ES2255454B1 - Sistema pararrayos para pala de aerogenerador. - Google Patents
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Abstract
El sistema pararrayos para pala de aerogenerador sustituye el cable principal de cobre utilizado tradicionalmente y emplea dos bandas de cobre que discurren a lo largo de la totalidad de la viga en contacto directo con la fibra de carbono. De esta forma el laminado de fibra de carbono y la banda de cobre se encuentran al mismo potencial en todo momento, evitando así un posible salto de arco entre ambos elementos. Con este sistema el laminado de fibra de carbono apenas se ve afectado por el paso de corriente debido tanto a las características eléctricas de ambos componentes del sistema como a la configuración elegida que conduce la mayor parte de la corriente a través de las bandas de cobre. Además, este nuevo sistema admite también la disposición de receptores intermedios sobre los propios laminados y en contacto directo con la banda de cobre.
Description
Sistema pararrayos para pala de
aerogenerador.
El objeto de la patente es un sistema de
pararrayos para recepción y transmisión de rayos en pala de
aerogenerador. Se da la característica importante de que parte de
esta pala presenta laminados de fibra de carbono entre los que se
encuentran embebidos sendas bandas de cobre que se prolongan por
toda la pala.
La inclusión de fibra de carbono en la
fabricación de palas de aerogenerador es bastante reciente y aunque
ya está bastante extendida entre las empresas más importantes del
sector, la experiencia en cuanto a la forma de protección contra
rayo es aún muy limitada y no existe conocimiento generalizado de
ninguna técnica cuya eficacia esté probada.
Tanto en la normativa aplicable a
aerogeneradores como en la bibliografía existente, se recoge que
una forma eficaz de proteger las palas de fibra de vidrio contra
los rayos consiste en un sistema pararrayos basado en receptores
puntuales situados a lo largo de la pala y un cable que conecta
dichos receptores con la raíz de la pala y que discurre por el
interior de la misma.
En ese sentido puede citarse la patente WO
96/
07825 donde se presenta un "Pararrayos para palas de aerogenerador" constituido por un conductor eléctrico que se extiende desde la punta de la pala transcurriendo por el interior de la misma y finalizando en la raíz de la pala en un eje de espiga que permite el giro de la pala. El conductor estará con o sin revestimiento aislante y contribuye a la propia sujeción de la pala.
07825 donde se presenta un "Pararrayos para palas de aerogenerador" constituido por un conductor eléctrico que se extiende desde la punta de la pala transcurriendo por el interior de la misma y finalizando en la raíz de la pala en un eje de espiga que permite el giro de la pala. El conductor estará con o sin revestimiento aislante y contribuye a la propia sujeción de la pala.
Por la WO 0177527 se conoce una pala que
presentan una protección contra rayo con conductores internos y
externos, conectados entre si y distribuidos por toda la pala.
También presenta una serie de puntos de penetración y un par de
configuraciones para punta y resto de la pala.
La US 6.612.810 presenta una protección donde la
pala comprende un par de conductores extendidos longitudinalmente
por la superficie de la pala (también incorpora elementos
calentadores anti-hielo). La punta de la pala tiene
un receptor de impacto conectado a un tercer conductor que discurre
por el interior de la pala. Todos los conductores y calentadores
están conectados entre sí.
En la bibliografía existente sobre impactos de
rayos se recoge también la necesidad de equipotencializar el objeto
que va a recibir el impacto con el sistema pararrayos. Es decir,
para que todos los elementos estén al mismo potencial deberán ser
conectados eléctricamente mediante conductores situados en la zona
a proteger.
La fibra de carbono, como material conductor,
deberá ser equipotencializada con el sistema pararrayos. El
problema de dejar elementos conductores aislados es la diferencia
de potencial tan elevada que se crea entre los mismos debido a los
fenómenos de inducción originados por el rayo a su paso por el
sistema pararrayos. Esta diferencia de potencial puede dar lugar a
un salto del arco, lo que en el caso concreto que nos ocupa en el
que el laminado de fibra de carbono constituye la parte resistente
principal de la pala, un fallo de este tipo sería fatal.
Existen diversas formas basadas en mallas
metálicas que tratan de evitar la intervención del compuesto de
fibra de carbono en el problema de la aparición de la diferencia de
potencial pero ninguna de ellas ha demostrado eficacia en la
resolución del problema.
El sistema pararrayos en pala con bandas de
cobre cocurado objeto de la invención, emplea un novedoso sistema
pararrayos basado en la utilización de bandas de cobre dispuestas
de manera longitudinal a lo largo de toda la pala y en contacto
directo con el laminado de fibra de carbono de la misma. Este
sistema evita, la necesidad de utilizar el cable de cobre empleado
tradicionalmente en el sistema pararrayos de las palas, de forma que
el conductor principal del sistema pasa a estar integrado en la
propia pala, ya que las bandas de cobre tienen la sección
suficiente para conducir toda la corriente del rayo.
Las bandas de cobre, que actúan de conductor
principal del sistema, están conectadas a su vez a los receptores
puntuales distribuidos a lo largo de la pala, presentando los
receptores intermedios de la pala un diseño novedoso hasta ahora
nunca empleado. Estos receptores intermedios van colocados sobre
los propios laminados de carbono de la pala y en contacto directo
con la banda de cobre integrada en la pala que es la encargada de
evacuar el rayo y evitan el impacto directo del rayo sobre el
laminado de fibra de carbono.
En caso de impacto de rayo, la mayor parte de la
corriente circula a través de las bandas de cobre debido a las
características eléctricas del laminado de fibra de carbono y de
las bandas de cobre y a la propia configuración del sistema de
forma tal que el laminado de fibra de carbono apenas se ve afectado
por la corriente.
La figura 1 representa esquemáticamente un corte
transversal de la pala en el que se observa la disposición de las
bandas de cobre con respecto a los laminados de fibra de carbono en
una realización preferente.
La figura 2 representa los distintos elementos
que componen el sistema pararrayos dentro de la pala según dicha
realización preferente.
La figura 3 representa esquemáticamente el corte
transversal a la pala en la posición de un receptor intermedio para
el caso de la realización preferente.
La figura 4 muestra un detalle del receptor
intermedio y de los elementos que lo componen.
Una realización concreta puede consistir en dos
bandas de cobre (1), cada una situada en contacto con uno de los
dos laminados de fibra de carbono (2) principales de la viga (3),
dichos laminados se encuentran dispuestos en las dos caras de la
viga (3), denominadas alas, que se pegan enfrentadas a las conchas
(4) de la pala.
Tal y como muestra la figura 1, este sistema
sustituye el cable principal de cobre utilizado en la actualidad
por dos finas bandas de cobre (1) que discurren a lo largo de toda
la viga (3) en contacto directo con la fibra de carbono (2) de
manera que ambos se encuentran al mismo potencial, evitando un
salto de arco entre los mismos.
Debido a las características eléctricas del
laminado de fibra de carbono (2) y de las bandas de cobre (1) la
mayor parte de la corriente en caso de impacto, circula a través de
la banda de cobre (1) evitando que el laminado se vea dañado.
La banda de cobre (1) se dispone a lo largo de
todo el ala de la viga (3) y en contacto directo con el laminado de
fibra de carbono (2) de la viga y se cubre con las capas de fibra
posteriores del laminado de la misma quedando integrada dentro del
mismo evitando el montaje adicional de un cable sobre dicha viga,
ya que el conductor del rayo se integra en la viga (3). La banda de
cobre (1) tiene un espesor comprendido entre 0,1 y 0,4 mm, siendo
este espesor la mínima sección que permite conducir el rayo y a su
vez preservar la calidad del laminado donde se integra o se
adhiere.
Tal y como muestra la figura 2, las alas de la
viga se deben de conectar en determinadas secciones de la misma
debido a la necesidad de igualar el potencial entre ambas partes.
Estas conexiones, que se deben realizar al menos en las zonas de
raíz (5) y punta (6), se consiguen mediante el mismo tipo de banda
de cobre utilizada en dirección longitudinal pero colocándola
transversal a la viga y rodeando una sección de viga (3) de forma
que haga contacto con las dos bandas principales de cobre (1),
además estas bandas transversales (7) también van cocuradas, con la
viga (3).
La punta de la pala (6) incorpora un receptor
metálico (8) que se conecta a través de un conductor adicional a la
banda de cobre (1) que recorre longitudinalmente toda la viga
(3).
El sistema pararrayos objeto de la invención,
presenta de forma adicional, un novedoso sistema de receptores de
rayo intermedios (9) para la pala que van colocados sobre las
propias alas de la viga (3). Estos receptores (9) hacen contacto
directo con la banda de cobre (1) integrada en la viga (3) que es
la encargada de evacuar el rayo y evitan el impacto directo del rayo
sobre el laminado de fibra de carbono (2).
Tal y como se muestra en la figura 3, en las
secciones en las que se colocan receptores intermedios (9) es
recomendable también conectar ambas alas con banda de cobre
dispuesta transversalmente (7). El inserto metálico (10) se apoya
sobre la banda de cobre (1) que se extiende a lo largo de todo el
ala de la viga (3) estableciendo una superficie de contacto para la
equipotencialización. Dicho inserto (10) está sujeto al laminado de
fibra de carbono (2) y establece contacto con las paredes de un
tornillo pasante (11) que asoma al exterior de la concha (4) para
interceptar el rayo.
Claims (4)
1. Sistema pararrayos en pala de aerogenerador
que comprende una viga (3) con alas conformadas por laminados
híbridos de fibra de carbono y fibra de vidrio y unas conchas (4)
que envuelven superior e inferiormente la viga,
caracterizado porque dispone de dos bandas de cobre (1) que
discurren por toda la longitud de la viga (3) de la pala desde la
punta (6) hasta la raíz (5), de unas conexiones transversales (7)
que conectan la banda superior e inferior y de unos receptores
intermedios (9) que conducen la descarga desde el exterior hasta la
banda de cobre (1).
2. Sistema pararrayos en pala de aerogenerador
según reivindicación primera, caracterizado porque las bandas
de cobre (1) se disponen a lo largo de toda el ala de la viga en
contacto directo con el laminado de fibra de carbono (2)
laminándose en su interior o adhiriéndose al mismo, cubriéndose por
capas de fibra de vidrio del laminado de la viga (3), de tal forma
que las bandas de, cobre (1) quedan integradas en la viga
preservando la calidad del laminado, estando comprendido el espesor
de cada una de las bandas entre 0,1 y 0,4 mm.
3. Sistema pararrayos en pala de aerogenerador
según reivindicación primera, caracterizado porque las
conexiones transversales (7) entre las bandas de cobre (1)
embebidas en las alas de la viga se realizan mediante una banda de
cobre que recorre la viga de manera transversal, rodeando una
sección de la misma de tal manera que hace contacto con las dos
bandas principales de cobre, quedando también la banda transversal
integrada en el interior del laminado de la viga (3).
4. Sistema pararrayos en pala de aerogenerador
según reivindicación primera, caracterizado por incorporar
receptores intermedios (9) formados por un inserto metálico (10)
que establece contacto con la banda de cobre (1) apoyándose en ella,
sujetó al laminado de fibra de carbono (2) y en contacto con un
tornillo pasante (11) que asoma al exterior de la concha (4)
impidiendo que el rayo impacte de forma directa sobre el laminado
de fibra de carbono (2).
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