CN107917050B - 一种用于风力涡轮机的闪电电流传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于风力涡轮机的闪电电流传输系统。提供了一种在风力涡轮机的每个叶片(10)的根部处的金属带(18)和位于机舱(13)处的金属环(12)之间的闪电电流传输系统，该系统具有闪电电流传输元件(33)，其包括导体部分(35)、绝缘部分(37)和连接到转子毂(21)的支撑装置(30)。金属带(18)和金属环(12)配置有朝向闪电电流传输元件(33)延伸的突出部分(61,63)。闪电电流传输元件(33)的导电部分(35)包括在不同高度安装在基板(41)上并且分别指向金属带(18)和金属环(12)的突出部分(61,63)的第一和第二接收器(47,47')。
Description
技术领域
本发明涉及安装在风力涡轮机上的闪电电流传输装置，尤其涉及非接触式系统。
背景技术
传统的风力涡轮机(见图1)包括三个叶片10，其连接到叶片轴承19以使得能够围绕叶片10的纵向轴线转动(通常称为“俯仰”的转动)。叶片轴承19连接到主轴15，主轴15将与叶片10连接的转子的旋转运动传递到改变角速度的齿轮箱，并从那里传递到发电机。
在传统的防雷系统中，由叶片接收的闪电电流通过以下路线传输到地面(见图1和图2)：
叶片尖端处接受的雷电冲击由位于叶片内侧的第一传导装置25,27，25'，27'(传导装置27,27'可以连接到叶片的结构元件17)传送到位于叶片根部、距离叶片轴承19一定距离处的金属带18。
从金属带18到闪电电流传输元件31发生闪络，并且从闪电电流传输元件31到机舱13的金属环12发生另一闪络。
闪电电流通过位于机舱13内的第二传导装置28，而不通过风力涡轮机的任何精密部件，例如转子毂21的控制柜、主轴的轴承、齿轮箱或发电机，并到达风力涡轮机的偏航环20。
最后，闪电电流通过位于塔架16内部的第三传导装置26从偏航环20传送到地面。
当叶片10由玻璃纤维或碳纤维制成时，闪电电流遵循这条路线，这些材料提供电绝缘以防止闪电电流通过叶片10到达叶片轴承19。
ES2 265 776 B1描述了具有闪电电流传输元件31的防雷系统，包括：
导体材料的第一杆，具有第一和第二端，分别以确保其间的闪络的一定距离与金属带18和金属环12相对；
电绝缘材料的第二杆，其能够承受闪络产生的温度，用于支撑第一杆，并且包括连接到风力涡轮机的轮毂的装置。
本发明的目的在于改善这种系统，特别是降低电极之间的击穿电压。
发明内容
本发明提供了一种在叶片与风力涡轮机的机舱之间的闪电电流传输系统，其包括：位于每个叶片的根部处的金属带，接收来自位于每个叶片内部的一个或多个叶片闪电电流导体的闪电电流，金属环，位于机舱，将闪电电流传输到一个或多个机舱闪电电流导体以将它们接地，以及闪电电流传输元件，连接到转子毂，以将闪电电流从每个叶片的金属带传递到金属环。
一方面，每个叶片的金属带和金属环被构造成具有朝向闪电电流传输元件延伸的突出部分(可具有L形构造)。另一方面，闪电电流传输元件具有导电部分，其中第一和第二接收器以不同的高度安装在基板上并且朝向分别指向金属带和金属环的突出部分的方向定向。两个特征的组合允许降低系统的四个电极的击穿电压。
在一个实施例中，闪电电流传输元件的接收器被布置在距金属带和金属环的突出部分d1和d2处，其分别为2-10mm和5-35mm之间。
本发明的其它期望的特征和优点将从随后的详细描述和所附权利要求书中相对于附图变得显而易见。
附图说明
图1是具有闪电电流传输系统的风力涡轮机的示意性剖视侧视图。
图2是图1的圆形区域的放大视图。
图3是示出本发明的实施例的闪电电流传输元件的示意性侧视图。
图4a和4b是基板及其导电部分的接收器的示意性平面图。
图5a和5b是闪电电流传输元件的替代配置的示意性侧视图。
图6是示出本发明的实施例的闪电电流传输系统的示意性立体图。
图7a和7b分别是平面电极和细长电极的等电位线的示意图。
图8a和8b分别是已知系统和本发明的实施例中的闪电电流传输系统的间隙中的电场的示意图。
具体实施方式
在图中所示的实施例中，闪电电流传输系统包括：
-每个叶片中的金属带18，具有朝向闪电电流传输元件33延伸的突出部分61(优选地具有平面构造)。
-金属环12，具有朝向闪电电流传输元件33延伸的突出部分63(优选地具有平面构造)。
-闪电电流传输元件33，具有导电部分35、绝缘部分37和支撑部分39，并连接到转子轮毂。
导电部分35包括：基板41，其在不同侧和不同高度处配置有位于边界的两个开槽孔43,43'和位于开槽孔43,43'的中心前方的两个圆形孔45,45'，和两个接收器47,47'，配置有开槽孔49,49'。
接收器47,47'通过布置在基板41的圆形孔45,45'和接收器47,47'相应的开槽孔49,49'上的第一紧固件51以及分别布置在基板41和接收器47,47'的开槽孔43,43'、49,49'上的第二紧固件53连接到基板41。
这种构造允许接收器47,47'可以安装在基板41的不同高度并且被定向在不同的方向上以将它们放置在合适的位置以与金属带18和金属环12的突出部分61,63配合，用于传输闪电电流(具体参见图5a和5b)。
导电部分35应由具有高熔点的金属材料制成，例如铜、不锈钢或钨，出于机械原因，其最小厚度为6mm，并确保最小横截面为50mm2。
绝缘部分37应由诸如尼龙或其它合适塑料的材料制成。在一个实施例中，其长度为200mm。
接收器47,47'可以具有矩形形状(例如，具有20-40mm的宽度和3-10mm的厚度)，最小面积为100mm2，最小厚度为3mm。
第一接收器47应放置在距金属带18的突出部分61距离d1(在2-10mm之间)处，并且第二接收器47'应放置在距金属环12的突出部分63距离d2(在5-35mm之间)处，以确保闪络。
在图6所示的实施例中，为了降低闪电电流传输系统的四个电极中的击穿电压，金属带18和金属环12具有L形构造，上述突出部61,63为其分支。
在电极附近，电场的等电位线的分布取决于电极的几何形状。如果电极55是平面的(参见图7a)，则等电位线的分布沿着整个电极是均匀的(电位的空间变化ΔV是恒定的)，而如果电极57被细长的(见图7b)，在靠近电极的区域中电位的空间变化ΔV减小。这使得电场被放大，因为E＝ΔV/Δx，Δx是沿X轴的距离变化。
因此，比较ES 2 265 776 B1(参见图8a)中描述的闪电电流传输系统中的第一杆的端部59与金属带18之间的电场的等电位线的分布以及本发明的闪电电流传输系统(参见图8b)，可以看出，电场在金属带18的突出部分61和接收器47两处(以及类似的接收器47'和金属环12的突出部分63)被放大。因此，击穿电压降低。据估计，在电极之间保持相同的距离d1，d2，击穿电压可以降低15％到50％之间。
虽然已经结合各种实施例描述了本发明，但是从说明书可以理解，可以进行各种元件的组合，变化或改进，并且在所附权利要求限定的本发明的范围内。
Claims (6)
1.一种在叶片(10)和风力涡轮机的机舱(13)之间的闪电电流传输系统，包括：
位于每个叶片(10)的根部处的金属带(18)，其从位于每个叶片(10)内部的一个或多个叶片闪电电流导体接收闪电电流；
位于机舱(13)处的金属环(12)，其将闪电电流传输到一个或多个闪电电流导体以将其传递到地面；
用于将闪电电流从每个叶片(10)的金属带(18)传递到金属环(12)的闪电电流传输元件(33)，其包括导电部分(35)、绝缘部分(37)和支撑装置(30)，以连接到转子毂(21)；
每个叶片(10)的金属带(18)和金属环(12)被构造成具有朝向闪电电流传输元件(33)延伸的突出部分(61，63)；
闪电电流传输元件(33)的导电部分(35)包括在不同高度处安装在基板(41)上的第一和第二接收器(47，47′)，并且第一和第二接收器(47，47′)分别朝向金属带(18)和金属环(12)的突出部分(61，63)；
其特征在于：
基板(41)构造成具有位于不同高度的一对开槽孔(43，43′)和位于一对开槽孔(43，43′)中心前方的圆形孔(45，45′)；
接收器(47，47′)配置有开槽孔(49，49′)；
每个接收器(47，47′)安装在基板(41)中，第一紧固件(51)位于基板(41)的圆形孔(45，45′)上并且位于接收器(47，47′)的开槽孔(49，49′)的端部上，第二紧固件(53)位于基板(41)的开槽孔(43，43′)和接收器(47，47′)的开槽孔(49，49′)的合适位置上。
2.根据权利要求1所述的闪电电流传输系统，其中，金属带(18)、金属环(12)和闪电电流传输元件(33)被布置成使得第一接收器(47)放置在距离金属带(18)的突出部分(61)d1的位置，d1的大小在2至10毫米之间，并且第二接收器(47′)放置在距离金属环(12)的突出部分(63)d2的位置，d2的大小在5至35毫米之间。
3.根据权利要求1所述的闪电电流传输系统，其中：
基板(41)具有矩形形状和至少8毫米的厚度；
接收器(47，47′)具有面积至少为100平方毫米且厚度至少为3毫米的矩形形状。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的闪电电流传输系统，其中，每个叶片(10)的金属带(18)和金属环(12)分别具有L形构造，L形的一个分支分别连接到叶片(10)的根部和机舱(13)，并且L形的另一个分支分别是朝向闪电电流传输元件(33)延伸的突出部分(61，63)。
5.根据权利要求4所述的闪电电流传输系统，其中，每个叶片(10)的金属带(18)和金属环(12)的突出部分(61，63)具有平面构造。
6.一种具有根据权利要求1至5中任一项所述的闪电电流传输系统的风力涡轮机。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20210316 |