DE102004010104A1 - Wind turbine generator is protected against lightning strikes by a conductor system coupled to ground - Google Patents

Wind turbine generator is protected against lightning strikes by a conductor system coupled to ground Download PDF

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Volker Limbeck
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Abstract

The wind energy generator has a propeller [2] driven generator in a housing [4] that is mounted on a pillar [5]. The system is protected against lightning strikes [1] by a conductor system [10,11,12] coupled to ground [7]. The system uses a slip ring and brush to connect between rotary and stationary parts.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem Turm zur Befestigung in einem Untergrund und einer darauf angeordneten Gondel, an der ein Rotor mit einer Nabe und mehreren Rotorblättern drehbar angeordnet ist und einen in der Gondel angeordneten Generator antreibt, wobei eine Blitzableitanlage zur Ableitung elektrischer Energie eines eingeschlagenen Blitzes in den Untergrund vorgesehen ist, deren Blitzpfad von den Rotorblättern und die Nabe zum Turm führt und mindestens einen Blitzübertrager zur Überleitung zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Komponenten der Windenergieanlage vorgesehen ist.The The invention relates to a wind turbine with a tower for attachment in a subsoil and a gondola arranged thereon, at the one Rotor is arranged rotatably with a hub and a plurality of rotor blades and drives a generator arranged in the nacelle, wherein a Lightning discharge system for dissipating electrical energy of a hammered Lightning is provided in the underground, whose lightning path from the rotor blades and the hub leads to the tower and at least one lightning transmitter for the transfer between two relatively movable components of the wind turbine is provided.

Windenergieanlagen sind üblicherweise als hoch aufragende Strukturen ausgeführt, um von mit der Höhe ansteigenden Windgeschwindigkeiten zu profitieren. Lagen mit hohen Windgeschwindigkeiten, die sich für die Aufstellung von Windenergieanlagen besonders anbieten, liegen häufig exponiert. Beides führt dazu, dass Windenergieanlagen einem hohen Blitzschlagrisiko ausgesetzt sind. Insbesondere bei in Gewässern angeordneten Windenergieanlagen, sogenannte Offshore-Anlagen, besteht auf Grund der exponierten Lage der Windenergieanlage ein beträchtliches Blitzschlagrisiko. Gefährdet sind hierbei insbesondere die Rotorblätter, von denen die elektrische Energie des Blitzes über die Nabe, die Gondel und den Turm in den Untergrund abgeleitet werden muss. Schwierigkeiten ergeben sich daraus, dass sowohl die Rotorblätter gegenüber der Rotornabe, der Rotor gegenüber der Gondel wie auch die Gondel gegenüber dem Turm drehbar angeordnet sind. Zur Ableitung der Blitzenergie sind Übergangseinrichtungen erforderlich, die eine Drehbewegung zulassen und dennoch eine ausreichende Überleitung der elektrischen Energie eines Blitzes gewährleisten. Die Übergangseinrichtungen müssen dazu so beschaffen sein, dass sie auch bei den durch Blitzschlag verursachten hohen Spannungen von einigen Millionen Volt und Stromstärken bis an die Hunderttausend Ampere ableiten können, ohne dass Schäden an Komponenten der Windenergieanlage auftreten.Wind turbines are common designed as towering structures to rise from with the height Profit from wind speeds. Layers with high wind speeds, the for especially offer the installation of wind turbines lie often exposed. Both lead that wind turbines are exposed to a high risk of lightning are. Especially in waters arranged wind turbines, so-called offshore installations exists due to the exposed position of the wind turbine a considerable Lightning risk. endangered Here are in particular the rotor blades, of which the electric Energy of lightning over the hub, the gondola and the tower have to be drained into the ground. Difficulties arise from the fact that both the rotor blades against the Rotor hub, the rotor opposite the nacelle as well as the nacelle are arranged rotatably relative to the tower. For the dissipation of the flash energy transition means are required allow a rotational movement and yet a sufficient transition ensure the electrical energy of a flash. The transitional facilities have to to be such that they are also affected by lightning caused high voltages of several million volts and currents up to which hundreds of thousands of amperes can derive without causing damage to components the wind turbine occur.

Um eine sichere Überleitung des Blitzes an besonders kritischen Übergangsstellen zu ermöglichen, Sind verschiedene Konstruktionen im Stand der Technik bekannt geworden. Eine erste Konstruktion besteht darin, bewegliche Kabelverbindungen vorzusehen. Sie hat den Vorteil, dass auf einfache Weise eine sichere Verbindung hergestellt werden kann. Nachteils liegen darin, dass mit einer solchen Kabelverbindung keine vollständige Drehbarkeit erreicht werden kann. Nach einer bestimmten Umdrehungsanzahl muss die Kabelverbindung wieder entwirrt werden. Weitere Nachteile liegen darin, dass die zur Erreichung einer ausreichenden Verdrehbarkeit erforderliche große Länge zu einem beträchtlichen Spannungsabfall führen kann. Auf Grund der Länge besteht weiterhin den Nachteil, dass unter der Einwirkung hoher Blitzströme Induktionskräfte auftreten, so dass sich die Kabel peitschenartig bewegen. Weiter ist es bekannt, Bürstenkontakte als Übertrager vorzusehen. Sie bieten den Vorteil eines niederohmigen Kontakts. Nachteilig daran ist, dass sie zur sicheren Übertragung der Blitzenergie große Abmessungen benötigt. Weiter hat sie den Nachteil, dass insbesondere bei groß dimensionierten Windenergieanlagen eine hohe Laufleistung zu bewältigen hat. Der Verschleiß ist beträchtlich, es entsteht leitfähiger Abrieb.Around a safe transfer lightning at particularly critical junctions, Various constructions have become known in the art. A first construction is to provide movable cable connections. It has the advantage of being a secure connection in a simple way can be produced. Disadvantage lies in the fact that with a such cable connection does not achieve complete rotation can be. After a certain number of revolutions, the cable connection must be be unraveled again. Other disadvantages are that the Achieving sufficient twistability required large length to one considerable voltage drop to lead can. Due to the length exists furthermore the disadvantage that induction forces occur under the action of high lightning currents, so that the cables move like a whip. Next it is known brush contacts as a transmitter provided. They offer the advantage of a low-resistance contact. The disadvantage of this is that they are used to safely transmit the flash energy size Dimensions needed. Next, it has the disadvantage that, especially for large-sized Wind turbines has a high mileage to deal with. The wear is considerable, it creates more conductive Abrasion.

Weiter ist es bekannt, Funkenstrecken als Übertrager vorzusehen. Die beiden Seiten eines Übertragers sind damit nicht unmittelbar leitend verbunden, sondern zwischen ihnen besteht ein enger Luftspalt. Überschreitet die am Übertrager anliegende Spannung einen gewissen Wert (Überschlagspannung) dann wird der Spalt durch Funkenbildung leitend. Die Größe des Luftspalts bestimmt dabei die Höhe der Überschlagsspannung. Nachteilig an Funkenstrecken sind, dass es bei der Ausbildung des Funkens zu einer schlagartigen Entladung kommt, wodurch elektromagnetische Störungen hervorgerufen werden. Außerdem muss der Luftspalt auf Grund der Abmessungen und des Gewichts der Komponenten der Windenergieanlagen verhältnismäßig groß sein, so dass Überschlagsspannungen im Bereich von über 10 kV sich ergeben. Die zu schützenden Komponenten müssen mindestens so robust aufgebaut sein, dass sie diese Überschlagsspannung vertragen können.Further It is known to provide spark gaps as a transformer. The two Pages of a transformer are not directly connected with it, but between they have a narrow air gap. Exceeds the transformer voltage applied then becomes a certain value (flashover voltage) the gap by sparking conductive. The size of the air gap determines while the height the flashover voltage. A disadvantage of spark gaps are that it is in the formation of the spark comes to a sudden discharge, causing electromagnetic disorders be caused. Furthermore Due to the dimensions and weight of the air gap, the air gap must be Components of the wind turbines should be relatively large, so that breakdown voltages in the range of over 10 kV result. The components to be protected have to be at least as robust that they have this breakdown voltage can tolerate.

Mit zunehmender Größe der Windenergieanlage ergeben sich dabei zusätzliche Probleme. Die Komponenten größerer Windenergieanlagen weisen größere Abmessungen auf. Die dabei unvermeidlich auftretenden Toleranzen steigen absolut gesehen dabei mit an. Dies bringt es mit sich, dass der zur Beibehaltung eines guten Blitzschutzes erforderliche Aufwand mit zunehmender Größe der Windenergieanlage stark ansteigt. Sowohl die Herstellung wie auch die Instandhaltung der Blitzschutzanlage wird aufwendiger, die Gefahr einer Verringerung der Wirksamkeit des Blitzschutzes steigt.With increasing size of the wind turbine arise additional Problems. The components of larger wind turbines have larger dimensions on. The inevitable occurring tolerances increase absolutely seen with it. This brings with it that to the maintenance a good lightning protection required effort with increasing Size of the wind turbine rises sharply. Both the production and the maintenance The lightning protection system is more expensive, the risk of reduction the effectiveness of the lightning protection increases.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Übertrager zu schaffen, der insbesondere bei größeren Windenergieanlagen die oben genannten Nachteile vermeidet.Of the Invention is the object of the invention to provide a transformer, the especially for larger wind turbines avoids the above-mentioned disadvantages.

Die erfindungsgemäße Lösung liegt in den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The inventive solution lies in the features of claim 1. Advantageous developments are Subject of the dependent claims.

Bei einer Windenergieanlage mit einem Turm zur Befestigung in einem Untergrund und einer darauf angeordneten Gondel, an der ein Rotor mit einer Nabe und mehreren Rotorblättern drehbar angeordnet ist und einen in der Gondel angeordneten Generator antreibt, wobei eine Blitzableitanlage zur Ableitung elektrischer Energie eines eingeschlagenen Blitzes in den Untergrund vorgesehen ist, deren Blitzpfad von den Rotorblättern und die Nabe über die Gondel zum Turm führt und mindestens einen Blitzübertrager zur Überleitung zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Komponenten der Windenergieanlage aufweist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass an einer Seite des Blitzübertragers eine Kontaktbahn, die mit dem Blitzpfad verbunden ist, und an der anderen Seite des Blitzübertragers eine darauf ablaufende Kontaktrolle, die mittels einer Fremdkraft beaufschlagt in Anlage an die Kontaktbahn gehalten ist, und ein Kontaktelement zur elektrischen Verbindung der Kontaktrolle mit dem Blitzpfad vorgesehen sind.at a wind turbine with a tower for attachment in one Underground and a gondola arranged thereon, on which a rotor is arranged rotatably with a hub and a plurality of rotor blades and drives a generator arranged in the nacelle, wherein a Lightning discharge system for dissipating electrical energy of a lightning strike is provided in the underground, whose lightning path from the rotor blades and the hub over the gondola leads to the tower and at least one lightning transmitter for the transfer between two relatively movable components of the wind turbine has, is provided according to the invention, that on one side of the lightning transmitter a contact track, which is connected to the lightning path, and at the other side of the lightning transmitter a run on it contact role, by means of a foreign power loaded in contact with the contact track, and a Contact element for the electrical connection of the contact roller with the lightning path are provided.

Nachfolgend seien einige verwendete Begriffe erläutert:
Unter einer Gondel wird ein Gehäuse verstanden, in dem auf dem Turm angeordnete Komponenten der Windenergieanlage untergebracht sind. Dies sind außer dem Generator üblicherweise ein Getriebe, eine Antriebswelle, eine Steuerungseinrichtung und Träger für die genannten Komponenten.Here are some terms used:
A gondola is understood to mean a housing in which components of the wind turbine arranged on the tower are accommodated. Apart from the generator, these are usually a gear, a drive shaft, a control device and carrier for the components mentioned.

Unter einer Blitzableitanlage wird eine Einrichtung verstanden, die aus mehreren Elementen besteht, welche eine zu schützende Komponente der Windenergieanlage im Falle eines Blitzschlages elektrisch leitend mit dem Untergrund verbindet.Under A lightning discharge system is understood to mean a device that is made of consists of several elements, which is a protected component of the wind turbine in the event of a lightning strike electrically conductive to the substrate combines.

Unter dem Untergrund wird Land- oder Seeboden verstanden.Under The subsurface is understood as land or seabed.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mittels einer fremdkraftbeaufschlagten Rolle ein sicherer Kontakt auch bei großen Toleranzabweichungen und bei großen zu erbringenden Laufleistungen ermöglicht ist. Die Toleranzabweichungen werden dadurch ausgeglichen, dass auf Grund der Fremdkraftbeaufschlagung eine sichere Anlage der Kontaktrolle an der Kontaktbahn gewährleistet ist. Die Kontaktrolle läuft auf der Kontaktbahn reibungsarm ab, so dass kein oder kein nennenswerter Verschleiß auftritt. Das Entstehen leitfähigen Abriebs wird damit verhindert. Es versteht sich, dass die Materialpaarung von Kontaktbahn und Kontaktrolle passend zueinander in der Weise gewählt sein muss, dass eine Verschweißung auch bei Überleitung der Blitzenergie nicht auftritt. Weiter weist die erfindungsgemäße Gestaltung den Vorteil auf, dass sie auf Grund des stets vorhandenen Kontakts eine niederohmige Verbindung ermöglicht. Die zu schützenden elektrischen Bauteile der Windenergieanlage brauchen daher keine erhöhte Spannungsfestigkeit aufzuweisen. Weiter ermöglicht es die erfindungsgemäße Gestaltung auf Grund ihrer toleranzfreundlichen und verschleißfesten Eigenschaften, auch bei besonders großen Abmessungen, also Windenergieanlagen der hohen und höchsten Leistungsklasse, verwendet zu werden.The Invention is based on the finding that by means of a foreign-powered Safe contact even with large tolerance deviations and at big achievable mileage is possible. The tolerance deviations become offset by the fact that due to the Fremdkraftbeaufschlagung ensures a safe investment of the contact roller on the contact path is. The contact role is running on the contact track friction, so that no or no significant Wear occurs. The emergence of conductive Abrasion is thus prevented. It is understood that the material pairing of contact track and contact roller to each other in the way chosen must be that a weld also with transfer the flash energy does not occur. Next, the design of the invention the advantage that they due to the always existing contact allows a low-impedance connection. The electrical to be protected Components of the wind turbine therefore do not need increased dielectric strength exhibit. Next allows it is the design according to the invention due to their tolerance-friendly and wear-resistant Properties, even with very large dimensions, so wind turbines the high and the highest Power class to be used.

Zur Beaufschlagung mit Fremdkraft ist vorzugsweise eine Feder vorgesehen. Sie ermöglicht eine einfache und robuste Anpressung der Kontaktrolle. Je nach gewählter Federkonstante können auch größere Toleranzstrecken damit überbrückt werden. Die Feder ist zweckmäßigerweise so gestaltet, dass sie eine ausreichende Eigendämpfung aufweist. Es soll aber nicht ausgeschlossen sein, dass zusätzlich ein Dämpfungselement verwendet wird. Dies hat den Vorteil, dass auch bei Unebenheiten auf der Kontaktbahn ein Springen verhindert und ein sicherer Kontakt erreicht wird.to Exposure to external force is preferably provided a spring. It allows one simple and robust pressing of the contact roller. Depending on the selected spring constant can also larger tolerance distances be bridged with it. The spring is suitably designed so that it has sufficient internal damping. But it should not be excluded that in addition a damping element is used. This has the advantage that even with bumps on the contact path prevents jumping and secure contact is reached.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kontaktrolle über ein Gleitlager gelagert, das als Kontaktelement fungiert. Dies bietet den Vorzug, auf besonders einfache Weise gleichzeitig eine Lagerung der Kontaktrolle wie auch die elektrische Kontaktierung zu bewirken. Es versteht sich, dass die Abmessungen so gewählt sein müssen, dass die Blitzleistung ohne Schaden übertragen werden kann. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Kontaktrolle über elektrisch isolierte Wälzlager gelagert. Das bietet den Vorteil, dass ein besonders reibungsarmes und verschleißfestes Laufverhalten erreicht wird.at a preferred embodiment is the contact role over mounted a sliding bearing, which acts as a contact element. This offers the advantage of storage in a particularly simple manner To cause the contact roller as well as the electrical contact. It is understood that the dimensions must be chosen so that the flash output transferred without damage can be. In another embodiment, the contact roller is over electrical insulated rolling bearings stored. This offers the advantage of being a particularly low-friction and wear resistant Running behavior is achieved.

Das Kontaktelement ist vorzugsweise so ausgeführt, dass ein ohmscher Kontakt mit der Kontaktrolle hergestellt ist. Jedoch ist dies nicht zwingend, es kann auch als Funkenstrecke mit einem kleinen Luftspalt ausgebildet sein. Dieser soll dann aber Abmessungen von weniger als 0,3 mm, Vorzugsweise weniger als 0,1 mm aufweisen. Bei einer ohmschen Kontaktierung ist das Kontaktelement vorzugsweise als Bürste ausgebildet. Zweckmäßigerweise ist sie so angeordnet, dass sie die Kontaktrolle an ihrer Stirnseite kontaktiert. Das hat den Vorteil, dass die von der Bürste bei einer Umdrehung zurückzulegende Umfangsstrecke kleiner gewählt sein kann als der Außenumfang der Kontaktrolle. Die von der Bürste zu leistende Laufleistung sinkt dadurch. Der Verschleiß wird weiter verringert. Es kann aber auch vorgesehen sein, die Kontaktrolle mit einem Ansatz zu versehen, der einen kleineren Durchmesser als der Durchmesser aufweist, mit dem die Kontaktrolle auf der Kontaktbahn abrollt. Auf diese Weise kann die Laufleistung und damit der Verschleiß der Bürste verringert werden.The Contact element is preferably designed so that an ohmic contact made with the contact roller. However, this is not mandatory It can also be designed as a spark gap with a small air gap be. This should then dimensions of less than 0.3 mm, Preferably less than 0.1 mm. With an ohmic contact the contact element is preferably formed as a brush. Conveniently, She is arranged so that she has the contact roller on her front contacted. This has the advantage of having the brush at one turn behind Circumference smaller chosen can be as the outer circumference the contact role. The brush to be paid mileage decreases. The wear continues reduced. But it can also be provided, the contact roller to be provided with a neck of smaller diameter than the diameter has, with which the contact roller on the contact track unrolls. In this way, the mileage and thus the wear of the brush can be reduced become.

Die Kontaktrolle kann als Innenläufer oder als Außenläufer ausgeführt sein. Zweckmäßigerweise ist sie im letzteren Fall über ein Haltebügel geführt, der als Kontaktelement fungiert. Dies ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau des Blitzübertragers.The contact roller can be designed as an internal rotor or as an external rotor. Conveniently, it is guided in the latter case on a headband, which acts as a contact element. This allows a particularly compact design of the Blitzübertragers.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, in der vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:The Invention will be explained below with reference to the drawing, in the advantageous embodiments the invention are shown. Show it:

1 eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage; 1 an overall view of a wind turbine according to the invention;

2 eine schematische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Blitzübertragers; 2 a schematic view of a first embodiment of a Blitzübertragers invention;

3 eine schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels; 3 a schematic view of a second embodiment;

4 eine schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels; und 4 a schematic view of a third embodiment; and

5 an der Windenergieanlage angeordnete Blitzübertrager in vergrößerter Darstellung. 5 arranged on the wind turbine lightning transformer in an enlarged view.

Eine Windenergieanlage gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist einen Turm 5 auf, der mit seinem Fuß in einem festen Untergrund (Erdboden) 7 gehalten ist (s. 1). Oben auf dem Turm ist eine Gondel 4 angeordnet, an deren vorderer Stirnseite (in 1 rechts dargestellt) ein Rotor mit Rotorblättern 2 und einer Nabe 3 angeordnet ist. Der Rotor ist über eine Antriebswelle (nicht dargestellt) mit einem Generator mechanisch verbunden, der im Inneren der Gondel 4 angeordnet ist. Eine Blitzableitanlage ist gebildet durch einen Blattleiter 20 zur Weiterleitung eines an beliebiger Stelle des Rotorblatts 2 einschlagenden Blitzes 1 zu einem ersten Übertrager 10, der zwischen dem Rotorblatt 2 und der Nabe angeordnet ist, einen Nabenring zur Weiterleitung an einen zweiten Übertrager 11, der zwischen der Nabe 3 und der Gondel 4 angeordnet ist, und an einen dritten Übertrager 12, der zwischen der Gondel 4 und dem Turm 5 im Bereich eines Azimutlagers (nicht dargestellt) angeordnet ist und von dort über eine turmfeste Erdung (nicht dargestellt) zu dem in den Untergrund 7 eingebrachten Tiefenerder 6 führt. Der dadurch gebildete Blitzpfad ist durch Pfeile in 1 symbolisiert. Die Übertrager 10, 11, 12 sind so ausgebildet, dass sie eine sichere Überleitung des Blitzes zwischen den beiden relativ zueinander drehbeweglich angeordneten Komponenten, zwischen denen sie angeordnet sind, gewährleisten.A wind turbine according to the embodiment of the invention comprises a tower 5 up with his foot in a solid ground (ground) 7 is held (s. 1 ). At the top of the tower is a gondola 4 arranged at the front end face (in 1 right) a rotor with rotor blades 2 and a hub 3 is arranged. The rotor is mechanically connected via a drive shaft (not shown) to a generator inside the nacelle 4 is arranged. A lightning arrester system is formed by a sheet conductor 20 for forwarding one at any point of the rotor blade 2 smashing lightning 1 to a first transformer 10 that is between the rotor blade 2 and the hub is arranged, a hub ring for transmission to a second transmitter 11 that's between the hub 3 and the gondola 4 is arranged, and to a third transformer 12 that is between the gondola 4 and the tower 5 in the area of an azimuth bearing (not shown) is arranged and from there via a tower-ground (not shown) to the underground 7 introduced earth electrodes 6 leads. The resulting lightning path is indicated by arrows in 1 symbolizes. The transformers 10 . 11 . 12 are designed so that they ensure a safe transition of the flash between the two relatively rotatably arranged components between which they are arranged.

Nachfolgend wird an einem Beispiel des zweiten Übertragers 11 der Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Blitzübertragers 39 näher erläutert (s. 2). Der Blitzübertrager umfasst eine Kontaktbahn 30, die drehfest zur Gondel 4 angeordnet ist. Ferner umfasst er eine Kontaktrolle 31, die über Haltefedern 32 und einen Halter 33 drehfest an der Nabe angeordnet ist. Die Kontaktbahn 30 ist ringartig ausgeführt, so dass bei Drehung des Rotors die an der Nabe angeordnete Kontaktrolle 31 stets entlang der Kontaktbahn 30 läuft. Die Haltefedern 36 sind so ausgebildet, dass sie mit einer Lagerwelle 34 eines Gleitlagers der Kontaktrolle 31 zusammenwirken. Sie üben eine in Richtung der Kontaktbahn 30 gerichtete Kraft auf die Lagerwelle 34 aus. Die Kontaktrolle 31 wird dadurch bei ihrer Bewegung entlang der Kontaktbahn 30 so fest auf sie gedrückt, dass sie sicher rollt und nicht durchrutscht und dass ein sicherer ohmscher Kontakt mit der Kontaktbahn 30 hergestellt ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel führt der Blitzpfad des Blitzübertragers 39 über den Halter 33, die aus leitfähigem Material bestehenden Haltefedern 32, die Gleitlagerwelle 34, die Kontaktrolle 31 schließlich zur Kontaktbahn 30.The following is an example of the second transformer 11 the structure of a first embodiment of the inventive Blitzübertragers 39 explained in detail (s. 2 ). The flash transmitter comprises a contact track 30 , the non-rotatable to the gondola 4 is arranged. He also includes a contact role 31 that have retaining springs 32 and a holder 33 rotatably mounted on the hub is arranged. The contact track 30 is designed like a ring, so that upon rotation of the rotor disposed on the hub contact roller 31 always along the contact path 30 running. The retaining springs 36 are designed to work with a bearing shaft 34 a sliding bearing of the contact roller 31 interact. You practice one in the direction of the contact path 30 directed force on the bearing shaft 34 out. The contact role 31 becomes characterized by its movement along the contact path 30 pressed so hard on her that she rolls safely and does not slip and that a safe ohmic contact with the contact track 30 is made. In the illustrated embodiment, the lightning path of the Blitzübertragers leads 39 over the holder 33 , the retaining springs made of conductive material 32 , the plain bearing shaft 34 , the contact role 31 finally to the contact track 30 ,

In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel mit den erfindungsgemäßen Blitzübertrager dargestellt. Es unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass anstelle einer Gleitlagerung eine Wälzlagerung vorgesehen ist. Dazu ist die Kontaktrolle 41 hohl ausgeführt. In ihrem Inneren sind zwei Wälzlager 42 angeordnet, die wiederum auf einer gemeinsamen Lagerwelle 44 sitzen. Die Wälzlager 42 sind über einen Isolierring 43 von der Kontaktrolle 41 isoliert. Die Lagerwelle 44 ist zwischen Schenkeln eines U-förmigen Haltebügels 45 angeordnet. Dieser ist mit seinem die beiden Schenkel verbindenden Mittelstück über eine Haltefeder 46 und ein Dämpfungselement 48 mit einem Halter 47 verbunden. Die Haltefeder 46 beaufschlagt über den Haltebügel 45 die Kotaktrolle 41 mit einer von dem Halter 47 weg führenden, in Richtung einer gegenüberliegend angeordneten Kontaktbahn 40 gerichteten Kraft. Der durch diesen Blitzübertrager geschaffene Blitzpfad verläuft wie folgt: Ausgehend von dem Halter 47 wird die elektrische Energie des Blitzes über die Haltefedern 46 zum Haltebügel 45 geführt. Von dort führt der Pfad weiter über die Lagerwelle 44 und einen Luftspalt 49 auf die Innenseite der Kontaktrolle. Abgeführt wird die Blitzenergie über die Außenseite der Kontaktrolle 41, die auf dem Kontaktring 40 abrollt.In 3 a second embodiment is shown with the flash transformer according to the invention. It is different from the one in 2 illustrated embodiment essentially in that instead of a sliding bearing a rolling bearing is provided. This is the contact role 41 hollow executed. Inside are two rolling bearings 42 arranged, in turn, on a common bearing shaft 44 to sit. The rolling bearings 42 are over an insulating ring 43 from the contact role 41 isolated. The bearing shaft 44 is between thighs of a U-shaped retaining bracket 45 arranged. This is with its connecting the two legs center piece via a retaining spring 46 and a damping element 48 with a holder 47 connected. The retaining spring 46 acted on the headband 45 the kota role 41 with one of the holder 47 leading away, in the direction of an oppositely arranged contact track 40 directed force. The lightning path created by this flash transmitter is as follows: Starting from the holder 47 The electrical energy of the flash is the retaining springs 46 for headband 45 guided. From there, the path continues over the bearing shaft 44 and an air gap 49 on the inside of the contact roller. The lightning energy is dissipated via the outside of the contact roller 41 on the contact ring 40 rolls.

In 4 ist ein weiteren Ausführungsbeispiel dargestellt. Anders als bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer als Außenläufer ausgeführten Kontaktrolle ist bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel die Kontaktrolle 51 als Innenläufer ausgeführt. Wie auch in den beiden vorangehenden Ausführungsbeispielen ist ein Halter 57 sowie eine (oder mehrere) Haltefeder 56 vorgesehen. Die Haltefeder 56 wirkt auf ein Haltegehäuse 55, das hohl ausgeführt ist und an seinen Stirnseiten jeweils ein Wälzlager 52 aufweist. Die Wälzlager 52 sind über einen Isolierring 53 auf der Kontaktrolle 51 gelagert. Die Kontaktrolle 51 ist in mehrere Abschnitte untergliedert. Ausgehend von einem (in 4 dem unteren) Ende weist sie einen Kontaktabschnitt 58, einen ersten Lagerungsabschnitt mit einem kleineren Durchmesser, einen Funkenstreckenabschnitt mit einem etwa ähnlichen Durchmesser, einen zweiten Lagerungsabschnitt mit kleinem Durchmesser und schließlich einen Rollabschnitt 54 mit größerem Durchmesser auf. Die Isolierringe 53 sitzen auf den ersten und zweiten Lagerabschnitten. Die dazwischen liegende Funkenstreckenabschnitt ist in seinem Außendurchmesser auf die Innenabmessungen des Lagergehäuses 55 in der Weise abgestimmt, dass sich ein Spalt von wenigen Zehntel Millimetern (im Ausführungsbeispiel 0,1 mm) ergibt. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, im Bedarfsfall Blitzenergie über die dadurch gebildete Funkenstrecke 59 auf die Kontaktrolle 51 zu übertragen, wobei die auftretende Überschlagsspannung auf Grund des geringen Spaltabstands niedrig und für die elektrischen Komponenten der Windenergieanlage gut verträglich ist. Die Kontaktrolle 51 rollt mit ihrem Rollabschnitt 54 auf der Kontaktbahn 50 ab. Zur elektrischen Kontaktierung ist eine Bürsteneinrichtung vorgesehen. Sie umfasst eine Bürste 60 mit einer daran angeschlossenen Anschlussleitung. Die Bürste 60 wirkt vorzugsweise auf den Außendurchmesser des Kontaktabschnitts 58 ein. Damit wird eine gut leitfähige, niederohmige Verbindung erreicht. Auf Grund des geringeren Durchmessers ist der Umfang des Kontaktabschnitts kleiner als der des Rollabschnitts 54, so dass die Bürste 60 auf dem Kontaktabschnitt 58 eine geringere Strecke zurücklegt als der Rollabschnitt 54 auf der Kontaktbahn 50. Dadurch verringert sich der Verschleiß der Bürste 60, so dass auch bei sehr großen Windenergieanlagen mit entsprechend groß bemessenen mechanischen Komponenten die Bürste 60 keinem erhöhten Verschleiß unterliegt. Eine weitere Verringerung der Laufstrecke der Bürsten kann mittels der in 4 gestrichelt dargestellten alternativen Anord nung der Bürste 60' erreicht werden. Anders als die Bürste 60 wirkt sie nicht auf den Außendurchmesser des Kontaktabschnitts 58, sondern auf dessen Stirnseite. Je nach Positionierung der Bürste 60' verringert sich der für sie wirksame Umfang und damit ihre Laufstrecke noch weiter.In 4 a further embodiment is shown. Unlike the one in 3 illustrated embodiment with a designed as an external rotor contact roller is in the in 4 illustrated embodiment, the contact roller 51 designed as an internal rotor. As in the two preceding embodiments is a holder 57 and one (or more) retaining spring 56 intended. The retaining spring 56 acts on a holding housing 55 , which is executed hollow and at its end faces ever because a rolling bearing 52 having. The rolling bearings 52 are over an insulating ring 53 on the contact role 51 stored. The contact role 51 is divided into several sections. Starting from a (in 4 the lower end) has a contact section 58 a first storage portion with a smaller diameter, a spark gap portion with an approximately similar diameter, a second storage portion with a small diameter and finally a rolling portion 54 with a larger diameter. The insulating rings 53 sit on the first and second bearing sections. The intervening spark gap section is in its outer diameter to the inner dimensions of the bearing housing 55 adjusted in such a way that results in a gap of a few tenths of a millimeter (in the embodiment, 0.1 mm). This creates the possibility, if necessary, flash energy over the spark gap formed thereby 59 on the contact role 51 due to the small gap distance, the resulting flashover voltage is low and well tolerated by the electrical components of the wind turbine. The contact role 51 rolls with her roll section 54 on the contact track 50 from. For electrical contacting a brush device is provided. It includes a brush 60 with a connecting cable connected to it. The brush 60 preferably acts on the outer diameter of the contact portion 58 one. This achieves a good conductive, low-resistance connection. Due to the smaller diameter, the circumference of the contact portion is smaller than that of the rolling portion 54 so the brush 60 on the contact section 58 travels a shorter distance than the rolling section 54 on the contact track 50 , This reduces the wear of the brush 60 so that even with very large wind turbines with correspondingly large-sized mechanical components, the brush 60 is not subject to increased wear. A further reduction of the running distance of the brushes can be achieved by means of the in 4 dashed lines shown alternative Anord tion of the brush 60 ' be achieved. Unlike the brush 60 it does not affect the outer diameter of the contact section 58 but on its front side. Depending on the position of the brush 60 ' Reduces the extent effective for them and thus their running distance even further.

Die bereits beschriebene zusätzliche Funkenstrecke 59 hat den Vorteil, dass sie parallel zu der Verbindung mit der Bürste 60 eine hochohmige Verbindung bereitstellt. Dies dient als zusätzliche Sicherheit bei einem Ausfall der Bürste und erhöht die Übertragungssicherheit bei sehr hohen Blitzenergien.The already described additional spark gap 59 has the advantage of being parallel to the connection with the brush 60 provides a high-impedance connection. This serves as additional security in case of a failure of the brush and increases the transmission reliability at very high flash energies.

In 5 ist ein Ausführungsbeispiel für die Anordnung der erfindungsgemäßen Blitzübertrager an einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage dargestellt. Dargestellt sind die Rotornabe 3 mit ihrem Spinnergehäuse, die daran angeordneten Rotorblätter 2 mit ihren Blattwurzeln, ein Teil der Gondel 4 sowie ein oberer Teil des Turms 5. Zur Übertragung der Blitzenergie zwischen den Rotorblättern 2 und der Rotornabe 3 ist ein Übertrager gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehen. Man erkennt in der zum Teil freigeschnittenen Darstellung des unteren Rotorblatts 2 einen Bereich des Kontaktrings 40, Ferner ist schematisch dargestellt die auf dem Kontaktring 40 ablaufende Kontaktrolle 41. Mit der Kontaktrolle 41 sind schematisch dargestellte Blitzaufnehmer 20 der Rotorblätter verbunden. Mehrere Übertrager gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel sind an dem Übergang zwischen Rotornabe 3 und Gondel 4 vorgesehen, von denen einer dargestellt ist. Der Kontaktring 50 ist drehfest an der Gondel 4 angeordnet. Auf ihm läuft die Kontaktrolle 51 ab, die über die Bürste 60 kontaktiert ist. Zusätzlich ist ein hochohmiger Kontakt über eine im Haltegehäuse 55 angeordnete Funkenstrecke 59 vorgesehen. Der Kontaktring 40 ist mittels nicht dargestellter Verbindungen elektrisch leitend mit der Bürste 60 bzw. dem Haltegehäuse 55 verbunden. Der Kontaktring 50 ist in nicht dargestellter Weise über einen weiteren Übertrager mit dem Turm 5 und weiter mit dem Untergrund 7 verbunden und dort geerdet.In 5 an embodiment of the arrangement of the flash transformer according to the invention is shown on a wind turbine according to the invention. Shown are the rotor hub 3 with its spinner housing, the rotor blades arranged thereon 2 with their blade roots, part of the gondola 4 as well as an upper part of the tower 5 , For transmitting the flash energy between the rotor blades 2 and the rotor hub 3 a transformer according to the second embodiment is provided. It can be seen in the partly cutaway representation of the lower rotor blade 2 an area of the contact ring 40 Furthermore, the schematic is shown on the contact ring 40 expiring contact role 41 , With the contact role 41 are schematically illustrated lightning sensors 20 the rotor blades connected. Several transformers according to the third embodiment are at the transition between rotor hub 3 and gondola 4 provided, one of which is shown. The contact ring 50 is rotatable at the gondola 4 arranged. On it runs the contact role 51 off that over the brush 60 is contacted. In addition, a high-impedance contact via a in the holding housing 55 arranged spark gap 59 intended. The contact ring 40 is by means not shown connections electrically conductive with the brush 60 or the holding housing 55 connected. The contact ring 50 is in a manner not shown on another transformer with the tower 5 and continue with the underground 7 connected and grounded there.

Claims (9)

Windenergieanlage mit einem Turm (5) zur Befestigung in einem Untergrund (7) und einer darauf angeordneten Gondel (4), an der ein Rotor mit einer Nabe (3) und Rotorblättern (2) drehbar angeordnet ist und einen in der Gondel (4) angeordneten Generator (8) antreibt, wobei eine Blitzableitanlage zur Ableitung elektrischer Energie eines eingeschlagenen Blitzes in den Untergrund (7) vorgesehen ist, deren Blitzpfad von den Rotorblättern (2) und der Nabe (3) über die Gondel (4) zum Turm (5) führt und mindestens einen Blitzübertrager (10, 11, 12) zur Überleitung zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Komponenten der Windenergieanlage aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Seite des Blitzübertragers (10, 11, 12) eine Kontaktbahn (30, 40, 50), die mit dem Blitzpfad verbunden ist, und an der anderen Seite des Blitzübertragers eine darauf ablaufende Kontaktrolle (31, 41, 51), die mittels einer Fremdkraft beaufschlagt in Anlage an die Kontaktbahn (30, 40, 50) gehalten ist, und ein Kontaktelement (34, 49, 60) zur elektrischen Verbindung der Kontaktrolle (31, 41, 51) mit dem Blitzpfad vorgesehen sind.Wind turbine with a tower ( 5 ) for mounting in a subsoil ( 7 ) and a gondola arranged thereon ( 4 ), on which a rotor with a hub ( 3 ) and rotor blades ( 2 ) is rotatably mounted and one in the nacelle ( 4 ) arranged generator ( 8th ), wherein a lightning arrester for dissipating electrical energy of a lightning strike into the ground ( 7 ), whose lightning path from the rotor blades ( 2 ) and the hub ( 3 ) over the gondola ( 4 ) to the tower ( 5 ) and at least one flash transmitter ( 10 . 11 . 12 ) for the transfer between two relatively movable components of the wind turbine, characterized in that on one side of the Blitzübertragers ( 10 . 11 . 12 ) a contact track ( 30 . 40 . 50 ), which is connected to the lightning path, and on the other side of the Blitzübertragers a run on it contact role ( 31 . 41 . 51 ), which is acted upon by an external force in contact with the contact track ( 30 . 40 . 50 ), and a contact element ( 34 . 49 . 60 ) for the electrical connection of the contact roller ( 31 . 41 . 51 ) are provided with the lightning path. Windenergieanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Fremdkraftbeaufschlagung eine Feder (36, 46, 56) vorgesehen ist.Wind energy plant according to claim 1, characterized in that for Fremdkraftbeaufschlagung a spring ( 36 . 46 . 56 ) is provided. Windenergieanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Feder gesondertes oder mit ihr kombiniertes Dämpfungselement (48) vorgesehen ist.Wind energy plant according to claim 2, characterized in that a separate from the spring or combined with her damping element ( 48 ) is provided. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktrolle (31) über ein Gleitlager (34) gelagert ist, das als Kontaktelement fungiert.Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized in that the contact roller ( 31 ) via a plain bearing ( 34 ), which acts as a contact element. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch isoliertes Wälzlager (42, 52) für die Kontaktrolle (41, 51) vorgesehen ist.Wind energy plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that an electrically isolated rolling bearing ( 42 . 52 ) for the contact role ( 41 . 51 ) is provided. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (60) sich im ohmschen Kontakt mit der Kontaktrolle (51) befindet.Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized in that the contact element ( 60 ) in ohmic contact with the contact roller ( 51 ) is located. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kontaktierung der Kontaktrolle (41, 51) eine Funkenstre cke (49, 59) vorgesehen ist.Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized in that for contacting the contact roller ( 41 . 51 ) a spark gap ( 49 . 59 ) is provided. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktrolle (51) als Innenläufer ausgeführt ist.Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized in that the contact roller ( 51 ) is designed as an internal rotor. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktrolle als Außenläufer (41) ausgeführt ist.Wind energy plant according to one of claims 1 to 7, characterized in that the contact roller as external rotor ( 41 ) is executed.
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