CN108027397A - 用于对具有一个或多个捕获装置和闪电电流导出路径的设备的闪电电流参数进行探测的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对尤其用于暴露的和/或较高的建筑物的包括多个捕获装置和闪电电流导出路径的设备的闪电电流参数来进行探测的方法，所述探测借助于使用用于确定闪电电流事件的在所述闪电电流导出路径上的多个传感器以及利用接下来评估所述闪电电流事件及所述闪电电流事件对相应设备的影响来进行。根据本发明，在捕获装置之中的每个捕获装置上或在每个闪电电流导出路径上构造有闪电电流探测传感器，所述闪电电流探测传感器针对相应的捕获装置或相应的闪电电流导出路径提供关于闪电电流事件的是/否论断。此外，在所述闪电电流导出路径朝接地的方向的总引导部的中央部位上设置有至少一个闪电电流测量传感器，所述至少一个闪电电流测量传感器不仅检测持续时间在5ms之下的冲击电流而且检测持续时间超过5ms的长时间电流，此外，相应的出现的长时间电流的电荷强度得到确定并且将该电荷强度考虑用于测定对所述设备的可能影响。

Description

用于对具有一个或多个捕获装置和闪电电流导出路径的设备 的闪电电流参数进行探测的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的用于对尤其用于暴露的和/或较高的建筑物的包括一个或多个捕获装置和闪电电流导出路径的设备的闪电电流参数进行探测的方法，所述探测借助于使用用于确定闪电电流事件的在所述闪电电流导出路径上的多个传感器以及利用接下来评估所述闪电电流事件及所述闪电电流事件对相应设备的影响来进行。
背景技术
如果闪电冲击碰到建筑物或技术设备，则这带来高的闪电电流流动。闪电电流是所谓的外加强制电流。因此，闪电电流呈现为首要的威胁，根据防闪电标准DIN EN 62305的全部防护措施都针对所述威胁。
防闪电构件(全部闪电电流或部分闪电电流通过所述防闪电构件相应于电流分配地在总设备中流动)必须经受住闪电电流的热和机械作用。已知的是，使用闪电电流测量单元，以便探测闪电冲击和由此探测闪电电流。这种测量单元还用于测定总闪电电流或部分闪电电流的闪电电流参数，以便对所述总闪电电流或部分闪电电流进行分析，从而一定的设备部件负荷能够得到测定。由相应确定的数据此后能够推导出对设备的具体维护工作。
由US2014/0093373A1已知一种用于确定风力设备的闪电冲击的方法，其中，在该处在共同的接地导体中存在有电流传感器，所述电流传感器测定在转子翼中的接收器是否以及到何种程度地经受闪电电流影响。
EP2385246A1示出另一种用于确定在风力设备中的闪电冲击的机构，其中，在风力设备的涡轮的区域中设置有臭氧传感器。在闪电冲击的情况下出现火花放电，所述火花放电又释放一定量的随后能被检测的臭氧。
根据EP1631846B1已知，转子叶片的闪电电流完全或部分地通过至少一个电阻来传导并且确定电阻的发热，以便能由此实现定性的电流评估。
带有后置数据分析和评估的在转子叶片上的多个传感器的组件在EP2270524A1中或在US2012/0133146A1中得到描述。
根据按照US2012/0133143A1的教导已知的是，在风力设备的每个转子翼中布置有传感器，目标在于评估在转子叶片中的可能的损坏连同相应损坏的在地点方面的定位。补充性地在该处在风力设备的基座区域中存在有罗戈夫斯基线圈，以便确定在闪电冲击时的总负荷。
同类型的EP1754887A1公开了在风力设备的转子叶片上分布布置的场传感器，以便记录闪电冲击。所述传感器的数据在评估单元中进行综合。此外存在有如下中央部位，该中央部位用于闪电电流确定。
所有之前提及的解决方案的共同点是，这些解决方案能够将闪电确定电流事件本身。在此，之前已知的闪电电流事件探测是冲击电流的、即高能量的短时间脉冲的测定。
在标准上规定，闪电捕获装置尤其在风力设备中能够安置在转子叶片的表面上，在该处产生闪电通道连接并且在没有捕获装置的情况下能够引起闪电冲击或击穿。在此在制造商方面要确保的是，使捕获装置固定在相应保持件中。捕获装置要如下计划，使得其经受住由于风、湿气和微粒所引起的预期磨损。由于在弧光的足点处的侵蚀使得捕获装置随着时间的推移而磨损。由此，所述侵蚀取决于闪电电流事件的频率和强度，从而为了最佳维护目的，闪电电流事件频率的测定是有意义的。
然而侵蚀还取决于电荷，所述电荷在取决于闪电电流的弧光的情况下出现。因此在标准上规定，相应的制造商规定用于定期检查捕获装置的方法，从而寿命的估计的设计值以及维护和更换间隔能够得到确定和检验。
在此表明，对于相应设备和装置的寿命而言不单单在闪电电流事件时的短放电参数是相关的，而是更确切地说还要确定，在闪电电流的情况下是否并且到何种程度地出现持续时间超过2ms的长时间电流。
带有高电荷值的长时间电流会在捕获装置方面在闪电的弧光的足点处引起强烈的发热直到熔化。特别在风能设备方面，这种现象会引起大的问题、例如在风翼的接收器处的熔化。
发明内容
因此从前述内容起，本发明的任务是，给出一种改进的用于对包括多个捕获装置和闪电电流导出路径的设备、尤其是是风能设备的闪电电流参数进行探测的方法，所述方法能够关于所述设备的状态和在维护间隔方面提供改善的和较精确的论断。
本发明的任务的解决方案根据按照权利要求1的教导进行，其中，从属权利要求至少包括适宜的设计方案和改进方案。
根据本发明，除了探测短时间脉冲和电流峰值之外，还测定由长时间电流决定的电荷以及确定在整个长时间电流流动持续时间上的就此而言的比能量，从而由高电荷值所引起的损坏能够可靠地得到估计。因此通过根据本发明的措施来测定闪电冲击的短时间和长时间分量的电荷值和W/R。由此可行的是，在评估方面还考虑如下情况，在所述情况下仅出现带有低的叠加脉冲的长时间电流，这在已知的测量机构中是不能够得到记录的。
根据本发明的教导此外实现了将没有叠加脉冲电流的长时间电流进行探测和评估。这种长时间电流代表在带有大运行高度的设备处的闪电放电的大约50％。
长时间电流的探测尤其在高的建筑或暴露的建筑物或设备处具有重大意义，如这尤其在风能设备中是这样的情况。利用根据本发明的方法的实现提供如下解决方案，所述解决方案满足在风能设备方面关于运行和防闪电的在标准方面的所有要求。
在用于对尤其用于暴露的和/或较高的建筑物的具有多个捕获装置和闪电电流导出路径的设备、如风能设备的闪电电流参数进行探测的方法中，根据本发明，在捕获装置之中的每个捕获装置上或在每个闪电电流导出路径上布置有闪电电流探测传感器，所述闪电电流探测传感器针对相应的捕获装置或相应的闪电电流导出路径仅提供关于闪电电流事件的是/否论断。所述闪电电流探测传感器能够非常简单地进行设计。所述闪电电流探测传感器仅用于检测在哪个捕获装置上或在哪个闪电电流导出路径中实际上发生了冲击。闪电电流探测传感器根据本发明如下地构造，使得其在没有附加测量线路的情况下将数据提供给中央评估单元，也就是说尤其告知在所涉及的导出路径中有闪电电流流动。
在闪电电流导出路径朝接地的方向的总引导部的中央部位上设置有至少一个闪电电流测量传感器，所述至少一个闪电电流测量传感器不仅检测持续时间在5ms之下的冲击电流而且检测持续时间超过5ms的长时间电流，此外，相应出现的长时间电流的电荷强度得到确定并且将该电荷强度考虑用于测定对设备的可能影响。
因此仅需在闪电电流导出路径的总引导部的中央部位上构造高价值的闪电电流测量传感器，所述闪电电流测量传感器能够以高准确度确定相关的闪电电流参数。
由于闪电电流探测传感器到中央单元的无线连接而不产生否则已有的在有线数据传输方面尤其关于必要的分离间距的问题。
因为闪电电流探测传感器仅须提供和传送所提到的关于闪电电流方面的是/否论断并且在传统意义中不进行测量，所以传感器能够以简单的方式构建并且成本适宜地实现。此外，这种传感器仅具有非常小的能量消耗，从而能够放弃耗费的外部的能量供给机构。例如，用于闪电电流探测传感器的必要能量能够从实际闪电电流的电磁场中获得。同样存在如下可行性，即，对于设置在运动的闪电导开件、例如风力设备转子叶片中的闪电电流探测传感器而言，必要的能量从转子叶片的动能例如在使用压电元件的情况下获得。
在本发明的改进方案中，在确定闪电电流的可能影响时，将测定的闪电电流参数配属于相应的闪电电流导出路径，其中，为此参考闪电电流探测传感器相对于所述设备的相应部件的空间配属。就此而言，相应的闪电电流探测传感器在传送基于闪电电流事件的是论断时还传输如下地址，所述地址给出所涉及的闪电电流传感器的空间配属。
取决于闪电电流的电荷值用于分析所述设备的机械的、电流穿流的构件的预期寿命，其中，就此而言能够动用由长时间调查得到的经验值的表格式配属。
在本发明的设计方案中，所述至少一个闪电电流测量传感器具有两个罗戈夫斯基线圈。第一罗戈夫斯基线圈探测带有200kA以下的大的电流强度和5ms以下的短的脉冲持续时间的单脉冲。
第二罗戈夫斯基线圈用于在1s以下的脉冲持续时间的情况下的较低的电流的长时间电流探测。
根据本发明的方法尤其设置成应用在风能设备中，其中，闪电电流探测传感器设置于在相应风力转子叶片与毂之间的相应连接部位处，并且所述至少一个闪电电流传感器设置在转子轴处或转子轴附近，优选地设置在毂到机舱的过渡区域中。
优选地，在这种根据本发明的应用中，关于是/否判断的在闪电电流探测传感器与评估单元之间的信号传递也无线地进行。
对于闪电电流探测传感器的工作方式所需的电运行能量在根据本发明的改进方案中由转子叶片的动能获得。
具体实施方式
应该在下面按照在风能设备方面的优选应用的实施例进一步阐述本发明。
由于对风能设备关于功率和与此相联系的投资额方面的较高要求，由保险和风力田运营商提出对用于确定闪电电流的可靠测量系统的要求。这不仅适用于新的设备，而且适用于已经现有的风能设备的改装。
在标准DIN EN 61400-24，风能设备第24部分：防闪电，还规定如何能够实现防闪电导出系统及其连接结构部件。到导出系统的连接必须固定且持久并且保证总系统能够经受住闪电电流的电的、热的和电动力学的影响的组合作用。
要证实的是，防闪电设备能够经受住在转子叶片中的机械负荷。所有的连接结构部件必须进行检查。导出系统和连接结构部件的内部部件如下实施，使得将可能从这些部件出发的内部放电风险保持为尽可能小。安置在外部的导出件被界定为捕获装置。这种装置和设备的制造商必须规定用于定期检查导出系统及其连接结构部件的所有部件的方法，所述连接结构部件由于周围环境条件而磨耗，从而条件和寿命估计设计值和相应部件的维护间隔能够得到检验。
基于风能设备的转子叶片的高度和暴露的位置而使得整个转子叶片构造在其运行寿命期间通常强烈地经受电场。通过雷雨云产生强的静态和瞬时电场，所述电场电地作用于转子叶片结构，并且随着时间的推移使得复合材料的绝缘性质变差。
根据本发明的方法在其在风能设备方面的优选应用中用于探测所有相关的闪电电流参数，也就是说探测不仅短时间脉冲而且长时间分量及它们的电荷值，从而损坏的非常可靠的估计和维护间隔的有意义的确定能够完成。
在使用无线的闪电电流探测传感器的情况下相对于有线的闪电电流传感器获得如下优点，即，测量信号能够经由旋转的结构部件进行传递。针对由闪电电流探测传感器提供的是/否值的中央数据探测被借助于如下单元进行，所述单元适宜地安置在风力设备的机舱(Gondel)中。经由传动机构引导到实际的电动力学的发电机上的毂或轴形成了闪电电流导出路径朝接地的方向的总引导部的中央部位。在该处，设置有闪电电流测量传感器，所述闪电电流测量传感器例如由两个特别改型的罗戈夫斯基线圈构成。罗戈夫斯基线圈如下地设计，使得一方面电流强度的单脉冲得到探测但另一方面还能够实现1s以下的脉冲持续时间的较低电流的长时间电流探测。
在相应风力设备的评估单元中测定且收集的数据能够针对相关性进行检查并且在探测到异常干扰参量的情况下在警报功能的意义上传输给设备运行者。为了即使在整个风能设备失效的情况下在此也保证警报数据传递，可以动用由备用电源支持的UMTS或GSM电信连接。

Claims (7)

1.用于对——尤其用于暴露的和/或较高的建筑物的——包括多个捕获装置和闪电电流导出路径的设备的闪电电流参数进行探测的方法，所述探测借助于使用用于确定闪电电流事件的在所述闪电电流导出路径上的多个传感器以及利用接下来评估所述闪电电流事件及所述闪电电流事件对相应设备的影响来进行，所述设备包括风能设备在内，
其特征在于，
在捕获装置之中的每个捕获装置上或在每个闪电电流导出路径上构造有闪电电流探测传感器，所述闪电电流探测传感器针对相应的捕获装置或相应的闪电电流导出路径提供关于闪电电流事件的是/否论断，其中，在所述闪电电流导出路径朝接地的方向的总引导部的中央部位上设置有至少一个闪电电流测量传感器，所述至少一个闪电电流测量传感器不仅检测持续时间在5ms之下的冲击电流而且检测持续时间超过5ms的长时间电流，此外，相应的出现的长时间电流的电荷强度得到确定并且将该电荷强度考虑用于测定对设备的可能影响。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在确定闪电电流的可能影响时，将测定的闪电电流参数配属于相应的闪电电流导出路径并且为此参考闪电电流探测传感器相对于设备部件的空间配属。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
将测定的取决于闪电电流的电荷值用于分析设备的尤其机械的、电流穿流的构件的预期寿命。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述至少一个闪电电流测量传感器具有两个罗戈夫斯基线圈，其中，第一罗戈夫斯基线圈探测带有5ms以下的短的脉冲持续时间的约200kA以下的大的电流强度的单脉冲，并且第二罗戈夫斯基线圈探测在1s以下的脉冲持续时间的情况下的较小的电流。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
该方法应用在风能设备中，其中，所述闪电电流探测传感器设置于在风力转子叶片与毂之间的相应的连接部位上，并且所述至少一个闪电电流测量传感器设置在转子轴上。
6.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，
在闪电电流探测传感器与评估单元之间的关于是/否判断的信号传递无线地进行。
7.根据权利要求6所述的方法，
其特征在于，
对于闪电电流探测传感器的工作方式所需的电运行能量从转子叶片的动能获得。
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