ВОДНОЕ ЭЛЕКТРИЗУЕМОЕ ЗАГРАЖДЕНИЕ
WATER ELECTRIFIED SCREEN

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к электротехнике, в частности к области оборонительных и охранных водных электризуемых заграждений, и может быть использовано в устройствах для отпугивания, поражения или другого воздействия электрическим полем на живые организмы, находящиеся в водной среде.
Уровень техники
Известно устройство - водное электризуемое заграждение, содержащее источник электрической энергии с импульсным преобразователем, подключенный через кабельную сеть к линейной части с двумя неизолированными электродами прямоугольной формы с соотношением длины к ширине, как 100:0,2, расположенными горизонтально дну на расстоянии 2-2,5 м друг от друга и связанные между собой растяжками (см. заявку на изобретение РФ №2002120064, кл. Н05С /04). Недостатками данного устройства являются:
неэффективное распределение напряженности электрического поля в пространстве водной среды из-за линейной формы электродов и их расположения на дне, так как максимальное значение напряженности поля обеспечивается на дне между электродами, а минимальное около поверхности воды;
необходимость применения источника высокого напряжения 3900-4200 В;
создание электрического поля растекания в почве дна, являющейся не рабочей зоной, приводит к нерациональному расходу электроэнергии.
Если объектом воздействия является человек, стоящий или плывущий в воде, то в зону максимальной напряженности электрического поля попадают менее чувствительные части тела - человека, а именно ноги. Наиболее чувствительные и уязвимые части тела грудная клетка и голова при этом располагаются в зоне минимальной напряженности электрического поля, то есть в менее опасной.
Известно устройство - водное электризуемое заграждение, содержащее источник электрической энергии, соединенный кабельной линией с протяженным электродом, закрепленным по криволинейной траектории на неодинаковом расстоянии от зеркала воды на опорах (см. заявку на изобретение РФ №93019523, кл. Н05С 1/04).
Недостатками данного устройства являются:
неоптимальная форма электрода, приводящая к большим потерям напряжения в малом приэлектродном пространстве;
не равномерное распределение поля в водном пространстве вдоль линейной части и по вертикали;
избыточно большой расход электроэнергии из-за протяженного электрода;
большая повреждаемость линейной части заграждения лодками и другими десантными средствами.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту, принимаемое авторами за прототип, является водное электризуемое заграждение, содержащее источник электроэнергии, кабельную линию, соединенную с изолированным магистральным тросом с помощью соединительного устройства, вертикальные стержневые электроды, состоящие из поплавка, внутри которого находится изолированный от воды проводник, и оголенной (неизолированный от воды) части стержневого электрода, устройство для закрепления магистральной линии на дне водоема (см. заявку на изобретение РФ №94012025, кл. Н05С 1/04).
Недостатками этого устройства являются:
сосредоточенный стержневой электрод с большим падением напряжения в малом приэлектродном пространстве;
неэффективное распределение напряженности электрического поля в межэлектродном пространстве;
расположение всех электродов около поверхности воды увеличивает их повреждаемость;
использование земли в качестве второго электрода, что требует обязательного сооружения дополнительного дорогостоящего рабочего заземления;
устройство не позволяет использовать трехфазный источник питания.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является разработка водного электризуемого заграждения повышения поражающего воздействия электрического поля на живые организмы за счет создания в водной среде электрического поля с увеличенной напряженностью и непрерывного изменения направления вектора напряженности, повышение защищенности от средств десантирования, обеспечение симметричной загрузки трехфазного источника электроэнергии, повышение эксплуатационной надежности протяженной линейной части.
Технический результат, который может быть достигнут с помощью изобретения, сводится к повышению поражающего воздействия электрического поля на живые организмы за счет создания в водной среде электрического поля с увеличенной напряженностью и непрерывного изменения направления вектора напряженности, повышение защищенности от средств десантирования, обеспечение симметричной загрузки трехфазного источника электроэнергии, повышение эксплуатационной надежности протяженной линейной части заграждения.
Технический результат достигается с помощью водного электризуемого заграждения, содержащего источник электрической энергии, импульсный преобразователь, соединенный посредством кабеля с протяженной линейной частью, при этом импульсный преобразователь электрической энергии выполнен трехфазным, а протяженная линейная часть состоит из трех изолированных фазных проводников, закрепленных на диэлектрическом тросе, каждый фазный проводник содержит равное число петлевых отводов, выполненных на одинаковом расстоянии друг от друга, причем отводы фаз по размещению строго чередуются по всей длине протяженной линейной части, к каждому петлевому отводу в месте перегиба подсоединены проводники электродов-поплавков, причем место соединения изолировано, а электрод-поплавок выполнен из легкого влагонепроницаемого материала в виде шара с центральным отверстием, на поверхности шара расположена металлическая токопроводящая сетка-электрод, соединенная через изолированный проводник с отводом фазного проводника, фазные электроды-поплавки вдоль линейной части чередуются размещением по глубине погружения один в придонной зоне, а другой около поверхности водной среды за счет длины проводника, соединяющего электрод-поплавок и фазный петлевой отвод.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлено водное электризуемое заграждение общий вид, на фиг.2 - то же, фрагмент протяженной линейной части с расположением фазных электродов-поплавков и условными линиями электрического поля,
на фиг.3 - то же, устройство электрода-поплавка.
Осуществление изобретения
Водное электризуемое заграждение содержит источник 1 электрической энергии, трехфазный импульсный преобразователь 2 электрической энергии, кабель 3 и протяженную линейную часть 4, причем трехфазный импульсный преобразователь 2 может осуществлять электропитание одной или нескольких протяженных линейных частей 4 одновременно или поочередно, протяженная линейная часть 4 полностью и частично кабель 3 питания размещаются непосредственно в водной среде, а остальное оборудование комплекта водного электризуемого заграждения устанавливают на берегу.
Протяженная линейная часть 4 располагается ниже поверхности 5 водной среды. Три фазных проводника 6 с диэлектрическим тросом 7 объединены в единый жгут. Диэлектрический трос 7 предназначен для облегчения монтажа, демонтажа, размещения и крепления протяженной линейной части 4 на дне 8. Вся конструкция протяженной линейной части 4 фиксируется на дне 8 в местах петлевых отводов 9 фаз с помощью специальных грузов (на фиг. не показано).
Каждый фазный проводник 6 имеет одинаковой длины короткие петлевые отводы 9. Петлевые отводы 9 выполняются с равномерным шагом по всей длине линейной части 4 со строгой последовательностью чередования фаз и одинаковым их числом в каждом фазном проводнике 6. На концах петлевых отводов 9 присоединяются изолированные проводники 10, питающие электроды-поплавки 11. Место электрического соединения изолированного проводника 10 и петлевого отвода 9 изолировано. Изолированные проводники 10 имеют чередующуюся длину для расположения электродов-поплавков 11 около дна 8 и у поверхности 5 воды.
При включении электропитания протяженной линейной части 4 между электродами-поплавками 11 по сопротивлению проводящей водной среды проходит электрический ток, условно этот ток показан в виде линий 12.
Электрод-поплавок 11 состоит из поплавка 13 и сетки-электрода 14. Поплавок 13 выполнен из легкого влагонепроницаемого материала в виде шара с центральным отверстием. Сетка-электрод 14 выполнена из металлической токопроводящей проволоки, размещенной на поверхности поплавка 13. Через центральное отверстие поплавка 13 проходит многожильный изолированный проводник 15. С концевой части проводника 15 удалена изоляция, и оголенные жилы проводника 15 равномерно распределены по внешней поверхности шара в виде меридиан, образуя токопроводящую сетку-электрод 14. Возможно другое конструктивное исполнение металлической токопроводящей сетки-электрода 14. Поплавок 13, так как выполнен из легкого влагонепроницаемого материала, и за счет подъемной силы обеспечивает необходимое вертикальное положение электрода-поплавка 11 в водной среде.
Водное электризуемое заграждение работает следующим образом.
Источник 1 электрической энергии питает трехфазный импульсный преобразователь 2, который формирует трехфазное напряжение соответствующей частоты, формы и величины. Трехфазный преобразователь 2 импульсов создает систему трех напряжений, сдвинутых во времени, необходимых для создания вращающегося электрического поля в пространстве между электродами-поплавками 11.
При подключении протяженной линейной части 4 к трехфазному импульсному преобразователю 2 электрической энергии на электродах-поплавках 11 появляется напряжение. Между электродами-поплавками 11 создается переменное во времени и в пространстве электрическое поле. Согласно с буквенными обозначениями фаз (А, В, С) каждый электрод-поплавок 11 имеет потенциал соответствующей фазы трехфазного импульсного преобразователя 2. Вследствие этого между электродами-поплавками 11 по объемному сопротивлению водной среды протекают токи, условно изображенные в виде линий токов 12.
Три рядом расположенных электрода-поплавка 11 принадлежат различным фазам и пространственно смещены. Такое расположение и питание электродов-поплавков 11 обеспечивает создание в межэлектродном пространстве вращающихся векторов плотности тока и напряженности электрического поля. В плоскости между электродами-поплавками 11 создается электрическое поле с максимальными значениями. За пределами межэлектродной плоскости также создается вращающееся электрическое поле, но с меньшими значениями плотности тока и напряженности. Это электрическое поле расположено перед протяженной линейной частью 4 защищаемого объекта. По мере удаления от протяженной линейной части 4 напряженность и плотность тока электрического поля уменьшаются. Следовательно, эта часть электрического поля расположена перпендикулярно к протяженной линейной части 4, она выполняет предупредительно-оповещающую функцию и отпугивает нарушителя от дальнейшего продвижения в запрещенную зону.
Основное поражающее воздействие электрического поля создается в пространстве между электродами-поплавками 11 и определяется величинами плотности тока и напряженности поля в месте нахождения нарушителя. За пределами зоны этого поражающего электрического поля нарушитель первоначально попадает в его слабую часть не поражающего воздействия, а отпугивающего. При дальнейшем продвижении в сторону защищаемого объекта он может попасть в зону сильного поражающего поля, расположенного между электродами-поплавками 11.
Тело человека может иметь любое произвольное пространственное положение в воде. В предлагаемом устройстве за счет создания вращающегося в пространстве векторного электрического поля обеспечивается независимость воздействия от положения тела человека. Наиболее чувствительные и уязвимые органы тела человека обязательно попадают в зону максимальной напряженности электрического поля, при этом направление вектора плотности тока всегда совпадет с продольной осью отдельных частей и всего тела. Таким способом в зоне расположения электродов-поплавков 11 и в прилегающих к ней обеспечивается максимальный поражающий эффект воздействия электрического поля в водной среде. Линии 12 токов с поверхности электродов выходят по нормали, то есть перпендикулярно к токопроводящей поверхности шарового электрода-поплавка 11. Поскольку поверхность электрода-поплавка 11 сферическая, то линии 12 электрического тока направлены во все стороны пространства равномерно в зоне около электрода-поплавка 11. По мере удаления от электрода-поплавка 11 часть линий 12 тока начинает искривляться в направлении к другому рядом расположенному электроду-поплавку 11. За счет предложенной формы исполнения электрода-поплавка 11 обеспечивается создание электрического поля в максимальном объеме водного пространства. Между фазными (А, В, С) электродами-поплавками 11 образуются также прямые короткие линии 12 тока, создающие максимальные напряженности электрического поля. Другие линии 12 тока, выходящие с поверхности электродов-поплавков 11, изгибаются и заполняют свободную часть межэлектродного пространства, создавая электрическое поле во всем объеме водной среды с несколько меньшей напряженностью. При принятом двухуровневом расположении электродов-поплавков 11 в пространстве водной среды во всех направлениях создается эффективное электрическое поле.
Величина тока растекания с электрода-поплавка 11, распределение плотности тока и напряженности электрического поля в пространстве определяются формой и размерами электродов-поплавков 11, а также расстоянием между ними и их взаимным расположением. Электрод-поплавок 11 по сравнению с размерами водного бассейна при предлагаемом и любом другом конструктивном исполнении является сосредоточенным элементом с малой площадью контакта с водой. Этим обусловлено максимальное сопротивление малого объема вблизи электрода-поплавка 11. Следствием этого является наибольшая напряженность электрического поля и плотность тока в этом малом объеме. Увеличение числа линий 12 тока в малом объеме около электрода-поплавка 11 указывает на наибольшее значение плотности тока и напряженности электрического поля в данном месте.
Увеличение диаметра шарового поплавка 13 позволяет увеличить площадь контакта с водой и за счет этого уменьшить сопротивление приэлектродной водной зоны и снизить в ней потери напряжения. При этом требуемое значения тока растекания с электрода-поплавка 11 обеспечивается величиной площади металлической токопроводящей сетки электрода 14. За счет выбора оптимального соотношения диаметра шара поплавка 13 и площади металлической токопроводящей сетки электрода 14 можно изменять приэлектродное электрическое сопротивление водной среды и получать требуемое распределение напряженности электрического поля.
Площадь металлической токопроводящей сетки электрода 14 регулируется числом и диаметром оголенных жил проводника на сферической поверхности электрода-поплавка 11.
Для создания электрического поля в водной среде большой протяженности требуется большая мощность источника 1 электрической энергии, следовательно, импульсный преобразователь 2 должен быть трехфазным.
Выполнение водного электризуемого заграждения в виде предлагаемого устройства решает одновременно несколько проблем: создает симметричную нагрузку для трехфазных источника 1 электрической энергии, трехфазного импульсного преобразователя 2 и обеспечивает максимальное равномерное электрическое поле, исключает необходимость использования рабочего заземления.
Обеспечение независимости величины подъемной силы поплавка 13 от диаметра поплавка обеспечивается изменением величины диаметра центрального отверстия.
Напряжение между электродами-поплавками 11 равно линейному напряжению трехфазного импульсного преобразователя 2 электрической энергии. Это позволяет увеличить расстояние между электродами-поплавками 11 и уменьшить их число по сравнению с вариантом, использующим фазные напряжения. Электроды-поплавки 11 через один располагаются в придонной зоне, то есть 50% общего числа электродов-поплавков 11 расположены в зоне безопасности от поражения лодочными и другими десантными средствами. Указанные конструктивные особенности предлагаемого устройства обеспечивают его высокую живучесть и эксплуатационную надежность.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими техническими решениями имеет следующие преимущества:
повышение поражающего воздействия электрического поля на живые организмы за счет создания в водной среде электрического поля с увеличенной напряженностью и непрерывного изменения направления вектора напряженности;
повышение защищенности от средств десантирования; обеспечение симметричной загрузки трехфазного источника электроэнергии;
повышение эксплуатационной надежности протяженной линейной части заграждения.