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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Abschirmung in einem Turm einer Windenergieanlage. Kabel im Turm einer Windenergieanlage wirken wie eine Antenne, wobei ein Stahlrohrturm für die Windenergieanlage als Faraday‘scher Käfig wirkt. Um die Strahlung von den Kabeln zu minimieren, sind unterschiedliche Schritte und Maßnahmen bekannt.
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WO 2008/006377 A1 schlägt eine leitfähige Schicht in der Einhausung der Gondel vor, wodurch auch diese zu einem Faraday'sehen Käfig wird, der eine Abstrahlung verhindert.
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Aus
WO 2008/092464 A2 ist ein Blitzstromableiter vorgesehen, der mit einem Element zum Reduzieren elektromagnetischer Strahlung umgeben ist.
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Aus
EP 2 378 850 A1 ist ein EMV-Schutzsystem für elektrische Kabel in einem Turm bekannt, bei dem die Kabel in einer U-förmigen Abschirmung angeordnet sind, die entlang einer Turminnenseite als Kabelkanal geführt ist.
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Aus
WO 2013/182199 A2 sowie
EP 2 859 298 B1 ist es bekannt, aus dem Turm kommende Kabel im Bereich der Gondel in Edelstahlrohren zu führen, um so eine elektromagnetische Abschirmung sicher anzustellen.
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Aus
WO 2018/135940 A2 ist eine Windenergieanlage bekannt geworden, bei der über die Verwendung von Schlupfringen zwischen Gondel und Rotor eine elektromagnetische Abschirmung des Gondelinnenraums erfolgt.
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Es ist auch bekannt, zum Dämpfen der von Kabeln ausgehenden störenden Strahlung die Kabel durch ringförmige Entstörkerne (Ferritkerne) zu führen. Diese wirken durch ihre Induktivität wie eine Drossel.
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Die in einer Windenergieanlage erzeugte elektrische Energie wird durch Kabel abgeführt, die zumindest im oberen Bereich des Turms unter der Gondel der Windenergieanlage hängend in der Mitte des Turms geführt werden. Diese Anordnung, die als Kabel-Loop bekannt ist, ermöglicht es, dass die Gondel und der Rotor wechselnden Windrichtungen nachgeführt werden können, ohne die Kabel zu beschädigen. Im Betrieb der Windenergieanlage können auch seitliche Pendelbewegungen der ganzen Anlage und der unterhalb der Gondel im Turm hängenden Kabel auftreten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen möglichst großen Frequenzbereich eine gute Dämpfung der elektromagnetischen Strahlung aus dem Inneren des Turms zu erzielen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die im Betrieb der Windenergieanlage auftretenden Bewegungen zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß werden die Aufgaben durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden die Gegenstände der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur elektromagnetischen Abschirmung an einem Turm einer Windenergieanlage. Der Turm weist im Übergang zur Gondel eine das Innere des Turms abschließende Plattform mit einer Durchbrechung für ein oder mehrere Kabel auf, wobei eine Kabeldurchführung vorgesehen ist, die sich relativ zu dem Turm mit dem oder den Kabeln drehen kann. Erfindungsgemäß ist die Kabeldurchführung mindestens zweiteilig aufgebaut und weist einen drehbar angeordneten Ring und eine Abdeckung mit einer oder mehreren Kabelöffnungen auf. Der Ring umschließt die Durchbrechung der Plattform und liegt auf einem turmfesten Untergrund auf. Ferner ist ein flexibles Element vorgesehen, das die Abdeckung mit dem Ring verbindet und einen Zwischenraum zwischen diesen verschließt. Ein direkter Kontakt zwischen der Abdeckung und dem Ring tritt hierbei nicht auf. Erfindungsgemäß ist der Ring mit einer Schleifeinrichtung ausgestattet, die auch bei einer Drehung des Rings eine elektrisch leitende Verbindung mit dem turmfesten Untergrund herstellt. Durch die Verwendung des flexiblen Elements zwischen der Abdeckung und dem Ring können diese bei Belastung der Windenergieanlage gegeneinander bewegt werden. Das erfindungsgemäß vorgesehene flexible Element ist für elektromagnetische Strahlung nicht oder nur schlecht durchlässig. Durch die Verwendung des abschirmenden flexiblen Elements kann sichergestellt werden, dass von den Kabeln im Turm und/oder in der Kabeldurchführung abgestrahlte elektromagnetische Strahlung nicht nach außen abgestrahlt wird. Bevorzugt bedeckt das flexible Element einen Zwischenraum oder einen Spaltraum zwischen der Abdeckung und dem Ring vollständig. Durch seinen flexiblen Charakter ist der Zwischenraum oder Spaltraum abgedeckt, auch dann, wenn beispielsweise unter Belastung Gondel, Kabelloop und Turm sich relativ zueinander bewegen.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Durchbrechung der Plattform durch die Kabeldurchführung für elektromagnetische Strahlung in einem vorbestimmten Frequenzbereich abgeschirmt, wobei der vorbestimmte Frequenzbereich elektromagnetische Strahlung im Megahertz-Bereich umfasst. Bevorzugt wird Strahlung von 1 bis 500 MHz, insbesondere von 10 bis 300 MHz abgeschirmt.
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In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist das flexible Element als elektrisch leitfähige Folie, insbesondere Mitallfolie oder metallbeschichtete Folie oder als elektrisch leitfähiges Textilteil, insbesondere als ein textiles Gewebe, Gewirke, Vlies, Gestricke oder etwas dergleichen ausgebildet. Entscheidend für den flexiblen Charakter ist hierbei, dass das flexible Element sich in seiner Form anpassen kann und dabei reißfest ist. Selbst wenn beispielsweise durch mechanische Belastungen der Windenergieanlage die relative Position zwischen Abdeckung und Ring sich ändern sollte, kann das zwischen diesen angeordnete flexible Element das Auftreten eines Spalts, durch den elektromagnetische Strahlung aus dem Turm abgestrahlt werden kann, verhindern.
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Um elektrische Potenzialdifferenzen zwischen dem Ring sowie dem turmfesten Untergrund zu vermeiden, ist die Schleifeinrichtung bevorzugt mit elektrischen Schleifkontakten ausgestattet, die eine elektrisch leitende Verbindung von dem Ring und dem turmfesten Untergrund herstellen. Die elektrischen Schleifkontakte bestehen bevorzugt aus Federelementen, die unter Druck an dem turmfesten Untergrund anliegen, wobei bevorzugt der turmfeste Untergrund eine elektrisch gut leitende Fläche für die Schleifkontakte und deren Federelemente aufweist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schleifeinrichtung mit mindestens einem Gleitkörper ausgestattet, mit dem der Ring auf dem turmfesten Untergrund gleitet.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine Aufhängung vorgesehen, die die Abdeckung und den Ring derart mechanisch miteinander verbindet, dass bei einer Drehung der Abdeckung ein den Ring drehendes Drehmoment von der Aufhängung auf den Ring übertragen wird. Die Aufhängung stellt bevorzugt sicher, dass keine Kräfte über das zwischen Abdeckung und Ring angeordnete flexible Element übertragen werden, so dass eine Beschädigung des flexiblen Elements vermieden wird. Die Aufhängung zwischen Abdeckung und Ring kann auf verschiedene Art und Weise ausgebildet sein, beispielsweise kann eine Haken-Ösen-Konstruktion als Aufhängung vorgesehen sein.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Abdeckung eine kreisförmige Scheibe auf, die entlang ihrem Umfang Kabelöffnungen besitzt, die das oder die zwischen der Gondel und dem Turm geführten Kabel aufnehmen. Nicht benutzte Kabelöffnungen können beispielsweise für eine bessere Abschirmung mit einer zur Abdeckung elektrisch kontaktierten Platte oder dergleichen verschlossen sein, so dass elektromagnetische Strahlung nicht über freie Kabelöffnungen austritt.
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Bevorzugt ist das flexible Element zwischen der Abdeckung und dem Ring über mindestens einen Klemmring gehalten, der entweder auf der Abdeckung aufliegt und das flexible Element einklemmt oder auf dem Ring aufliegt und dort das flexible Element einklemmt. Über einen oder zwei Klemmringe wird das flexible Element klemmend gehalten und kann auf diese Weise leicht montiert oder auch erforderlichenfalls ausgetauscht werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Durchbrechung der Plattform eine zylindrische Einhausung auf, die an ihrem von der Plattform fortweisenden Ende einen Flansch besitzt, auf dem der Ring der Kabeldurchführung angeordnet ist. Bevorzugt handelt es sich um eine Plattform, die ausgebildet ist, um eine Ausbreitung von elektromagnetischer Strahlung durch sonstige Öffnungen oder durch einen Spalt zwischen der Plattform und der Turmwand zu verhindern.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die zylindrische Einhausung eine oder mehrere Entlüftungsbohrungen auf, deren größte Abmessung kleiner als eine durch die abzuschirmende Frequenz vorgegebene maximale Größe ist. Zur elektromagnetischen Abschirmung gibt es zu jeder Frequenz eine Maximalgröße derart, dass elektromagnetische Strahlung mit dieser Frequenz nicht oder nur stark gedämpft durch eine Öffnung mit der Maximalgröße durchtreten kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Abdeckung an einem zentralen Rohr aufgehängt, das die Abdeckung mit der Gondel gemeinsam dreht.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erklärt. Es zeigen:
- 1 eine Windenergieanlage mit Turm und Gondel in einer Ansicht von der Seite,
- 2 den Aufbau einer elektromagnetisch abgeschirmten Kabeldurchführung und
- 3 eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung der Kabeldurchführung aus 2.
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1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 110 und einer auf dem Turm angeordneten Gondel 120, auch als Maschinenhaus bezeichnet. An der Gondel 120 ist ein Rotor 130 derart angeordnet, dass der Rotor 130 sich um eine im Wesentlichen horizontale Achse drehen kann. Die Gondel 120 ist um eine Längsachse des Turms 110 drehbar gelagert, um den Rotor 130 in den Wind zu stellen. Der Rotor 130 besitzt eine Rotornabe 140, an der drei Rotorblätter 150 angeordnet sind. Bei der in 1 dargestellten Windenergieanlage wird durch den Wind der Rotor 130 gedreht, wodurch ein in der Gondel 120 angeordneter elektrischer Generator betrieben wird. Die vom elektrischen Generator erzeugte elektrische Leistung wird über Kabel und/oder über Stromschienen durch den Turm 110 hinabgeleitet, wobei zwischen der Gondel 120 und dem Turm 110 der Übergang von einem drehenden Bauteil, nämlich der Gondel 120, zu einem nicht drehenden Bauteil mit dem Turm 110 erfolgt. Der Turm 110 ist mit einem Fundament 160 verbunden.
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Die Kabel in dem Turm 110 wirken elektromagnetisch wie Antennen, wobei eine Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung bei der Verwendung eines Stahlrohrturms überwiegend in dem Übergangsbereich von Turm 110 und Gondel 120 erfolgt. 2 zeigt einen Ausschnitt einer Plattform 10, die im oberen Bereich des Turms 110 angeordnet ist. Die Plattform 10 besteht aus Metall und besitzt daher bereits eine gute Abschirmung für elektromagnetische Strahlung aus dem Turminneren. Öffnungen in der Plattform 10 sind durch metallische Deckel oder Klappen mit EMV-Dichtungen in den Fugen verschlossen und ein eventueller Spalt zwischen der Plattform 10 und der Turmwand ist ebenfalls verschlossen oder nicht vorhanden, beispielsweise indem die Plattform 10 mit der Turmwand verschweißt ist. Für die Kabeldurchführung ist eine zylindrische Wandung als Einhausung 12 vorgesehen, die aus zwei oder mehr Segmenten aus elektrisch leitendem Werkstoff, insbesondere Metall besteht, die in Zylinderlängsrichtung über seitliche Flansche 14 miteinander verbunden sind. Die Einhausung 12 ist ebenfalls über einen nach außen stehenden unteren Flansch 15 mit einem entsprechenden Träger auf der Süllkante 16 der Plattform 10 verbunden. Alle Flanschverbindungen sind mit Dichtungen ausgestattet, die elektromagnetische Strahlung in besonderem Maße abschirmen.
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Innerhalb der Einhausung 12 ist eine Kabeltragvorrichtung 18 vorgesehen, die die aus der Gondel 120 kommenden Kabel (nicht dargestellt) für ihre Weiterleitung in den Turm trägt und bündelt. Die Kabeltragvorrichtung 18 hängt beispielsweise an einem zentral angeordneten Rohr 20. Das zentrale Rohr 20 trägt ebenfalls eine aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, insbesondere Metall bestehende Abdeckung 22, die über den Umfang verteilte Kabelöffnungen 24 besitzt. Durch die Kabelöffnungen 24 werden die Kabel (nicht dargestellt) einzeln oder strangweise zu der Kabeltragvorrichtung 18 geführt. Unterhalb der Kabeltragvorrichtung 18 sind die Kabel (nicht dargestellt) durch Absorptionsringe (nicht dargestellt) geführt. Für eine wirksame Abschirmung der aus dem Inneren des Turms stammenden elektromagnetischen Strahlung ist es erforderlich, insbesondere den Spalt 26 zwischen Abdeckung 22 und Einhausung 12 in EMV-wirksamer Weise abzudichten.
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3 zeigt die EMV-dämpfende Abdichtung dieses Zwischenraums 26. Die Abdeckung 22 besitzt einen aufliegenden Klemmring 28, der über Bolzen 30 auf der Abdeckung 22 befestigt ist. Der aufliegende Ring 28 ist als Klemmring ausgebildet, der durch Anziehen der Schrauben 30 ein flexibles Element 32 festklemmt. Das flexible Element 32 kann beispielsweise als ein elektrisch leitfähiges EMV-Textilvlies ausgebildet sein, das elektromagnetische Strahlung stark abschirmt. Das flexible Element 32 wird an einem Ring 34 ebenfalls über einen Klemmring 36 befestigt. Der Klemmring 36 ist über Schrauben 38 mit dem unteren Ring 34 verbunden. Der Ring 34 besitzt Abstands- und Gleitkörper 40 und Kontaktfinger 42. Der Ring 34 ist mit der Abdeckung 22 über Aufhängungen 44 verbunden. Die Aufhängungen 44 besitzen jeweils ein Fangseil 46, das mit einer Anschlagöse 48 verbunden ist.
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Im Betrieb dreht sich die Abdeckung 22 gemeinsam mit der Gondel 120, dem Rohr 20, der Kabeltragvorrichtung 18 und den Kabeln (nicht dargestellt). Die Drehbewegung wird durch die Aufhängungen 44 auf den Ring 34 übertragen. Das flexible Element 32 wird hierbei nicht in Drehrichtung gespannt, sondern bleibt in seinem entlasteten Zustand. Der Ring 34 gleitet mit den Gleitkörpern 40 auf einer von dem oberen Flansch 50 der Einhausung 12 gebildeten Auflagefläche. Über die Kontaktfinger 42 wird ein elektrischer Kontakt des Rings 34 mit der Auflagefläche und darüber mit der Einhausung 12 hergestellt. Um einen guten elektrischen Kontakt zu gewährleisten, bestehen die Kontaktfinger 42 aus Kupfer und die Auflagefläche ist mit Kupfer beschichtet oder mit einem Kupferblech 56 bedeckt. Durch das Gewicht des Rings 34 wird eine ausreichende Andruckkraft der Kontaktfinger 42 sichergestellt. Die Gleitkörper 40 dienen als Abstandshalter zwischen dem Ring 34 und der Auflagefläche, um eine übermäßige Belastung und dadurch bleibende Verformung (Plastifizierung) der Kontaktfinger 42 zu verhindern. Die Gleitkörper 40 können aus einem geeigneten leitenden oder nichtleitenden Material, wie beispielsweise einem Kunststoff bestehen.
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Durch die Verwendung der Aufhängung 44 können sich die Abdeckung 22 und der Ring 34 gegeneinander bewegen. In horizontaler Richtung folgt der Ring 34 der Bewegung der Abdeckung 22. Seitlich begrenzt wird die horizontale Bewegung des Rings 34 durch Anschläge 52, die eine zu weite Bewegung nach außen verhindern.
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In 3 zu erkennen sind auch Bohrungen 54, die dazu dienen, Abwärme aus dem Turm abzuführen und so einen Wärmestau zu vermeiden. Insbesondere in Situationen, in denen die Kabel noch durch endseitig angeordnete Absorptionskerne abgeschirmt werden, wird im Bereich der Einhausung 12 und unmittelbar unter der Plattform 10 Wärme produziert, die abgeleitet werden soll, um einen Wärmestau zu verhindern. Der Durchmesser der Löcher ist vorzugsweise wesentlich kleiner als die kleinste abzuschirmende Wellenlänge, so dass elektromagnetische Streufelder nicht oder nur stark gedämpft durch die Bohrung austreten können, beispielsweise haben die Löcher einen Durchmesser von unter 1 cm.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Plattform
- 12
- Einhausung
- 14
- seitlicher Flansch
- 15
- unterer Flansch
- 16
- Süllkante
- 18
- Kabeltragsystem
- 20
- Rohr
- 22
- Abdeckung
- 24
- Kabelöffnungen
- 26
- Zwischenraum
- 28
- Klemmring
- 30
- Schraube
- 32
- flexibles Element, EMV-Textilvlies
- 34
- Ring
- 36
- Klemmring
- 38
- Schraube
- 40
- Gleitkörper
- 42
- Schleifkontakt, Kontaktfinger
- 44
- Aufhängung
- 46
- Fangseil
- 48
- Anschlagöse
- 50
- oberer Flansch
- 52
- Anschlag
- 54
- Bohrungen
- 56
- Kupferblech
- 100
- Windenergieanlage
- 110
- Turm
- 120
- Gondel
- 130
- Rotor
- 140
- Rotornabe
- 150
- Rotorblätter
- 160
- Fundament
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2008/006377 A1 [0002]
- WO 2008/092464 A2 [0003]
- EP 2378850 A1 [0004]
- WO 2013/182199 A2 [0005]
- EP 2859298 B1 [0005]
- WO 2018/135940 A2 [0006]
