DE202008005289U1 - Lightning protection device for the protection of wind power converters - Google Patents

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Abstract

Blitzschutzeinrichtung zum Schutz von Windkraftkonvertern bestehend aus Blitzfangeinrichtungen dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Grundelement (GE) mit einer Blitzfangstange (FS, 8) und mindestens einem Zusatzelement (ZE) über einen Anschlusspunkt (6) am Rotorlagerungsgehäuse (3) angeordnet und mit den Blitzableitungsvorrichtung des Windkraftkonverters verbunden ist.Lightning Protection Device for the protection of wind power converters consisting of lightning arresters characterized in that at least one base element (GE) with a lightning rod (FS, 8) and at least one additional element (ZE) via a connection point (6) on the rotor bearing housing (3) arranged and with the lightning discharge device of the wind turbine converter connected is.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Blitzschutzeinrichtung zum allseitigen Schutz von Rotorlagerungsgehäusen von Windenkraftkonvertern (WKK) (Windkraftkonverter dienen zur Umwandlung von Windenergie in andere Energieformen), welche über eine horizontale Rotorachse verfügen.The The invention relates to a lightning protection device for all-round protection of rotor bearing housings of wind power converters (WKK) (Wind power converters are used to convert wind energy into others Energy forms), which via a horizontal rotor axis feature.

Die Erfindung bezieht sich auf Windkraftkonverter mit beliebiger Nabenhöhe und mindestens einem Rotorblatt. Die Erfindung ist für Windkraftkonverter mit einer Nahenhöhe von mehr als 60 m besonders empfehlenswert. Für diese Anlagen ist eine Dimensionierung der Blitzschutzanlage nach Blitzschutzklasse II gefordert. Zudem ist ab einer Höhe von mehr als 60 m die Gefahr von Seiteneinschlägen in den Windkraftkonverter vorhanden (IEC TR 61400-24, VDE 0127 Teil 24), woraus die Notwendigkeit besteht, speziell das Rotorlagerungsgehäuse gegen solche wahrscheinlichen Ereignisse zu schützen. Ein weiteres Phänomen sind Aufwärtsblitze, die sich ab einer Höhe 100 m über dem Erdboden ausbilden können.The The invention relates to wind power converters with any hub height and at least one rotor blade. The invention is for Wind power converter with a mean height of more than 60 especially recommended. For these systems is a dimensioning the lightning protection system required according to lightning protection class II. moreover is at a height of more than 60 m the risk of side impacts in the wind power converter available (IEC TR 61400-24, VDE 0127 part 24), from which there is a need, especially the rotor bearing housing to protect against such probable events. One Another phenomenon is upward flashes that are from an altitude 100 m above ground level can.

[Stand der Technik][State of the art]

An Windkraftkonvertern, welche dem heutigen Stand der Technik entsprechen, werden Blitzfangeinrichtungen in den Rotorblättern und zum Schutz von Windmesseinrichtungen eingesetzt. Bei der Auslegung der Blitzfangeinrichtung richtet man sich hierbei im Allgemeinen nach der IEC TR 61400-24.At Wind power converters, which correspond to the state of the art, are lightning interceptors in the rotor blades and used for the protection of wind measuring devices. In the design The lightning device is directed here in general according to IEC TR 61400-24.

So wird beispielsweise in EP 783629 B1 eine Blitzleiteranordnung zur Anbringung in einem Windradblatt offenbart, welcher Blitzfänger aufweist, der in oder in der Nähe der Spitze des Blattes angebracht ist und sich von der Spitze des Windradblattes nach außen erstreckt.For example, in EP 783629 B1 discloses a flash conductor assembly for mounting in a wind turbine blade having flash catcher mounted in or near the tip of the blade and extending outwardly from the tip of the wind turbine blade.

Bei der Positionierung gibt es keine genauen Vorgaben zum Einsatz und der Anzahl der nötigen Blitzfangeinrichtungen. Hersteller von Windkraftkonvertern setzen das Schutzwinkelverfahren ein, um die Windmesseinrichtungen zu schützen. Diese Blitzschutzeinrichtungen sind daher nur für den Schutz der Windmesseinrichtung ausgelegt, für den Schutz des Rotorlagerungsgehäusesgegen seitliche Einschläge sind diese nicht geeignet. Daher sind viele Windkraftkonverter nicht gegen den direkten Einschlag eines Blitzes in das Rotorlagerungsgehäuse geschützt.at There are no precise guidelines for the positioning and positioning the number of required lightning devices. Manufacturer of wind power converters use the protective angle method to the To protect wind measuring equipment. These lightning protection devices are therefore designed only for the protection of the wind measuring device, for the protection of the rotor bearing housing lateral impacts, these are not suitable. Therefore are many wind power converters do not oppose the direct impact of one Lightning protected in the rotor bearing housing.

In DE 102005045579 A1 wird neben den Blitzfangeinrichtungen auf den Rotorblättern eine zusätzliche Fangstange auf der Gondel angeordnet, die über einen Blitzleiter geerdet ebenfalls geerdet wird.In DE 102005045579 A1 In addition to the lightning arresters on the rotor blades, an additional arrester bar is arranged on the nacelle, which is earthed via a grounded earthed conductor.

Ebenso wird auch in US 6407900 B1 die Gondel durch eine zusätzliche Blitzfangeinrichtung geschützt.Likewise will be in US 6407900 B1 the gondola is protected by an additional lightning device.

JP 2005048765 A offenbart ein Gewittereinfangsystem auf der Gondel, welches über die Gondel geerdet wird. JP 2005048765 A discloses a thunderstorm capture system on the nacelle which is grounded via the nacelle.

Alle diese Blitzfangeinrichtungen auf der Gondel sind lediglich dafür geeignet, dass Blitze von oben, die nicht in die Windblätter einschlagen, aufgefangen werden können. Einen umfassenden Schutz für das Rotorlagerungsgehäuse gegenüber Blitzen, die bei sehr hohen Windkraftanlagen nicht von oben kommen, können diese Einrichtungen nicht geben.All these lightning devices on the gondola are just for that suitable for lightning from above, not in the wind leaves can be caught. A comprehensive Protection for the rotor bearing housing opposite Lightning that does not come from above at very high wind turbines, can not give these facilities.

[Aufgabe der Erfindung]OBJECT OF THE INVENTION

Aufgabe der Erfindung ist es, für Windkraftanlagen ab einer Höhe von mehr als 60 m eine modulare Blitzschutzeinrichtung zu schaffen, die auch gegenüber von Seiteneinschlägen und Aufwärtsblitzen wirksam wird.task The invention is for wind turbines from a height of more than 60 m to create a modular lightning protection device, which also opposite side impacts and upward strokes takes effect.

Die Erfindung betrifft eine modulare Blitzschutzeinrichtung, welche aus einem modularen Grundelement und mehreren Zusatzelementen besteht und deren Blitzfangstangen oder konstruktive Elemente, welche zum Auffangen eines Blitzes geeignet sind, die äußere Geometrie des Rotorlagerungsgehäuses des Windkraftkonverters (WKK) überragen.The The invention relates to a modular lightning protection device, which consists of a modular base element and several additional elements and their lightning rods or constructive elements, which for Catching a lightning are appropriate to the outside Geometry of the rotor bearing housing of the wind turbine converter (WKK).

Das Grundelement eignet sich sowohl als Blitzschutzeinrichtung oberhalb des Daches des Rotorlagerungsgehäuses (bei Windenergieanlagen: Dach des Generatorhauses) als auch zum Tragen zusätzlicher Komponenten wie Windmesseinrichtung und Komponenten der Leistungsregelung. Das Grundelement verfügt über mindestens eine Blitzfangstange, deren Fangspitze, oder zum Auffangen des Blitzes geeigneten Bestandteile, die äußere Geometrie des Rotorlagerungsgehäuses nach außen überragt. Damit ist ein Überragen der konstruktiven, zum Blitzfang geeigneten Elemente nach oben, zur Seite, nach vorne und nach hinten inbegriffen.The Basic element is suitable both as lightning protection above of the roof of the rotor bearing housing (in wind turbines: roof the generator house) as well as to carry additional components such as wind measuring device and components of the power control. The Basic element has at least one lightning rod, whose fishing tip, or components suitable for catching lightning, the outer geometry of the rotor bearing housing surmounted to the outside. This is an overriding the constructive, suitable for lightning-catching elements upwards, to the side, to the front and to the back included.

Die Erfindung schützt das Rotorlagerungsgehäuse der Windenergiekonverter gegen Aufwärtsblitze und Seitenseinschläge durch die modulare Einsatzfähigkeit von Grund- und Zusatzelementen.The Invention protects the rotor bearing housing the Wind energy converter against upward flashes and side impacts due to the modular usability of basic and additional elements.

[Beispiele][Examples]

Die Erfindung wird anhand von Beispielen näher erläutert. Hierzu zeigtThe The invention will be explained in more detail by means of examples. This shows

1 die Seitenansicht eines WKK mit den erfindungsgemäßen Blitzfangeinrichtungen, 1 the side view of a WKK with the lightning arresting devices according to the invention,

2 das Grundelement in detaillierter Form und 2 the basic element in more detail and

3 ein optionales Zusatzelement für die Blitzfangeinrichtung. 3 an optional additional element for the lightning arrester.

Die Erfindung bezieht sich auf Windkraftkonverter (WKK) mit beliebiger Nabenhöhe. Besonders empfehlenswert ist die Erfindung für Anlagen mit einer Nahenhöhe von mehr als 60 m. Für diese Anlagen ist eine Dimensionierung der Blitzschutzanlage nach Blitzschutzklasse II gefordert. Zudem ist ab einer Höhe von mehr als 60 m die Gefahr von Seiteneinschlägen in den Windkraftkonverter (WKK) vorhanden, woraus die Notwendigkeit besteht, das Rotorlagerungsgehäuse 2 und die darin befindlichen technischen Systeme allseitig gegen solche wahrscheinlichen Ereignisse zu schützen.The invention relates to wind power converters (WKK) with any hub height. Particularly recommended is the invention for plants with a near height of more than 60 m. For these systems dimensioning of the lightning protection system according to lightning protection class II is required. In addition, from a height of more than 60 m the risk of side impacts in the wind turbine converter (WKK) exists, which makes it necessary, the rotor bearing housing 2 and to protect the technical systems contained therein against such probable events.

1 zeigt die Seitenansicht eines Windkraftkonverters von links. In der Zeichnung sind das Rotorblatt 1, Rotornabe 2, das Rotorlagerungsgehäuse 3 und die Blitzschutzeinrichtungen GE und ZE des Windkraftkonverters abgebildet. 1 shows the side view of a wind turbine converter from the left. In the drawing are the rotor blade 1 , Rotor hub 2 , the rotor bearing housing 3 and the lightning protection devices GE and ZE of the wind turbine converter.

2 zeigt das Grundelement GE mit seinen Bestandteilen. Dieses sind die Fangstange FS, die Schutzhülle SH für die Windmesseinrichtung 7, der Grundrahmen 4, Elemente der Leistungsregelung 5 (optional) und der Grundträger mit den Anschlusspunkten 6 zu sehen. 2 shows the primitive GE with its components. These are the fishing rod FS, the protective cover SH for the wind measuring device 7 , the basic frame 4 , Elements of power control 5 (optional) and the base support with the connection points 6 to see.

3 zeigt das Zusatzelement ZE der hier vorgestellten Blitzschutzeinrichtung mit seinen Bestandteilen. Es sind die Blitzfangstange 8 und die Montageplatte 9 zu sehen. 3 shows the additional element ZE of the lightning protection device presented here with its components. It's the lightning rod 8th and the mounting plate 9 to see.

Die modulare Blitzschutzeinrichtung, bestehend aus mindestens einem Grundelement GE und, nach Bedarf und Ermessen, mindestens einem Zusatzelement ZE, dient zum allseitigen Blitzschutz der Rotornabe 2 und des Rotorlagerungsgehäuses 3 (bei Windenergieanlagen: Gondel bzw. Generatorhaus) nach den Normen der IEC 62305, VDE 0127 Teil 24 und IECTR 61400-24, in welchem der Schutz elektrotechnischer Systeme definiert wird.The modular lightning protection device, consisting of at least one base element GE and, as needed and discretion, at least one additional element ZE, is used for all-round lightning protection of the rotor hub 2 and the rotor bearing housing 3 (in the case of wind turbines: gondola or generator house) according to the standards of IEC 62305, VDE 0127 part 24 and IECTR 61400-24, in which the protection of electrical systems is defined.

Das Grundelement GE und das Zusatzelement ZE sind mit der Blitzableitungsvorrichtung des Windkraftkonverters (WKK) über mindestens einen Anschlusspunkt 6 verbunden. An dem Anschlusspunkt 6 lassen sich sowohl Kabelanschlüsse als auch Anschlüsse von anderen Blitzableitermechanismen realisieren.The basic element GE and the additional element ZE are connected to the lightning discharge device of the wind power converter (WKK) via at least one connection point 6 connected. At the connection point 6 Both cable connections and connections of other lightning arrester mechanisms can be realized.

Das Zusatzelement ZE besteht aus einer Blitzfangstange 8 oder einer zum Auffangen des Blitzes geeigneten Konstruktion, welche an einer Montageplatte 9 befestigt sind. Die Montageplatte 9 verfügt über mindestens einen Anschlusspunkt, an welchem sich sowohl Kabelanschlüsse als auch Anschlüsse von anderen Blitzableitungsmechanismen realisieren lassen. Die Fangspitze der Blitzfangstange 8 oder zum Auffangen des Blitzes geeignete Bestandteile überragt die äußere Geometrie der Rotornabe 2 und des Rotorlagerungsgehäuses 3 nach außen hin. Zusatzelemente ZE kann je nach Bedarf an multiplen Positionen an der Rotornabe 2 und am Rotorlagerungsgehäuse 3 ausgeführt sein.The additional element ZE consists of a lightning rod 8th or a construction suitable for capturing the flash, which is attached to a mounting plate 9 are attached. The mounting plate 9 has at least one connection point at which both cable connections and connections can be realized by other lightning-deflection mechanisms. The fishing tip of the lightning rod 8th or components suitable for capturing the flash project beyond the outer geometry of the rotor hub 2 and the rotor bearing housing 3 outwardly. Additional elements ZE can according to need for multiple positions on the rotor hub 2 and on the rotor bearing housing 3 be executed.

Durch mathematische Analyse der Geometrie des Windkraftkonverters (WKK) nach dem geometrisch elektrischen Modell (Blitzkugelverfahren) ist eine Positionierung der Fangspitzen FS und 8 bzw. zum Auffangen des Blitzes geeigneten konstruktiven Elementean Rotornabe 2 oder Rotorlagerungsgehäuse 2 des Windkraftkonverters (WKK) realisierbar. Der Einsatz und die Anzahl von Zusatzelementen ZE achtet sich nach der Geometrie von Rotornabe 2 und Rotorlagerungsgehäuses 3.By mathematical analysis of the geometry of the wind turbine converter (WKK) according to the geometrical electrical model (lightning ball method) is a positioning of the fishing tips FS and 8th or for capturing the flash suitable structural elements on Rotorornabe 2 or rotor bearing housing 2 of Windkraftkonverters (WKK) feasible. The use and the number of additional elements ZE pay attention to the geometry of rotor hub 2 and rotor bearing housing 3 ,

Durch mathematische Analyse des geometrisch elektrischen Modells an einem Windkraftkonverter (WKK) lässt sich die Funktion der erfindungsgemäßen Blitzschutzeinrichtung nachweisen.By mathematical analysis of the geometrical electrical model at one Wind power converter (WKK) can be the function of the invention Check lightning protection device.

11
Rotorblattrotor blade
22
Rotornaberotor hub
33
RotorlagerungsgehäuseRotor bearing housing
44
Grundrahmenbase frame
55
Elemente der Leistungsregelungelements the power regulation
66
Anschlusspunkteconnection points
77
WindmesseinrichtungWind measuring device
88th
Blitzfangstange des ZusatzelementesLightning rod of the additional element
99
Montageplattemounting plate
GEGE
Grundelementbasic element
ZEZE
Zusatzelementadditional element
FSFS
Fangstangelightning rod
SHSH
Schutzhüllecover

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 783629 B1 [0004] - EP 783629 B1 [0004]
  • - DE 102005045579 A1 [0006] DE 102005045579 A1 [0006]
  • - US 6407900 B1 [0007] - US 6407900 B1 [0007]
  • - JP 2005048765 A [0008] - JP 2005048765 A [0008]

Claims (3)

Blitzschutzeinrichtung zum Schutz von Windkraftkonvertern bestehend aus Blitzfangeinrichtungen dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Grundelement (GE) mit einer Blitzfangstange (FS, 8) und mindestens einem Zusatzelement (ZE) über einen Anschlusspunkt (6) am Rotorlagerungsgehäuse (3) angeordnet und mit den Blitzableitungsvorrichtung des Windkraftkonverters verbunden ist.Lightning protection device for the protection of wind power converters consisting of lightning arresters characterized in that at least one base element (GE) with a lightning rod (FS, 8th ) and at least one additional element (ZE) via a connection point ( 6 ) on the rotor bearing housing ( 3 ) is arranged and connected to the lightning discharge device of the wind turbine converter. Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement (ZE) aus einer Blitzfangstange (8) oder einer zum Auffangen des Blitzes geeigneten Konstruktion besteht und an einer Montageplatte (9) befestigt ist, welche über einen Anschlusspunkt (6) verfügt.Lightning protection device according to claim 1, characterized in that the additional element (ZE) from a lightning rod ( 8th ) or a construction suitable for catching the flash, and to a mounting plate ( 9 ) which is connected via a connection point ( 6 ). Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Anschlusspunkt (6) Kabelanschlüsse und/oder Anschlüsse von anderen Blitzableitermechanismen verbunden sind.Lightning protection device according to claim 1 or 2, characterized in that with the connection point ( 6 ) Cable connections and / or connections of other lightning arrester mechanisms are connected.
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