Размещено на http://www.allbest.ru/

ГЛАВА 1. ЭЛЕКТРИЧЕКСИЕ СХЕМЫ КВАРТИР

Электроэнергия в квартиру подается по двум проводам, между которыми существует сетевое напряжение 220 В. Каждый элемент электрической схемы имеет в цепи свое условное изображение и обозначение. Например, SF-- автоматический выключатель -- устройство, которое при чрезмерно большой, недопустимой по нормам силе тока в электрической схеме осуществляет разрыв цепи, т. е. обесточивает цепь. Самый простой автоматический выключатель -- плавкий предохранитель; SA -- обычный выключатель; SB -- кнопка; XS -- розетка; ХР -- вилка электроприбора.

Электрическая схема - квартирная электропроводка

При устройстве электропроводки в квартире, в других помещениях неизбежно возникает необходимость делать ответвления от основных проводов, например для подключения штепсельной розетки, звонка, выключателя. Подключение ответвляемых проводов выполняют в распределительных коробках. Они представляют собой пластмассовые цилиндрические стаканчики с отверстиями (входными и выходными) и крышкой. Внутри коробки могут располагаться винтовые зажимы для подключения ответвляемых установочных проводов. Условное обозначение распределительной коробки показано на схеме квартирной электропроводки (см. рис. 6).

Потребителями электроэнергии в квартире являются: электрический звонок НА; лампы накаливания и люминесцентные лампы, находящиеся в светильниках EL; электронагревательные приборы -- электроплита, электрокамин, электрочайник, другие бытовые электроприборы -- стиральная машина, кухонный комбайн, холодильник, телевизор, видеомагнитофон и оргтехника -- компьютер, принтер и т. д., которые подключаются к розеткам XS. Все потребители подключаются к питающей сети параллельно. При таком подключении выход из строя или отключение одного из электроприборов не повлечет за собой «обесточивание» остальных. При последовательном соединении потребителей обрыв цепи вызовет отключение всех электроприборов.

Примером последовательного соединения элементов электрической схемы является соединение потребителя электроэнергии и выключателя.

Все электрические приборы и устройства рассчитаны на определенное электрическое напряжение и определенную силу тока, называемые номинальными.

Иногда в электрической схеме может возникнуть ток большой силы. Это явление в электротехнике получило название короткое замыкание. Оно происходит в том случае, когда выходные гнезда любого источника питания, в том числе и гнезда розетки осветительной сети, соединятся между собой проводником с малым электрическим сопротивлением -- напрямую, «коротко». Это может произойти при различных неисправностях электроприборов, например при нарушении изоляции проводов. Короткое замыкание -- опасное явление, поскольку при этом через проводник протекает ток очень большой силы и, следовательно, происходит выделение большого количества теплоты, что может вызвать возгорание как самого проводника, так и соприкасающихся с ним предметов. Защитными устройствами в квартирной электропроводке являются автоматические выключатели и плавкие предохранители (рис. 7).

Рис. 7. Автоматические выключатели (а, б) и плавкие предохранители (в)

Для выполнения проектов по электротехнике и электронике необходимо уметь читать принципиальные электрические схемы, составлять монтажные схемы и монтировать элементы по этим схемам.

Электрические схемы бывают принципиальные и монтажные. На принципиальных схемах отображают электрические связи всех элементов электрической цепи без указания места расположения элементов в реальной электроустановке. Эти схемы составляют при разработке, конструировании электроустановок и используют при их эксплуатации и ремонте. Монтажная схема -- это рабочий чертеж или эскиз, на котором указано, каким образом все элементы электрической цепи электроустановки соединены между собой и как они располагаются относительно друг друга на монтажной плате, монтажном щите.

Такие схемы используют, например, при сборке бытовых электротехнических и электронных устройств. Для прокладки электропроводки в зданиях, в том числе квартирной электропроводки, используют монтажные однолинейные схемы, в которых две линии проводов заменяются одной, а если участок электропроводки состоит из большего числа линий, то на однолинейной схеме ставят соответствующее число штрихов (три, четыре и т. д.). Кроме того, в таких монтажных схемах применяют упрощенное обозначение электроустановочных устройств. Разработанную монтажную однолинейную схему накладывают на план помещения и по этому документу осуществляют прокладку электропроводки.

Элементы электрических цепей соединяют между собой электрическими проводниками, чаще всего -- проводами. Какие же бывают провода и как их используют для устройства квартирной электропроводки?

Существует большое количество различных типов проводов, и каждый имеет свое назначение. Все провода маркируют определенным образом с помощью букв и цифр. По маркировке провода можно узнать его назначение и характеристики: металл, из которого он изготовлен; площадь его поперечного сечения в квадратных миллиметрах, или диаметр; материал изоляции; сколько он имеет токопроводящих жил; на какое напряжение рассчитан.

Площадь поперечного сечения (диаметр) электрического провода является одной из важнейших его характеристик. Чем больше площадь поперечного сечения (чем толще провод), тем меньше его погонное сопротивление и тем больший электрический ток он способен передавать. Тонкие провода будут греться сильнее, чем толстые.

Как правило, в электротехнике используют провода, имеющие изоляцию. Она обеспечивает безопасность и предотвращает недопустимые контакты в цепях. Провода без изоляции используют при передаче электрической энергии на большие расстояния от электрических станций к ее потребителям.

Все провода по назначению делят на установочные, монтажные, обмоточные, шнуры и кабели.

Установочные провода (рис. 8) применяют в зданиях для скрытой или открытой электропроводки. Количество жил в них -- одна, две или три. Жилы бывают медными или алюминиевыми. Установочные провода, используемые для квартирной электропроводки, имеют сечение от 1 до 4 мм2 и резиновую, полиэтиленовую или поливинилхлоридную (ПВХ) изоляцию. Установочные провода, используемые на промышленных предприятиях, могут иметь сечение от 0,5 до 500 мм2.

Для электропроводки применяют круглые (рис. 30, а) и плоские (рис. 30, б) провода. Номинальное напряжение, на которое они должны быть рассчитаны, -- не ниже 220 В.

Рис. 8. Установочные провода: а -- круглые: 1 -- одножильный однопроволоч-ный с алюминиевой жилой; 2-- двужильный многопроволочный с медной жилой; б -- плоские с медными жилами: 3, 4 -- двужильные однопроволочные; 5 -- трехжильный многопроволочный

В зависимости от условий прокладки электропроводки и ее эксплуатации по специальным таблицам по величине сечения жил выбирают требуемый тип установочного провода. Чтобы пользоваться этими таблицами, необходимо знать маркировку установочных проводов, которую можно найти в электротехнических справочниках. Например, для квартирной электропроводки используют наряду с другими провод типа АППВ 2x2,5. Его маркировка расшифровывается так: плоский провод (ПП) с двумя (2) алюминиевыми (А) жилами сечением 2,5 мм2 (2,5) в поливинилхлоридной изоляции (В).

Монтажные провода применяют для фиксированного и гибкого монтажа электрических схем на панелях, платах, щитах, деталях телефонных аппаратов, радиоприемников, телевизоров, пылесосов, холодильников, электронагревательных приборов и т. п. Они могут иметь волокнистую, пленочную, пластмассовую или комбинированную изоляцию. Жилы монтажных проводов изготовляют из мягкой медной проволоки, они могут состоять из нескольких медных проволочек (многопроволочные жилы). Для более качественного и надежного монтажа жилы монтажных проводов предварительно облуживают, т. е. покрывают тонким слоем припоя -- сплава олова, свинца и некоторых других веществ. Для крепления монтажных проводов используют неразъемное соединение пайкой или разъемное соединение, осуществляемое с помощью болта и гайки.

Обмоточные провода применяют для изготовления катушек (обмоток) трансформаторов, электромагнитных реле, измерительных приборов, электродвигателей и других электрических приборов и машин. Обычно обмоточные провода имеют пленочную (лаковую или эмалевую) изоляцию.

Для подключения потребителей электрической энергии к внешним источникам питания применяют шнуры и кабели. Шнуры большей частью используют для подключения подвижных бытовых электроприборов: телефонных аппаратов, утюгов, светильников, некоторых электронагревательных приборов. Шнуры, как и монтажные провода, имеют гибкие медные многопроволочные жилы, покрытые одним или несколькими слоями изоляции. Сечение каждой жилы шнура не превышает 1,5 мм2. Шнуры способны выдерживать многократные перегибы без повреждения.

Кабели применяют для передачи на расстояние электрической энергии и сигналов связи, а также для подключения мощных электроприборов. Кабель -- это один или несколько скрученных вместе изолированных проводов, заключенных в защитную герметичную алюминиевую, свинцовую или полихлорвиниловую оболочку.

ГЛАВА 2. ПРОБЛЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОВОДОВ (КАБЕЛЕЙ)

Увеличение объема отработанных кабелей становится все большей проблемой как в Польше, так и в других странах. Это связано с развитием электрической и электронной промышленности, а также энергетики. Вступившие в силу директивы ЕС об отработанном электрическом и электронном оборудовании требуют соответствующего обращения и с отходами кабеля, которые, как и другие отходы, подлежат утилизации или обезвреживанию.

Знание состава материала отработанных кабелей необходимо для выбора оптимального порядка действий при их утилизации и обезвреживании, который обеспечит максимальное использование материалов, главным образом металлов, а также минимизацию вредного воздействия отходов на окружающую среду. Достичь такой цели можно путем разумного подбора технологической линии, использующей как ручной труд (сортировка), так и современное высокопроизводительное оборудование (дробление, сепарация).

В развитых странах отходы кабелей рассматривают как ценный источник меди и алюминия. Поэтому фирмы соревнуются в разработке новых технологий для получения максимального эффекта восстановления сырья при минимальных потерях. При этом важным фактором является количество перерабатываемых отходов, так как при большом объеме переработки появляется возможность применения высокопроизводительных, специализированных машин, которые могут выполнять функции дробления и сепарации. Основной способ переработки отходов кабелей -- первоначальная резка или дробление материала на части величиной 30-40 мм, а затем грануляция (размер частиц около 5 мм) и отделение металла. Выделение меди или алюминия можно проводить как «сухим», так и «мокрым» методом.

Источники и причины образования отходов кабелей

Тип, форма и степень загрязненности отходов зависят от источников их образования.

В процессе производства кабелей возникают технологические отходы. Они преимущественно имеют высокую степень чистоты и, как правило, относятся к одному типу, а их свойства близки к свойствам сырья. Это отходы, образующиеся при каждом запуске технологической линии, а также брак. Предприятия, изготавливающие кабельную продукцию, возвращают эти отходы в производство либо передают в специализированные фирмы, занимающиеся рециклингом.

Эксплуатационные отходы, которые требуют очистки и разделения, представляют большую проблему. Они возникают во время аварий кабельных линий и электрических установок. Причиной аварий могут быть конструкторские, производственные либо монтажные ошибки, а также износ. Аварии возможны при атмосферном или другом воздействии окружающей среды и при повреждении изоляции.

Еще один источник образования отходов кабелей -- лом электронного и электрического оборудования, срок службы которого зависит от многих факторов: внедрения новых технологий, платежеспособности населения, состояния народного хозяйства и др. Беспроводные технологии развиваются интенсивно, однако большая часть оборудования имеет провода, служащие для передачи электроэнергии или данных.

В настоящее время введена в действие директива WEEE (2002/96/WE), которая запрещает складирование электрического и электронного оборудования на свалках.

Утилизация отходов должна предусматривать извлечение не только металла, но и изоляции, то есть пластмасс. Для этого кабель подвергают дроблению. Чтобы разделить смесь пластмасс, необходима идентификация отдельных составных элементов с помощью детекторов. Возможно использование спектроскопии и рентгеновского излучения, с помощью которых выделяют ПХВ из других отходов пластмасс. Другой способ -- спектроскопия в инфракрасном излучении с применением фотодетекторов, которая дает возможность быстрой идентификации состава материалов. Используя разницу в плотности, материалы можно разделить с помощью флотации, гидроциклона, пневматического метода и центрифуги.

Пример извлечения металлов -- технология получения технической окиси меди (II). Медную проволоку из кабельных отходов растворяют в водном растворе карбоната аммония при одновременной аэрации. Полученный в результате этой операции раствор разлагают в автоклаве на осадок окиси меди, аммиак и углекислый газ, а также воду. Осадок окиси меди сушат, измельчают, а остальные продукты возвращают в производственный цикл. В этом процессе отходы и побочные продукты не образуются. Основные используемые устройства -- реактор, автоклав и абсорберы, а также центрифуга, сушилка и мельница. Полученный продукт в виде технической окиси меди (II) укладывают в мешки.

Минимизация образования отходов кабелей. Наиболее эффективный путь уменьшения количества отходов кабелей -- предупреждение их появления за счет производства кабелей высокого качества и его сохранения в течение длительной эксплуатации. Это возможно, если на очередных этапах «жизни кабеля» будут приняты соответствующие меры и произведены работы по уходу.

Для производства кабелей следует использовать сырье высокого качества и установить очень высокие требования к технологии. Основа минимизации отходов -- чистая изоляция с очень хорошими и стабильными характеристиками, а также обеспечение гладкости поверхностей отдельных слоев кабеля. На производственных предприятиях надлежит ввести постоянный контроль качества продукции.

Работы по прокладке кабелей должны проводиться с применением мер предосторожности, чтобы не повредить наружные слои кабелей.

Во время эксплуатации кабелей необходимо применять соответствующие методы диагностики для определения состояния изоляции. За минимизацию отходов кабелей ответственны также потребители электроэнергии, услуг стационарной телефонной связи, а также пользователи электрических устройств и электронного оборудования.

Большое влияние на управление экономикой в области утилизации имеет экологическая сознательность общества. В странах, где граждане не осознают угрозы, которую представляет неправильное управление отходами, экономика наносит вред окружающей среде. Еще несколько лет назад в Польше мало кого интересовали эти проблемы, но после вступления в Европейский Союз экологическое сознание общества играет все большую роль.

В основе процессов совершенствования управления отходами кабелей должно лежать развитие законодательной базы. Однако в настоящее время в Европе отсутствуют нормативные документы, непосредственно касающиеся отходов этого вида. Это затрудняет развитие системы обращения с отработанными кабелями в Польше и других странах.

Согласно принципу «загрязнитель платит», виновник загрязнения должен нести ответственность за причиненный им ущерб. Кого можно назвать «загрязнителем» в рассматриваемом случае --

телекоммуникационные, электроэнергетические предприятия, потребителей электрического и электронного оборудования, производителей кабелей?

Согласно директиве WEEE, производитель ответственен за продукцию «от ее рождения и до смерти», в том числе и за отходы. На производителей электронного и электрического оборудования возлагается ответственность за демонтаж и рециркуляцию использованных устройств. Производитель, получая наибольшую экономическую выгоду от выхода данного продукта на рынок, обязан нести издержки, связанные с его утилизацией. Таким образом, производители кабелей должны отвечать за отходы кабелей. Однако в настоящее время ни производители, ни импортеры кабелей не несут ответственности за образованные отходы. Поэтому полезным решением могло бы стать взимание платы за утилизацию кабелей. Необходимо однозначно определить, кто и на каких условиях будет контролировать образование отходов кабелей, а также устанавливать наказание за несоблюдение предписаний.

Установить точные лимиты отходов кабелей невозможно, так как любые продукты подлежат старению и износу. Поэтому очень важно создать эффективную систему сбора и утилизации отработанных кабелей.

ГЛАВА 3. Новый способ утилизации технологических отходов жил малых сечений в полиэтиленовой изоляции

утилизация электрический изолированный провод

Объем отходов, извлекаемых после эксплуатации кабелей, оценен экспертами международной федерации производителей кабелей ICF в 5 млн. тонн [1]. В спрессованном виде это -- либо куб со стороной 170 м, либо ковер толщиной 10 см и площадью 50 млн. м2, либо покрытие автобана от Парижа до Мюнхена шириной 50 м. И это количество отходов каждый год становится все больше и больше, и это только в кабельной промышленности. И необходимость в развитии соответствующих высоких технологий переработки -- очевидна.

Что касается России и стран СНГ, в которых отходы (за исключением меди и алюминия) до сих пор в основном подвергаются захоронению или сжиганию, то вопрос о создании новых подходов к решению проблемы вообще остается открытым [1]. Заметим, что переработка отходов с целью извлечения меди всегда была выгодна, а переработка полимерной фракции -- убыточна, [1], т.к. проблема переработки и повторного использования полимерных отходов кабельной промышленности представляет собой весьма сложную в техническом и экономическом отношениях задачу.

На российских кабельных заводах с середины 90-х стали применяться промышленные установки (в основном зарубежного производства) по переработке кабельных отходов. При этом, как это ни покажется странным, наибольшую проблему составили массовые отходы относительно тонких (менее 1 мм2) токопроводящих жил (ТПЖ) в ПЭ изоляции. Речь идет в первую очередь о телефонных кабелях.

Приобретенные и эксплуатируемые и сегодня многими заводами установки построены на хорошо известном принципе гравитационного разделения сильно измельченной массы материала в направленном вверх воздушном потоке. Дальнейшие ухищрения по флотационному (в воде или растворе соли) разделению мелких фракций (размерами <50 мкм) натыкаются на физический предел. Дело в том, что адгезия между пудрой (пластмассовой и металлической) с одной стороны и основной (размерами 50-1000 мкм) металлической и/или пластмассовой фракцией с другой стороны не позволяет полностью их разделить упомянутыми способами. В связи с тем, что удельный вес меди примерно в 10 раз больше удельного веса ПЭ, то остатки меди, навечно остающиеся в полиэтиленовых отходах, составляют по весу от 5-8 до 10-15% по массе полиэтиленовой фракции. При этом проблему переработки отходов, содержащих гидрофобный заполнитель, данные методы не решают в принципе. Да и незагидрофобленные отходы ПЭ для дальнейшего применения малопригодны именно из-за наличия в них значительного содержания металла.

Полное отделение изоляции из ПЭ от медных жил могло бы позволить вернуть в производство дополнительно, по сравнению с ныне используемой практикой, до 10 % меди, попадающей в отходы вместе с ПЭ, который, в свою очередь, сегодня теряется практически полностью. Очевидно, что в перерасчете на сотни и даже тысячи тонн подобного рода отходов, образующихся на примерно 50 заводах отрасли в России и странах СНГ, решение проблемы может дать существенный экономический эффект, особенно при высокой и продолжающей расти цене на медь и нефтегазовое сырье. Кроме того, существующая практика частичной утилизации или, как правило, просто захоронение такого количества отходов ПЭ создало и продолжает создавать значительные экологические проблемы.

В связи с этими соображениями и был разработан принципиально иной способ утилизации отходов кабельного производства, включающий полное удаление полиэтиленовой изоляции с медных жил растворным способом, позволяющий вернуть 100% меди в электротехническое производство, а также получить вторичный ПЭ без примесей меди с целью его полноценного технологического использования. При этом в качестве растворителя могут применяться относительно дешевые и мало вредные органические жидкости. Например, низкооктановый бензин и даже соляр [2].

Это несколько отличается от бытующего мнения, что "Полиэтилен инертен к большей части агрессивных сред: при комнатной температуре не растворим ни в одном из известных растворителей. При 700С и выше ПЭ растворим в четыреххлористом углероде, хлороформе, толуоле и ксилоле" [3].

Подробности методики можно посмотреть на сайте Федерального Института Промышленной собственности по адресу бесплатного доступа к полному тексту российских патентов (http://www.fips.ru/ cdfi/reestr_rupat.htm), где надо только безошибочно ввести номер патента (2224341).

В сочетании с относительной простотой получения, а также удешевлением конечных материалов за счет использования в качестве наполнителей дешевых слоевых силикатов (природных минеральных глин), а в качестве полимерных матриц -- вторичный ПЭ, все это делает их весьма перспективными для использования в промышленности будущего и настоящего [5, 6].

Предлагаемая технология разделения отходов может быть использована для переработки как уже накопившихся отходов ПЭ, хранящихся на складах предприятий, причем за относительно короткий временной период, так и отходы, накапливаемые на производстве перманентно. Важно отметить, что технологический процесс по предлагаемому нами способу может быть достаточно легко реализован, т.к. должен быть оснащен стандартным оборудованием, широко используемым в обычном химико-технологическом производстве. Предполагается также, что разработанный процесс будет работать по замкнутому циклу без вредных выбросов в окружающую среду. Кроме того, в перспективе перенос растворных методов переработки кабельных отходов и на другие типы, в т.ч., с изоляцией из других полимерных материалов и т.д.

ГЛАВА 4. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ И ПОЛЕЗНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

В данном известном устройстве опоры служат для крепления всех других элементов молниеотвода. Металлические опоры должны быть предохранены от коррозии, деревянные - от гниения. В качестве опор допускается использовать также здания, сооружения и деревья. Молниеприемники предназначены для прямого восприятия удара молнии. Токоотводы служат для соединения молниеприемника с заземлителем и проложены кратчайшим путем к заземлителю. Заземлитель служит для отвода тока электрической молнии в землю.

Однако данное устройство не позволяет полезно использовать энергию молнии и возобновляемое природное электричество из атмосферы и не позволяет управлять выработанной от него полезной электрической мощностью.

Цель технического решения в предлагаемой полезной модели устройства заключается в расширении полезных функций известных устройств молниезащиты путем управляемой утилизации и полезного использовании возобновляемого природного электричества, в полезной электрической нагрузке, причем с сохранением его полезной функции молниезащиты в случае грозы .

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в прототипе нет концентратора электрических зарядов атмосферы и раздельных электрических цепей для протекания выделенной молнии и атмосферного электричества через полезную нагрузку, нет ионизатора воздуха, нет развитой металлической зарядосборной поверхности и нет цепи для электрической нагрузки, нет электрического разрядника.

Технический результат достигается в предлагаемой полезной модели тем, что известное устройство молниеотвода, содержащее молниеиприемник, опоры для его закрепления , и токоотвод, электрически соединенный с молниеприемником, а также электрически соединенный с ними заземлитель, размещенный в грунте, дополнено электрическим концентратором и накопителем природного электричества выполнено в виде зарядосборного устройства с изменяемой по площади электропроводящей поверхностью, соединенного подвижным вертикальным металлическим проводником, имеющим внешнюю электрическую изоляцию, электрически с молниеприемником, механически размещенным через электроизолятор в опоре, причем в токоотвод введен электрический разрядник, с масляным наполнением, параллельно которому присоединена полезная электрическая нагрузка, причем заземлитель конструктивно совмещен с электротепловым накопителем энергии природного электричества, и выполнен в виде металлической емкости определенных размеров с расплавом теплоаккумулирующего электропроводного вещества, определенной массы, помещенной в грунт, по условию эффективного растекания в грунте выделенного из атмосферы в устройстве полезного электрического тока природного электричества, концентратор и накопитель природного электричества конструктивно объединены и выполнены в виде высоковольтного конденсатора, присоединенного параллельно электрическому разряднику, а зарядосборная электропроводная поверхность снабжена игольчатой поверхностью и устройством изменения ее площади и дополнительным управляемым ионизатором атмосферы, с устройством сканирования ионизирующего излучения, причем в качестве ионизатора используют ионизирующие вещества, микроволновые устройства и высоковольтные устройства раздельно или совместно.

Например, в качестве активных ионизаторов могут быть использованы ультрафиолетовые лампы, микроволновые и высоковольтные генераторы электрических управляемых импульсов, управляемые высоковольтные трансформаторы Тесла, устройства взрывной электронной эмиссии и прочее. Принцип работы направленного электрического ионизатора атмосферы состоит в том, что Ионизатор использует градиент поля, существующего между облаком и почвой. Он создает серию импульсов высокого напряжения, благодаря использованию индукционного усилителя. Ионизаторы полностью автономны и не требуют технического обслуживания.

На рис.1 изображено в упрощенном виде один из вариантов устройства, реализующее данную полезную модель. Устройство полезной модели содержит зарядосборное устройство 1, выполненное в данном варианте в виде надувного шара 1 с металлизированным покрытием, выполняющим функцию концентратора и и зарядосборного электроприемника электрических зарядов природного электричества 16, и ионизатор 2 , снаружи этого зарядосборного металлизированного снаружи шара 1, поднятого над поверхностью Земли 14,на высоту Н1 ,на подвижном электроде 3, выполненного в виде привязного прочного регулируемого по высоте троса 3 ,длиной Н2, и конструктивно совмещенным внутри с внутренним гибким электропроводящим кабелем 4 с внешней электроизоляцией (не показана), электрически и механически присоединенным к молниеприемнику 5, соединенного с высоковольтным электрическим масляного разрядником 6, с калиброванным зазором между разрядными наконечниками , с его выходом, электрически присоединенного через токоотвод 7 к металлическому заземлителю 8. конструктивного объединенного с накопителем тепловой энергии, выполненного, например, в виде полого толстостенного металлического шара, заполненного электропроводящим теплоаккумулирующим веществом 21 ( расплавом специальной соли), электрически и механически соединенного с металлическим сплошным шаровым электродом 20. с игольчатой поверхностью, внутри шара 8, с соответствующими размерами и размещенного на требуемой глубине грунтовой почвы 17, по условию гарантированного растекания утилизированного природного электричества и электрической молнии, причем нижний конец регулируемого по длине удерживающего шар 1 прочного троса 3, через лебедку ( не показана ) механически и надежно присоединен к металлической опоре 9, содержащей сверху электроизолятор 10 для пропускания электрического кабеля 4. причем параллельно электрическому разряднику 6 присоединен накопитель электрической энергии 19 в виде высоковольтного электрического конденсатора.. параллельно которому присоединена и электрическая нагрузка 13 . Причем электрического присоединение электрической нагрузки 13 осуществляется через нижний конец центрального провода гибкого электрического кабеля 4, который электрически присоединен через быстродействующий выключатель 11 и через электронный преобразователь напряжения 12 к полезной электрической нагрузке 13 Ионизатор 2 размещен возле зарядосборной поверхности 1 -концентратора природного электричества 16. .Устройство сканирования ионизирующего излучения на рис.1 не показано Пунктирными стрелками на рис.1 показано ионизирующее излучение в атмосферу ионизатора 2, а синими стрелками движение положительных электрических зарядов природного электричества 16 из окружающей атмосферы к шару и далее, через зарядосборную металлизированную поверхность шара 1, по электрическому кабелю 4 и через блоки 11, 12 в электрическую нагрузку 13 и далее, через токоотвод 5 в заземлитель 8.

Устройство полезной модели в нормальном штатном режиме утилизации и полезного использования природного электричества работает следующим образом Вначале поднимают зарядосборное устройство 1, в данном случае шар 1 на подвижном вертикальном электроде 3, в данном случае , регулируемом по высоте тросе 3 на требуемую высоту и включают ионизатор 2 на режим, достаточный для обеспечения сбора и утилизации требуемого количества природного электричества 16 из атмосферы по условиям требуемой выработки этим устройством требуемой полезной электрической мощности в нагрузке 13.

Ионизатор 2 благодаря своему ионизирующему изучению(оно показано пунктирными стрелками 15) вокруг шара 1 значительно повышает электропроводность атмосферы вокруг металлизированной наружной поверхности шара 1 и интенсифицирует ионизацию атмосферы вокруг шара 1 и тем самым ускоряет приток электрических зарядов из атмосферы на поверхность шара 1 .. Этим самым существенно повышается электрический ток из атмосферы на электропроводную поверхность шара1, которая вначале имеет нулевой электрической потенциал Земли (17) Вследствие наличия естественной электрической напряженности электрического поля Земли (порядка 130 в/м), на этой высоте шара 1 высота Н2 электрический потенциал относительно намного выше потенциала.

Поэтому из атмосферы на этой высоте возникает электрический ток 18. природного электричества 16, который заряжает электропроводную поверхность шара положительным электрическим зарядом. Если нагрузка 13 не будет включена, то через какое то время электрический ток зарядки поверхности шара прекратится . При электрическом подключении ключом 11 накопленного электрического заряда шара к электрической нагрузке 13 возникает электрический тока разрядки шара, который, согласно закону движения тока по линии наименьшего сопротивления, пытается выровнять электрические потенциалы шара и Земли движется по кабелю 4 к Земле и старается выровнять электрические потенциалы на концах кабеля 4,

Но поскольку природный электрический потенциал атмосферного электричества, на высоте подъема шара 1, обусловленный электрическим полем Земли, всегда выше электрического потенциала земли, то на электропроводную поверхность шара 1 ,снова начинают поступать новые электрические заряды природного электричества 16 с атмосферы на шар1, и далее снова с него этот электрически ток 18 природных возобновляемых зарядов с шара далее продолжает непрерывно стекает по электрическому кабелю 4, электрически соединенного с металлизированной электропроводящей поверхностью шара 1 , в полезную электрическую нагрузку 13 и далее через металлическую поверхность заземлителя 8 и его внутренний шаровый электрод 20, нагревая теплоаккумулирующее электропроводящее вещество 21 внутри полого шара 8.

Таким образом,. это простое устройство отбора природного электричества из атмосферы продолжает сколь угодно долго свою автономную полезную работу в режиме утилизации энергии природного электричества и преобразования ее в полезную электроэнергию и тепловую энергию.

Поскольку молниепримник 5 -выполненный в данной устройстве по конструкции как электрический разрядник 5 в этом нормальном режиме работы устройства разъединен от токоприемника 7, то электрический ток 18 с электропроводящей оболочки зарядосборного шара 1 замыкается по иной электрической цепи в нагрузку 13, предварительно заряжая накопитель электрической энергии 19, электрический конденсатор, присоединенный параллельно электрическому разряднику 6.

Конкретно, электрический ток 18 природного электричества 16 протекает от ионизированной атмосферы на шар 1, и далее с шара 1 по кабелю 4 и потом от нижнего конца электрического кабеля 4 через включенный электрический выключатель 11 , преобразователь 12 и полезную электрическую нагрузку 13 , далее на токоотвод 7 и далее на заземлитель 8 и его электрод 20 и электропроводящий расплав 21 в токопроводящий грунт 17. Регулирование полезной электрической мощности в постоянной по величине электрической нагрузке 13 и тепловой энергии в сферическом металлическом накопителе -заземлителе 8 достигается изменением площади зарядосборной поверхности 1 ,высоты подъема шара 1, изменением длины троса 3. а также изменением электропроводности атмосферы вокруг шара 1, достигаемого изменением режима ионизатора 2

Проведем ориентировочную количественную оценку получаемой полезной электроэнергии от этого устройства при следующих базовых конструктивных параметрах устройства :. радиус шара 3 м, высота его подъема Н2= 20м , напряженность электрического поля Земли порядка 130 в/м , электропроводность атмосферы к1 обеспечивается ионизатором 2 вокруг шара примерно 0,001( ом -1 м-1 ).

Для простоты ориентировочного расчета сопротивление подводящих проводов и потерями на работу ионизатора пренебрегаем. Величина напряжения - эл. потенциала зарядосборной поверхности шара относительно поверхности Земли рассчитывается пор формуле U= E x H .Это напряжение зарядосборной поверхности 1 (шара) на высоте 20 м относительно Земли составит величину , равную 130 х 20= 2600 вольт.

Площадь поверхности шара S равна 4ПИхR^2и составит при радиусе 3 метра

S=12,4 х 9= примерно 110 м2 . Ток на зарядосборную поверхность шара из ионизированной атмосферы вычисляется по формуле I = к1 х Е х S=0,001 х 130 х 110 = 14, 3 а. Выработанная электрическая мощность H устройством равна P= U x I

Подставляя цифры, получаем величину полезной эл мощности от природного электричества, поступающей от природного электричества на поверхность шара при данных размерах шара . его высоты подъема и электропроводности атмосферы вокруг шара , равна примерно 33 квт

Для полного использования данной полезной мощности суммарное сопротивление рабочего контура вместе с нагрузкой должно составлять величины в Омах, равную

R=U/I=2300 /14,3= 161 ом

Вывод: Расчеты показывают на эффективность данного устройства и на то что при заданных его конструктивных параметрах, полученной от природного электричества посредством этого относительно устройства электрической мощности в электрической приведенной нагрузке 13 вполне хватит на электроснабжение двух -трех коттеджей., даже с теплоснабжением их посредством электрообогревателей в зимнее время . Аномальный режим работы устройства в качестве молниеотвода

Устройство данной полезной модели в режиме молниезащиты и с использованием ее в качестве молниеотвода в случае грозы работает следующим образома:

Зарядосборное устройство 1, в данном варианте надувной шар 1, для обеспечения его сохранности при порывах ветра перед наступлением грозы опускают лебедкой (не показана) на более низкую высоту путем регулирования длины троса 3.

И накрывают дополнительной металлической прочной поверхностью. Перед грозой автоматически отключают электрическую нагрузку 13 выключателем 11 от кабеля 4

Напряженность электрического поля в зоне грозы значительно возрастает и между наконечниками 6 разрядника 7 возникает электрическая корона.

Еще до наступления молнии .Молниепримник 5 воспринимает на себя в случае попадания в него - грозовую молнию , и через электрический разрядник 6 между его наконечниками электрически пробивает калиброванный зазор между ними и электрический разряд молнии уходит далее через этот разрядник напрямую через токоотвод 7 в заземлитель 8 , который, являясь накопителем тепловой энергии , при этом электрический ток молнии нагревает электротепловой аккумулятор,и далее этот ток разрядки молнии растекается от заземлителя 8 в электропроводящий грунт 17 почвы. После прохождения молнии грозы .разрядник 6 автоматически размыкается, и далее электрический ток 18 от природного атмосферного электричества 16 снова идет через полезную электрическую нагрузку 13 и через заземлитель- электротепловой аккумулятор 8, и частично в шаровой сплошной металлический электрод 20, с игольчатой поверхностью(не показана) ,и далее проходит через электропроводящее теплоаккумулирующее вещество 21, в грунт , нагревая при этом данный этот расплав соли.

Вполне понятно, что запасенную тепловую энергию теплоаккумулирующего накопителя - заземлителя 8 можно полезно использовать например, путем отвода запасаемого тепла от конструкции молниеотвода 8 тепловыми насосами , выполненными например в виде тепловых труб , выведенных в зону обогрева помещений. Таким образом, поставленная цель технического решения достигнута. поскольку предлагаемая полезная модель устройства утилизации и полезного использования природного электричества работоспособна в обоих режимах и выполняет обе полезные функции, заявленные в цели изобретения

Устройство для утилизации и полезного использования природного электричества, в виде молниеотвода, содержащее молниеиприемник, опоры для его закрепления , и токоотвод, электрически соединенный с молниеприемником, а также электрически соединенный с ними заземлитель, размещенный в грунте, отличающееся тем, что оно дополнено электрическим концентратором и накопителем природного электричества выполнено в виде зарядосборного устройства с изменяемой по площади электропроводящей поверхностью, соединенного подвижным вертикальным металлическим проводником, имеющим внешнюю электрическую изоляцию, электрически с молниеприемником, механически размещенным через электроизолятор в опоре, причем в токоотвод введен электрический разрядник, с масляным наполнением, параллельно которому присоединена полезная электрическая нагрузка, причем заземлитель конструктивно совмещен с электротепловым накопителем энергии природного электричества, и выполнен в виде металлической емкости с дополнительным металлическим электродом и теплоаккумулирующим электропроводным веществом, определенной массы внутри нее , помещенной в грунт, определенных размеров по условию эффективного растекания в грунте выделенного из атмосферы полезного электрического тока природного электричества, причем концентратор и накопитель природного электричества конструктивно объединены и выполнены в виде дополнительного высоковольтного конденсатора, присоединенного параллельно электрическому разряднику, а зарядосборная электропроводная поверхность снабжена игольчатой поверхностью и устройством изменения ее площади и дополнительным управляемым ионизатором атмосферы, с устройством сканирования , причем в качестве управляемого ионизатора используют раздельно или в сочетании ионизирующие вещества, микроволновые и высоковольтные устройства., с электропитанием от упомянутого высоковольтного конденсатора

Размещено на Allbest.ru