Способ утилизации энергии молний и устройство для его осуществления



Способ утилизации энергии молний и устройство для его осуществления
Способ утилизации энергии молний и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2415520:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" (RU)

Изобретение относится к области утилизации энергии молнии и может быть использовано для защиты поверхности Земли от попадания грозовых разрядов. Сущность: улавливают, отводят и утилизируют электрическую энергию молнии при помощи устройства, содержащего группу молниеприемников, электрически соединенных с токоотводом, присоединенным к средству заземления, и средство отбора энергии молнии на общей накопительной емкости Сн. При этом каждый молниеприемник выполнен в виде подвешенных над землей стоек на изоляторах металлической сетки. Токоотвод выполнен в виде колебательного контура из двух или более каналов - токоотводов с параллельным включением каналов. Каналы токоотвода выполнены из токопроводящих последовательно соединенных каскадов в каждом канале. Каждый каскад выполнен из трехзвенных резонансных LC-фильтров, соединенных между собой общей индуктивной связью, образованной из последовательно соединенных трех или более обмоток дросселя. На выходе каждого каскада подключен мостовой выпрямитель. Выходы мостовых выпрямителей первого и второго каналов соединены между собой параллельно и подключены к общей накопительной емкости Сн. «Плюсовые» выходы мостовых выпрямителей через выпрямительные диоды подключены к пластине общей накопительной емкости Сн, а «минусовые» выходы подключены к другой пластине общей накопительной емкости Сн. Выход общей накопительной емкости Сн подключен к технике потребителя. В процессе реализации способа дополнительно инициируют разряды молнии посредством, например, лазерных излучателей. Технический результат: повышение эффективности утилизации энергии молнии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретения относятся к геофизике, преимущественно к способам и устройствам для утилизации энергии молнии, в частности к технике защиты поверхности Земли от попадания отрицательных зарядов грозовых разрядов в районах с большой грозовой активностью.

Предлагаемое устройство для осуществления заявляемого способа относится к электроэнергетике, в частности к средствам защиты объектов от атмосферных перенапряжений и технике получения электрической энергии альтернативными способами, за счет накапливания энергии разрядов молний в заявляемых устройствах при установке их в эпицентрах с высокой грозовой активностью. То есть предлагаемые способ и устройство позволяют производить утилизацию энергии зарядов молнии для использования как самого дешевого источника электрической энергии.

Уровень техники

Известно устройство для утилизации и полезного использования природного электричества в виде молниеотвода, содержащее молниеприемник, опоры для его закрепления и токоотвод, электрически соединенный с молниеприемником, а также электрически соединенный с ним заземлитель, размещенный в грунте. Кроме того, устройство содержит электрический разрядник, емкость в токоотводе, полезная электрическая нагрузка, накопитель энергии природного электричества, см. RU 70069, H05F 3/02, 2008.01.10.

Однако заявленные в устройстве элементы затрудняют улавливание и сбора электрической энергии грозовых облаков.

Известно устройство активной молниезащиты и отбора энергии молнии, содержащее трубу-молниеприемник, электрически соединенную с одним концом, обмотки параллельного колебательного контура из индуктивности и емкости (LC), другой конец которой заземлен к средству заземления объекта.

Колебательный контур выполнен из первичной обмотки трансформатора, а емкость сформирована из токопроводящей трубы и стенок стакана с токопроводящим покрытием и при этом разряд молнии на трубу инициируется протяженным оптическим пробоем с помощью лазера, см. патент RU 2277744, Н02Н 3/22, 2004.02.26.

Однако энергия снимается со второй обмотки трансформатора и используется для питания всех систем устройства, и только часть ее может передаваться потребителям.

Таким образом, известные способ и устройства не обеспечивают достаточную утилизацию электрической энергии грозовых облаков.

Технический результат, на достижение которого направлены заявляемые изобретения, заключается в повышении эффективности улавливания, сбора электрической энергии грозовых облаков в районах с большой грозовой активностью.

Способ утилизации энергии молний заключается в улавливании зарядов молнии через молниеприемники, электрически соединенные с токоотводом, заземленные через средство отбора энергии молнии, и утилизации электрической энергии молний на общей накопительной емкости Сн, при этом дополнительно инициируют разряды молнии посредством, например, лазерных излучателей, создающих зоны безэлектродного электрического пробоя воздуха для возбуждения устойчиво развивающегося лидера электрического искрового разряда молнии, а отвод энергии осуществляют через токоотвод, выполненный из резонансных контуров LC-фильтров с диодными мостами.

Устройство для утилизации энергии молнии содержит группу молниеприемников, электрически соединенных с токоотводом, выполненным в виде колебательного контура, присоединенным к средству заземления, средство отбора энергии молнии на общей накопительной емкости Сн, при этом каждый молниеприемник выполнен в виде подвешенных над землей стоек на изоляторах металлической сетки, а токоотвод выполнен из двух каналов-токоотводов или более с параллельным включением каналов, каналы токоотвода устройства выполнены из токопроводящих последовательно соединенных каскадов D в каждом канале, каждый каскад D выполнен из трехзвенных резонансных LC-фильтров, соединенных между собой общей индуктивной связью, образованной из последовательно соединенных трех или более обмоток дросселя, на выходе каждого каскада подключен мостовой выпрямитель, при этом выходы мостовых выпрямителей V1-V3 и V4-V6 первого и второго каналов соединены между собой параллельно и подключены к общей накопительной емкости Сн, «плюсовые» выходы V1-V3 и V4-V6 через выпрямительные диоды VD подключены к пластине общей накопительной емкости Сн, а «минусовые» выходы подключены к другой пластине общей накопительной емкости Сн, выход общей накопительной емкости Сн подключен к технике потребителя. На выходе общей накопительной емкости Сн может быть установлен автоматический переключатель для соединения с потребителем или сопротивлением Rн, обнуляющим накопленный заряд с Сн.

Такое выполнение заявляемого способа и устройства позволит повысить безопасность за счет использования в молниеприемнике трехзвенных резонансных LC-фильтров, поглощающих практически полностью энергию молнии. Установка заявляемого устройства в эпицентрах с высокой грозовой активностью позволит существенно ограничить прохождение разрядов молнии на поверхность земного шара. Изобретения поясняются чертежами.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема заявляемого устройства;

на фиг.2 - представлен переходной процесс в каждом каскаде.

Заявляемое устройство для утилизации энергии молнии содержит группу молниеприемников 1, электрически соединенных с токоотводом 2. Каждый молниеприемник 1 выполнен в виде подвешенной над Землей в верхней части стоек на изоляторах металлической сетки. Токоотвод выполнен двухканальным или из более чем двух соединенных параллельно из токоотводящих последовательно связанных каскадов D1-D3 и D4-D6, обеспечивающих в итоге понижение тока грозового разряда на выходе этих каскадов. Каждый каскад выполнен из трехзвенных резонансных LC-фильтров 3, соединенных между собой общей индуктивной связью. Общая индуктивная связь образована из последовательно соединенных трех обмоток дросселя D1-D6, а на выходе каждого каскада подключен соответствующий мостовой выпрямитель V1-V6. При этом выходы мостовых выпрямителей V1-V6 соединены между собой параллельно и подключены к общей накопительной емкости Сн. «Плюсовые» выходы V1-V3 и V4-V6 через выпрямительные диоды VD подключены к пластине общей накопительной емкости Сн. «Минусовые» выходы V1-V6 подключены к другой пластине Сн, выход с Сн подключен к технике потребителя. На выходе общей накопительной емкости Сн установлен автоматический переключатель 4 для соединения с потребителем или сопротивлением Rн, обнуляющим накопленный заряд с общей накопительной емкости Сн, см. фиг.1.

Возможен вариант выполнения устройства для утилизации энергии молнии, при котором устройство выполнено совместно с лазерными излучателями для инициирования разряда молнии. При этом лазерные излучатели создают цепочку зон безэлектродного электрического пробоя воздуха для возбуждения устойчиво развивающегося лидера электрического искрового разряда молнии.

Способ осуществляется следующим образом.

Установка заявляемого устройства в эпицентрах с высокой грозовой активностью позволит существенно ограничить прохождение разрядов молнии на поверхность земного шара.

При близком разряде молнии на молниеприемниках 1 концентрируются заряды, которые стекают в токоотвод 2, выполненный из двух и более параллельных каналов токоотводящих каскадов, обеспечивающих в итоге понижение тока грозового разряда на выходе этих каскадов, существенно ограничивающих прохождение разрядов молнии на поверхность земного шара. Каждый каскад выполнен из трехзвенных и более резонансных LC-фильтров 3. Значения электрических резонансных LC-фильтров выбраны такими, чтобы в контурах LC-фильтров возникали резонансы токов с максимально возможной амплитудой, см. фиг.2, где показаны ось напряжения 5, и ось времени 6, кривая изменения напряжения на выходе каскада Di-8 и прямая напряжения на Сн-7, накопленная от одного каскада. В каждом контуре должно оставаться как можно больше энергии заряда молнии, а следовательно, меньше попадать на поверхность земного шара с выходов каналов.

С целью обеспечения надежной и длительной работы устройства количество каскадов и номинальное параметры составляющих всех элементов устройства и номиналы общей накопительной емкости Сн должны соответствовать рабочим параметрам.

При этом условии, как известно из курса физики, на выходе каскадов ток заряда молнии практически равен нулю, следовательно, хотя и выход резонансных контуров и связан с Землей, заряд тока молнии на нее практически не проходит. Таким образом, по результатам экспериментов основной разряд молнии и значительная часть мощности улавливается многозвенными фильтрами каскадов в заявленном устройстве, образуя затухающий переходный процесс 8, и напряжение на общей накопительной емкости Сн (см. фиг.2). С целью развязки каскадов и более эффективного отбора энергии молнии плюсовой выход каждого каскада после выпрямительного моста подключают к общей накопительной емкости Сн через диоды VD1-VD6.

Кроме того, подключенные к их выходам диодные выпрямительные мосты V1-V6, связанные с накопительным конденсатором общей накопительной емкости Сн, обеспечивают накопление энергии зарядов молнии. Для улавливания энергии разрядов молнии разряд молнии инициируют с помощью с лазерного излучателя.

Таким образом, применение заявляемого способа и устройства в качестве средств обеспечения улавливания и сбора электрической энергии грозовых облаков позволяет значительно уменьшить попадание отрицательных зарядов на поверхность Земли.

Кроме того, заявляемое устройство можно использовать и как дешевые источники питания в районах с большой грозовой активностью.

При этом заявляемое устройство может быть выполнено совместно, например, с лазерным устройством для лучшего улавливания энергии разрядов молнии, создающим цепочку зон безэлектродного электрического пробоя воздуха для возбуждения устойчиво развивающегося лидера электрического искрового разряда молнии.

1. Способ утилизации энергии молний, включающий улавливание зарядов молнии через молниеприемники, электрически соединенные с токоотводом, заземленные через средство отбора энергии молнии, и утилизацию электрической энергии молний на общей накопительной емкости Сн, отличающийся тем, что дополнительно инициируют разряды молнии посредством, например, лазерных излучателей, создающих зоны безэлектродного электрического пробоя воздуха для возбуждения устойчиво развивающегося лидера электрического искрового разряда молнии, а отвод энергии осуществляют через токоотвод, выполненный из резонансных контуров LC-фильтров с диодными мостами.

2. Устройство для утилизации энергии молнии, содержащее группу молниеприемников, электрически соединенных с токоотводом, выполненным в виде колебательного контура, присоединенным к средству заземления, средство отбора энергии молнии на общей накопительной емкости Сн, отличающееся тем, что каждый молниеприемник выполнен в виде подвешенных над землей стоек на изоляторах металлической сетки, а токоотвод выполнен из двух каналов-токоотводов или более с параллельным включением каналов, каналы токоотвода устройства выполнены из токопроводящих последовательно соединенных каскадов D в каждом канале, каждый каскад D выполнен из трехзвенных резонансных LC-фильтров, соединенных между собой общей индуктивной связью, образованной из последовательно соединенных трех или более обмоток дросселя, и из мостового выпрямителя, подключенного на выходе каждого каскада, при этом выходы мостовых выпрямителей V1-V3 и V4-V6 первого и второго каналов соединены между собой параллельно и подключены к общей накопительной емкости Сн, плюсовые выходы V1-V3 и V4-V6 через выпрямительные диоды VD подключены к пластине общей накопительной емкости Сн, а минусовые выходы подключены к другой пластине общей накопительной емкости Сн, выход общей накопительной емкости Сн подключен к технике потребителя.

3. Устройство для утилизации энергии молнии по п.2, отличающееся тем, что на выходе Сн установлен автоматический переключатель для соединения с потребителем или сопротивлением Кн, обнуляющим накопленный заряд с Сн.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для нейтрализации электростатических зарядов в потоке жидкости. .

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для защиты электрических приборов и кабельных сетей от влияния зарядов статического электричества, скапливающихся на подвижных элементах конструкции.

Изобретение относится к области экологически чистой возобновляемой электроэнергетики. .

Изобретение относится к средствам воздействия на поток текучей среды. .

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для отвода электростатических зарядов из потока нефти и других жидких углеводородов. .

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для нейтрализации электростатических зарядов в потоке жидкости. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике защиты животных от поражения электрическим током на фермах крупного рогатого скота. .

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для снятия статического электричества в процессе обработки полимеров. .
Изобретение относится к технике эксплуатации машин, в частности, для отвода на землю зарядов статического электричества с подвижных объектов, например транспортных средств.

Изобретение относится к электротехнике, а также к области охраны труда и технике безопасности и может быть использовано для аккумуляции энергии электростатического поля или непосредственного питания потребителей электрического тока, обеспечивая при этом повышение электростатической безопасности

Изобретение относится к средствам защиты объектов различного назначения при прямом или близком воздействии молниевых разрядов, электромагнитных импульсов (ЭМИ), коротких замыканий и коммутаций энергооборудования, в частности к средствам молниезащиты промышленных или жилых зданий и сооружений, а также искроопасных объектов энергетики, нефтегазовых, химических, оборонных и других отраслей народного хозяйства

Изобретение относится к устройству металлизации подвижных элементов конструкции и предназначено для защиты электрических приборов и кабельных сетей машин от влияния зарядов статического электричества, скапливающихся на подвижных элементах конструкции

Изобретение относится к средствам защиты от повреждения объектов различного назначения при интенсивном воздействии атмосферного электричества, а именно к средствам молниезащиты зданий и сооружений

Изобретение относится к нефтяной промышленности, в частности к добыче и транспорту нефти

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для предотвращения торнадо. Способ предотвращения торнадо состоит в определении координат завихрения образующегося торнадо спутником с прибором визуального обзора и передающей антенной. Координаты передают на приемную антенну, а оттуда в расчетное устройство. Результаты расчета поступают на блок наведения полноповоротной передающей антенны. Антенна направляет луч сверхвысокочастотной энергии к ионосфере под таким углом, который обеспечивает попадание отраженного луча СВЧ энергии в центр завихрения образующегося торнадо. Устройство для предотвращения торнадо содержит приемную антенну, взаимодействующую с расчетным устройством, взаимодействующим с блоком наведения. Приемная антенна установлена на мачте и заземлена в грунт. Дополнительно введена передающая полноповоротная антенна с блоком наведения, спутниковое устройство с визуальным обзором и передающей антенной. Спутниковое устройство прибором визуального обзора и передающей антенной взаимодействует с приемной антенной. Приемная антенна взаимодействует с расчетным устройством. Расчетное устройство взаимодействует с блоком наведения передающей полноповоротной антенны. Луч СВЧ энергии взаимодействует с ионосферой земли, а отраженный от ионосферы земли луч СВЧ энергии взаимодействует с центром завихрения образующегося торнадо. Обеспечивается расширение функциональных возможностей устройства и повышение эффективности борьбы с торнадо. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике защиты от ударов молнии. Технический результат - приближение искусственно созданных ячеек грозового облака к природным грозовым облакам и повышение точности создания условий возникновения молний. Создают поток заряженного аэрозоля, накапливают электрический заряд в заторможенном потоке в виде заряженного облака до величины, когда напряженность электрического поля в промежутке «облако-модель объекта» достаточна для формирования лидерного разряда, регистрируют количество разрядов, попадающее на объект и молниеприемник, и делают вывод о молниезащищенности объекта. При этом создают трехпольную ячейку грозового облака путем внедрения в него положительного, затем отрицательного и снова положительного заряда. Устройство содержит имитатор (1) местности, модель (2) объекта, модель (3) молниеприемника, имитатор грозовых облаков, выполненный в виде генератора (4) заряженной аэрозольной струи, который соединен с источником (5) знакопеременного питания, в котором имеется возможность регулирования амплитуды и длительности выходного тока, фотоаппарат (6), подсоединенный к компьютеру, или токовый шунт (7), через который модель (3) молниеприемника соединена с имитатором (1) местности. Отношение Т+/Т- длительностей положительной и отрицательной полярностей и отношение I+/I- амплитуд тока положительной и отрицательной полярностей источника (5) знакопеременного питания может изменяться от 0,1 до 2, сумма Т++Т- длительностей положительной и отрицательной полярностей может изменяться от 0,1 до 10 секунд, а пауза между сериями импульсов составляет не менее 1 секунды. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к безосновному проводящему поверхностному покрытию и способу изготовления такого покрытия. Безосновное проводящее поверхностное покрытие содержит центральный слой, состоящий из частиц, полученных измельчением листа. Указанные частицы представляют собой неспекшиеся частицы, внедренные в полимерную матрицу. Указанные частицы и/или указанная полимерная матрица содержат электропроводный материал. Способ изготовления безосновного проводящего поверхностного покрытия включает: a) обеспечение наличия частиц, полученных измельчением листа, b) обеспечение наличия порошка на основе полимера для полимерной матрицы, c) нанесение указанных частиц на движущийся ленточный носитель, d) нанесение на указанные частицы указанного порошка на основе полимера, e) термообработку и уплотнение в прессе указанных частиц и указанного порошка на основе полимера. Технический результат - получение безосновного поверхностного покрытия, обладающего антистатическими свойствами. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 табл., 10 ил., 19 пр.

Изобретение относится к способу испытания изолированных объектов, в частности летательных аппаратов, на коронирование. Технический результат изобретения - повышение точности создания условий возникновения коронного разряда на летательном аппарате. Способ заключается в том, что от генератора 1, расположенного на заземленной плоскости 2, и имеющего блок регулирования заряда 3, подают заряд на заряженную аэрозольную струю 4, которая образует заряженное аэрозольное облако над заземленной плоскостью 2 и моделью летательного аппарата 5. Возникающий коронный заряд на частях модели 5 фиксируют с помощью фоторегистрирующей аппаратуры 6. В зависимости от внешних условий с помощью блока регулирования тока 3 устанавливают величину заряда облака так, что реализуется коронный разряд на модели, но при этом отсутствует искровой пробой испытательного промежутка. По величине интенсивности коронного разряда, фиксируемой фоторегистрирующей аппаратурой, делают вывод о коронирующих местах модели летательного аппарата. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх