DK200300088U3 - Vindmøllevinge med lynafleder - Google Patents

Description

i DK 2003 00088 U3

Frembringelsen angår en vindmøllevinge af glasfiber og/eller kulfiber omfattende en lynafleder.

I forbindelse med lynnedslag er der tale om meget kraftige strømme på af størrelsesordenen 10-200 kA over en meget kort periode. Effekten er meget stor og kan give anledning til sprængninger som følge af, at den af vingen indesluttede luft udvider sig eksplo-sionsagtigt. Det er kendt at indlægge kraftige flettede kabler i vingen. Ude ved spidsen af vingen sidder der da en metalkollektor af en vis bredde, der tjener til at indfange lynet samt at forhindre, at opvarmningen på dette sted bliver for kraftig.

Det er endvidere kendt at afstive vingen ved hjælp af en kulfiberbelægning. Til beskyttelse af kulfiberbelægningen kan der eventuelt lægges et kobbernet over denne.

Formålet med frembringelsen er at tilvejebringe en afstivet vindmøllevinge med lynafleder, og som er enklere end hidtil kendt.

En vindmøllevinge af den indledningsvis nævnte art er ifølge frembringelsen ejendommelig ved, at lynaflederen udgøres af en eller flere aflange strimler af kulfiberforstærket plast, der eventuelt er en del af selve glasfibervingen. De aflange strimler af kulfiberforstærket plast tjener derved samtidigt til afstivning og bortledning af lyn samt dæmpning af reflektionsstrømme efter lynindslag.

Fremdeles kan ifølge frembringelsen en vindmøllevinge med indvendige afstivende dele være ejendommelig ved, at i hvert fald nogle af de indvendige afstivende dele udgøres af kulfiberforstærket plast. Derved opnås en endnu bedre afstivning af vingen.

Desuden kan ifølge frembringelsen de aflange strimler af kulfiberforstærket plast være forbundet indbyrdes via de indvendige afstivende dele af kulfiberforstærket plast. Derved fordeles lynaflederstrømmene bedst muligt, hvorved eventuelle skader reduceres til et minimum.

2 DK 2003 00088 U3

Endvidere kan der til en af de indvendige afstivende dele af kulfiberforstærket plast være fastgjort et konventionelt lynaflederkabel. En sådan konstruktion kan være fordelagtig i områder, hvor der er særlig mange lynnedslag.

Frembringelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, 5 hvor fig. 1 viser en vindmøllevinge ifølge frembringelsen, omfattende en lynafleder i form af aflange strimler af kulfiberforstærket plast, fig. 2 den i fig. 1 viste vindmøllevinge, set i snit, fig. 3 hele vindmøllen, 10 fig. 4 den elektriske modstand af en kulfiberbelægning vs. bredden, fig. 5 et lynaflederkabel der kan indlægges i vindmøllevingen.

Skader på vindmøllevinger som følge af lynnedslag kan være ret omfattende. Der er tale om meget store strømstyrker på af størrelsesordenen 10-200 kA over en meget kort periode. Energien er lille, men effekten er meget stor og kan give anledning til 15 sprængninger som følge af, at den indesluttede luft udvider sig eksplosionsagtigt. Det er kendt at indlægge kraftige flettede kabler til lynafledning i den enkelte vinge. Ude ved spidsen af vingen sidder der da en særlig receptor, der tjener til at indfange lynet samt at forhindre, at opvarmningen på dette sted bliver for kraftig. Endvidere er det kendt at afstive den enkelte vinge ved hjælp af en kulfiberbelægning. Eventuelt kan der lægges et 20 kobbernet over kulfiberbelægningen for at beskytte denne.

Ifølge frembringelsen har man fundet på at tilsætte så meget kulfiber til vingen, at denne i sig selv kan tjene som lynafleder. Ifølge frembringelsen udgør den som lynafleder 3 DK 2003 00088 U3 tjenende kulfiberbelægning af en eller flere aflange strimler 1,2,3 af kulfiberforstærket plast, der fortrinsvis er en del af vingens laminat. Endvidere kan det indre af den enkelte vinge være udformet som en kulstav. De aflange strimler 1,2,3 kan da stå i forbindelse med den indre kulstofleder. Eventuelt kan der på den indre kulstofleder eller på en af de indvendigt afstivende dele 4 være anbragt et konventionelt lynaflederkabel 5, der kan være udformet som vist i fig. 5. Termineringeme er imidlertid af en speciel udførelse. Fig. 2 viser, hvorledes de aflange ledende strimler 1,2,3 kan være forbundet med den indre kulstofleder eller det indre lynaflederkabel 5 ved hjælp afledere 6. Fig. 1 viser desuden receptoren 7 for enden af vingen.

Vingen fremstilles i to halvdele, der derefter limes sammen langs kanterne. Den enkelte vingehalvdel fremstilles ved støbning af glas, kulfiberlaminater m.v. i en støbeform. Støbeformen er forinden smurt med et egnet slippemiddel, således at emnet efter endt støbning let vil kunne udtages af formen.

Vingen kan udformes således, at dele af vingen udgøres af aflange strimler af kulfiberforstærket plast.

Kulfibrene, der f.eks. fas fra Devold AMT A/S, 6030 Langevåg, Norge, er specielle derved at de er elektrisk ledende i en eller anden grad, er meget tynde og har en stor trækstyrke.

Dette forhold, at trækstyrken er stor og meget større end glasfibrenes trækstyrke, bevirker, at man ofte forstærker glasfiberkonstruktioner med en vis mængde kulfiber for at øge trækstyrken og eventuelt også stivheden.

Kulfibrenes elektrisk ledende egenskaber kan konstruktivt være en fordel eller en ulempe forstået på den måde, at ønsker man f.eks. en antistatisk elektrisk ledende epoxygulvbelægning, kan man iblande kulfiberstykker i sit produkt for at opnå egenskaben. Hvis man derimod forstærker en større glasfiberkonstruktion, som skal monteres udendørs, hvor 4 DK 2003 00088 U3 der er risiko for lynaktivitet, kan de elektrisk ledende kulfibre blive en aktiv del af en lynafledning. Dette indebærer imidlertid en risiko for lokalopvarmning. Hvis fibrene indgår i konstruktionen i større mængde, kan de imidlertid udnyttes konstruktivt, og det er opfinderens fortjeneste, at han har anvist dette. Det er imidlertid nødvendigt at kende kulfibrenes elektriske egenskaber. Normalt beskrives den specifikke modstand af et materiale som den ohmske modstand, der findes i én m af materialet med et tværsnit på 1 mm2 og ved 20° C.

Nu kan man ikke få en kulfiber med et tværsnit på 1 mm2, og vi vælger derfor at beskrive forholdene ved nogle praktiske udførelser. Ud fra en pladetykkelse på 1 cm har vi valgt at udskære forskellige bredder for derefter at gennemføre målinger af modstande i kulfibre bundet i polyesterharpiks. Den specifikke modstand af 1 cm2 af materialet i en længde på 1 m ved 20°C er målt til 300 ohm.

Ved større materialebredder bliver modstanden mindre. Modstanden er omvendt proportional med tværsnitsarealet af materialet, hvilket fremgår kurven i fig. 4, optaget for forskellige materialebredder med en konstant tykkelse og længde, men hvor bredden er øget. Som det fremgår af kurven, bliver den elektriske modstand rimeligt lav ved større tværsnit. Der er imidlertid stor afstand til metallers ledningsevne.

Fibre kan købes i udgaver, hvor de enkelte fibre er belagt (coatet) med metalfilm, f.eks. nikkel, hvorved den elektriske modstand bliver væsentlig mindre og bringer sådanne fibre inden for et interessant arbejdsområde. Det vil sige, både som almindelige fibre og som metalbelagte fibre vil de kunne deltage aktivt i en lynbeskyttelse, enten som en direkte aktiv nedleder, når mængden af'fibre er tilstrækkelig stor, og tykkelsen og bredden bringer den samlede modstand ned og derved gør den elektriske modstand lav, eller som en parallel nedleder, som ved en effektiv systematisk potentialeudlignet opbygning dels har nedlederfunktion og dels reflektionsdæmpende funktion på selve lynstrømmene.

5 DK 2003 00088 U3

Det suplerende lynaflederkabel er f.eks. af den type, der er vist i fig. 5. Uden på en indvendig filler 11 ligger selve hoveedlederen 12, der består af et antal ved siden af hinanden anbragte kobbertråde, der er anbragt således, at de snor sig en smule omkring filleren 11. Uden på lederlaget 12 er der et halvlederlag 13 og uden på dette et isolerende lag 14 af 5 polyethylen. Uden på polyethylenlaget 14 er der igen anbragt et halvledende lag 15 og uden på dette en kobberskærm 16. En fordel ved denne konstruktion er, at induktansen per længdeenhed er reduceret til et minimum. Derved reduceres spændingsfaldet over kablet til et minimum, og derved kan man i nogen grad undgå at andre dele af møllen lider overlast i tilfælde af lynnedslag. Termineringeme af skærmen er udført som angivet i 10 instruktionsvejledninger fra spe SCANPOCON ENERGI. Disse instruktionsvejledninger omtales som henholdsvis “Tricore Upper Termination Instruction” for lynkablets øverste ende og “Tricore Lower Termination Instruction” for lynkablets nederste ende. Endvidere benyttes termineringsinstruktionen for “Cols Shrink ™ Silicone Rubber Termination” i den øverste ende af kablet.

15 Fig. 3 viser hele vindmøllen. Detre vinger erfastgjorttiletdrejeligtlejretnav. Navetstår via en aksel og en gearkasse i forbindelse med en generator i et drejeligt lejret hus af vindmøllen.

6 DK 2003 00088 U3

BRUGSMODELKRAV

1. Vindmøllevinge af glasfiber og/eller kulfiber omfattende en lynafleder, hvilken vindmøllevinge er ny ved, at lynaflederen udgøres af en eller flere aflange strimler (1,2, 3) af kulfiberforstærket plast, der evt. er en del af selve glasfibervingen.

2. Vindmøllevinge ifølge krav 1 med indvendige afstivende dele, som er ny ved, at i hvert fald nogle af de indvendige afstivende dele (4) udgøres af kulfiberforstærket plast.

3. Vindmøllevinge ifølge krav 2, som er ny ved, at i hvert fald nogle af de aflange strimler (1, 2, 3) af kulfiberforstærket plast er forbundet indbyrdes.

4. Vindmøllevinge ifølge krav 2 eller 3, som er ny ved, at der til i hvert fald en af de indvendige afstivende dele (4) er fastgjort et konventionelt lynaflederkabel (5).

5. Vindmøllevinge ifølge krav 4, som er ny ved, at lynaflederkablet (5) er udformet således, at induktansen per længdeenheder er reduceret til et minimum.

6. Vindmøllevinge ifølge et af de foregående krav, som er ny ved, at den omfatter et indre lynaflederkabel (5), og at dette indre lynaflederkabel (5) flere steder i vingens længderetning er forbundet med de aflange strimler (1,2,3) ved hjælp afledere (6).

7. Vindmøllevinge ifølge et af de foregående krav, som er ny ved, at vingens forside og bagside hver omfatter en i afstand ffa vingens forkant og bagkant værende aflang strimmel (1) af kulfiberarmert plast.

DK 2003 00088 U3

Fig. 2 DK 2003 00088 U3

DK 2003 00088 U3

Fig. 5