СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ МОЛНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК H05F3/00 

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.

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.

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 С_н, 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 С_н, 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 С_н, плюсовые выходы V1-V3 и V4-V6 через выпрямительные диоды VD подключены к пластине общей накопительной емкости С_н, а минусовые выходы подключены к другой пластине общей накопительной емкости С_н, выход общей накопительной емкости С_н подключен к технике потребителя.

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