ES2425290A2

ES2425290A2 - Low voltage power station powered with atmospheric discharges

Info

Publication number: ES2425290A2
Application number: ES201200253A
Authority: ES
Inventors: Juan Carlos Saenz-Diez Muro; Emilio Jimenez Macias; Julio Blanco Fernandez; Juan Manuel Blanco Barrero; Eduardo MARTÍNEZ CÁMARA
Original assignee: Universidad de La Rioja
Current assignee: Universidad de La Rioja
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-10-14
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: ES2425290B2; ES2425290R1

Abstract

Central eléctrica de baja tensión energizada con descargas atmosféricas 1, que se conecta a un pararrayos genérico de captación de rayos 100 y éste a su vez se conecta a un electrodo de puesta a tierra para la conducción del rayo a tierra 104, y que dispone de un sensor de detección de rayos 101 que actúa en un telerruptor de control de carga 102, y que dicha central está formada por un sistema de control y protección de la captación de la energía del rayo 2, compuesto de tres varistores en conexión T, y formada por un sistema de captación y almacenamiento temporal de la energía del rayo 3, compuesto de nueve condensadores de corriente alterna que se pueden conectar en serie para la captación y en paralelo para la descarga, y formada por un grupo de almacenamiento de energía 4A, 4B, 4C,...4N (enésimo), compuestos cada uno de un supercondensador electrolítico, y que dispone de un conversor de baja tensión DC/AC 109, y de un minicontrolador lógico programable 108, y de una conexión red de baja tensión a 400/230V - 50Hz 110, a la cual se vierte, de forma programada, la energía captada y acumulada del rayo.Low voltage power plant energized with atmospheric discharges 1, which is connected to a generic lightning capture arrester 100 and this in turn is connected to a grounding electrode for conducting the lightning to ground 104, and which has a lightning detection sensor 101 that operates in a load control remote control 102, and that said plant is formed by a control and protection system for the capture of energy from lightning 2, consisting of three varistors in T connection, and consisting of a system for collecting and temporarily storing energy from lightning 3, consisting of nine alternating current capacitors that can be connected in series for collection and in parallel for discharge, and made up of a 4A energy storage group, 4B, 4C, ... 4N (nth), each consisting of an electrolytic supercapacitor, and having a low voltage DC / AC converter 109, and a programmable logic mini-controller 108, and of a low voltage network connection at 400 / 230V - 50Hz 110, to which the captured and accumulated energy of the lightning is poured on a scheduled basis.

Description

CENTRAL ELÉCTRICA DE BAJA TENSIÓN ENERGIZADA CON DESCARGAS ATMOSFÉRICAS LOW VOLTAGE ENERGIZED POWER STATION WITH DOWNLOADS ATMOSPHERIC

5 Objeto y campo de la invención 5 Object and field of the invention

La presente invención se refiere a un dispositivo y procedimiento de captación, almacenamiento y generación programada de energía eléctrica, a partir de las descargas atmosféricas o rayos, que se ha denominado central eléctrica de baja tensión The present invention relates to a device and method for the collection, storage and programmed generation of electrical energy, from atmospheric discharges or lightning, which has been called a low voltage power plant

10 energizada con descargas atmosféricas. 10 energized with atmospheric discharges.

El objeto de la invención es proporcionar una central eléctrica de baja tensión capacitada para captar tanto rayos negativos como positivos, pudiendo ser tanto mínimos como máximos, y que emplea para la captación de la energía del rayo un The object of the invention is to provide a low-voltage power plant capable of capturing both negative and positive rays, which can be both minimum and maximum, and which uses lightning to capture

15 conjunto de condensadores de corriente alterna y para el almacenamiento de la energía captada emplea supercondensadores electrolíticos de corriente continua, y que en una realización preferente genera de forma programada energía eléctrica trifásica alterna de baja tensión a 400/230V a 50 Hz. 15 set of alternating current capacitors and for the storage of the captured energy employs electrolytic DC supercapacitors, and which in a preferred embodiment programmatically generates three-phase alternating low voltage electric power at 400 / 230V at 50 Hz.

2 O La central eléctrica de baja tensión energizada con descargas atmosféricas propuesta, se conecta a un pararrayos genérico de captación de rayos y éste a su vez se conecta a un electrodo de puesta a tierra para la conducción del rayo a tierra, y dispone de un sensor de detección de rayos que actúa en un telerruptor de control de carga, y dicha central está formada por un sistema de control y protección de la captación de la 2 O The proposed low voltage power plant with atmospheric discharges is connected to a generic lightning arrester and this in turn is connected to a grounding electrode for the conduction of the lightning to ground, and has a lightning detection sensor that acts on a load control remote control switch, and said control panel is formed by a control and protection system for the collection of the

25 energía del rayo 2, compuesto de tres varistores en conexión T, y formada por un sistema de captación y almacenamiento temporal de la energía del rayo 3, compuesto de nueve condensadores de corriente alterna que se pueden conectar en serie para la captación y en paralelo para la descarga, y formada por un grupo de almacenamiento de energía 4A, 4B, 4C, .. .4N (enésimo), compuestos cada uno de un supercondensador 25 energy of ray 2, composed of three varistors in connection T, and formed by a system of temporary capture and storage of energy of ray 3, composed of nine alternating current capacitors that can be connected in series for the collection and in parallel for the discharge, and formed by an energy storage group 4A, 4B, 4C, ... 4N (nth), each composed of a supercapacitor

30 electrolítico, y dispone de un conversor de baja tensión DC/AC 109, y de un mini controlador lógico programable 108, y de una conexión red de baja tensión a 400/230V -50Hz 110, a la cual se vierte, de forma programada, la energía captada y acumulada del rayo. 30 electrolytic, and has a DC / AC 109 low voltage converter, and a programmable logic mini controller 108, and a 400 / 230V -50Hz 110 low voltage network connection, to which it is poured, programmed , the energy captured and accumulated from lightning.

35 La invención se sitúa en el ámbito de las centrales eléctricas de energías renovables. The invention is in the field of renewable energy power plants.

Antecedentes de la invención Background of the invention

Son conocidos diversos tipos de centrales eléctricas que captan descargas atmosféricas. Pueden observarse diferentes tipos de centrales eléctricas que aprovechan la energía de 5 las descargas atmosféricas en los documentos US20l0000732l Al; W02009003250 Al; WO 2010108239 A2; W02007135474 Al; DE 4034100 Al; entre otros. Various types of power plants that capture atmospheric discharges are known. Different types of power plants can be observed that take advantage of the energy of atmospheric discharges in US20l0000732l Al; W02009003250 Al; WO 2010108239 A2; W02007135474 Al; DE 4034100 Al; among others.

Estas centrales presentan una problemática que se centra fundamentalmente en los siguientes aspectos: These plants present a problem that focuses primarily on the following aspects:

10 No disponen de protección para rayos máximos (de 75 a 200 kA), por lo que en caso de su captación destruirán el dispositivo. No disponen de control de límite de tensión de carga, por lo tanto se perforará el dieléctrico de los condensadores en la mayor parte de los casos. 10 They do not have protection for maximum rays (from 75 to 200 kA), so in case of their capture they will destroy the device. They do not have a charge voltage limit control, therefore the dielectric of the capacitors will be drilled in most cases.

15 No tienen capacidad de captar los rayos tanto negativos como positivos. Requieren de condensadores de alta tensión, por lo que deben materializarse en la práctica en centrales de grandes dimensiones, y además deben por ello cumplir la compleja legislación de alta tensión haciendo prácticamente inviable su ubicación en edificios. 15 They have no ability to capture both negative and positive rays. They require high voltage capacitors, so they must materialize in practice in large-scale plants, and they must therefore comply with the complex high voltage legislation making their location in buildings virtually unfeasible.

2 O No pueden emplear supercondensadores electrolíticos, ya que emplean los mismos condensadores para captación y para almacenamiento, y si éste tipo de condensadores se conectaran a la onda tipo rayo, quedarían destruidos de forma instantánea. Requieren de convertidores DCIAC de alta tensión, por lo que para la energía 2 O They cannot use electrolytic supercapacitors, since they use the same capacitors for pick-up and storage, and if these types of capacitors were connected to the lightning-type wave, they would be destroyed instantly. They require high voltage DCIAC converters, so for energy

25 que se puede captar del rayo hace absolutamente inviable su rentabilidad. Requieren de N convertidores DCIAC, por lo que para la energía que se puede captar del rayo hace absolutamente inviable su rentabilidad. Requieren de control por ordenador para ir conectando o desconectando interruptores durante el proceso de captación del rayo, algo totalmente inviable, 25 that can be captured from the beam makes its profitability absolutely unfeasible. They require N DCIAC converters, so for the energy that can be captured from the beam it makes its profitability absolutely unfeasible. They require computer control to connect or disconnect switches during the lightning pick-up process, something totally unfeasible,

3 O pues el rayo tiene un frente de onda de 10 j..lS, y es imposible operar con dichos tiempos de ciclo, por lo que los condensadores se descargarán por el electrodo de puesta a tierra del pararrayos sin haber almacenado energía significativa.
3 Or because the beam has a wavefront of 10 j..lS, and it is impossible to operate with these cycle times, so that the capacitors will be discharged by the grounding electrode of the lightning rod without having stored significant energy.

Descripción de la invención Description of the invention

La central eléctrica de baja tensión que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en todos y cada uno 5 de los diferentes aspectos comentados. The low-voltage power plant proposed by the invention solves in a fully satisfactory manner the above-mentioned problem, in each and every one of the different aspects mentioned.

Los diferentes parámetros de una descarga atmosférica están recogidos en la norma lEC 1312-1:19995: The different parameters of an atmospheric discharge are included in the standard lEC 1312-1: 19995:

10 Valor de cresta, Iimp: 1 a 200 kA Carga, Q: 300 C máximo Energía específica, 10 MJ/n máximo Pendiente de la forma de onda, (10/350 Jls) di/dt: 200 kA/ JlS máximo 10 Peak value, Iimp: 1 to 200 kA Load, Q: 300 C maximum Specific energy, 10 MJ / n maximum Waveform slope, (10/350 Jls) di / dt: 200 kA / JlS maximum

15 El modelo del rayo es una fuente de corriente negativa (ver figura 5, siendo el 90% de los rayos negativos y sólo un 10% son positivos) que se inyecta en el punto del sistema donde incide el rayo. La forma de onda de la corriente inyectada está formada por dos tramos rectos. El primero es el frente de onda y el segundo es la cola. Por ejemplo, un rayo de 100 kA, 10/350 JlS es un rayo que en 10 JlS alcanza el valor de cresta de 100 15 The lightning model is a source of negative current (see figure 5, 90% of the negative rays being only 10% positive) that is injected at the point of the system where the lightning strikes. The waveform of the injected current is formed by two straight sections. The first is the wavefront and the second is the tail. For example, a beam of 100 kA, 10/350 JlS is a beam that reaches a peak value of 100 in 10 JlS

2 O kA y posteriormente tarda 350 JlS en alcanzar 50 kA (la mitad del valor de cresta). 2 O kA and then it takes 350 JlS to reach 50 kA (half the crest value).

El modelo de un electrodo de puesta a tierra, formado por conductores horizontales y picas enterradas, es una resistencia en serie con una inductancia, ya que habitualmente se suele despreciar la capacidad. Sin embargo consideraremos genéricamente una The model of a grounding electrode, consisting of horizontal conductors and buried pikes, is a series resistor with an inductance, since capacity is usually neglected. However, we will generically consider a

25 resistencia de 1 n, para poder independizar el modelo de la forma geométrica del electrodo, que será particular según sea el caso. 25 resistance of 1 n, to be able to make the model independent of the geometric shape of the electrode, which will be particular as the case may be.

Cuando un rayo medio, de unos 20 kA y 10/350 JlS, incida en un pararrayos unido a un electrodo de resistencia 1 n, se generará una tensión de cresta máxima de 20 kV. En 3 O un 1% de los casos el rayo incidente tendrá un valor de 200 kA (valor de cresta máximo), el cual generará una tensión de cresta máxima de 200 kV. When an average beam, of about 20 kA and 10/350 JlS, hits a lightning rod attached to a 1 n resistance electrode, a maximum peak voltage of 20 kV will be generated. In 3 O 1% of cases the incident beam will have a value of 200 kA (maximum peak value), which will generate a maximum peak voltage of 200 kV.

La energía de un rayo medio es de unos 1.000 kWh, es decir de 3,6 G1. The energy of a medium beam is about 1,000 kWh, that is 3.6 G1.

35 Se describe la invención con todo detalle en los dos párrafos siguientes.
The invention is described in detail in the following two paragraphs.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

La figura 1 es una vista esquemática y de diagrama de bloques de una realización Fig. 1 is a schematic and block diagram view of one embodiment.

5 preferente del dispositivo 1. Se puede observar un pararrayos genérico de captación de rayos 100, un sensor de detección de rayos 101 que actúa en un telerruptor de control de carga 102, un electrodo de puesta a tierra para la conducción del rayo a tierra 104, un bloque de control y protección de la captación de la energía del rayo 2, un bloque de captación y almacenamiento temporal de la energía del rayo 3, un grupo de 5 preferred of the device 1. A generic lightning arrester 100 can be observed, a lightning sensing sensor 101 that acts on a load control remote switch 102, a grounding electrode for conducting the ground beam 104 , a block of control and protection of the energy capture of lightning 2, a block of temporary collection and storage of energy of lightning 3, a group of

10 almacenamiento de energía 4A, 4B, 4C, .. .4N, un conversor de baja tensión DC/AC 109, un mini controlador lógico programable 108, y una red de baja tensión a 400/230V -50Hz 110. 10 energy storage 4A, 4B, 4C, ... 4N, a DC / AC 109 low voltage converter, a programmable logic mini controller 108, and a 400 / 230V -50Hz 110 low voltage network.

La figura 2 es una vista esquemática del bloque de control y protección de la captación Figure 2 is a schematic view of the control and collection protection block

15 de la energía del rayo 2, de una realización del dispositivo 1, en la que se aprecian los tres varistores 204, 205 y 206 empleados para la adecuada captación de la energía del rayo así como para la adecuada protección para rayos máximos. Se puede observar que se dispone de un electrodo de puesta a tierra independiente 105. 15 of the energy of the beam 2, of an embodiment of the device 1, in which the three varistors 204, 205 and 206 used for the adequate capture of the energy of the beam as well as for the adequate protection for maximum rays are appreciated. It can be seen that an independent grounding electrode 105 is available.

2 O La figura 3, es una vista esquemática del bloque de captación de la energía del rayo 3, de una realización del dispositivo 1, en la que se aprecian los nueve condensadores de captación 306A, 306B, 306C, 306D, 306E, 306F, 306G, 306H, 3061, los ocho telerruptores 307 A, 307B, 307C, 307D, 307E, 307F, 307G, 307H, para el cambio de conexión de serie a paralelo, y un conmutador de cruzamiento 308 para invertir la 2 O Figure 3 is a schematic view of the energy capture block of the beam 3, of an embodiment of the device 1, in which the nine collection capacitors 306A, 306B, 306C, 306D, 306E, 306F, are appreciated. 306G, 306H, 3061, the eight remote switches 307 A, 307B, 307C, 307D, 307E, 307F, 307G, 307H, for switching from serial to parallel connection, and a cross switch 308 to reverse the

25 polaridad en caso de que el rayo sea negativo. Se puede observar que se dispone de un electrodo de puesta a tierra independiente 106. 25 polarity in case the beam is negative. It can be seen that an independent grounding electrode 106 is available.

La figura 4, es una vista esquemática del bloque 4, perteneciente al grupo de Figure 4 is a schematic view of block 4, belonging to the group of

3 O almacenamiento de energía 4A, 4B, 4C, .. .4N (enésimo), en el que se aprecia un bus de carga de baja tensión de DC 401, 402, un telerruptor de carga 406, un supercondensador electrolítico 408, un telerruptor de descarga 407, y un bus de descarga de baja tensión de DC 404, 405.
3 O energy storage 4A, 4B, 4C, ... 4N (nth), which shows a low voltage DC bus 401, 402, a charge switch 406, an electrolytic supercapacitor 408, a remote switch 407, and a low voltage discharge bus of DC 404, 405.

La figura 5, es un diagrama cartesiano de la modelización del rayo negativo, en el que la forma de onda de la corriente inyectada está formada por dos tramos rectos. El primero es el frente de onda y el segundo es la cola. Se puede apreciar, a modo de ejemplo, un rayo de 100 kA y 10/350 ¡..ts que es un rayo que en 10 ¡..ts alcanza el valor Figure 5 is a Cartesian diagram of the modeling of the negative ray, in which the waveform of the injected current is formed by two straight sections. The first is the wavefront and the second is the tail. You can see, by way of example, a lightning bolt of 100 kA and 10/350 ¡..ts which is a ray that reaches 10 value in ..¡ts

5 de cresta de 100 kA y posteriormente tarda 350 ¡..ts en alcanzar 50 kA (la mitad del valor de cresta). 5 crest of 100 kA and subsequently it takes 350¡ts to reach 50 kA (half the crest value).

La figura 6, muestra un conjunto de esquemas de funcionamiento del bloque de control y protección de la captación de la energía del rayo 2, de una realización del Figure 6 shows a set of operating diagrams of the control and protection block of the energy capture of the beam 2, of an embodiment of the

10 dispositivo 1. 10 device 1.

La figura 7, es una vista esquemática del bloque de captación de la energía del rayo 3, en modo captación de energía del rayo negativo, de una realización del dispositivo 1. En dicha vista se muestra el caso de que todos los telerruptores se encuentren abiertos Figure 7 is a schematic view of the energy capture block of the beam 3, in the mode of capturing the energy of the negative beam, of an embodiment of the device 1. This view shows the case that all the remote switches are open

15 y por 10 tanto los nueve condensadores estarán en serie. 15 and by 10 both the nine capacitors will be in series.

La figura 8, es una vista esquemática del bloque de captación de la energía del rayo 3, en modo descarga de la energía acumulada del rayo negativo, de una realización del dispositivo 1. En dicha vista se muestra el caso de que todos los telerruptores se Figure 8 is a schematic view of the energy capture block of the beam 3, in discharge mode of the accumulated energy of the negative beam, of an embodiment of the device 1. This view shows the case that all the remote switches are

2 O encuentren cerrados y por 10 tanto los nueve condensadores estarán en paralelo. 2 Or find them closed and therefore the nine capacitors will be in parallel.

La figura 9, es una vista esquemática del bloque de captación de la energía del rayo 3, en modo descarga de la energía acumulada del rayo positivo, de una realización del dispositivo 1. En dicha vista se muestra el caso de que todos los telerruptores se Figure 9 is a schematic view of the energy capture block of the beam 3, in discharge mode of the accumulated energy of the positive beam, of an embodiment of the device 1. In said view it is shown the case that all the remote switches are

25 encuentren cerrados, y por lo tanto los nueve condensadores estarán en paralelo, así como la actuación que se ha realizado en el conmutador 308 para mantener la polaridad en el bus de DC 304,305. 25 are closed, and therefore the nine capacitors will be in parallel, as well as the action that has been performed on switch 308 to maintain polarity on the DC 304,305 bus.

3 O DECRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE 3 OR DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT

En la figura 1, puede verse una de las posibles realizaciones del dispositivo objeto de la invención (1), y que es aquélla en que se dispone de un pararrayos genérico de 35 captación de rayos 100. El pararrayos puede ser de tipo punta, de globo sonda para
In Figure 1, one of the possible embodiments of the device object of the invention (1) can be seen, and that is one in which a generic lightning arrester of 100 lightning capture 100 is available. The lightning rod can be of the tip type, of probe balloon for

provocar la descarga, o puede ser un cable de tierra de los tendidos eléctricos para aumentar la superficie de captación. Se dispone de un electrodo de puesta a tierra principal 104, el cual se realizará con cualquiera de las tecnologías existentes, siendo preferente un electrodo vertical o pica, de tipo profundo, el cual se consigue enlazando 5 picas mediante manguitos roscados. El valor de la resistencia de difusión del electrodo será aproximadamente 1 n. Mediante este sistema se reduce al máximo las reactancias inductiva y capacitiva del electrodo, pudiéndose modelar el mismo por una resistencia del valor indicado. Se dispone de un sensor de núcleo toroidal, en el que cuando se produce el paso de la intensidad de impulso del rayo, se genera en el secundario una 10 tensión de disparo, que provoca la apertura de un telerruptor 102. El disparo está regulado (10-350 ~s) para que se permita la adecuada carga de los condensadores de captación 3. El fin principal de la apertura del telerruptor 102 es permitir las adecuadas operaciones del bloque 3 (paso de serie a paralelo, descarga de los condensadores y carga de los supercondensadores, y paso de paralelo a serie). Después de realizar las 15 adecuadas operaciones (ms), un mini controlador lógico programable 108 dará orden de cerrar el telerruptor 102 para poder estar preparados para captar un nuevo rayo. Se dispone de un bloque de control y protección de la captación de la energía del rayo 2, un bloque de captación y almacenamiento temporal de la energía del rayo 3, formado principalmente por condensadores de AC, un grupo de almacenamiento de energía 4A, 2 O 4B, 4C, .. .4N (enésimo), formado principalmente por supercondensadores de DC. La energía de los condensadores de captación del bloque 3, pasará mediante el cierre de un telerruptor bipolar 107, hasta cualquiera de los supercondensadores de almacenamiento del bloque 4. Cada bloque controla la carga mediante un telerruptor de carga. La carga será casi instantánea (ms). La descarga de cada bloque 4 se 25 producirá mediante el cierre de un telerruptor de descarga, alimentando el bus de DC de salida que alimenta un único convertidor de DCIAC 109. El convertidor de baja tensión DCIAC 109 se alimenta del citado bus, que será de 1.500 V DC, y convierte a trifásica con neutro a 400/230 V-50Hz, y tendrá una potencia preferente de 5 kV A. Se dispone de un mini controlador lógico programable 108 para realizar todas las tareas 3 O del procedimiento y una conexión a red de baja tensión a 400/230V -50Hz 110 para inyectar la energía de la central. Para un supercondensador del bloque 4 de V DC: 1.500 V y de C: 3.200 F 408 se almacenan 3,6 GJ, es decir 1.000 kWh, que es la energía de un rayo medio. Para un convertidor DCIAC de 5 kVA la autonomía será de 200 h. Como lo más interesante es verter la energía a la red durante las 4 h punta (cuando la
cause the discharge, or it may be a ground wire of the power lines to increase the collection surface. A main grounding electrode 104 is available, which will be carried out with any of the existing technologies, with a vertical or deep, vertical type electrode being preferred, which is achieved by linking 5 spikes by means of threaded sleeves. The electrode diffusion resistance value will be approximately 1 n. By means of this system the inductive and capacitive reactances of the electrode are reduced to the maximum, being able to model it by a resistance of the indicated value. A toroidal core sensor is available, in which when the lightning impulse intensity passes, a trip voltage is generated in the secondary, which causes the opening of a remote switch 102. The trip is regulated ( 10-350 ~ s) to allow adequate charging of the pick-up capacitors 3. The main purpose of the opening of the remote switch 102 is to allow the proper operations of block 3 (series through parallel, discharge of the capacitors and charge of supercapacitors, and parallel to series). After performing the appropriate operations (ms), a programmable logic mini controller 108 will order to close the switch 102 so that it can be prepared to catch a new beam. There is a control and protection block for the energy collection of lightning 2, a temporary energy collection and storage block for lightning 3, consisting mainly of AC capacitors, an energy storage group 4A, 2 O 4B, 4C, ... 4N (nth), consisting mainly of DC supercapacitors. The energy of the collection capacitors of block 3, will pass through the closing of a bipolar remote switch 107, to any of the storage supercapacitors of block 4. Each block controls the load by means of a charge remote switch. The load will be almost instantaneous (ms). The discharge of each block 4 will be produced by closing a discharge timer, feeding the output DC bus that feeds a single DCIAC 109 converter. The DCIAC 109 low voltage converter feeds on the said bus, which will be 1,500 V DC, and converts to three-phase with neutral to 400/230 V-50Hz, and will have a preferred power of 5 kV A. A programmable logic mini controller 108 is available to perform all 3 O tasks of the procedure and a connection to Low voltage network at 400 / 230V -50Hz 110 to inject power from the plant. For a supercondenser in block 4 of V DC: 1,500 V and C: 3,200 F 408, 3.6 GJ are stored, that is, 1,000 kWh, which is the energy of a medium beam. For a 5 kVA DCIAC converter the autonomy will be 200 h. As the most interesting thing is to pour the energy to the grid during the 4 h peak (when the

energía está penalizada el 100%), se puede estar generando 50 días con la captación de una única descarga atmosférica. energy is 100% penalized), it can be generated 50 days with the capture of a single atmospheric discharge.

En la figura 2, puede verse un esquema del bloque de control y protección de la In figure 2, a diagram of the control and protection block of the

5 captación de la energía del rayo 2, de una realización del dispositivo 1, en la que se aprecian los tres varistores 204, 205 y 206 empleados para la adecuada captación de la energía del rayo así como para la adecuada protección para rayos máximos. Los varistores 204 y 205 tendrán una tensión de conducción de 6,75 kV, la mitad de la tensión nominal de DC del condensador equivalente en conexión serie del bloque 3, y 5 energy capture of lightning 2, of an embodiment of the device 1, in which the three varistors 204, 205 and 206 used for adequate lightning energy capture as well as for adequate protection for maximum rays are appreciated. Varistors 204 and 205 will have a conduction voltage of 6.75 kV, half of the equivalent DC voltage of the equivalent capacitor in serial connection of block 3, and

10 el varistor 206 tendrá una tensión de conducción doble de dicha tensión nominal más 2/9, es decir de 30 kV. Se puede observar que se dispone de un electrodo de puesta a tierra independiente 105, para drenar la corriente excedente del rayo. 10 varistor 206 will have a double conduction voltage of said nominal voltage plus 2/9, that is, 30 kV. It can be seen that an independent grounding electrode 105 is available to drain the excess current from the beam.

En la figura 3, puede verse un esquema del bloque de captación de la energía del rayo In figure 3, a scheme of the lightning energy capture block can be seen

15 3, de una realización del dispositivo 1, en la que se aprecian los nueve condensadores de captación 306A, 306B, 306C, 306D, 306E, 306F, 306G, 306H, 3061. Dichos condensadores serán de VCA: 1.000 V, Voc: 1.500 V y según la ITC-BT-23 del R.D. 842/2002 de categoría IV, con una Vimp: 8 kV a impulso 1,2/50 ~s. Cuando estén en modo captación, estarán en serie, yel condensador equivalente será de Voc: 13.500 V, 15 3, of an embodiment of the device 1, in which the nine pick-up capacitors 306A, 306B, 306C, 306D, 306E, 306F, 306G, 306H, 3061 are appreciated. These capacitors will be VCA: 1,000 V, Voc: 1,500 V and according to ITC-BT-23 of the RD 842/2002 of category IV, with a Vimp: 8 kV at 1.2 / 50 ~ s pulse. When in pickup mode, they will be in series, and the equivalent capacitor will be Voc: 13,500 V,

2 O con una Vimp: 72 kV, valores idóneos para el buen funcionamiento del dispositivo objeto de la invención. Cuando estén en modo descarga, estarán en paralelo, y el condensador equivalente será de Voc: 1.500 V, valor adecuado para que el dispositivo se considere de baja tensión según el artículo 4 del R.D. 842/2002. Se dispone de ocho telerruptores 307A, 307B, 307C, 307D, 307E, 307F, 307G, 307H que actúan 2 Or with a Vimp: 72 kV, values suitable for the proper functioning of the device object of the invention. When in discharge mode, they will be in parallel, and the equivalent capacitor will be Voc: 1,500 V, suitable value for the device to be considered low voltage according to Article 4 of the R.D. 842/2002. There are eight 307A, 307B, 307C, 307D, 307E, 307F, 307G, 307H remote controls

25 simultáneamente, para el cambio de conexión de serie a paralelo, y un conmutador de cruzamiento 308 para invertir la polaridad en caso de que el rayo sea positivo. Se puede observar que se dispone de un electrodo de puesta a tierra independiente 106 para la carga de los condensadores. 25 simultaneously, for the change of serial to parallel connection, and a cross switch 308 to reverse the polarity in case the lightning is positive. It can be seen that an independent earthing electrode 106 is available for charging the capacitors.

30 En la figura 4, puede verse un esquema del bloque 4, perteneciente al grupo de almacenamiento de energía 4A, 4B, 4C, .. .4N (enésimo). El número de bloques dependerá del nivel ceraúnico de la ubicación de la central. Hay que tener en cuenta que es muy frecuente la réplica después de la formación del rayo. Se dispone de un bus 30 In Figure 4, a diagram of block 4 can be seen, belonging to the energy storage group 4A, 4B, 4C, ... 4N (nth). The number of blocks will depend on the ceraunic level of the location of the plant. Keep in mind that replication is very frequent after lightning. It has a bus

35 de carga de baja tensión de 1.500 V DC 401, 402, un telerruptor de carga 406, un supercondensador de Vnc: 1.500 V Y de C: 3.200 F 408, un telerruptor de descarga 407, y un bus de descarga de baja tensión de 1.500 V DC 404,405.
35 low voltage load 1,500 V DC 401, 402, a 406 charge remote switch, a Vnc supercapacitor: 1,500 VY of C: 3,200 F 408, a 407 discharge remote switch, and a 1,500 low voltage discharge bus V DC 404,405.

En la figura 5, puede verse un diagrama cartesiano del modelado del rayo negativo, In Figure 5, a Cartesian diagram of the negative ray modeling can be seen,

5 en el que la forma de onda de la corriente inyectada está formada por dos tramos rectos. El primero es el frente de onda y el segundo es la cola. Se puede apreciar, a modo de ejemplo, un rayo de 100 kA y 1 0/350 ~s, que es un rayo que en 1 O ~s alcanza el valor de cresta de 100 kA y posteriormente tarda 350 ~s en alcanzar 50 kA (la mitad del valor de cresta). 5 in which the waveform of the injected current is formed by two straight sections. The first is the wavefront and the second is the tail. As an example, a ray of 100 kA and 1 0/350 ~ s can be seen, which is a ray that reaches the peak value of 100 kA in 1 O ~ s and subsequently takes 350 ~ s to reach 50 kA (half the crest value).

10 En la figura 6, puede verse un conjunto de esquemas de funcionamiento del bloque de control y protección de la captación de la energía del rayo 2, de una realización del dispositivo 1. Según se indica en 2A, cuando la tensión proveniente de la conexión con el electrodo de la puesta a tierra del rayo alcanza los 13,5 kV, es decir la tensión 10 In Fig. 6, a set of operating diagrams of the control and protection block of the lightning 2 energy capture of an embodiment of the device 1 can be seen. As indicated in 2A, when the voltage coming from the connection with the lightning grounding electrode it reaches 13.5 kV, that is the voltage

15 nominal del condensador equivalente y la tensión de conducción de los dos varistores en serie 204,205, éstos conducen. Entonces, según se indica en 2B, cuando la tensión que genera el rayo sigue aumentando y alcanza los 27 kV, los condensadores alcanzan su tensión nominal de 13,5 kV. Según se aprecia en 2C, si la tensión que genera el rayo no excede de 30 kV, los condensadores alcanzarán los 16,5 kV, pero los varistores 15 of the equivalent capacitor and the conduction voltage of the two varistors in series 204,205, these conduct. Then, as indicated in 2B, when the voltage generated by the beam continues to increase and reaches 27 kV, the capacitors reach their nominal voltage of 13.5 kV. As can be seen in 2C, if the voltage generated by the beam does not exceed 30 kV, the capacitors will reach 16.5 kV, but the varistors

2 O 204,205 dejarán de conducir, controlando de este modo la adecuada carga de los condensadores. Si la tensión que genera el rayo sigue aumentando (para rayos poco frecuentes), según se aprecia en 2D, el varistor 206 alcanzará su tensión de conducción de 30 kV, forzando la conducción del varistor 204, protegiendo adecuadamente a los condensadores de captación. 2 OR 204,205 will stop driving, thus controlling the proper charge of the capacitors. If the voltage generated by the beam continues to increase (for rare rays), as seen in 2D, varistor 206 will reach its conduction voltage of 30 kV, forcing the conduction of varistor 204, adequately protecting the pick-up capacitors.

25 La figura 7, es una vista esquemática del bloque de captación de la energía del rayo 3, en modo captación de energía del rayo negativo, de una realización del dispositivo 1. En dicha vista se muestra el caso de que todos los telerruptores se encuentren abiertos y por 10 tanto los nueve condensadores estarán en serie. 25 Figure 7 is a schematic view of the energy capture block of the beam 3, in the mode of capturing the energy of the negative beam, of an embodiment of the device 1. This view shows the case that all the remote switches are found open and therefore the nine capacitors will be in series.

30 La figura 8, es una vista esquemática del bloque de captación de la energía del rayo 3, en modo descarga de la energía acumulada del rayo negativo, de una realización del dispositivo 1. En dicha vista se muestra el caso de que todos los telerruptores se encuentren cerrados y por 10 tanto los nueve condensadores estarán en paralelo. Figure 8 is a schematic view of the energy capture block of the beam 3, in discharge mode of the accumulated energy of the negative beam, of an embodiment of the device 1. In said view it is shown that all the remote switches they are closed and therefore the nine capacitors will be in parallel.

35
35

La figura 9, es una vista esquemática del bloque de captación de la energía del rayo 3, en modo descarga de la energía acumulada del rayo positivo, de una realización del dispositivo 1. En dicha vista se muestra el caso de que todos los telerruptores se encuentren cerrados, y por lo tanto los nueve condensadores estarán en paralelo, así Figure 9 is a schematic view of the energy capture block of the beam 3, in discharge mode of the accumulated energy of the positive beam, of an embodiment of the device 1. In said view it is shown the case that all the remote switches are are closed, and therefore the nine capacitors will be in parallel, so

5 como la actuación que se ha realizado en el conmutador 308 para mantener la polaridad en el bus de De 304,305.
5 as the action that has been performed on switch 308 to maintain polarity on the bus of 304,305.

Claims

1. Low voltage power plant energized with atmospheric discharges 1, which 5 consists of a lightning rod 100 connected to a grounding electrode 104,

characterized

because said device has a load and protection control system 2, formed by several varistors 204, 205, 206 in connection T,

10 and because said system derives an excess of atmospheric discharges of peak intensity greater than or greater than that established in the device to an electrode 105, which prevents capacitors 3 from discharging through the electrode grounded

15 lightning rod 104 when the power plant is energized

and because it comprises a toroidal core type sensor 101 that acts directly on the opening of a time-adjustable ultrafast remote switch 102 for disconnecting the capacitors 3 once charged

20 and because it comprises a temporary collection and storage system 3 of the energy of the atmospheric discharge, formed by several alternating current capacitors, AC, which withstand both direct current, DC, and withstand an impulse voltage 306A, 306B, 306C , 306D, 306E, 306F,

25 306G, 306H, 3061 and that by means of a set of synchronized remote switches 307A, 307B, 307C, 307D, 307E, 307F, 307G, 307H, when all the remote switches are open, the capacitors are connected in series, being prepared to capture the energy of the atmospheric discharge, and that when all the remote switches are closed the capacitors are connected in

3 Or parallel, being prepared to yield the energy captured to the supercapacitors of system 4,

and because the described system 3 has a crossover switch 308 to be able to maintain the output polarity regardless of whether the atmospheric discharge 35 is negative or positive and because a system is available

de almacenamiento 4A, 4B, 4C, ... , 4N formado cada uno por un of storage 4A, 4B, 4C, ..., 4N each formed by a

supercondensador electrolítico 408 y que se puede cargar del bus 401, 402 408 electrolytic supercapacitor that can be charged from bus 401, 402

mediante un telerruptor 406 y se puede descargar al bus 404, 405 mediante un via a 406 remote switch and can be downloaded to the 404, 405 bus using a

telerruptor 407 407 remote switch

5 5

y porque comprende un conversor de DC/ AC 109 que se alimenta del bus 404, and because it comprises a DC / AC converter 109 that feeds on the 404 bus,

405 Y que alimenta una red cualquiera de baja tensión trifásica, estando todo el 405 And that feeds any three-phase low voltage network, all the

dispositivo controlado por un mini controlador lógico programable 108. device controlled by a programmable logic mini controller 108.

10 10

2. 2.: Central eléctrica de baja tensión energizada con descargas atmosféricas 1, Low voltage power station powered with atmospheric discharges 1,

según la reivindicación 1, caracterizado porque en una construcción preferente according to claim 1, characterized in that in a preferred construction

es 3 el número de varistores en conexión T, siendo 2 de ellos 204, 205, de una 3 is the number of varistors in connection T, 2 of them being 204, 205, of one

15 fifteen: tensión de conducción mitad de la tensión nominal del condensador equivalente conduction voltage half of the equivalent capacitor nominal voltage

de captación 3, es decir de 6,75 kV Y el tercero 206 de una tensión de of feedback 3, that is 6.75 kV and the third 206 of a voltage of

conducción doble de la tensión de dicho condensador equivalente más 2/9 de double conduction of the voltage of said equivalent capacitor plus 2/9 of

dicha tensión, es decir 30 kV, said voltage, that is 30 kV,

2 O 2 o: Y la de intensidad de cresta seleccionada para derivar al electrodo de la puesta a And the peak intensity selected to derive the electrode from setting

tierra el excedente de las descargas atmosféricas es de 30 kA, land, the excess of atmospheric discharges is 30 kA,

y el telerruptor ultrarrápido se regula entre 10 Y 350 JlS, and the ultrafast remote control is regulated between 10 and 350 JlS,

25 25: Y el sistema de captación y almacenamiento temporal está compuesto por 9 And the temporary storage and collection system is composed of 9

condensadores, de tensión nominal en alterna V AC:1.000V Y de tensión nominal capacitors, rated voltage in alternating V AC: 1,000V Y rated voltage

en continua V DC: 1.500 V Y que soportan una tensión de impulso de tipo 1,2/50 in continuous V DC: 1,500 V Y that support a pulse voltage of type 1,2 / 50

JlS de Vimp 8 kV, Jimp of Vimp 8 kV,

3 O 3 o: Y el número de telerruptores sincronizados es 8, que cuando se abren, los 9 And the number of synchronized remote switches is 8, which when opened, the 9

condensadores se comportan como un único condensador de VDC : 13.500 V Capacitors behave like a single VDC capacitor: 13,500V

Vimp: 72 kV, Y cuando se cierran, los 9 condensadores se comportan como un Vimp: 72 kV, And when they close, the 9 capacitors behave like a

único condensador de VDC : 1.500 V Y de Vimp 8 kV single VDC capacitor: 1,500 V and Vimp 8 kV

35 35: Y los supercondensadores electrolíticos son de VDC : 1.500 V Y de C: 3.200 F And the electrolytic supercapacitors are VDC: 1,500 V and C: 3,200 F

y el bus es de VDC : 1.500 V Y la red de baja tensión es trifásica de 400/230 Vand the bus is VDC: 1,500 V and the low voltage network is three-phase 400/230 V

50Hz. 50Hz

5 5: 3. Central eléctrica de baja tensión energizada con descargas atmosféricas 1, 3. Low voltage power station powered with atmospheric discharges 1,

según la reivindicación 1, caracterizado porque emplea diferentes dispositivos according to claim 1, characterized in that it employs different devices

para captación y para almacenamiento, lo que permite emplear for collection and storage, which allows to use

supercondensadores electrolíticos en el almacenamiento, ya que no pueden ser electrolytic supercapacitors in storage, since they cannot be

empleados en la captación porque dicha captación los destruiría. employees in the catchment because such capture would destroy them.

10 10

4. Four.: Central eléctrica de baja tensión energizada con descargas atmosféricas 1, Low voltage power station powered with atmospheric discharges 1,

según la reivindicación 1, caracterizado porque emplea un controlador lógico according to claim 1, characterized in that it employs a logic controller

programable para operar con tiempos de onda similares a los de un rayo, del programmable to operate with wave times similar to those of lightning, of

orden de unidades o decenas de JlS, imposibles de conseguir mediante control order of units or tens of JlS, impossible to obtain by control

15 fifteen: por Computador, lo que posibilita que los condensadores no se descarguen de by Computer, which allows capacitors not to discharge from

manera significativa por el electrodo de puesta a tierra del pararrayos. Significantly by the grounding electrode of the lightning rod.

5. 5.: Central eléctrica de baja tensión energizada con descargas atmosféricas 1, Low voltage power station powered with atmospheric discharges 1,

según la reivindicación 1, caracterizado porque el pararrayos 100 puede ser according to claim 1, characterized in that the lightning rod 100 can be

2 O 2 o: estático de tipo punta o similar, o puede ser dinámico de tipo globo sonda o static tip type or similar, or it can be dynamic balloon type probe or

similar, o formado por el cable de protección de los tendidos eléctricos. similar, or formed by the cable for protection of power lines.

6. 6.: Central eléctrica de baja tensión energizada con descargas atmosféricas 1, Low voltage power station powered with atmospheric discharges 1,

según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el electrodo de puesta a according to claims 1 and 2, characterized in that the setting electrode

25 25: tierra 104 al que se conecta el pararrayos 100 está formado por un electrodo ground 104 to which the lightning rod 100 is connected is formed by an electrode

vertical o pica de tipo profundo, en una construcción preferente compuesto de vertical or deep type pica, in a preferred construction composed of

tramos de 2 metros unidos por un manguito roscado, con una longitud sections of 2 meters joined by a threaded sleeve, with a length

adecuada a la resistividad del terreno del emplazamiento para presentar una appropriate to the resistivity of the site terrain to present a

resistencia de difusión de 1 n y prácticamente nula reactancia inductiva y diffusion resistance of 1 n and practically zero inductive reactance and

3 O 3 o: capacitiva. capacitive

7. 7.: Central eléctrica de baja tensión energizada con descargas atmosféricas 1, Low voltage power station powered with atmospheric discharges 1,

según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en una according to the preceding claims, characterized in that in a

construcción preferente, puede almacenar en cada pluralidad de preferred construction, you can store in each plurality of

35 35: supercondensadores electrolíticos 408 de Voc: 1.500 V y de C: 3.200 F, una 408 Voc electrolytic supercapacitors: 1,500 V and C: 3,200 F, one

3.6 GJ energy, that is to say 1,000 kWh, which is the average energy of an atmospheric discharge, being able to deliver to any low voltage electrical network, during the 4 peak hours, when the energy is 100% penalized, a power of 5 kW for 50 days, and having 7 supercapacitors of the aforementioned characteristics, if 7 atmospheric discharges are captured, 5 kW can be delivered for 350 days at that time, and if the site has a higher ceraunic level the hours will increase of production, needing for example 43.8 atmospheric average discharges to be able to generate a power of 5 kW continuously throughout the year.

8. Procedure for the collection, storage and programmed generation of low-voltage electrical energy from the energy of atmospheric discharges by using the device of a power plant powered by atmospheric discharges described in any of the preceding claims, characterized in that method by comprising at least the following stages:

Attracting an atmospheric discharge; Temporary accumulation of the energy captured in a set of alternating current capacitors arranged in series (nine in a preferred construction); Ultra-fast disconnection of temporary accumulation capacitors (from 10 to 350) lS in a preferred construction). Preparation of the discharge of the temporary accumulation capacitors of the set of alternating current capacitors arranged in parallel (nine in a preferred construction), by connecting them to a DC bus. Instantaneous load (ms) of a plurality of electrolytic supercapacitors by means of the said De bus. Connection of the set of temporary accumulation capacitors arranged in series to prepare to capture a new discharge. Programmed discharge of each of the charged electrolytic supercapacitors, to a low voltage network using a DCIAC converter.

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