CN104514691A - 用于风轮机叶片的集成有防结冰系统的防雷保护系统 - Google Patents

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Abstract

用于风轮机叶片的集成有防结冰系统的防雷保护系统(LPS)，包括智能保护系统(10)，集成的IPS特征在于有一些导电薄板(13)，嵌入在所述风轮机叶片(1)的碳层板中，一些过电压放电器(11)，安装在在所述IPS的导电薄板(13)和所述防雷保护系统(LPS)之间，以及外部接受器框架(17)。

Description

用于风轮机叶片的集成有防结冰系统的防雷保护系统
技术领域
本申请涉及一种用于在风轮机上的叶片的防雷保护系统，该风轮机放置于低温地点并装配有防止该叶片表面上形成冰的系统。
背景技术
考虑到风轮机能达到的高度并且其位于周围没有类似高度元件的升高区域中，被雷电击中的风险增大，尤其是叶片被击中的风险增大。为此，叶片应该装配有防雷保护系统，以及安装在叶片上的包含有导电元件(金属件、传感器、信标系统等)的任何附加系统都应该被保护以防止直接雷击和由闪电球(lighting bolts)引起的电磁场的间接影响。
当风轮机位于低温区域，叶片表面的冰的形成会降低其效能，因为会降低其空气动力特性并且加大风轮机上的负载。如专利号为DE 19621485的专利中所描述，该冰的形成是先于预防系统的，该预防系统或者基于叶片内部的热空气的喷射、或者基于通过在叶片的外部层板(external laminates)上安装导电薄板(conductive sheets)作为电阻器。
这些冰形成预防系统(下文称为IPS，ice formation prevention system)是基于嵌入风轮机叶片的外部层板的导电金属或碳纤维薄板，通常是在最常见冰形成的前缘，并且电连通两个具有比薄板更大导电性的电极，该两个电极横向或纵向安装在所述导电薄板的端部。
该IPS的使用会影响所述防雷保护系统的效能，因为其包含的该导电元件—电极—能够吸引雷电，因此不仅损坏叶片并且损坏所述IPS，甚至损坏供电系统。
本领域中已知的解决方案是在专利号为EP 1187988的欧洲专利中，其描述了一种除冰和防雷保护系统，其包括在叶片尖端的接受器、三个电导体、电热元件以及过电压保险开关(cutouts)。所述接受器通过所述三个电导体之一在叶片根部连接至地，另外两个电导体通过所述过电压保险开关接地。然而，由于所述IPS和防雷保护系统的接近，该解决方案具有在没有过电压保险开关的区域有内部电弧的缺陷。
发明内容
本发明的一个目的是防雷保护系统(LPS)，以保证被集成入所述LPS的预防成冰系统(IPS)的正常运行，并且包括嵌入所述风轮机叶片的外部层板的导电薄板。
该集成的IPS确定了一系列嵌入所述叶片的外部层板的导电薄板，并且其端部装配有一些导电性大于该导电薄板的电极。
本发明的一个目的是所述集成IPS被装配有横向电极，以获得合适的热量分布。
基于该导电薄板在叶片上是横向还是纵向排列，该导电薄板确定了电配置(electrical configuration)的类型；
-在纵向排列时，电流从所述电极(放置在所述外部叶片表面的某些点上)之一横向导向另一个(放置在所述内部叶片表面)。
-在横向排列时，电流从所述电极(放置在叶片尖端点)之一纵向导向另一个(放置在叶片根部)。
本发明的一个目的是所述IPS作为防雷保护系统运行，能够承受雷击而不影响其功能。
本发明的另一个目的是所述系统包括作为雷电接受器的外部框架，以保证电隔离。所述框架材料需要具有比叶片更大的弹性以排除塑性形变(precludeplastic deformation)。为了做到这样，外部接受器框架的结合(incorporation)被设想用于所述叶片表面，以全部或部分地包围所述导电薄板并直接接收雷击。
本发明的另一个目的是所述系统包括智能保护系统，使得即使在夏天，其能够禁用所述加热系统并连接所述防雷保护系统(LPS)以检测附近的雷击。
本发明的另一个目的是所述系统装配有在所述IPS和LPS之间的过电压放电器，以等势(equipotentialize)所述系统并排除电弧。
附图中将更详细地描述本发明的这些以及其他方面。
附图说明
图1a和1b是根据本领域的防雷保护系统(LPS)的电配置图解示图。
图2a和2b是本发明的装配有IPS的LPS的电配置图解示图，其中IPS具有横向排列的导电薄板。
图3a和3b是本发明的装配有IPS的LPS的电配置图解示图，其中IPS具有纵向排列的导电薄板。
图4a和4b是本发明的装配有IPS的LPS的电配置图解示图，其中IPS具有外部接受器框架。
具体实施例
图1a和图1b分别图示了装配有LPS的风轮机叶片1的纵向截面图和横向截面图，所述LPS包括沿着梁4的后缘网3铺设的防雷电缆2，用于连接所述防雷电缆(lighting cable)2与放置在叶片1的根部6的风轮机轮毂(图中未显示)的连接器5，放置在叶片尖端8的雷电接受器7，电连接至梁1和LPS的梁4的碳凸缘3(carbon flange)的两个连接器9。
如图2a、2b、3a、3b、4a和4b所示，本发明描述了包括有智能保护系统10和集成的IPS和过电压放电器11的防雷保护系统。
所述智能保护系统10使得系统在加热或雷电保护模式下运行，以禁用加热模式并使得所述防雷保护模式即使在夏天或其他时候都能够检测雷击。
本发明的系统同样包括连接盒12，若智能保护系统10未能检测到雷电时，该连接盒12充当保险丝以防止风轮机的损坏。
集成在本发明的LPS中的是所述IPS，确定了一些嵌入在所述叶片1的层板中的导电薄板13，该导电薄板起着雷电接受器的作用。所述导电薄板13可以是横向或纵向的排列(参见图2a、2b、3a、3b)，并且一些电极14通过一些供电电缆15从所述IPS连接连接至位于叶片根部6的智能保护系统10。
因此，当保护系统10从加热到防雷保护模式转换时，所述供电电缆15与防雷保护系统(LPS)的下引线电缆2相连接，并且所述导电薄板13的供电电缆15在叶片根部6处与供电系统断开.
根据本发明的一个优选实施例，所述IPS的导电薄板13是横向安装的，在叶片后缘16的区域内产生重叠(overlap)，因而保证了高温可以到达最需要的区域并且增强了系统的效能。
不考虑导电薄板13的排列方向，所述电极14被连线至放置在风轮机叶片根部6的连接盒12。
电压放电器11位于所述IPS的导电薄板13和防雷保护系统(LPS)的下引线2之间，以确保两个系统之间等势并防止电弧。
图3a和图3b图示了本申请系统的实施例，其中在所述IPS的导电薄板13上的所述电极14纵向排列，将电流从外部叶片表面1上的电极之一横向传导至在内部叶片表面1的另一个电极14。
图2a和图2b图示了本申请系统的另一个实施例，其中所述电极横向排列并且电流从在叶片1尖端8的电极14之一流至位于朝叶片1根部6的另一个电极。
此外，如图4a和4b中所示，本申请构思了外部接受器框架17的结合。所述外部接受器框架17被直接连接18至防雷保护系统的下引线2，以防止在全部或部分覆盖的所述IPS的导电薄板13上的直接电击。所述框架17被安装为在所述碳导电薄板13和框架17自身之间留一间隙，以提供电隔离。
尽管本申请完全根据优选实施例进行描述，无疑可以在此范围内进行更改，不受前述实施例的限制，而是受下述权利要求书限定的内容的限制。

Claims (7)

1.用于风轮机叶片的集成有防结冰系统的防雷保护系统，包括一个或多个嵌入到所述叶片(1)的层板内的导电薄板(13)，并且装配有通过供电电缆(15)从所述叶片(1)的根部(6)供电的电极(14)，其特征在于所述防雷保护系统(LPS)包括至少一个接受器(7)，连接至在所述叶片根部(6)处接地的下引线电缆(2)；至少一个过电压放电器(11)，安装在连接至所述导电薄板(13)的所述电极(14)和所述防雷保护系统的所述下引线电缆(2)之间；以及智能保护系统(10)。
2.根据权利要求1中所述的防雷保护系统，其特征在于所述导电薄板(13)纵向嵌入在所述叶片层板(1)内。
3.根据权利要求1中所述的防雷保护系统，其特征在于所述导电薄板(13)横向嵌入在所述叶片层板(1)内。
4.根据权利要求1中所述的防雷保护系统，其特征在于还包括在所述叶片表面(1)的外部接收器框架(17)，其全部或部分地包围所述导电薄板(13)，并直接连接至所述防雷保护系统的所述下引线电缆(2)。
5.根据权利要求4中所述的防雷保护系统，其特征在于所述外部接受器框架(17)被安装为在所述导电薄板(13)和所述外部接受器框架(17)本身之间留有间隙。
6.根据权利要求1中所述的防雷保护系统，其特征在于所述智能保护系统(10)位于所述叶片根部(6)，并且基于对附近雷击的检测，更改系统的操作，从加热模式转变为防雷保护模式，连接所述导电薄板(13)的所述供电电缆(15)与所述防雷保护系统的所述下引线电缆(2)，以及断开从所述叶片(1)根部(6)供电的所述导电薄板(13)的所述供电电缆(15)并将其连接至所述防雷保护系统的所述下引线电缆(2)。
7.根据权利要求6中所述的防雷保护系统，其特征在于还包括连接盒(12)，当所述智能保护系统(10)未能检测到雷击时，所述连接盒(12)起到保险丝的作用。
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