DE19748716C1 - Rotorblatt-Heizung und Blitzableiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotorblatt-Heizung und eine Blitzableitungseinrichtung.

Bekannt sind Heizfolien zum Heizen der Rotorblätter in vereisungsgefährdeten Gebieten. Weiterhin werden in Rotorblättern Blitzstrom-Ableitungseinrichtungen einge­ baut, die entweder als eingebettetes Metallgewebe oder im Blattinneren als eingelegte Leiter realisiert sind.

Übliche Heizfolien sind nicht blitzstrom-tragfähig, da sie mit zu geringen wirksamen Querschnitten ausgerüstet sind und auch ihre Struktur sich nicht für Blitzstromab­ leitung eignet. Bei Verwendung von Heizfolien sowie Blitzstrom-Ableitungseinrichtungen nebeneinander in ei­ nem Rotorblatt ist weiter nicht sichergestellt, daß der Blitzstrom den Weg über den Ableiter und nicht über die Heizeinrichtungen nimmt und die Heizfolien so vielleicht dennoch zerstört werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Rotorblatt- Heizung neben einer Blitzstrom-Ableitung zu realisieren.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Haupt­ anspruchs gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung wieder.

Insbesondere ist vorteilhaft, daß durch die Vereinigung beider Systeme sichergestellt wird, daß nicht das Heiz­ system durch Blitzschlag zerstört wird.

Durch die Anordnung zweier oder mehrerer benachbarter Leiter, die entlang des Blattes im Mastbereich des Pro­ fils verlaufen, und im Nabenbereich an die Niederspan­ nungswicklung eines Transformators angeschlossen sind, wird der Blitzstrom-Ableiter in Doppelfunktion durch die als Verlustwärme an ihrem ohmschen Widerstand anfal­ lende Wärme als Heizelement, wie auch als Ableiter wir­ ken.

In der Blattspitze kann ein Leiter bereichsweise unter der Kappe verlegt werden, um auch diese mit zu heizen. Die Leiter können weiter durch Kohlefasergurte auf Ober- und Unterseite ersetzt werden, die direkt als Leiter be­ nutzt werden können, sofern das Blatt mit einer tragen­ den Struktur aus Kohlefasergurten aufgebaut ist.

Bei Wahl von separaten Leitern können diese vorzugsweise flach und gekreuzt ausgebildet werden, um so durch eine symmetrische Aufteilung des Blitzstromflusses uner­ wünschte Stromanteile durch die Niederspannungswicklung des Trafos möglichst zu vermeiden.

Falls isolierte Metallkabel im Blattinneren Verwendung finden, können diese selbst ein- oder mehrfach durch den Kern gesteckt werden, um dadurch die Niederspannungs­ wicklung zu bilden.

Auf der Hochspannungsseite kann für den Fall, daß der Blitzstrom unsymmetrisch auf dem Leiter fließt, eine be­ trächtliche Spannung induziert werden, die jedoch durch ein Überspannungsableiter des Trafos begrenzt werden können.

Außerdem wird vorgeschlagen, die Niederspannungswicklung in der Mitte zu erden, da dann zwei gegenläufig jeweils Teile der Niederpannungswicklung durchlaufende Blitz­ stromanteile sich im Trafo in der Auswirkung auf die Hochspannungssseite aufheben.

Weiter kann statt eines mit Netzfrequenz betriebenen Trafos ein leichterer mit höherer Frequenz gespeister Trafo, als Ring- oder Schalenkern ausgebildet, Verwen­ dung finden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung. Dabei zeigt:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau, bei dem eine elektrische Verbindung zwischen dem Blitzableiter und der Nabe hergestellt ist,

Fig. 2 den gleichen Aufbau, wobei eine elektri­ sche Verbindung zwischen Leitern mit ei­ ner den Blitzstrom von den metallischen Teilen Nabe und Welle fernhaltenden Ein­ richtung über schleifende Kontakte oder Funkenstrecken realisiert ist,

Fig. 3 den gleichen Aufbau, wobei eine elektri­ sche Verbindung zwischen Leitern mit ei­ ner den Blitzstrom von den metallischen Teilen Nabe und Welle fernhaltenden Ein­ richtung über schleifende Kontakte oder Funkenstrecken realisiert ist.

Fig. 4a den Schnitt durch ein Rotorblatt und die Lage der verstärkenden Kohlefasergurte,

Fig. 4b eine Draufsicht auf einen Abschnitt des Rotorblatts bei dem zusätzlich die Kon­ taktierung der Kohlefasergurte darge­ stellt ist,

Fig. 5 den schematischen Lauf von gekreuzten Leiter ab der (metallischen) Blattspit­ zenkappe, und

Fig. 6 den gleichen Aufbau schematisch als Schaltbild.

Der in den Fig. 1-3 dargestellte Trafo wird mit Netz­ frequenz und einer üblichen Spannung von ca. vier- bis siebenhundert Volt versorgt er wird im Bereich des Blattflansches bereits im wesentlichen aus der Rotornabe ausgerückt im Blatt angeordnet.

Die Leiter 10 werden auf der Niederspannungsseite vor­ teilhafterweise mit einer Spannung von fünf bis zwanzig Volt versorgt, so daß ein Strom von ungefähr fünfzig bis hundert Ampere fließt.

Mit Bezugszeichen 14 und 16 ist weiter eine elektrische Kontaktstrecke zwischen den Leitern 10 auf der Nieder­ spannungsseite des Trafos 12 angedeutet, die den elek­ trischen Kontakt zwischen dem Blatt und der Nabe her­ stellt. Der Blitzstrom wird daher hier über die Nabe und die Welle im Turm abgeleitet werden.

In der Fig. 2 ist in einer alternativen Darstellung eine Stromabführung an Nabe und Welle vorbei über eine Fun­ kenstrecke oder eine Schleifkontaktverbindung vorgese­ hen. Der Blitzstrom kann dann außen am Turm abgeleitet werden.

Um zu verhindern, daß der Blitzstrom zum Teil durch die Niederspannungswicklung des Trafos fließt und dadurch in der Hochspannungswicklung Überspannungen induziert, wer­ den die Leiter einander kreuzend angeordnet. Weiter wird vorgeschlagen (Fig. 3), eine Blitzstromerdung an die Mitte der Niederspannungswandlung 20, die durch die Lei­ ter 10 gebildet wird, anzulegen.

Der Trafo sollte weiter durch isolierte Kabel eine höhe­ re Spannungsfestigkeit aufweisen, als die Spannungsab­ fälle an den Blitzstromableitungseinrichtungen 14, 16 oder 18 die vorteilhafterweise die Niederspannungsseite des Trafos mittig an der Wicklung erden.

Es darf aber nicht vergessen werden, daß selbst wenn zu­ dem einmal die Heizeinrichtung bei einem Blitzschlag zerstört wird, ist dies noch als erfolgreiche Blitzab­ leitung zu werten, da der blitzableitende Teil und zudem das Blatt und die restliche Windkraftanlage unzerstört verbleiben.

Die Leiter können mit ihrer Ummantelung ohne Auftrennung von der Blattspitze um den Trafokern gewickelt zur Blattspitze verlaufen, oder es können durch Anschluß­ stücke flächig im Blatt ausgebildete Leiter angeschlos­ sen werden (Fig. 4a und 4b). Der Transformator wird wei­ ter auf der Hochspannungsseite noch durch Überspannungs­ ableiter gegen Spannungsdifferenzen geschützt werden können, wie dies in Fig. 6 als Schaltschema angegeben ist.

Claims (5)

1. Rotorblatt-Heizung und Blitzableitungseinrichtung mit wenigstens zwei Leitern (10) im Rotorblatt, ge­ kennzeichnet durch

• 1. eine über einen Transformator (12) den auf der Niederspannungsseite angeschlossenen Heizdraht mit Heizenergie versorgende Stromzuführung und
• 2. eine vor diesem Trafo angeordnete Blitzstrom- Ableitung (14, 16, 18), die mit wenigstens einem der Leiter (10) in elektrischem Kontakt steht,
  wobei die Leiter (10) mit einem Widerstand von ca. einem Zehntel Ohm für einen Heizstrom von ca. ein­ hundert Ampere bei einer Spannung von ca. zehn Volt ausgebildet sind.

2. Rotorblatt-Heizung und Blitzableitungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß im Blatt vorhandene Kohlefasergurte als Leiter (10) Verwendung finden.

3. Rotorblatt-Heizung und Blitzableitungseinrichtung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Leiter (10) sich über die Länge des Blattes kreuzen.

4. Rotorblatt-Heizung und Blitzableitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, gekennzeichnet durch isolierte, metallische Leiter (10) im Blatt, die ohne Auftrennung auf der Niederspannungswicklung eines Trafos die Wicklung bilden.

5. Rotorblatt-Heizung und Blitzableitungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Blitzstrom-Erdung (18) der Leiter auf der Niederspannungswicklung (20), die an die Mitte der Niederspannungswicklung (20) angeschlossen ist.