CN105604812B - 接闪器、叶片防雷系统及风力发电机组的叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种接闪器、叶片防雷系统及风力发电机组的叶片。所述接闪器包括主体、分支引下线、接线端子、第一绝缘覆层和第二绝缘覆层，接线端子连接主体与分支引下线，第一绝缘覆层覆盖主体与分支引下线的连接处以及接线端子，第二绝缘覆层覆盖主体的除第一绝缘覆层覆盖的表面外的表面，并露出主体的接闪面。采用本发明的技术方案，可以有效防止接闪器在雷击时出现损坏，减小风力发电机组的叶片雷击故障时间，进而提高风力发电机组的发电量。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种接闪器、叶片防雷系统及风力发电机组的叶片。
背景技术
随着风力发电技术的不断发展，风机发电机组的单机容量不断扩大，而风力发电机组的叶片的长度也逐渐加长。常规型叶片的长度已经达到50m以上，再加上轮毂的高度已经超过100m，风力发电机组的整体高度已经达到150m以上。这样的高度使风力发电机组在运行过程中存在较高的雷电风险，尤其是风力发电机组的叶片易遭受雷击而损坏。
现有技术中风力发电机组的叶片防雷装置主要包括设置叶片上的接闪器以及防雷引下线，在接闪器与防雷引下线之间的连接处，以及多条防雷引下线之间的连接处通常存在以下裸露的金属导体，在雷击发生时，这部分金属导体易被雷电击中，使得相应的连接处出现损坏，从而损坏叶片防雷装置。而且，防雷引下线使用普通的低压电缆，其耐压等级较低(通常为450/750V)、绝缘强度不够，在雷击发生时，雷电击穿空气与叶片本体的同时，这种防雷引下线也易被击穿，造成整体的叶片防雷装置出现损坏。
总之，现有技术中风力发电机组的叶片防雷装置只考虑到其存在性，并没有考虑到其整体的有效性以及可靠性，易被雷电击穿而出现损坏，使得叶片在下次雷击发生时无法进行防雷接闪，已经无法满足叶片的防雷要求。经过统计和调查，2011年～2015年，每1000台风力发电机组中有超过4％以上的遭受雷电而损害，在雷击严重的年份这个比例甚至超过8％，最终导致风力发电机组的发电量受到严重损失，以及增加对叶片维修和更换的高额费用。
发明内容
本发明的实施例提供一种接闪器、叶片防雷系统及风力发电机组的叶片，以解决现有技术中风力发电机组的叶片防雷装置易被雷电击穿而出现损坏的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例提供一种接闪器，接闪器包括主体、分支引下线、接线端子、第一绝缘覆层和第二绝缘覆层，接线端子连接主体与分支引下线，第一绝缘覆层覆盖主体与分支引下线的连接处以及接线端子，第二绝缘覆层覆盖主体的除第一绝缘覆层覆盖的表面外的表面，并露出主体的接闪面。
进一步地，第一绝缘覆层的耐压等级在17.5KV以上。
进一步地，第一绝缘覆层由绝缘热缩套或绝缘胶带形成。
进一步地，第二绝缘覆层由玻璃纤维布形成。
进一步地，主体包括圆柱形接闪部和连接在接闪部底面的连接部，接线端子连接在连接部上。
根据本发明的另一方面，本发明的实施例还提供一种叶片防雷系统，叶片防雷系统包括主引下线和接闪器，接闪器通过分支引下线与主引下线连接，接闪器为如上所述的接闪器，分支引下线与接闪器的主体预连接。
进一步地，接闪器为多个，且均通过对应的分支引下线与主引下线连接。
进一步地，各分支引下线与主引下线的连接处设置有第三绝缘覆层，第三绝缘覆层的耐压等级在17.5KV以上。
进一步地，分支引下线和主引下线由绝缘导线制成，绝缘导线包括线芯和绝缘层，绝缘层的耐压等级在17.5KV以上。
根据本发明的另一方面，本发明的实施例还提供一种风力发电机组的叶片，叶片包括叶片主体和预制的叶片防雷系统，叶片防雷系统为如上所述的叶片防雷系统。
本发明的实施例的接闪器、叶片防雷系统及风力发电机组的叶片，通过对接闪器的主体与分支引下线的连接处采用绝缘材料进行密封，以及对接闪器的主体采用绝缘材料进行整体塑封，可以有效防止接闪器在雷击时出现损坏。采用高耐压等级的绝缘导线作为各分支引下线与主引下线，可以防止其被雷电击穿，进一步增加叶片防雷系统的可靠性，减小风力发电机组的叶片雷击故障时间，进而提高风力发电机组的发电量。此外，通过预制叶片防雷系统并安装到叶片上，可以提高叶片防雷系统的生产质量，以及减少叶片防雷系统的安装问题并提高安装效率。
附图说明
图1为本发明实施例的未有绝缘覆层的接闪器的结构示意图；
图2为本发明的实施例的接闪器的结构示意图；
图3为本发明的实施例的风力发电机组的叶片的结构示意图。
附图标记说明：
1、主体；2、接闪部；3、接闪面；4、连接部；5、接线端子；6、分支引下线；7、主引下线；8、第一绝缘覆层；9、第二绝缘覆层；10、叶片主体；11、第三绝缘覆层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例的接闪器、叶片防雷系统及风力发电机组的叶片进行详细描述。
本发明实施例的接闪器可以设置在不同类型的风力发电机组上，该接闪器具有较高的有效性和可靠性，在雷击时不易被雷电击穿而损坏，可以有效降低叶片因遭受雷击而损坏的风险，保证风力发电机组的正常运行，达到提高发电量的目的。
如图1和图2所示，该接闪器包括主体1、分支引下线6、接线端子5、第一绝缘覆层8和第二绝缘覆层9，其中，接线端子5连接主体1与分支引下线6，第一绝缘覆层8覆盖主体1与分支引下线6的连接处以及接线端子5，第二绝缘覆层9覆盖主体1的除第一绝缘覆层8覆盖的表面外的表面，并露出主体1的接闪面3。
该接闪器通过在主体1与接线端子5之间、接线端子5与分支引下线6之间的连接处设置第一绝缘覆层8，以及在主体1的表面设置第二绝缘覆层9，仅露出接闪面3，使得该接闪器的主体1与分支引下线6之间的连接处均被第一绝缘覆层8覆盖，非接闪面3的部位被第二绝缘覆层9的覆盖，形成利用绝缘材料对接闪器整体塑封的状态，避免出现裸露的金属导体，从而使得在雷电发生时，雷电只击中接闪面3，达到避免接闪器的各连接处以及非接闪面的部位被雷电击中而出现损坏的目的。
在将该接闪器设置在风力发电机组的叶片上时，该接闪器不易被雷电击穿而损坏，可靠性高，可以有效地对叶片进行防雷接闪，保证风力发电机组的正常运行，减小叶片因雷击出现故障的时间，进而提高风力发电机组的发电量。
本实施例中，该接闪器的主体1包括圆柱形接闪部2和连接在接闪部2底面的连接部4，接线端子5连接在连接部4上。接闪部2的顶端为接闪面3，用于进行防雷接闪；接闪部2底面连接的连接部4，用于和接线端子5固定连接。接线端子5用于与连接部4和分支引下线6的连接，实现接闪器的主体1与分支引下线6的连接。分支引下线6为防雷引下线，通过接线端子5与接闪器的主体1连接，在雷电击中接闪面3时，可以使得雷击产生的电流顺利地被引向接地端。此外，本发明的技术方案对接闪部2的形状不做限定，接闪部2还可以为圆台形、圆盘形等其他形状。
第一绝缘覆层8可以设置在连接部4和接线端子5之间的连接处，以及接线端子5与分支引下线6之间的连接处，也即第一绝缘覆层8至少覆盖部分连接部4、整个接线端子5以及部分分支引下线6，实现第一绝缘覆层8对主体1与分支引下线6连接裸露处的覆盖。第二绝缘覆层9可以设置在接闪部2上除接闪面3之外的其余表面位置(例如，设置在圆柱形接闪部2的侧面)，以及底面上除与连接部4连接处以外位置，使得接闪器的主体1只露出接闪面3进行防雷接闪。
优选地，第一绝缘覆层8的耐压等级在17.5KV以上。根据对风力发电机组的叶片进行的防雷数据的统计，耐压等级在17.5V以上的绝缘层不易被雷电击穿。将第一绝缘覆层8的耐压等级设置在17.5V以上，可以使该接闪器设置在风力发电机组的叶片上时，第一绝缘覆层8不易被雷电击穿，防止该接闪器因雷击出现损坏，保证风力发电机组的正常运行，并提高该接闪器的使用寿命。其中，耐压等级的具体数值还可以根据该接闪器的具体应用环境进行相应调整。
具体地，第一绝缘覆层8由绝缘热缩套或绝缘胶带形成。绝缘热缩套和绝缘胶带的耐压等级满足第一绝缘覆层8的要求，而且绝缘热缩套和绝缘胶带为技术较为成熟的产品，较容易获得，价格较低，可以一定程度上降低该接闪器的成本。
第二绝缘覆层9由玻璃纤维布形成。由于风力发电机组的叶片主要由玻璃纤维布和树脂制成，由玻璃纤维布制成的第二绝缘覆层9可以方便地将该接闪器设置在风力发电机组的叶片上，并使该接闪器和叶片可以有效地结合。当然，在其它实施例中，第一绝缘覆层8和第二绝缘覆层9还可以由其它绝缘材料制成。
如上所述为本发明实施例的接闪器，该接闪器通过绝缘材料对接闪面以外的金属导体进行覆盖，可以有效地防止该接闪器因雷电击穿而损坏。在此基础上，本发明的实施例还提供一种叶片防雷系统。
如图3所示，根据本发明的实施例，该叶片防雷系统包括主引下线7和接闪器，其中，接闪器为上述的本发明实施例的接闪器，该接闪器通过分支引下线6与主引下线7连接，分支引下线6与该接闪器的主体1预连接。
该叶片防雷系统具有上述接闪器的优点的同时，通过将分支引下线6与接闪器的主体1预连接，使分支引下线6与接闪器的主体1有效连接，来完成接闪器的预先制作。在采用金属卡箍或多头金属连接管完成分支引下线6与主引下线7的连接之后，该叶片防雷系统连接完成。该叶片防雷系统可以预先制作，再将该叶片防雷系统设置在风力发电机组的叶片上。
由此，可以在大大提高叶片合模前后叶片防雷系统的安装效率的同时，有效解决叶片生产过程中，叶片防雷系统中部件连接不稳定的等安装工艺问题，例如，由于操作工人的操作失误等原因造成接闪器的主体1与接线端子5压接不牢固的问题，可以通过预先制作接闪器来解决，从而防止接线端子5脱落，以及解决出厂后的叶片上叶片防雷系统维护困难的问题。
优选地，接闪器为多个，且均通过对应的分支引下线6与主引下线7连接。例如，每个接闪器均对应一条分支引下线6，在将多个接闪器与对应地分支引下线6预连接完成之后，可以将多条分支引下线6与主引下线连接，以形成整体的叶片防雷系统。
优选地，各分支引下线6与主引下线7的连接处设置有第三绝缘覆层11，第三绝缘覆层11的耐压等级在17.5KV以上。第三绝缘覆层11可以对各分支引下线6与主引下线7之间的连接处裸露的金属导体进行有效覆盖，防止雷电击中这部分导体造成该叶片防雷系统出现损害。此外，第三绝缘覆层11的材料可以与上述第一绝缘覆层8的材料相同
优选地，分支引下线6和主引下线7由绝缘导线制成，绝缘导线包括线芯和绝缘层，绝缘层的耐压等级在17.5KV以上。分支引下线6与主引下线7共同组成该叶片防雷系统的防雷引下线，由该绝缘导线制成的防雷引下线具有足够高的耐压等级，可以承受雷电瞬间产生的电压降，有效防止防雷引下线在雷击发生时被击穿。
具体地，该绝缘导线的绝缘层位于线芯的外侧，可以由交联聚乙烯、橡胶、聚乙烯等材料制成，使其耐压等级达到17.5V。线芯可以采用铜电缆材质或铝电缆材质，其尺寸的大小范围可以为50mm2～120mm2，以使线芯可以承受雷击时产生的电流强度。在采用铜电缆材质时，分支引下线6与主引下线7之间的连接可以通过放热焊接来实现，以有效地实现分支引下线6与主引下线7之间的稳定连接，并减小整体防雷引下线的直流电阻。此外，该绝缘导线还可以包括屏蔽层，屏蔽层位于线芯和绝缘层之间，其可以采用半导体或金属材质。
此外，本发明的实施例还提供一种风力发电机组的叶片，如图3所示，该叶片包括叶片主体10和预制的叶片防雷系统，其中，叶片防雷系统为上述的本发明实施例的叶片防雷系统。
该叶片通过预制叶片防雷系统，在生产该叶片时预先将上述的叶片防雷系统制作完成，可以确保叶片防雷系统的生产质量；在叶片合模之前，通过采用玻璃纤维布与结构胶等辅助材料将预制的叶片防雷系统安装在叶片主体10内部，这种叶片防雷系统的整体安装方式可以有效减少叶片防雷系统的安装问题，并提高其安装效率。
具体地，在叶片合模之前，首先确定各接闪器在叶片主体10上的位置，相应地确定各分支引下线6与主引下线7的长度与连接位置并进行连接；然后采用第一绝缘覆层8、第二绝缘覆层9和第三绝缘覆层11对叶片防雷系统各部件及连接处进行绝缘处理，以完成叶片防雷系统的预制；最后，根据已经确定的各接闪器的位置，将叶片防雷系统安装到叶片主体10上的相应位置，例如，主引下线7的末端连接至叶片根部法兰或其他防雷连接装置的接口部位，并在安装完成之后进行叶片合模以完成叶片的生产。
如上所述为本发明实施例的接闪器、叶片防雷系统及风力发电机组的叶片，该接闪器、叶片防雷系统及风力发电机组的叶片具有如下效果：
通过对接闪器的主体与分支引下线的连接处采用绝缘材料进行密封，以及对接闪器的主体采用绝缘材料进行整体塑封，来防止接闪器在雷击时出现损坏；
采用绝缘材料对各分支引下线与主引下线的连接处进行密封，防止该连接处的防雷引下线被雷电击中而损坏；
采用高耐压等级的绝缘导线作为各分支引下线与主引下线，可以防止其被雷电击穿，进一步增加叶片防雷系统的可靠性；
此外，通过预制叶片防雷系统并安装到叶片上，可以提高叶片防雷系统的生产质量，以及减少叶片防雷系统的安装问题并提高安装效率。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个部件拆分为更多部件，也可将两个或多个部件或者部件的部分操作组合成新的部件，以实现本发明的目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种接闪器，其特征在于，所述接闪器包括主体(1)、分支引下线(6)、接线端子(5)、第一绝缘覆层(8)和第二绝缘覆层(9)，所述接线端子(5)连接所述主体(1)与所述分支引下线(6)，所述第一绝缘覆层(8)覆盖所述主体(1)与所述分支引下线(6)的连接处以及所述接线端子(5)，所述第二绝缘覆层(9)覆盖所述主体(1)的除所述第一绝缘覆层(8)覆盖的表面外的表面，并露出所述主体(1)的接闪面(3)。
2.根据权利要求1所述的接闪器，其特征在于，所述第一绝缘覆层(8)的耐压等级在17.5KV以上。
3.根据权利要求2所述的接闪器，其特征在于，所述第一绝缘覆层(8)由绝缘热缩套或绝缘胶带形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的接闪器，其特征在于，所述第二绝缘覆层(9)由玻璃纤维布形成。
5.根据权利要求1所述的接闪器，其特征在于，所述主体(1)包括圆柱形接闪部(2)和连接在所述接闪部(2)底面的连接部(4)，所述接线端子(5)连接在所述连接部(4)上。
6.一种叶片防雷系统，其特征在于，包括主引下线(7)和接闪器，所述接闪器通过分支引下线(6)与所述主引下线(7)连接，所述接闪器为权利要求1至5中任一项所述的接闪器，所述分支引下线(6)与所述接闪器的主体(1)预连接。
7.根据权利要求6所述的叶片防雷系统，其特征在于，所述接闪器为多个，且均通过对应的分支引下线(6)与所述主引下线(7)连接。
8.根据权利要求7所述的叶片防雷系统，其特征在于，各所述分支引下线(6)与所述主引下线(7)的连接处设置有第三绝缘覆层(11)，所述第三绝缘覆层(11)的耐压等级在17.5KV以上。
9.根据权利要求6所述的叶片防雷系统，其特征在于，所述分支引下线(6)和所述主引下线(7)由绝缘导线制成，所述绝缘导线包括线芯和绝缘层，所述绝缘层的耐压等级在17.5KV以上。
10.一种风力发电机组的叶片，其特征在于，包括叶片主体(10)和预制的叶片防雷系统，所述叶片防雷系统为权利要求6至9中任一项所述的叶片防雷系统。
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