EP3311470A1 - Thermische sicherung eines formspulengenerators einer windenergieanlage - Google Patents

Thermische sicherung eines formspulengenerators einer windenergieanlage

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Publication number
EP3311470A1
EP3311470A1 EP16729941.1A EP16729941A EP3311470A1 EP 3311470 A1 EP3311470 A1 EP 3311470A1 EP 16729941 A EP16729941 A EP 16729941A EP 3311470 A1 EP3311470 A1 EP 3311470A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
generator
fuse wire
stator
electrically conductive
conductive material
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16729941.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen RÖER
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Wobben Properties GmbH
Original Assignee
Wobben Properties GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Wobben Properties GmbH filed Critical Wobben Properties GmbH
Publication of EP3311470A1 publication Critical patent/EP3311470A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/006—Means for protecting the generator by using control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/25—Devices for sensing temperature, or actuated thereby
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/04—Details with warning or supervision in addition to disconnection, e.g. for indicating that protective apparatus has functioned
    • H02H3/046—Signalling the blowing of a fuse
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H02K7/183—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
    • H02K7/1838—Generators mounted in a nacelle or similar structure of a horizontal axis wind turbine

Definitions

  • the present invention relates to a generator of a gearless wind turbine and a fuse wire for such a generator. Moreover, the present invention relates to a method for monitoring coil contact points in a generator.
  • the present invention also relates to a wind turbine.
  • Wind turbines are known and modern wind turbines are often gearless, so they have a slow-running multi-pole generator. For example, there may be 96 or 192 poles, or even more poles. If a coil is provided for each pole, which must be contacted with at least one other coil for interconnection, correspondingly many contact points arise. Such a contact point is always a potential source of error. In the case of a few contact points, errors can be virtually ruled out by precise final inspection and, if necessary, by subsequent verification. With very many contact points, however, the potential risk of error increases.
  • the German Patent and Trademark Office has in the priority application for the present application the following state of the art research: DE 10 2006 016 135 A1, DE 10 2008 031 582 A1, DE 10 2013 109 518 A1, DE 10 2013 109 518 A1, JP 2001- 263238 A.
  • the present invention is therefore based on the object of addressing at least one of the abovementioned problems.
  • a dangerous temperature increase is to be detected or avoided, which may occur at contact points of form coils of a stator of a generator of a gearless wind energy plant.
  • At least an alternative solution should be proposed over previously known solutions.
  • a generator according to claim 1 is proposed.
  • Such a generator of a gearless wind turbine has a rotor and a stator and this is inventively proposed that the stator is provided with a fuse wire, for detecting a local temperature increase, and the fuse wire comprises an electrically conductive material and the electrically conductive material upon reaching a predetermined temperature melts and thereby causes an interruption of the electrical line, thereby detecting the local temperature increase.
  • a fuse wire for the stator which is to detect a local temperature increase.
  • the fuse wire to an electrically conductive material which melts upon reaching a predetermined temperature, namely its melting temperature.
  • a predetermined temperature namely its melting temperature.
  • this conductive material will melt at the location or area where this high temperature occurs.
  • This results in an interruption of the electrical line and this electrical interruption can be detected.
  • This can be done for example by regularly measuring the electrical resistance of this fuse wire.
  • a small test current can flow through this fuse wire, monitoring current and voltage, to explain only one variant. An impermissibly high temperature is thus detected by an electrical interruption in the fuse wire. Such monitoring is thus relatively easy to carry out.
  • the fuse wire is laid once around the stator. This can be done in particular approximately in a circle around the stator.
  • a comprehensive protective measure is proposed, which can be achieved by this one fusible wire for the entire stator and only requires one evaluation unit.
  • the proposed solution with the fusible wire is also relatively fail-safe, because the solution is based on the monitoring by melting, namely melting away a portion of the fuse wire.
  • this variant can also be advantageous over one in which a plurality of electrically conductive lines or wires are led side by side in isolation, which do not melt at critical temperatures, but where insulation between the wires or from a wire to a ground potential is thermally susceptible.
  • a monitoring on the change of insulation there is a risk that the insulation is destroyed or damaged by the temperature increase to be monitored, but there is no contact between the electrical lines, which should get in case of destruction of the insulation contact. In this case, there is even an additional risk that such thermally damaged insulation could itself trigger a fire.
  • the present invention is based on the melting of the electrically conductive material as such.
  • the stator is constructed from form coils.
  • the stator windings of the stator are composed of form coils. These form coils are connected together at coil contact points.
  • the fusible wire is placed along the contact points of the stator in order to detect whether a temperature increase occurs at a coil contact point.
  • the generator and thus the stator is constructed so that the coil contact points are arranged uniformly substantially in an annular region. The fuse wire then needs only once along this ring, so circular to be placed around the stator.
  • the fuse wire can increase its temperature monitor at each of these contact points, of which there may be over 100 on a stator.
  • the invention nevertheless assumes that such a detection of a temperature increase never comes into play. It is an extreme precaution. Should it occur nevertheless to such an incident that a local temperature increase occurs and can be detected by the fuse wire, it does not initially matter where exactly this temperature increase has occurred. In other words, it does not initially matter which of the many contact points is defective. First of all, the wind energy plant can be shut down and the generator electrically disconnected in order to rule out a severe haverage incident.
  • the fuse wire can help with troubleshooting. Either the fuse wire is already to see a deformation indicating the location of the temperature increase, or it can be limited by several conductivity measurements such a place quite quickly.
  • the fusible wire is constructed so that the electrically conductive material is received in a Ummante- ment that it can run in the case of melting in the shell so that an interruption of the electrical conductivity of the Fusible wire is achieved.
  • This is particularly easy to achieve by the fact that the sheath, which is provided for electrical insulation of the fuse wire, from the electrically conductive material, ie the actual wire, is not completely filled.
  • This sheath can therefore be formed as a tube with a mean inner diameter which is greater than the outer diameter of the electrically conductive material therein, that is larger than the outer diameter of a wire which forms the electrically conductive material substantially.
  • this casing also has an inherent rigidity which prevents this casing from collapsing without corresponding filling.
  • this sheath can surround the electrically conductive material, that is to say the electrically conductive wire, like a tube, without being firmly attached to it. It does not depend on an accurate circular or very constant inner diameter or otherwise accurate cross-sectional shapes of the casing, but only on the fact that their inherent rigidity a certain amount of space for Run off molten material of the electrically conductive material allows.
  • a tube is used as a jacket.
  • the temperature resistance of the jacket is higher than the melting point of the electrically conductive material.
  • the temperature resistance of the jacket is higher than the melting point of the electrically conductive material.
  • the jacket maintains a temperature which is at least 20 ° C, preferably at least 50 ° C above the melting temperature of the electrically conductive material.
  • the predetermined temperature of the electrically conductive material that is the melting temperature of the electrically conductive material, in the range of 160 ° C to 200 ° C, preferably in the range of 170 ° C to 190 ° C and in particular it is proposed to be about 180 ° C.
  • temperatures are chosen to be sufficiently high to allow the fuse wire to respond only when there is a dangerous increase in temperature. However, they are chosen so low that the fuse wire does not respond too late. The proposed temperature values are still below temperatures at which a fire would occur immediately.
  • the generator is designed as a ring generator.
  • the magnetically active regions of the rotor and stator namely in particular the laminated core of the stator and rotor, are arranged in an annular region around the air gap, the rotor and stator separates.
  • the generator is in an inner region with a radius of at least 50% of the mean air gap radius, free of magnetically active areas.
  • a ring generator can also be defined by the radial strength of the magnetically active parts, or, in other words, the magnetically active region, namely the radial thickness from the inner edge of the pole wheel to the outer edge of the stator, or from the inner edge of the stator to the outer edge of the rotor, in the case of an external rotor, is smaller than the air gap radius, in particular that the radial strength of the magnetically active region of the generator is less than 30%, in particular less than 25% of the air gap radius.
  • a ring generator can be defined by the fact that the depth, namely axial extent of the generator is smaller than the air gap radius, in particular that the depth is less than 30%, in particular less than 25% of the air gap radius.
  • a ring generator is multipolar and has namely at least 48, 96, in particular at least 192 rotor poles.
  • the solution according to the invention of temperature monitoring by means of the fuse wire is proposed.
  • ring generators are very multi-pole, have a large size and are also slow running. With them, a particularly large area to monitor, which can be achieved in a simple manner by the proposed fuse wire.
  • a generator of a gearless wind turbine with a rotor and a stator is also proposed, wherein - at least the rotor or the stator is provided with an optical waveguide (LWL), for detecting a local temperature increase, and
  • LWL optical waveguide
  • - Is prepared for transmitting light waves and the transmission of light waves is monitored by a light wave evaluation and - changes the transmission of light waves through the optical waveguide on reaching or exceeding a predetermined temperature and this change, in particular an interruption of the transmission, are detected by the light wave evaluation can.
  • an optical waveguide By using an optical waveguide, the generator can thus be monitored over its entire circumference with only one optical waveguide.
  • the nature and location and the use of the optical waveguide and any other features of the use may, if appropriate, correspond to those which have been explained in connection with the fuse wire or still.
  • the use of an optical waveguide is particularly advantageous for the monitoring of many potential sources of error on a ring generator with only one optical waveguide and thus with only one monitoring means.
  • a fuse wire is also proposed. Such is provided for detecting a local temperature increase on a generator of a gearless wind turbine and it comprises an electrically conductive material which melts upon reaching a predetermined temperature, namely a predetermined melting temperature, thereby causing an interruption of the electrical line, thereby the local Temperature increase to recognize.
  • a predetermined temperature namely a predetermined melting temperature
  • Such a fusible wire is prepared for use in a generator according to at least one embodiment described above.
  • This preparation relates in particular to the dimensioning, that is, that it has a sufficient length and, in terms of its diameter, can be guided particularly along the stator and there preferably along any contact points of form coils.
  • a method is also proposed for the thermal monitoring of coil contact points in a generator of a gearless wind power plant. This is proposed in particular for monitoring the stator and in particular for a stator with form coils.
  • a warning signal is generated, it is proposed according to one embodiment to shut down the wind turbine and electrically disconnect the generator, in particular to separate from a downstream rectifier and in particular to separate from a power supply for an excitation current. This can be consequential damage excluded and the wind turbine is then transferred to a state that is safe and allows for diagnosis.
  • the warning signal is given to a remote monitoring center. From such a remote monitoring center then further measures can be initiated and coordinated as soon as possible.
  • a wind energy plant which has a generator according to at least one of the embodiments described above. Additionally or alternatively, the wind turbine is characterized in that it is a method according to at least one embodiment described above. Additionally or alternatively, it is proposed that a fusible wire according to at least one embodiment described for the fusible link wire be used in the wind energy plant.
  • Fig. 1 shows a wind turbine schematically in a perspective view.
  • Fig. 2 shows schematically a ring generator of a gearless wind turbine.
  • 3 shows a detail of a contact region of form coils of a stator of a gearless wind energy plant in a perspective view.
  • FIG. 1 shows a wind energy plant 100 with a tower 102 and a nacelle 104.
  • a rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 110 is arranged on the nacelle 104.
  • the rotor 106 is set into rotary motion by the wind and thereby drives a generator in the nacelle 104.
  • Fig. 2 shows a generator 130 schematically in a side view. It has a stator 132 and a rotatably mounted electrodynamic rotor 134 and is fastened with its stator 132 via a journal 136 to a machine carrier 138.
  • the stator 132 has a stator support 140 and stator lamination stacks 142 which form stator poles of the generator 130 and are secured to the stator support 140 via a stator ring 144.
  • the electrodynamic rotor 134 has rotor pole shoes 146, which form the rotor poles and are mounted rotatably about the axis of rotation 152 on the axle journal 136 via a rotor carrier 148 and bearing 150.
  • the stator lamination packages 142 and rotor pole shoes 146 separate only a narrow air gap 154, which is a few mm thick, in particular less than 6 mm, but has a diameter of several meters, in particular more than 4 m.
  • the stator laminations 142 and the rotor pole shoes 146 each form a ring and together are also annular, so that the generator 130 a Ring generator is.
  • the electrodynamic rotor 134 of the generator 130 rotates together with the rotor hub 156 of the aerodynamic rotor, of which lugs of rotor blades 158 are indicated.
  • FIG. 3 shows a perspective view of a section of a generator 300 with various form coils 302, which are connected to one another at various contact points 304. In this case, two adjacent shaping coils 302 of the same phase are always connected to one another. These form coils 302 may differ in details from one another, with the same reference numeral 302 always being used for the sake of clarity.
  • FIG. 3 shows a section of a generator 300 which is of six-phase design, in which case the stator to which the shaping coils 302 belong has six phases.
  • the contact points 304 also have contact bridges 306 in order to bridge the geometric distance between form coils. At the contact points 304 thus contact bridges 306 are attached to the form coil ends 308, namely screwed in the example.
  • the reference numerals 304 for identifying the contact points point to corresponding screw heads, but the contact points 304 are not limited thereto, but rather also affect these mold coil ends 308.
  • any temperature increase in the region of a contact point will also extend to such end portions 308.
  • a fuse wire 310 is now provided, which basically runs around the generator 300 in a circular or annular manner. It is laid in the region of the contact points 304 and lies partially between the contact bridges 306 and on the form coil ends 308, which can still be added to the contact points 304 so far. It can thus be seen that the fusible link wire 310 can be laid in a simple manner while being guided in the vicinity of all the contact points 304.
  • the fuse wire 310 in this case has a jacket, which forms a toms in the embodiment shown basically. Inside there is a low-melting wire.
  • the invention thus provides a proposal to monitor temperature increases on the form coils of a ring generator of a gearless wind turbine.
  • a ring generator with form coils can also be referred to as a form coil generator.
  • Due to the system many contact points in the stator winding are required in connection with a form coil generator.
  • the reliability of the generator depends on the reliability of all contacts. Since a defective contact can lead to damage to the generator, it makes sense to detect in good time a deteriorating contact. In this invention, it is a monitoring system that is able to shut down the generator in time.
  • the invention is thus, in principle and descriptive spoken, a fuse with a large size, which is not heated by its own power, but by heating in their environment. % It is thus not a current, but a warming monitored.
  • a highly heat-conducting Hüllschlauch or cladding tube is a conductor which has a defined melting temperature. This system is preferably wound or laid in a circle around all contacting points. If one of the contact points heats up to an impermissible level, the electrical conductor, which can also be called a core wire, melts and generates an interruption which is detected and used to switch off the generator.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Generator (300) einer getriebelosen Windenergieanlage, mit einem Läufer und einem Stator, wobei wenigstens der Läufer oder der Stator mit einem Schmelzsicherungsdraht (310) versehen ist, zum Erkennen einer lokalen Temperaturerhöhung, und wobei der Schmelzsicherungsdraht (310) ein elektrisch leitendes Material aufweist und das elektrisch leitende Material bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur schmilzt und dadurch eine Unterbrechung der elektrischen Leitung bewirkt, um dadurch die lokale Temperaturerhöhung zu erkennen.

Description

Thermische Sicherung eines Formspulengenerators einer Windenergieanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Generator einer getriebelosen Windenergieanlage sowie einen Schmelzsicherungsdraht für einen solchen Generator. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Überwachen von Spulenkontaktstellen in einem Generator. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Windenergieanlage. Windenergieanlagen sind bekannt und moderne Windenergieanlagen sind häufig getriebelos, so dass sie einen langsam laufenden vielpoligen Generator aufweisen. Hier können beispielsweise 96 oder 192 Pole oder sogar noch mehr Pole vorliegen. Wird für jeden Pol eine Spule vorgesehen, die mit wenigstens einer weiteren Spule zur Verschaltung kontaktiert werden muss, entstehen entsprechend viele Kontaktstellen. Eine solche Kontaktstelle ist grundsätzlich immer eine potentielle Fehlerquelle. Bei wenigen Kontaktstellen können dabei Fehler durch genaue Endkontrolle und ggf. spätere Überprüfung so gut wie ausgeschlossen werden. Bei sehr vielen Kontaktstellen steigt jedoch die potentielle Fehlergefahr an.
Deshalb wurde in dem Patent US 7,432,610 vorgeschlagen, den Stator eines solchen Ringgenerators durchgängig zu wickeln. Es werden also dort keine Kontaktstellen vorgesehen, allenfalls zum Anschließen der sechs Phasen an einen nachgeschalteten Gleichrichter.
Ein solches durchgängiges Wickeln ist allerdings aufwändig und auch aufgrund des notwendigen Einsatzes von Kupfer recht teuer. Deswegen kann vorgeschlagen werden, statt einer solchen durchgängigen Statorwicklung in dem Stator Formspulen einzusetzen, die auch aus Aluminium gefertigt werden können. Damit entstehen nun aber für einen vielpoligen Ringgenerator sehr viele Kontaktstellen, die entsprechend das Problem aufweisen, dass sie fehlerhaft sein können. Das kann mitunter erst im Betrieb auftreten oder erst im Betrieb bemerkt werden. Eine solche fehlerhafte Kontaktstelle birgt besonders die Gefahr, dass dort ein hoher Kontaktwiderstand entsteht und damit der Strom in der entsprechenden Statorwicklung an dieser hochohmigen Kontaktstelle zu einer erheblichen Erwärmung führt. Das kann im ungünstigsten Fall zu einem Generatorbrand führen. Das Deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung zu vorliegender Anmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: DE 10 2006 016 135 A1 , DE 10 2008 031 582 A1 , DE 10 2013 109 518 A1 , DE 10 2013 109 518 A1 , JP 2001-263238 A. Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, wenigstens eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine gefährliche Temperaturüberhöhung erkannt oder vermieden werden, die an Kontaktstellen von Formspulen eines Stators eines Generators einer getriebelosen Windenergieanlage auftreten kann. Zumindest soll gegenüber bisher bekannten Lösungen eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.
Erfindungsgemäß wird ein Generator gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Ein solcher Generator einer getriebelosen Windenergieanlage weist einen Läufer und einen Stator auf und dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Stator mit einem Schmelzsicherungsdraht versehen ist, zum Erkennen einer lokalen Temperaturerhöhung, und der Schmelzsicherungsdraht ein elektrisch leitendes Material aufweist und das elektrisch leitende Material bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur schmilzt und dadurch eine Unterbrechung der elektrischen Leitung bewirkt, um dadurch die lokale Temperaturerhöhung zu erkennen.
Es wird somit ein Schmelzsicherungsdraht für den Stator vorgesehen, der eine lokale Temperaturerhöhung erkennen soll. Dazu weist der Schmelzsicherungsdraht ein elektrisch leitendes Material auf, das bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur, nämlich seiner Schmelztemperatur, schmilzt. Dadurch wird, wenn diese hohe Temperatur oder natürlich eine höhere Temperatur auftritt, dieses leitende Material an der Stelle oder in dem Bereich, in dem diese hohe Temperatur auftritt, schmelzen. Dadurch ergibt sich eine Unterbrechung der elektrischen Leitung und diese elektrische Unterbrechung kann erkannt werden. Das kann beispielsweise durch regelmäßiges Messen des elektrischen Widerstandes dieses Schmelzsicherungsdrahtes erfolgen. Dazu kann auch ein geringer Teststrom durch diesen Schmelzsicherungsdraht fließen, wobei Strom und Spannung überwacht werden, um nur eine Variante zu erläutern. Eine unzulässig hohe Temperatur wird somit durch eine elektrische Unterbrechung in dem Schmelzsicherungsdraht erkannt. Eine solche Überwachung ist somit vergleichsweise einfach durchführbar. Es benötigt kein Erdpotential, sondern lediglich diese Überwachung der elektrischen Leitfähigkeit. Außerdem können hierdurch viele potentielle Überhitzungspunkte mit einem einzigen Schmelzsicherungsdraht überwacht werden. Vorzugsweise wird der Schmelzsicherungsdraht einmal um den Stator herum gelegt. Dies kann insbesondere etwa kreisförmig um den Stator herum erfolgen. Damit wird eine umfassende Schutzmaßnahme vorgeschlagen, die durch diesen einen Schmelzsicherungsdraht für den gesamten Stator erreicht werden kann und lediglich noch eine Aus- werteeinheit benötigt.
Die vorgeschlagene Lösung mit dem Schmelzsicherungsdraht ist auch vergleichsweise ausfallsicher, weil die Lösung auf der Überwachung durch das Schmelzen, nämlich Wegschmelzen eines Abschnitts des Schmelzsicherungsdrahtes, beruht. Besonders kann diese Variante auch vorteilhaft gegenüber einer sein, bei der mehrere elektrisch leitfähige Leitungen oder Drähte isoliert nebeneinander geführt werden, die bei kritischen Temperaturen nicht schmelzen, bei denen aber eine Isolierung zwischen den Drähten oder von einem Draht zu einem Erdpotential thermisch anfällig ist. Bei einer solchen Überwachung über die Veränderung einer Isolierung besteht die Gefahr, dass die Isolierung durch die zu überwachende Temperaturerhöhung zerstört oder beschädigt wird, ohne dass es aber zu einem Kontakt zwischen den elektrischen Leitungen kommt, die im Falle der Zerstörung der Isolierung Kontakt bekommen sollten. In diesem Fall bestände sogar zusätzlich die Gefahr, dass eine solche thermisch beschädigte Isolierung selbst einen Brand auslösen könnte.
Jedenfalls setzt die vorliegende Erfindung auf das Schmelzen des elektrisch leitenden Materials als solches.
Es wird auch vorgeschlagen, den Schmelzsicherungsdraht sinngemäß für den Läufer einzusetzen und dort Temperaturerhöhungen zu erfassen. Das kann alternativ oder zusätzlich zur Überwachung des Stators erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Stator aus Formspulen aufgebaut ist. Das ist so zu verstehen, dass die Statorwicklungen des Stators aus Formspulen aufgebaut sind. Diese Formspulen sind an Spulenkontaktstellen miteinander verbunden. Hierfür wird vorgeschlagen, dass der Schmelzsicherungsdraht entlang der Kontaktstellen des Stators gelegt ist, um zu erkennen, ob an einer Spulenkontaktstelle eine Temperaturerhöhung auftritt. Vorzugsweise ist der Generator und damit der Stator so aufgebaut, dass die Spulenkontaktstellen im Wesentlichen in einem ringförmigen Bereich gleichmäßig angeordnet sind. Der Schmelzsicherungsdraht braucht dann nur einmal entlang dieses Rings, also kreisförmig, um den Stator gelegt zu werden. Somit kann auf einfache Art und Weise der Schmelzsicherungsdraht eine Temperaturerhöhung an jeder dieser Kontaktstellen, von denen es über 100 an einem Stator geben kann, überwachen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung gleichwohl davon ausgeht, dass eine solche Erkennung einer Temperaturerhöhung nie zum Tragen kommt. Es handelt sich also um eine äußerste Vorsichtsmaßnahme. Sollte es gleichwohl zu einem solchen Vorfall kommen, dass eine lokale Temperaturerhöhung auftritt und durch den Schmelzsicherungsdraht diese erkannt werden kann, kommt es zunächst nicht darauf an, wo exakt diese Temperaturerhöhung aufgetreten ist. Mit anderen Worten kommt es zunächst nicht darauf an, welche der vielen Kontaktstellen schadhaft ist. Es kann zunächst die Wind- energieanlage heruntergefahren und der Generator elektrisch getrennt werden, um einen schweren Haveriefall auszuschließen.
Ist die Anlage heruntergefahren und der Generator elektrisch getrennt, kann dann eine Fehlersuche durchgeführt werden. Dabei kann dann auch der Schmelzsicherungsdraht bei der Fehlersuche helfen. Entweder ist dem Schmelzsicherungsdraht bereits eine Verformung anzusehen, die den Ort der Temperaturerhöhung anzeigt, oder es kann durch mehrere Leitfähigkeitsmessungen ein solcher Ort recht schnell eingrenzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass der Schmelzsicherungsdraht so aufgebaut ist, dass das elektrisch leitende Material so in einer Ummante- lung aufgenommen ist, dass es im Falle des Schmelzens in der Ummantelung so ablau- fen kann, dass eine Unterbrechung der elektrischen Leitfähigkeit des Schmelzsicherungsdrahtes erreicht wird. Dies ist besonders einfach dadurch erreichbar, dass die Ummantelung, die zur elektrischen Isolierung des Schmelzsicherungsdrahtes vorgesehen ist, von dem elektrisch leitenden Material, also dem eigentlichen Draht, nicht vollständig ausgefüllt ist. Diese Ummantelung kann also als Schlauch mit einem mittleren Innendurchmesser ausgebildet sein, der größer ist, als der Außendurchmesser des elektrisch leitenden Materials darin, also größer als der Außendurchmesser eines Drahtes, der das elektrisch leitende Material im Wesentlichen bildet. Vorzugsweise weist diese Ummantelung auch eine Eigensteifigkeit auf, die verhindert, dass diese Ummantelung ohne entsprechende Füllung in sich zusammenfällt. Dadurch kann diese Ummantelung das elektrisch leitende Material, also den elektrisch leitenden Draht ähnlich eines Rohres umgeben, ohne sich fest anzuschmiegen. Dabei kommt es nicht auf einen akkuraten kreisförmigen oder sehr konstanten Innendurchmesser oder ansonsten akkurate Querschnittsformen der Ummantelung an, sondern nur darauf, dass ihre Eigensteifigkeit einen gewissen Freiraum zum Ablaufen geschmolzenen Materials des elektrisch leitenden Materials ermöglicht. Vorzugsweise wird aber als Ummantelung ein Rohr verwendet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Temperaturbeständigkeit der Ummantelung höher als der Schmelzpunkt des elektrisch leitenden Materials. Dadurch kann erreicht werden, dass trotz Temperaturerhöhung auf ein so hohes Maß, dass das elektrisch leitende Material schmilzt, dieses nicht die Ummantelung verlässt. Dadurch können besonders weitere Schäden vermieden werden. Das betrifft sowohl sofortige Schäden, wie Kurzschlüsse, die zu einem zusätzlichen Problem führen könnten, als auch spätere Verunreinigungen, die nach Wiederherstellung der Schadstelle zusätzlich beseitigt werden müss- ten. Die Temperaturbeständigkeit dieser Ummantelung ist also so, dass die Ummantelung auch bei geschmolzenem elektrisch leitendem Material noch intakt ist. Vorzugsweise hält die Ummantelung eine Temperatur aus, die wenigstens 20 °C, vorzugsweise wenigstens 50 °C über der Schmelztemperatur des elektrisch leitenden Materials liegt.
Günstig ist, die vorbestimmte Temperatur des elektrisch leitenden Materials, also die Schmelztemperatur des elektrisch leitenden Materials, im Bereich von 160 °C bis 200 °C, vorzugsweise im Bereich von 170 °C bis 190 °C und insbesondere wird vorgeschlagen, sie auf etwa 180 °C festzulegen.
Diese Temperaturen sind so gewählt, dass sie ausreichend hoch sind, um den Schmelzsicherungsdraht nur dann ansprechen zu lassen, wenn auch eine gefährliche Tempera- turerhöhung vorliegt. Gleichwohl sind sie so niedrig gewählt, dass der Schmelzsicherungsdraht auch nicht zu spät anspricht. Die vorgeschlagenen Temperaturwerte liegen insoweit noch unter Temperaturen, bei denen unmittelbar ein Brand auftreten würde.
Vorzugsweise ist der Generator als Ringgenerator ausgebildet. Demnach sind die magnetisch aktiven Bereiche des Läufers und Stators, nämlich besonders die Blechpakete des Stators und Läufers, in einem ringförmigen Bereich um den Luftspalt angeordnet, der Läufer und Stator trennt. Dabei ist der Generator in einem inneren Bereich mit einem Radius von wenigstens 50 % des mittleren Luftspaltradius, frei von magnetisch wirksamen Bereichen.
Ein Ringgenerator kann auch dadurch definiert werden, dass die radiale Stärke der magnetisch aktiven Teilen, oder, anders ausgedrückt, des magnetisch aktiven Bereichs, nämlich die radiale Dicke vom Innenrand des Polrades bis zum Außenrand des Stators, bzw. vom Innenrand des Stators bis zum Außenrand des Läufers, im Falle eines Außenläufers, kleiner als der Luftspaltradius ist, insbesondere dass die radiale Stärke des magnetisch aktiven Bereichs des Generators weniger als 30%, insbesondere weniger als 25% des Luftspaltradius beträgt. Außerdem oder alternativ kann ein Ringgenerator dadurch definiert werden, dass ist die Tiefe, nämlich axiale Ausdehnung des Generators kleiner als der Luftspaltradius ist, insbesondere dass die Tiefe weniger als 30%, insbesondere weniger als 25% des Luftspaltradius beträgt. Außerdem oder alternativ ist ein Ringgenerator vielpolig ausgebildet und weist nämlich wenigstens 48, 96, insbesondere wenigstens 192 Rotorpole auf.
Besonders für einen solchen Ringgenerator wird die erfindungsgemäße Lösung der Temperaturüberwachung mittels des Schmelzsicherungsdrahtes vorgeschlagen. Besonders solche Ringgeneratoren sind sehr vielpolig, haben eine große Baugröße und sind zudem langsam laufend. Bei ihnen ist ein besonders großer Bereich zu überwachen, was auf einfache Art und Weise durch den vorgeschlagenen Schmelzsicherungsdraht erreicht werden kann.
Erfindungsgemäß wird zudem ein Generator einer getriebelosen Windenergieanlage mit einem Läufer und einem Stator vorgeschlagen, wobei - wenigstens der Läufer oder der Stator mit einem Lichtwellenleiter (LWL) versehen ist, zum Erkennen einer lokalen Temperaturerhöhung, und
- der Lichtwellenleiter (LWL)
- zum Übertragen von Lichtwellen vorbereitet ist und die Übertragung der Lichtwellen über eine Lichtwellenauswertung überwacht wird und - sich die Übertragung der Lichtwellen durch den Lichtwellenleiter bei Erreichen oder Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur ändert und diese Änderung, insbesondere eine Unterbrechung der Übertragung, durch die Lichtwellenauswertung erkannt werden kann.
Eine zu starke Erwärmung, auch nur eine lokale zu starke Erwärmung des Lichtwellenlei- ters verändert das Übertragungsverhalten und das wird durch die Lichtwellenauswertung erfasst. Besonders eine Unterbrechung kann erkannt werden. Es kann aber auch eine Veränderung der Qualität des Lichtsignals erkannt werden, insbesondere eine Frequenzverschiebung oder andere Frequenzveränderung. Auf durch die Verwendung eine Lichtwellenleiters kann somit der Generator über seinen gesamten Umfang mit nur einem Lichtwellenleiter überwacht werden. Art und Ort und der Verwendung des Lichtwellenleiters und etwaige weitere Merkmale der Verwendung können, ggf. sinngemäß, denen entsprechen, die im Zusammenhang mit dem Schmelzsicherungsdraht erläutert wurden oder noch werden. Die Verwendung eines Lichtwellenleiters ist besonders vorteilhaft für die Überwachung vieler potentieller Fehlerquellen an einem Ringgenerator mit nur einem Lichtwellenleiter und damit mit nur einem Überwachungsmittel.
Erfindungsgemäß wird zudem ein Schmelzsicherungsdraht vorgeschlagen. Ein solcher ist zum Erkennen einer lokalen Temperaturerhöhung an einem Generator einer getriebelosen Windenergieanlage vorgesehen und er weist ein elektrisch leitendes Material auf, das bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur, nämlich einer vorbestimmten Schmelztemperatur, schmilzt und dadurch eine Unterbrechung der elektrischen Leitung bewirkt, um dadurch die lokale Temperaturerhöhung zu erkennen. Erläuterungen des Schmelzsicherungsdrahtes ergeben sich aus Erläuterungen zu Ausführungsformen zu dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Generator.
Insbesondere ist ein solcher Schmelzsicherungsdraht zur Verwendung in einem Generator gemäß wenigstens einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform vorbereitet. Diese Vorbereitung betrifft dabei insbesondere die Dimensionierung, also dass er eine ausreichende Länge aufweist und hinsichtlich seines Durchmessers besonders entlang des Stators und dort vorzugsweise entlang etwaiger Kontaktstellen von Formspulen geführt werden kann.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zum thermischen Überwachen von Spulenkontaktstellen in einem Generator einer getriebelosen Windenergieanlage vorgeschla- gen. Dies wird besonders für das Überwachen des Stators und insbesondere für einen Stator mit Formspulen vorgeschlagen. Hierbei wird ein Schmelzsicherungsdraht an solchen Spulenkontakten, oder anderen Problemstellen, entlanggeführt und die Leitfähigkeit des Schmelzsicherungsdrahtes im laufenden Betrieb der Windenergieanlage gemessen. Wenn sich die Leitfähigkeit des Schmelzsicherungsdrahtes signifikant verschlech- tert, wird ein Warnsignal erzeugt. Dies erfolgt vorzugsweise dann, wenn der Schmelzsicherungsdraht in seiner elektrischen Leitfähigkeit unterbrochen wird. Somit kann besonders im laufenden Betrieb eine Temperaturerhöhung sicher erkannt werden.
Wird ein solches Problem erkannt, wird also ein Warnsignal erzeugt, wird gemäß einer Ausführungsform vorgeschlagen, die Windenergieanlage herunterzufahren und den Generator elektrisch zu trennen, insbesondere von einem nachgeschalteten Gleichrichter zu trennen und insbesondere von einer Stromversorgung für einen Erregungsstrom zu trennen. Dadurch können Folgeschäden ausgeschlossen werden und die Windenergieanlage wird dann in einen Zustand überführt, der sicher ist und eine Diagnose zulässt. Vorzugsweise wird das Warnsignal an eine Fernüberwachungszentrale gegeben. Von einer solchen Fernüberwachungszentrale können dann schnellstmöglich weitere Maßnahmen eingeleitet und koordiniert werden.
Erfindungsgemäß wird auch eine Windenergieanlage vorgeschlagen, die einen Genera- tor gemäß wenigstens einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aufweist. Außerdem oder alternativ ist die Windenergieanlage dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Verfahren gemäß wenigstens einer dazu vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgeführt wird. Außerdem oder alternativ wird vorgeschlagen, dass in der Windenergieanlage ein Schmelzsicherungsdraht gemäß wenigstens einer zu dem Schmelzsi- cherungsdraht beschriebenen Ausführungsform eingesetzt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung exemplarisch anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf begleitenden Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Windenergieanlage schematisch in einer perspektivischen Ansicht.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Ringgenerator einer getriebelosen Windenergieanlage. Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt eines Kontaktbereichs von Formspulen eines Stators einer getriebelosen Windenergieanlage in einer perspektivischen Ansicht.
Fig. 1 zeigt eine Windenergieanlage 100 mit einem Turm 102 und einer Gondel 104. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 1 10 angeordnet. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung ver- setzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an.
Fig. 2 zeigt einen Generator 130 schematisch in einer Seitenansicht. Er weist einen Stator 132 und einen dazu drehbar gelagerten elektrodynamischen Rotor 134 auf und ist mit seinem Stator 132 über einen Achszapfen 136 an einem Maschinenträger 138 befestigt. Der Stator 132 weist einen Statorträger 140 und Statorblechpakete 142 auf, die Statorpole des Generators 130 bilden und über einen Statorring 144 an dem Statorträger 140 befestigt sind. Der elektrodynamische Rotor 134 weist Rotorpolschuhe 146 auf, die die Rotorpole bilden und über einen Rotorträger 148 und Lager 150 auf dem Achszapfen 136 drehbar um die Drehachse 152 gelagert sind. Die Statorblechpakete 142 und Rotorpolschuhe 146 trennt nur ein schmaler Luftspalt 154, der wenige mm dick ist, insbeson- dere weniger als 6 mm, aber einen Durchmesser von mehreren Metern aufweist, insbesondere mehr als 4 m. Die Statorblechpakete 142 und die Rotorpolschuhe 146 bilden jeweils einen Ring und sind zusammen auch ringförmig, so dass der Generator 130 ein Ringgenerator ist. Bestimmungsgemäß dreht sich der elektrodynamische Rotor 134 des Generators 130 zusammen mit der Rotornabe 156 des aerodynamischen Rotors, von dem Ansätze von Rotorblättern 158 angedeutet sind.
Fig. 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt eines Generators 300 mit diversen Formspulen 302, die an diversen Kontaktstellen 304 untereinander verbunden sind. Dabei sind immer zwei benachbarte Formspulen 302 derselben Phase miteinander verbunden. Diese Formspulen 302 können sich in Details voneinander unterscheiden, wobei der besseren Übersichtlichkeit halber immer dasselbe Bezugszeichen 302 verwendet wird. Fig. 3 zeigt dabei einen Ausschnitt aus einem Generator 300, der sechs- phasig ausgebildet ist, bei dem also der Stator, zu dem die Formspulen 302 gehören, sechs Phasen aufweist.
Die Kontaktstellen 304 weisen dabei auch Kontaktbrücken 306 auf, um den geometrischen Abstand zwischen Formspulen zu überbrücken. An den Kontaktstellen 304 sind somit Kontaktbrücken 306 an Formspulenenden 308 befestigt, nämlich in dem Beispiel angeschraubt. Die Bezugszeichen 304 zum Kennzeichnen der Kontaktstellen zeigen auf entsprechende Schraubenköpfe, aber die Kontaktstellen 304 sind darauf nicht beschränkt, sondern betreffen vielmehr auch diese Formspulenenden 308. Jedenfalls wird sich eine etwaige Temperaturerhöhung im Bereich einer Kontaktstelle auch auf solche Endabschnitte 308 ausweiten. Zur Temperaturüberwachung ist nun ein Schmelzsicherungsdraht 310 vorgesehen, der hier im Grunde kreisförmig oder ringförmig um den Generator 300 herumläuft. Er ist dabei im Bereich der Kontaktstellen 304 verlegt und liegt teilweise zwischen den Kontaktbrücken 306 und auf Formspulenenden 308, die insoweit noch zu den Kontaktstellen 304 hinzugerechnet werden können. Es ist somit erkennbar, dass der Schmelzsiche- rungsdraht 310 auf einfache Art und Weise verlegt werden kann und dabei gleichzeitig in der Nähe sämtlicher Kontaktstellen 304 geführt wird.
Der Schmelzsicherungsdraht 310 weist dabei eine Ummantelung auf, die in der gezeigten Ausführungsform im Grunde einen Toms bildet. Im Inneren ist dabei ein niedrig schmelzender Draht vorhanden. Die Erfindung schafft somit einen Vorschlag, Temperaturerhöhungen an Formspulen eines Ringgenerators einer getriebelosen Windenergieanlage zu überwachen. Ein solcher Ringgenerator mit Formspulen kann auch als Formspulengenerator bezeichnet werden. Im Zusammenhang mit einem Formspulengenerator sind systembedingt viele Kontaktstellen in der Statorwicklung erforderlich. Die Zuverlässigkeit des Generators hängt von der Zuverlässigkeit sämtlicher Kontaktierungen ab. Da eine mangelhafte Kontaktierung zu einem Schaden am Generator führen kann, ist es sinnvoll rechtzeitig einen schlechter werdenden Kontakt zu detektieren. In dieser Erfindung geht es um ein Überwachungssystem, das in der Lage ist den Generator rechtzeitig abzuschalten.
Bei der Erfindung handelt es sich somit, im Prinzip und anschaulich gesprochen, um eine Schmelzsicherung mit großer Abmessung, die allerdings nicht durch eigenen Strom erwärmt wird, sondern durch Erwärmung in ihrer Umgebung. % Es wird somit kein Strom, sondern eine Erwärmung yberwacht. In einem möglichst gut wärmeleitendem Hüllschlauch bzw. Hüllrohr befindet sich ein Leiter der eine definierte Schmelztemperatur hat. Dieses System wird bevorzugt kreisförmig um sämtliche Kontaktierungsstellen gewickelt bzw. gelegt. Erwärmt sich eine der Kontaktstellen auf ein unzulässiges Maß, schmilzt der elektrische Leiter, der auch als Kerndraht bezeichnet werden kann, und erzeugt eine Unterbrechung, die detektiert und zur Abschaltung der Generators genutzt wird.

Claims

Ansprüche
1. Generator (300) einer getriebelosen Windenergieanlage, mit einem Läufer und einem Stator, wobei
- wenigstens der Läufer oder der Stator mit einem Schmelzsicherungsdraht (310) verse- hen ist, zum Erkennen einer lokalen Temperaturerhöhung, und
- der Schmelzsicherungsdraht (310)
- ein elektrisch leitendes Material aufweist und
- das elektrisch leitende Material bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur schmilzt und dadurch eine Unterbrechung der elektrischen Leitung bewirkt, um dadurch die lokale Temperaturerhöhung zu erkennen.
2. Generator (300) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzsicherungsdraht (310) etwa kreisförmig um den Stator gelegt wird.
3. Generator (300) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Stator Statorwicklungen aufweist, die aus Formspulen (302) aufgebaut sind, und die Formspulen (302) an Spulenkontaktstellen (304) miteinander verbunden sind und der Schmelzsicherungsdraht (310) entlang der Spulenkontaktstellen (304) des Stators gelegt ist, um zu erkennen, ob an einer Spulenkontaktstelle (304) eine Temperaturerhöhung auftritt.
4. Generator (300) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass der Schmelzsicherungsdraht (310) so aufgebaut ist, dass das elektrisch leitende Material so in einer Ummantelung aufgenommen ist, dass das elektrisch leitende Material im Falle des Schmelzens in der Ummantelung so ablaufen kann, dass eine Unterbrechung der elektrischen Leitfähigkeit des Schmelzsicherungsdrahts (310) erreicht wird.
5. Generator (300) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine bzw. die Ummantelung des Schmelzsicherungsdrahtes (310) eine höhere Temperatur aushält als die Schmelztemperatur des elektrisch leitenden Materials.
6. Generator (300) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Temperatur im Bereich von
160°C - 200°C, vorzugsweise im Bereich von 170°C-190°C liegt und insbesondere auf 180°C festgesetzt wird.
7. Generator (300) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (300) als Ringgenerator (300) ausgebildet ist.
8. Generator (300) einer getriebelosen Windenergieanlage, mit einem Läufer und einem Stator, wobei - wenigstens der Läufer oder der Stator mit einem Lichtwellenleiter (LWL) versehen ist, zum Erkennen einer lokalen Temperaturerhöhung, und
- der Lichtwellenleiter (LWL)
- zum Übertragen von Lichtwellen vorbereitet ist und die Übertragung der Lichtwellen über eine Lichtwellenauswertung überwacht wird und - sich die Übertragung der Lichtwellen durch den Lichtwellenleiter bei Erreichen oder Überschreiten einer vorbestimmten Temperatur ändert und diese Änderung, insbesondere eine Unterbrechung der Übertragung, durch die Lichtwellenauswertung erkannt werden kann.
9. Schmelzsicherungsdraht (310) zum Erkennen einer lokalen Temperaturerhöhung an einem Generator (300) einer getriebelosen Windenergieanlage, wobei der Schmelzsicherungsdraht (310) ein elektrisch leitendes Material aufweist und das elektrisch leitende Material bei Erreichen einer vorbestimmten Temperatur schmilzt und dadurch eine Unterbrechung der elektrischen Leitung bewirkt, um dadurch die lokale Temperaturerhöhung zu erkennen.
10. Schmelzsicherungsdraht (310) nach Anspruch 9, dazu vorbereitet, insbesondere dazu dimensioniert, in einem Generator (300) gemäß einem Ansprüche 1 bis 7 eingesetzt zu werden.
1 1. Verfahren zum thermischen Überwachen von Spulenkontaktstellen (304) in einem Generator (300) einer getriebelosen Windenergieanlage, wobei ein Schmelzsicherungsdraht (310) an den Spulenkontakten entlang geführt wird und die Leitfähigkeit des Schmelzsicherungsdrahtes (310) im laufenden Betrieb der Windenergieanlage gemessen wird und ein Warnsignal erzeugt wird, wenn sich die Leitfähigkeit des Schmelzsicherungsdrahtes (310) verschlechtert, besonders wenn der Schmelzsicherungsdraht (310) in seiner elektrischen Leitfähigkeit unterbrochen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergieanlage heruntergefahren wird und der Generator (300) elektrisch von elektrischen Anschlüssen getrennt wird, wenn ein solches Warnsignal erzeugt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Warnsignal an eine Fernüberwachungszentrale gegeben wird.
14. Windenergieanlage mit einem Generator (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder dadurch gekennzeichnet, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13 ausgeführt wird und/oder dass ein Schmelzsicherungsdraht (310) gemäß Anspruch 9 oder 10 eingesetzt wird.
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