DE102005051537A1

DE102005051537A1 - Lightning arrester system attaching method for use in wind energy plant, involves attaching replacing top to separation line and rotor blade, and connecting electrical line with ground, where line is electrically connected to replacing top

Info

Publication number: DE102005051537A1
Application number: DE102005051537A
Authority: DE
Inventors: Christoph Lucks
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2007-05-03

Abstract

The method involves separating a top (I) of a rotor blade (1) along a given dividing line (2) and attaching a replacing top (II) which is made of electrically conducting material, to the separation line and to the rotor blade, where the replacing top is formed as a lightning catcher and is adjusted to the form of the rotor blade. An electrical line is connected with a ground, where the line is electrically connected to the replacing top. The blade is provided in a position in which the blade is extended from a hub of a wind energy plant. An independent claim is also included for a replaceable top for a rotor blade of a wind energy plant.

Description

Die Erfindung betrifft den Rotor einer Windkraftanlage, genauer dessen Schutz vor Blitzeinschlag.The The invention relates to the rotor of a wind turbine, more precisely Protection against lightning strike.

Es ist bekannt, dass Blitze häufig in den höchst gelegenen Punkt des Gebietes einschlagen. Windenergieanlagen – und vor allem die Rotorblätter – sind aufgrund ihrer exponierten Lage in besonderem Maße blitzgefährdet. Aus diesem Grund werden moderne Rotorblätter üblicherweise bereits bei deren Herstellung mit einem Blitzschutzsystem ausgerüstet.It It is known that lightning is common in the highest take in the area of the area. Wind turbines - and before all the rotor blades - are due their exposed position is particularly prone to lightning. For this reason, modern Rotor blades usually already equipped with a lightning protection system during their manufacture.

Das Baukonzept der üblicherweise in einem Rotorblatt eingesetzten Blitzschutzsysteme ist ähnlich: Es besteht aus einem oder mehreren, im Bereich der nabenabgewandten Rotorblattspitzte angeordneten Blitzfängern, die über einen Leiter mit der Maschine, genauer mit einer Erdung, verbunden sind. Ein Beispiel für ein solches Blitzschutzsystem ist in der DE 295 22 152 angegeben.The construction concept of the lightning protection systems usually used in a rotor blade is similar: It consists of one or more lightning arresters arranged in the region of the rotor blade tip remote from the hub, which are connected to the machine via a conductor, more precisely to a grounding. An example of such a lightning protection system is in DE 295 22 152 specified.

Bei bekannten Blitzschutzsystemen variiert die konstruktive Ausgestaltung. Weniger bewährt haben sich Systeme, bei denen der Blitzfänger als Blechkonstruktionen ausgeführt ist und die Anbindung und die Dauerfestigkeit der Blitzleiter ungenügend sind.at known lightning protection systems varies the structural design. Less proven have systems in which the flash catcher as sheet metal constructions accomplished is and the connection and fatigue strength of the lightning conductors are insufficient.

In besonderem Maße bewährt haben sich Systeme mit einem massiven Blitzfänger, der bei der Herstellung des Rotorblattes im Bereich der Blattspitze angebracht ist und über einen dauerfesten Leiter mit einer der Windenergieanlage, bzw. mit einer dort vorgesehenen Erdung, verbunden ist.In special size proven have systems with a massive flash catcher in the production of the rotor blade is mounted in the area of the blade tip and over a Permanent conductor with one of the wind turbine, or with a provided there ground, connected.

Es zeigte sich, dass Rotoren besonders schadensauffällig sind, die kein Blitzschutzsystem haben. Ebenso schadensauffällig sind auch Rotoren mit einem defekten Blitzschutzsystem, insbesondere einem System der o.g. Art mit einem Blitzfänger als Blechkonstruktion.It showed that rotors are particularly damaging, which have no lightning protection system. Likewise damaging are also rotors with a defective lightning protection system, in particular a System of the o.g. Kind with a lightning catcher as sheet metal construction.

Der in Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, die Betriebssicherheit und technische Verfügbarkeit eines Rotors, der kein oder ein defektes Blitzschutzsystem hat, herzustellen bzw. zu erhöhen. Insbesondere soll ein einfaches Verfahren für eine Nachrüstung bestehender Windkraftanlagen mit einem Blitzschutzsystem angegeben werden. Ferner soll eine Austauschspitze für ein bestehendes Rotorblatt angegeben werden, welche für eine Nachrüstung eines Blitzschutzsystems geeignet ist.Of the specified in claim 1 invention is based on the problem the operational safety and technical availability of a rotor, the no or a defective lightning protection system has to manufacture or to increase. In particular, a simple method for retrofitting existing wind turbines be specified with a lightning protection system. Furthermore, an exchange tip for a existing rotor blade are specified, which for retrofitting a Lightning protection system is suitable.

Das Problem wird durch ein Verfahren mit den in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Hinsichtlich der Austauschspitze ist eine Lösung des Problems in Patentanspruch 4 angegeben.The Problem is solved by a method having the features listed in claim 1. Regarding the exchange tip is a solution the problem specified in claim 4.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben.advantageous Further developments of the method are in the subclaims 2 and 3 indicated.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein Blitzschutzsystem einer grundsätzlich bewährten Art nachträglich in einen Rotor eingebaut werden kann. Die Nachrüstung kann ohne eine Demontage des Rotors an der errichteten Windenergieanlage vorgenommen werden. Damit ist der Aufwand für die Nachrüstung auch unter wirtschaftlichen Aspekten sinnvoll. Unter einer Erdung im Sinne dieser Erfindung ein maschinenseitiger Anschluss an eine geeignete Abführung für Blitzstrom an Masse zu verstehen. Diese kann insbesondere durch eine direkt mit Erde verbundene Leitung oder auch ein über eine Funkenstrecke angeschlossene Ableitung sein.The particular advantages of the invention are that a lightning protection system of a basically proven type later in a Rotor can be installed. Retrofitting can be done without disassembly of the rotor at the erected wind turbine. This is the effort for the retrofit also makes economic sense. Under a grounding in the sense of this invention, a machine-side connection to a suitable exhaustion for lightning current to understand mass. This can be done in particular by a direct connected to ground line or also connected via a spark gap Be derivative.

Die in Patentanspruch 2 angegebene Weiterbildung des Verfahrens erlaubt eine einfache Nachrüstung mit einem Blitzschutzsystem. Die Rotorblätter der Windkraftanlagen sind innen hohl und von der Nabe des Rotors her über einen Wartungszugang zugänglich. So kann bspw. ein im Innern des Rotorblattes geführter elektrischer Leiter (Blitzleiter) mit einem ggf. in der Nabe vorhandenen Erdungsanschluss verbunden und einfach durch das Innere des Rotors „fallen gelassen" werden. An der abgetrennten Spitze tritt dieser Leiter dann aus dem Rotorblatt aus und kann an die Austauschspitze angeschlossen werden. Diese Art der Montage ist einfach und vor allem ohne Demontage des Rotorblattes möglich.The allowed specified in claim 2 development of the method a simple retrofit with a lightning protection system. The rotor blades of the wind turbines are inside hollow and accessible from the hub of the rotor via a maintenance access. Thus, for example, a guided inside the rotor blade electrical conductor (lightning conductor) connected to a possibly existing in the hub ground connection and simply "dropped" by the inside of the rotor Tip this ladder then emerges from the rotor blade and can connected to the exchange tip. This type of assembly is easy and especially without disassembly of the rotor blade possible.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist im Patentanspruch 3 angegeben. Diese Weiterbildung ermöglicht es, für die jeweiligen Rotortypen bestehender Windkraftanlagen ohne Blitzschutzsystem oder mit unzureichendem oder beschädigten Blitzschutzsystem eine Austauschspitze vorzufertigen, die durch angelernte Hilfskräfte mit einer jeweils geeigneten elektrischen Leitung (Blitzleiter) durch Anschließen an die Erdung auf einfache Weise zu einem Blitzschutzsystem verbaut werden kann.A Another advantageous embodiment of the method is in the claim 3 indicated. This training makes it possible for the respective rotor types existing wind turbines without lightning protection system or with insufficient or damaged Lightning protection system to prefabricate an exchange tip, which through semi-skilled assistants with a suitable electrical cable (lightning conductor) by connecting connected to the ground in a simple way to a lightning protection system can be.

In Anspruch 4 schließlich ist eine Austauschspitze angegeben, die sich insbesondere gut für die Durchführung des beanspruchten Verfahrens eignet.In Claim 4 finally a replacement point is specified, which is particularly good for the implementation of the claimed method.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:Further Advantages and features of the invention will become apparent from the following Description of exemplary embodiments with reference to the attached figures. Showing:

1a) bis 1d) schematisch die Schritte des Ersetzens einer vorhandene Blattspitze eines Rotorblattes durch eine als Blitzfänger ausgebildete Blattspitze, 1a ) to 1d ) schematically the steps of replacing an existing blade tip of a rotor blade by a blade tip designed as a flash catcher,

2a) bis 2d) schematisch jeweils ein Rotorblatt mit eingesetzter Austauschspitze, wobei unterschiedliche Möglichkeiten der Führung der elektrischen Leitung zum Ableiten des Blitzstromes gezeigt sind, 2a ) to 2d ) schematically each show a rotor blade with inserted exchange tip, wherein different ways of guiding the electrical line to derive the lightning current are shown,

3a) und 3b) zwei Möglichkeiten der Ausbildung einer massiven oder hohlen Austauschspitze mit unterschiedlichen Leiterführung und 3a ) and 3b ) Two ways of forming a massive or hollow exchange tip with different wire routing and

4a) bis 4c) unterschiedliche Ausgestaltungen von Austauschspitzen mit einer Führung der elektrischen Leitung auf der Außenseite des Rotorblattes. 4a ) to 4c ) Different embodiments of exchange tips with a guide of the electrical line on the outside of the rotor blade.

In den Figuren sind gleiche bzw. gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind schematische Darstellungen und keinesfalls maßstabsgetreu.In The figures are the same or equivalent elements with the same Provided with reference numerals. The figures are schematic representations and by no means true to scale.

In 1 ist schematisch der grundsätzliche Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Von links nach rechts wird an einem bestehenden Rotorblatt 1 zunächst ent lang einer vorgebbaren Trennlinie 2 die ursprüngliche Rotorblattspitze I mittels üblicher Trennverfahren, wie Schneiden, Sägen oder dergleichen, abgetrennt (1a). Die ursprüngliche Rotorblattspitze I wird dann entfernt (1b). Anschließend wird eine Austauschspitze II aus einem elektrisch leitfähigem Material, die in ihrer Form an die Geometrie der ursprünglichen Spitze I angepasst ist, auf das offene Ende des Rotorblattes aufgesetzt (1c) und dort fixiert (1d).In 1 is shown schematically the basic sequence of the method according to the invention. From left to right is on an existing rotor blade 1 initially ent long a predetermined dividing line 2 the original rotor blade tip I by means of conventional separation methods, such as cutting, sawing or the like, separated ( 1a ). The original rotor blade tip I is then removed ( 1b ). Subsequently, a replacement tip II made of an electrically conductive material, which is adapted in shape to the geometry of the original tip I, placed on the open end of the rotor blade ( 1c ) and fixed there ( 1d ).

In dieser Darstellung nicht gezeigt, ist dass zwischen den in 1c) und 1d) dargestellten Schritten noch ein mit der Austauschspitze II elektrisch verbundener, elektrischer Leiter III (vgl. 2, 3 und 4) mit einer geeigneten Erdung verbunden wird. Diese Erdung kann grundsätzlich in der Windkraftanlage bereits vorhanden oder erst im Zuge der Nachrüstung als Anschluss geschaffen worden sein.Not shown in this illustration is that between the in 1c ) and 1d ) steps shown yet another electrically connected to the exchange tip II, electrical conductor III (see. 2 . 3 and 4 ) is connected to a suitable ground. In principle, this grounding can already be present in the wind power plant or can only have been created as a connection in the course of retrofitting.

In 2a) bis 2d) sind vier mögliche Varianten dargestellt, die Austauschspitze II über den elektrischen Leiter (die elektrischen Leiter) III mit der Erdung zu verbinden.In 2a ) to 2d ) four possible variants are shown to connect the exchange tip II via the electrical conductor (the electrical conductor) III to the ground.

In der in 2a) dargestellten Lösung erfolgt die Ableitung des Blitzstroms über Leiter III an der Außenseite des Blattkörpers, konzentriert im Bereich der Vorder- und Hinterkante, und einen Anschluss an einen außen liegenden Metallring, der wiederum einen Erdungsanschluss IV bildet.In the in 2a ) dissipation of the lightning current via conductor III on the outside of the blade body, concentrated in the region of the front and rear edge, and a connection to an outer metal ring, which in turn forms a ground terminal IV.

In 2b) erfolgt die Ableitung des Blitzstroms an der Außenseite des Blattkörpers über flächige auf einer oder beiden Blattseiten angebrachte Leiter III sowie einen Anschluss der Leiter an einen außen liegenden Metallring, der wiederum den Erdungsanschluss IV bildet.In 2 B ), the discharge of the lightning current on the outside of the blade body via flat mounted on one or both leaf sides conductor III and a connection of the conductor to an outer metal ring, which in turn forms the ground terminal IV.

In 2c) erfolgt die Ableitung des Blitzstromes über einen innen liegenden Leiter III, der nach außen auf einen Me tallring geführt wird. Der Metallring bildet auch hier den Erdungsanschluss IV.In 2c ), the derivative of the lightning current via an inner conductor III, which is out to a Me tallring out on a Me. The metal ring also forms the ground connection IV.

In 2d) erfolgt die Ableitung des Blitzstromes über einen innen liegenden Leiter III und einen Anschluss an einen Bolzen oder ein Maschinenteil. Der letztgenannte Anschluss bildet hier den Erdungsanschluss IV.In 2d ), the dissipation of the lightning current via an inner conductor III and a connection to a bolt or a machine part. The latter connection forms here the ground connection IV.

In 3a) und 3b) bzw. 4a) bis 4c) sind unterschiedliche Varianten von möglichen Austauschspitzen II gezeigt.In 3a ) and 3b ) respectively. 4a ) to 4c ) Different variants of possible exchange tips II are shown.

3a) zeigt eine massive Austauschspitze II mit angeschlossenem innen liegenden Leiter III in Form eines Kabels (entsprechend verwendbar gemäß 2c) bzw. 2d)). In 3b) ist eine hohle Austauschspitze II mit einem innen liegenden Leiter III in Form eines flachen Litzen- oder Metallbandes gezeigt. Auch diese Austauschspitze II ist für eine Verwendung entsprechend 2c) bzw. 2d) geeignet. In beiden vorgenannten Fällen erfolgt die mechanische Anbindung über die schraffiert dargestellte Anbindungsfläche, die als Rezess ausgebildet ist. 3a ) shows a massive exchange tip II with a connected inside conductor III in the form of a cable (according to usable in accordance with 2c ) respectively. 2d )). In 3b ), a hollow exchange tip II with an inner conductor III in the form of a flat strand or metal strip is shown. This replacement tip II is also suitable for use 2c ) respectively. 2d ) suitable. In both aforementioned cases, the mechanical connection via the hatched area shown connecting surface, which is designed as a recess.

In 4a) bis 4c) ist jeweils eine hohle Austauschspitze mit einem Leiter III zur Führung des Blitzstromes außen am Blattkörper dargestellt. Die mechanische Anbindung erfolgt hier über die schraffiert dargestellte Anbindungsfläche. In 4a) ist eine Möglichkeit für eine Anbindung eines auf der Vorderkante des Rotors geführten Leiter III, in 4b) für eine Anbindung eines auf der Hinterkante des Rotors geführten Leiter III, in 4c) schließlich für eine Anbindung eines auf den beiden flachen Außenflächen des Rotors gezeigt. Diese Beispiele eignen sich prinzipiell zur Verwendung in den in 2a) und 2b) gezeigten bzw. ähnlichen Varianten.In 4a ) to 4c ) is in each case a hollow exchange tip with a conductor III for guiding the lightning current outside of the blade body shown. The mechanical connection is made here via the hatched area shown attachment. In 4a ) is a possibility for a connection of a guided on the leading edge of the rotor conductor III, in 4b ) for a connection of a guided on the trailing edge of the rotor conductor III, in 4c ) Finally, for a connection of one shown on the two flat outer surfaces of the rotor. These examples are suitable in principle for use in the in 2a ) and 2 B ) shown or similar variants.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nicht beschränkend, sondern dienen lediglich der Erläuterung. Insbesondere können einzelne der hier gezeigten Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele in für den Fachmann erkennbar sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden.The shown embodiments are not limiting, but are merely illustrative. In particular, you can single of the features shown here of different embodiments in for the expert recognizable meaningful way combined with each other.

11: Rotorblattrotor blade
22: Trennlinieparting line
II: RotorblattspitzeRotor blade tip
IIII: Austauschspitzeexchange tip
IIIIII: elektrische Leitungelectrical management
IVIV: Erdungsanschlussground connection

Claims

Method for retrofitting a lightning protection system in at least one rotor blade of an existing wind turbine with the following steps: a) separating the tip of at least a rotor blade along a predeterminable separation line, b) Applying adapted to the shape of the rotor blade, designed as a lightning trap Replacement tip of an electrically conductive material at the parting line and attach it to the rotor blade, c) connecting one at the exchange tip electrically connected electrical line with a grounding.

Method according to claim 1, characterized in that that it is carried out on a rotor blade, which is in a Position is in which it is starting from the hub of the Wind turbine extends substantially vertically to the bottom.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that as an exchange tip such is used in their shape to the shape of the original to be separated Tip of the rotor blade is adjusted.

Exchange tip for a rotor blade ( 1 ) of an existing wind turbine for use in a subsequent device of a lightning protection in the wind turbine, characterized in that it consists of an electrically conductive material in shape to the geometry of the original tip (I) of the rotor blade ( 1 ) and having a terminal (III, IV) for electrically connecting the electrically conductive material to a ground of the wind turbine.