BR102016010337B1 - Sistema de pára-raios de uma pá de aerogerador e método de instalação de um sistema de pára-raios - Google Patents
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Abstract
SISTEMA PARA-RAIOS PARA PÁS DE AEROGERADORES COM COMPONENTES ESTRUTURAIS CONDUTORES. A presente invenção se refere a um sistema para-raios para pás de aerogeradores com componentes estruturais condutores. A invenção proporciona um sistema para-raios para uma pá de aerogerador (10), cuja estrutura compreende duas conchas estruturais (11, 13) com dois caps (19, 21) constituídos por laminados de fibra de carbono e duas vigas (15, 17). Além de um primeiro subsistema formado por um ou mais receptores de raios conectados a um ou dois cabos condutores o sistema para- raios compreende um segundo subsistema formado por receptores laterais de raios (30, 31) dispostos nas bordas de ataque e de saída da pá de aerogerador (10) em pelo menos duas seções transversais (22, 23) da mesma conectadas aos caps (19, 21) e meios de conexão entre ambos subsistemas para equipotencializar o sistema para-raios.
Description
[0001] A presente invenção se refere a um sistema de pára-raios para pás de aerogeradores com componentes estruturais condutores e a um método para instalar o dito sistema em pás de aerogeradores com conchas estruturais.
[0002] Devido à altura alcançada pelos aerogeradores e à sua localização em zonas elevadas existe um alto risco de receber impactos de raios especialmente em suas pás. Por isso as pás devem dispor de um sistema de proteção contra raios e qualquer sistema adicional instalado nelas que contenha elementos condutores (peças metálicas, sensores, sistemas de balizado,...) deve estar protegido contra os impactos diretos de raios e os efeitos indiretos devidos ao campo eletromagnético induzido por eles.
[0003] O sistema de proteção contra raios das palas de aerogerador tem como principais componentes uma série de receptores metálicos dispostos na superfície da pala e um cabo condutor que conduz o raio desde os receptores até a raiz. A evolução no desenvolvimento de aerogeradores e o incremento na potência administrada fazem com que cada vez se concebam aerogeradores de dimensões superiores tanto na altura de torre quanto no diâmetro de rotor. Com o aumento do comprimento da pá se faz necessário um incremento na rigidez. Uma forma muito estendida de consegui-lo é mediante o uso de uma quantidade maior de laminados baseados na fibra de carbono na fabricação da pá. No entanto, os laminados de fibra de carbono são condutores, porque devem ser conectados em paralelo com o cabo condutor do sistema de proteção contra raios para evitar que sejam gerados arcos internos entre o cabo e o laminado e para que não se produzam impactos diretos de raios no laminado de fibra de carbono.
[0004] O documento W02006051147 descreve um sistema de pára-raios que inclui meios de equipotencialização dos laminados de fibra de carbono com o sistema de pára-raios que incluem derivações do cabo principal para conectá-lo diretamente com os laminados de fibra de carbono. Estes cabos auxiliares estão conectados mediante união aparafusada a uma platina metálica em contato direto com as capas de fibra de carbono. A conexão elétrica pode ser melhorada mediante o emprego de resinas condutoras adicionadas na zona de união.
[0005] O documento ES 2396839 descreve um sistema de pára- raios para pá de aerogerador formado por várias conexões dispostas sobre os laminados de fibra de carbono da pá, equipotencializando a superfície das alas da viga através das derivações de um cabo principal mediante os cabos auxiliares e um dispositivo de elevada indutância colocado na conexão entre os laminados de fibra de carbono e o cabo principal para reduzir a passagem de corrente através do laminado de fibra carbono e favorecer a condução através do cabo principal.
[0006] Enquanto que a instalação dos sistemas pára-raios mencionados nas pás de aerogeradores de uma estrutura convencional não apresenta problemas, não sucede o mesmo nas pás de aerogeradores com conchas estruturais.
[0007] A presente invenção está orientada à solução desse inconveniente.
[0008] Em um primeiro aspecto, a invenção proporciona um sistema de pára-raios para uma pá de aerogerador, cuja estrutura compreende duas conchas estruturais que incluem dois apoios constituídos por laminados de fibra de carbono e duas vigas, que compreende um primeiro subsistema formado por um ou mais receptores de raios conectados a um ou dois cabos condutores dispostos no interior da pá de aerogerador para conduzir os ralos a terra, um segundo subsistema formado por receptores laterais de ralos dispostos nas bordas de ataque e de saída em pelo menos duas seções transversais da pá de aerogerador conectados com os apoios e meios de conexão entre ambos subsistemas para equipotencializar o sistema de pára-raios. Os receptores laterais de raios estão formados por um ou mais blocos condutores internos e por conectores externos configurados de maneira que permitam conectá-los eletricamente entre si.
[0009] Vantajosamente os terminais do segundo subsistema nos apoios da pá de aerogerador são platinas metálicas.
[00010] Vantajosamente os ditos conectores externos estão dimensionados para entrar em contato com os blocos condutores internos.
[00011] Em um segundo aspecto, a invenção proporciona um método de instalação do sistema de pára-raios mencionado em uma pá de aerogerador cuja estrutura compreende duas conchas estruturais que incluem dois apoios constituídos por laminados de fibra de carbono e duas vigas e cujo método de fabricação 'compreende' uma primeira etapa de "fabricação" dos ditos apoios, uma segunda etapa de fabricação das conchas estruturais com os ditos apoios embebidos nelas; uma terceira etapa de união das vigas à concha Inferior e uma quarta etapa de união da concha superior à concha inferior e as vigas. O método de instalação compreende os seguintes passos: a) incluir nos apoios uns terminais condutores na primeira etapa; b) montar em cada uma das ditas seções transversais os blocos condutores internos dos receptores laterais de ralos durante a segunda etapa e atrás de sua finalização conectá-los aos apoios mediante cabos auxiliares; c) conectar os componentes internos dos dois subsistemas na terceira etapa; d) conectar entre si os blocos condutores internos dos receptores laterais de raios na quarta etapa.
[00012] Outras características desejáveis e vantagens da invenção serão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada em relação com as figuras anexas.
[00013] As Figuras 1a-1b e 2a-2b são vistas esquemáticas em planta e em seção transversal pelo plano A-A de um sistema de pára- raios para uma pá de aerogerador segundo duas realizações da invenção.
[00014] As Figuras 3a-3b, 4 e 5 são vistas esquemáticas em seção transversal pelo plano A-A que ilustram os passos fundamentais do método de instalação de um sistema de pára-raios de uma pá de aerogerador segundo uma realização da invenção.
[00015] As Figuras 6a-6b, 7 e 8 são vistas esquemáticas em seção transversal pelo plano A-A que ilustram os passos fundamentais do método de instalação de um sistema de pára-raios de uma pá de aerogerador segundo uma realização da invenção. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[00016] O sistema de pára-raios da invenção está direcionado a uma pá de aerogerador 10 cuja estrutura compreende uma concha estrutural superior 11, uma concha estrutural inferior 13 que incorporam, respectivamente os apoios 19, 21 constituídos por laminados de fibra de carbono e, especialmente, a uma pá de aerogerador 10 fabricada por um processo de infusão mediante o que se realiza a integração dos apoios 19, 21 nas conchas estruturais 11,13.
[00017] O sistema de pára-raios compreende um primeiro subsistema, bem conhecido na técnica, que compreende um ou mais receptores de raios 25, 25' conectados a um primeiro cabo condutor 41 (ver Figuras 1a, 1b) ou a um primeiro e um segundo cabo condutor 41, 43 (ver Figuras 2a, 2b) dispostos no interior da pá de aerogerador 10 para conduzi-los a terra.
[00018] O sistema de pára-raios compreende um segundo subsistema disposto em pelo menos duas seções transversais 22, 23 da pá de aerogerador 10 que inclui (dependendo do número de cabos condutores do primeiro subsistema) um ou dois receptores laterais de raios 30, 31, primeiros e terceiros cabos auxiliares 46, 47; 44, 45 para conectá-los aos apoios 19, 21, estabelecendo então um circuito de condução do raio através dos laminados de fibra de carbono dos apoios 19, 21.
[00019] O sistema de pára-raios dispõe de meios de conexão de ambos subsistemas para equipotencializá-los que incluem (dependendo do número de cabos condutores do primeiro subsistema) um segundo e, em seu caso, um quarto cabo auxiliar 51, 53 conectados, por um lado, aos cabos condutores 41, 43 e, por outro lado, a um primeiro e, neste caso, um terceiro cabo auxiliar 47, 45 assim como uma barreira equipotencial 50 conectando, neste caso, os cabos condutores 41, 43.
[00020] Os receptores laterais de raios 30, 31 instalados, respectivamente, na borda de ataque e na borda de saída da pá de aerogerador 10 nas seções transversais 22, 23 compreendem, respectivamente, em cada uma delas primeiros e segundos blocos condutores internos 36, 37; 34, 35 e primeiros e segundos conectores externos 56, 57; 54, 55 configurados de maneira que permitam sua conexão elétrica.
[00021] O método de instalação do sistema de pára-raios em uma pá de aerogerador 10 compreende os seguintes passos:
[00022] Passo 1: Inserir os terminais condutores tais como cabos ou platinas nos apoios 19, 21 durante seu processo de fabricação como laminados de fibra de carbono. Os terminais condutores se inserem na etapa de empilhamento de telas de prepeg, antes da fase de cura.
[00023] Passo 2 (ver Figuras 3a-3b y 6a-6b); Conectar os primeiros blocos condutores internos 36, 37 (realização com um primeiro cabo condutor 41) ou os primeiros e segundos blocos condutores internos 36, 37; 34, 35 (realização com um primeiro e um segundo cabo condutor 41 y 43) com os apoios 19, 21 mediante, respectivamente, os primeiros cabos auxiliares 46, 47 ou os primeiros e terceiros cabos auxiliares 46,47; 44,45 estando as conchas 11,21 em seus moldes com os apoios 19,21 embebidos nelas depois de finalizar o processo de cura.
[00024] Passo 3 (ver Figuras 4 e 7): Depois do encolado das vigas 15, 17 à concha inferior 13 conectar o primeiro cabo condutor 41 ou o primeiro e segundo cabo condutor 41, 43 aderidos, respectivamente, à viga 17 ou às vigas 15,17 com, respectivamente o primeiro cabo auxiliar 47 ou com o primeiro e o terceiro cabo auxiliar 47, 45 e, no segundo caso, conectar uma barreira equipotencial 50 ao primeiro e ao segundo cabo condutor 41,43.
[00025] Passo 4: (ver Figuras 5 e 8) Depois de dispor a concha superior 11 sobre a concha inferior 13 e fechar os moldes se procede a conectar entre si os primeiros blocos condutores internos 36, 37 (realização com um primeiro cabo condutor 41) ou os primeiros e segundos blocos condutores internos 36, 37; 34, 35 (realização com um primeiro e um segundo cabo condutor 41 e 43) mediante, respectivamente, os primeiros conectores externos 56, 57 ou os primeiros e segundos conectores externos 56, 57; 54, 55 a pá de aerogerador 10 ficando finalmente na situação representada nas Figuras 1b e 2b, respectivamente. Note-se que os conectores externos 56 e 54 estão em contato com os primeiros e segundos blocos condutores internos 36, 37; 34, 35 de cada receptor lateral de raios 31, 30.
[00026] Apesar da presente invenção ter sido descrita em relação às diversas realizações, será apreciado a partir da descrição que se podem fazer diversas combinações de elementos, variações ou melhoras nela, e estão dentro do alcance da invenção.
Claims (8)
1. Sistema de pára-raios de uma pá de aerogerador (10), cuja estrutura compreende duas conchas estruturais (11,13) que incluem dois apoios (19,21) constituídos por laminados de fibra de carbono e duas vigas (15,17), que compreende, um primeiro subsistema que compreende um ou mais receptores de raios (25, 25') conectados a um primeiro cabo condutor (41) disposto no interior da pá de aerogerador (10) para conduzir os raios a terra; e um segundo subsistema que compreende meios de conexão entre os apoios (19,21) e o primeiro cabo condutor (41) que permitem equipotencializar o sistema de pára-raios em pelo menos duas seções transversais (22,23) da pá de aerogerador (10); caracterizado por, o primeiro subsistema também compreender um segundo cabo condutor (43) disposto no interior da pá de aerogerador (10) para conduzir os raios a terra; o segundo subsistema também compreender em cada uma das ditas seções transversais (22,23) um primeiro receptor lateral de raios (31) disposto em uma das bordas das ditas seções transversais (22, 23) que inclui os primeiros blocos condutores internos (36, 37) nas conchas estruturais (11, 13) e os primeiros conectores externos (56, 57) configurados de maneira que permitem conectar eletricamente entre si os primeiros blocos condutores internos (36, 37); e em cada uma das ditas seções transversais (22, 23) um segundo receptor lateral de raios (30) disposto na borda das ditas seções transversais oposto ao do primeiro receptor lateral de raios (31) que inclui os segundos blocos condutores internos (34, 35) nas conchas estruturais (11, 13) e os segundos conectores externos (54; 55) configurados de maneira que permitam conectar eletricamente entre si os segundos blocos condutores internos (34, 35); os primeiros blocos condutores internos (36, 37) estarem conectados com os apoios (19, 21) mediante os primeiros cabos auxiliares (46, 47); o primeiro cabo condutor (41) estar conectado a um dos primeiros cabos auxiliares (46, 47) mediante um segundo cabo auxiliar (53); e os segundos blocos condutores internos (34, 35) estarem conectados com os apoios (19, 21) mediante os terceiros cabos auxiliares (44, 45); um segundo cabo condutor (43) estar conectado a um dos ditos terceiros cabos auxiliares (44, 45) mediante um quarto cabo auxiliar (53); um segundo subsistema compreender também uma barreira equipotencial (50) conectada ao primeiro e ao segundo cabo condutor (41, 43).
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por_terminais dos apoios (19, 21) aos que se conectam os ditos primeiros cabos auxiliares (46, 47) serem platinas metálicas.
3. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por primeiro cabo condutor de raios (41) estar encostado a uma das vigas (15, 17) da pá de aerogerador (10).
4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por um dos primeiros conectores externos (56, 57) estar dimensionado para entrar em contato com os primeiros blocos condutores internos (36, 37).
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por_terminais dos apoios (19, 21) aos que se conectam os ditos terceiros cabos auxiliares (44, 45) serem platinas metálicas.
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por segundo cabo condutor (43) estar encostado a uma das vigas (15,17) da pá de aerogerador (10) ao que não está fixado o primeiro cabo condutor de raios (41).
7. Método de instalação de um sistema de pára-raios, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4 em uma pá de aerogerador (10) cuja estrutura compreende duas conchas estruturais (11, 13) que incluem dois apoios (19, 21) constituídos por laminados de fibra de carbono e duas vigas (15,17); compreendendo o método de fabricação da pá de aerogerador (10) uma primeira etapa de fabricação dos ditos apoios (19, 21), uma segunda etapa de fabricação das conchas estruturais (11, 13) com os ditos apoios (19, 21) embebidos nelas; uma terceira etapa de união das vigas (15, 17) à concha estrutural inferior (13) e uma quarta etapa de união das duas conchas estruturais (11,13); caracterizado por compreender os seguintes passos, a) incluir nos apoios (19, 21) os terminais condutores na primeira etapa; b) montar em cada uma das ditas seções transversais (22, 23) os primeiros blocos condutores internos (36, 37) do primeiro receptor lateral de raios (31) durante a segunda etapa e depois de sua finalização conectá-los aos apoios (19, 21) mediante os primeiros cabos auxiliares (46, 47); c) fixar o primeiro cabo condutor (41) à viga (17) mais próxima do primeiro receptor lateral de raios (31) e conectá-lo ao primeiro cabo auxiliar (47) mediante o segundo cabo auxiliar (51) na terceira etapa; d) interconectar os primeiros blocos condutores internos (36, 37) mediante os primeiros conectores externos (56, 57) na quarta etapa.
8. Método de instalação de um sistema de pára-raios, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6 em uma pá de aerogerador (10), cuja estrutura compreende duas conchas estruturais (11,13), que incluem dois apoios (19, 21) constituídos por laminados de fibra de carbono e duas vigas (15,17); compreendendo o método de fabricação da pá de aerogerador (10) uma primeira etapa de fabricação dos ditos apoios (19, 21); uma segunda etapa de fabricação das conchas estruturais (11, 13) com os ditos apoios embebidos nelas; uma terceira etapa de união das vigas (15,17) à concha inferior (13) e uma quarta etapa de união das duas conchas estruturais (11,13); caracterizado por compreender os seguintes passos, a) incluir nos apoios (19, 21) os terminais condutores na primeira etapa; b) montar em cada uma das ditas seções transversais (22, 23) os primeiros e segundos blocos condutores internos (34, 35; 36, 37) do primeiro e o segundo receptor lateral de raios (30, 31) durante a segunda etapa e depois de sua finalização conectá-los aos apoios (19, 21) mediante os primeiros cabos auxiliares (46, 47) e os terceiros cabos auxiliares (44, 45); c) fixar o primeiro e o segundo cabo condutor (41, 43) às vigas (15, 17), montar a barreira equipotencial (20) entre elas e conectá-las, respectivamente, ao primeiro e ao terceiro cabo auxiliar (47,45) mediante o segundo e o quarto cabo auxiliar (51, 53) na terceira etapa; d) interconectar os primeiros e segundos blocos condutores internos (36, 37; 34, 35) mediante os primeiros e segundos conectores externos (56, 57; 54, 55) na quarta etapa.
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