DE4445899A1 - Wind turbine generator with lighting protection - Google Patents

Wind turbine generator with lighting protection

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Klaus Prof Dr Ing Scheibe
Arne Dipl Ing Kuehn
Eberhard Dipl Ing Lehmann
Mark-Oliver Dipl Ing Peters
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Abstract

The wind turbine generator has a mat (10) supporting an electricity generator at its top end, driven by a wind turbine rotor. The rotor blades (14) are each provided with at least one conductor path (17) extending along their length, which are galvanically separated from earth potential during normal operation. A low-ohmic connection is provided between the rotor blade conductor paths and earth in the presence of atmospheric lightning, via discharge paths (23,30,31) an earth line (29), to provide lightning protection.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem Turm, in deren von diesem getragenen Turmkopf ein von einem Rotor angetriebener Generator angeordnet ist, wobei der Rotor um eine vom Turmkopf gehalterte Nabe drehbar und mit Rotorblättern versehen ist, wobei die Windkraftanlage eine Blitzschutzeinrichtung aufweist.The invention relates to a wind turbine with a tower, in the tower head carried by this one by a rotor driven generator is arranged, the rotor around a hub held by the tower head rotatable and with Is provided rotor blades, the wind turbine Has lightning protection device.

Eine Windkraftanlage mit den vorgenannten Merkmalen ist in der WO 94/25752 beschrieben; die bei der bekannten Windkraftanlage vorgesehene Blitzschutzeinrichtung setzt in ihren unterschiedlichen beschriebenen Ausführungsformen im Falle eines Gewitters jeweils ein Stillsetzen der Windkraftanlage voraus. Somit ist mit der bekannten Windkraftanlage der Nachteil verbunden, daß zunächst ein sicher arbeitendes Gewitter-Warnsystem vorhanden sein muß, damit das Stillsetzen des Rotors rechtzeitig erfolgen kann, wobei aber mit Blick auf die Betriebszeit der Windkraftanlage das Stillsetzen nicht ohne Not erfolgen soll. A wind turbine with the aforementioned features is in described in WO 94/25752; that of the known The lightning protection device provided in the wind turbine sets in their different described embodiments in In the event of a thunderstorm, the Wind turbine ahead. Thus with the known Wind turbine associated with the disadvantage that initially a safe working thunder warning system must be available, so that the rotor can be stopped in time, but with a view to the operating time of the Wind turbines can not be stopped without emergency should.  

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Windkraftanlage die Blitzschutzeinrichtung derart auszubilden, daß die Blitzschutzwirkung auch bei laufendem Rotor gegeben ist.The invention is therefore based on the object Wind turbine the lightning protection device in such a way train that the lightning protection effect even when running Rotor is given.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.The solution to this problem is inclusive advantageous refinements and developments of Invention from the content of the claims, which this Description are reproduced.

Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß die Rotorblätter über ihren Verlauf wenigstens eine Leiterbahn aus einem leitenden Material aufweisen und daß die Leiterbahnen im Normalbetrieb zum Erdpotential galvanisch getrennt und bei durch atmosphärische Entladung gegebener Blitzstrombeanspruchung eine niederohmige Verbindung zwischen den Leiterbahnen der Rotorblätter und der Erde über durch die Beanspruchung gezündete Entladungsstrecken mit nachfolgender Erdleitung geschaltet ist. Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß bei der gegebenen galvanischen Trennung der Rotorblätter von der Kraftwerkserde bei einem Gewitter die Windkraftanlage nicht abgebremst und in eine Parkstellung mit einer definierten Lage der Rotorblätter überführt werden muß, weil bei der erfindungsgemäßen Blitzschutzeinrichtung auch bei laufendem Rotor der erst bei einem Blitzeinschlag auftretende Blitzstrom vom Rotorblatt bis in das Erdreich niederimpedant abgeleitet wird und keine Anlagenteile durch einen direkten Blitzeinschlag beschädigt werden. Erst bei einer Blitz­ einwirkung kann der dabei auftretende Blitzstrom die der galvanischen Trennung dienenden Entladungsstrecken überbrücken und über die dadurch dynamisch hergestellte niederimpedante Verbindung zur Kraftwerkserde abfließen, ohne Beschädigungen der Teile der Windkraftanlage zu verursachen.The basic idea of the invention is that the Rotor blades have at least one conductor track over their course have a conductive material and that Conductors in normal operation galvanically to earth potential separated and given by atmospheric discharge Lightning current exposure is a low-resistance connection between the conductor tracks of the rotor blades and the earth discharge routes ignited by the stress with subsequent earth line is switched. With the invention the advantage is connected that with the given galvanic separation of the rotor blades from the Power plant earth during a thunderstorm not the wind turbine slowed down and into a parking position with a defined Location of the rotor blades must be transferred because at Lightning protection device according to the invention even while running Rotor the one that only occurs when lightning strikes Lightning current from the rotor blade down to the ground is derived and no system parts by a direct Lightning strikes can be damaged. Only with a flash The lightning current that occurs can affect the Discharge sections serving as galvanic isolation bridge and over the dynamically produced  low-impedance connection to the power plant earth, without damaging the parts of the wind turbine cause.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen die in jedem Rotorblatt eingebrachten Leiterbahnen aus einem Geflecht von Einzelleitern aus gut leitendem Material, wobei durch das Geflecht beim Eintritt des Blitzstromes in die Spitze eines Rotorblatts eine Reduzierung der Stromdichte ermöglicht ist.According to an embodiment of the invention, the each rotor blade introduced conductor tracks from one Braid of single conductors made of highly conductive material, whereby through the braid when the lightning current enters the Tip of a rotor blade a reduction in current density is possible.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in jedem Rotorblatt mehrere längs laufende Leiterbahnen angeordnet, zwischen denen mehrfache niederimpedante Verbindungen bestehen, womit der Vorteil verbunden ist, daß auch beim Eintreffen einer Blitzentladung in die Seite eines Rotorblattes eine rasche Stromaufteilung und somit eine geringe Stromdichte bei der Ableitung des Blitzstromes zu verzeichnen sind.According to one embodiment of the invention are in each Rotor blade several longitudinal tracks arranged, between which multiple low impedance connections exist, which has the advantage that even when Lightning discharge arrives in the side of a Rotor blade a rapid current distribution and thus one low current density when discharging the lightning current are listed.

In Ergänzung dazu kann es vorgesehen sein, daß die Spitze eines Rotorblattes mit einer an die Leiterbahnen angeschlossenen Kappe aus einem gut leitenden Material versehen ist.In addition, it can be provided that the tip a rotor blade with one on the conductor tracks connected cap made of a highly conductive material is provided.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Entladungsstrecken zwischen den Leiterbahnen der Rotorblätter und der Erdleitung unter Umgehung der jeweiligen Lagerteile von Rotorblättern an der Nabe und/oder der Nabe am Turmkopf und/oder Turmkopf am Turm mittels abbrandfester an den einander zugeordneten Bauteilen angeordneten Elektroden mit jeweils einem konstanten Elektrodenabstand ausgebildet sind. In vorteilhafter Weise ist dadurch der Blitzstrom von allen Lagern der Windkraftanlage ferngehalten, indem diese optional mit als Funkenstrecken ausgebildeten Entladungsstrecken beschaltet sind; damit besteht nicht nur eine galvanische Trennung zwischen der Rotorblattanordnung und den in der Windkraftanlage wirksamen Lagern, sondern auch in Reihe hierzu zwischen den Lagern und der Kraftwerkserde. Erst im Fall eines Blitzeinschlages zünden die in Reihe liegenden Funkenstrecken durch und stellen eine niederimpedante Verbindung parallel zu der Nabe des Rotors und den in Reihe dazu liegenden Lagern der Windkraftanlage her. Dabei ist vorgesehen, die Schlagweite der Entladungsstrecken kleiner als 10 mm einzustellen.According to an embodiment of the invention, that the discharge paths between the conductor tracks of the Bypassing the rotor blades and the earth wire respective bearing parts of rotor blades on the hub and / or the hub on the tower head and / or tower head on the tower by means of more resistant to erosion on the components assigned to each other arranged electrodes, each with a constant Electrode spacing are formed. Advantageously is the lightning current from all bearings  Wind turbine kept away by optionally using this as Spark gaps trained discharge lines connected are; this means that there is not only electrical isolation between the rotor blade assembly and those in the Wind turbine effective bearings, but also in series between the bearings and the power plant earth. Only in In the event of a lightning strike, those in line ignite Spark gaps and provide a low impedance Connection parallel to the hub of the rotor and in series bearings of the wind turbine. It is provided for the discharge distances to be smaller set as 10 mm.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die Elektroden an Rotorblättern, Nabe, Turmkopf und Turm derart anzuordnen, daß der erforderliche konstante Elektrodenabstand auch bei einer Lageveränderung der jeweiligen Bauteile gegeneinander gegeben ist, wie diese Lageveränderung bei Windkraftanlagen mit verstellbaren Rotorblättern und einer Pendellagerung für den Rotor gegenüber dem Turmkopf sowie mit einem um die Turmachse drehbaren Turmkopf erforderlich ist.According to one embodiment of the invention, the Electrodes on rotor blades, hub, tower head and tower like this to arrange that the required constant Electrode distance even if the position changes given components against each other, like this one Change in position of wind turbines with adjustable Rotor blades and a self-aligning bearing for the rotor opposite the tower head and with one around the tower axis rotatable tower head is required.

Im Hinblick auf die Anordnung mit verstellbaren Rotorblättern kann vorgesehen sein, daß zum Schutz des Rotorblattlagers die Leiterbahnen der einzelnen Rotorblätter an einen über den Umfang des betreffenden Rotorblatts verlaufenden Rotorblattring aus leitendem Material als Elektrode angeschlossen sind und daß dem Rotorblattring unter Zwischenschaltung einer Funkenstrecke ein die Nabe des Rotors umschließender Nabenring aus leitendem Material als Gegenelektrode zugeordnet ist. Dabei kann auch vorgesehen sein, daß zwischen dem Rotorblattring und den Befestigungs­ bolzen für das Rotorblatt am Flansch der Nabe eine Isolierung vorgesehen ist, die beispielsweise dadurch ausgeführt sein kann, daß die Befestigungsbolzen mit einem Kragen aus einem isolierenden Material versehen sind. Es ist aber alternativ auch vorgesehen, zwischen dem Befestigungsbolzen und dem Rotorblattring parallel zu letzterem einen Isolierring anzuordnen und auf diese Weise die Befestigungsbolzen aus einem eventuellen Blitzstromübertragungsweg zu isolieren.With regard to the arrangement with adjustable Rotor blades can be provided to protect the Rotor blade bearing the conductor tracks of the individual rotor blades to one over the circumference of the rotor blade in question running rotor blade ring made of conductive material as Electrode are connected and that the rotor blade ring with the interposition of a spark gap the hub of the Rotor's surrounding hub ring made of conductive material as Counter electrode is assigned. It can also be provided be that between the rotor blade ring and the mounting bolts for the rotor blade on the flange of the hub  Insulation is provided, for example can be carried out that the fastening bolts with a Collars are made of an insulating material. It is but alternatively also provided between the Fastening bolt and the rotor blade ring parallel to the latter to arrange an insulating ring and in this way the fastening bolts from a possible Isolate lightning current transmission path.

Zur Ableitung des Blitzstromes bei einem gegenüber dem Turmkopf pendelnd aufgehängten Rotor kann nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen sein, dem als Elektrode wirkenden Nabenring eine am Turmkopf angeordnete und sich über einen Umfangsabschnitt erstreckende Gegenplatte als Gegenelektrode zuzuordnen, die einen eine Funkenstrecke ermöglichenden Abstand zum Nabenring aufweist; dabei kann die am Turmkopf angeordnete Gegenplatte einen den Nabenring in jeder Neigungslage des Rotors zum Turmkopf mit gleichem Abstand umschließenden gebogenen Abschnitt aufweisen. Entsprechend ist nach einem Vorschlag der Erfindung die längs des Turmkopfes bis in die Nähe des Turmes verlaufende Gegenplatte gegen das Gehäuse des Turmkopfes über Isolatoren gehalten.To derive the lightning current at one compared to the Tower head swinging suspended rotor can after a Embodiment of the invention may be provided as Electrode-acting hub ring arranged on the tower head and extending over a peripheral portion Assign counter plate as counter electrode, the one a Has a spark gap distance to the hub ring; the counter plate arranged on the tower head can be one the hub ring in any inclination of the rotor Curved tower head enclosing the same distance Have section. According to a suggestion of the invention along the tower head to near the Turret counter plate against the housing of the Tower head held over insulators.

Zum Anschluß des drehbar auf dem Turm gelagerten Turmkopfes weist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Turm auf seinem Umfang einen als Gegenelektrode zur Gegenplatte des Turmkopfes wirkenden Turmring aus einem leitenden Material auf. Hierbei endet die Gegenplatte des Turmkopfes in einer Spitze, welche einen eine Funkenstrecke ermöglichenden konstanten Abstand zum Turmring aufweist. For connecting the tower head rotatably mounted on the tower has the tower according to an embodiment of the invention on its circumference one as a counter electrode to the counter plate of the tower head acting tower ring made of a conductive Material on. The counter plate of the tower head ends here in a tip, which is a spark gap enabling constant distance from the tower ring.  

Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung können die Leiterbahnen der Rotorblätter aus Kupfergewebe oder aus einem flammgespritzten Kupfer/Glas-Gewebe bestehen, ebenso wie der Rotorblattring und/oder der Nabenring aus Metallrohr, beispielsweise Kupfer, Aluminium, Eisen oder einer Legierung wie zum Beispiel Messing, ausgebildet sein können. Besonders zweckmäßig sind abbrandfeste Werkstoffe wie zum Beispiel Kupfer-Wolfram-Legierungen oder Kupfer- Chrom-Legierungen.According to embodiments of the invention, the Conductor tracks of the rotor blades made of copper mesh or a flame-sprayed copper / glass fabric, as well like the rotor blade ring and / or the hub ring Metal pipe, for example copper, aluminum, iron or an alloy such as brass can. Burn-resistant materials are particularly useful such as copper-tungsten alloys or copper Chrome alloys.

Durch kapazitive Steuerungen der einzelnen Funkenstrecken kann sichergestellt werden, daß selbst bei mehreren in Reihe geschalteten Entladungsstreckenanordnungen eine Durchzündspannung eingestellt werden kann, die deutlich unter der Isolationsfestigkeit der zu schützenden Anlageteile liegt, so daß die einzelnen Anlageteile der Windkraftanlage vor einer zu hohen Spannungsbeanspruchung geschützt sind.Through capacitive controls of the individual spark gaps can be ensured that even with several in series switched discharge gap arrangements a Ignition voltage can be set that clearly under the insulation strength of the to be protected Plant parts is located so that the individual parts of the plant Wind turbine before too high a stress are protected.

Der Blitzschutz kann nach einem Ausführungsbeispiel dadurch noch verbessert werden, daß auf dem Turmkopf eine Fangstange mit niederimpedanter Verbindung zur Erde mittels einer an sämtlichen Lagern und Anlagenteilen vorbeiführenden Erdleitung aufgesetzt ist; es kann ferner vorgesehen sein, daß die auf dem Turmkopf angebrachte Fangstange zur Erzeugung pulsierender Koronaentladungen eingerichtet ist, wodurch eine fiktive Fangstangenerhöhung bewirkt ist. Soweit nämlich bekannterweise ein Entladungskanal zwischen einer Wolke und in exponierter Lage auf der Erde befindlichen Gebäuden dadurch auftritt, daß dem Leitblitzkanal eine Fangentladung von der exponierten Anlage entgegenwächst, kann aufgrund der vorstehenden Blitzschutzeinrichtung die Ausbildung von Fangentladungen nur eingeschränkt genutzt werden. Dagegen kann eine auf dem Turmkopf aufgesetzte Fangstange, welche auch im stationären Betrieb niederimpedant mit dem Erdreich beziehungsweise der Ortserde verbunden ist, die Ausbildung von Fangentladungen bewirken und dem Leitkanal des Blitzes einfangen.According to one embodiment, the lightning protection can thereby still be improved that one on the tower head Interception rod with low-impedance connection to earth by means of one on all bearings and system parts passing earth line is attached; it can also be provided that that attached to the tower head Air-termination rod for generating pulsating corona discharges is set up, resulting in a fictitious riser is effected. As far as is known Discharge channel between a cloud and in an exposed position Buildings located on earth occur in that the Leitblitzkanal a catch discharge from the exposed system growing against, may be due to the above Lightning protection device the formation of catch discharges can only be used to a limited extent. In contrast, one on the Trap head attached, which also in the stationary  Operation with low impedance to the ground or the Local earth is connected to the formation of fishing discharges effect and capture the lead channel of lightning.

Der auf dem Turmkopf befindliche Generator, dessen Stromzuführungen beziehungsweise -Abgänge mit den Erd- und Potentialleitungen des Stromnetzes verbunden sind, ist nach einem Ausführungsbeispiel gegenüber hohen Impulsspannungen infolge direkter Blitzeinwirkung ebenfalls geschützt; dieses ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung über Längs- und teilweise auch Querschutzbausteine verwirklicht, wobei die Längsschutzbausteine blitzstromtragfähig und netzfolgestromlöschend ausgebildet sind.The generator on the tower head, whose Power supplies or outlets with the earth and Potential lines of the power grid are connected after an embodiment compared to high pulse voltages also protected due to direct lightning; this is according to an embodiment of the invention via longitudinal and partially also implemented cross protection modules, whereby the longitudinal protection modules are suitable for lightning current and are designed to delete the line follow current.

Am Fußpunkt des Turmes beziehungsweise in den Schaltschränken und/oder Klemmenkästen der Windkraftanlage sind blitzstromtragfähige und netzfolgestromlöschende Längsschutzkomponenten vorgesehen, wobei die Verbindungsleitungen zwischen dem Generator und der Erde ebenfalls blitzstromtragfähig ausgeführt sind.At the base of the tower or in the Control cabinets and / or terminal boxes of the wind turbine are lightning current carrying and line follow current extinguishing Longitudinal protection components provided, the Connection lines between the generator and earth are also capable of carrying lightning current.

Schließlich ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß die längs des Turmes verlaufenden Steuerleitungen mit spannungsbegrenzenden Schutzkomponenten versehen sind, um infolge Induktion mögliche Überkopplungen zwischen den blitzstromableitenden Strompfaden im Turm und den in deren Nähe angeordneten Steuerleitungen auszuschließen. Diese spannungsbegrenzenden Bausteine können ebenfalls als Entladungsstrecken und/oder Varistorbausteine ausgebildet sein, um den Überspannungsschutz dieser Steuerleitungen zu gewährleisten.Finally, according to an embodiment of the invention provided that those running along the tower Control lines with voltage-limiting protective components are provided to possible overcoupling due to induction between the lightning current dissipating current paths in the tower and the control lines arranged in their vicinity to exclude. These voltage-limiting modules can also as discharge paths and / or varistor modules be trained to surge protection this Ensure control lines.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, welches nachstehend beschrieben ist. In the drawing is an embodiment of the invention reproduced, which is described below.  

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine ausschnittsweise Darstellung des Turmes mit Turmkopf und Rotor einer Windkraftanlage, Fig. 1 is a partial illustration of the tower with the tower head and the rotor of a wind turbine,

Fig. 2 den Turmkopf mit Rotor in einer Frontansicht, Fig. 2 shows the tower head with a rotor in front view,

Fig. 3 den Gegenstand der Fig. 2 in einer perspektivischen Darstellung. Fig. 3 shows the subject of Fig. 2 in a perspective view.

Auf einem Turm 10 einer Windkraftanlage sitzt ein Turmkopf 11, der an seinem vorderen Ende einen Pendelrahmen 12 trägt, in welchem eine Nabe 13 eines Rotors derart gelagert ist, daß eine Verschwenkung des Rotors in Richtung des Pfeiles 34 zum Turmkopf möglich ist. An die Nabe 13 sind über deren Flansch 15 durchgreifende Schraubbolzen 16 Rotorblätter 14 angeschlossen, wobei die Rotorblätter 14 gegenüber der Nabe 13 durch eine im einzelnen nicht weiter dargestellte Lagerung in Richtung der Doppelpfeile 32 verstellbar sind. Die Rotorblätter 14 laufen in Richtung des Pfeils 33 um.On a tower 10 of a wind turbine sits a tower head 11 , which carries at its front end a pendulum frame 12 in which a hub 13 of a rotor is mounted such that pivoting of the rotor in the direction of arrow 34 to the tower head is possible. To the hub 13 , through their flange 15 penetrating bolts 16 rotor blades 14 are connected, the rotor blades 14 being adjustable in the direction of the double arrows 32 with respect to the hub 13 by a bearing (not shown in detail). The rotor blades 14 rotate in the direction of the arrow 33 .

Zur Einrichtung eines Ableitweges für den Blitzstrom sind die Rotorblätter 14 mit mehreren parallel über die Länge der Rotorblätter 14 verlaufenden Leiterbahnen 17 aus einem Gewebe von beispielsweise Kupferdrähten versehen, wobei die längslaufenden Leiterbahnen 17 über die Länge der Rotorblätter 14 mehrfach durch quer dazu angeordnete Leiterbahnen 18 verbunden sind. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann in einem Rotorblatt 14 auch eine einzige entsprechend breit ausgeführte Leiterbahn 17 angeordnet sein. Die Leiterbahnen 17 enden in einem Rotorblattring 19, der beispielsweise aus Kupferrohr besteht, wobei dieser Rotorblattring 19 gegenüber den Schraubbolzen 16 durch einen dazwischenliegenden Isolierring 20 isoliert ist, so daß ein auftretender Blitzstrom nicht bis an die Schraubverbindung und von dort bis in das zugeordnete Lager für die beweglichen Rotorblätter sowie den Nabenkörper gelangen kann.To set up a discharge path for the lightning current, the rotor blades 14 are provided with a plurality of conductor tracks 17 running parallel to the length of the rotor blades 14 and made of a fabric of, for example, copper wires, the longitudinal conductor tracks 17 being connected several times over the length of the rotor blades 14 by conductor tracks 18 arranged transversely thereto are. As can be seen from FIG. 2, a single, correspondingly wide conductor track 17 can also be arranged in a rotor blade 14 . The conductor tracks 17 end in a rotor blade ring 19 , which consists, for example, of copper tube, this rotor blade ring 19 being insulated from the screw bolt 16 by an intermediate insulating ring 20 , so that a lightning current that occurs does not reach the screw connection and from there to the associated bearing for the movable rotor blades and the hub body can get.

Dem insoweit als Elektrode wirkenden Rotorblattring 19 ist turmkopfseitig ein als Gegenelektrode wirkender, von der Nabe 13 über Halter 22 getragener Nabenring zugeordnet, der einen solchen Abstand zum Rotorblattring 19 aufweist, daß sich bei entsprechender Blitzstrombeanspruchung eine Funkenstrecke als Entladungsstrecke 23 ausbildet.The rotor blade ring 19 , which acts as an electrode in this respect, is assigned a hub ring on the tower head side, which acts as a counterelectrode and is carried by the hub 13 via the holder 22 and is at such a distance from the rotor blade ring 19 that a spark gap is formed as a discharge gap 23 when the lightning current is applied accordingly.

Der Ableitweg für den Blitzstrom wird im Bereich des Turmkopfes 11 weiter vervollständigt durch eine an dem Turmkopf 11 über Isolatoren 27 gehalterte Gegenplatte 24, die an ihrem dem Nabenring 21 zugeordneten Ende in einem gebogenen Abschnitt 25 endet, welcher den Nabenring 21 in jeder Neigungslage des Rotors zum Turmkopf 11 mit gleichem Abstand umschließt; damit ist auch bei unterschiedlichen Neigungsstellungen in dem mit Pfeil 34 angeordneten Bereich die Ausbildung einer als Funkenstrecke wirkenden Entladungsstrecke 30 gewährleistet. An ihrem turmseitigen Ende weist die Gegenplatte 24 eine Spitze 26 auf, und diese Spitze 26 liegt in einem eine Funkenstrecke als Entladungsstrecke 31 ermöglichenden Abstand zu einem auf dem äußeren Umfang des Turmes 10 angeordneten Turmring 28 aus einem leitenden Material, welcher mit dem Erdpotential 29 leitend verbunden ist. The discharge path for the lightning current is further completed in the area of the tower head 11 by a counterplate 24 held on the tower head 11 via insulators 27 , which ends at its end assigned to the hub ring 21 in a bent section 25 , which the hub ring 21 in each inclined position of the rotor to the tower head 11 encloses the same distance; this ensures the formation of a discharge gap 30 which acts as a spark gap even in the case of different inclination positions in the region arranged with arrow 34 . At its end on the tower side, the counterplate 24 has a tip 26 , and this tip 26 lies at a distance that enables a spark gap as the discharge gap 31 to a tower ring 28 made of a conductive material which is conductive with the earth potential 29 and is arranged on the outer circumference of the tower 10 connected is.

Beim Auftreten eines Blitzeinschlages in ein Rotorblatt 14 wird der dadurch bewirkte Blitzstrom über die Leiterbahnen 17, 18, den Rotorblattring 19, den Nabenring 21, die Gegenplatte 24 und den Turmring 28 zum Erdpotential 29 abgeleitet, wobei die in Reihe liegenden Entladungsstrecken 23, 30, 31 durchgezündet werden. Bei Normalbetrieb dagegen sind die Entladungsstrecken 23, 30, 31 unwirksam, so daß die Rotorblätter 14 zum Erdpotential galvanisch getrennt sind.When a lightning strike occurs in a rotor blade 14 , the lightning current caused thereby is diverted via the conductor tracks 17 , 18 , the rotor blade ring 19 , the hub ring 21 , the counter plate 24 and the tower ring 28 to the earth potential 29 , the discharge paths 23 , 30 , 31 are ignited. In normal operation, however, the discharge paths 23 , 30 , 31 are ineffective, so that the rotor blades 14 are electrically isolated from the earth potential.

Aufgrund der vorbeschriebenen Ausführung der konstruktiven Elemente des Ableitweges für den Blitzstrom ist gegeben, daß bei einem Gewitter die Windkraftanlage nicht stillzusetzen ist, weil der Ableitweg bei laufendem Rotor und in jeder Stellung der beteiligten Bauteile zueinander gegeben ist.Because of the construction of the construction described above Elements of the discharge path for the lightning current is that do not shut down the wind turbine during a thunderstorm is because the discharge path with the rotor running and in each Position of the components involved is given to each other.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The in the above description, the claims, the summary and the drawing disclosed features The subject matter of these documents can be used individually as well in any combination with each other for the Realization of the invention in its various Embodiments may be essential.

Claims (24)

1. Windkraftanlage mit einem Turm, in deren von diesem getragenen Turmkopf ein von einem Rotor angetriebener Generator angeordnet ist, wobei der Rotor um eine vom Turmkopf gehalterte Nabe drehbar und mit Rotorblättern versehen ist, wobei die Windkraftanlage eine Blitzschutzeinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter (14) über ihren Verlauf wenigstens eine Leiterbahn (17) aus einem leitenden Material aufweisen und daß die Leiterbahnen (17) im Normalbetrieb zum Erdpotential (29) galvanisch getrennt und bei durch atmosphärische Entladung gegebener Blitzstrombeanspruchung eine niederohmige Verbindung zwischen den Leiterbahnen (17) der Rotorblätter (14) und der Erde über durch die Beanspruchung gezündete Entladungsstrecken (23, 30, 31) mit nachfolgender Erdleitung (29) geschaltet ist. 1.Wind turbine with a tower, in the tower head of which a generator driven by a rotor is arranged, the rotor being rotatable about a hub held by the tower head and provided with rotor blades, the wind turbine having a lightning protection device, characterized in that the The rotor blades ( 14 ) have at least one conductor track ( 17 ) made of a conductive material over their course and that the conductor tracks ( 17 ) are electrically isolated from the earth potential ( 29 ) during normal operation and that there is a low-impedance connection between the conductor tracks ( 17 ) in the event of lightning current stress caused by atmospheric discharge. the rotor blades ( 14 ) and the earth are connected via discharge paths ( 23 , 30 , 31 ) ignited by the stress with subsequent earth line ( 29 ). 2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in jedes Rotorblatt (14) eingebrachten Leiterbahnen (17) aus einem Geflecht von Einzelleitern aus einem gut leitenden Material bestehen.2. Wind power plant according to claim 1, characterized in that in each rotor blade ( 14 ) introduced conductor tracks ( 17 ) consist of a network of individual conductors made of a highly conductive material. 3. Windkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Rotorblatt (14) mehrere längslaufende Leiterbahnen (17) nebeneinander angeordnet sind, zwischen denen mehrfache niederimpedante Leiterverbindungen (18) bestehen.3. Wind power plant according to claim 1 or 2, characterized in that in each rotor blade ( 14 ) a plurality of longitudinal conductor tracks ( 17 ) are arranged side by side, between which there are multiple low-impedance conductor connections ( 18 ). 4. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze der Rotorblätter (14) mit einer an deren Leiterbahnen (17) angeschlossenen Kappe aus einem gut leitenden Material versehen ist.4. Wind power plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tip of the rotor blades ( 14 ) is provided with a cap connected to their conductor tracks ( 17 ) made of a highly conductive material. 5. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsstrecken (23, 30, 31) zwischen den Leiterbahnen (17) der Rotorblätter (14) und der Erdleitung (29) unter Umgehung der jeweiligen Lagerteile von Rotorblättern (14) an der Nabe (13) und/oder der Nabe (13) am Turmkopf (11) und/oder Turmkopf (11) am Turm (10) mittels abbrandfester an den einander zugeordneten Bauteilen (10, 11, 13, 14) angeordneten Elektroden (19, 21, 24, 28) mit jeweils einem konstanten Elektrodenabstand ausgebildet sind.5. Wind power plant according to one of claims 1 to 4, characterized in that the discharge paths ( 23 , 30 , 31 ) between the conductor tracks ( 17 ) of the rotor blades ( 14 ) and the earth line ( 29 ) bypassing the respective bearing parts of rotor blades ( 14 ) on the hub ( 13 ) and / or the hub ( 13 ) on the tower head ( 11 ) and / or tower head ( 11 ) on the tower ( 10 ) by means of electrodes which are resistant to erosion and are arranged on the mutually associated components ( 10 , 11 , 13 , 14 ) ( 19 , 21 , 24 , 28 ) are each formed with a constant electrode spacing. 6. Windkraftanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagweite der Entladungsstrecken (23, 30, 31) weniger als 50 mm beträgt.6. Wind power plant according to claim 5, characterized in that the impact distance of the discharge paths ( 23 , 30 , 31 ) is less than 50 mm. 7. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (19, 21, 24, 28) von Rotorblättern (14), Nabe (13), Turmkopf (11) und Turm (10) derart angeordnet sind, daß der konstante Elektrodenabstand auch bei einer Lageveränderung der jeweiligen Bauteile gegeneinander gegeben ist.7. Wind power plant according to one of claims 1 to 6, characterized in that the electrodes ( 19 , 21 , 24 , 28 ) of rotor blades ( 14 ), hub ( 13 ), tower head ( 11 ) and tower ( 10 ) are arranged in such a way that the constant electrode spacing is given even when the position of the respective components changes. 8. Windkraftanlage nach Anspruch 7 mit verstellbaren Rotorblättern, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz des Rotorblattlagers die Leiterbahnen (17) der einzelnen Rotorblätter (14) an einen über den Umfang des betreffenden Rotorblatts (14) verlaufenden Rotorblattring (19) aus leitendem Material als Elektrode angeschlossen sind und daß dem Rotorblattring (19) unter Zwischenschaltung einer Funkenstrecke (23) ein die Nabe (13) des Rotors umschließender Nabenring (21) aus leitendem Material als Gegenelektrode zugeordnet ist.8. Wind power plant according to claim 7 with adjustable rotor blades, characterized in that to protect the rotor blade bearing, the conductor tracks ( 17 ) of the individual rotor blades ( 14 ) to a rotor blade ring ( 19 ) extending over the circumference of the respective rotor blade ( 14 ) made of conductive material as an electrode are connected, and that the rotor blade ring (19), a hub (13) of the rotor enclosing the hub ring (21) is associated with a conductive material as a counter electrode with interposition of a radio link (23). 9. Windkraftanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rotorblattring (19) und den Befestigungsschrauben (16) des einzelnen Rotorblatts (14) am Flansch (15) der Nabe (13) eine Isolierung (20) vorgesehen ist.9. Wind power plant according to claim 8, characterized in that insulation ( 20 ) is provided between the rotor blade ring ( 19 ) and the fastening screws ( 16 ) of the individual rotor blade ( 14 ) on the flange ( 15 ) of the hub ( 13 ). 10. Windkraftanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsbolzen (16) mit einem Kragen aus einem isolierenden Material versehen sind.10. Wind power plant according to claim 9, characterized in that the fastening bolts ( 16 ) are provided with a collar made of an insulating material. 11. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit einer Pendellagerung für den Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Elektrode wirkenden Nabenring (21) eine am Turmkopf (11) angeordnete und sich über einen Umfangsabschnitt erstreckende Gegenplatte (24) als Gegenelektrode in einem eine Funkenstrecke (30) ermöglichenden Abstand zugeordnet ist. 11. Wind power plant according to one of claims 1 to 10 with a self-aligning bearing for the rotor, characterized in that the hub ring ( 21 ) acting as an electrode arranged on the tower head ( 11 ) and extending over a circumferential portion counter plate ( 24 ) as a counter electrode in one a spark gap ( 30 ) permitting distance is assigned. 12. Windkraftanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die am Turmkopf (11) angeordnete Gegenplatte (24) einen den Nabenring (21) in jeder Neigungslage des Rotors zum Turmkopf (11) mit gleichem Abstand umschließenden gebogenen Abschnitt (25) aufweist.12. Wind power plant according to claim 11, characterized in that the counter plate ( 24 ) arranged on the tower head ( 11 ) has a curved section ( 25 ) surrounding the hub ring ( 21 ) in every inclined position of the rotor relative to the tower head ( 11 ). 13. Windkraftanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die längs des Turmkopfes (11) bis in Nähe des Turmes (10) verlaufende Gegenplatte (24) gegen das Gehäuse des Turmkopfes über Isolatoren (27) gehalten ist.13. Wind turbine according to claim 11 or 12, characterized in that the along the tower head ( 11 ) in the vicinity of the tower ( 10 ) extending counter plate ( 24 ) is held against the housing of the tower head via insulators ( 27 ). 14. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Turm (10) auf seinem Umfang einen als Gegenelektrode zur Gegenplatte (24) des Turmkopfes (11) wirkenden Turmring (28) aus einem leitenden Material aufweist, und daß die Gegenplatte (24) des Turmkopfes (11) in einer einen eine Funkenstrecke (31) ermöglichenden konstanten Abstand zum Turmring (28) aufweisenden Spitze (26) endet.14. Wind power plant according to one of claims 1 to 13, characterized in that the tower ( 10 ) on its circumference has a tower ring ( 28 ) made of a conductive material as a counter electrode to the counter plate ( 24 ) of the tower head ( 11 ), and that Counter plate ( 24 ) of the tower head ( 11 ) ends at a constant distance from the tower ring ( 28 ), which allows a spark gap ( 31 ), to have a tip ( 26 ). 15. Windkraftanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (26) der Gegenplatte als einstellbare Schraube ausgebildet ist.15. Wind turbine according to claim 14, characterized in that the tip ( 26 ) of the counter plate is designed as an adjustable screw. 16. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (17, 18) der Rotorblätter (14) aus Kupfergewebe bestehen. 16. Wind power plant according to one of claims 1 to 15, characterized in that the conductor tracks ( 17 , 18 ) of the rotor blades ( 14 ) consist of copper mesh. 17. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (17, 18) der Rotorblätter (14) aus einem flammgespritzten Kupfer/Glas-Gewebe bestehen.17. Wind power plant according to one of claims 1 to 15, characterized in that the conductor tracks ( 17 , 18 ) of the rotor blades ( 14 ) consist of a flame-sprayed copper / glass fabric. 18. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß Rotorblattring (19) und/oder Nabenring (21) aus einem Metallrohr bestehen.18. Wind turbine according to one of claims 1 to 17, characterized in that the rotor blade ring ( 19 ) and / or hub ring ( 21 ) consist of a metal tube. 19. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenplatte (24) in ihrem Bereich zwischen dem gebogenen Abschnitt (25) und der Spitze (26) aus einer Kabelverbindung besteht.19. Wind power plant according to one of claims 12 to 14, characterized in that the counter plate ( 24 ) in its region between the bent section ( 25 ) and the tip ( 26 ) consists of a cable connection. 20. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Turmkopf (11) eine Fangstange mit niederimpedanter Verbindung zur Erde mittels einer an sämtlichen Lagern und Anlagenteilen vorbeiführenden Erdleitung aufgesetzt ist.20. Wind power plant according to one of claims 1 to 19, characterized in that on the tower head ( 11 ) a safety rod with a low-impedance connection to earth is placed by means of an earth line passing all bearings and system parts. 21. Windkraftanlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Turmkopf (11) aufgesetzte Fangstange zur Erzeugung von pulsierenden Koronaentladungen eingerichtet ist.21. Wind power plant according to claim 20, characterized in that the catching rod placed on the tower head ( 11 ) is set up for generating pulsating corona discharges. 22. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz des im Turmkopf (11) angeordneten Generators blitzstromtragfähige und netzfolgestromlöschende Schutzbausteine vorgesehen sind.22. Wind power plant according to one of claims 1 to 21, characterized in that lightning current-carrying and line follow current-erasing protective modules are provided to protect the generator arranged in the tower head ( 11 ). 23. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz der elektrischen Anlagenteile in dem Turm (10) zugeordneten Schaltschränken und/oder Klemmenkästen blitzstrom­ tragfähige und netzfolgestromlöschende Längsschutzkomponenten vorgesehen sind.23. Wind power plant according to one of claims 1 to 22, characterized in that lightning current-carrying and line follow current-extinguishing longitudinal protection components are provided to protect the electrical system parts in the tower ( 10 ) associated with control cabinets and / or terminal boxes. 24. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 23, daß die längs des Turmes (10) verlaufenden Steuerleitungen mit spannungsbegrenzenden Schutzkomponenten versehen sind.24. Wind power plant according to one of claims 1 to 23, that the control lines running along the tower ( 10 ) are provided with voltage-limiting protective components.
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