CN1436283A - 风能设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风能设备。这种风能设备新型的例如有Enercon公司的TypE－40或E－66，它们通常都配备避雷系统，例如由DE 4436197就已知这种避雷系统。本发明的目的是克服现有技术中的一些缺点，使得由火花间隙处飞弧造成的对电子设备干扰的次数能减至最少。为此，本发明的风能设备具有用于连续地从风能设备的至少一个转子叶片上放走静电荷的装置。

Description

风能设备
本发明涉及一种风能设备。这种风能设备新型的例如有Enercon公司的TypE-40或E-66，它们通常都配备有避雷系统，例如由DE 4436290、DE19826086、DE 19501267、DE 4445899、WO 00/14405或WO 96/07825已知这种避雷系统。
在这些如上所述已公知的避雷系统中，当转子叶片与轮毂电隔离时，有关的转子叶片可能带静电。转子叶片的这种静电充电通过风能设备转子旋转的转子叶片与空气摩擦造成。视空气湿度的大小或其他不利的天气状况的影响，转子叶片(或它的避雷系统)或快或慢地充电。静电充电一直进行到达到空气隙的飞弧电压为止。然后发生飞弧和整个系统或转子叶片放电。这种飞弧产生频带宽度极大的电磁波(EMV)，因为飞弧可以说按脉冲的形式进行，这种脉冲典型地有极端的频带宽度(典型地有无限的频带宽度)。这不是起因于雷雨引起的雷击，而是源于转子所充静电荷的冲击式放电，干扰风能设备处于飞弧周围环境内的全部电子装置，例如控制和调整各转子叶片的计算机或微处理器。但也还涉及风能设备的另一些电子装置，这些电子装置处于吊舱内或火花击穿间隙的附近。由于旋转的转子叶片充电经常导致在火花间隙处产生飞弧并由此干扰电子装置，因此，这对于保护全部电子设备而言是不希望发生的。
本发明的目的是克服上述缺点并尤其将在火花间隙处由飞弧造成的对电子装置干扰的次数减至最少。
本发明的目的可借助于具有权利要求1所述特征的风能设备来实现。在从属权利要求中给出了本发明有利的进一步发展。
本发明基于下列建议：连续放掉转子叶片上的静电荷。在这里应提起注意的是，在即将发生飞弧前的火花间隙处的电压视不同的湿度大小可轻易地达到20至30KV。因此用于转子叶片连续放电的装置(放电电路)必须要满足两个条件，即第一，连续的放电段必须是低欧姆的，从而避免转子叶片静电充电，其次，它必须能够承受高达30KV和30KV以上的脉冲电压(在雷击时形成这种脉冲电压)。
特别恰当的是，所述用于连续放掉转子叶片静电的装置由一个放电电路组成，该放电电路有一个由一个欧姆泄放电阻和一个电感串接而成的串联电路。图1表示了这一电路。该泄放电阻优选地有电阻值约50KΩ，而该电感则优选地有电感值10μH或更大。
在转子叶片放静电的过程中电感不起作用，因为泄放电流是振幅很小的直流电。因此每个转子叶片为放静电通过一个50KΩ的电阻与地电位连接，在图1表示的电路中，转子叶片与地电位的地线接头连接。
在雷击的情况下(由于雷雨)，火花间隙处(按图1的放电电路)的电压提升得很高。电压的大小取决于间距、触针的曲率半径和空气湿度。现在，电感限制流过所述静电放电器(R+L)的电流的增加。从而为泄放电阻提供足够的被动保护。
特别有利的是，欧姆电阻由线绕电阻构成以及与此同时它是卷绕的，所以欧姆电阻和电感均能设计为非常节省空间。在本申请的图2中表示了这一情况。在这里表示了五个串联的卷绕的线绕电阻，它们有相应的引线。
设计为卷绕的线绕电阻的优点在于，电压沿电阻的全长均匀分布。
按本发明设计的另一个优点是非常简单，并且仍能保证非常有效地保护风能设备的整个电子装置，以及借助于所述的放静电器可以保证静电荷突发式(冲击式)放电。
放静电器(用于连续放静电的装置)由一简单的包括一欧姆元件和一电感元件的电阻抗组成，并且该放静电器与火花间隙并联。
图3表示本发明的放静电器在风能设备中的布置状况。在这里表示的风能设备有一机架，它安装一个转子轮毂(转子叶片装在转子轮毂上)以及一个与转子轮毂连接的发电机。机架14可绕一垂直轴线转动地装在一塔架3上。该塔架3锚固在一个基座4中。在此视图中表示了一个转子叶片5。转子叶片5的叶尖设计为铝的模制件6。在转子叶片叶根24上装有一个完全环绕转子叶片叶根24的铝环8。在转子叶片前缘内和后缘处延伸的杆状导电构件7，将叶尖铝的模制件6与设在转子叶片叶根24上的铝环8导电地连接起来。
在转子叶片叶根24区铝环8所在高度处安装一根带有金属接地端的避雷器杆9作为避雷机构。此避雷器杆9通过一转移凸起11按一个预定的距离，例如3mm，邻近一个导电的避雷环。避雷器杆9以其背对转移凸起11的自由端，按一预定的大体相同的距离邻近铝环8。
接地的避雷环10同轴于转子轴设置。由此保证在转子叶片5旋转一整圈期间都邻近转移凸起11。
机架转子14(Maschinendreher 14)被一个附加的避雷器杆12超出，避雷器杆12通过一个导电连接装置13连接在机架14上。
在铝环8与叶片转接器之间导电地安装放静电器。通过它可如上所述完成转子叶片的静电排放。
在图4中以放大的形式再次表示图3的视图。
在这里水平的铝环8只局部绕转子叶片叶根延伸。所表示的支承装置的导电构件7的下端与铝环8导电连接。在铝环8与避雷环10之间导电的避雷路径通过避雷器杆9建立，避雷器杆9通过卡子或类似物水平放置地固定在用非导电材料制的转子轮毂罩15上，并因而随转子叶片5旋转。在避雷器杆9背对转子叶片5的那一端设一十字接头16，它连接避雷器杆9和转移凸起11。转移凸起11垂直地穿过转子轮毂罩15，按一规定的间距邻近避雷环10。
图5中的视图还表示，避雷环10在邻近转移凸起11的区域内十字接头16的所在高度有一个形式上为一个厚度较小的漆层的预定的避雷路径17。图5还表示，铝环8半圆形地围绕转子叶片叶根24延伸，以便将两个导电构件7互相连接起来，以及在转子叶片可能的角度调整范围内保证与避雷器杆9有效地电连接。避雷器杆9在其按预定间距邻近铝环8的那个自由端25，有一个与周围环境相比提高场强的锥形尖端。
图6表示在机架14与塔架3上部区之间的导电连接。在塔架3的这一区域内，同轴于机架14的旋转轴线地设有一水平放置的摩擦片20。机架14在面朝塔架3的区域内有一个避雷构件，它设计为施加压紧力的推杆19。该推杆19在此区域内按这样的方式垂直地装在机架14上，即，使它压在摩擦片20上并因而建立导电连接。即使在机架14旋转时，由于滑环式接触因而仍保持存在这种连接。
一个击入风能设备中的雷电按以下所述方式被引出：
一个击入转子叶片5中的雷电首先引入机架14。从铝的模制件6或导电构件7出发，雷电通过导电构件7引入铝环8。然后雷电与瞬时的转子叶片角无关地从铝环8经避雷器杆9传入避雷环10。经过避雷环10上预定的避雷路径17，雷电通过未表示的导电连接装置引入机架14。
击入附加的避雷器杆12的雷电通过连接装置13同样引入机架14。
雷电从机架14引入塔架3通过处于滑环接触状态的推杆19和摩擦片20进行。因此，保证避雷同样与机架14的瞬时旋转位置有关。
雷电进一步通过塔架3、基座4和在土壤内的环形接地装置27被引出。
如已说明的那样，本发明公开了如何一方面以有利的方式将静电荷从转子叶片连续放出，以及如何另一方面也可以引出在转子叶片内的雷击，以保护风能设备免遭损坏。在静电荷通过静电放电器和通过轮毂直接引出的过程中，由雷击引起的在轮毂旁经过的电荷主要是从轮毂的轴承一旁引出。其中，静电荷以及雷击电流从转子叶片14尖到叶根区的放电线路可以是相同的。但为了保护风能设备，必须保证雷击电流不经轮毂或轮毂轴承导引出。
将静电荷以及雷电电流的放电分开到不同的放电路径上进行是极其有效的，并可在风能设备中得到非常成功的检验。总体上成本低。
采用本发明可以明显地减少一方面可能由于转子叶片静电充电引起的或另一方面雷击引起的干扰。由借助不同导引路径将静电电流或雷击电流分别引出的所述放电装置组成的这种特殊的组合，在多种设备中已证明是非常成功的。

Claims (22)

1.一种风能设备，它具有一个用于连续地将风能设备的至少一个转子叶片上的静电荷放掉的装置。
2.按照权利要求1所述的风能设备，其特征为：所述用于连续放电的装置由一个欧姆电阻和一个电感的串联电路组成，该串联电路使转子叶片与一个接地接头电连接。
3.按照权利要求1或2所述的风能设备，其特征为：所述用于连续放电的装置与该风能设备的一个避雷系统的火花间隙并联。
4.按照上述任一项权利要求所述的风能设备，其特征为：所述欧姆电阻具有至少10KΩ，优选地具有50KΩ的电阻。
5.按照上述任一项权利要求所述的风能设备，其特征为：所述电感至少为2μH，优选地大于10μH。
6.按照上述任一项权利要求所述的风能设备，其特征为：所述电感由一个卷绕的线绕电阻构成。
7.按照上述任一项权利要求所述的风能设备，其特征为：所述欧姆电阻由一个线绕电阻构成。
8.按照上述任一项权利要求所述的风能设备，其特征为：所述用于连续放静电荷的装置一方面与转子叶片的避雷器电接头(8)电连接，另一方面与转子叶片的接头(叶片转接器)电连接。
9.按照权利要求8所述的风能设备，其特征为：借助所述用于连续放静电荷的装置引出的电荷通过风能设备的轮毂排出。
10.按照上述任一项权利要求所述的风能设备，其特征在于一机架，此机架可转动地装在地基上，它包括一根装在其上带有转子轮毂的转子轴、至少一个转子叶片、以及一个避雷转移装置，用于将雷击电荷从转子叶片向接地的机架上的一个位置固定的导电构件转移，其中该避雷转移装置设计为一个设置在转子叶片叶根(24)区域内离转子轮毂有一个绝缘距离并与转子叶根(24)有效电连接的避雷机构，该避雷机构具有一转移凸起(11)，此凸起以一个预定的距离邻近机架(14)上位置固定的所述导电构件。
11.按照权利要求10所述的风能设备，其特征为：所述避雷机构是一根带有金属接地端的避雷器杆(9)。
12.按照权利要求10或11所述的风能设备，其特征为：机架(14)上位置固定的所述导电构件是一个同轴于转子轴设置的避雷环(10)；以及，该避雷环在其面朝转移凸起(11)的区域内具有一条预定的避雷路径(17)。
13.按照权利要求11所述的风能设备，其特征为：所述避雷器杆(9)以其背对转移凸起(11)的自由端(25)按一个预定的距离邻近一个设在转子叶根(24)上的导电构件。
14.一种风能设备，它包括一个可转动地装在地基上的机架、一根装在机架上具有转子轮毂的转子轴、以及至少一个转子叶片，其特征为：每个转子叶片(5)分别在其叶尖处和在离转子轮毂有一个绝缘距离处的转子叶片叶根(24)上设有导电构件，它们互相导电连接。
15.按照权利要求14所述的风能设备，其特征为：设在转子叶片(5)叶尖上的导电构件设计为铝制成型件(6)。
16.按照权利要求14或15所述的风能设备，其特征为：在每个转子叶片(5)的前缘和后缘设导电构件(7)，它们将设在转子叶片(5)叶尖上的和设在转子叶片的叶根(24)上的导电构件互相导电连接。
17.按照权利要求13至16中任一项所述的风能设备，其特征为：所述设在转子叶片叶根(24)上的导电构件是一个水平地至少部分环绕在叶根(24)表面上的铝环(8)。
18.一种风能设备，它包括一个可转动地装在地基上的机架、一根装在机架上带有转子轮毂的转子轴、以及至少一个转子叶片，其特征为：在机架(14)的一个面朝地基的区域内设有一避雷构件，它与地基的一个导电构件处于滑环式接触状态。
19.按照权利要求18所述的风能设备，其特征为：所述避雷构件设计为一个施加压紧力的推杆(19)。
20.按照权利要求18或19所述的风能设备，其特征为：地基内的所述导电构件是一个摩擦片(20)，它与机架(14)的旋转轴线同轴地平放在地基上部区内一个水平的平面上。
21.按照上述任一项权利要求所述的风能设备，其特征为：所述转子叶片用一种不导电的材料例如玻璃纤维增强的塑料制造。
22.一种风能设备，它具有一个用于从风能设备的至少一个转子叶片上放静电荷的装置和一个带有避雷机构的避雷装置，其中，该风能设备具有一个转子轮毂和一些固定在转子轮毂上的转子叶片，以及，在转子叶片轮毂区域内，静电荷通过另一个与雷电注入电荷的排放路径不同的途径被引出，其中，静电荷通过轮毂引出，而雷电注入的电荷则从轮毂一旁引出。
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