DE102013216344A1 - Method for monitoring a lightning arrester device - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Verfahren und eine Anordnung (20) zum Überwachen einer Blitzableitereinrichtung (12) vorgestellt. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass bei Blitzeinschlag mit mindestens einem Wärmesensor eine Erwärmung aufgenommen wird.A method and an arrangement (20) for monitoring a lightning arrester device (12) are presented. In the method, it is provided that during lightning strike with at least one thermal sensor, a heating is absorbed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Blitzableitereinrichtung und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for monitoring a lightning arrester device and an arrangement for carrying out the method.
Stand der TechnikState of the art
Unter einem Blitz ist eine natürliche Funkentladung zwischen verschieden geladenen Wolken oder zwischen einer Wolke und der Erde zu verstehen. Blitze bedeuten für Objekte, wie bspw. Gebäude und Fahrzeuge, sowie für Menschen und Tiere eine Gefährdung. Daher werden Vorrichtungen zum Schutz, insbesondere in Gebäuden, eingesetzt. Es ist bspw. der Einsatz von Blitzableitern bekannt, die regelmäßig aus Fangleitungen, Gebäudeleitungen und Erdleitungen bestehen. Die Gebäudeleitungen verbinden die Fangleitungen mit den Erdleitungen. Die Wirkung eines Blitzableiters besteht darin, dass der Blitz stets den am besten leitenden Weg wählt.A lightning is a natural radio discharge between differently charged clouds or between a cloud and the earth to understand. Lightning means a risk to objects, such as buildings and vehicles, as well as to humans and animals. Therefore, devices for protection, especially in buildings, used. It is known, for example, the use of lightning conductors, which regularly consist of fishing lines, building management and grounding. The building lines connect the trapping lines with the ground lines. The effect of a lightning arrester is that the lightning always selects the best conductive path.
Im Jahr 2010 wurden 1.349.049 Blitze in Deutschland registriert. Jedoch schlagen nur 10% aller Blitze in den Boden ein. Allerdings verursacht dieser Bruchteil jedes Jahr Schäden in Höhe von mehreren Millionen Euro. So sind Blitzeinschläge für Haus- und Waldbrände verantwortlich oder zerstören elektronische Geräte. Als besonders gefährdet werden hohe, freistehende Bauwerke aus Metall eingestuft. Dazu zählen nicht nur Funk- und Hochspannungsmasten, sondern auch zunehmend Windenergieanlagen. Inzwischen werden in Deutschland mehr als 22.000 solcher Anlagen mit steigender Tendenz betrieben.In 2010, 1,349,049 lightning strikes were registered in Germany. However, only 10% of all lightning strikes the ground. However, this fraction causes damages of several million euros every year. Thus, lightning strikes are responsible for house and forest fires or destroy electronic devices. High-grade, freestanding structures made of metal are classified as particularly endangered. This includes not only radio and high voltage pylons, but also increasingly wind turbines. In the meantime, more than 22,000 such systems are operating in Germany with an upward trend.
Die Unberechenbarkeit der Blitze stellt für die Windenergie-Branche ein schwerwiegendes Problem dar. Blitzeinschläge in Windenergieanlagen führen bspw. dazu, dass beschädigte Rotorblätter brechen und regelmäßig vollständig ausgetauscht werden müssen. Doch nicht immer ist der Schaden nach einem Unwetter offensichtlich. So kann ein Einschlag auch feinste Risse im Blatt oder Verschmelzungen in der Mechanik hinterlassen. Für Windpark-Betreiber bedeutet diese Ungewissheit, dass die Anlagen in kurzen Zeitabständen regelmäßig geprüft werden müssen. Dies ist insbesondere bei Offshore-Anlagen sehr zeit- und kostenintensiv.The unpredictability of the lightning is a serious problem for the wind energy industry. Lightning strikes in wind turbines, for example, cause damaged rotor blades to break and have to be completely replaced regularly. But not always the damage after a storm is obvious. Thus, an impact can leave even the finest cracks in the sheet or merging in the mechanics. For wind farm operators, this uncertainty means that the plants have to be regularly checked at short intervals. This is very time-consuming and cost-intensive, especially for offshore installations.
Um eine dauerhafte Verfügbarkeit der Windenergieanlage und besonders ihrer elektrischen Komponenten zu gewährleisten, ist ein ausreichendes Blitz- und Überspannungskonzept notwendig. Die Kosten hierfür belaufen sich auf ca. 1% der Gesamtinvestitionssumme der Anlage. Neuanlagen sind größtenteils mit einem Blitzschutzkonzept ausgestattet, dies kann jedoch noch verbessert werden. Dabei tritt der Schutz von Elektronik und Elektrik immer mehr in den Vordergrund. Anlagen mit Turmhöhen von bis zu 90 m und einem Rotordurchmesser von 70 m erleiden jährlich, je nach Standort, rund 10 Blitzeinschläge. Insbesondere ist hierbei von Bedeutung, zeitnah Informationen über Blitze zu liefern.In order to ensure a permanent availability of the wind energy plant and especially of its electrical components, a sufficient lightning and overvoltage concept is necessary. The costs for this amount to about 1% of the total investment of the plant. New plants are mostly equipped with a lightning protection concept, but this can still be improved. The protection of electronics and electrics is increasingly coming to the fore. Installations with tower heights of up to 90 m and a rotor diameter of 70 m suffer about 10 lightning strikes a year, depending on the location. In particular, it is important to provide timely information about lightning.
Es ist bekannt, Blitzeinschläge zu überwachen, indem Magnetfelder entweder direkt oder indirekt (Faraday Effekt) analysiert werden. So werden z. B. gepulste Lichtsignale durch eine Glasfaser geleitet, die durch das beim Blitzeinschlag entstehende Magnetfeld beeinflusst werden.It is known to monitor lightning strikes by analyzing magnetic fields either directly or indirectly (Faraday effect). So z. B. pulsed light signals passed through a glass fiber, which are affected by the resulting magnetic field during lightning strike.
Ein häufiges Problem stellen defekte Blitzableitersysteme dar, die dazu führen, dass die Energie, die bei einem Blitzeinschlag freigesetzt wird, nicht über das Blitzableitersystem abgeleitet wird, sondern durch andere Komponenten der Windenergieanlage fließt und diese dabei stark beschädigt oder sogar zerstört.A common problem is defective lightning arrester systems, which cause the energy that is released in a lightning strike is not discharged through the lightning rod system, but flows through other components of the wind turbine and this greatly damaged or even destroyed.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 7 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.Against this background, a method with the features of claim 1 and an arrangement according to claim 7 are presented. Embodiments result from the dependent claims and the description.
Es ist somit vorgesehen, mittels mindestens eines Wärmesensors wenigstens ein Wärmebild zu erstellen und anhand des wenigstens einen Wärmebildes ggf. auftretende Schäden zu erkennen. Hierzu wird das wenigstens eine Wärmebild ausgewertet. Das Wärmebild entsteht durch die Erfassung einer Erwärmung. Dieses Wärmebild zeigt die Wärmeverteilung in einem räumlichen Bereich, je nach Bedarf zweidimensional oder dreidimensional. Mit der Erfassung von Erwärmungen über einen Zeitraum lässt sich eine Wärmeentwicklung aufnehmen. In einer Ausführung liegt eine Reihe von Wärmebildern vor, die unterschiedliche Abschnitte der zu schützenden Anlage zusammen mit der Blitzableitereinrichtung ggf. zu unterschiedlichen, in der Regel aufeinanderfolgenden Zeitpunkten darstellen. Damit kann die Auswirkung eines Blitzes auf unterschiedliche Abschnitte und auch deren zeitliche Entwicklung erfasst werden. Das vorgestellte Verfahren ist mit der beschriebenen Anordnung durchzuführen.It is thus provided to create at least one thermal image by means of at least one thermal sensor and to recognize any damage that may occur on the basis of the at least one thermal image. For this purpose, the at least one thermal image is evaluated. The thermal image is created by detecting a warming. This thermal image shows the heat distribution in a spatial area, as needed two-dimensional or three-dimensional. With the detection of warming over a period of time, heat can be absorbed. In one embodiment, there is a series of thermal images that represent different sections of the system to be protected together with the lightning arrester device, if necessary, at different, generally successive points in time. Thus, the effect of lightning on different sections and their temporal evolution can be recorded. The presented method is to be carried out with the described arrangement.
In einer Ausführung wird ein Infrarotsensor, insbesondere ein kostengünstiger Infrarotsensor aus dem automotiven Umfeld, verwendet, mit dem an geeigneten Stellen im Rotorblatt, in der Nabe, in der Gondel und/oder im Turm der Windenergieanlage markante Stellen des Blitzableitersystem berührungslos und aus sicherer Entfernung überwacht werden. Darüber hinaus können auch kritische Komponenten der Anlage überwacht werden, über welche bei einem potentiellen Defekt der Blitzableitereinrichtung Ströme abfließen.In one embodiment, an infrared sensor, in particular a low-cost infrared sensor from the automotive environment, used, with the appropriate locations in the rotor blade, in the hub, in the nacelle and / or in the tower of the wind turbine distinctive points of the lightning arrester monitored without contact and from a safe distance become. In addition, it is also possible to monitor critical components of the system over which currents flow in the event of a potential defect in the lightning arrester device.
Schlägt ein Blitz in der Windenergieanlage ein, erwärmt sich der Blitzableiter bzw. bei defektem Blitzableiter die Komponente. Die Wärmeentwicklung kann über den Infrarotsensor aufgenommen werden. Durch die Stärke der Erwärmung kann auf die Intensität des Blitzes bzw. auf das Ausmaß der Beschädigung rückgeschlossen werden. If a lightning strikes the wind turbine, the lightning conductor heats up or, if the lightning conductor is defective, the component heats up. The heat can be absorbed by the infrared sensor. The intensity of the heating can be used to deduce the intensity of the lightning or the extent of the damage.
Gegenüber bestehenden Methoden bietet das vorgestellte Verfahren mit einem Infrarotsensor bzw. einer Infrarotkamera den Vorteil, dass es sich um ein gänzlich kontaktloses Verfahren handelt. Die Infrarotkamera kann an einer sicheren Position in der Anlage untergebracht werden und von dort aus, kritische Stellen bzw. Komponenten überwachen. Zudem erfolgt mit dem vorgeschlagenen Verfahren nicht nur eine punktuelle Überwachung, sondern es besteht die Möglichkeit, ganze Flächen bzw. Bereiche zu überwachen. Dabei wird nicht nur die Blitzableitereinrichtung als solche überwacht, sondern auch alle Komponenten, die durch einen Blitzeinschlag in Mitleidenschaft gezogen werden können. Hierdurch kann der Zustand der Gesamtanlage geprüft werden.Compared to existing methods, the presented method with an infrared sensor or an infrared camera has the advantage that it is a completely contactless method. The infrared camera can be placed in a safe position in the system and from there monitor critical points or components. In addition, with the proposed method not only a point-by-point monitoring, but it is possible to monitor entire areas or areas. Not only the lightning arrester device is monitored as such, but also all the components that can be affected by a lightning strike. As a result, the condition of the entire system can be checked.
Die Verwendung von automotiven Sensoren stellt eine kostengünstige Möglichkeit dar, auch in der Serie jede Windenergieanlage mit dem vorgeschlagenen System auszustatten.The use of automotive sensors is a cost-effective way to equip each wind turbine with the proposed system in the series.
Die Infrarotsensoren werden an entsprechenden Stellen in oder außerhalb der Windenergieanlage (WEA), bspw. im Rotorblatt, in der Nabe, in der Gondel und im Turm der Windenergieanlage, untergebracht und analysieren Wärmeveränderungen des Blitzableitersystems und kritischer WEA-Komponenten. Die Sensoren können einzeln sowohl auch im Verbund bzw. Netzwerk geschaltet sein. Folgende Funktionen lassen sich realisieren:
- a. eine Aussage über die maximal entstandenen Temperaturen kann getroffen werden,
- b. werden maximal zulässige Temperaturen im Blitzableitersystem oder in kritischen Komponenten überschritten, kann dies erfasst und gemeldet werden,
- c. potentielle Schäden können räumlich zugeordnet werden, z. B. Schäden am Rotorblatt oder Schäden in der Blitzableitereinrichtung,
- d. eine Aussage über die Intensität des Blitzeinschlages kann getroffen werden, e. eine Aussage über zusätzliche, ggf. ungewollte Blitzableitpfade, bspw. durch Überlastung des Blitzableiters, kann getroffen werden,
- f. eine Aussage über die Belastung von Anlagenkomponenten durch Blitzeinschlag mittels der eingetragenen Blitzenergie, z. B. bei Überlastung und Versagen des Blitzableiters, kann getroffen werden,
- g. die Anzahl der Blitze kann gezählt bzw. getrackt werden (Blitz-Counter),
- h. Daten können in Echtzeit erfasst werden,
- i. über ein Datenübertragungsmodul, bspw. ein GSM-Modul, können Informationen direkt an Betreiber übermittelt werden,
- j. optional kann die Anordnung in ein bestehendes Zustandsüberwachungssystem bzw. Condition Monitoring System eingebunden werden,
- k. optional kann die Anordnung an eine Steuerung angeschlossen werden und eine Eingabegröße für entsprechende Gegenmaßnahmen, wie bspw. Azimutoder Pitchverstellung, Feuerlöschanlagen usw., darstellen,
- l. eine Speicherung historischer Daten, wie bspw. zu Wärmeentwicklung, Anzahl der Blitzeinschläge, Beschädigungen usw., kann erfolgen, dies ermöglicht eine Aussage über Beschädigungen und Belastungen und damit eine Vorhersage zur Restlebensdauer und eine Planung von Serviceintervallen.
- a. a statement about the maximum temperatures can be made
- b. If the maximum permissible temperatures in the lightning rod system or in critical components are exceeded, this can be recorded and reported.
- c. potential damage can be spatially assigned, z. Damage to the rotor blade or damage in the lightning rod device,
- d. a statement about the intensity of the lightning strike can be made, e. A statement about additional, possibly unwanted lightning discharge paths, eg. By overloading the lightning arrester, can be made,
- f. a statement about the load of system components by lightning strike by the registered flash energy, z. B. overload and failure of the lightning arrester, can be taken
- G. the number of flashes can be counted or tracked (flash counter),
- H. Data can be captured in real time,
- i. via a data transmission module, for example a GSM module, information can be transmitted directly to the operator,
- j. Optionally, the arrangement can be integrated into an existing condition monitoring system or condition monitoring system.
- k. Optionally, the assembly can be connected to a controller and provide an input for appropriate countermeasures, such as azimuth or pitch adjustment, fire extinguishing systems, etc.
- l. A storage of historical data, such as heat generation, number of lightning strikes, damage, etc., can be done, this allows a statement about damage and stress and thus a prediction of the remaining life and a planning of service intervals.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.
In
Die Anlage
Um diese Erwärmung zu erfassen, ist nunmehr eine Anordnung
Mit den Wärmesensoren
Selbstverständlich kann die Anordnung
Die zentrale Einheit
Zu beachten ist, dass die Infrarotsensoren
Claims (9)
Priority Applications (1)
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DE102013216344.4A DE102013216344A1 (en) | 2013-08-19 | 2013-08-19 | Method for monitoring a lightning arrester device |
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DE102013216344A1 true DE102013216344A1 (en) | 2015-02-19 |
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ID=52430289
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DE102013216344.4A Withdrawn DE102013216344A1 (en) | 2013-08-19 | 2013-08-19 | Method for monitoring a lightning arrester device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107061187A (en) * | 2017-06-12 | 2017-08-18 | 国电联合动力技术有限公司 | A kind of Wind turbines number of lightning strokes monitoring method and device |
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2013
- 2013-08-19 DE DE102013216344.4A patent/DE102013216344A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN107061187B (en) * | 2017-06-12 | 2023-11-14 | 国电联合动力技术有限公司 | Wind turbine generator system lightning stroke frequency monitoring method and device |
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