Пристрій накопичення електричної енергії

Реферат: UA 98667 U UA 98667 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Запропонована корисна модель належить до області здобуття альтернативного виду електричної енергії з електростатичного або електромагнітного накопичення елементарних частинок, що утворюються у вихрових структурах природних явищ, наприклад, при утворенні блискавок. Відома система вимірювання струму блискавки, яка у своєму складі має струмопровідну загострену башту, три тороїдальні котушки індуктивності, перша з яких, що розташована на деякій відстані від башти, через інтегруючу ланку з'єднана з детектором пікової напруги, вихід якої з'єднаний з першим входом пристрою запису інформації. Друга котушка через інтегруючу ланку з'єднана з входом аналого-цифрового перетворювача, вихід якого через оперативну цифрову пам'ять з'єднаний з цифро-аналоговим перетворювачем. Вихід цифро-аналогового перетворювача з'єднаний з другим входом пристрою запису інформації. Третя котушка через інтегруючу ланку з'єднана з детектором пікової напруги, вихід якого з'єднаний з третім входом пристрою запису інформації. (Lightning current measuring systems. Patent USA G01R 31/02 № 3.889.185, jun.10, 1975). Недоліками такої системи є те, що вона не дозволяє накопичення енергії блискавок з подальшим її використанням. Найбільш близьким до запропонованого пристрою накопичення електричної енергії є пристрій, який у своєму складі має вертикально встановлений громовідвід, з'єднаний з засобами заземлення. Громовідвід виконано як провідник з найменшим опором струму атмосферної електрики, близько біля якого розташовано один або декілька елементів для зняття електричної енергії. При цьому елемент для зняття електричної енергії має котушку індуктивності, напівпровідний елемент, ємність, які з'єднані послідовно і утворюють єдиний електричний контур. Котушка індуктивності і напівпровідниковий елемент мають опір струму не більше 1 Ом, а елемент для зняття енергії розташовано на відстані від 0,1 м до 10 м від громовідводу. Котушка індуктивності розміщена ортогонально будь-якій площині, що проходить через вісь громовідводу і виконана у вигляді тороїда, вісь симетрії якого співпадає з віссю громовідводу. Засіб заземлення виконано як відкрита або замкнена ємність, що заповнена електролітом, а громовідвід виконано як стрижень (Устройство для накопления электрической энергии. Патент Российской Федерации H05F7/00 № 2332816). До недоліків такого пристрою накопичення електричної енергії є низька ефективність за рахунок того, що весь струм, що виникає при розряді блискавки, проходить через один стрижень-громовідвід і значна його частка витрачається на нагрів стрижня, а не використовується для подальшого перетворення у корисне застосування. Окрім того, виконання заземлення у вигляді ємності з електролітом при струмі в декілька тисяч ампер за дуже короткий проміжок часу (0,001 с) може привести до різного його випарювання, підйому тиску і навіть до зриву, що небезпечно. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності та безпеки пристрою накопичення електричної енергії, що утворюється при розрядах блискавок. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що у пристрій накопичення електричної енергії, який у своєму складі має вертикально встановлений громовідвід, виконаний у вигляді стрижня з найменшим опором струму атмосферної електрики, навколо якого на відстані від 0,1 м до 10 м розташовані тороїдальні котушки індуктивності, згідно з корисною моделлю, введені електрично з'єднані з центральним стрижнем-громовідводом n бічних вертикально встановлених стрижнів, що проходять через k котушок індуктивності, які мають первинну і вторинну обмотки з різною кількістю витків і розташовані на m паралельних землі платформах з ізоляційного матеріалу, при цьому нижні кінці всіх наземних стрижнів замуровані у бетонну подушку, а ті, що знаходяться безпосередньо в землі, з'єднані між собою металевим каркасом. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 зображена загальна конструктивна схема пристрою накопичення електричної енергії, на Фіг. 2 показано вигляд пристрою зверху. На Фіг. 1 позначено: центральний стрижень-громовідвід - 1, бічні стрижні - 2, первинна обмотка котушки індуктивності - 3, вторинна обмотка котушки індуктивності - 4, платформа - 5, бетонна подушка - 6, земля - 7, металевий каркас - 8. Центральний стрижень-громовідвід 1 та всі n бічні стрижні 2 встановлені вертикально і паралельно між собою і мають в верхній частині між собою електричний зв'язок, який виконано конструктивно за рахунок, наприклад, методу зварювання. Бічні стрижні 2 проходять через котушки індуктивності, що мають первинну 3 та вторинну 4 обмотки. Первинна 3 та вторинна 4 обмотки котушок індуктивності мають різну кількість витків і розташовані між собою на відстані. 1 UA 98667 U 5 10 15 20 25 30 35 Усі з k котушок індуктивності, що знаходяться на однаковій відстані від землі, розташовуються на одній з m платформ, виконаних з ізоляційного матеріалу. Нижні кінці центрального стрижня-громовідводу 1 та бічних стрижнів 2, що знаходяться біля поверхні землі 7, замуровано у бетонну подушку 6, а ті, що знаходяться безпосередньо в землі, з'єднані між собою металевим каркасом 8. Пристрій накопичення електричної енергії працює наступним чином. При ударі блискавки в . 5 центральний стрижень-громовідвід 1, струм І=(2…5) 10 А починає протікати як по центральному стрижню-громовідводу 1, так і по n бічних стрижнях 2, що досягається за рахунок їх електричного зв'язку в верхній їх частині. Це необхідно для того, щоб різко знизити величину струму, що протікає по центральному стрижню-громовідводу 1. Так, наприклад, якщо бічних . 5 2 . 3 стрижнів n=100, то по кожному з них буде протікати струм І=(2…5) 10 /10 =(2…5) 10 А, при . 5 3 . n=1000 - відповідно І=(2…5) 10 /10 =(2…5) 10 А. Зниження струму, що протікає по стрижням, до 2 3 величин (10 …10 ) А безпосередньо відповідає вимогам забезпечення зниження вимог до ізоляційних і електричних параметрів первинних 3 та вторинних 4 обмоток котушок індуктивності. Окрім цього значно збільшується безпека обслуговування таких пристроїв. Струм, що протікає по бічних стрижнях 2, виробляє навколо себе кругове магнітне поле Н, яке пересікає первинну обмотку 3 котушки індуктивності. Під дією цього поля в первинній обмотці 3 котушки індуктивності виникає електрорушійна сила (ЕРС), яка, в свою чергу, трансформується у вторинну обмотку 4 котушки індуктивності. Величини ЕРС і струмів, що трансформуються у первинні 3 та вторинні 4 обмотки котушок індуктивності залежать від відстані між бічним стрижнем 2 і первинною обмоткою 3, а також від числа витків у первинній обмотці 3. Електрорушійна сила, що наводиться у вторинній обмотці 4 котушки індуктивності, також залежить від відстані між обмотками 3 і 4, а також від числа їх витків. При цьому, підбираючи відповідні відстані між бічним стрижнем 2 і первинною обмоткою 3, між первинною обмоткою 3 і вторинною обмоткою 4 котушок індуктивності, можна на виході вторинної обмотки 4 котушки індуктивності здобувати струм і напругу, що необхідні для того чи іншого використання. Так, наприклад, якщо необхідно здобуту EРС у вторинній обмотці 4 котушки індуктивності передати на значну відстань, то її вихід з'єднується з лінією електропередачі. Якщо ЕРС вторинної обмотки 4 котушки індуктивності треба використовувати як постійний струм, то її вихід через діодний випрямляч з'єднується з конденсатором, до виходу якого підключається та чи інша апаратура користувача. З метою підвищення величини загальної ЕРС, що утворюється на виходах вторинних обмоток 4 котушок індуктивності, їх виходи можуть, відповідно до вимог, об'єднуватися. Таким чином, поставлена задача підвищення ефективності та безпеки накопичення електричної енергії, що утворюється при розрядах блискавок, повністю вирішується завдяки розпаралеленню струму блискавки, що забезпечує його зниження, а як наслідок - підвищення безпеки такого типу пристрою. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Пристрій накопичення електричної енергії, який у своєму складі має вертикально встановлений громовідвід, виконаний у вигляді стрижня з найменшим опором струму атмосферної електрики, навколо якого на відстані від 0,1 м до 10 м розташовані тороїдальні котушки індуктивності, який відрізняється тим, що в нього введені електрично з'єднані з центральним стрижнемгромовідводом n бічних вертикально встановлених стрижнів, що проходять через k котушок індуктивності, які мають первинну і вторинну обмотки з різною кількістю витків і розташовані на m паралельних землі платформах з ізоляційного матеріалу, при цьому нижні кінці всіх наземних стрижнів замуровані у бетонну подушку, а ті, що знаходяться безпосередньо в землі, з'єднані між собою металевим каркасом. 2 UA 98667 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3