EP3737859A1 - Method for detecting lightning strikes in a wind turbine rotor blade and lightning strike measurement system - Google Patents

Method for detecting lightning strikes in a wind turbine rotor blade and lightning strike measurement system

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EP3737859A1
EP3737859A1 EP19700461.7A EP19700461A EP3737859A1 EP 3737859 A1 EP3737859 A1 EP 3737859A1 EP 19700461 A EP19700461 A EP 19700461A EP 3737859 A1 EP3737859 A1 EP 3737859A1
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EP
European Patent Office
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rotor blade
wind turbine
lightning
lightning protection
protection system
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Application number
EP19700461.7A
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Alexander Hoffmann
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a method of detecting lightning strikes in a wind turbine rotor blade and a bi-fissure measuring system.
  • a lightning protection system is typically provided in the wind turbine.
  • a lightning receptor may be provided at the rotor blade tip and is preferably connected to an electrically conductive lightning discharge system within the rotor blade. If a wind turbine is struck by a lightning, then this can lead to considerable damage, in particular on the rotor blades.
  • the German Patent and Trademark Office has searched the following documents: EP 2 466 321 A1 and WO 2009/083 006 A1.
  • a method for detecting lightning strikes in a wind turbine rotor blade has a lightning protection system.
  • a digital camera or an optical-digital heat sensor is placed in the region of a rotor blade root, in the vicinity of the wind turbine or in or on a tower of the wind turbine such that the digital camera or the digital thermal sensor at least partially optically detects a part of the lightning protection system.
  • the part of the Lightning protection system is optically detected by the camera to perform an optical temperature detection.
  • a temperature increase of the part of the lightning protection system is detected based on the optical detection of the camera, so that a lightning strike can be detected without contact by optically monitoring the lightning protection system in the rotor blade.
  • a message may be issued when a biitz has enrolled in the wind turbine rotor blade. This can be done depending on the optically detected temperature increase.
  • the lightning protection system has at least one lightning protection system and a lightning protection connection point.
  • the camera or the heat sensor is provided stationary in the region of the rotor blade root of the rotor blade or in a hub of the wind turbine such that the camera or the thermal sensor at least partially optically detects a portion of the electrically conductive lightning discharge system or the Blitzanschiussstelle and thus can perform an optical temperature measurement ,
  • the temperature of the material of the rotor blade is detected and compared with the temperature of the electrically conductive lightning protection system and / or the Blitzanschiussstelle. A message is issued when the temperature difference between the temperature of the electrically conductive lead-off system and the material of the rotor blade exceeds a limit.
  • a classification of the detected flashes may be based on the detected temperature increases.
  • a digital camera or an optical digital heat sensor (eg AMG8833 from Panasonic) is placed in or on the wind turbine rotor blade and on at least a part of the biitz protection system, in particular an electrically conductive lightning stripping system eg a lightning protection conductor or aligned with a lightning protection cable.
  • the camera can thus be located inside the rotor blade or in the region of the hub of the wind energy plant and monitors the cavity or the internal volume of the rotor blade.
  • the camera may be external to the rotor blade or hub of the wind turbine to monitor a portion of the biitz protection system external to the rotor blade,
  • the digital camera should be able to detect IR radiation in particular.
  • the digital camera may include a CCD sensor for optical detection.
  • an optically digital thermal sensor for optical temperature detection may be provided. If a Biitz strikes the rotor blade, the electrically conductive lightning stripping system, lightning protection cable or the lightning protection conductor will heat up significantly, much more than the surrounding material of the rotor blade. This heating of the rotor blade can be detected by the camera. If a lightning strike has been detected by the metering system, a message may be sent to the service personnel to investigate the damage to the wind turbine and in particular the damage to the rotor blade.
  • the lightning protection system includes a lightning strike system and a lightning protection terminal. Furthermore, a diverter ring in the region of the rotor blade root can be part of the lightning protection system.
  • the camera is aimed at a part of the lightning protection system to perform an optical temperature detection. The camera is preferably aimed at a part of the lightning protection system which is not covered by another material but is exposed to allow effective optical temperature detection.
  • the camera or the thermal sensor is provided stationary in or on the rotor blade. This turns the camera when the pitch angle of the rotor blade is changed. This can be sure that the camera always optically monitors a part of the lightning protection system.
  • a threshold value of a temperature difference may e.g. to the surrounding material or a time-dependent average of several measurements from which a message is output, be greater than 5 ° C.
  • the limit may be greater than 20 ° C or 30 ° C.
  • the wind turbine can be shut down upon detection of a lightning strike. Only after service employees have looked closely at the wind turbine or the rotor blade, the wind turbine can be released again.
  • the camera is preferably provided with a minimum distance to the electrically conductive lightning discharge system in order to generate electrical To avoid flashovers in the event of a lightning strike.
  • the distance between the camera and the electrically conductive Biitzableitsystem is preferably> 1 m.
  • the digital camera or the optical digital thermal sensor represent an optical temperature detection unit for optimum temperature detection.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a wind turbine according to the invention
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a wind turbine rotor blade with a measuring system according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a wind turbine according to the invention.
  • Fig. 1 shows a wind turbine 100 with a tower 102 and a nacelle 104.
  • a rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 110 is arranged, the rotor 106 is in operation by the wind in a rotational movement and thereby drives a generator in the nacelle 104.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a wind turbine rotor blade with a measuring system according to the invention.
  • the rotor blade 108 has a lightning protection system 150, which has, for example, a lightning protection receptor 151 in the area of the rotor tip and an electrically conductive Biitzableitsystem 152 (eg in the form of lightning protection cable), which extends from the rotor blade tip to the rotor blade root.
  • an optical temperature detection unit for example a digital camera 210, is provided in the region of the rotor blade root or in the region of the hub of the wind power plant.
  • the digital camera 210 is preferably at least partially aligned with a part of the lightning protection system, in particular the electrically conductive lightning discharge system 152 (eg in the form of a lightning protection cable).
  • an optically digital thermal sensor may be provided as an optical temperature detection unit.
  • the digital camera 210 is coupled to an evaluation unit 220.
  • the digital camera 210 thus performs an optical detection of the electrically conductive lightning discharge system 152 and the material of the rotor blade located thereabout. If a lightning strikes the lightning protection system, this will lead to a considerable warming of the electrically conductive lightning discharge system 152. This heating is detected by the camera 210 and can be output to the evaluation unit 220.
  • the measuring system (camera 210 + evaluation unit 220) can detect the temperature of the electrically conductive flash-down system 152 and / or the temperature of the material of the rotor blade 108 located around it.
  • the evaluation unit 220 can make a comparison between the temperature of the electrically conductive flash discharge system 152 and the temperature of the material around it.
  • the evaluation unit 220 can compare the temperatures of the electrically conductive lightning discharge system 152 and of the material of the rotor blade. If the difference is too large, then it can be deduced that a lightning bolt has hit the lightning protection system.
  • the measurement can also be carried out by cyclically or temporally moving averaging of the recorded temperature data,
  • the camera required for this purpose is provided inside the rotor blade 108 or in the region of the hub of the wind turbine and thus detects the temperature in the cavity of the wind turbine rotor blade.
  • the rotor blade is composed of two shells (an upper shell and a lower shell).
  • the camera can be configured as a thermal imager.
  • the camera can produce a video of the part of the lightning protection system to be monitored.
  • the camera may take photos of the part of the lightning protection system at regular intervals. For example, these distances can be between one frame per second and one frame per minute.
  • the camera may be part or combination of a mobile phone or smartphone.
  • the mobile phone or smartphone can visually monitor the part of the lightning protection system and evaluate the captured photos or videos and output a message when a temperature difference is detected.
  • the processing of the captured photos or videos can be done in the smartphone or mobile phone or the camera.
  • the message can then be sent as SMS or over the Internet.
  • the evaluation of the images or videos in a system control of the wind turbine can be done.
  • the issued message or warning may then be used to stop the system when a lightning strike has been detected. Furthermore, a restart of the wind turbine can be locked until service employees have checked the rotor blade after the lightning strike.
  • a part of the lightning protection system is optically detected. This may be an exposed portion of the lightning rod system (such as a biitzschutzka-), a portion of an exposed electrically conductive lead system, an exposed portion of a pad, or a Abieiterring on the rotor blade root.
  • the camera can be arranged at a safety distance of more than 1 meter to the part of the lightning protection system.
  • the camera is designed as a digital camera and has a CCD sensor or an optical digital thermal sensor.
  • a classification of the flash intensity of the detected flashes may be based on the detected temperature measurements. For example, a temperature increase of up to 15 ° C, a first flash intensity can be detected. At a temperature difference between 15 and 25 ° C, a second flash intensity can be detected. At a temperature difference greater than 25 ° C, a third flash intensity can be detected.
  • the digital camera may be placed in the tower, tower or tower base. This is particularly advantageous because it allows an inventive lightning strike measuring system, which is easily accessible and can be added later.
  • the optically digital thermal sensor may e.g. a Panasonic AMG8833 sensor.
  • the thermal sensor may e.g. have a plurality of measuring points. This plurality may be less than the usual number of sensors in a digital camera.

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Abstract

A method for detecting lightning strikes in a wind turbine rotor blade (108) is provided. The wind turbine rotor blade (108) has a lightning protection system (150). A digital camera or an optical-digital heat sensor (210) is provided in the region of the rotor blade root, in a hub of the wind turbine or in or on a tower of the wind turbine in such a way that the digital camera (210) optically detects, at least in part, a portion of the lightning protection system (150). The portion of the lighting protection system is optically detected by the camera (210) in order to carry out optical temperature measurement. A temperature increase in the portion of the lightning protection system is detected on the basis of the optical detection by the camera.

Description

Verfahren zum Erfassen von Blitzeinschlägen in einem Windenergieanlagen-Rotorblatt und Biitzeinschlagmesssystem  A method of detecting lightning strikes in a wind turbine rotor blade and biotin impaction measuring system
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Blitzeinschlägen in einem Windenergieanlagen-Rotorblatt und ein Biitzeinschlagmesssystem. The present invention relates to a method of detecting lightning strikes in a wind turbine rotor blade and a bi-fissure measuring system.
Aufgrund der Höhe von Windenergieanlagen können die Windenergieanlagen häufiger von einem Blitzeinschlag betroffen sein. Da die Rotorblätter typischerweise den höchsten Punkt der Windenergieanlage darstellen, sind die Rotorblätter insbesondere gefährdet. Daher wird typischerweise ein Blitzschutzsystem in der Windenergieanlage vorgesehen. Ein Blitzrezeptor kann an der Rotorblattspitze vorgesehen werden und ist vorzugsweise mit einem elektrisch leitfähigen Blitzableitsystem innerhalb des Rotorblattes verbunden. Wenn eine Windenergieanlage von einem Blitz getroffen wird, dann kann dies insbesondere an den Rotorblättern zu erheblichen Beschädigungen führen. ln der prioritätsbegründenden deutschen Patentanmeldung hat das Deutsche Patent- und Markenamt die folgenden Dokumente recherchiert: EP 2 466 321 A1 und WO 2009/ 083 006 A1. Due to the height of wind turbines, the wind turbines can be affected more often by a lightning strike. Since the rotor blades typically represent the highest point of the wind turbine, the rotor blades are particularly at risk. Therefore, a lightning protection system is typically provided in the wind turbine. A lightning receptor may be provided at the rotor blade tip and is preferably connected to an electrically conductive lightning discharge system within the rotor blade. If a wind turbine is struck by a lightning, then this can lead to considerable damage, in particular on the rotor blades. In the priority German patent application, the German Patent and Trademark Office has searched the following documents: EP 2 466 321 A1 and WO 2009/083 006 A1.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Messsystem sowie ein Verfah- ren zum Erfassen von Blitzeinschlägen in Windenergieanlagenrotorblättern vorzusehen. It is therefore an object of the present invention to provide a measuring system and a method for detecting lightning strikes in wind turbine rotor blades.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erfassen von Biitzeinschlägen in Rotorblättern einer Windenergieanlage gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Messsystem zum Erfassen von Blitzeinschlägen in Windenergieanlagenrotorblättern gemäß Anspruch 3 gelöst. This object is achieved by a method for detecting Biitzeinschläge in rotor blades of a wind turbine according to claim 1 and by a measuring system for detecting lightning strikes in wind turbine rotor blades according to claim 3.
Somit wird ein Verfahren zum Erfassen von Blitzeinschlägen in einem Windenergieanla- gen-Rotorblatt vorgesehen. Das Windenergieanlagen-Rotorblatt weist ein Blitzschutzsystem auf. Eine digitale Kamera oder ein optisch-digitaler Wärmesensor wird im Bereich einer Rotorblattwurzel, in der Nähe der Windenergieanlage oder in oder an einem Turm der Windenergieanlage derart platziert, dass die digitale Kamera bzw, der digitale Wärmesensor zumindest teilweise ein Teil des Blitzschutzsystems optisch erfasst. Der Teil des Blitzschutzsystems wird durch die Kamera optisch erfasst, um eine optische Temperaturerfassung durchzuführen. Eine Temperaturerhöhung des Teils des Blitzschutzsystems wird basierend auf der optischen Erfassung der Kamera erfasst, Damit kann durch optische Überwachung des Blitzschutzsystems in dem Rotorblatt ein Blitzeinschlag kontaktlos er- fasst werden. Thus, a method is provided for detecting lightning strikes in a wind turbine rotor blade. The wind turbine rotor blade has a lightning protection system. A digital camera or an optical-digital heat sensor is placed in the region of a rotor blade root, in the vicinity of the wind turbine or in or on a tower of the wind turbine such that the digital camera or the digital thermal sensor at least partially optically detects a part of the lightning protection system. The part of the Lightning protection system is optically detected by the camera to perform an optical temperature detection. A temperature increase of the part of the lightning protection system is detected based on the optical detection of the camera, so that a lightning strike can be detected without contact by optically monitoring the lightning protection system in the rotor blade.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Nachricht ausgegeben werden, wenn ein Biitz in das Windenergieanlagen-Rotorbiatt eingeschiagen hat. Dies kann in Abhängigkeit der optisch erfassten Temperaturerhöhung erfolgen. According to one aspect of the present invention, a message may be issued when a biitz has enrolled in the wind turbine rotor blade. This can be done depending on the optically detected temperature increase.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Blitzschutzsystem mindestens ein Blitzschutzabieitsystem und eine Blitzschutzanschlussstelle auf. Die Kamera oder der Wärmesensor wird ortsfest im Bereich der Rotorblattwurzel des Rotorblattes oder in einer Nabe der Windenergieanlage derart vorgesehen, dass die Kamera oder der Wärmesensor zumindest teilweise einen Abschnitt des elektrisch leitfähigen Blitzableitsystems oder der Blitzanschiussstelle optisch erfasst und damit eine optische Temperaturmessung durch- führen kann. According to one aspect of the present invention, the lightning protection system has at least one lightning protection system and a lightning protection connection point. The camera or the heat sensor is provided stationary in the region of the rotor blade root of the rotor blade or in a hub of the wind turbine such that the camera or the thermal sensor at least partially optically detects a portion of the electrically conductive lightning discharge system or the Blitzanschiussstelle and thus can perform an optical temperature measurement ,
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur des Materials des Rotorblattes erfasst und mit der Temperatur des elektrisch leitfähigen Blitzschutzableitsys- tems und/oder der Blitzanschiussstelle verglichen. Eine Nachricht wird ausgegeben, wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des elektrisch leitfähigen Ableitsystems und des Materials des Rotorblattes einen Grenzwert überschreitet. According to one aspect of the present invention, the temperature of the material of the rotor blade is detected and compared with the temperature of the electrically conductive lightning protection system and / or the Blitzanschiussstelle. A message is issued when the temperature difference between the temperature of the electrically conductive lead-off system and the material of the rotor blade exceeds a limit.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Klassifizierung der erfassten Blitze basierend auf den erfassten Temperaturerhöhungen erfolgen. According to another aspect of the present invention, a classification of the detected flashes may be based on the detected temperature increases.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine digitale Kamera oder ein optisch digitaler Wärmesensor (z.B. AMG8833 von Panasonic) in oder an dem Windenergie- anlagen-Rotorblatte platziert und auf zumindest einen Teil des Biitzschutzsystems, insbesondere auf ein elektrisch leitfähiges Blitzableitsystem z.B. ein Blitzschutzleiter bzw. einem Blitzschutzkabel ausgerichtet. Die Kamera kann sich somit im Inneren des Rotorblattes bzw. im Bereich der Nabe der Windenergieanlage befinden und überwacht den Hohlraum bzw. das innere Volumen des Rotorblattes. Alternativ dazu kann die Kamera außen am Rotorblatt oder der Nabe der Windenergieanlage vorgesehen sein, um ein Teil des Biitzschutzsystems, welches außen an dem Rotorblatt vorhanden ist, zu überwachen, Die digitale Kamera sollte dazu in der Lage sein, insbesondere IR-Strahlung zu erfassen. Die digitale Kamera kann einen CCD Sensor zur optischen Erfassung aufweisen. Alternativ dazu kann ein optisch digitaler Wärmesensor zur optischen Temperaturerfassung vorgesehen sein. Wenn ein Biitz in das Rotorblatt einschlägt, dann wird sich das elektrisch leit- fähige Blitzableitsystem, Blitzschutzkabei bzw. der Blitzschutzleiter erheblich erwärmen und zwar deutlich mehr als das umliegende Material des Rotorblattes. Diese Erwärmung des Rotorblattes kann durch die Kamera erfasst werden. Falls ein Blitzschlag durch das Messsystem erfasst worden ist, dann kann eine entsprechende Meldung an die Servicemitarbeiter übermittelt werden, um die Schäden an der Windenergieanlage und insbesondere die Schäden an dem Rotorblatt zu untersuchen. According to one aspect of the present invention, a digital camera or an optical digital heat sensor (eg AMG8833 from Panasonic) is placed in or on the wind turbine rotor blade and on at least a part of the biitz protection system, in particular an electrically conductive lightning stripping system eg a lightning protection conductor or aligned with a lightning protection cable. The camera can thus be located inside the rotor blade or in the region of the hub of the wind energy plant and monitors the cavity or the internal volume of the rotor blade. Alternatively, the camera may be external to the rotor blade or hub of the wind turbine to monitor a portion of the biitz protection system external to the rotor blade, The digital camera should be able to detect IR radiation in particular. The digital camera may include a CCD sensor for optical detection. Alternatively, an optically digital thermal sensor for optical temperature detection may be provided. If a Biitz strikes the rotor blade, the electrically conductive lightning stripping system, lightning protection cable or the lightning protection conductor will heat up significantly, much more than the surrounding material of the rotor blade. This heating of the rotor blade can be detected by the camera. If a lightning strike has been detected by the metering system, a message may be sent to the service personnel to investigate the damage to the wind turbine and in particular the damage to the rotor blade.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Blitzschutzsystem ein Blitzableitsystem und eine Blitzschutzanschlussstelie auf. Ferner kann ein Ableitring im Bereich der Rotorblattwurzel Teil des Blitzschutzsystems sein. Die Kamera ist auf ein Teil des Blitzschutzsystems gerichtet, um eine optische Temperaturerfassung durchzuführen. Vorzugs- weise ist die Kamera auf einen Teil des Blitzschutzsystems gerichtet, welcher nicht durch ein anderes Material verdeckt ist, sondern frei liegt, um eine effektive optische Temperaturerfassung zu ermöglichen. In accordance with one aspect of the present invention, the lightning protection system includes a lightning strike system and a lightning protection terminal. Furthermore, a diverter ring in the region of the rotor blade root can be part of the lightning protection system. The camera is aimed at a part of the lightning protection system to perform an optical temperature detection. The camera is preferably aimed at a part of the lightning protection system which is not covered by another material but is exposed to allow effective optical temperature detection.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Kamera oder der Wärmesensor ortsfest in oder an dem Rotorblatt vorgesehen. Damit dreht sich die Kamera, wenn der Pitchwinkei des Rotorblattes verändert wird. Hierdurch kann sichergestelit werden, dass die Kamera immer einen Teil des Blitzschutzsystems optisch überwacht. According to one aspect of the present invention, the camera or the thermal sensor is provided stationary in or on the rotor blade. This turns the camera when the pitch angle of the rotor blade is changed. This can be sure that the camera always optically monitors a part of the lightning protection system.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Grenzwert einer Temperaturdifferenz z.B. zum umgebenen Material oder ein zeitlich abhängiger Mittelwert mehrerer Messungen, ab welcher eine Nachricht ausgegeben wird, größer 5°C sein. Insbesondere kann der Grenzwert größer als 20°C oder 30°C sein. According to one aspect of the present invention, a threshold value of a temperature difference may e.g. to the surrounding material or a time-dependent average of several measurements from which a message is output, be greater than 5 ° C. In particular, the limit may be greater than 20 ° C or 30 ° C.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Windenergieanlage bei Erfassung eines Blitzeinschlages abgeschalfet werden bzw. heruntergefahren werden. Erst nachdem Servicemitarbeiter sich die Windenergieanlage bzw. das Rotorblatt genau angesehen haben, kann die Windenergieanlage wieder freigegeben werden. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Kamera vorzugsweise mit einem Mindestabstand zu dem elektrisch leitfähigen Blitzableitsystem vorgesehen, um elektrische Überschläge im Fall eines Blitzeinschlages zu vermeiden. Der Abstand zwischen der Kamera und dem elektrisch leitfähigen Biitzableitsystem beträgt vorzugsweise > 1 m. According to one aspect of the present invention, the wind turbine can be shut down upon detection of a lightning strike. Only after service employees have looked closely at the wind turbine or the rotor blade, the wind turbine can be released again. According to one aspect of the present invention, the camera is preferably provided with a minimum distance to the electrically conductive lightning discharge system in order to generate electrical To avoid flashovers in the event of a lightning strike. The distance between the camera and the electrically conductive Biitzableitsystem is preferably> 1 m.
Da das Blitzeinschlagsmesssystem mit der Kamera nicht elektrisch mit dem Blitzschutzsystem verbunden ist, kann ein Blitzeinschlag in das Blitzschutzsystem nicht zu einer Zerstö- rung des Blitzeinschlagsmesssystems führen. Dies führt zu einer erheblichen Verbesserung der Betriebssicherheit des Blitzeinschlagsmesssystems. Since the lightning strike measuring system with the camera is not electrically connected to the lightning protection system, a lightning strike into the lightning protection system can not lead to destruction of the lightning strike measuring system. This leads to a considerable improvement in the operational safety of the lightning strike measuring system.
Die digitale Kamera oder der optische digitale Wärmesensor stellen eine optische Temperaturerfassungseinheit zur optimalen Temperaturerfassung dar. The digital camera or the optical digital thermal sensor represent an optical temperature detection unit for optimum temperature detection.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. Advantages and embodiments of the invention are explained below with reference to the drawing.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung, und Fig. 1 shows a schematic representation of a wind turbine according to the invention, and
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Windenergieanlagen- Rotorblattes mit einem erfindungsgemäßen Messsystem. Fig. 2 shows a schematic representation of a wind turbine rotor blade with a measuring system according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung. Fig. 1 shows a schematic representation of a wind turbine according to the invention.
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 110 angeordnet, Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und treibt dadurch einen Generator in der Gondel 104 an. Fig. 1 shows a wind turbine 100 with a tower 102 and a nacelle 104. On the nacelle 104, a rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 110 is arranged, the rotor 106 is in operation by the wind in a rotational movement and thereby drives a generator in the nacelle 104.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Windenergieanlagen-Rotorblattes mit einem erfindungsgemäßen Messsystem. Das Rotorblatt 108 weist ein Blitzschutzsystem 150 auf, welches beispielsweise einen Blitzschutzrezeptor 151 im Bereich der Rotorbiattspitze sowie ein elektrisch leitfähiges Biitzableitsystem 152 (z.B. in Form eines Blitzschutzkabels) aufweist, welches sich von der Rotorblattspitze zur Rotorblattwurzel erstreckt. Im Bereich der Rotorblattwurzel oder im Bereich der Nabe der Windenergieanlage wird eine optische Temperaturerfassungseinheit z.B. eine digitale Kamera 210 vorgesehen. Die digitale Ka- mera 210 ist vorzugsweise zumindest teilweise auf ein Teil des Blitzschutzsystems, insbesondere des elektrisch leitfähigen Blitzableitsystems 152 (z.B. in Form eines Blitzschutzkabels) ausgerichtet. Alternativ oder zusätzlich zu der digitalen Kamera kann ein optisch digitaler Wärmesensor als optische Temperaturerfassungseinheit vorgesehen sein. Die digitale Kamera 210 ist mit einer Auswerteeinheit 220 gekoppelt. Die digitale Kamera 210 führt somit eine optische Erfassung des elektrisch leitfähigen Blitzableitsystems 152 sowie des darum befindlichen Materials des Rotorblattes durch. Wenn ein Blitz in das Blitzschutzsystem einschlägt, dann wird dies zu einer erheblichen Erwärmung des elektrisch leitfähigen Blitzableitsystems 152 führen. Diese Erwärmung wird durch die Kamera 210 erfasst und kann an die Auswerteeinheit 220 ausgegeben werden. Das Messsystem (Kamera 210 + Aus erteeinheit 220) kann die Temperatur des elektrisch leitfähigen Blitzab- ieitsystems 152 und/oder die Temperatur des sich darum befindlichen Materials des Rotorblattes 108 erfassen. Die Auswerteeinheit 220 kann gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Vergleich zwischen der Temperatur des elektrisch leitfähigen Blitzab- leitsystems 152 und der Temperatur des sich darum befindlichen Materials durchführen. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 220 die Temperaturen des elektrisch leitfähigen Blitzableitsystems 152 sowie des Materials des Rotorblattes vergleichen. Wenn die Differenz zu groß ist, dann lässt sich daraus ableiten, dass ein Blitz in das Blitzschutzsystem eingeschlagen ist. Auch kann die Messung durch eine zyklische oder zeitlich gleitende Mit- telwertbildung der erfassten Temperaturdaten erfolgen, Fig. 2 shows a schematic representation of a wind turbine rotor blade with a measuring system according to the invention. The rotor blade 108 has a lightning protection system 150, which has, for example, a lightning protection receptor 151 in the area of the rotor tip and an electrically conductive Biitzableitsystem 152 (eg in the form of lightning protection cable), which extends from the rotor blade tip to the rotor blade root. In the region of the rotor blade root or in the region of the hub of the wind power plant, an optical temperature detection unit, for example a digital camera 210, is provided. The digital camera The camera 210 is preferably at least partially aligned with a part of the lightning protection system, in particular the electrically conductive lightning discharge system 152 (eg in the form of a lightning protection cable). Alternatively or in addition to the digital camera, an optically digital thermal sensor may be provided as an optical temperature detection unit. The digital camera 210 is coupled to an evaluation unit 220. The digital camera 210 thus performs an optical detection of the electrically conductive lightning discharge system 152 and the material of the rotor blade located thereabout. If a lightning strikes the lightning protection system, this will lead to a considerable warming of the electrically conductive lightning discharge system 152. This heating is detected by the camera 210 and can be output to the evaluation unit 220. The measuring system (camera 210 + evaluation unit 220) can detect the temperature of the electrically conductive flash-down system 152 and / or the temperature of the material of the rotor blade 108 located around it. The evaluation unit 220, according to an aspect of the present invention, can make a comparison between the temperature of the electrically conductive flash discharge system 152 and the temperature of the material around it. For example, the evaluation unit 220 can compare the temperatures of the electrically conductive lightning discharge system 152 and of the material of the rotor blade. If the difference is too large, then it can be deduced that a lightning bolt has hit the lightning protection system. The measurement can also be carried out by cyclically or temporally moving averaging of the recorded temperature data,
Gemäß der Erfindung erfolgt somit eine optische Temperaturerfassung eines Blitzschutzsystems in einem Windenergieanlagen-Rotorblatt 108. Die hierzu benötigte Kamera wird im Inneren des Rotorblattes 108 oder im Bereich der Nabe der Windenergieanlage vorgesehen und erfasst somit die Temperatur im Hohlraum des Windenergieanlagen-Ro- torblattes. According to the invention, there is thus an optical temperature detection of a lightning protection system in a wind turbine rotor blade 108. The camera required for this purpose is provided inside the rotor blade 108 or in the region of the hub of the wind turbine and thus detects the temperature in the cavity of the wind turbine rotor blade.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Rotorblatt aus zwei Schalen (einer Oberschale und einer Unterschale) zusammengesetzt. According to one aspect of the present invention, the rotor blade is composed of two shells (an upper shell and a lower shell).
Die Kamera kann a!s Wärmebildkamera ausgestaltet sein. The camera can be configured as a thermal imager.
Gemäß der Erfindung kann die Kamera ein Video des zu überwachenden Teils des Blitzschutzsystems erzeugen. Alternativ dazu kann die Kamera Fotos des Teils des Blitzschutzsystems in regelmäßigen Abständen machen. Diese Abstände können beispielsweise zwischen einem Bild pro Sekunde und einem Bild pro Minute darstellen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Kamera Teil oder Kombination eines Mobiitelefons oder Smartphones darstellen. Das Mobiitelefon oder Smartphone kann den Teil des Blitzschutzsystems optisch überwachen und die erfassten Fotos oder Videos auswerten und bei Erfassung einer Temperaturdifferenz eine Meldung ausgeben. Die Ver- arbeitung der erfassten Fotos oder Videos kann in dem Smartphone oder Mobiltelefon bzw. der Kamera erfolgen. Die Meldung kann dann als SMS oder über das Internet erfolgen. According to the invention, the camera can produce a video of the part of the lightning protection system to be monitored. Alternatively, the camera may take photos of the part of the lightning protection system at regular intervals. For example, these distances can be between one frame per second and one frame per minute. According to one aspect of the present invention, the camera may be part or combination of a mobile phone or smartphone. The mobile phone or smartphone can visually monitor the part of the lightning protection system and evaluate the captured photos or videos and output a message when a temperature difference is detected. The processing of the captured photos or videos can be done in the smartphone or mobile phone or the camera. The message can then be sent as SMS or over the Internet.
Alternativ dazu kann die Auswertung der Bilder oder Videos in einer Anlagensteuerung der Windenergieanlage erfolgen. Alternatively, the evaluation of the images or videos in a system control of the wind turbine can be done.
Die ausgegebene Meldung oder Warnung kann dann dazu verwendet werden, die Anlage zu stoppen, wenn ein Blitzschlag detektiert worden ist. Ferner kann ein Wiederanläufen der Windenergieanlage gesperrt werden bis Servicemitarbeiter das Rotorblatt nach dem Blitzeinschlag überprüft haben. The issued message or warning may then be used to stop the system when a lightning strike has been detected. Furthermore, a restart of the wind turbine can be locked until service employees have checked the rotor blade after the lightning strike.
Gemäß der Erfindung wird ein Teil des Blitzschutzsystems optisch erfasst. Hierbei kann es sich um einen freiliegenden Abschnitt des Blitzabieitsystems (wie z.B. ein Biitzschutzka- bei), um ein Teil eines freiliegenden elektrisch leitfähigen Abieitsystems, um einen freiliegenden Abschnitt einer Anschlussstelle oder um einen Abieiterring an der Rotorblattwurzel handeln. According to the invention, a part of the lightning protection system is optically detected. This may be an exposed portion of the lightning rod system (such as a biitzschutzka-), a portion of an exposed electrically conductive lead system, an exposed portion of a pad, or a Abieiterring on the rotor blade root.
Gemäß der Erfindung kann die Kamera in einem Sicherheitsabstand von größer 1 Meter zum Teil des Blitzschutzsystems angeordnet sein. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Kamera als digitale Kamera ausgestaltet und weist einen CCD Sensor oder einen optisch digitalen Wärmesensor auf. According to the invention, the camera can be arranged at a safety distance of more than 1 meter to the part of the lightning protection system. According to one aspect of the present invention, the camera is designed as a digital camera and has a CCD sensor or an optical digital thermal sensor.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Klassifizierung der Blitzintensität der erfassten Blitze basierend auf den erfassten Temperaturmessungen erfolgen. Beispielsweise kann bei einer Temperaturerhöhung von bis zu 15 °C eine erste Blitzintensität erfasst werden. Bei einer Temperaturdifferenz zwischen und 15 und 25 °C kann eine zweite Blitzintensität erfasst werden. Bei einer Temperaturdifferenz von größer als 25 °C kann eine dritte Blitzintensität erfasst werden. According to another aspect of the present invention, a classification of the flash intensity of the detected flashes may be based on the detected temperature measurements. For example, a temperature increase of up to 15 ° C, a first flash intensity can be detected. At a temperature difference between 15 and 25 ° C, a second flash intensity can be detected. At a temperature difference greater than 25 ° C, a third flash intensity can be detected.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die digitale Kamera im Turm, am Turm oder an dem Turmfuß platziert werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil damit ein erfindungsgemäßes Blitzeinschlagmesssystem ermöglicht wird, weiches einfach zugänglich ist und nachträglich angebaut werden kann. According to another aspect of the present invention, the digital camera may be placed in the tower, tower or tower base. This is particularly advantageous because it allows an inventive lightning strike measuring system, which is easily accessible and can be added later.
Der optisch digitale Wärmesensor kann z.B. einen Sensor AMG8833 von Panasonic dar- stelien. Der Wärmesensor kann z.B. eine Mehrzahl von Messpunkten aufweisen. Diese Mehrzahl kann weniger sein als die übliche Anzahl von Sensoren in einer Digitaikamera. The optically digital thermal sensor may e.g. a Panasonic AMG8833 sensor. The thermal sensor may e.g. have a plurality of measuring points. This plurality may be less than the usual number of sensors in a digital camera.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Erfassen von Blitzeinschlägen in einem Windenergieanlagen-Rotor- blatt (108), wobei das Windenergieanlagen-Rotorblatt (108) ein Blitzschutzsystem (150) aufweist, mit den Schritten: A method of detecting lightning strikes in a wind turbine rotor blade (108), the wind turbine rotor blade (108) comprising a lightning protection system (150) comprising the steps of:
Anordnen einer digitalen Kamera (210) oder eines optisch digitalen Wärmesensors im Bereich einer Rotorblattwurzel oder einer Nabe der Windenergieanlage oder eines Turms der Windenergieanlage, so dass die digitale Kamera oder der optisch digitale War- mesensor (210) zumindest teilweise einen Teil des Blitzschutzsystems (150) optisch erfasst,  Arranging a digital camera (210) or an optical digital thermal sensor in the region of a rotor blade root or a hub of the wind turbine or tower of the wind turbine, so that the digital camera or the optical digital heat sensor (210) at least partially a part of the lightning protection system (150 ) optically detected,
optisches Erfassen eines Teils des Blitzschutzsystems (150) durch die digitale Kamera (210) oder durch den optisch digitalen Wärmesensor (210) zur optischen Temperaturmessung, und  optically detecting a portion of the lightning protection system (150) by the digital camera (210) or by the optical digital thermal sensor (210) for optical temperature measurement, and
Erfassen einer Temperaturerhöhung des Teils des Blitzschutzsystems (150) basierend auf der optischen Temperaturmessung durch die digitale Kamera oder den optisch digitalen Wärmesensor.  Detecting a temperature increase of the portion of the lightning protection system (150) based on the optical temperature measurement by the digital camera or the optical digital thermal sensor.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , ferner mit dem Schritt: 2. The method of claim 1, further comprising the step:
Ausgeben einer Nachricht, dass ein Blitz in das Windenergieanlagen-Rotorblatt (108) eingeschlagen hat, in Abhängigkeit der erfassten Temperaturerhöhung.  Outputting a message that a lightning hit the wind turbine blade (108) in response to the detected temperature increase.
3. Verfahren zum Erfassen von Blitzschlägen in einem Windenergieanlagen-Rotorblatt (108) nach Anspruch 1 oder 2, wobei 3. A method for detecting lightning strikes in a wind turbine rotor blade (108) according to claim 1 or 2, wherein
das Blitzschutzsystem (150) mindestens ein Biitzschutzableitsystem (152) und eine Blitzschutzanschlussstelle aufweist,  the lightning protection system (150) has at least one biitz protection lead-out system (152) and a lightning protection connection point,
wobei die Kamera oder der Wärmesensor (210) ortsfest im Bereich einer Rotorblatt- wurzel des Rotorblatts (108) oder einer Nabe der Windenergieanlage derart vorgesehen ist, dass die Kamera oder der Wärmesensor (210) zumindest teilweise einen Abschnitt des elektrisch leitfähigen Blitzschutzableitsystems (152) oder der Blitzschutzanschlussstelle (151 ) optisch erfasst,  wherein the camera or the thermal sensor (210) is fixed in the area of a rotor blade root of the rotor blade (108) or a hub of the wind turbine such that the camera or the thermal sensor (210) at least partially covers a portion of the electrically conductive lightning protection system (152). or the lightning protection connection point (151) is optically detected,
4. Verfahren nach Anspruch 1 , 2 oder 3, mit den Schritten: 4. The method of claim 1, 2 or 3, comprising the steps of:
Erfassen einer Temperatur eines Materials des Rotorblattes (108), und  Detecting a temperature of a material of the rotor blade (108), and
Vergleichen der Temperatur des Rotorblattmaterials und der Temperatur des elektrisch leitfähigen Blitzschutzableitsystems (152) und/oder der Blitzschutzanschlusssteife, und Ausgeben einer Nachricht, wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des elektrisch leitfähigen Ableitsystems und des Materials des Rotorblattes einen Grenzwert überschreitet. Comparing the temperature of the rotor blade material and the temperature of the electrically conductive lightning protection system (152) and / or the lightning arresting terminal, and Issuing a message when the temperature difference between the temperature of the electrically conductive lead-off system and the material of the rotor blade exceeds a limit.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit dem Schritt: 5. The method according to any one of claims 1 to 4, further comprising the step:
Klassifizierung der erfassten Blitze basierend auf den erfassten Temperaturerhöhungen.  Classification of the detected flashes based on the detected temperature increases.
6. Blitzeinschlagmesssystem für eine Windenergieanlage, mit 6. Lightning strike measuring system for a wind turbine, with
einer digitalen Kamera oder einem optisch digitalen Wärmesensor (210) und einer Auswerteeinheit (220) zum Auswerten der optischen Daten der digitalen Kamera (210),  a digital camera or an optically digital thermal sensor (210) and an evaluation unit (220) for evaluating the optical data of the digital camera (210),
wobei die Auswerteeinheit (220) dazu ausgestaltet ist, anhand der optischen Daten der digitalen Kamera oder des optisch digitalen Wärmesensors (210) eine optische Tem- peraturmessung durchzuführen und eine Nachricht auszugeben, wenn eine optisch gemessene Temperatur eines Teils eines Blitzschutzsystems einen Grenzwert überschreitet.  wherein the evaluation unit (220) is configured to perform an optical temperature measurement based on the optical data of the digital camera or the optical digital thermal sensor (210) and to output a message if an optically measured temperature of a part of a lightning protection system exceeds a limit value.
7. Windenergieanlage, mit 7. Wind turbine, with
mindestens einem Rotorblatt (108) und  at least one rotor blade (108) and
mindestens einem Blitzeinschlagmesssystem für eine Windenergieanlage nach Anspruch 6.  at least one lightning strike measuring system for a wind turbine according to claim 6.
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