Электризуемые заграждения неконтактного принципа действия. — Как сделать самому?

Современный рынокспециальной техники нуждается не только всредствах обнаружения и контроля, но и всредствах воздействия на обнаруженный объект. Вкачестве одного из таких средств предлагаетсяиспользовать электризуемые заграждения, имеющиебогатую историю. В предлагаемой статьерассмотрен принцип работы электризуемогозаграждения неконтактного с биообъектомпринципа действия.

В последние годы становитсявсе более очевидным разрыв между развитиемсредств обнаружения и средств воздействия(поражения) на обнаруженный объект. Этообусловлено рядом причин. Одной из них являетсязатруднение в регулировании степени воздействияна биообъект (БО) различными средствами, повышающее вероятность летального исхода врезультате такого воздействия. Учитывая, чтопоследний не является желательным, многиесредства остаются невостребованными. Другаяпричина – вполне справедливые ограничения, вводимые законодательством.

Одним из средств воздействия, не имеющим этих недостатков, являютсяэлектризуемые заграждения (ЭЗ). С простейшимивидами ЭЗ, такими как электропастухи иэлектрошоки, многие знакомы достаточно давно.

Принцип работы ЭЗ представленна простейшей однополюсной схеме (рис. 1).

 

1 – источник электрической энергии;
2 – кабельная сеть;
3 – линейная часть;
4 – заземлитель.

Рис. 1. Принципиальнаясхема однополюсного электризуемого заграждения

В общем виде ЭЗ включаетследующие основные элементы: источникэлектрической энергии; кабельную сеть; линейнуючасть; заземлитель. Один из выводов источникаэлектрической энергии (ИЭЭ) этого простейшего ЭЗзаземлен, другой подключен к линейной части. Объект воздействия, прикоснувшись какой-либочастью тела к линейной части, оказывается подвоздействием фазного напряжения.

Первое упоминание о боевомприменении ЭЗ относится ко времени обороныкрепости Порт-Артур в период русско-японскойвойны начала века. Например, при четвертом штурменочью 26 ноября 1904 года японцы потеряли убитыми 780солдат, из них 150 сгорели на электрическойизгороди. Это ЭЗ включало в себя:

  • линейную часть ЭЗ в виде медной неизолированной проволоки, закрепленной на деревянных столбах различной высоты через фарфоровые изоляторы;
  • источник энергии, которым являлась центральная электростанция, расположенная в тылу и имевшая генератор на 3000 В;
  • трансформатор для питания каждого из четырех участков линейной части. Этот трансформатор устанавливался недалеко от электростанции и передавал напряжение на другие трансформаторы, расположенные вблизи линейной части. Они повышали это напряжение до 3000 В и питали свои участки. Такая установка позволяла не использовать высоковольтные кабели для питания линейной части.

В период Первой Мировой войныприменялись ЭЗ аналогичного устройства, что и вовремя русско-японской войны. Кроме того былиразработаны особые типы заграждений – сеть“Вулкан”, низко расположенный “Спотыкач”.Делались попытки электризации полос земли ивыбросов электризуемых тросов с помощьюгранатометов и минометов.

В течение всего столетия шламасштабная разработка и усовершенствование ЭЗ. Врезультате, современные ЭЗ, состоящие навооружении в Российской армии, имеют ряд такихположительных отличий от первых образцов как:

  • незначительное потребление энергии, способность функционировать от источника энергии малой мощности;
  • возможность достаточно точно регулировать степень воздействия на биообъект на уровне поражающего и отталкивающего эффектов, относительно малые габариты, позволяющие уменьшить затраты на перевозку, сократить время на развертывание;
  • простота в обслуживании и эксплуатации;
  • невысокая стоимость относительно других видов инженерных заграждений.
Читайте также:  Комплексное решение для Ethernet сети доступа и магистрали - Как сделать самому?

Однако не все так просто. Как вдревние времена за изобретением мечапоследовало изобретение щита, так и следом заизобретением ЭЗ последовали разработки средстви способов их преодоления и нейтрализации. Еще вовремена зарождения ЭЗ был известен способзакорачивания линейной части металлическимишестами. При этом не только появлялся участок ЭЗ, который можно преодолеть, но и существенновозрастало энергопотребление.

Во время Второй Мировой войныиспользовались специальные комплекты дляпроделывания проходов и преодоления ЭЗ. Немалопроблем всегда возникало из-за трупов вражескихсолдат, оставшихся на линейной части посленеудачных атак. Они создавали режим, близкий ккороткому замыканию. В силу вышесказанного внастоящее время назрела необходимостьразработки ЭЗ, для которого известные внастоящее время способы и средства преодоленияне являются “щитом”. Кроме того, актуальнымявляется разработка ЭЗ, воздействующих напротивника бесконтактно, на расстоянии. Работыпо созданию такого заграждения ведутся вВоенно-инженерном университете.

В основе принципа работыбесконтактного электризуемого заграждения (БЭЗ)лежит явление резонанса напряжений. Это широкоизвестное в электротехнике явление замечательнотем, что в цепи, содержащей последовательносоединенные сопротивление, индуктивность, емкость в режиме резонанса напряжение нареактивных элементах значительно превосходитнапряжение, вырабатываемое ИЭЭ.

Биообъект, являющийся хоть ине идеальным, но проводником, и проводящаялинейная часть (ЛЧ) представляют собой не чтоиное, как обкладки конденсатора, разделенныемежду собой слоем диэлектрика (воздуха). Такимобразом конденсатором в этой цепи являетсясистема БО – воздух – ЛЧ.

Расчетная электрическая схемавоздействия БЭЗ на БО представлена на рис. 2.Характеристики элементов расчетнойэлектрической схемы воздействия БЭЗ набиообъект даны в таблице.

Е – источник электроэнергии, вырабатывающий гармонические колебания требуемого напряжения и частоты;
L – катушка индуктивности, подключенная последовательно с линейным проводником;
RL – активное сопротивление катушки индуктивности;
Слч-бо – емкость между ЛЧ и внутренними проводящими тканями тела БО;
Rлч-бо – сопротивление между ЛЧ и внутренними проводящими тканями тела БО;
Rвн – внутреннее сопротивление тела БО;
Сбо-зем – емкость между внутренними проводящими тканями тела БО и землей;
Rбо-зем – сопротивление между внутренними проводящими тканями тела БО и землей (включает в себя сопротивление внешних покровов (кожи) БО и обуви (для человека)).

Рис.2. Расчетнаяэлектрическая схема воздействия бесконтактногоэлектризуемого заграждения на биообъект.

Таблица: Характеристикиэлементов расчетной электрической схемывоздействия бесконтактного электризуемогозаграждения на биообъект

Наименование элемента

Характеризующий параметр

Ед. изм

Числ. значение

Факторы, определяющие численное значение параметров

Источник электроэнергии, вырабатывающий гармонические колебания требуемого напряжения и частоты

Полная потребляемая мощность на ед. длины ЛЧ, S/м

Выходные:
— частота, f
— напряжение, U

ВА/м

кГц
В

до 4

80-200
5-300

— электрические параметры внешней среды:

-относительнаядиэлектрическая проницаемость;

-удельная проводимость;

— конструктивные параметры ЛЧ;

— требования к добротности резонансного контура;

— возможности элементной базы.

Катушка индуктивности, подключенная последовательно с линейным проводником

Индуктивность, L

Активное сопротивление, RL

Гн

Ом

0,5-4

до 100

— при изменении параметров среды должно обеспечиваться условие:

L=1/2p f Cэкв, где

Cэкв — эквивалентная емкость схемы;

— минимизация значения активного сопротивления для увеличения значения падения напряжения на БО.

Емкость между ЛЧ и внутренними проводящими тканями тела БО

Емкость,
Слч-бо

Ф 10-10-10-12

— конструктивные параметры ЛЧ;

-относительная диэлектрическая проницаемость внешней среды;

— расстояние между ЛЧ и БО;

— габаритные размеры БО;

— способ продвижения БО.

Сопротивление между ЛЧ и внутренними проводящими тканями тела БО

Активное сопротивление,

Rлч-бо

Ом

до
нескольких
ГОм

— конструктивные параметры ЛЧ;

— удельная электрическая проводимость внешней среды;

— расстояние между ЛЧ и БО;

— габаритные размеры БО;

— способ продвижения БО к ЛЧ.

Внутреннее сопротивление тела БО

Активное сопротивление,
Rвн

Ом

до 1000

— физиологические особенности данного БО.

Емкость между внутренними проводящими тканями тела БО и землей

Емкость,
Сбо-зем

Ф

10-7-10-11

-относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрической прослойки между БО и землей(кожа, обувь и т. д.);

— ширина диэлектрической прослойки между БО и землей;

— габаритные размеры БО;

— способ продвижения БО к ЛЧ.

Сопротивление между внутренними проводящими тканями тела БО и землей (включает в себя сопротивление внешних покровов (кожи) БО и обуви(для человека)).

Активное сопротивление,
Rбо-зем

Ом

до 5000

-удельная электрическая проводимость диэлектрической прослойки между БО и землей(кожа, обувь и т. д.);

— расстояние между БО и землей;

— габаритные размеры БО;

— способ продвижения БО к ЛЧ.

Сопротивление заземления

Активное сопротивление,
Rзаз

Ом

до 25

-площадь контакта заземлителя с грунтом;

— удельное электрическое сопротивление грунта.

Из схемы замещения очевидно, что изменением значений индуктивности, емкостиили частоты может быть достигнуто явлениерезонанса напряжений.

Проводимый в лабораторныхусловиях эксперимент подтвердилработоспособность установки. При использованиималомощного низковольтного генераторагармонических колебаний(Uвых Ј 15 В, f=0 – 200 Гц) черезиндуктивность L был запитан оголенный проводник, являющийся ЛЧ. Объекты исследований, даже непочуствовавшие воздействие на них напряженияпри непосредственном прикосновении к выходамгенератора, констатировали воздействие науровне ощущений при нахождении на определенномрасстоянии от ЛЧ.

Как показали проведенныеисследования, данное заграждение, кромевозможности дистанционного воздействия, обладает еще одним преимуществом надтрадиционным ЭЗ: при закорачивании линейнойчасти на землю наблюдается эффект не увеличения, а уменьшения тока в ЛЧ. Связано это с тем, что пришунтировании емкости C система выходит из режимарезонанса, вследствие чего реактивное исобственное эквивалентное сопротивлениеувеличиваются, ток и потребляемая мощностьуменьшаются. Этот эффект целесообразноиспользовать для регистрации попыткипреодоления ЭЗ. При изолированной ЛЧ попытказакорачивания приводит лишь к увеличениюемкости системы и, следовательно, необходимостиее подстройки до режима резонанса.

Предлагаемое заграждениесможет работать в нескольких режимах:

1. При работе вохранном режиме бесконтактное электризуемоезаграждение функционирует, как охраннаясигнализация;

2. Вохранно-отталкивающем режиме при приближениинарушителя на пульт управления подается сигнал онарушении, а на нарушителя оказываетсявоздействие, не приводящее к летальному исходу;

3. Вохранно-поражающем так же идет сигнал на пульт, но нарушитель получает смертельное воздействие;

4. В отталкивающемрежиме на нарушителя оказывается воздействиедостаточное для того, чтобы отбить охоту идтидальше, но недостаточное для наступлениялетального исхода;

5. Любая попыткапреодоления в режиме поражения влечет за собойлетальный исход.

Исходя из возможных режимовработы, очевидны области применениябесконтактного электризуемого заграждения. Первый-третий режим целесообразно применить припостоянном нахождении обслуживающего персоналау пульта управления. Например: охранагосударственной границы, охрана важныхгосударственных объектов, охрана зданий ипомещений.

Четвертый и пятый рассчитанына применение без постоянного присутствияличного состава.

По предварительным оценкамэнергозатраты БЭЗ, разработанного по данномупринципу, составят не более 4 кВт на 1 км в режимепоражения, и до 100 Вт в режиме ожидания, призначительном превосходстве над существующимиобразцами по массо-габаритным показателям. Оченьпростая, доступная и удобная в установке ЛЧпозволит значительно сократить средства наоборудование открытых, после распада СССР, границ России. Простой и надежный комплект БЭЗможет стать надежным средством защиты какличного состава силовых структур в зонахвооруженных конфликтов, так исельскохозяйственных пастбищ.

Удинцев Дмитрий Николаевич, кандидат технических наук

Предоставлено журналом «Специальная техника»

Не жмись, лайкни!



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Подробнее в Сети, автоматизация, безопасность, связь
Экскурсия в самый дорогой «умный дом» в мире — Как сделать самому?

Наверное, любому человеку хотелось бы жить в доме, где окна открываются навстречу солнечным лучам, двери распахиваются, как только хозяин окажется...

Экономим с умным домом — Как сделать самому?

Комфорт, красота, безопасность, экономия - вот основные критерии, которыми большинство из нас руководствуется, организовывая свое жилище. С появлением интеллектуальных систем...

Экономическая целесообразность внедрения систем комплексного управления зданиями — Как сделать самому?

Инвестор, рассматривающий предложение по оснащению строящегося здания инженерными системами сверх необходимого минимума, задается естественным вопросом: "зачем мне это нужно?". Фактически,...

Двухматричная телевизионная камера для наблюдения в условиях сложного освещения: новое решение — Как сделать самому?

В первом номере журнала “Специальная техника” за 2006 г. была опубликована статья “Возможностипостроения охранной телевизионной камеры для наблюдения в условиях...

Дом с интеллектом — Как сделать самому?

Современные элементы управления инженерными системами Сегодня квартиры и коттеджи представляют собой сложный комплекс инженерных систем и всевозможного оборудования, требующий квалифицированной...

Закрыть