एकल-तार संचरण लाइन
एकल-तार संचरण (ट्रांसमिशन) लाइन (या एकल तार विधि) एक ऐसी विधि है जिसमें केवल एक विद्युत चालक का प्रयोग करके विद्युत शक्ति या सिग्नल्स को प्रेषित (ट्रांसमिट) करने का तरीका होता है। इसका यह अर्थ है कि एक पूर्ण परिपथ प्रदान करने वाले तारों का एक युग्म, या उस उद्देश्य के लिए (कम से कम) दो चालक युक्त विद्युत केबल के सामान्य उपयोग के विपरीत है।
एकल-तार संचरण लाइन, एकल-तार भू निवर्तन प्रणाली के सामान नहीं होता है, जो इस लेख में सम्मिलित नहीं है। इस अंतिम प्रणाली में भूमि के माध्यम से एक प्रतिगमन विद्युत धारा, भूमि टर्मिनल इलेक्ट्रोड्स के बीच एक दूसरे चालक के रूप में ग्राउंड या भूमि का उपयोग करते हुए, का उपयोग किया जाता है। एकल-तार संचरण लाइन में किसी भी प्रकार के दूसरे चालक का कोई उपयोग नहीं होता।
इतिहास
1780 के दशक की प्रारंभ में लुइगी गैलवानी ने पहली बार मेंढक के पैरों को झटकने में स्थैतिक विद्युत के प्रभाव को देखा, और एक पूर्ण परिपथ को सम्मिलित करने वाले कुछ धातुगत संपर्कों के साथ मेंढक के साथ होने वाले एक ही प्रभाव को देखा। बाद के प्रभाव को अलेक्जेंडर वोल्टा ने उचित रूप से एक विद्युत प्रवाह के रूप में समझा था जो अनजाने में एक वोल्टाइक सेल (बैटरी) के रूप में जाना जाने लगा। उन्होंने समझा कि इस तरह के धारा को विद्युत के संचालन के लिए एक पूर्ण परिपथ की आवश्यकता होती है, हालाँकि विद्युत धाराओं की वास्तविक प्रकृति बिल्कुल भी समझ में नहीं आई थी (केवल एक सदी बाद इलेक्ट्रॉन की खोज की जाएगी)। विद्युत मोटरों, लाइटों आदि के बाद के सभी विकास एक पूर्ण परिपथ के सिद्धांत पर निर्भर थे, जिसमें सामान्यतः तारों का एक युग्म सम्मिलित होता था, लेकिन कभी-कभी दूसरे चालक के रूप में भूमि का उपयोग किया जाता था (जैसा कि वाणिज्यिक टेलीग्राफी के साथ होता है)।
19वीं सदी के अंत में, निकोला टेस्ला ने प्रदर्शित किया कि अनुनाद से जुड़े विद्युत नेटवर्क का उपयोग करके केवल एक चालक का उपयोग करके विद्युत शक्ति संचारित करना संभव है, जिसमें प्रतिगमन तार की कोई आवश्यकता नहीं है। इसे "बिना प्रतिगमन के एक तार के माध्यम से विद्युत ऊर्जा का संचरण" के रूप में कहा गया था।[1][2]
1891, 1892 और 1893 में कोलंबिया कॉलेज, एन.वाई.सी., आईईई, लंदन, फ्रैंकलिन इंस्टीट्यूट, फिलाडेल्फिया और नेशनल इलेक्ट्रिक लाइट एसोसिएशन, सेंट लुइस, यह दिखाया गया कि इलेक्ट्रिक मोटर और एकल-टर्मिनल तापदीप्त लैंप को रिटर्न तार के बिना एकल कंडक्टर के माध्यम से संचालित किया जा सकता है। हालांकि स्पष्ट रूप से एक पूर्ण परिपथ की कमी है, ऐसी टोपोलॉजी लोड की स्वधारिता और ऊर्जाह्रासी धारिता के आधार पर प्रभावी रूप से एक प्रतिगमन परिपथ प्राप्त करती है।[3][4]
इस प्रकार, उचित विमाओं की कुंडलियों को किसी मशीन से केवल एक ही आवश्यकता है कि उसके एक अंत से जोड़ा जाए, जिसमें किसी कम ई.एम.एफ. वाले मशीन से प्रमुख विद्युत लाइन से जोड़ा जा सकता है, और हालांकि मशीन का परिपथसामान्य शब्दों में संवृत नहीं होगा, फिर भी यदि एक उचित सम्बाधन प्रभाव प्राप्त किया जा सकता है तो मशीन को बर्न आउट हो सकता है। [5]
किसी मशीन को "बहिःश्याम" (बर्निंग आउट) का अंतिम संदर्भ उचित प्रतिबाधा मिलान के तहत उच्च शक्ति संचारित करने की ऐसी प्रणाली की धारिता पर जोर देना था, जैसा कि विद्युत अनुनाद के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है।
सिद्धांत
इस अवलोकन को कई बार पुनः खोजा गया है, और उदाहरण के लिए, 1993 के एक पेटेंट में इसका वर्णन किया गया है।[6] इस अर्थ में एकल-तार संचरण प्रत्यक्ष धारा का उपयोग करके संभव नहीं है और मानक 50-60 हर्ट्ज विद्युत लाइन आवृत्तियों जैसे कम आवृत्ति वाली प्रत्यावर्ती धाराओं के लिए पूरी तरह से अव्यावहारिक है। हालाँकि, बहुत अधिक आवृत्तियों पर, प्रतिगमन परिपथ (जो सामान्यतः दूसरे तार के माध्यम से जुड़ा होगा) के लिए एक बड़े प्रवाहकीय वस्तु के स्वयं और ऊर्जाह्रासी धारिता का उपयोग करना संभव है, शायद लोड का आवास। यद्यपि सामान्य शब्दों में भी बड़े वस्तुओं की स्व-धारिता बहुत ही कम होती है, जैसा कि टेस्ला खुद भी समझते थे, यह संभव है कि पर्याप्त बड़े प्रेरक का उपयोग करके उस धारिता को अनुनाद किया जा सकता है (उपयोग की गई आवृत्ति के आधार पर), जिसके फलस्वरूप उस धारिता का बड़ा प्रतिघात समाप्त हो जाता है। इससे एक बड़ी विद्युत धारा को प्रवाहित करने (और उपभोक्ति को विद्युत शक्ति प्रदान करने) के लिए एक अत्यंत उच्च वोल्टेज स्रोत की आवश्यकता नहीं होती है। हालांकि इस विद्युत शक्ति प्रेषण के इस तरीके को कुछ समय से समझा जाता है, लेकिन यह अब तक यह स्पष्ट नहीं है कि इस सिद्धांत का विद्युत शक्ति प्रेषण के लिए किसी वाणिज्यिक अनुप्रयोग का किया गया हो।
एकल चालक वेवगाइड
1899 की प्रारंभ में, अर्नोल्ड सोमरफेल्ड ने एक पेपर[7] प्रकाशित किया था जिसमें पृष्ठीय तरंग के रूप में रेडियो आवृत्ति ऊर्जा को प्रसारित करने के लिए एकल बेलनाकार चालक (तार) के उपयोग की भविष्यवाणी की गई थी। सोमरफेल्ड की "वायर वेव" एक प्रसारण मोड के रूप में सिद्धांतिक रूप से रुचिकर रही थी, लेकिन इस प्रकार की प्रयोगशीलता के लिए पर्याप्त उच्च रेडियो आवृत्ति की ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए तकनीक का अस्तित्व था, जैसे कि इसका कोई ऐसा प्रयोग, और विशेषकर वास्तविक अनुप्रयोग, के लिए। इसके अतिरिक्त, समाधान में युग्मन ऊर्जा पर (या बाहर) विचार किए बिना एक अनंत संचरण लाइन का वर्णन किया गया है।
हालाँकि, विशेष रूप से व्यावहारिक रुचि, समाक्षीय केबल के केंद्र चालक के रूप में उसी तार का उपयोग करने की तुलना में काफी कम सिग्नल क्षीणन की भविष्यवाणी थी। एक तार के माध्यम से शास्त्रीय धारा के कारण होने वाली पूर्ण संचारित शक्ति की पिछली व्याख्या के विपरीत, इस मामले में चालक में धाराएं स्वयं बहुत छोटी होती हैं, जिसमें ऊर्जा विद्युत चुम्बकीय तरंग (रेडियो तरंग) के रूप में प्रसारित होती है। लेकिन इस मामले में, तार की उपस्थिति उस तरंग को दूर जाने के बजाय भार की ओर निर्देशित करने का काम करती है।
कॉक्स (या अन्य दो-तार संचरण लाइनों) का उपयोग करने की तुलना में ओमिक हानियों में कमी विशेष रूप से उच्च आवृत्तियों पर एक फायदा है जहां ये नुकसान बहुत बड़े हो जाते हैं। व्यावहारिक रूप से कहें तो, तार के चारों ओर बहुत विस्तारित फ़ील्ड पैटर्न के कारण माइक्रोवेव आवृत्तियों के नीचे इस संचरण मोड का उपयोग बहुत समस्याग्रस्त है। चालक के साथ पृष्ठीय तरंग से जुड़े क्षेत्र कई चालक व्यास के लिए महत्वपूर्ण हैं, इसलिए इन क्षेत्रों में अनजाने में मौजूद धातु या यहां तक कि ढांकता हुआ सामग्री मोड के प्रसार को विकृत कर देगी और सामान्यतः प्रसार हानि में वृद्धि करेगी। यद्यपि अनुप्रस्थ दिशा में इस आयाम पर कोई तरंग दैर्ध्य निर्भरता नहीं है, प्रसार की दिशा में प्रसार मोड का पूरी तरह से समर्थन करने के लिए चालक लंबाई की न्यूनतम एक आधी तरंग होना आवश्यक है। इन कारणों से, और लगभग 1950 से पहले उपलब्ध आवृत्तियों पर, इस तरह के संचरण के व्यावहारिक नुकसान तार की सीमित चालकता के कारण कम हुए नुकसान से पूरी तरह से अधिक थे।
गौबाउ लाइन
1950 में जॉर्ज गौबाउ ने तार के साथ पृष्ठीय तरंग मोड की सोमरफेल्ड की खोज पर पुनरीक्षित या पुनः गौर किया, लेकिन इसकी यथार्थता बढ़ाने के उद्देश्य से।[8] एक प्रमुख लक्ष्य चालक के आस-पास के क्षेत्रों की सीमा को कम करना था ताकि ऐसे तार को अनुचित रूप से बड़ी निकासी की आवश्यकता न हो। दूसरी समस्या यह थी कि सोमरफेल्ड की तरंग बिल्कुल प्रकाश की गति (या हवा से घिरे तार के लिए हवा में प्रकाश की थोड़ी कम गति) पर फैलती थी। इसका अर्थ था कि विकिरण का नुकसान होगा। सीधा तार एक लंबे तार वाले एंटीना के रूप में कार्य करता है, जो निर्देशित मोड से विकिरणित शक्ति को छीन लेता है। यदि प्रसार वेग को प्रकाश की गति से कम किया जा सकता है तो आसपास के क्षेत्र अप्रचलित हो जाते हैं, और इस प्रकार तार के आसपास के क्षेत्र से दूर ऊर्जा का प्रसार करने में असमर्थ होते हैं।
गौबाउ ने एक तार के लाभकारी प्रभाव की जांच की जिसकी सतह संरचित है (एक यथार्थ सिलेंडर के बजाय) जैसे कि एक थ्रेडेड तार का उपयोग करके प्राप्त की जाएगी। अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि गौबाउ ने तार के चारों ओर एक ढांकता हुआ परत लगाने का प्रस्ताव रखा। यहां तक कि एक ढांकता हुआ की एक पतली परत (तरंग दैर्ध्य के सापेक्ष) प्रकाश की गति से नीचे प्रसार वेग को पर्याप्त रूप से कम कर देगी, जिससे एक लंबे सीधे तार की सतह के साथ पृष्ठीय तरंग से विकिरण हानि समाप्त हो जाएगी। इस संशोधन से तार के आस-पास के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र के पदचिह्न को काफी हद तक कम करने में भी मदद मिली, जिससे अन्य व्यावहारिक चिंताएं दूर हो गईं।[9]
अंत में, गौबाउ ने ऐसी संचरण लाइन से विद्युत ऊर्जा लॉन्च करने (और प्राप्त करने) के लिए एक विधि का आविष्कार किया। पेटेंटेड[10] गौबाउ लाइन (या "जी-लाइन") में ढांकता हुआ सामग्री से लेपित एक एकल चालक होता है। प्रत्येक सिरे पर बीच में एक छेद वाली एक चौड़ी डिस्क होती है जिससे होकर संचरण लाइन गुजरती है। डिस्क एक शंकु का आधार हो सकती है, जिसका संकीर्ण सिरा सामान्यतः समाक्षीय फ़ीड लाइन की ढाल से जुड़ा होता है, और संचरण लाइन स्वयं समाक्ष के केंद्र चालक से जुड़ती है।
गौबाउ के डिजाइन में आसपास के क्षेत्रों की कम सीमा के साथ भी, ऐसा उपकरण केवल यूएचएफ आवृत्तियों और उससे ऊपर पर व्यावहारिक हो जाता है। टेराहर्ट्ज़ आवृत्तियों पर तकनीकी विकास के साथ, जहां धात्विक हानि अभी भी अधिक है, पृष्ठीय तरंगों और गौबाउ लाइनों का उपयोग करके संचरण का उपयोग आशाजनक प्रतीत होता है।[11]
ई-लाइन
2003 से 2008 तक सोमरफेल्ड के मूल अरक्षित (बिना लेपित) तार का उपयोग करने वाले प्रणाली के लिए पेटेंट दायर किए गए थे, लेकिन गौबाउ द्वारा विकसित लॉन्चर के समान एक लॉन्चर का उपयोग किया गया था।[12][13] 2009 तक इसे "ई-लाइन" नाम से प्रचारित किया गया।[14] यह रेखा पूरी तरह से गैर-विकिरणकारी होने का दावा किया जाता है, जो पहले से नजरअंदाज की गई अनुप्रस्थ-चुंबकीय (टीएम) तरंग द्वारा ऊर्जा का प्रसार करती है। इच्छित अनुप्रयोग संचार प्रयोजनों के लिए विद्यमान विद्युत लाइनों का उपयोग करते हुए उच्च सूचना दर चैनल है।[15]
यह भी देखें
- विद्युत लाइन संचार
- एकल-तार भू निवर्तन
- पृष्ठीय तरंग
संदर्भ
- ↑ "Why did Tesla make his coil in the first place?", 21st Century Books.
- ↑ Nikola Tesla, Talking with the Planets". Collier's Weekly, February 19, 1901, pp. 4–5.
"Some ten years ago, I recognized the fact that to convey electric currents to a distance it was not at all necessary to employ a return wire, but that any amount of energy might be transmitted by using a single wire. I illustrated this principle by numerous experiments, which, at that time, excited considerable attention among scientific men."
- ↑ Experiments with Alternate Currents of Very High Frequency and Their Application to Methods of Artificial Illumination, American Institute of Electrical Engineers, Columbia College, N.Y., May 20, 1891.
- ↑ Experiments with Alternate Currents of High Potential and High Frequency, Institution of Electrical Engineers Address, London, February 1892.
- ↑ On Light and Other High Frequency Phenomena, Franklin Institute, Philadelphia, February 1893, and National Electric Light Association, St. Louis, March 1893.
- ↑ U.S. Patent 6,104,107, "Method and apparatus for single line electrical transmission". Avramenko, et al.
- ↑ A. Sommerfeld, Ann. Phys. u. Chemie (Neue Folge) 67-1, 233 (1899)
- ↑ Georg Goubau, "Surface waves and their Application to Transmission Lines," Journal of Applied Physics, Volume 21, Nov. (1950)
- ↑ U.S. Patent 2,685,068, "Surface wave transmission line". George J. E. Goubau
- ↑ U.S. Patent 2,921,277, "Launching and receiving of surface waves". George J. E. Goubau
- ↑ Tahsin Akalin, "Single-wire transmission lines at terahertz frequencies", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques (IEEE-MTT), Volume 54, Issue 6, June 2006 Page(s): 2762 - 2767
- ↑ U.S. Patent 7,009,471, "Method and apparatus for launching a surfacewave onto a single conductor transmission line using a slotted flared cone". Glenn E. Elmore
- ↑ U.S. Patent 7,567,154, " Surface wave transmission system over a single conductor having E-fields terminating along the conductor " Glenn E. Elmore
- ↑ "ई-रेखा". Corridor Systems Inc. 2010. Retrieved November 6, 2013.
- ↑ Glenn Elmore (July 27, 2009). "एकल कंडक्टर पर प्रचारित टीएम तरंग का परिचय" (PDF). Corridor Systems. Retrieved November 6, 2013.
