एकल-तार संचरण लाइन
एकल-तार ट्रांसमिशन लाइन (या एकल तार प्रक्रिया) एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें केवल एक विद्युत चालक का प्रयोग करके विद्युत शक्ति या सिग्नल्स को ट्रांसमिट करने का तरीका होता है। इसका यह मतलब है कि एक पूर्ण सर्किट प्रदान करने के लिए सामान्य रूप से एक जोड़ी तारों का उपयोग करने के विरुद्ध है, या एक विद्युत केबल जिसमें उस उद्देश्य के लिए (कम से कम) दो चालक होते हैं, का उपयोग करने के बजाय होता है।
एकल-तार ट्रांसमिशन लाइन उसी तरह नहीं है जैसा कि एकल-तार पृथ्वी रिटर्न सिस्टम होता है, जो इस लेख में शामिल नहीं है। इस अंतिम सिस्टम में भूमि के माध्यम से एक वापसी विद्युत धारा का उपयोग किया जाता है, भूमि टर्मिनल इलेक्ट्रोड्स के बीच एक दूसरे चालक के रूप में ग्राउंड का उपयोग करते हुए। एकल-तार ट्रांसमिशन लाइन में किसी भी प्रकार के दूसरे चालक का कोई उपयोग नहीं होता।
इतिहास
1780 के दशक में, लुइगी गैलवानी ने पहली बार फ्रॉग की पैरों को झटकने के लिए स्थैतिक विद्युत के प्रभाव को देखा और एक पूर्ण सर्किट को शामिल करने वाले कुछ धातुगत संपर्कों के साथ फ्रॉग के साथ होने वाले एक ही प्रभाव को देखा। बाद के प्रभाव को अलेक्जेंडर वोल्टा ने सही ढंग 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 करंट को बिजली के संचालन के लिए एक पूर्ण सर्किट की आवश्यकता होती है, भले ही विद्युत धाराओं की वास्तविक प्रकृति बिल्कुल भी समझ में नहीं आती थी (केवल एक सदी बाद इलेक्ट्रॉन की खोज की जाएगी)। विद्युत मोटरों, लाइटों आदि के बाद के सभी विकास एक पूर्ण सर्किट के सिद्धांत पर निर्भर थे, जिसमें आम तौर पर तारों की एक जोड़ी शामिल होती थी, लेकिन कभी-कभी दूसरे कंडक्टर के रूप में जमीन 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 कंडक्टर का उपयोग करके विद्युत शक्ति संचारित करना संभव है, जिसमें रिटर्न तार की कोई आवश्यकता नहीं है। इसे "बिना वापसी 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, न्यूयॉर्क सिटी (Columbia College, N.Y.C.), लंदन की आईईई (IEE), फिलाडेल्फिया के फ्रैंकलिन इंस्टीट्यूट (Franklin Institute), और सेंट लुईस के नेशनल इलेक्ट्रिक लाइट एसोसिएशन (National Electric Light Association) के सामने विद्युत पलटक द्वारा प्रदर्शन व्याख्यानों के दौरान दिखाया गया कि विद्युत मोटर और एक-टर्मिनल इंकँडेसेंट लैम्प को बिना वापसी तार के एक ही कंडक्टर के माध्यम से प्रचालित किया जा सकता है। हालांकि स्पष्ट रूप से एक पूर्ण सर्किट की कमी है, ऐसी टोपोलॉजी लोड की स्व-समाई और परजीवी क्षमता के आधार पर प्रभावी ढंग से एक रिटर्न सर्किट प्राप्त करती है।[3][4]
इस प्रकार, उचित आयामों की कोइलों को किसी मशीन से केवल एक ही आवश्यकता है कि उसके एक अंत से जोड़ा जाए, जिसमें किसी कम E. M. F. वाले मशीन से प्रमुख बिजली लाइन से जोड़ा जा सकता है, और हालांकि मशीन का सर्किट सामान्य शब्दों में बंद नहीं होगा, फिर भी अगर एक उचित सम्बाधन प्रभाव प्राप्त किया जा सकता है तो मशीन को बर्न आउट हो सकता है। [5]
किसी मशीन को "जलने" का अंतिम संदर्भ उचित प्रतिबाधा मिलान के तहत बड़ी शक्ति संचारित करने की ऐसी प्रणाली की क्षमता 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 बिजली लाइन आवृत्तियों जैसे कम आवृत्ति वाली प्रत्यावर्ती धाराओं के लिए पूरी तरह से अव्यावहारिक है। हालाँकि, बहुत अधिक आवृत्तियों पर, रिटर्न सर्किट (जो आम तौर पर दूसरे तार के माध्यम से जुड़ा होगा) के लिए एक बड़े प्रवाहकीय वस्तु के स्वयं और परजीवी समाई का उपयोग करना संभव है, शायद लोड का आवास। यद्यपि सामान्य शब्दों में भी बड़े वस्तुओं की स्व-कैपेसिटेंस बहुत ही कम होती है, जैसा कि टेस्ला खुद भी समझते थे, यह संभव है कि एक पर्याप्त बड़े इंडक्टर का उपयोग करके उस कैपेसिटेंस को रिसोनेट किया जा सकता है (उपयोग की गई फ़्रीक्वेंसी के आधार पर), जिसके फलस्वरूप उस कैपेसिटेंस का बड़ा रिएक्टेंस 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 काफी 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 कंडक्टर वेवगाइड
1899 की शुरुआत में, अर्नोल्ड सोमरफेल्ड ने एक पेपर[7] प्रकाशित किया था जिसमें सतह तरंग के रूप में रेडियो फ्रीक्वेंसी ऊर्जा को प्रसारित करने के लिए एक एकल बेलनाकार कंडक्टर (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 फ्रीक्वेंसी की ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए तकनीक का अस्तित्व था, जैसे कि इसका कोई ऐसा प्रयोग, और विशेषकर वास्तविक अनुप्रयोग, के लिए। इसके अलावा, समाधान ने इसे (या इससे बाहर) ऊर्जा को कपलिंग करने के बिना बिना सीमित प्रेषण लाइन के रूप में बयान किया था।
हालाँकि, विशेष रूप से व्यावहारिक रुचि, एक समाक्षीय केबल के केंद्र कंडक्टर 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 कंडक्टर 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 ट्रांसमिशन 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 ट्रांसमिशन मोड का उपयोग बहुत समस्याग्रस्त है। कंडक्टर के साथ सतह तरंग से जुड़े क्षेत्र कई कंडक्टर 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 आम तौर पर 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 कंडक्टर 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 सोमरफेल्ड की एक तार के साथ सतह तरंग मोड की खोज पर दोबारा गौर किया, लेकिन इसकी व्यावहारिकता बढ़ाने के इरादे से।[8] एक प्रमुख लक्ष्य कंडक्टर के आस-पास के क्षेत्रों की सीमा को कम करना था ताकि ऐसे तार को अनुचित रूप से बड़ी मंजूरी 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 मतलब 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 सटीक 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 सतह 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 ट्रांसमिशन 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 कंडक्टर होता है। प्रत्येक सिरे पर बीच में एक छेद वाली एक चौड़ी डिस्क होती है जिससे होकर ट्रांसमिशन लाइन गुजरती है। डिस्क एक शंकु का आधार हो सकती है, जिसका संकीर्ण सिरा आमतौर पर समाक्षीय फ़ीड लाइन की ढाल से जुड़ा होता है, और ट्रांसमिशन लाइन स्वयं समाक्ष के केंद्र कंडक्टर 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, सतह तरंगों और गौबाउ लाइनों का उपयोग करके संचरण का उपयोग आशाजनक प्रतीत होता है।[11]
ई-लाइन
2003 से 2008 तक सोमरफेल्ड के मूल नंगे (बिना लेपित) तार का उपयोग करने वाले सिस्टम 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 मौजूदा विद्युत लाइनों का उपयोग करते हुए उच्च सूचना दर चैनल है।[15]
यह भी देखें
- विद्युत लाइन संचार
- सिंगल-वायर अर्थ रिटर्न
- सतह 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.
