбой подключить и их. Особенно достал один парень, дом которого находится на расстоянии около 300 м. по прямой, да еще и через дорогу. На фото его дом указан стрелкой:

Я предлагал ему приобрести оборудование Ubiquiti из серии NanoStation и организовать радиоканал, но его смущала стоимость. Еще более матерые устройства имеются в продаже и не являются редкостью, но это уже для промышленных масштабов и для бизнеса, а не для нашей локальной частой затеи.

Когда вселялся в эту квартиру, планировал установить спутниковые тарелки, поэтому установил вот такую мачту возле дымохода. Ее и планировал использовать для монтажа радиооборудования. Но вернемся к нашему вопросу.

В конце концов сосед решился, и поручил мне поиски. Основное условие – легкость установки и демонтажа . Ведь и у него, и у меня это временное жилье и нет смысла серьезно решать вопрос.

Кстати, были варианты купить направленную Wi-Fiантенну, но это не выход: мало ли сколько и какого оборудования сосед захочет подвесить на него. Поэтому только бридж: одна антенна транслирует инет, вторая подключается к компу или WAN-порту роутера, а к нему уже цепляется все, что угодно.

Две абсолютно идентичные картонные коробки без опознавательных знаков и наклейками, на которых какие-то иероглифы и МАС-адресами.

Внутри сами девайсы, инструкция на китайском и английском (английская по качеству выглядит как плохая ксерокопия с ксерокопии)

В комплекте два хомута для крепления к мачте

И блок питания на 12В с обычным штекером. Тут китайцы немного дали маху – длина провода всего 1,5 м., а РоЕ не предусмотрен в принципе

Если бы было РоЕ, я бы запитал оборудование прямо с Микротика и не было бы никаких проблем.

С тыльной стороны точки доступа есть кронштейн с проушиной для крепления к трубе

А также панель со светодиодными индикаторами: наличия питания, сети, Wi-Fi и уровня сигнала

Все провода подключаются к разъемам под съемной крышкой в нижней части девайса, которая фиксируется защелкой. Кроме того, там есть выламываемые заглушки для подведения проводов. К сожалению, никаких резиновых уплотнителей для защиты хотя бы от пыли не предусмотрено.

Под крышкой, в глубине корпуса расположены кнопка RESET, панель DIP-переключателей, с помощью которой настраивается режим работы оборудования и IP-адрес, порт Ethernet и разъем питания

Теперь перейдем непосредственно к девайсу и его настройке.
Основные характеристики бриджа:
CPU: AR9344
DDR: 64MB
Flash: 8MB
RF Power: 802.11 a/n, 23dBm±1dBm
RX: - 96dBm
Направленная антенна: 8DBI, 11a/n
Рабочий диапазон: 5ГГц
Максимальная дальность: 1км.
Температура эксплуатации: -10…+60ºС

Оборудование может работать в двух режимах:
1) точка доступа (АР)
2) приемник для подключения по беспроводному каналу и трансляции сигнала на порт LAN (СРЕ)

Настройка режима осуществляется простым изменением положения DIP-переключателя

А вот дальше начинается самое интересное: настройка IP-адресов для линка двух таких девайсов. Традиционно, это делается через веб-интерфейс. Но здесь китайцы пошли по пути с одной стороны, упрощения, а с другой – усложнения процедуры. Хотя, как на это посмотреть.

Итак, у нас есть две группы переключателей, отвечающих за настройку IP-адреса. По умолчанию, айпишники сразу прописаны серыми, т.е. 192.168.ххх.ххх. Пользователь может изменить только подсеть (переключатели 2, 3, 4), причем выбрать можно одну из восьми предустановленных (101 … 108) и идентификатор (переключатели 5 и 6) в диапазоне от 2 до 5. Все.

По утверждению друзей из Поднебесной, да и исходя из вышеуказанного ограничения по количеству IP, к одной точке доступа можно подключить до 4-х приемных устройств.

Что еще из нюансов: АР не транслирует имя сети, пароль для линка между устройствами предустановлен на заводе и вводить его не требуется. Но в таком случае, если где-то в моем районе появится еще одна такая же ноунеймоская китайская штука, то пользователь может спокойно подключиться к инету через точку доступа. Нужно будет только поиграться с установкой DIP-переключателей, и подобрать соответствующий айпишник. Мне, допустим, такаю ситуация не грозит, потому что у меня Микротик, и все лишнее закрыто и запрещено.

Возвращаемся к нашим девайсам. Все манипуляции, которые нужно я произвел, в тестовую подсеть включил точку доступа и свой ноут. Второе устройство было отдано соседу. Он его закрепил, включил в свой комп, подключил электричество и стал ждать)) Поскольку между нами прямая видимость, то направление друг на друга было выставлено без проблем. За происходящим я наблюдал через Winbox, с компа, включенного в мою домашнюю сеть.

Итак, девайс, который остался у меня получил айпи 192.168.88.13 (МАС CC:22:37:A0:02:40), а девайс соседа 192.168.88.14 (МАС CC:22:37:A0:02:15). Это данные из ARP-таблицы

Причем, здесь обнаружилось несовпадение МАС на наклейке (CC:22:37:A0:02:13) одного из девайсов с реальным (CC:22:37:A0:02:15). DHCP-сервер отработал без проблем, компьютер соседа получил айпишник из тестовой подсети.

Я открыл ему доступ в интернет и попросил немного посерфить. Вот скрин его активности

Повторюсь, расстояние по прямой около 300 м. По радиоканалу пингик соседскому компу бегают превосходно, а точка доступа не пингуется вообще

Естественно, мне стало интересно, какая скорость передачи данных через бридж. Это я проверил с помощью утилиты NetStress:

Как видно на скриншоте, китайское оборудование стабильно выдает 20 Мб/с, что отнюдь неплохо. Поскольку это его максимум - такое ограничение по скорости я установил и для своего очередного абонента. Этого вполне достаточно для серфинга, он-лайн игрушек, просмотра фильмов и быстрого скачивания файлов.

В характеристиках километр, но как обычно это «китайский» километр и не указано, какая скорость может быть на краю этого километра (очевидно, «никакая»).

Вот уже с недельку товарищ имеет нормальный, стабильный доступ к сети и это в условиях зимы с метелями. Задача решена и теперь осталось узнать, сколько времени выдержат эти девайсы в наших условиях. Зимние морозы пережили, впереди летняя жара!

Если заинтересовали устройства, то под спойлером купон на скидку.

Процесс передачи электрической энергии уже давно не вызывает у нас удивления. Электричество настолько прочно вошло в нашу жизнь, что представить себе ситуацию, когда его нет, для большинства из нас почти не возможно. За последние десятилетия были проложены миллионы километров проводов. Стоимость работ по вводу их в работу и эксплуатации составляет триллионы рублей. Но зачем строить протяженные ЛЭП, когда можно у каждого потребителя поставить генератор? Есть ли зависимость между длиной ЛЭП и качеством передаваемой электроэнергии? На эти и другие вопросы я и попытаюсь ответить.

Провода и генераторы

Сторонники распределенной генерации полагают, что будущее энергетики состоит в использовании небольших генерирующих устройств каждым потребителем. Можно подумать, что столь привычные нам опоры ЛЭП доживают свои последние деньки. Попробую встать на защиту «старушек» ЛЭП и рассмотреть те плюсы, которые получает энергосистема при строительстве протяженных линий электропередачи.

Во-первых, транспорт электрической энергии напрямую конкурирует с транспортом топлива по железной дороге, нефте- и газопроводам. При их удаленности или отсутствии строительство линий электропередачи является единственным оптимальным решением для энергоснабжения.

Во-вторых, в электротехнике уделяется пристальное внимание резервированию мощности. Согласно правилам проектирования энергосистем, резерв должен обеспечивать работу энергосистемы при потере любого ее элемента. Сейчас этот принцип называется «N-1». Для двух изолированных систем суммарный резерв будет больше, чем для связанных, а меньший резерв — это меньшее количество денег, потраченных на дорогостоящее электрооборудование.

В-третьих, экономия достигается за счет более грамотного управления энергоресурсами. Атомные электростанции, гидроэлектростанции (за исключением малой генерации) по понятным причинам зачастую расположены в отдалении от крупных городов и поселений. Без линий электропередачи «мирный атом» и гидроэлектроэнергия не были бы использованы по их прямому назначению. Разветвленная энергосистема также позволяет оптимизировать загрузку и прочих видов электростанций. Ключ к оптимизации — управление очередью загрузки. Вначале загружаются электростанции с более дешевым производством каждого кВт*ч, затем уже электростанции с более дорогим. Не стоит забывать и о часовых поясах! Когда в Москве пик энергопотребления, в Якутске этот показатель невелик. Отдавая дешевую электроэнергию в разные часовые пояса, мы стабилизируем загрузку генераторов и сводим к минимуму издержки производства электричества.

Не стоит забывать и о конечном потребителе — чем больше у нас возможностей доставить до него электрическую энергию от разных источников, тем меньше вероятность, что когда-нибудь его энергоснабжение прервется.

К минусам построения разветвленной электросети можно отнести: сложное диспетчерское управление, трудную задачу автоматического управления и работы релейной защиты, появление необходимости дополнительного контроля и регулирования частоты передаваемой мощности.

Однако отмеченные недостатки не могут нивелировать положительный эффект от построения разветвленной энергосистемы. Развитие современных систем противоаварийного управления и компьютерных технологий постепенно упрощают процесс диспетчерского управления и увеличивают надежность электросетей.

Постоянный или переменный?

Существует два принципиальных подхода к передаче электроэнергии — использование переменного или постоянного тока. Не вдаваясь в подробности, отметим, что для небольших расстояний гораздо эффективнее использовать переменный ток. Но при передаче электроэнергии на расстояния свыше 300 км практичность использования переменного тока уже не так очевидна.

Связано это в первую очередь с волновыми характеристиками передаваемой электромагнитной волны. Для частоты 50 Гц длина волны составляет примерно 6000 км. Оказывается, что в зависимости от протяженности ЛЭП существуют физические ограничения на передаваемую мощность. Максимум мощности можно передать при длинах ЛЭП порядка 3000 км, что составляет половину длины передаваемой волны. К слову, этот же объем мощности передают по ЛЭП протяженностью в 10 раз меньше. При прочих размерах линий объем мощности может достигать всего лишь половины от данного значения.

В 1968 году в СССР был осуществлен уникальный и пока единственный в мире эксперимент по передаче мощности на расстояние 2858 км. Была собрана искусственно схема передачи, включающая в себя участки Волгоград-Москва-Куйбышев (ныне Самара)-Челябинск-Свердловск (ныне Екатеринбург) на напряжении 500 кВ. Опытным путем были подтверждены теоретические исследования длинных линий.

Из рекордсменов по протяженности можно выделить проложенную в Китае ЛЭП в 2200 км от восточной провинции Хами до города Чженчжоу (столица провинции Хэнань). Стоит отметить, что полный ее ввод в эксплуатацию намечен на 2014 год.

Также не стоит забывать о напряжении линий. Со школы нам знаком закон Джоуля-Ленца P = I? R , который постулирует, что потери электрической энергии зависят от значения электрического тока в проводе и от материала, из которого он изготовлен. Мощность, передаваемая по линиям электропередачи, есть произведение тока на напряжение. Чем выше напряжение, тем меньше ток в проводе и тем самым меньше уровень потерь электроэнергии при передаче. Отсюда следствие: если мы хотим передавать электроэнергию на большие расстояния, необходимо выбирать как можно большее напряжение.

При использовании переменного тока в протяженных ЛЭП возникает ряд технологических проблем. Главная проблема связана с реактивными параметрами линий электропередачи. Емкостное и индуктивное сопротивление проводов оказывают существенное влияние на потери напряжения и мощности при передаче, возникает необходимость поддержания уровня напряжения на должном уровне и компенсации реактивной составляющей, что достаточно ощутимо увеличивает стоимость прокладки километра провода. Высокое напряжение заставляет использовать большее количество гирлянд изоляции, а также накладывает ограничение на сечение провода. Все вместе увеличивает суммарный вес всей конструкции и влечет за собой необходимость использовать более устойчивые и сложные по своей конструкции опоры ЛЭП.

Этих проблем можно избежать, используя линии постоянного тока. Провода, используемые в линиях постоянного тока, дешевле и дольше служат при эксплуатации в связи с отсутствием частичных разрядов в изоляции. Реактивные параметры электропередачи не оказывают существенного влияния на потери. По линиям постоянного тока наиболее эффективно передавать мощность от генераторов, так как возможен выбор оптимальной скорости вращения ротора генератора, что повышает КПД его использования. Минусами использования линий постоянного тока является высокая стоимость выпрямителей, инверторов и различных фильтров для компенсации неизбежно появляющихся высших гармоник при преобразовании переменного тока в постоянный.

Но чем выше длина линии электропередачи, тем эффективнее использовать линии постоянного тока. Существует некоторая критическая длина ЛЭП, которая позволяет оценить целесообразность использования постоянного тока при прочих равных условиях. По данным американских исследователей для кабельных линий эффект ощутим при длинах более 80 км, но величина эта все время уменьшается при развитии технологий и удешевлении необходимых комплектующих.

Самая длинная линия постоянного тока в мире опять же расположена в Китае. Соединяет она ГЭС Сянцзяба (Xiangjiaba Dam) с Шанхаем. Ее длина составляет почти 2000 км при напряжении 800 кВ. Достаточно много линий постоянного тока находится в Европе. В России можно выделить отдельно вставку постоянного тока Выборг, соединяющую Россию и Финляндию, и высоковольтную линию постоянного тока Волгоград-Донбасс протяженностью почти 500 км и напряжением 400 кВ.

Холодные провода

Принципиально новый подход к передаче электрической энергии открывает явление сверхпроводимости. Вспомним, что потери электрической энергии в проводе зависят помимо напряжения еще и от материала провода. Сверхпроводящие материалы обладают почти нулевым сопротивлением, что теоретически позволяет передавать электрическую энергию без потерь на большие расстояния. Минусом использования данной технологии является необходимость постоянного охлаждения линии, что иногда приводит к тому, что стоимость системы охлаждения значительно превышает потери электрической энергии при использовании обычного не сверхпроводимого материала. Типовая конструкция подобной ЛЭП состоит из нескольких контуров: провод, который заключен в кожух с жидким гелием, опоясывающий их кожух из жидкого азота и менее экзотичная тепловая изоляция снаружи. Проектирование таких линий ведется ежедневно, но до практической реализации доходит не всегда. Самым успешным проектом можно считать линию, построенную American Superconductor в Нью-Йорке, а самым амбициозным проектом — ЛЭП в Корее, протяженностью около 3000 км.

Прощайте, провода!

Идеи не использовать провода вообще для передачи электрической энергии возникли уже достаточно давно. Разве не могут вдохновлять опыты, которые проводил Никола Тесла в конце XIX — начале XX века? По свидетельствам его современников, в 1899 году в Колорадо-Спрингс Тесла смог заставить загореться две сотни лампочек без использования каких-либо проводов. К сожалению, записей о его работах почти не осталось, и повторить подобные успехи смогли лишь спустя сотню лет. Технология WiTricity, разработанная профессором MIT Марином Солячичем, позволяет передавать электрическую энергию без использования проводов. Идея заключается в синхронной работе генератора и приемника. При достижении резонанса возбуждаемое переменное магнитное поле излучателем в приемнике преобразуется в электрический ток. В 2007 году был успешно проведен эксперимент подобной передачи электроэнергии на расстояние в несколько метров.

К сожалению, современный уровень развития технологий не позволяет эффективно использовать сверхпроводящие материалы и технологию беспроводной передачи электрической энергии. Линии электропередачи в привычном для нас виде будут еще долго украшать поля и окраины городов, но даже их правильное использование позволяет принести существенную выгоду для развития всей мировой энергетики.