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1、(10)申请公布号 CN 103561533 A (43)申请公布日 2014.02.05 CN 103561533 A (21)申请号 201310502971.1 (22)申请日 2013.10.23 H05F 7/00(2006.01) (71)申请人 国家电网公司 地址 100031 北京市西城区西长安街 86 号 申请人 山西省电力公司大同供电分公司 (72)发明人 徐明山 王启银 郭瑞敏 闫君 冯立伟 于学海 (74)专利代理机构 北京天达知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 11386 代理人 胡时冶 (54) 发明名称 利用雷电实现供电的方法和系统 (57) 摘要 本发明公开。
2、一种利用雷电实现供电的方法和 系统， 其利用输入线将雷电电流导入到分流电路 部件 ； 通过分流电路部件中的多级子流量分支电 路， 将导入的雷电电流进行多级分流处理 ； 通过 分压电路部件， 对分流处理后分配到每一支子流 量分支电路的电荷， 进行分压处理 ； 通过分别与 每支子分压电路串联的储存能量部件中的绝缘体 旋转， 将经过分压处理后聚集在输出端的电荷， 汇 集到供电极板， 并通过电容极板将其储存以备供 电。通过本发明， 能够将雷电能源有效地收集起 来， 并当停电时， 开启本系统的供电开关， 维持正 常供应供电。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 3 页 (1。
3、9)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103561533 A CN 103561533 A 1/2 页 2 1. 一种利用雷电实现供电的系统， 其特征在于， 包括 ： 输入线 （200） 、 分流电路部件 （300） 、 分压电路部件 （400） 、 储存能量部件 （500） 和过压 保护部件 （600） ； 所述输入线 （200） ， 与所述分流电路部件 （300） 连接 ； 所述分流电路部件 （300） 包括 ： 多级子流量分支电路， 每一级子流量分支电路并联 ； 所述分压电路部件 （400） 包括 ： 多支。
4、子分压电路， 每支子分压电路与所述子流量分支 电路串联连接 ； 所述储存能量部件 （500） 分别与每支子分压电路串联， 包括 ： 多个子储能部件， 每个子 储能部件包括供电极板 （501） 、 电容极板 （502） 、 绝缘体 （503） 和绝缘轴 （504） ； 每层的供电 极板 （501） 和电容极板 （502） 处于同一平面， 且与绝缘轴 （504） 固定连接 ； 绝缘体 （503） 设 置在相邻两层供电极板 （501） 之间， 且适于围绕所述绝缘轴 （504） 旋转 ； 所述过压保护部件 （600） 设置在所述分流电路部件 （300） 的子流量分支电路上 ； 所述 过压保护部件 （6。
5、00） 包括常闭开关和适于确定雷电电压大于所述过压保护部件 （600） 的电 压阈值时切断常闭开关的控制单元。 2. 根据权利要求 1 所述的利用雷电实现供电的系统， 其特征在于， 所述利用雷电实现 供电的系统还包括 ： 过压保护电路 （700） ， 所述过压保护电路 （700） 的一端与所述输入线 （200） 连接， 另一 端接地 ； 所述过压保护部件 （600） 的电压阈值小于所述过压保护电路 （700） 的阻值电压。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的利用雷电实现供电的系统， 其特征在于， 所述供电极板 （501） 为半圆形或者弓形。 4. 根据权利要求 1 或 2 所述的利用雷电实。
6、现供电的系统， 其特征在于， 所述电容极板 （502） 为半圆形或者弓形。 5. 一种储能系统， 其特征在于， 包括 ： 多个子储能部件， 每个子储能部件包括供电极板 （501） 、 电容极板 （502） 、 绝缘体 （503） 和绝缘轴 （504） ； 供电极板 （501） 和电容极板 （502） 处于同一平面， 且与绝缘轴 （504） 固定连接 ； 绝缘体 （503） 设置在相邻两层供电极板 （501） 之间， 且适于围绕所述绝缘轴 （504） 旋 转。 6. 根据权利要求 5 所述的一种储能系统， 其特征在于， 所述供电极板 （501） 为半圆形或 者弓形。 7. 根据权利要求 5 或 。
7、6 所述的一种储能系统， 其特征在于， 所述电容极板 （502） 为半圆 形或者弓形。 8. 一种利用雷电实现供电的方法， 其特征在于， 包括 ： 利用输入线将雷电电流导入 ； 判断雷电电压是否小于过压保护部件的电压阈值， 并当小于时通过过压保护部件将雷 电电流导入到分流电路部件 ； 通过分流电路部件中的多级子流量分支电路， 将导入的雷电电流进行多级分流处理 ； 通过分压电路部件， 对分流处理后分配到每一支子流量分支电路的电荷， 进行分压处 权 利 要 求 书 CN 103561533 A 2 2/2 页 3 理 ； 通过分别与每支子分压电路串联的储存能量部件中的绝缘体旋转， 将经过分压处理后。
8、 聚集在输出端的电荷， 汇集到供电极板， 并通过电容极板将其储存以备供电。 9. 根据权利要求 8 所述的利用雷电实现供电的方法， 其特征在于， 所述利用雷电实现 供电的方法还包括 ： 判断雷电电压大于过压保护部件的电压阈值时， 切断所述过压保护部件的开关， 通过 过压保护电路将雷电电流导入到大地。 权 利 要 求 书 CN 103561533 A 3 1/5 页 4 利用雷电实现供电的方法和系统 技术领域 0001 本发明涉及一种储电和供电技术， 尤其涉及一种利用雷电实现供电的方法及系 统。 背景技术 0002 雷电是一种常见的大气放电现象。 一次小的雷击或者一次小的云闪所释放出的能 量大约。
9、在 300 千瓦小时以上， 如果将这些能量全部利用起来， 可供一个普通家庭使用几个 年以上。而对于一个大的雷电则可以供应世界用几年以上。但雷电具有威力巨大， 破坏性 强和不易控制等特点。经过有些学者的检测， 闪电时云地间的电压 2000-10000kV、 电流有 500kA、 一次雷电能量约为 （1 50） 1011J， 将其转换为瞬时功率为 （1 50） 109kW。因 此， 雷电是一种巨大的能源。 0003 目前我国雷电利用方面研究不深， 大多研究集中在如何防雷方面。现有各种防雷 技术和措施均只要求雷电不对重要的建筑物和设施造成破坏为目的， 而雷电产生的强大电 流至今为止还没有被人们所利用。
10、， 实属是一种浪费。 发明内容 0004 为解决上述现有技术中存在的问题与缺陷， 本发明提供一种利用雷电供电的方法 和系统， 通过本发明， 能够将雷电能源有效地收集起来， 并当停电时， 开启本系统的供电开 关， 维持正常供应供电。 0005 本发明的技术方案如下 ： 0006 本发明提供一种利用雷电实现供电的系统， 其包括 ： 0007 输入线 200、 分流电路部件 300、 分压电路部件 400、 储存能量部件 500 和过压保护 部件 600 ； 0008 所述输入线 200， 与所述分流电路部件 300 连接 ； 0009 所述分流电路部件 300 包括 ： 多级子流量分支电路， 每一。
11、级子流量分支电路并联 ； 0010 所述分压电路部件 400 包括 ： 多支子分压电路， 每支子分压电路与所述子流量分 支电路串联连接 ； 0011 所述储存能量部件 500 分别与每支子分压电路串联， 包括 ： 多个子储能部件， 每个 子储能部件包括供电极板 501 和电容极板 502、 绝缘体 503 和绝缘轴 504 ； 供电极板 501 和 电容极板502处于同一平面， 且与绝缘轴504固定连接 ； 绝缘体503设置在相邻两层供电极 板 501 之间， 且适于围绕所述绝缘轴 504 旋转 ； 0012 所述过压保护部件 600 设置在所述分流电路部件 300 的子流量分支电路上 ； 所。
12、述 过压保护部件600包括常闭开关和适于确定雷电电压大于所述过压保护部件600的电压阈 值时切断常闭开关的控制单元。 0013 更进一步地， 所述利用雷电实现供电的系统还包括 ： 0014 过压保护电路 700， 所述过压保护电路 700 的一端与所述输入线 200 连接， 另一端 说 明 书 CN 103561533 A 4 2/5 页 5 接地 ； 0015 所述过压保护部件 600 的电压阈值小于所述过压保护电路 700 的阻值电压。 0016 更进一步地， 所述供电极板 501 为半圆形或者弓形。 0017 更进一步地， 所述电容极板 502 为半圆形或者弓形。 0018 本发明还提供。
13、一种储能系统， 其包括 ： 0019 多个子储能部件， 每个子储能部件包括供电极板 501 和电容极板 502、 绝缘体 503 和绝缘轴 504 ； 0020 每层供电极板 501 和电容极板 （502） 处于同一平面， 且与绝缘轴 504 固定连接 ； 0021 绝缘体 503 设置在相邻两层供电极板 501 之间， 且适于围绕所述绝缘轴 504 旋转。 0022 更进一步地， 所述供电极板 501 为半圆形或者弓形。 0023 更进一步地， 所述电容极板 502 为半圆形或者弓形。 0024 本发明还提供一种利用雷电实现供电的方法， 其包括 ： 0025 利用输入线将雷电电流导入 ； 0。
14、026 判断雷电电压是否小于过压保护部件的电压阈值， 并当小于时通过过压保护部件 将雷电电流导入到分流电路部件 ； 0027 通过分流电路部件中的多级子流量分支电路， 将导入的雷电电流进行多级分流处 理 ； 0028 通过分压电路部件， 对分流处理后分配到每一支子流量分支电路的电荷， 进行分 压处理 ； 0029 通过分别与每支子分压电路串联的储存能量部件中的绝缘体旋转， 将经过分压处 理后聚集在输出端的电荷， 汇集到供电极板， 并通过电容极板将其储存以备供电。 0030 更进一步地， 所述利用雷电实现供电的方法还包括 ： 0031 判断雷电电压大于过压保护部件的电压阈值时， 切断所述过压保护。
15、部件的开关， 通过过压保护电路将雷电电流导入到大地。 0032 由本发明上述方案可以看出， 其通过分流电路部件中的多级子流量分支电路， 将 导入的雷电电流进行多级分流处理 ； 通过分压电路部件， 对分流处理后分配到每一支子流 量分支电路的电荷， 进行分压处理 ； 通过分别与每支子分压电路串联的储存能量部件中的 绝缘体旋转， 将经过分压处理后聚集在输出端的电荷， 汇集到供电极板， 并通过电容极板将 其储存以备供电。 因此本发明能够将雷电能源有效地收集起来， 并当停电时， 开启本系统的 供电开关， 维持正常供电。 附图说明 0033 图 1 是本发明中的一种利用雷电实现供电的系统的安装示意图 ； 。
16、0034 图 2 是本发明中的一种利用雷电实现供电的系统中的储存能量部件的结构示意 图 ； 0035 图 3 是本发明中的一种利用雷电实现供电的系统的结构示意图。 具体实施方式 0036 为使本发明专利的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合附图对本发明专 说 明 书 CN 103561533 A 5 3/5 页 6 利作进一步地详细描述。 0037 利用雷电实现供电的系统 1000 的安装图如图 1 所示。由图 1 可以看出， 利用雷电 实现供电的系统1000安装在高架塔上， 且该高架塔顶端安装有引雷头100， 引雷头100接收 雷电， 且通过连接线将雷电电流引入到利用雷电实现供电的系。
17、统 1000 中。 0038 上述利用雷电实现供电的系统 1000 的结构如图 3 所示， 包括 ： 输入线 200、 分流电 路部件 300、 分压电路部件 400、 储存能量部件 500、 过压保护部件 600 和过压保护电路 700。 0039 输入线 200， 用于将雷电电流输入到分流电路部件 300。 0040 分流电路部件 300 包括 ： 多级流量分支电路。该多级流量分支电路可以呈树状结 构分级。图中给出了三级流量分流电路， 即第一级子流量分支电路 301、 第二级子流量分支 电路 302 和第三级子流量分支电路 303， 每一级的子流量分支电路并联连接后， 并与其上一 级的父流。
18、量分支电路串联。 0041 分压电路部件 400 包括 ： 多个子分压电路， 每个子分压电路与上述子流量分支电 路串联连接。每个子分压电路包括串联连接的多个耐热高亢电阻。 0042 储存能量部件 500 的结构如图 2 所示， 包括 ： 多个子储能部件， 每个子储能部件包 括上下两层供电极板 501、 上下两层电容极板 502、 绝缘体 503 和绝缘轴 504 ； 0043 每一层的供电极板 501 和电容极板 502 处于同一平面， 且与绝缘轴 504 固连在一 起 ； 绝缘体 503 设置在两层供电极板 501 之间， 且适于围绕所述绝缘轴 504 旋转。 0044 供电极板 501 和。
19、电容极板 502 可以为半圆形或者弓形， 一个子储能部件可以设置 两个供电极板 501 和电容极板 502 ； 绝缘体 503 为圆柱形。 0045 当雷电打到输入线 200 上时， 给半圆形电容极板 502 提供电荷， 电容极板 502 之间 产生巨大的电场 ； 由于供电极板501和电容极板502不旋转， 且绝缘体503不停地绕绝缘轴 504 旋转， 则绝缘体 503 在电容极板 502 的巨大的电场作用下开始极化。就这样， 雷电的电 荷将不停地由电容极板 502 电场对绝缘体 503 的产生极化作用， 电荷则储存在绝缘体 503 上面， 从而存储巨大能量。 0046 在每个子储能部件输出端。
20、设置供电开关， 并且这些供电开关的输出线汇集到储存 能量部件 500 的输出端， 在储存能量部件 500 的输出端设置有电源控制器。这样如图 3 所 示的 8 个子储能部件 （类似于有 8 个电源） 之间可以通过电源控制器 （未画出） 来控制， 当一 个子储能部件中储存的电量用尽时， 则开启另一个子储能部件的电源开关， 有条理地供电。 0047 当受到巨大雷电击打时， 由于雷电电压电流过大， 各个元器件容易会烧坏， 因此在 上述输入线 200 上设置过压保护电路 700 以及在分流电路部件 300 的第一级流量分支电路 上分别设置过压保护部件 600。上述过压保护电路 700 如图 3 中的 。
21、Y1 和 Y2， 其包括串联连 接的二极管和电阻。 上述过压保护部件600包括 ： 常闭开关 （即智能开关， 如自恢复保险丝） 和控制单元。其中控制单元用于确定雷电电压大于所述过压保护部件 600 的电压阈值时切 断上述常闭开关， 其可以设置电压阈值， 该电压阈值远远小于该过压保护电路 700 中的电 阻的阻值电压。通常情况下， 该过压保护部件 600 的开关处于常闭状态， 输入线 200 将雷电 电流经过该过压保护部件 600 后引入到分流电路部件 300 ； 当巨大的雷电击到利用雷电实 现供电的系统时， 由于雷电电压远高于过压保护部件 600 的保护动作电压阈值， 此时， 断开 过压保护部。
22、件 600 的开关， 电流从过压保护电路 700 流入大地， 实现保护。 0048 本实施例的工作过程如下 ： 说 明 书 CN 103561533 A 6 4/5 页 7 0049 雷电打到引雷头100上， 雷电电流将流入输入线200上。 输入线200将雷电电流事 先通过过压保护部件 600， 当雷电电压大于 1000kV 时， 过压保护部件 600 的开关则断开， 雷 电电流将通过上述过压保护电路700流入大地， 达到保护目的。 雷电电压小于1000kV时， 雷 电电流顺利地被输入到分流电路部件300。 分流电路部件300利用并联电路分电流原理， 将 雷电电流采用分流原则分别引入到不同的流。
23、量分支电路上， 这样500千安培电流分成3层、 再把每层的每分支分成 3 个分支 （图 3 中只画了 2 个分支） ， 将电流转化为 60 千安培。经过 分流电路部件 300 的多层分流后， 雷电电流流入分压电路部件 400， 分压电路部件 400 利用 串联电路分压的原理， 在每层电路中串联 3 个 （或 3 个以上） 耐热高亢电阻， 将 5000 千伏特 左右的雷电电压降到 100 千伏特。经过分压电路部件 400 的多级分压， 雷电电流将流入储 存能量部件 500 的大容量电容器。根据电容的串并联公式， 输入的高压雷电经过 5 级串联 新型大容量电容器后， 电压下降到了原来的五分之一， 。
24、而电流提供能力却增加了 5 倍， 也就 是说把 5 个同轴的圆盘新型大容量电容器串联 （如图 2 所示） 就可以得到 60kA 的电流， 串联 的这样 8 个新型大容量电容系统就可以将 100 千伏特左右的高压雷电变换成 1000V 的直流 电源， 再用 IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor， 绝缘栅双极型晶体管） 就能转换 成 50HZ 交流电源。 0050 本发明还提供一种储能系统， 其结构与上述利用雷电实现供电的系统中的储存能 量部件 500 的结构相同， 这里不再详细描述。 0051 本发明还提供一种利用雷电实现供电的方法， 其实现步骤如下 ： 。
25、0052 首先， 利用输入线将雷电电流导入 ； 0053 其次， 判断雷电电压是否小于过压保护部件的电压阈值， 若小于， 则通过过压保护 部件将雷电电流导入到分流电路部件 ； 否则， 切断所述过压保护部件的开关， 通过过压保护 电路将雷电电流导入到大地。 0054 然后， 通过分流电路部件中的多级子流量分支电路， 将导入的雷电电流进行多级 分流处理 ； 该分级子流量分支电路呈树状分布， 具体结构与上述实施例中的描述相同， 这里 不再详细描述。 0055 接下来， 通过分压电路部件， 对分流处理后分配到每一支子流量分支电路的电荷， 进行分压处理 ； 0056 最后， 通过分别与每支子分压电路串联。
26、的储存能量部件中的绝缘体旋转， 将经过 分压处理后聚集在输出端的电荷， 汇集到与绝缘轴固连的供电极板上， 并通过与绝缘轴固 连的电容极板将其储存 ； 当停电时， 通过电源控制器开启本系统的供电开关， 为用户正常供 电。 0057 由本发明上述方案可以看出， 其通过分流电路部件中的多级子流量分支电路， 将 导入的雷电电流进行多级分流处理 ； 通过分压电路部件， 对分流处理后分配到每一支子流 量分支电路的电荷， 进行分压处理 ； 通过分别与每支子分压电路串联的储存能量部件中的 绝缘体旋转， 将经过分压处理后聚集在输出端的电荷， 汇集到供电极板， 并通过电容极板将 其储存以备供电。 因此本发明能够将。
27、雷电能源有效地收集起来， 并当停电时， 开启本系统的 供电开关， 维持正常供电。 0058 本领域技术人员将理解本发明可以以本文中所述的那些以外的、 没有偏离本发明 的精神和本质特性的特定形式来执行。因此， 所有方面的上述实施方式应当被解释为例示 说 明 书 CN 103561533 A 7 5/5 页 8 的而不是限制性的。本发明的范围应当由所附权利要求书和它们的法律等同物来确定， 而 不是由上述描述来确定， 并且所有落入所附权利要求书的含义和等同范围之内的改变都将 包括进来。 0059 对于本领域技术人员来说显而易见的是， 在所附权利要求书中没有显示地互相引 用的权利要求可以组合起来， 作。
28、为本发明的示例性实施方式， 或者被包括而在提交本申请 之后通过之后的修改而成为新权利要求。 0060 本发明的方式 0061 以用于执行本发明的最佳方式已经描述了各种实施方式。 0062 工业应用性 0063 如根据上述描述所显而易见的， 对于本领域技术人员来说显而易见的是， 可以对 本发明做出各种修改和变型， 而不偏离本发明的精神或范围。 因此， 旨在本发明覆盖落入所 附权利要求书和它们的等同物的范围之内的修改例和变型。 说 明 书 CN 103561533 A 8 1/3 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 103561533 A 9 2/3 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 103561533 A 10 3/3 页 11 图 3 说 明 书 附 图 CN 103561533 A 11 。