EP0697065A1 - Wind turbine with protection against lightning - Google Patents

Wind turbine with protection against lightning

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Publication number
EP0697065A1
EP0697065A1 EP94914328A EP94914328A EP0697065A1 EP 0697065 A1 EP0697065 A1 EP 0697065A1 EP 94914328 A EP94914328 A EP 94914328A EP 94914328 A EP94914328 A EP 94914328A EP 0697065 A1 EP0697065 A1 EP 0697065A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
power plant
wind power
lightning
stand
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP94914328A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gerhard Sedlmayr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Autoflug Energietechnik and Co GmbH
Original Assignee
Autoflug Energietechnik and Co GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Autoflug Energietechnik and Co GmbH filed Critical Autoflug Energietechnik and Co GmbH
Publication of EP0697065A1 publication Critical patent/EP0697065A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G13/00—Installations of lightning conductors; Fastening thereof to supporting structure
    • H02G13/80—Discharge by conduction or dissipation, e.g. rods, arresters, spark gaps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/30—Lightning protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G13/00—Installations of lightning conductors; Fastening thereof to supporting structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a wind turbine with a tower-like stand, which carries a rotor provided with rotor blades and a generator driven by the latter.
  • the damage associated with a lightning strike then lies not only in the necessary repair of the parts possibly destroyed by the lightning strike, such as rotor blades in particular, but in the complete failure of the wind power plant in question, which often lasts for a long period of time.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an effective lightning protection device for a wind turbine of the type mentioned.
  • the invention provides in its basic idea that an extendable and coupled with a thunderstorm detector to its triggering lightning conductor is arranged with an associated grounding to the wind turbine, wherein the lightning conductor protrudes beyond the rotor blades of the ⁇ m the case of release the stopped rotor in its extended position.
  • the invention has the advantage that the risk to the wind power plant from lightning strikes is reduced, because the lightning conductors which extend in the event of a trigger and which project above the rotor blades of the shutdown rotor of the wind power plant prevent the lightning from striking the rotor blades.
  • the extendability of the lightning rods according to the invention also has the advantage that the lightning rods are not visible in normal operation and the appearance of the wind power plants placed in the landscape is thus improved.
  • the thunderstorms intended to trigger the lightning arresters are already known and available, and they are already being used for preventive switching on and off of endangered systems. If the observation and data evaluation carried out by a thunderstorm results in a hazardous situation for the wind turbine in question, so After the system has been shut down, the rotor blades can be brought into their lightning protection position and the lightning arrester can be extended.
  • Corresponding thunderstorms are already partially set up across the board, so that corresponding trigger signals for the lightning protection device on wind turbines are available.
  • the extendable lightning arrester is designed as a rod that can be extended from the top of the tower-like stand, which according to a modified embodiment can additionally be provided with a frame that can be stretched out like an umbrella at its upper end. It is understood that the corresponding lightning rod is to be provided with a suitable grounding which, when a so-called hot lightning strikes, dissipates the discharge energy along the stator without the stator itself being affected.
  • the protective effect of the wind power plant against lightning strikes can be further improved in that several rods, which can be extended both upwards and laterally, are provided as lightning arresters, so that there is a kind of grass catcher for protecting the rotor blade in the lightning protection position within the area encompassed by the rods stopped rotor results.
  • the rotor is stopped in a lightning protection position on a signal transmitted by the assigned thunder detector, and for this purpose it is provided that in the stopped position of the rotor a rotor blade is in a position congruent with the stator; this applies to both two-bladed and three-bladed rotors.
  • the risk to the wind turbine as such from lightning is reduced by the fact that the rotor blades are arranged displaceably on the rotor and, in the event of tripping, can be fixed in a position congruent with the stator. With the associated folding of the rotor blades into a position lying parallel to the stator, practically no parts still protruding from the stator are provided, so that the extendable lightning rods provided can also be kept correspondingly smaller in their dimensions.
  • the extendable lightning rod is as a tower-like stand completely enclosed and formed from a storage space set up on the ground above the stand, so that a Faraday cage is erected around the stand with the rotor blades placed in the lightning protection position, which provides for the shielding of the space delimited by it.
  • This embodiment applies both to wind turbines with fixed rotor blades, in which the dimensions of the mesh must then be chosen to be correspondingly large, and to rotors with retractable rotor blades, in which the above proposal can be implemented with less effort.
  • the rotor blade is telescopically retractable and extendable, the protective effect of the wind turbine being reduced in an advantageous manner by the fact that when the rotor blades are telescopically collapsed, the radius of the wind turbine is reduced and so is the The risk of lightning strikes is reduced.
  • this embodiment has the advantage that the lightning arresters provided in detail and which have to be brought into position in the event of a triggering have to be designed to be less complex because the discharge of the rotor blades is reduced considerably. This applies in particular to the exemplary embodiment with the grid mesh to be unfolded over the stand, in which this advantage of the invention comes into play.
  • Another embodiment of the invention provides that the stand is telescopically retractable in height; This measure also significantly reduces the risk to the wind turbine as such against lightning strikes because the exposed height of the wind turbine can thus be reduced. At the same time the effort required for the lightning arrester is reduced, and finally this embodiment has the particular advantage that the reduction in overall height, which is made possible by the telescopic nature of the stand, also significantly reduces the repair and assembly work, because when the stand is pushed together, the rotor or with connected generator become more accessible.
  • an extendable lightning rod to be arranged in at least one rotor blade and protruding from the tip of the rotor blade in the extended position; care must be taken that the rotor blade provided with the extendable lightning arrester projects beyond the stator and any other rotor blade arranged on the rotor when the rotor is at a standstill; with a corresponding lightning warning, the lightning arrestor arranged in the rotor blade can be extended so that the lightning arrester thus formed forms the highest point of the wind turbine and takes over the lightning protection.
  • all rotor blades arranged on a rotor can also be provided with an extendable lightning arrester.
  • FIG. 2 a wind power plant according to FIG. 1 with a plurality of lightning rod
  • FIG. 3 shows a wind turbine with a three-bladed rotor and lightning rod associated with the individual rotor blades
  • Fig. 5 shows the subject of Figure 4 in another embodiment.
  • a wind turbine is shown in a very simplified, schematic representation; 10 is a tower-like stand, which can be designed as a lattice structure or as a solid column.
  • a generator 11 is placed on the stand 10 and is driven by a rotor 12 with two rotor blades 13. With 14 a lightning rod is designated, the. 1 and has such a length that it exceeds the length of the individual rotor blade 13, even when the rotor 12 is stopped in a position in which a rotor blade 13 lies parallel to the stator 10.
  • each individual lightning rod 19 projecting beyond the circumferential circle swept by the rotor blades 13.
  • the rotor 12 now has three rotor blades 13, each of which is assigned an extendable rod 19 as a lightning arrester, the assignment assuming that the rotor 12 is stopped in a position in which a rotor blade 13 is in a position parallel to the stand 10.
  • the rotor blades 13 of a two- or three-bladed rotor 12 are movably arranged on the rotor 12 and can thus be folded into a common position in which the rotor blades 13 are approximately congruent with the stator 10, so that a exposed position of the rotor blades in the event of a risk of lightning is avoided.
  • a lightning rod 14 is extended from the stand 10, which carries an umbrella-like frame 15 at its upper tip, which is deployed when the rod 14 is extended.
  • the extension height of the rod 14 and the deployment size of the frame 15 must be optimized in individual cases, depending on the design of the wind turbine.
  • the shield-like frame 15 shown in FIG. 4 at the upper end of the lightning rod 14 can also be used in the exemplary embodiment shown in FIG. In the exemplary embodiments discussed above, an earthing line is to be led down from the associated lightning protection rod 14, 19 on the stand 10 in such a way that when a hot lightning strikes, the energy is dissipated without damaging the stand 10.
  • FIG. 5 Another embodiment of the invention is indicated schematically in FIG. 5, in which in turn the rotor blades 13 are first brought into their lightning protection position on the stand 10, as described for FIG.
  • a mesh 16 is stretched around the stand 10 in the manner of a Faraday cage, the mesh 16 being drawn out of a storage space 17 arranged on the ground, in particular in the foundation of the wind turbine; Suitable clamping mechanisms are to be provided for this purpose, which ensure that the mesh 16 is clamped, for example, via the holding and mounting rod 18 sitting on the stand 10. Suitable rope guides with appropriate winches can be used for this; it is also possible to lead corresponding tethering lines from the storage space 17 to the holding and assembly rod 18 and to ensure that the mesh 16 is pulled along along pretensioned ropes.
  • the braided mesh 16 then must span the rotor blades 13.
  • the storage space 17 must be arranged at a correspondingly greater distance from the stand 10 on the ground in order to allow the wind turbine to be spanned.
  • the rotor blades 13 of the rotor 12 are each telescopically retractable and extendable, so that the overhang of the rotor blades 13 can be reduced. In particular, this reduces the requirements for the extension of the extendable lightning rod.
  • the corresponding telescopic device can be driven, for example, hydraulically or mechanically or, in the case of simpler systems, also by means of appropriate cable pulls.
  • the stand 10 can also be set up to be telescopically retractable and extendable, with the same considerations as for the retractability and extension of the rotor blades.
  • at least one rotor blade in addition to the telescopic nature of the stator, at least one rotor blade must be able to be telescopically extended and retracted in order to give the necessary scope when retracting the stator 10.
  • the invention also includes an embodiment in which an extendable lightning arrester, which in the extended state protrudes from the tip of the rotor blade in question, is arranged in at least one rotor blade; each rotor blade of the rotor expediently has such a lightning arrester.
  • an extendable lightning protection device can be designed as an extendable rod from the rotor blade, which in turn can itself be designed as a telescopic rod; mechanical, electrical, hydraulic or pneumatic drives are possible as drives.

Landscapes

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Abstract

The invention concerns a wind turbine with a tower-like mast (10) carrying a rotor fitted with blades (13) and a generator powered by the rotor, the aim of the invention being to provide a suitable lightning-protection installation. To this end, the wind turbine is fitted with a deployable lightning conductor (19), coupled to a thunderstorm detector designed to trigger the deployment of the lightning conductor, and with associated earthing. When deployed, the lightning conductor extends beyond the blades of the rotor which is stopped when the lightning conductor deployment is triggered.

Description

Windkraftanlage mit Blitzschutz Wind turbine with lightning protection
B e s c h r e i b u n gDescription
Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage mit einem turmartigen Ständer, der einen mit Rotorblättern versehenen Rotor und einen von diesem angetriebenen Generator trägt.The invention relates to a wind turbine with a tower-like stand, which carries a rotor provided with rotor blades and a generator driven by the latter.
Bei durch Benutzung bekanntgewordenen Windkraftanlagen der vorgenannten Art besteht das Problem der Sicherung gegen Blitzeinschlag, da die Windkraftanlagen meist in flachem Gelände aufgestellt sind sowie aufgrund ihrer Höhe umliegende Baulichkeiten oder auch natürliche Erhebungen wie Bäume und dergleichen überragen und daher gegen Blitzeinschlag besonders anfällig sind. Die Anfälligkeit gegen Blitzeinschlag wird noch dadurch vergrößert, daß über die Bauhöhe des Ständers an sich hinaus die Gesamthöhe der Windkraftanlage noch nahezu verdoppelt wird durch die umlaufenden Rotorblätter, die an ihren äußersten Spitzen besondere Anziehungspunkte für eine Blitzeπtladung ausbilden. Der mit einem Blitzeinschlag verbundene Schaden liegt dann nicht nur in der notwendigen Reparatur der gegebenenfalls durch den Blitzeinschlag zerstörten Teile, wie insbesondere Rotorblätter, sondern in dem oft über einen längeren Zeitraum andauernden völligen Betriebsausfall der betreffenden Windkraf anlage. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für eine Windkraftanlage der eingangs genannten Art eine wirksame Blitzschutzeinrichtung anzugeben.In the case of wind turbines of the aforementioned type which have become known through use, there is the problem of securing against lightning strikes, since the wind turbines are usually set up in flat terrain and, due to their height, they are above surrounding structures or also natural elevations such as trees and the like and are therefore particularly susceptible to lightning strikes. The susceptibility to lightning strikes is further increased by the fact that the overall height of the wind turbine is almost doubled beyond the overall height of the stator by the rotating rotor blades, which form special points of attraction for a lightning charge at their outermost points. The damage associated with a lightning strike then lies not only in the necessary repair of the parts possibly destroyed by the lightning strike, such as rotor blades in particular, but in the complete failure of the wind power plant in question, which often lasts for a long period of time. The invention is therefore based on the object of specifying an effective lightning protection device for a wind turbine of the type mentioned.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.This object is achieved, including advantageous refinements and developments of the invention, from the content of the patent claims, which follow this description.
Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß an der Windkraftanlage ein ausfahrbarer und mit einem Gewittermelder zu seiner Auslösung gekoppelter Blitzableiter mit zugeordneter Erdung angeordnet ist, wobei der Blitzableiter in seiner ausgefahrenen Stellung die Rotorblätter des ±m Auslösefall stillgesetzten Rotors überragt.The invention provides in its basic idea that an extendable and coupled with a thunderstorm detector to its triggering lightning conductor is arranged with an associated grounding to the wind turbine, wherein the lightning conductor protrudes beyond the rotor blades of the ± m the case of release the stopped rotor in its extended position.
Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß die Gefährdung der Windkraftanlage durch Blitzeinschlag vermindert ist, weil die jeweils im Auslösefall ausgefahrenen und die Rotorblätter des stillgesetzten Rotors der Windkraftanlage überragenden Blitzableiter verhindern, daß der Blitz in die Rotorblätter einschlägt. Mit der erfindungsgemäßen Ausfahrbarkeit der Blitzableiter ist zudem der Vorteil verbunden, daß im Normalbetrieb die Blitzableiter nicht sichtbar sind und somit die Optik der in die Landschaft gestellten Windkraftanlagen verbessert ist. Die zur Auslösung der Blitzableiter vorgesehenen Gewittermelder sind bereits bekannt und verfügbar, und sie werden schon zur präventiven Aus- und Umschaltung von gefährdeten Anlagen eingesetzt. Ergibt also die von einem Gewittermelder vorgenommene Beobachtung und Dateπauswertung eine Gefährdungslage für die betreffende Windkraftanlage, so können nach Stillsetzen der Anlage die Rotorblätter in ihre Blitzschutzstellung gebracht und der Blitzableiter ausgefahren werden.The invention has the advantage that the risk to the wind power plant from lightning strikes is reduced, because the lightning conductors which extend in the event of a trigger and which project above the rotor blades of the shutdown rotor of the wind power plant prevent the lightning from striking the rotor blades. The extendability of the lightning rods according to the invention also has the advantage that the lightning rods are not visible in normal operation and the appearance of the wind power plants placed in the landscape is thus improved. The thunderstorms intended to trigger the lightning arresters are already known and available, and they are already being used for preventive switching on and off of endangered systems. If the observation and data evaluation carried out by a thunderstorm results in a hazardous situation for the wind turbine in question, so After the system has been shut down, the rotor blades can be brought into their lightning protection position and the lightning arrester can be extended.
Entsprechende Gewittermelder sind heute schon teilweise flächendeckend eingerichtet, so daß entsprechende Auslösesignale für die Blitzschutzeinrichtung an Windkraftanlagen zur Verfügung stehen. Insbesondere bei einer Aufstellung von Windkraftanlagen in sogenannten Windkraftanlagen-Parks kann es sich auch empfehlen, dem entsprechenden Windkraftanlageπ-Park einen eigenen Gewittermelder zuzuordnen.Corresponding thunderstorms are already partially set up across the board, so that corresponding trigger signals for the lightning protection device on wind turbines are available. In particular when installing wind power plants in so-called wind power plant parks, it can also be advisable to assign a separate thunderstorm detector to the corresponding wind power plant park.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der ausfahrbare Blitzableiter als aus der Spitze des turmartigen Ständers ausfahrbare Stange ausgebildet, die nach einem abgewandelten Ausführungsbeispiel zusätzlich an ihrem oberen Ende mit einem schirmartig aufspannbaren Gestell versehen sein kann. Es versteht sich, daß die entsprechende Blitzableiterstange mit einer geeigneten Erdung zu versehen ist, die bei Einschlag eines sogenannten heißen Blitzes für eine Ableitung der Entladungsenergie längs des Ständers sorgt, ohne daß der Ständer selbst in Mitleidenschaft gezogen wird.According to one embodiment of the invention, the extendable lightning arrester is designed as a rod that can be extended from the top of the tower-like stand, which according to a modified embodiment can additionally be provided with a frame that can be stretched out like an umbrella at its upper end. It is understood that the corresponding lightning rod is to be provided with a suitable grounding which, when a so-called hot lightning strikes, dissipates the discharge energy along the stator without the stator itself being affected.
Die Schutzwirkung der Windkraftanlage gegen Blitzeinschlag kann dadurch weiter verbessert werden, daß mehrere sowohl nach oben als auch seitlich ausfahrbare Stangen als Blitz¬ ableiter vorgesehen sind, so daß sich eine Art Fangkorb zum Schutz des innerhalb des von den Stangen umfaßten Bereichs stehenden Rotorblattes des in Blitzschutzstelluπg stillgesetzten Rotors ergibt.The protective effect of the wind power plant against lightning strikes can be further improved in that several rods, which can be extended both upwards and laterally, are provided as lightning arresters, so that there is a kind of grass catcher for protecting the rotor blade in the lightning protection position within the area encompassed by the rods stopped rotor results.
Die vorstehend bezeichneten Ausführungsformen sind insbesondere bei zweiflügeligen Rotoren von Windkraftanlagen anwendbar, wobei dafür Sorge zu tragen ist, daß die ausfahrbaren Blitzableiter-Stangen die Abmessung der Rotorblätter überragen. Dieser Gesichtspunkt gilt grundsätzlich auch für mit drei Rotorblättern ausgerüstete Rotoren, wobei hierfür nach einem zweckmäßigen Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen sein kann, daß jedem einzelnen Rotorblatt des in der Blitzschutzstellung stillgesetzten Rotors eine ausfahrbare und das zugeordnete Rotorblatt überragende Stange des Blitzableiters zugeordnet ist .The above-mentioned embodiments are particularly in the case of two-bladed rotors of wind turbines applicable, whereby care must be taken that the extendable lightning rod exceed the dimension of the rotor blades. This point of view also applies in principle to rotors equipped with three rotor blades, whereby according to an expedient exemplary embodiment of the invention it can be provided that each individual rotor blade of the rotor which is stopped in the lightning protection position is assigned an extendable rod of the lightning arrester which projects beyond the associated rotor blade.
Wie schon angesprochen ist vorgesehen, daß auf ein von dem zugeordneten Gewittermelder abgesetztes Signal ein Stillsetzen des Rotors in einer Blitzschutzstellung erfolgt, und hierzu ist vorgesehen, daß in der stillgesetzten Stellung des Rotors ein Rotorblatt in einer mit dem Ständer deckungsgleichen Lage steht; dieses gilt sowohl für zweiflügelige als auch für dreiflügelige Rotoren.As already mentioned, it is provided that the rotor is stopped in a lightning protection position on a signal transmitted by the assigned thunder detector, and for this purpose it is provided that in the stopped position of the rotor a rotor blade is in a position congruent with the stator; this applies to both two-bladed and three-bladed rotors.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, die Gefährdung der Windkraftanlage als solcher durch Blitzeinschlag noch dadurch herabzusetzen, daß .die Rotorblätter versetzbar am Rotor angeordnet und im Auslösefall in einer mit dem Ständer deckungsgleichen Lage festlegbar sind. Mit dem damit verbundenen Einklappen der Rotorblätter in eine parallel zum Ständer liegende Lage sind praktisch keine den Ständer noch überragenden Teile vorgesehen, so daß auch die dabei vorgesehenen ausfahrbaren Blitzableiter in ihren Abmessungen entsprechend geringer gehalten werden können.According to one embodiment of the invention, the risk to the wind turbine as such from lightning is reduced by the fact that the rotor blades are arranged displaceably on the rotor and, in the event of tripping, can be fixed in a position congruent with the stator. With the associated folding of the rotor blades into a position lying parallel to the stator, practically no parts still protruding from the stator are provided, so that the extendable lightning rods provided can also be kept correspondingly smaller in their dimensions.
Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der ausfahrbare Blitzableiter als ein den turmartigen Ständer vollständig einhausendes und aus einem am Erdboden eingerichteten Vorratsraum über den Ständer zu entfaltendes Gittergeflecht ausgebildet, so daß um den Ständer mit den in die Blitzschutzstellung gebrachten Rotorblättern ein Faraday-Käfig aufgerichtet wird, der für die Abschirmung des von ihm begrenzten Raumes sorgt. Diese Ausführungsform gilt sowohl für Windkraftanlagen mit feststehenden Rotorblätterπ , bei denen dann die Abmessungen des Gittergeflechtes entsprechend groß gewählt werden müssen, als auch für Rotoren mit einklappbaren Rotorblättern, bei denen sich der vorstehende Vorschlag mit geringerem Aufwand verwirklichen läßt.According to another embodiment of the invention, the extendable lightning rod is as a tower-like stand completely enclosed and formed from a storage space set up on the ground above the stand, so that a Faraday cage is erected around the stand with the rotor blades placed in the lightning protection position, which provides for the shielding of the space delimited by it. This embodiment applies both to wind turbines with fixed rotor blades, in which the dimensions of the mesh must then be chosen to be correspondingly large, and to rotors with retractable rotor blades, in which the above proposal can be implemented with less effort.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das Rotorblatt in sich teleskopisch ein- und ausfahrbar eingerichtet ist, wobei auf vorteilhafte Weise die Schutzwirkung der Windkraftanlage schon dadurch vermindert ist, daß bei teleskopisch in sich zusammengeschobenen Rotorblättern die Ausladung der Windkraftanlage vermindert und so die Gefahr von Blitzein¬ schlägen verringert ist. Gleichzeitig hat diese Ausführung den Vorteil, daß die im einzelnen vorgesehenen und im Auslösefall in Position zu bringenden Blitzableiter weniger aufwendig ausgeführt sein müssen, weil die Ausladung der Rotorblätter ganz wesentlich verringert ist. Dies gilt insbesondere für das Ausführungsbeispiel mit dem über den Ständer zu entfaltenden Gittergeflecht, bei welchem dieser Vorteil der Erfindung zum Tragen kommt.In one embodiment of the invention it can be provided that the rotor blade is telescopically retractable and extendable, the protective effect of the wind turbine being reduced in an advantageous manner by the fact that when the rotor blades are telescopically collapsed, the radius of the wind turbine is reduced and so is the The risk of lightning strikes is reduced. At the same time, this embodiment has the advantage that the lightning arresters provided in detail and which have to be brought into position in the event of a triggering have to be designed to be less complex because the discharge of the rotor blades is reduced considerably. This applies in particular to the exemplary embodiment with the grid mesh to be unfolded over the stand, in which this advantage of the invention comes into play.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, daß der Ständer in seiner Höhe teleskopisch ein- und ausfahrbar ist; auch mit dieser Maßnahme wird die Gefährdung der Windkraftanlage als solche gegen Blitzeinschlag schon wesentlich vermindert, weil die exponierte Höhe der Windkraftanlage damit vermindert werden kann. Gleichzeitig ist der für den Blitzableiter erforderliche Aufwand verringert, und schließlich ist mit dieser Ausführungsform der besondere Vorteil verbunden, daß die durch die Teleskopierbarkeit des Ständers ermöglichte Bauhöheπver- ringerung auch den Reparatur- und Montageaufwand wesentlich verringern hilft, weil bei zusammengeschobenem Ständer der Rotor beziehungsweise der mit ihm verbundene Generator besser erreichbar werden.Another embodiment of the invention provides that the stand is telescopically retractable in height; This measure also significantly reduces the risk to the wind turbine as such against lightning strikes because the exposed height of the wind turbine can thus be reduced. At the same time the effort required for the lightning arrester is reduced, and finally this embodiment has the particular advantage that the reduction in overall height, which is made possible by the telescopic nature of the stand, also significantly reduces the repair and assembly work, because when the stand is pushed together, the rotor or with connected generator become more accessible.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, daß in wenigstens einem Rotorblatt ein ausfahrbarer und in der ausgefahrenen Stellung aus der Spitze des Rotorblattes hervortretender Blitzableiter angeordnet ist; hierbei ist dafür Sorge zu tragen, daß in der stillgesetzten Stellung des Rotors das mit dem ausfahrbaren Blitzableiter versehene Rotorblatt den Ständer und jedes andere am Rotor angeordnete Rotorblatt überragt; bei einer entsprechenden Blitzwarnung kann der in dem Rotorblatt ausfahrbar angeordnete Blitzableiter aus dem Rotorblatt ausgefahren werden, so daß der so gebildete Blitzableiter den höchsten Punkt der Windkraftanlage bildet und den Blitzschutz übernimmt. Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung können auch alle an einem Rotor angeordneten Rotorblätter mit einem ausfahrbaren Blitzableiter versehen sein.According to a further exemplary embodiment of the invention, provision can be made for an extendable lightning rod to be arranged in at least one rotor blade and protruding from the tip of the rotor blade in the extended position; care must be taken that the rotor blade provided with the extendable lightning arrester projects beyond the stator and any other rotor blade arranged on the rotor when the rotor is at a standstill; with a corresponding lightning warning, the lightning arrestor arranged in the rotor blade can be extended so that the lightning arrester thus formed forms the highest point of the wind turbine and takes over the lightning protection. According to an expedient embodiment of the invention, all rotor blades arranged on a rotor can also be provided with an extendable lightning arrester.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen : Fig. 1 eine Windkraftanlage mit zweiflügeligem Rotor mit ausgefahrener Blitzableiter-Stange,In the drawing, exemplary embodiments of the invention are shown, which are described below. Show it : 1 is a wind turbine with a two-bladed rotor with an extended lightning rod,
Fig. 2 eine Windkraf anlage gemäß Figur 1 mit mehreren Blitzableiter-Stangen,2 a wind power plant according to FIG. 1 with a plurality of lightning rod,
Fig. 3 eine Windkraftanlage mit einem dreiflügeligen Rotor und den einzelnen Rotorblättern zugeordneten Blitzableiter-Stangen,3 shows a wind turbine with a three-bladed rotor and lightning rod associated with the individual rotor blades,
Fig. 4 eine Windkraftanlage mit versetzbaren Rotorblättern in Blitzschutzstellung,4 a wind turbine with displaceable rotor blades in the lightning protection position,
Fig. 5 den Gegenstand der Figur 4 in einer anderen Ausführungsform.Fig. 5 shows the subject of Figure 4 in another embodiment.
In Figur 1 ist eine Windkraftanlage in sehr vereinfachter, schematischer Darstellung wiedergegeben; dabei ist mit 10 ein turmartiger Ständer bezeichnet, der als Gittergerüst oder auch als massive Säule ausgebildet sein kann. Auf den Ständer 10 ist aufgesetzt ein Generator 11, der von einem Rotor 12 mit zwei Rotorblättern 13 angetrieben wird. Mit 14 ist eine Blitzableiter-Stange bezeichnet, die. in der in Figur 1 ersichtlichen Darstellung ausgefahren ist und eine solche Länge hat, daß sie die Länge des einzelnen Rotorblattes 13 übersteigt, auch wenn der Rotor 12 in einer Stellung stillgesetzt ist, in welcher ein Rotorblatt 13 parallel zum Ständer 10 liegt.In Figure 1, a wind turbine is shown in a very simplified, schematic representation; 10 is a tower-like stand, which can be designed as a lattice structure or as a solid column. A generator 11 is placed on the stand 10 and is driven by a rotor 12 with two rotor blades 13. With 14 a lightning rod is designated, the. 1 and has such a length that it exceeds the length of the individual rotor blade 13, even when the rotor 12 is stopped in a position in which a rotor blade 13 lies parallel to the stator 10.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind bei einem mit zwei Rotorblättern 13 ausgebildeten Rotor 12 nun mehrere sowohl nach oben als auch seitlich ausfahrbare Blitzableiter-Stangen 19 angeordnet, die eine Art Fangkorb in Form eines umgekehrten Regenschirms ausbilden, wobei jede einzelne Blitzableiter-Stange 19 den von den Rotorblättern 13 überstrichenen Umfangskreis überragt.In the embodiment shown in FIG. 2, there are 12 in a rotor formed with two rotor blades 13 now several lightning rod 19, which can be extended upwards as well as laterally, are arranged, which form a kind of collecting basket in the form of an inverted umbrella, each individual lightning rod 19 projecting beyond the circumferential circle swept by the rotor blades 13.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Rotor 12 nun drei Rotorblätter 13 auf, denen jeweils eine ausfahrbare Stange 19 als Blitzableiter zugeordnet ist, wobei die Zuordnung davon ausgeht, daß das Stillsetzen des Rotors 12 in einer Lage erfolgt, in welcher ein Rotorblatt 13 in einer zum Ständer 10 parallel ausgerichteten Lage steht.In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, the rotor 12 now has three rotor blades 13, each of which is assigned an extendable rod 19 as a lightning arrester, the assignment assuming that the rotor 12 is stopped in a position in which a rotor blade 13 is in a position parallel to the stand 10.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Rotorblätter 13 eines zwei- oder auch dreiflügelig ausgebildeten Rotors 12 beweglich am Rotor 12 angeordnet und somit in eine gemeinsame Stellung einklappbar, in welcher die Rotorblätter 13 in etwa deckungsgleich mit dem Ständer 10 liegen, so daß eine exponierte Lage der Rotorblätter bei Blitzgefährdung vermieden ist. Als Blitzschutz ist aus dem Ständer 10 eine Blitzableiter-Stange 14 ausgefahren, die an ihrer oberen Spitze ein schirmartiges Gestell 15 trägt, welches mit dem Ausfahren der Stange 14 entfaltet wird. Die Ausfahrhöhe der Stange 14 und die Entfaltungsgröße des Gestells 15 sind im Einzelfall je nach Ausführung der Windkraftanlage zu optimieren.In the embodiment shown in Figure 4, the rotor blades 13 of a two- or three-bladed rotor 12 are movably arranged on the rotor 12 and can thus be folded into a common position in which the rotor blades 13 are approximately congruent with the stator 10, so that a exposed position of the rotor blades in the event of a risk of lightning is avoided. As lightning protection, a lightning rod 14 is extended from the stand 10, which carries an umbrella-like frame 15 at its upper tip, which is deployed when the rod 14 is extended. The extension height of the rod 14 and the deployment size of the frame 15 must be optimized in individual cases, depending on the design of the wind turbine.
Es versteht sich, daß das aus Figur 4 ersichtliche schirm¬ artige Gestell 15 am oberen Ende der Blitzableiter-Stange 14 auch bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel Anwendung finden kann. Bei den vorstehend erörterten Ausführungsbeispielen ist eine Erdungsleitung von der zugeordneten Blitzschutz-Stange 14, 19 an dem Ständer 10 so hinabzuführen, daß beim Einschlag eines heißen Blitzes die Energieabfuhr ohne Beschädigung des Ständers 10 erfolgt.It goes without saying that the shield-like frame 15 shown in FIG. 4 at the upper end of the lightning rod 14 can also be used in the exemplary embodiment shown in FIG. In the exemplary embodiments discussed above, an earthing line is to be led down from the associated lightning protection rod 14, 19 on the stand 10 in such a way that when a hot lightning strikes, the energy is dissipated without damaging the stand 10.
In Figur 5 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung schematisch angedeutet, bei welcher wiederum die Rotor¬ blätter 13 zunächst in ihre Blitzschutzstellung am Ständer 10 gebracht sind, wie dies zu Figur 4 beschrieben ist.Another embodiment of the invention is indicated schematically in FIG. 5, in which in turn the rotor blades 13 are first brought into their lightning protection position on the stand 10, as described for FIG.
Ein Gittergeflecht 16 ist nach Art eines Faraday-Käfigs um den Ständer 10 aufgespannt, wobei das Gittergeflecht 16 aus einem am Erdboden, insbesondere im Fundament der Windkraftanlage angeordneten Vorratsraum 17 ausgezogen ist; geeignete AufSpannmechanismen sind hierzu vorzusehen, die für ein Aufspannen des Gittergeflechtes 16 beispielsweise über die auf dem Ständer 10 sitzende Halte- und Montagestange 18 sorgen. Hierzu können geeignete Seilführungen mit entsprechenden Winden dienen; es ist auch möglich, entsprechende Halteseile von dem Vorratsraum 17 zur Halte- und Montagestange 18 zu führen und längs so vorgespannter Seile für ein Aufziehen des Gittergeflechtes 16 zu sorgen.A mesh 16 is stretched around the stand 10 in the manner of a Faraday cage, the mesh 16 being drawn out of a storage space 17 arranged on the ground, in particular in the foundation of the wind turbine; Suitable clamping mechanisms are to be provided for this purpose, which ensure that the mesh 16 is clamped, for example, via the holding and mounting rod 18 sitting on the stand 10. Suitable rope guides with appropriate winches can be used for this; it is also possible to lead corresponding tethering lines from the storage space 17 to the holding and assembly rod 18 and to ensure that the mesh 16 is pulled along along pretensioned ropes.
Das vorstehend beschriebene Konzept eines Faraday-Käfigs zum Schutz der Windkraftanlage läßt sich auch' bei den in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen verwirklichen, wobei das Gittergeflecht 16 dann die Rotorblätter 13 mit umspannen muß. Das bedeutet, daß der Vorratsraum 17 in entsprechend größerer Entfernung zum Ständer 10 am Erdboden angeordnet sein muß, um das Überspannen der Windkraftanlage zu ermöglichen. Wie nicht weiter dargestellt kann vorgesehen sein, die Rotorblätter 13 des Rotors 12 jedes für sich teleskopisch in sich ein- und ausfahrbar einzurichten, so daß die Ausladung der Rotorblätter 13 vermindert werden kann. -Damit werden insbesondere die an die Ausladung des ausfahrbaren Blitzableiters zu stellenden Anforderungen verringert. Bei der Teleskopierbarkeit der Rotorblätter ist insbesondere auf eine sichere Arretierung für den Betriebsfall zu achten; der Antrieb der entsprechenden Teleskopeinrichtung kann beispielsweise hydraulisch oder mechanisch beziehungsweise bei einfacheren Anlagen auch durch entsprechende Seilzüge erfolgen .The concept of a Faraday cage to protect the wind turbine described above can also be 'in the embodiments shown in Figures 1 to 3 to realize embodiments, the braided mesh 16 then must span the rotor blades 13. This means that the storage space 17 must be arranged at a correspondingly greater distance from the stand 10 on the ground in order to allow the wind turbine to be spanned. As not shown further, it can be provided that the rotor blades 13 of the rotor 12 are each telescopically retractable and extendable, so that the overhang of the rotor blades 13 can be reduced. In particular, this reduces the requirements for the extension of the extendable lightning rod. When the rotor blades can be telescoped, particular attention must be paid to secure locking for the operating case; The corresponding telescopic device can be driven, for example, hydraulically or mechanically or, in the case of simpler systems, also by means of appropriate cable pulls.
In gleicher Weise ist auch der Ständer 10 teleskopisch ein- und ausfahrbar einzurichten, wobei hierfür dieselben Gesichtspunkte wie hinsichtlich der Ein- und Ausfahrbarkeit der Rotorblätter gelten. In diesem Zusammenhang versteht es sich, daß insbesondere bei dreiflügeligen Rotoren zusätzlich zur Teleskopierbarkeit des Ständers wenigstens ein Rotorblatt teleskopisch ein- und ausfahrbar sein muß, um beim Einfahren des Ständers 10 den nötigen Spielraum zu geben .In the same way, the stand 10 can also be set up to be telescopically retractable and extendable, with the same considerations as for the retractability and extension of the rotor blades. In this context, it goes without saying that, in particular in the case of three-bladed rotors, in addition to the telescopic nature of the stator, at least one rotor blade must be able to be telescopically extended and retracted in order to give the necessary scope when retracting the stator 10.
Ohne eine zeichnerische Darstellung umfaßt die Erfindung auch eine Ausführungsform, bei welcher in wenigstens einem Rotorblatt ein ausfahrbarer und in ausgefahrenem Zustand aus der Spitze des betreffenden Rotorblattes hervortretender Blitzableiter angeordnet ist; zweckmäßig weist jedes Rotorblatt des Rotors einen solchen Blitzableiter auf. In diesem Zusammenhang muß beim Stillsetzen der Windkraftanlage aufgrund eines entsprechenden Warnsignals gewährleistet sein, daß das den höchsten Punkt der Windkraftanlage bildende Rotorblatt mit einem ausfahrbaren Blitzschutz versehen ist. Der ausfahrbare Blitzschutz kann dabei als aus dem Rotorblatt ausfahrbare Stange ausgebildet sein, die wiederum selbst als Teleskopstange ausgebildet sein kann; als Antrieb sind mechanische, elektrische, hydraulische oder pneumatische Antriebe möglich.Without a graphic representation, the invention also includes an embodiment in which an extendable lightning arrester, which in the extended state protrudes from the tip of the rotor blade in question, is arranged in at least one rotor blade; each rotor blade of the rotor expediently has such a lightning arrester. In this context, when the wind power plant is stopped, a corresponding warning signal must be used to ensure that the rotor blade forming the highest point of the wind power plant is provided with an extendable lightning protection device. The extendable lightning protection can be designed as an extendable rod from the rotor blade, which in turn can itself be designed as a telescopic rod; mechanical, electrical, hydraulic or pneumatic drives are possible as drives.
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 features of the subject matter of these documents disclosed in the above description, the patent claims, the abstract and the drawing can be essential individually or in any combination with one another for realizing the invention in its various embodiments.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Windkraftanlage mit einem turmartigen Ständer, der einen mit Rotorblättern versehenen Rotor und einen von diesem angetriebenen Generator trägt, dadurch gekennzeichnet, daß an der Windkraftanlage ein ausfahrbarer und mit einem Gewittermelder zu seiner Auslösung gekoppelter Blitzableiter (14, 15, 16, 19) mit zugeordneter Erdung angeordnet ist, wobei der Blitzableiter (14, 15, 16, 19) in seiner ausgefahrenen Stellung die Rotorblätter (13) des im Auslösefall stillgesetzten Rotors (12) überragt.1. Wind power plant with a tower-like stand, which carries a rotor provided with rotor blades and a generator driven by the latter, characterized in that an extendable lightning arrester (14, 15, 16, 19) coupled to a thunderstorm detector for its triggering is connected to the wind power plant assigned grounding is arranged, the lightning arrester (14, 15, 16, 19) in its extended position projecting beyond the rotor blades (13) of the rotor (12) which is shut down in the event of tripping.
2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ausfahrbare Blitzableiter als aus dem turmartigen Ständer (10) nach oben ausfahrbare Stange (14) ausgebildet ist.2. Wind power plant according to claim 1, characterized in that the extendable lightning rod is constructed as a rod (14) which can be extended upwards from the tower-like stand (10).
Windkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Stange (14) an ihrem oberen Ende mit einem schirmartig aufspannbaren Gestell (15) versehen ist. Wind power plant according to claim 2, characterized in that the rod (14) is provided at its upper end with a frame (15) which can be clamped like an umbrella.
4. Windkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere sowohl nach oben als auch seitlich ausfahrbare Stangen (19) als Blitzableiter angeordnet sind .4. Wind power plant according to claim 2, characterized in that several rods (19) which can be extended both upwards and laterally are arranged as lightning rods.
5. Windkraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Rotorblatt (13) des in der vorgegebenen Position stillgesetzten Rotors (12) eine ausfahrbare und das zugeordnete Rotorblatt (13) überragende Stange (19) als Blitzableiter zugeordnet ist.5. A wind power plant according to claim 4, characterized in that each rotor blade (13) of the rotor (12) which is shut down in the predetermined position is assigned an extendable rod (19) which projects beyond the associated rotor blade (13) as a lightning rod.
6. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der stillgesetzten Stellung des Rotors (12) ein Rotorblatt (13) in einer mit dem Ständer (10) deckungsgleichen Lage steht.6. Wind power plant according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the stopped position of the rotor (12), a rotor blade (13) is in a congruent position with the stand (10).
7. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter (13) versetzbar am Rotor (12) angeordnet und im Auslösefall in einer mit dem Ständer (10) deckungsgleichen Lage festlegbar sind.7. Wind power plant according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rotor blades (13) are arranged displaceably on the rotor (12) and, in the event of tripping, can be fixed in a congruent position with the stand (10).
8. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, daß der ausfahrbare Blitzableiter als den turmartigen Ständer (10) vollständig einhausendes und aus einem am Erdboden eingerichteten Vorratsraum (17) über den Ständer (10) zu entfaltendes Gittergeflecht (16) ausgebildet ist.8. Wind power plant according to one of claims 1 to 7, that the extendable lightning arrester as the tower-like stand (10) is completely enclosed and from a storage room (17) on the stand (10) to be unfolded mesh (16).
Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorblätter (13) des Rotors (12) in sich teleskopisch ein- und ausfahrbar sind . Wind power plant according to one of claims 1 to 8, characterized in that the rotor blades (13) of the rotor (12) can be telescopically extended and retracted.
10. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (10) in seiner Höhe teleskopisch ein- und ausfahrbar ist.10. Wind power plant according to one of claims 1 to 9, characterized in that the stand (10) is telescopically retractable in height.
11. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Rotorblatt (13) ein ausfahrbarer und in der ausgefahrenen Stellung aus der Spitze des Rotorblattes (13) hervortretender Blitzableiter angeordnet ist.11. Wind power plant according to one of claims 1 to 10, characterized in that an extendable and in the extended position from the tip of the rotor blade (13) protruding lightning rod is arranged in at least one rotor blade (13).
12. Windkraftanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der stillgesetzten Stellung des Rotors (12) das mit dem ausfahrbaren Blitzableiter versehene Rotorblatt (13) des Ständer (10) und jedes andere am Rotor (12) vorgesehene Rotorblatt (13) überragt .12. Wind power plant according to claim 11, characterized in that in the stopped position of the rotor (12) the rotor blade (13) provided with the extendable lightning rod of the stand (10) and any other rotor blade (12) provided on the rotor (13).
13. Windkraftanlage nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß alle an einem Rotor (12) angeordneten Rotorblätter (13) mit einem ausfahrbaren Blitzableiter versehen sind. 13. Wind power plant according to claim 11 or 12, characterized in that all rotor blades (13) arranged on a rotor (12) are provided with an extendable lightning arrester.
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