BRPI0710019A2

BRPI0710019A2 - pá de rotor de turbina eólica, turbina eólica, e método para fabricação de uma pá de rotor de turbina eólica

Info

Publication number: BRPI0710019A2
Application number: BRPI0710019-1A
Authority: BR
Inventors: Kim Bertelsen
Original assignee: Vestas Wind Sys As
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2007-05-08
Publication date: 2011-08-02
Also published as: US20090056968A1; WO2007128314A1; DK200600653A; CA2651707A1; EP2021628A1; EP2021628B1; CN101438055A; AU2007247617B2; CN101438055B; US8105035B2; MX2008014116A; ES2386315T3; AU2007247617A1

Abstract

Pá DE ROTOR DE TURBINA EóLICA, TURBINA EóLICA, E MéTODO PARA FABRICAçãO DE UMA Pá DE ROTOR DE TURBINA EóLICA A invenção refere-se a uma pá (5) de rotor de turbina eólica compreendendo uma ponta (10) de pá e um sistema de proteção contra descargas de raios atmosféricos. A pá de rotor inclui pelo menos um receptor de raios (7) na superfície da pá a uma distância externa (L~ ex~) da extremidade distal da ponta (10) da pá, e uma base receptora (li) de raios no interior da pá (5) de rotor disposta a uma primeira distância interna (L~ il~) da extremidade distal da ponta (10) da pá. Para evitar a ocorrência de arcos elétricos da superfície (18) da pá para a base receptora (11) de raios se o raio não atingir o receptor (7), a pá de rotor inclui adicionalmente um meio (22a) para alterar pelo menos uma propriedade elétrica da pá (5) do rotor na base receptora (11) de raios, em comparação com as propriedades elétricas do ar ambiente. Estes meios preenchem uma parte da pá com, por exemplo, poliuretano. A invenção refere-se adicionalmente a um método para fabricação de uma pá (5) de rotor de turbina eólica.

Description

PÁ DE ROTOR DE TURBINA EÓLICA, TURBINA EÓLICA, E MÉTODOPARA FABRICAÇÃO DE UMA PÁ DE ROTOR DE TURBINA EÓLICA

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a uma pá de rotor deturbina eólica de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1e a um método para fabricação de uma pá de rotor de turbinaeólica.

Descrição da Técnica Associada

As descargas de raios atmosféricos contra turbinaseólicas constituíram sempre um problema requerendo atençãodevido ao fato de os danos causados aos componentes daturbina eólica reduzirem o tempo de operação da turbinaeólica e aumentarem o custo de operação da turbina eólica.

A principal tendência na moderna tecnologia deturbinas eólicas tem consistido na construção de turbinaseólicas cada vez maiores, o que aumenta a suscetibilidadedas turbinas eólicas às descargas de raios atmosféricos. Aspás de rotor das turbinas eólicas são os componentes dasturbinas eólicas que se encontram em maior risco de serematingidas por raios. Foram desenvolvidos sistemas paraproteção de pás de rotor de turbinas eólicas contradescargas de raios atmosféricos.

Alguns destes sistemas utilizam uma camada metálicacondutora de corrente sobre a superfície das pontas das pásda turbina eólica ou até mesmo pontas de pás feitas demetal. A camada metálica ou ponta metálica é ligada a umcondutor interno na pá e subseqüentemente a um potencial deterra, isto é, atuando como um receptor de raiossuperdimensionado.

0 pedido de patente internacional n° WO 2005/031158divulga meios de proteção contra descargas de raiosatmosféricos em que a ponta da pá é parcialmente outotalmente feita de metal sólido.

Outros sistemas possuem normalmente um ou maisreceptores de raios dispostos na superfície da pá do rotore ligados a um condutor de descarga interno da pá, queproporciona uma via de baixa impedância para ser seguidopela descarga elétrica do raio até um ponto de aterramento.

Um exemplo de um tal sistema é divulgado no pedidode patente internacional n° WO 02/48546.

Entretanto, a descarga nem sempre atinge osreceptores de raios ao atingir a pá de rotor da turbinaeólica. Por vezes o raio irá atingir e ingressar na pontada pá e formar um percurso para terra mediante formação deura arco entre a superfície da pá e o condutor de descarga,apesar de este percurso para terra ter uma elevadaimpedância em comparação com um caso em que o raioatingisse diretamente o receptor de raios. A presença doarco no interior da ponta da pá de rotor pode causar danosgraves à ponta de pá do rotor,, por exemplo devido ao fatode ocorrer um aumento significativo de temperatura noespaço confinado da ponta da pá do rotor.

Um objetivo da presente invenção consiste portantona provisão de uma pá de rotor de turbina eólica desprovidadas desvantagens de sistemas bem conhecidos de proteçãocontra descargas de raios atmosféricos e particularmente naprovisão de uma pá de rotor de turbina eólica com umsistema aperfeiçoado de proteção contra descargas de raiosatmosféricos relativamente a efeitos de arco elétricointerno.

Um objetivo adicional da presente invenção consistena provisão,de um método vantajoso para produção de uma páde rotor de turbina eólica de acordo com a presenteinvenção.

A invenção

Ά invenção proporciona uma pá de rotor de turbinaeólica compreendendo um meio para alteração de pelo menosuma propriedade elétrica da pá do rotor na base receptorade raios, em comparação com as propriedades elétricas do arambiente mediante aumento do campo elétrico suportado entrea base receptora de raios e a superfície interna da pá dorotor.

Um sistema aperfeiçoado de proteção contra descargade raios atmosféricos é obtido para uma pá de turbinaeólica mediante alteração da propriedade elétrica interna.O valor de limite, quando ocorre uma quebra de rigidezdielétrica nó interior da pá do rotor, é substancialmenteaumentado, dessa forma proporcionando uma prevenção deocorrência de efeitos de arco elétrico internamente.

Quando ocorre um aumento do campo elétricosuportado entre a ba.se receptora de raios e a superfícieinterna da pá do rotor, é necessário um campo elétricomuito maior para iniciar uma quebra de rigidez dielétricano interior da pá do rotor. Mediante aumento do campoelétrico suportado para um valor substancialmente maior queo do campo elétrico suportado pelo ar atmosférico, quandoutilizado como material de isolação interna, é possívelimpedir a ignição de um arco no interior da ponta da pá dorotor impedindo—se dessa forma a ocorrência de danos naponta da pá do rotor.

Mediante alteração da propriedade elétrica interna,é assegurado que o percurso efetuado pelo raio ocorra dolado de fora da pá até alcançar um receptor de raios,particularmente sem estabelecimento de uma gaiola protetorade metal sobre a superfície da pá.

A expressão "base receptora de raios" significaqualquer meio para ligação elétrica de um ou maisreceptores de raios a um condutor de descarga de raios.

A expressão "propriedades elétricas" deverá serentendida como significando; resistividade, condutividade ourigidez dielétrica.

A expressão "ar ambiente" significa ar atmosféricona pá de turbina eólica e na proximidade do ponto deinterceptação do raio. As propriedades elétricas do arambiente podem variar com variações de temperatura,umidade, pressão, etc. que podem ocorrer do lado de fora deuma pá de turbina eólica.Era ura aspecto da presente invenção, uma barreirainterna é disposta a uma segunda distância internarelativamente à extremidade distai da pá do rotor,estabelecendo uma cavidade definida da barreira interna atéa extremidade distai da ponta da pá.

Dessa forma, a base receptora de raios é delimitadana extremidade da ponta da pá do rotor relativamente àparte remanescente da pá do rotor era uma cavidade definidae fechada. Assim, várias formas possíveis de aumento darigidez dielétrica da camada de isolação entre a superfícieinterna da pá do rotor e o condutor de descarga de raiossão habilitadas na extremidade da ponta da pá do rotor.

A expressão "extremidade distai" significa aextremidade da ponta da pá do rotor que se encontra maisafastada da raiz da pá de rotor da turbina eólica.

Em um outro aspecto da presente invenção o referidomeio para alteração de pelo menos uma propriedade elétricada pá de rotor aumenta o campo elétrico suportado entre abase receptora de raios e a superfície interna da pá dorotor. Assim, é possível aumentar o valor do campo elétricosuportado entre a superfície interna da pá do rotor e abase receptora de raios, dessa forma impedindo a ocorrênciade efeitos de arco internamente caso ocorra um impacto deraio atmosférico.

Em um aspecto da presente invenção, uma barreirainterna é disposta a uma segunda distância interna Li2relativamente à extremidade distai da pá do rotor,estabelecendo uma cavidade definida desde a referidabarreira interna até a extremidade distai da ponta da pá.

Em um aspecto da presente invenção, a referidacavidade definida envolve a base receptora de raios. Destaforma, é possível utilizar o implante para posicionarcorretamente a base receptora de raios em relação aosreceptores contidos na pá do rotor.

Em um aspecto da presente invenção, a referida basereceptora de raios é embutida em um implante feito porexemplo de plástico ou materiais compósitos. Neste caso, épossível estabelecer um implante com o formato desejado epreciso por meio de um molde. Adicionalmente, é possível efácil posicionar a base receptora de raios de forma corretano interior do implante.

Em um aspecto da presente invenção, o referidoimplante é pré fabricado com a referida base receptora deraios e meios para ligação a um ou mais receptores de raiose um condutor de descarga de raios. Neste caso, é possívelestabelecer o sistema de proteção contra descargas de raiosatmosféricos na ponta da pá do rotor.

Em aspectos da presente invenção, o referidoimplante compreende uma forma substancialmentecorrespondente à parte interna da ponta da pá, por exemplouma forma de barbatana de tubarão e com aberturas lateraispara contato entre a referida base receptora de raios e osreferidos receptores, e com elevações adaptadas a umasuperfície interna da pá. Neste caso, é possível posicionaro implante corretamente e simultaneamente preencher a maiorparte do volume interno da ponta da pá.

Em um aspecto da presente invenção, uma parte debarreira inferior do referido implante integra a referidabarreira interna. Desta forma, é possível posicionarcorretamente o implante com relação aos receptores,estabelecendo simultaneamente um volume de cavidade fechadopronto para ser preenchido com um material de cavidade.

Em um aspecto da presente invenção, a referidasegunda distância interna situa-se em uma faixa de 0,2metros até 2,0 metros e preferencialmente de 0,2 metros até0,6 metros a partir da extremidade distai da pá de rotor deturbina eólica. Desta forma, os receptores de raios nasuperfície da pá podem ser dispostos a uma distânciaadequada da extremidade distai da pá do rotor sem aumentoda probabilidade de ocorrência de efeitos internos de arcoelétrico em caso de incidência de uma descarga de raiosatmosféricos na extremidade distai da pá do rotor.

Em aspectos adicionais da presente invenção, oreferido meio para aumento do campo elétrico suportadocompreende uma rigidez dielétrica substancialmente maiselevada que a do ar ambiente e com uma rigidez dielétricasuperior a 1 χ IO7 V/m, preferencialmente na faixa de 2 χIO7 V/m até 8 χ IO7 V/m. É assim assegurada uma isolaçãoelétrica adequada entre a base receptora de raios e asuperfície interna da pá do rotor.

Em um outro aspecto ainda da presente invenção ovolume de ar atmosférico na cavidade definida é inferior a10% do volume da cavidade fechada, preferencialmenteinferior a 3% do volume da cavidade fechada.. Se o materialinserido para preenchimento na cavidade fechada forcontaminado com um elevado teor de bolhas de aratmosférico, a rigidez dielétrica do material serásubstancialmente reduzida, e dessa forma a proteção contraocorrência de efeitos internos de arco elétrico serásubstancialmente degradada, já que podem ocorrer efeitos dearco entre as cavidades.

Em um outro aspecto da presente invenção, a parterestante de ar atmosférico no interior da cavidade definidaé distribuída de forma substancialmente homogênea. Umadistribuição homogênea do conteúdo remanescente de bolhasde ar no interior da cavidade fechada preferencialmente aolongo da transição entre o material de preenchimentoinserido na cavidade e a superfície interna da pá do rotorassegura que as bolhas de ar remanescentes proporcionemsomente uma redução mínima e previsível na proteção da páde rotor de turbina eólica.

Em um aspecto da presente invenção, o referido meiopara aumento do campo elétrico suportado é um material depoliuretano, por exemplo, um material de poliuretano nãoexpansível de dois componentes. Este material tem uma altarigidez dielétrica e portanto é particularmente adequadopara impedir efeitos internos de arco elétrico no interiorda cavidade definida.Em um outro aspecto ainda da presente invenção, aponta da pá é pré-fabricada corno uma peça separadaanteriormente a seu acoplamento à pá de rotor de turbinaeólica, por exemplo como uma unidade para montagemsuplementar em uma pá em operação. É assim provida umaoutra forma vantajosa de produção de uma ponta de pá deacordo com a presente invenção.

Em um aspecto da presente invenção, a referida basereceptora de raios é ligada a um potencial elétrico deaterramento. É desta forma provido um percurso de baixaimpedância para terra para ser seguido pela descarga doraio sendo portanto provida uma deflexão eficaz da referidadescarga.

Em um outro aspecto da presente invenção, pelomenos uma parte do condutor de aterramento de descargasatmosféricas no interior da pá do rotor é isolada doambiente circundante por uma cobertura feita de um materialeletricamente isolante tal como uma luva de encolhimentotérmico em uma parte ou na totalidade da extensão docondutor de aterramento de descargas atmosféricas. Aisolação das partes do condutor de descarga no interior dapá de rotor de turbina eólica impede a ocorrência de arcoselétricos internos entre o condutor de descarga e outraspartes condutoras no interior da pá de rotor de turbina eólica impedindo dessa forma a ocorrência de danos nessaspartes condutoras e em quaisquer possíveis circuitoselétricos ligados às mesmas.Em um outro aspecto da presente invenção, areferida base receptora de raios é alojada em um implantepré-fabricado compreendendo meios para ligação da referidabase receptora de raios a ura ou mais receptores de raios euma conexão elétrica de aterramento. 0 implante pré-fabricado proporciona uma fundação para a base receptora deraios no interior da cavidade fechada, permitindo assim umadisposição correta da base receptora de raios.

A invenção proporciona igualmente um método parafabricação de uma pá de rotor de turbina eólica em que oreferido método compreende as etapas de:

estabelecimento de pelo menos dois invólucros depá,

colocação de uma base receptora de raios com umaligação a um condutor de aterramento de descargasatmosféricas sobre um invólucro de pá,

estabelecimento de contato entre pelo menos umreceptor de raios na superfície da pá com uma distânciaexterna Lex a partir da extremidade distai da ponta da pá ea base receptora de raios e entre os referidos pelo menosdois invólucros de pá, e

alteração de pelo menos uma propriedade elétrica dapá do rotor na base receptora de raios, em comparação comas propriedades elétricas do ar ambiente, mediante aumentodo campo elétrico suportado entre a base receptora de raiose a superfície interna da pá de rotor.Figuras

A invenção será descrita a seguir cora referência àsfiguras, nas quais

a Fig. 1 ilustra uma turbina eólica moderna degrande porte,

a Fig. 2 ilustra um sistema convencional deproteção contra descarga de raiosatmosféricos para uma pá de rotor deturbina eólica,

a Fig. 3 ilustra o interior de uma pá de rotor deturbina eólica equipada com um sistema deproteção contra descarga de raiosatmosféricos e o problema de arcoelétrico interno,

a Fig. 4a ilustra esquematicamente uma primeiraconfiguração de um sistema de proteçãocontra descargas de raios atmosféricospara uma pá de rotor de turbina eólica deacordo com a presente invenção,

a Fig. 4b ilustra esquematicamente uma outraconfiguração de um sistema de proteçãocontra descarga de raios atmosféricospara uma pá de rotor de turbina eólica deacordo com a presente invenção

as Figs. 5a e 5b ilustram uma configuração preferencial deum sistema de proteção contra descargasde raios atmosféricos incluindo uma basereceptora de raios embutida em umimplante,

a Fig. 6 ilustra o posicionamento do implante

relativamente à superfície interna de umapá de turbina eólica,a Fig. 7 ilustra dois invólucros de pá de rotor de

turbina eólica e a construção de umsistema de proteção contra descarga deraios atmosféricos para uma pá de rotorde turbina eólica de acordo com umaconfiguração preferencial da presenteinvenção, e

a Fig. 8 ilustra um método de preenchimento dacavidade na extremidade distai de uma páde rotor de turbina eólica com ummaterial de preenchimento de cavidadelíquido.

Descrição detalhada da presente invençãoA Fig. 1 ilustra uma turbina eólica moderna 1. Aturbina eólica 1 compreende uma torre 2 posicionada sobreuma fundação. Uma nacela 3 de turbina eólica com ummecanismo de guinada encontra-se disposto sobre o topo datorre 2.

Um eixo de baixa velocidade estende-se a partir daparte frontal da nacela e encontra-se acoplado a um rotorde turbina eólica através de um cubo 4 de turbina eólica. 0rotor de turbina eólica compreende pelo menos uma pá derotor, por exemplo, três pás de rotor 5 conforme ailustração. As pás de rotor 5 podem ser inclináveis emrelação ao cubo 4 mediante utilização de mecanismos deinclinação ou podem ser montadas de forma fixa no cubo 4como pás de rotor de estol.

As pás de rotor 5 são ocas e possuem portanto umasuperfície externa e uma superfície interna.

A Fig. 2 ilustra um sistema bem conhecido deproteção contra descarga de raios atmosféricos para uma páde rotor 5 compreendendo um ou mais receptores de raios 7feitos de um material condutor de corrente. Os receptoressão dispostos na superfície externa da pá do rotor e sãoligados a um condutor de descarga de raios 8 queproporciona uma via de percurso de baixa impedância parauma conexão de aterramento 9.

Em tempestades de raios existe uma grande diferençade potencial elétrico e portanto um grande campo elétricoentre as nuvens e a superfície da terra devido ao acúmulode cargas nas nuvens. Quando o valor do campo elétricoexcede a rigidez dielétrica do ar, encontram-se presentescondições para uma descarga elétrica na forma de um raioatmosférico. O grande potencial elétrico ioniza asmoléculas do ar e ocorre uma quebra de rigidez dielétricaquando as moléculas de ar ionizadas se tornam um condutorque transporta a carga excedente do campo elétrico. No aratmosférico em condições normais de temperatura e pressão,este efeito ocorre para campos elétricos da ordem de 3 χ106 V/m.

Quando o raio 6a atinge um receptor de raios 7, oraio 6a é defletido através do condutor de descarga deraios 8 para a conexão de aterramento 9.

A Fig. 3 ilustra o sistema de proteção contradescarga de raios atmosféricos da Fig. 2 e ilustraparticularmente o que pode ocorrer quando a descarga atingea ponta 10 da pá ao invés de atingir o receptor de raios 7.

O raio 6a inicialmente atinge a ponta 10 da pá 5 dorotor. Um campo elétrico forma-se internamente entre asuperfície interna 18 da pá 5 do rotor e o condutor dedescarga 8, que se encontra ligado à conexão de aterramento9. Quando o valor deste campo elétrico interno excede arigidez dielétrica do ar entre a superfície interna 18 da pá 5 do rotor e o condutor de descarga 8, em que o referidoar serve como mídia isolante, um percurso eletricamentecondutor é ionizado entre a superfície interna 18 da pá 5do rotor e o condutor de descarga 8 e ocorre a ignição deum arco 6b. Particularmente no interior do espaço confinado da ponta 10 da pá do rotor, a ignição do arco 6b podecausar graves danos à pá 5 do rotor.

A Fig. 4a ilustra a extremidade da ponta de uma pá5 de rotor de turbina eólica projetada para evitarocorrência de arcos elétricos internos de acordo com uma primeira configuração da presente invenção.

A pá 5 de rotor de turbina eólica compreende um oumais receptores de raios 7 dispostos a uma distânciaexterna Lex relativamente à extremidade distai da pá 5 derotor. Os receptores de raios 7 são ligados a uma basereceptora de raios 11 feita de um material condutor decorrente. A base 11 é ligada ao condutor de descarga deraios 8 formando uma via de percurso de baixa impedânciapara a conexão de aterramento 9 para a corrente do raio.

Uma barreira interna 12 é disposta a uma segundadistância interna Li2 relativamente à extremidade distai dapá 5 de rotor formando uma cavidade fechada definida 13,conforme se encontra ilustrado com linhas hachuradas, emque a base 11 receptora de raios é disposta. Para impedir aocorrência de arcos elétricos internos entre a superfícieinterna 18 da pá 5 do rotor e a base receptora de raios 11,e portanto o condutor de descarga 8, a cavidade fechada 13é preenchida com um material 22a de elevada rigidezdielétrica. A elevada rigidez dielétrica do material 2.2a depreenchimento da cavidade assegura o estabelecimento de umavia de percurso externa para o raio 6a até ser alcançado umreceptor de raios 7. A via de percurso externa terá umaimpedância mais baixa relativamente ao potencial de terraque uma via de percurso interna desde o ponto de impactosobre a ponta 10 da pá, através do material 22a depreenchimento da cavidade, até a base receptora de raios11.

O material 22a pode em uma configuraçãopreferencial consistir em poliuretano não expansível dedois componentes. Uma importante propriedade do material depoliuretano consiste em sua rigidez dielétrica, já que édesejável suportar um grande campo elétrico entre a basereceptora de raios 11, e portanto o condutor de descarga 8,e a superfície interna 18 da pá 5 de rotor sem ocorrênciade uma quebra dielétrica.

Pára assegurar uma separação elétrica adequadaentre a superfície interna 18 da pá 5 do rotor e a basereceptora 11 de raios, é preferencial que a rigidezdielétrica do material de poliuretano ou de outrosmateriais dielétricos inseridos na cavidade parapreenchimento da mesma seja consideravelmente maior que ado ar em condições normais de temperatura, umidade epressão. Vantajosamente, a rigidez dielétrica é de pelomenos 1 χ IO7 V/m, preferencialmente na faixa de 2 χ IO7V/m até 8 χ IO7 V/m.

Na medida em que é a propriedade dielétrica domaterial de poliuretano quê constitui o objeto pretendido,outros materiais, tais como sólidos, fluidos e gases, compropriedades dielétricas similares, encontram-se abrangidosno escopo da presente invenção. Um exemplo de um outromaterial poderá ser um material de silicone.

Uma outra importante propriedade do materialpreferencial de poliuretano, ou de outros materiaisadequados, consiste em suas propriedades substancialmentenão-expansíveis, já que é preferencial que, idealmente,todo o ar atmosférico seja expulso da cavidade fechada 13.Um teor mais elevado de ar atmosférico no material 22a depreenchimento da cavidade na forma, por exemplo, de bolhasou pequenas cavidades no material, pode arruinar aspropriedades dielétricas dos materiais e portanto aproteção contra descargas atmosféricas da ponta 10 da pá 5do rotor.

Desta forma, é preferencial que o volume de bolhasde ar atmosférico na cavidade fechada 13 não compreendamais de 10% do volume da cavidade, preferencialmente menosde 3% do volume da cavidade. Adicionalmente, é preferencial que quaisquer bolhas de ar atmosférico remanescentes nacavidade fechada 13 sejam distribuídas homogeneamente entreo material 22a de preenchimento da cavidade e a superfícieinterna 18 da pá 5 do rotor.

A base receptora de raios 11 encontra-se ilustradana figura com um formato esférico. As formas redondas econtínuas são geralmente preferenciais para altas voltagenspara evitar a formação de arcos elétricos entre margens.Entretanto, a base receptora de raios 11 pode compreendervárias formas diferentes.

A Fig.4b ilustra a extremidade da ponta de uma pá 5de rotor de turbina eólica projetada para evitar ocorrênciade arcos elétricos internos de acordo com uma outraconfiguração da presente invenção.

Para esta configuração os receptores de raios 7 sãoligados a uma base receptora de raios 11 elaborados naforma de uma haste ou fio direto ou qualquer ligaçãoelétrica similar entre os referidos receptores 7.18

Adicionalmente, a base receptora de raios 11 é ligada aocondutor de descarga de raios 8 formando uma via depercurso de baixa impedância para a conexão de aterramento9 para a corrente de descarga de raio.

As Figs. 5a e 5b ilustram uma configuraçãopreferencial de um sistema de proteção contra descargas deraios atmosféricos incluindo uma base receptora de raios 11e um implante 14. 0 implante 14 é utilizado para posicionara base receptora de raios 11 corretamente no interior dacavidade definida 13 da ponta da pá.

A Fig. 5a ilustra o condutor de descarga de raios 8ligado a uma base receptora de raios 11 na extremidade docondutor. A base receptora de raios 11 é ilustrada em umaconfiguração preferencial como compreendendo uma formaredonda com duas superfícies de contato posicionadas emlados opostos da base.

A conexão e uma primeira parte do condutor dedescarga de raios 8 são providas com uma cobertura 17 talcomo um tubo externo ou uma camada externa de um materialeletricamente isolante., para evitar a ocorrência de arcoselétricos entre o condutor de descarga e outras partescondutoras da pá 5 de rotor de turbina eólica. Uma isolaçãoelétrica adequada do condutor de descarga 8 e das partescondutoras internas poderá ser obtida com um materialpossuindo uma rigidez dielétrica de pelo menos 1 χ 10^7 V/m,preferencialmente pelo menos 2 χ 10^7 V/m.

A Fig. 5b ilustra o implante com a base receptorade raios 11 embutida visto de baixo para cima.

A linha pontilhada da figura ilustra a parte docondutor de descarga e da base receptora de raios 11 queentra no implante.

0 implante é preferencialmente formado em um moldeem torno da base receptora de raios 11 e da primeira partedo condutor de descarga de raios 8 provido com umacobertura 17. 0 implante pode ser feito de um plástico ouum material compósito com uma rigidez dielétricaconsideravelmente maior que a do ar ambiente em condiçõesnormais de temperatura, umidade e pressão, por exemplo comT = 20° C, RH = 50%, P = I atm (1, 033 kgf/cm2). A rigidezdielétrica do material do implante pode por exemplo tersido testada com utilização das normas ASTM 14 9 ou IEC 80243.

O implante compreende uma parte de barreirainferior 16 que corresponde ao interior da ponta da pá ecom uma forma de cunha na direção da ponta da pá. A partesuperior do implante tem a forma de uma barbatana detubarão para se encaixar e preencher geralmente a cavidadedefinida que é fechada pela parte de barreira inferior 16.

Ambos os lados do implante na forma de barbatana detubarão compreendem uma abertura 26 da qual a basereceptora de raios 11 se pode estender para contatar osreceptores 7 integrados na superfície da pá do rotor.

Um dos lados do implante compreende igualmente umcerto número de elevações 15 para posicionamento correto doimplante relativamente à superfície interna 18 da pá(conforme se encontra adicionalmente ilustrado na Fig. 6) .

A Fig. 6 ilustra esquematicamente a forma defixação inicial do implante 14 da Fig. 5b relativamente àsuperfície interna 18 da pá 5 do rotor.

A superfície interna encontra-se ilustrada na formade uma linha pontilhada 18, e o implante 14 encontra-sefirmemente posicionado sobre a mesma com o auxílio daselevações 1'5. Adicionalmente, as elevações asseguram aexistência de uma distância correta entre o implante 14 e asuperfície 18 para que a superfície de contato da basereceptora de raios 11 fique era contato com os receptores deraios 7.

O volume da cavidade está pronto para serpreenchido com um material 22a de preenchimento de cavidadeapós um implante 14 ser posicionado e fixado à superfícieinterna 18 da pá 5 do rotor (conforme será adicionalmenteexplicado abaixo).

A Fig. 7 ilustra esquematicamente as primeirasetapas de produção de uma pá 5 de rotor de acordo com umaconfiguração preferencial da presente invenção.

A pá 5 de rotor compreende um primeiro invólucro 19de pá e um segundo invólucro 20 de pá, que quando sãocolados um com o outro formam a parte externa da pá 5 derotor.

A primeira etapa em um método de produçãopreferencial consiste na aplicação de material adesivo aolongo das bordas dianteira e traseira do primeiro invólucro19 de pá e do segundo invólucro 20 de pá.

Uma parte do material adesivo participa noestabelecimento da barreira interna 12 através da aplicaçãode uma tira em forma de salsicha na direção transversal doprimeiro invólucro 19 de pá e do segundo invólucro 20 de páa uma segunda distância interna Lí2 da extremidade distaida pá 5 do rotor.

Na segunda etapa o implante 14, pré-fabricado com abase receptora de raios 11 e o condutor de descarga deraios 8, é disposto no primeiro invólucro 19 de pá entre abarreira interna 12 e a extremidade distai do primeiroinvólucro 19 de pá. O implante 14 é fixado à superfícieinterna pelas elevações do implante bem como pelo materialadesivo.

O implante pré-fabricado 14 é utilizado paraestabilizar a base receptora de raios 11 durante a parterestante do processo de produção.

A terceira etapa do processo de produção consistena união do primeiro invólucro 19 de pá ao segundoinvólucro 20 de pá, deixando uma cavidade definida efechada 13 entre os dois invólucros em que o implante pré-fabricado 14 é disposto e fixado.

A etapa seguinte consiste no acoplamento de umaentrada de admissão 21 para material liquido 22b depreenchimento de cavidade em uma parte inferior da pá 5.Adicionalmente, uma saida de descarga 23 para materiallíquido 22b de preenchimento de cavidade é acoplada à partesuperior da cavidade definida e fechada 13.

Subseqüentemente., a cavidade fechada 13 épreenchida com um material liquido 22b de preenchimento decavidade conforme se encontra ilustrado esquematicamente naFig. 8, sendo por exemplo preenchida com um material depoliuretano não expansível.

A Fig. 8 ilustra esquematicamente uma vista decorte transversal da extremidade 10 da ponta da pá de umapá 5 de rotor de turbina eólica de acordo com umaconfiguração preferencial da presente invenção.

Para o propósito de preenchimento da cavidadefechada 13, a entrada de admissão 21 para um materiallíquido 22b de preenchimento de cavidade é disposta nofundo da cavidade fechada 13 e a saída de descarga 23 paraum material líquido 22b de preenchimento de cavidade édisposta no topo da cavidade fechada 13.

Uma bomba 24 ou um meio similar é utilizado parainjeção do material líquido 22b de preenchimento decavidade de um reservatório 25 através da entrada deadmissão inferior 21, dessa forma expulsando o ar dacavidade fechada 13 através da saída de descarga superior23, até a cavidade 13 se encontrar totalmente preenchidacom o material líquido 22b de preenchimento de cavidade esubstancialmente todo o ar ter sido expulso da cavidadedefinida 13.

Após a cavidade definida 13 ter sido preenchida como material líquido 22b de preenchimento de cavidade, poderáser aplicado calor à superfície externa da ponta 10 da páaté o material líquido 22b de preenchimento de cavidade nointerior da cavidade definida 13 ter endurecido.Finalmente, a abertura de admissão 21 e a abertura dedescarga 23 são removidas e é aplicado um acabamento finalà superfície da ponta 10.

Outros materiais de cavidade podem ser utilizados,tal como um gás inerte sob pressão, por exemplo,hexafluoreto de enxofre (SFe) · Adicionalmente, o campoelétrico suportado entre a base receptora de raios 11 e asuperfície interna 18 da pá 5 do rotor pode ser aumentadomediante evacuação do ar na cavidade fechada 13 comconseqüente criação de um vácuo na cavidade fechada.Vantajosamente, o vácuo na cavidade fechada 13 é mantidopor meio de uma bomba de ar ou um dispositivo similar paraevacuação de ar da cavidade fechada até uma pressãoinferior a 2 χ 10"3 Pa (-0,0203 kgf/cm2) .

Alternativamente a pá de rotor de turbina eólica deacordo com a presente invenção pode ser fabricada em duaspartes com uma ponta de pá separada compreendendo a basereceptora de raios e pelo menos um receptor de raiosdisposto na superfície da ponta da pá.

A ponta de pá separada pode, ser fabricada de váriasmaneiras diferentes, por exemplo com um implante e umacavidade fechada que é preenchida com materiais conformemencionado acima.A invenção foi exemplificada acima com referência aexemplos específicos de um sistema de proteção contradescargas de raios atmosféricos para uma turbina eólica.Entretanto, deverá ser entendido que a invenção não seencontra limitada aos exemplos específicos descritos acima,podendo ser projetada e alterada em múltiplas variedadesdentro do escopo da invenção conforme especificado nasreivindicações.Lista de referência

Os desenhos, os numerais de referência a seguir referem-sea:

1. Turbina eólica

2. Torre de turbina eólica

3. Nacela de turbina eólica

4. Cubo de rotor de turbina eólica

5. Pá de rotor de turbina eólica

6a. Raio atmosférico

6b. Arco elétrico interno no interior da pá de rotor deturbina eólica

7. Receptor de raios da pá de turbina eólica

8. Condutor de descarga de raios

9. Conexão de aterramento

10. Ponta de pá

11. Base receptora de raios

12. Barreira interna definindo uma cavidade no interiorda ponta da pá

13. Cavidade fechada definida no interior da ponta da pá

14. Implante para posicionamento da base receptora deraios

15. Elevações para posicionamento do implante na pontada pá

16. Parte de barreira do implante

17. Cobertura de um material eletricamente isolante

18. Superfície interna da pá de turbina eólica

19. Primeiro invólucro de pá20. Segundo invólucro de pá

21. Entrada de admissão para material liquido depreenchimento de cavidade.

22a. Material de preenchimento de cavidade 22b. Material liquido de preenchimento de cavidade

23. Saida de descarga para ar e material liquido depreenchimento de cavidade

24. Bomba para bombeamento de um material liquido depreenchimento de cavidade para o interior da

cavidade fechada

25. Reservatório para um material liquido depreenchimento de cavidade

26. Aberturas laterais no implante

Li1. Primeira distância interna entre o condutor de descarga ou a base receptora de raios e o interior

da extremidade distai da ponta da pá

Lí2. Segunda distância interna entre a barreira interna eo interior da extremidade distai da ponta da pá

Lex. Distância externa entre o receptor de raios e a extremidade distai da ponta da pá

Claims

1. PÁ DE ROTOR DE TURBINA EÓLICA, compreendendo umaponta (10) de pá e um sistema de proteção contra descargasde raios atmosféricos, a referida pá incluindopelo menos um receptor de raios (7) na superfícieda pá com uma distância externa (Lex) relativamente àextremidade distai da ponta (10) da pá, euma base receptora (11) de raios no interior da pá(5) do rotor disposta a uma primeira distância interna(Lii) relativamente à extremidade distai da ponta (10) dapá,caracterizada pora referida pá de rotor compreender um meio (22a)para alteração de pelo menos uma propriedade elétrica da pá(5) de rotor na base receptora (11) de raios, em comparaçãocom as propriedades elétricas do ar ambiente, medianteaumento do campo elétrico suportado entre a base receptora(11) de raios e a superfície interna (18) da pá (5) dorotor.

2. Pá (5) de rotor de turbina eólica, de acordo coma reivindicação 1, caracterizada por uma barreira interna(12) ser disposta a uma segunda distância interna (L12) daextremidade distai da pá do rotor, estabelecendo umacavidade definida (13) da referida barreira interna (12)até a extremidade distai da ponta (10) da pá.

3. Pá (5) de rotor de turbina eólica, de acordo coma reivindicação 2, caracterizada por a referida cavidadedefinida (13) envolver a base receptora (11) de raios.

4. Pá (S) de rotor de turbina eólica., de acordo comqualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por areferida base receptora (11) de raios ser embutida em umimplante (14) feito por exemplo de plástico ou materiaiscompôsitos.

5. Pá (5) de rotor de turbina eólica, de acordo coma reivindicação 4, caracterizada por o referido implante(14) ser pré-fabricado com a referida base receptora (11)de raios e meios para ligação a um ou mais receptores (7)de raios e um condutor (8) de descarga de raios.

6. Pá (5) de rotor de turbina eólica, de acordo comqualquer uma das reivindicações 4 e 5, caracterizada por oreferido implante (14) compreender um formatosubstancialmente correspondente ao formato interno da pontada pá, por exemplo uma forma de barbatana de tubarão e comaberturas laterais (2€) para contato entre a referida basereceptora (11) de raios e os referidos receptores (7).

7. Pá (5) de rotor de turbina eólica, de acordo comqualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizada por oreferido implante (14) compreender elevações (15) adaptadasa uma superfície interna da pá.

8. Pá (5) de rotor de turbina eólica, de acordo comqualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizada poruma parte de barreira inferior (16) do referido implante(14) fazer parte da referida barreira interna (12) .

9. Pá (5) de rotor de turbina eólica, de acordo comqualquer uma das reivindicações 2 a 8, caracterizada por areferida segunda distância interna (Li2) se situar na faixaentre 0,1 e 2,0 metros, por exemplo., entre 0,2 metros e 0,6metros da extremidade distai da pá (5) de rotor de turbinaeólica.

10. Pá (5) de rotor de turbina eólica, de acordocom qualquer uma das reivindicações Ia 9, caracterizadapor o referido meio (22a) para aumentar o campo elétricosuportado compreender uma rigidez dielétricasubstancialmente maior que a do ar ambiente.

11. Pá (5) de rotor de turbina eólica, de acordocom a reivindicação 10, caracterizada por o referidomaterial (22a) de preenchimento de cavidade ter uma rigidezdielétrica maior que 1 χ 10"7 Volts/metro, por exemplo nafaixa de 2 χ IO7 Volts/metro até 8 χ IO7 Volts/metro.

12. Pá (5) de rotor de turbina eólica, de acordocom qualquer uma das reivindicações 2 a 11, caracterizadapor o volume de ar atmosférico na cavidade definida (13)ser inferior a 10 por cento do volume da cavidade,preferencialmente inferior a 3 por cento do volume dacavidade.

13. Pá (5) de rotor de turbina eólica, de acordocom qualquer uma das reivindicações 2 a 12, caracterizadapor a parte restante do ar atmosférico no interior dacavidade . definida (.13) ter uma distribuiçãosubstancialmente homogênea.

14. Pá (5) de rotor de turbina eólica, de acordocom uma ou mais das reivindicações 1 a 13, caracterizadapor o referido meio (22a) para aumentar o " campo elétricosuportado consistir em um material de poliuretano, porexemplo ura material de poliuretano não expansivel de doiscomponentes.

15. Pá (5) de rotor de turbina eólica, de acordocom qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizadapor a ponta (10) da pá ser pré-fabricada como uma peçaseparada anteriormente ao acoplamento da mesma à pá (5) derotor de turbina eólica como uma unidade para montagemsuplementar em uma pá em operação.

16. Pá (5) de rotor de turbina eólica, de acordocom qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizadapor a referida base receptora (11) de raios ser acoplada aum potencial elétrico de terra através do condutor (8) dedescarga de raios.

17. Pá (5) de rotor de turbina eólica, de acordocom a reivindicação 16, caracterizada por pelo menos umaparte do condutor (8) de descarga de raios no interior da·pá (5) do rotor ser isolada relativamente ao ambientecircundante por uma cobertura (17) feita de um materialelet ricamente isolante tal como uma luva de encolhimentotérmico em uma parte ou na totalidade da extensão docondutor (8) de descarga de raios.

18. TURBINA EÓLICA, caracterizada por compreenderum sistema de proteção contra descargas de raiosatmosféricos e pelo menos uma pá de turbina eólica deacordo com qualquer uma das reivindicações 1 até 17.

19. MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE UMA PA DE ROTOR DETURBINA EÓLICA, o referido método sendo caracterizado porcompreender as etapas de:estabelecimento de pelo menos dois invólucros (19,-20) de pá,colocação de uma base receptora (11) de raios comuma conexão para um condutor (8) de descarga de raios sobreum invólucro de pá,estabelecimento de contato entre pelo menos umreceptor de raios (7) na superfície da pá em uma distânciaexterna (Lex) relativamente à extremidade distai da ponta(10) da pá e a base receptora (11) de raios e entre osreferidos pelo menos dois invólucros (19, 20) de pá, ealteração de pelo menos uma propriedade elétrica dapá (5) de rotor na base receptora (11) de raios, emcomparação com as propriedades elétricas do ar ambiente,mediante aumento do campo elétrico suportado entre a basereceptora (11) de raios e a superfície interna (18) da pá(5) do rotor.

20. Método para fabricação de uma pá (5) de rotorde turbina eólica, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado por pelo menos uma barreira interna (12) serposicionada na extremidade distai de pelo menos uminvólucro de pá da pá (5) do rotor para estabelecimento deuma cavidade definida (13) estendendo-se em uma segundadistância interna (L12) da barreira interna (12) para aextremidade distai da ponte (10) da pá.

21. Método para fabricação de uma pá (5) de rotorde turbina eólica, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 19 e 20, caracterizado por a base receptora(11) de raios e o condutor (8) de descarga de raios seremembutidos e ligados em um implante pré-fabricado (14) .

22. Método para fabricação de uma pá (5) de rotorde turbina eólica, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado por o referido implante pré-fabricado (14)ser adaptado a uma superfície interna da pá (18) porelevações (15) do implante (14).

23. Método para fabricação de uma pá (5) de rotorde turbina eólica, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 19 a 22, caracterizado por uma parte debarreira inferior (16) do referido implante (14) serutilizada como parte da referida barreira interna (12).

24. Método para fabricação de uma pá (5) de rotorde turbina eólica, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 20 a 23, caracterizado por a cavidadedefinida (13) ser preenchida com um material compreendendouma rigidez dielétrica substancialmente maior que a rigidezdielétrica do ar ambiente.

25. Método para fabricação de uma pá (5) de rotorde turbina eólica, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 19 a 24, caracterizado por ser aplicadocalor na proximidade da pá, por exemplo à superfícieexterna dos invólucros de pá que definem a pá (5) de rotorde turbina eólica.

26. Método para fabricação de uma pá (5) de rotorde turbina eólica, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 20 a 25, caracterizado por o referidomaterial ser inserido para preenchimento da referidacavidade definida (13) a partir de uma posição baixa e areferida cavidade (13) ser ventilada de uma posição maiselevada, por exemplo, as posições mais inferior e maissuperior da referida cavidade (13), respectivamente.