RU2366121C1 - Method of atmospheric electricity to electric power conversion - Google Patents

Method of atmospheric electricity to electric power conversion Download PDF

Info

Publication number
RU2366121C1
RU2366121C1 RU2008115668/28A RU2008115668A RU2366121C1 RU 2366121 C1 RU2366121 C1 RU 2366121C1 RU 2008115668/28 A RU2008115668/28 A RU 2008115668/28A RU 2008115668 A RU2008115668 A RU 2008115668A RU 2366121 C1 RU2366121 C1 RU 2366121C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electricity
energy
voltage
atmospheric
atmospheric electricity
Prior art date
Application number
RU2008115668/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Федор Федорович Пащенко (RU)
Федор Федорович Пащенко
Владимир Викторович Торшин (RU)
Владимир Викторович Торшин
Леонид Ефимович Круковский (RU)
Леонид Ефимович Круковский
Борис Павлович Бусыгин (RU)
Борис Павлович Бусыгин
Original Assignee
Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН filed Critical Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Priority to RU2008115668/28A priority Critical patent/RU2366121C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2366121C1 publication Critical patent/RU2366121C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

FIELD: instrument engineering.
SUBSTANCE: invention refers to instrument engineering and can be used for conversion of natural power sources. The presented effect is ensured by series conversion of electricity particularly stored into high-pressure air system energy by means of to For achievement of a given result in process of accumulation of an to its certain size by means of electrohydraulic gaps. When pressure is attained, energy of the air system is converted to electric power with using a wind power generator.
EFFECT: enhancement.
5 dwg

Description

Изобретение относится к области использования природных источников электричества, присутствующего в атмосфере, и может быть использовано в любой точке земли.The invention relates to the use of natural sources of electricity present in the atmosphere, and can be used anywhere in the world.

Известен способ преобразования атмосферного электричества, при котором атмосферное электричество через приемный блок, расположенный в воздушном пространстве, передают на разрядный элемент, выполненный в виде электродов (см., например, патент РФ №2030132, МПК 6 H05F 7/00, опубл. 27.02.1996 г. в Б.И №6).There is a method of converting atmospheric electricity, in which atmospheric electricity is transmitted through a receiving unit located in airspace to a discharge element made in the form of electrodes (see, for example, RF patent No. 2030132, IPC 6 H05F 7/00, publ. 27.02. 1996 in B.I. No. 6).

Недостаток известного способа заключается в том, что возникающие при преобразовании напряжения могут достигать больших величин, что сопряжено с опасностью для жизни. При этом для реализации полученной электроэнергии с большими напряжениями потребуются специальные приемники, эффективность которых невелика.The disadvantage of this method is that the stresses arising from the conversion can reach large values, which is associated with a danger to life. At the same time, special receivers, the effectiveness of which is low, will be required to realize the obtained electricity with high voltages.

Более близким по технической сущности и принятым за прототип является способ преобразования атмосферного электричества в электрическую энергию, заключающийся в том, что атмосферное электричество от установленного на лебедке летательного аппарат передают через проводящий канал в емкостный накопитель электроэнергии с помощью электрического выпрямителя (см., например, патент РФ №2293451, МПК H05F 7/00 "Способ аккумулирования атмосферной электроэнергии", опубл. 10.02.2007 г. в Б.И №4).Closer in technical essence and adopted as a prototype is a method of converting atmospheric electricity into electrical energy, which consists in the fact that atmospheric electricity from an aircraft installed on a winch is transmitted through a conductive channel to a capacitive energy storage device using an electric rectifier (see, for example, patent RF №2293451, IPC H05F 7/00 "Method for the accumulation of atmospheric electricity", published on 02/10/2007 in B.I. No. 4).

Известный способ позволяет оптимизировать положение устройства приема атмосферного электричества в пространстве.The known method allows to optimize the position of the device receiving atmospheric electricity in space.

Известный способ и основанные на нем устройства имеют следующие недостатки.The known method and devices based on it have the following disadvantages.

1. Для использования накопленной в конденсаторах электроэнергии требуется специальный и дорогостоящий высоковольтный преобразователь.1. To use the energy stored in capacitors, a special and expensive high-voltage converter is required.

2. Используемые в накопителях высоковольтные конденсаторы имеют высокую цену и ненадежны.2. High-voltage capacitors used in drives are expensive and unreliable.

3. Высоковольтный накопитель имеет ограничение по напряжению и при высоких атмосферных напряжениях излишек атмосферной энергии приходится бесполезно проводить в землю через высоковольтный разрядник.3. The high-voltage storage device has a voltage limit, and at high atmospheric voltages, excess atmospheric energy has to be uselessly carried into the ground through a high-voltage arrester.

Задачей изобретения является:The objective of the invention is:

1. Создание способа для приема атмосферного электричества, при котором получаемая электроэнергия используется более полно и поступает непосредственно в промышленную сеть или потребителю со стандартным напряжением.1. Creating a method for receiving atmospheric electricity, in which the generated electricity is used more fully and goes directly to the industrial network or to the consumer with a standard voltage.

2. Сокращение количества используемых в накопителе конденсаторов и снижение их номинального напряжения.2. Reducing the number of capacitors used in the drive and reducing their rated voltage.

3. Повышение КПД преобразования атмосферной энергии в промышленную.3. Improving the efficiency of converting atmospheric energy into industrial energy.

Указанная задача решается за счет того, что в способе преобразования атмосферного электричества, при котором его фиксируют в накопителе, согласно изобретению, по мере накопления электричества до определенной величины его с помощью электрогидравлических разрядников последовательно преобразуют в энергию пневматической системы с повышенным давлением и при достижении определенного давления энергию пневмосистемы с помощью ветрогенератора преобразуют в электроэнергию.This problem is solved due to the fact that in the method of converting atmospheric electricity, in which it is fixed in a storage device, according to the invention, as electricity is accumulated to a certain value, it is successively converted by electro-hydraulic arresters into energy of a pneumatic system with increased pressure and when a certain pressure is reached the energy of the pneumatic system is converted into electricity by means of a wind generator.

Преобразование электричества по мере его накопления до определенной величины в энергию пневматической системы с повышенным давлением и при достижении определенного давления преобразование энергии пневмосистемы с помощью ветрогенератора в электроэнергию позволит обеспечить практически полную утилизацию атмосферного электричества со стандартным напряжением, соответствующим напряжению промышленной сети.Converting electricity as it accumulates to a certain value into energy of a pneumatic system with increased pressure and when a certain pressure is reached, converting the energy of the pneumatic system using a wind generator into electricity will allow for almost complete utilization of atmospheric electricity with a standard voltage corresponding to the voltage of the industrial network.

Заявленное изобретение иллюстрируется 5-ю фигурами.The claimed invention is illustrated by 5 figures.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства преобразования атмосферного электричества.Figure 1 presents a circuit diagram of a device for converting atmospheric electricity.

На фиг.2 показана принципиальная конструкция электрогидравлического разрядника.Figure 2 shows the basic construction of an electro-hydraulic arrester.

На фиг.3 изображена схема расположение датчиков положения штока электрогидравлического разрядника.Figure 3 shows a diagram of the location of the position sensors of the rod of the electro-hydraulic spark gap.

На фиг.4 - принципиальная электрическая схема включения блокировочных реле.Figure 4 - circuit diagram of the inclusion of interlocking relays.

Фиг.5 демонстрирует пневматический накопитель и преобразователь высокого давления в электроэнергию.5 shows a pneumatic storage device and a high pressure to electric power converter.

Устройство для преобразования атмосферного электричества в электрическую энергию выполнено следующим образом. Через проводящий канал - электропровод 1 (фиг.1) атмосферное электричество от аэростата (не показан) подводится к приемному высоковольтному конденсатору 2. К зажимам конденсатора подсоединена цепь, состоящая из разрядника 3, последовательно с которым включено несколько параллельно соединенных электрогидравлических разрядников 4. В цепи каждого разрядника имеется нормально открытый контакт 5 блокировочного реле. Электрогидравлический разрядник состоит из цилиндра 6 (фиг.2), расположенного вертикально. Он разделен поршнем 7 на две камеры. Камера 8, расположена ниже поршня 7. Полость нижней камеры частично заполнена водой 9. В воду помещены электроды 10, разделенные промежутком. Нижняя камера с помощью гибкого шланга 11 соединена с резервуаром (не показан), заполненным водой. Верхняя камера 12 цилиндра 6 имеет крышку 13, которая соединена шлангом 14 с источником газа (не показан). Шланг 14 снабжен обратным клапаном 15, который препятствует выходу газа из верхней камеры к источнику газа. В крышке 13 выполнено отверстие 16 с сальником, через которое проходит шток 17 поршня 7. Поршень снабжен пружиной сжатия 18, расположенной вдоль штока между крышкой 11 и верхней поверхностью поршня. В крышке 11 имеется также отверстие 19, которое шлангом 20 соединено с общим тубопроводом (не показан). В шланге 20 имеется обратный клапан 21, препятствующий перетоку газа из приемной емкости (не показана) в верхнюю камеру 12. Внутри цилиндра 6 имеется упорная шайба 22, выполненная из упругого материала, расположенная в верхней части и примыкающая к крышке 13. Выше уровня воды 9 внутри цилиндра имеется также ограничительная шайба 23, препятствующая движению поршня 17 ниже определенного уровня.A device for converting atmospheric electricity into electrical energy is as follows. Through a conductive channel — an electric wire 1 (Fig. 1), atmospheric electricity from a balloon (not shown) is supplied to a receiving high-voltage capacitor 2. A circuit consisting of a spark gap 3 is connected to the clamps of the capacitor, and several electro-hydraulic dischargers 4 connected in series with it are connected in series. Each spark gap has a normally open contact 5 of the interlock relay. Electro-hydraulic spark gap consists of a cylinder 6 (figure 2) located vertically. It is divided by piston 7 into two chambers. The chamber 8 is located below the piston 7. The cavity of the lower chamber is partially filled with water 9. Electrodes 10 are placed in the water, separated by a gap. The lower chamber is connected with a flexible hose 11 to a reservoir (not shown) filled with water. The upper chamber 12 of the cylinder 6 has a cover 13, which is connected by a hose 14 to a gas source (not shown). The hose 14 is equipped with a check valve 15, which prevents the escape of gas from the upper chamber to the gas source. A hole 16 is made in the cap 13 with an oil seal, through which the piston rod 17 passes. The piston is equipped with a compression spring 18 located along the rod between the cap 11 and the upper surface of the piston. The cap 11 also has an opening 19, which is connected by a hose 20 to a common piping (not shown). In the hose 20 there is a check valve 21, which prevents the flow of gas from the receiving tank (not shown) into the upper chamber 12. Inside the cylinder 6 there is a thrust washer 22 made of elastic material located in the upper part and adjacent to the cover 13. Above the water level 9 inside the cylinder there is also a restrictive washer 23, which prevents the movement of the piston 17 below a certain level.

Каждый электрогидравлический разрядник 4 снабжен датчиком положения поршня 17. На фиг.3 показан оптический датчик, состоящий из лазерного излучателя 24, установленного на стойке 25, и фотоприемника 24', установленного на стойке 26. Луч от излучателя 24 проходит над верхним краем штока 17 и воспринимается фотоприемником 24', когда шток находится в спокойном состоянии.Each electro-hydraulic spark gap 4 is equipped with a piston position sensor 17. FIG. 3 shows an optical sensor consisting of a laser emitter 24 mounted on a strut 25 and a photodetector 24 'mounted on a strut 26. A beam from the emitter 24 passes over the upper edge of the rod 17 and perceived by the photodetector 24 'when the rod is in a calm state.

Нормально открытые контакты 27 датчиков положения находятся в цепи питания катушек реле 5 (фиг.4).Normally open contacts 27 of the position sensors are located in the power supply circuit of the coils of the relay 5 (figure 4).

Выходные концы шлангов 20 соединены с общим шлангом 28 (фиг.5), соединенным с приемной камерой 29 высокого давления. В шланге 28 перед входом в приемную камеру 29 имеется дополнительный обратный клапан 30. На выходе приемной камеры высокого давления имеется газовый редуктор (не показан), сочлененный с питающим шлангом 31. В шланге 31 установлен электроуправляемый клапан 32. Приемная камера 29 снабжена манометром 33, имеющим электрическую связь с клапаном 32. На выходе питающего шланга 31 установлен преобразователь энергии воздушного потока в электрическую энергию, состоящий из турбины 34 и электрического генератора 35.The output ends of the hoses 20 are connected to a common hose 28 (Fig. 5) connected to the receiving chamber 29 of the high pressure. In the hose 28, before the entrance to the receiving chamber 29, there is an additional non-return valve 30. At the outlet of the high pressure receiving chamber there is a gas reducer (not shown) coupled to the supply hose 31. An electrically operated valve 32 is installed in the hose 31. The receiving chamber 29 is equipped with a pressure gauge 33, having an electrical connection with the valve 32. At the outlet of the supply hose 31, a converter of energy of the air flow into electrical energy is installed, consisting of a turbine 34 and an electric generator 35.

Устройство для преобразования атмосферного электричества в электроэнергию действует следующим образом. Электрический заряд, имеющийся в атмосфере, по проводящему каналу 1 подводится к конденсатору 2. При достижении определенной величины напряжения на конденсаторе происходит пробой разрядника 3 и возникает разряд между электродами 10. В результате в одном из цилиндров 6 создается электрогидравлический удар, обладающий большой энергией. Под влиянием ударной волны поршень 17 движется вверх, преодолевая сопротивление газа в камере 12 и противодействие пружины 18. При этом поршень вытесняет воздух из верхней камеры 12 цилиндра 6 в трубопровод 20. Из трубопровода 20 воздух поступает приемную камеру 29. При этом напряжение в конденсаторе 2 снижется. По мере накопления заряда в конденсаторе 2 происходит очередной пробой и процесс повторяется. При достижении определенного давления в камере 29 по сигналу манометра 33 открывается клапан 32 и сжатый воздух поступает на воздушную турбину 34, которая приводит во вращение ротор генератора 35. Однако при наличии грозовой облачности, когда напряжение в атмосфере близко к возникновению молний, при сильных порывах ветра аэростат, прикрепленный к электропроводу 1, может быстро двигаться к грозовому облаку. В этом случае заряд конденсатора 2 может достигать пороговых значений за короткий период времени. В самом деле, известно, что значение напряженности грозового разряда доходит до 1500 кВ. Темп нарастания напряженности иногда превышает 600 кВ/с.A device for converting atmospheric electricity into electricity acts as follows. An electric charge in the atmosphere is supplied through the conducting channel 1 to the capacitor 2. Upon reaching a certain voltage on the capacitor, a breakdown of the spark gap 3 occurs and a discharge occurs between the electrodes 10. As a result, one of the cylinders 6 creates an electrohydraulic shock with high energy. Under the influence of the shock wave, the piston 17 moves upward, overcoming the gas resistance in the chamber 12 and the resistance of the spring 18. In this case, the piston displaces the air from the upper chamber 12 of the cylinder 6 into the pipeline 20. From the pipeline 20, the air enters the receiving chamber 29. The voltage in the capacitor 2 declining. As the charge accumulates in the capacitor 2, another breakdown occurs and the process repeats. When a certain pressure in the chamber 29 is reached, the valve 32 opens by the pressure gauge 33 and the compressed air enters the air turbine 34, which rotates the rotor of the generator 35. However, in the presence of thunderstorm clouds, when the voltage in the atmosphere is close to lightning, with strong gusts of wind a balloon attached to electrical wire 1 can quickly move towards a thundercloud. In this case, the charge of the capacitor 2 can reach threshold values in a short period of time. In fact, it is known that the value of lightning discharge intensity reaches 1500 kV. The rate of increase in tension sometimes exceeds 600 kV / s.

Из-за инерции механической части электрогидравлического разрядника он способен преобразовать напряжение с градиентом не более 100 кВ/с. Для того чтобы обеспечить полную утилизацию большого количества атмосферного электричества, необходимо, чтобы преобразование энергии происходило со скоростью, в несколько раз превышающей возможности одного электрогидравлического разрядника. Это достигается следующим образом. При срабатывании одного из разрядников 4 его шток 17, двигаясь вверх, перекроет луч соответствующего лазерного излучателя 24. Тогда на его приемник 24' сигнал не поступит. Нормально открытый контакт 26 разрывает цепь соответствующей катушки реле 5. Нормально открытый контакт последнего разрывает цепь питания сработавшего разрядника, предупреждая преждевременную подачу напряжения на его электроды. Поэтому при быстрой зарядке конденсатора 2 происходит пробой напряжения разрядника 3 и подвод напряжения к одному из следующих электрогидравлических разрядников 4. Время востановления режима ожидания каждого из сработавших разрядников составляет 0,1-0,5 с. Следовательно, количество их должно быть таким, чтобы успеть полностью воспринять быстро нарастающую волну атмосферного электричества. По предварительным расчетом общее число электрогидравлических разрядников составляет 10-12 шт.Due to the inertia of the mechanical part of the electro-hydraulic spark gap, it is capable of converting voltage with a gradient of not more than 100 kV / s. In order to ensure the complete utilization of a large amount of atmospheric electricity, it is necessary that the energy conversion takes place at a speed several times higher than the capabilities of one electro-hydraulic spark gap. This is achieved as follows. When one of the arresters 4 is activated, its rod 17, moving upward, will block the beam of the corresponding laser emitter 24. Then, no signal will arrive at its receiver 24 '. Normally open contact 26 breaks the circuit of the corresponding relay coil 5. Normally open contact of the latter breaks the power circuit of the triggered spark gap, preventing premature supply of voltage to its electrodes. Therefore, when the capacitor 2 is quickly charged, the voltage of the spark gap 3 is broken and the voltage is applied to one of the following electro-hydraulic spark gap 4. The recovery time of the standby mode of each of the triggered spark gap is 0.1-0.5 s. Therefore, their number should be such as to be able to fully absorb the rapidly growing wave of atmospheric electricity. According to preliminary calculations, the total number of electro-hydraulic arresters is 10-12 pcs.

Таким образом, способ преобразования атмосферного электричества состоит в следующем. По мере накопления электричества до определенной величины его с помощью электрогидравлических разрядников последовательно преобразуют в энергию пневматической системы с повышенным давлением. При достижении определенного давления энергию пневмосистемы с помощью ветрогенератора преобразуют в электроэнергию.Thus, a method for converting atmospheric electricity is as follows. With the accumulation of electricity to a certain value, it is subsequently converted into electro-hydraulic dischargers into energy of a pneumatic system with increased pressure. When a certain pressure is reached, the energy of the pneumatic system is converted into electricity by means of a wind generator.

По расчетам суммарный КПД преобразования достигает 60%. Устройство электрогидравлического разрядника относительно простое. На выходе генератора 35 можно получить любое требуемое напряжение, в том числе и стандартное. Предполагаемый способ способен полностью преобразовать атмосферную энергию в электрическую. При этом удается избежать разрушительного воздействия грозовых разрядов на окружающую среду в районе действия предлагаемой установки.According to calculations, the total conversion efficiency reaches 60%. The electro-hydraulic arrester is relatively simple. At the output of the generator 35, you can get any desired voltage, including standard. The proposed method is capable of completely converting atmospheric energy into electrical energy. At the same time, the destructive effect of lightning discharges on the environment in the area of the proposed installation is avoided.

Claims (1)

Способ преобразования атмосферного электричества в электрическую энергию, при котором его фиксируют в накопителе, отличающийся тем, что по мере накопления электричества до определенной величины его с помощью электрогидравлических разрядников последовательно преобразуют в энергию пневматической системы с повышенным давлением и при достижении определенного давления энергию пневмосистемы с помощью ветрогенератора преобразуют в электроэнергию. A method of converting atmospheric electricity into electrical energy, in which it is fixed in a storage device, characterized in that, as electricity accumulates to a certain value, it is successively converted using electro-hydraulic arresters into energy of a pneumatic system with increased pressure and when a certain pressure is reached, the energy of the pneumatic system using a wind generator convert to electricity.
RU2008115668/28A 2008-04-21 2008-04-21 Method of atmospheric electricity to electric power conversion RU2366121C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008115668/28A RU2366121C1 (en) 2008-04-21 2008-04-21 Method of atmospheric electricity to electric power conversion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008115668/28A RU2366121C1 (en) 2008-04-21 2008-04-21 Method of atmospheric electricity to electric power conversion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2366121C1 true RU2366121C1 (en) 2009-08-27

Family

ID=41150065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008115668/28A RU2366121C1 (en) 2008-04-21 2008-04-21 Method of atmospheric electricity to electric power conversion

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2366121C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469892C2 (en) * 2011-03-21 2012-12-20 Холыма Лимитед Non-polluting automatic device for power generation intended for vehicle
EA034109B1 (en) * 2018-01-11 2019-12-27 Борис Иванович Блескин Electric motor using atmospheric electricity
EA037097B1 (en) * 2018-01-31 2021-02-05 Борис Иванович Блескин Electric power plant using atmospheric electricity

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Бантиданов Л.Н. Электрические станции и подстанции. Госэнергоиздат. - М. - Л., 1958. 217 с. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469892C2 (en) * 2011-03-21 2012-12-20 Холыма Лимитед Non-polluting automatic device for power generation intended for vehicle
EA034109B1 (en) * 2018-01-11 2019-12-27 Борис Иванович Блескин Electric motor using atmospheric electricity
EA037097B1 (en) * 2018-01-31 2021-02-05 Борис Иванович Блескин Electric power plant using atmospheric electricity

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2366121C1 (en) Method of atmospheric electricity to electric power conversion
CN102157253B (en) Outer-gap lightning arrester
CN104115818B (en) The acousto-optic compound bird-repeller system that a kind of vertical shaft fan is constituted
WO2019087423A1 (en) Lightning strike suppression-type lightning arrester
CN107559054A (en) A kind of constant pressure type air bag energy-storage system
CN102758732A (en) Power generating and monitoring integrated aerial wind power generation system
CN202384124U (en) Arrester for direct-current power transmission line protection
CN204064125U (en) A kind of motor push rod type shield net bracing or strutting arrangement
CN204706772U (en) One ± 800kV extra high voltage direct current transmission line arrester device
CN108388157B (en) Active lightning protection system and method
CN103344340A (en) Degraded insulator on-site testing method
CN218940308U (en) Lightning intensity attenuation device for protecting fan blade
CN210866920U (en) Switch cabinet
CN105261433B (en) A kind of arrester
CN201498289U (en) 10 KV post lightning arrester
WO2008044488A1 (en) Lightning attracting device, lightning protection device, lightning prevention system, lightning electric power utilizing apparatus, lightning electric power utilizing system, wind power generator, and wind power generation system
CN209657915U (en) A kind of multifunctional lightning protection insulator
CN204858553U (en) LXFB type is big to hold combination formula overvoltage protection
CN204215856U (en) All-sealed branch mailbox wind power transformer
RU2744101C1 (en) Device for accumulating high-altitude atmospheric energy
CN209730982U (en) A kind of wind power cabin cover heat reclaiming system
CN110010311B (en) Multifunctional lightning protection insulator
CN208027838U (en) A kind of Zinc-Oxide Arrester
CN107575348B (en) A kind of lightning protection system
CN201616416U (en) Ceramic high-voltage discharge tube

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180422