ES2230285T3 - Instalacion de energia eolica. - Google Patents
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Abstract
Instalación de energía eólica con un dispositivo para la descarga continua de carga electrostática de al menos una hoja del rotor (5) de la instalación de energía eólica, en la que el dispositivo para la descarga continua está formado por una conexión en serie de una resistencia (1) óhmica y una inductividad (20), y la conexión une de modo eléctrico la hoja del rotor (5) con una conexión a tierra (27).
Description
Instalación de energía eólica.
La invención se refiere a una instalación de
energía eólica. Este tipo de instalaciones de energía eólica de
tipo moderno, por ejemplo, una del tipo E-40 o
E-66 de la empresa Enercon, están equipadas
normalmente con un sistema pararrayos, que se conoce, por ejemplo,
de los documentos DE 4436290, DE 19826086, DE 19501267, DE 4445899,
WO 00/14405 o WO 96/07825. Del documento DE 4436197 se conoce una
instalación de energía eólica con un dispositivo pararrayos según
el preámbulo de la reivindicación 21.
En este tipo de sistemas pararrayos conocidos
descritos anteriormente, la hoja del rotor correspondiente se puede
cargar estáticamente cuando la hoja del rotor esté separada del
cubo. Esta carga electrostática de una hoja del rotor se origina
por medio de la fricción del aire con las hojas del rotor rotatorias
del rotor de una instalación de energía eólica. Dependiendo de la
humedad del aire o bien de otras influencias meteorológicas
desfavorables, las hojas del rotor (o bien sus sistemas pararrayos)
se cargan más rápida o más lentamente. La carga estática se produce
hasta que se alcanza la tensión disruptiva de la distancia
disruptiva. Entonces se realiza la descarga eléctrica, y todo el
sistema o bien las hojas del rotor se descargan. Una descarga
eléctrica de este tipo genera ondas electromagnéticas (EMV) con un
ancho de banda extremadamente alto, ya que la descarga eléctrica se
produce prácticamente en forma de un impulso, que idealmente
dispone de un ancho de banda extremadamente alto (idealmente dispone
de un ancho de banda infinito). Estas descargas repentinas, que no
están provocadas por el impacto de un rayo debido a una tormenta,
sino por la carga electrostática de los rotores, interfieren en
todo el sistema electrónico de la instalación de energía eólica que
se encuentra en el entorno de la descarga eléctrica, como por
ejemplo los ordenadores o los microprocesadores que controlan y
regulan una hoja individual del rotor. Sin embargo, también resultan
afectados otros dispositivos electrónicos de la instalación de
energía eólica que se encuentran en la barquilla o cerca de la
distancia disruptiva. Por medio de la carga de las hojas del rotor
que están rotando, se produce normalmente una descarga eléctrica en
la distancia disruptiva, con una interferencia igualmente regular
del sistema electrónico, que no se desea por lo que respecta a la
protección de todos los dispositivos electrónicos de la
instalación.
El objetivo de la presente invención es evitar
las desventajas mencionadas anteriormente y, en particular,
minimizar el número de interferencias en el sistema electrónico
debidas a las descargas eléctricas en la distancia de
disrupción.
El objetivo se consigue por medio de una
instalación de energía eólica con las características según la
reivindicación 1 ó 21. En las reivindicaciones subordinadas se
describen variantes ventajosas.
La invención se basa en la propuesta de descargar
de un modo continuo las cargas electrostáticas de las hojas del
rotor. En este caso hay que prestar atención al hecho de que la
tensión en las distancias disruptivas poco antes de una descarga de
tensión puede alcanzar fácilmente, dependiendo de la humedad, entre
20 y 30 kV. Debido a esto, el dispositivo para la descarga continua
(conexión de descarga) de las hojas del rotor ha de cumplir
fundamentalmente con dos condiciones, en concreto, en primer lugar,
la distancia de descarga continua ha de tener una impedancia tan
baja que se evite una carga estática de las hojas del rotor, y en
segundo lugar, ha de ser capaz de resistir a una tensión de choque
con un valor de 30 kV y de más (este tipo de tensiones de choque se
generan en impactos de rayos).
La invención se explica a continuación con más
detalle a partir de dibujos representativos. En los dibujos se
representa:
Fig. 1 una conexión en serie de una resistencia
óhmica y de una inductividad;
Fig. 2 una realización de la invención con cinco
resistores de hilo bobinado enrollados y conectados en serie;
Fig. 3 una vista/ una sección transversal parcial
a través de una instalación de energía eólica conforme a la
invención;
Fig. 4 una representación aumentada de la sección
III a partir de la Fig. 3;
Fig. 5 otra vista detallada aumentada a partir de
la Fig. 3; y
Fig. 6 una vista detallada a partir de la región
V de la Fig. 3.
Es especialmente adecuado que el dispositivo para
la descarga continua de carga electrostática de las hojas del rotor
esté formado por una conexión de descarga que presenta una conexión
en serie de una resistencia óhmica de derivación 1 y una
inductividad 2. Esto está representado en la Figura 1. En este caso,
la resistencia de derivación presenta preferentemente un valor de
aproximadamente 50 k\Omega, y la inductividad presenta
preferentemente un valor de 10 \muH o más.
Durante la descarga estática de las hojas del
rotor, la inductividad 2 no está en funcionamiento, ya que las
corrientes de derivación representan una corriente continua con una
amplitud muy pequeña. Con ello, cada hoja del rotor está unida para
la descarga estática con una resistencia de 50 k\Omega con el
potencial de tierra, cuando la conexión representada en la Figura 1
une una hoja del rotor con la conexión de tierra del potencial de
tierra.
En caso del impacto de un rayo (como consecuencia
de una tormenta), la tensión en la distancia disruptiva (la
conexión de descarga según la Figura 1) se eleva de un modo
considerable. El nivel de la tensión depende de la distancia, del
radio de curvatura de los picos de contacto y de la humedad del
aire. La inductividad 2 limita ahora la subida de la corriente que
fluye a través del derivador (R+L) estático. Con ello se
proporciona una protección pasiva suficiente para la resistencia de
derivación.
Es especialmente ventajoso que la resistencia 1
óhmica esté conformada por medio de un resistor de hilo bobinado 1a
y cuando éste está enrollado al mismo tiempo, tanto la resistencia
1 óhmica como la inductividad 2 se pueden conformar ahorrando mucho
espacio. Esto se muestra en la Figura 2 de la solicitud en una
vista. En este caso están representados cinco resistores de hilo
bobinado 1a enrollados conectados en serie que disponen de líneas
de alimentación correspondientes.
La realización de un resistor de hilo bobinado
enrollado tiene la ventaja de que se da una distribución igual de
tensión a lo largo de toda la longitud de la resistencia.
Otra ventaja de la conformación conforme a la
invención reside en lo muy sencilla que es la solución, que
igualmente garantiza una protección muy efectiva de todo el sistema
electrónico de la instalación de energía eólica, y hace posible una
descarga instantánea (de golpe) de cargas electrostáticas con la
ayuda del derivador estático descrito.
El derivador estático (el dispositivo para la
descarga continua de la carga electrostática) está formado
finalmente por una sencilla impedancia eléctrica con una componente
óhmica y una componente inductiva, y el derivador estático está
dispuesto paralelamente respecto a la distancia disruptiva.
La Fig. 3 muestra la disposición del derivador
estático conforme a la invención en una instalación de energía
eólica. La instalación de energía eólica representada en este caso
tiene un soporte para la maquinaria que aloja tanto a un cubo del
rotor, en el que están dispuestas las hojas del rotor, como a un
generador acoplado al cubo del rotor. El soporte de la maquinaria 14
está dispuesto sobre una torre 3 de modo giratorio alrededor de un
eje perpendicular. La torre 3 está anclada en una base 4. Está
representada una hoja del rotor 5 para su vista general. La punta
de la hoja del rotor 5 está conformada como una pieza preformada de
aluminio 6. En la raíz de la hoja del rotor 24 está dispuesto un
anillo de aluminio 8 que rodea totalmente a la raíz de la hoja del
rotor 24. Elementos conductores 7 en forma de varilla que discurren
en el borde delantero y en el borde trasero de la hoja del rotor
unen la pieza preformada de aluminio 6 de la punta, de modo que
conduce eléctricamente, con el anillo de aluminio 8 dispuesto en la
raíz de la hoja del rotor 24.
En la región de la raíz de la hoja del rotor 24
está dispuesta a la altura del anillo de aluminio 8 una varilla de
seguridad 9 como órgano de derivación del rayo. La varilla de
seguridad 9 se aproxima a través de un saliente de transmisión 11 a
un anillo de derivación que conduce eléctricamente hasta una
determinada distancia, por ejemplo 3 mm. Con su extremo libre
opuesto al saliente de transmisión 11, la varilla de seguridad 9
está aproximada al anillo de aluminio 8 hasta una distancia
predeterminada, aproximadamente igual.
El anillo derivador 10 puesto a tierra está
dispuesto de modo coaxial respecto al eje del rotor. Con ello se
garantiza la aproximación del saliente de transmisión 11 durante el
giro completo de la hoja del rotor 5.
Del dispositivo de giro de la maquinaria 14
sobresale una varilla de seguridad 12 adicional que está conectada
al soporte de la maquinaria 14 con una unión 13 conductora
eléctricamente.
Entre el anillo de aluminio 8 y el adaptador de
la hoja está dispuesto el derivador estático de modo conductor. A
través de él se puede realizar la derivación estática de las hojas
del rotor como se ha descrito anteriormente.
La vista representada en la Fig. 3 se muestra de
nuevo en la Fig. 4 de una forma ampliada.
En este caso, el anillo de aluminio 8 está guiado
de modo que rodea sólo por secciones alrededor de la raíz de la
hoja del rotor. El extremo inferior del elemento conductor 7 del
dispositivo de soporte representado está unido con el anillo de
aluminio 8 de modo que conduce eléctricamente.
El recorrido de derivación del rayo que conduce
eléctricamente entre el anillo de aluminio 8 y el anillo de
derivación 10 se construye por medio de la varilla de seguridad 9,
que está fijada horizontalmente con abrazaderas o similares al
recubrimiento del cubo del rotor 15 hecho de material que no conduce
eléctricamente, y con ello gira conjuntamente con la hoja del rotor
5. En el extremo opuesto a la hoja del rotor 5 de la varilla de
seguridad 9 está dispuesta una unión en cruz 16 que une la varilla
de seguridad 9 con el saliente de transmisión 11. El saliente de
transmisión 11 se aproxima perpendicularmente a través del
recubrimiento del cubo del rotor 15 al anillo de derivación 10
hasta una distancia determinada.
La representación de la Fig. 5 también pone de
manifiesto que el anillo de derivación 10 en la región de la
aproximación del saliente de transmisión 11 presenta a la altura de
la unión en cruz 16 un recorrido de derivación del rayo 17
predeterminado en forma de una pequeño grosor de la capa de
barnizado. La Fig. 5 también muestra que el anillo de aluminio 8
está guiado alrededor de la raíz de la hoja del rotor 24 en forma
semicircular para unir los dos elementos conductores 7 entre ellos
y para garantizar con los posibles ajustes angulares de la hoja del
rotor una unión efectiva con la varilla de seguridad 9. La varilla
de seguridad 9 presenta en su extremo 25 libre aproximado al anillo
de aluminio 8 hasta una distancia predeterminada una punta
cuneiforme que incrementa la intensidad de campo en comparación con
su entorno.
La Fig. 6 muestra una unión conductora
eléctricamente entre el soporte de la maquinaria 14 y la región
superior de la torre 3. En esta región de la torre 3 está dispuesto
un disco de fricción 20 que descansa horizontalmente de modo
coaxial respecto al eje de giro del soporte de la maquinaria 14. El
soporte de la maquinaria 14 tiene en una región opuesta a la torre
3 un elemento de derivación del rayo que está conformado como un
empujador 19 solicitado con una presión de contacto. Este empujador
19 está dispuesto perpendicularmente en esta región en el soporte
de la maquinaria 14 de tal manera que presiona sobre el disco de
fricción 20 y con ello construye una unión conductora
eléctricamente. Incluso en el caso de giros del soporte de la
maquinaria 14, esta unión se mantiene debido a la unión
arrastrante.
Un rayo que impacte en la instalación de energía
eólica se deriva de la siguiente manera:
Un rayo que impacte en una hoja del rotor 5 se
deriva en primer lugar al soporte de la maquinaria 14. Partiendo de
la pieza preformada de aluminio 6 o de un elemento conductor 7, se
deriva el rayo a través del elemento conductor 7 al anillo de
aluminio 8. Independientemente del ángulo momentáneo de la hoja del
rotor, el rayo se transmite entonces desde el anillo de aluminio 8 a
través de la varilla de seguridad 9 al anillo de derivación 10. A
través del recorrido de derivación del rayo 17 predeterminado del
anillo de derivación 10 se introduce el rayo a través de uniones
conductoras no representadas en el soporte de la maquinaria 14.
Un rayo que impacte en la varilla de seguridad 12
adicional se introduce a través de la unión 13 igualmente en el
soporte de la maquinaria 14.
La derivación del rayo desde el soporte de la
maquinaria 14 a la torre 3 se realiza a través del empujador 19 que
se encuentra en unión arrastrante y a través del disco de fricción
20. Con ello, la derivación del rayo también es independiente de la
posición de giro momentánea del soporte de la maquinaria 14.
El resto de la derivación del rayo se realiza a
través de la torre 3, de la base 4 y del anillo de puesta a tierra
27 que discurre por la tierra.
Tal y como se ha descrito, la invención muestra
cómo, por un lado, de un modo excelente, se puede llevar a cabo una
descarga continua de cargas electrostáticas de una hoja del rotor y
cómo a pesar de eso, por otro lado, también se pueden descargar los
impactos de rayos en la hoja del rotor sin causar daños en la
instalación de energía eólica. Mientras que las cargas
electrostáticas son descargadas a través del derivador estático y
directamente a través el cubo, las cargas provocadas por un impacto
de un rayo se descargan sin pasar por el cubo, en particular sin
pasar por el alojamiento del cubo. Las líneas tanto para las cargas
electrostáticas como para las corrientes de los rayos desde la
punta de la hoja del rotor hasta la región de la raíz de la hoja
pueden ser las mismas. Para proteger la instalación de energía
eólica también se ha de procurar que los impactos de los rayos no
sean guiados a través del cubo o bien a través del alojamiento del
cubo.
La división de los diferentes recorridos de carga
para la carga electrostática, por un lado, y la corriente de los
rayos, por otro lado, es extraordinariamente efectiva, y se ha
podido probar en instalaciones de energía eólica de una manera muy
satisfactorio. El coste, en su conjunto, es reducido.
Con la invención es posible que las
interferencias que, por un lado, puedan estar provocadas por la
carga electrostática de las hojas del rotor, o también por el
impacto de un rayo, se puedan reducir de un modo considerable. La
combinación especial formada por la derivación de corrientes
electrostáticas y de corrientes de rayos a través de diferentes
recorridos de líneas se ha comprobado en varias instalaciones como
algo extraordinariamente satisfactorio.
Claims (21)
1. Instalación de energía eólica con un
dispositivo para la descarga continua de carga electrostática de al
menos una hoja del rotor (5) de la instalación de energía eólica,
en la que el dispositivo para la descarga continua está formado por
una conexión en serie de una resistencia (1) óhmica y una
inductividad (20), y la conexión une de modo eléctrico la hoja del
rotor (5) con una conexión a tierra (27).
2. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo para
la descarga continua está conectado de modo paralelo respecto a una
distancia disruptiva de un sistema pararrayos de la instalación de
energía eólica.
3. Instalación de energía eólica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la
resistencia (1) óhmica presenta una resistencia de al menos 10
k\Omega, preferentemente de 50 k\Omega.
4. Instalación de energía eólica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la
inductividad (2) es de al menos 2 \muH, preferentemente mayor que
10 \muH.
5. Instalación de energía eólica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la
inductividad (2) está formada por un resistor de hilo bobinado (1a)
enrollado.
6. Instalación de energía eólica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la
resistencia (1) óhmica está formada por un resistor de hilo
bobinado (1a).
7. Instalación de energía eólica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
dispositivo para la descarga continua de carga electrostática está
unido de modo eléctrico, por una parte, con la conexión eléctrica
del derivador de rayos (8) de la hoja del rotor (5) y, por otro
lado, con la conexión (adaptador de la hoja) de la hoja del
rotor.
8. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 7, caracterizada porque las cargas que se
descargan a través del dispositivo para la descarga continua de
carga electrostática se descargan a través del cubo de la
instalación de energía eólica.
9. Instalación de energía eólica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por medio de un
soporte para la maquinaria que está dispuesto de modo giratorio en
la subestructura, con un eje del rotor alojado en el soporte de la
maquinaria con un cubo del rotor, con al menos una hoja del rotor y
con una transmisión del pararrayos desde las hojas del rotor hasta
un componente fijo conductor eléctricamente del soporte de la
maquinaria que está puesto a tierra, en la que la transmisión del
pararrayos está conformada como un órgano de derivación de los
rayos que están en unión efectiva eléctrica con la raíz de la hoja
del rotor (24) dispuesto en la región de la raíz de la hoja de
rotor (24) a una distancia de aislamiento respecto al cubo del
rotor, que presenta un saliente de transmisión (11), que se
aproxima al componente fijo conductor eléctricamente del soporte de
la maquinaria (14) hasta una distancia predeterminada.
10. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 9, caracterizada porque el órgano de
derivación del rayo es una varilla de seguridad (9).
11. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 9 ó 10, caracterizada porque el componente
fijo que conduce eléctricamente del soporte de la maquinaria (14)
es un anillo de derivación (10) dispuesto de modo coaxial respecto
al eje del rotor, y porque éste presenta en su región opuesta al
saliente de transmisión (11) un recorrido de derivación del rayo
(17) predeterminado.
12. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 10, caracterizada porque la varilla de
seguridad (9) se aproxima con su extremo (25) libre opuesto al
saliente de transmisión (11) a un elemento conductor eléctrico
dispuesto en la raíz de la hoja del rotor (24) hasta una distancia
predeterminada.
13. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, con un soporte de la maquinaria
que está dispuesto en una subestructura de modo giratorio, con un
eje del rotor alojado en el soporte de la maquinaria con un cubo
del rotor y con al menos una hoja del rotor, caracterizada
porque cada hoja del rotor (5) presenta en su punta y a una
distancia de aislamiento respecto al cubo de rotor elementos
conductores eléctricamente dispuestos en su raíz de la hoja del
rotor (24), que están unidos entre ellos de modo conductor
eléctricamente.
14. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 13, caracterizada porque el elemento
conductor dispuesto en la punta de la hoja del rotor (5) está
conformado como una pieza preformada de aluminio (6).
15. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 13 ó 14, caracterizada porque en el borde
delantero y en el borde trasero de cada hoja del rotor (5) están
dispuestos elementos conductores (7) que unen de modo conductor
eléctricamente los elementos conductores dispuestos en la punta de
la hoja del rotor (5) y en su raíz de la hora del rotor (24).
16. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones 12 a 15, caracterizada porque el
elemento conductor dispuesto en la raíz de la hoja del rotor (24)
es un anillo de aluminio (8) que la rodea horizontalmente al menos
por secciones en la superficie de la raíz de la hoja del rotor
(24).
17. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, con un soporte de la maquinaria
que está dispuesto de modo giratorio sobre una subestructura, con
un eje del rotor alojado en el soporte de la maquinaria, con un
cubo del rotor y al menos una hoja del rotor, caracterizada
porque en la región del soporte de la maquinaria (14) que está
opuesta a la subestructura está dispuesto un elemento de derivación
del rayo que se encuentra en unión arrastrante con un componente
conductor eléctricamente.
18. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 17, caracterizado porque el elemento de
derivación de rayos está conformado como un empujador (19)
solicitado con una presión de contacto.
19. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 17 ó 18, caracterizada porque el componente
conductor eléctricamente de la subestructura es un disco de
fricción (20), que está dispuesto horizontalmente en la región
superior de la subestructura en un plano horizontal y de modo
coaxial respecto al eje de giro del soporte de la maquinaria
(14).
20. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la
hoja del rotor está formada por un material que no conduce
eléctricamente, como por ejemplo plástico reforzado con fibra de
carbono.
21. Instalación de energía eólica con un
dispositivo pararrayo y un órgano de derivación de rayos,
caracterizada porque la instalación de energía eólica
presenta un dispositivo para la descarga de cargas electrostáticas
con al menos una hoja del rotor (5) de la instalación de energía
eólica, y porque la instalación de energía eólica presenta un cubo
del rotor (30) y hojas del rotor (5) fijadas a él, y en la región
del cubo de la hoja del rotor, las cargas electrostáticas se
descargan a través de otro recorrido que las cargas causadas por un
rayo, en la que las cargas electrostáticas se descargan a través del
cubo (30), y las cargas ocasionadas por un rayo se descargan sin
pasar por el cubo.
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