BR102017021329A2 - Sistema de transmissão de correntes de raio para aerogeradores - Google Patents

Sistema de transmissão de correntes de raio para aerogeradores Download PDF

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Abstract

“sistema de transmissão de correntes de raio para aerogeradores” sistema de transmissão de correntes de raio para aerogeradores. compreende um elemento de transmissão de correntes de raio (33) entre uma faixa metálica (18) situada na raiz de cada pá (10) e um anel metálico (12) situado na nacela (13) que tem uma parte condutora (35), uma parte isolante (37) e alguns meios de suporte (30) para ser unidos ao cubo do rotor (21). a banda metálica (18) e o anel metálico (12) estão configurados com partes sobressalentes (61, 63) que se estendem até o elemento de transmissão de correntes de raio (33). a parte condutora (35) do elemento de transmissão de correntes de raio (33) compreende um primer e um segundo receptor (47, 47’) montados sobre uma placa com base (41) em diferentes alturas e orientados para uma direção que aponta, respectivamente, para as partes sobressalentes (61, 63) da faixa metálica (18) e o anel metálico (12).

Description

(54) Título: SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE
CORRENTES DE RAIO PARA
AEROGERADORES (51) Int. Cl.: F03D 80/30; H02G 13/00 (30) Prioridade Unionista: 05/10/2016 ES P201600821 (73) Titular(es): GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L.
(72) Inventor(es): VICTOR MARCH NOMEN; MIGUEL LINARES FANO; FRANCISCO JAVIER OSTIZ ZUBIRI (74) Procurador(es): MARIA PIA CARVALHO GUERRA (57) Resumo: SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE CORRENTES DE RAIO PARA AEROGERADORES Sistema de transmissão de correntes de raio para aerogeradores. Compreende um elemento de transmissão de correntes de raio (33) entre uma faixa metálica (18) situada na raiz de cada pá (10) e um anel metálico (12) situado na nacela (13) que tem uma parte condutora (35), uma parte isolante (37) e alguns meios de suporte (30) para ser unidos ao cubo do rotor (21). A banda metálica (18) e o anel metálico (12) estão configurados com partes sobressalentes (61, 63) que se estendem até o elemento de transmissão de correntes de raio (33). A parte condutora (35) do elemento de transmissão de correntes de raio (33) compreende um primer e um segundo receptor (47, 47) montados sobre uma placa com base (41) em diferentes alturas e orientados para uma direção que aponta, respectivamente, para as partes sobressalentes (61, 63) da faixa metálica (18) e o anel metálico (12).
Figure BR102017021329A2_D0001
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Relatório Descritivo da Patente de Invenção: SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE CORRENTES DE RAIO PARA AEROGERADORES [001] CAMPO TÉCNICO [002] A presente invenção tem relação com sistemas de transmissão de correntes de raio instalados em aerogeradores e, mais especificamente, com sistemas de não contato.
[003] ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [004] Um aerogerador convencional (ver Figura 1) compreende três pás 10 conectadas a um rolamento de pitch pá 19 para permitir a rotação ao redor de um eixo longitudinal da pá 10 (uma rotação popularmente conhecida como pitch). O rolamento de pitch da pá 19 está conectado a um eixo principal 15 que transmite o movimento de rotação do rotor, ao qual estão conectadas as pás, a um multiplicador que altera a velocidade de rotação angular e dela para um gerador elétrico.
[005] Em um sistema convencional de proteção contra raios, uma corrente de raio recebida por uma pá é transmitida para a terra pela seguinte rota (ver Figuras 1 e 2):
[006] - Um impacto do raio recebido na ponta da pá é conduzido por alguns primeiros meios de condução 25, 27; 25', 27' situados no interior da pá (os meios de condução 27, 27' podem estar unidos a um elemento estrutural 17 da pá) até uma faixa metálica 18 situada na raiz da pá a uma certa distância do rolamento de pitch 19.
[007] Um salto de arco elétrico ocorre entre a banda metálica 18 e o elemento de transmissão de correntes de raio 31 e outro salto de arco elétrico ocorre entre o elemento de transmissão de correntes de raio 31 e o anel metálico 12 da gôndola 13.
[008] A corrente de raio continua por alguns segundos meios de condução 28 situados no interior da nacele 13, sem passar por partes delicadas do aerogerador, tais como o armário de distribuição do cubo do rotor 21, os rolamentos do eixo principal, o multiplicador ou o gerador, e chega ao
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2/6 mecanismo de orientação 20 do aerogerador.
[009] Por último, a corrente do raio é transportada do mecanismo de orientação 20 até a terra através de alguns terceiros meios de condução 26 situados dentro da torre 16.
[010] A corrente de raio segue esta rota quando a pá 10 é feita de fibra de vidro ou fibra de carbono, materiais que proporcionam isolamento elétrico para evitar que a corrente do raio passe da pá 10 para o rolamento de pitch 19.
[011] ES 2 265 776 B1 descreve um sistema de para-raios com um elemento de transmissão de correntes de raios 31 que compreende:
[012] - uma primeira barra de um material condutor com um primer e uma segunda extremidade opostos, respectivamente, à faixa metálica 18 e ao anel metálico 12 a uma distância que garante o salto de um arco elétrico entre eles; a. - uma segunda barra de um material isolante eletricamente capaz de resistir a uma temperatura gerada por um salto de arco elétrico para suportar a primeira barra e que compreende meios de união ao cubo do aerogerador.
[013] A presente invenção tem por objetivo melhorar o dito sistema reduzindo, em especial, a tensão de ruptura entre seus eletrodos.
[014] SUMÁRIO DA INVENÇÃO [015] A invenção proporciona um sistema de transmissão de correntes de raio entre as pás e a nacele de um aerogerador, que compreende uma faixa metálica situada na raiz de cada pá que recebe correntes de raio de um ou mais condutores de correntes de raio situadas no interior de cada pá, um anel metálico situado na nacele que transmite as correntes de raio a um ou mais condutores de correntes de raio da nacele para levá-las à terra e um elemento de transmissão de correntes de raio unido ao cubo do rotor para transmitir correntes de raio da faixa metálica de cada pá para o anel metálico.
[016] Por um lado, a faixa metálica de cada pá e o anel metálico estão configurados com partes sobressalentes estendidas até o elemento de transmissão de correntes de raio (que podem ter uma configuração em forma de L). Por outro lado, o elemento de transmissão de correntes de raio tem uma parte
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3/6 condutora com o primer e o segundo receptor montados em uma placa com base em diferentes alturas e orientados para uma direção que aponta, respectivamente, para as partes sobressalentes da faixa metálica e do anel metálico. A combinação de ambas as características permite uma redução da tensão de ruptura dos quatro eletrodos do sistema.
[017] E m uma modalidade, os receptores do elemento de transmissão de correntes de raio se dispõem entre distâncias d1 e d2 das partes sobressalentes da faixa metálica e do anel metálico, compreendidas entre, respectivamente, 210mm e 5-35mm.
[018] Outras características desejáveis e vantajosas da invenção resultarão evidentes a partir da descrição detalhada subsequente e as reivindicações anexas, com relação aos desenhos anexos.
[019] BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS DOS DESENHOS [020] A Figura 1 é uma vista esquemática em corte lateral de um aerogerador com um sistema de transmissão de correntes de raio e a Figura 2 em uma vista ampliada da zona dentro do círculo da Figura 1.
[021] A Figura 3 é uma vista lateral esquemática de um elemento de transmissão de correntes de raio que ilustra uma modalidade da invenção e as Figuras 4a e 4b são vistas esquemáticas em planta baixa da placa base e de um receptor de sua parte condutora.
[022] As Figuras 5a e 5b são vistas laterais esquemáticas de configurações alternativas do elemento de transmissão de correntes de raio.
[023] A Figura 6 é uma vista esquemática em perspectiva de um sistema de transmissão de correntes de raio que ilustra uma modalidade da invenção.
[024] As Figuras 7a e 7b são vistas esquemáticas das linhas equipotenciais em torno de, respectivamente, um eletrodo plano e um eletrodo alongado.
[025] As Figuras 8a e 8b são vistas esquemáticas do campo elétrico no espaço vazio de um sistema de transmissão de correntes de raio em, respectivamente, um sistema conhecido e em uma modalidade da invenção. [026] Outras características desejáveis e vantajosas da invenção ficarão
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4/6 evidentes a partir da seguinte descrição detalhada da invenção e das reivindicações anexas, com relação aos desenhos a seguir.
[027] DESCRIÇÃO DETALHADA [028] Na modalidade ilustrada nas Figuras, o sistema de transmissão de correntes de raio compreende:
[029] - Uma faixa metálica 18 em cada pá com uma parte sobressalente 61 (preferencialmente com uma configuração plana) estendida até o elemento de transmissão de correntes de raio 33.
[030] - Um anel metálico 12 com uma parte sobressalente 63 (preferencialmente com uma configuração plana) estendida até o elemento de transmissão de correntes de raio 33.
[031] - Um elemento de transmissão de correntes de raio 33 que tem una parte condutora 35, uma parte isolante 37 e uma parte de suporte 39 através da qual é unida ao cubo do rotor.
[032] A parte condutora 35 compreende uma placa base 41 configurada com dois orifícios escatelados 43, 43' situados em suas beiras em diferentes lados e alturas e dois orifícios circulares 45, 45' situados em frente ao centro dos orifícios escatelados 43, 43' e dois receptores 47, 47' configurados com um orifício escatelado 49, 49'.
[033] Os receptores 47, 47' são unidos à placa base 41 por meio de alguns primeiros elementos de fixação 51 dispostos sobre os orifícios circulares 45, 45' da placa de base 41 e alguns segundos elementos de fixação 53 dispostos sobre os orifícios escatelados cooperantes 43, 43'; 49, 49' respectivamente, da placa base 41 e os receptores 47, 47'.
[034] Essa configuração permite que os receptores 47, 47' possam ser montados a uma altura diferente na placa de base 41 e orientados para diferentes direções para colocá-los em uma situação apropriada para cooperar com as partes sobressalentes 61, 63 da faixa metálica 18 e o anel metálico 12 para a transmissão das correntes do raio entre eles (ver, em especial, as Figuras 5a e 5b).
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5/6 [035] A parte condutora 35 deve ser feita de um material metálico com um alto ponto de fusão tal como cobre, aço inoxidável ou tungstênio, ter uma espessura mínima de 6 mm por motivos mecânicos e dispor de um corte transversal mínima de 50 mm2.
[036] A parte isolante 37 deve ser feita de um material tal como nylon ou outro plástico adequado. Em uma modalidade tem um comprimento de 200mm. [037] Os receptores 47, 47' podem ter uma forma retangular (com, por exemplo, uma largura de 20 a 40mm e uma espessura de 3 a 10mm) com uma superfície mínima de 100mm2 e uma espessura mínima de 3mm.
[038] O primeiro receptor 47 deve estar colocado a uma distância d1 da parte sobressalente 61 da faixa metálica 18 compreendida entre 2-10mm e o segundo receptor 47' deve estar colocado a uma distância d2 da parte sobressalente 63 do anel metálico 12 compreendida entre 5-35mm para assegurar o salto do arco elétrico.
[039] Na modalidade ilustrada na Figura 6 a faixa metálica 18 e o anel metálico 12 têm uma configuração em forma de L sendo uma de suas ramificações as partes sobressalentes 61,63 antes mencionadas a fim de reduzir a tensão de ruptura nos quatro eletrodos do sistema de transmissão de correntes de raio.
[040] Perto dos eletrodos, a distribuição das linhas equipotenciais do campo elétrico depende da geometria do eletrodo. Se o eletrodo 55 for plano (ver Fig. 7a) a distribuição das linhas equipotenciais é uniforme ao longo de todo o eletrodo (a variação espacial do potencial elétrico ÁV é constante), já se o eletrodo 57 for alongado (ver Figura 7b) a variação espacial do potencial elétrico ÁV é reduzida na área próxima do eletrodo. Isso faz com que o campo elétrico seja amplificado porque E = ÁV/Áx sendo Áx a variação da distância no eixo X. [041] Portanto, comparando a distribuição das linhas equipotenciais do campo elétrico entre uma extremidade 59 da primeira barra e a faixa metálica 18 no sistema de transmissão de correntes do raio que é descrito em ES 2 265 776 B1 (ver Figura 8a) e no sistema de transmissão de correntes de raio da invenção
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6/6 (ver Figura 8b), observa-se que o campo elétrico é amplificado tanto no receptor 47 como na parte sobressalente 61 da faixa metálica 18 (e de maneira similar no receptor 47' e na parte sobressalente 63 do anel metálico 12). Em consequência, é reduzida a tensão de ruptura. Estima-se que, mantendo as mesmas distâncias d1, d2 entre os eletrodos, a tensão de ruptura pode ser reduzida entre 15% e 50%.
[042] Apesar de a presente invenção ter sido descrita em relação a várias modalidades, deve ser entendido a partir do dito que podem ser feitas combinações de elementos, variações ou melhorias que estão dentro do alcance da invenção que é definida nas reivindicações anexas.
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Claims (7)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Sistema de transmissão de correntes de raio entre as pás (10) e a nacele (13) de um aerogerador caracterizado por compreender:
    - uma faixa metálica (18) situada na raiz de cada pá (10) que recebe correntes de raio de um ou mais condutores de correntes de raio situados no interior de cada pá (10);
    - um anel metálico (12) situado na nacela (13) que transmite as correntes de raio a um ou mais condutores de correntes de raio para conduzi-los para a terra;
    - um elemento de transmissão de correntes de raio (33) para transmitir correntes de raio da faixa metálica (18) de cada pá (10) para o anel metálico (12) que compreende uma parte condutora (35), uma parte isolante (37) e alguns meios de suporte (30) para ser unidos ao cubo do rotor (21);
    caracterizado porque:
    - a banda metálica (18) de cada pá (10) e o anel metálico (12) estão configurados com partes sobressalentes (61, 63) que se estendem até o elemento de transmissão de correntes de raio (33);
    - a parte condutora (35) do elemento de transmissão de correntes de raio (33) compreende um primer e um segundo receptor (47, 47') montados sobre uma placa com base (41) em diferentes alturas e orientados para uma direção que aponta, respectivamente, para as partes sobressalentes (61, 63) da faixa metálica (18) e do anel metálico (12).
  2. 2. Sistema de transmissão de correntes de raio de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a faixa metálica (18), o anel metálico (12) e o elemento de transmissão de correntes de raio (33) estarem dispostos com o primeiro receptor (47) colocado a uma distância d1 da parte sobressalente (61) da faixa metálica (18) compreendida entre 2-10mm e com o segundo receptor (47') colocado a uma distância d2 da parte sobressalente (63) do anel metálico (12) compreendida entre 5- 35mm.
  3. 3. Sistema de transmissão de correntes de raio de acordo com
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    2/2 qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por:
    - a placa de base (41) estar configurada com um par de orifícios escatelados (43, 43') colocados a diferentes alturas e orifícios circulares (45, 45') situados em frente a seus centros;
    - os receptores (47, 47') estão configurados com um orifício escatelado (49, 49');
    - cada receptor (47. 47') está montado na placa de base (41) com alguns primeiros elementos de fixação (51) posicionados sobre um orifício circular (45, 45') da placa base (41) e uma extremidade do orifício escatelado (49, 49') do receptor (47, 47') y com alguns segundos elementos de fixação (53) posicionados sobre uma posição apropriada dos orifícios escatelados (43, 43'; 49, 49') da placa base e dos receptores (41'. 47, 47').
  4. 4. Sistema de transmissão de correntes de raio de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por:
    - a placa base (41) ter uma forma retangular e uma espessura de pelo menos 8mm;
    - os receptores (47, 47') terem uma forma retangular com uma superfície de pelo menos 100mm2 e uma espessura de pelo menos 3mm.
  5. 5. Sistema de transmissão de corrente de raio de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por a faixa metálica (18) de cada pá (10) e o anel metálico (12) terem uma configuração em forma de L estando uma de suas ramificações unida, respectivamente, à raiz de uma pá (10) ou à nacela (13) e sendo a outra ramificação a parte sobressalente (61.63) que se estende até o elemento de transmissão de correntes de raio (33).
  6. 6. Sistema de transmissão de correntes de raio de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por as partes sobressalentes (61, 63) da faixa metálica (18) de cada pá (10) e do anel metálico (12) terem uma configuração plana.
  7. 7. Aerogerador caracterizado por um sistema de transmissão de correntes de raio, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6.
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