ES2265776B1 - Sistema de transmision de rayos sin contacto. - Google Patents
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Abstract
Sistema de transmisión de rayos sin
contacto.
Elemento transmisor de rayos (1), formado por
una primera barra (2) conductora fijada a una segunda barra (5)
aislante, y fijado a un cubo (21) de un aerogenerador. Un primer
extremo (4) del elemento transmisor de rayos (1) se enfrenta a una
banda metálica (18) situada en la raíz de cada pala (10) del
aerogenerador a una primera distancia que permite un salto
eléctrico de un rayo incidente en una punta de una pala (10) del
aerogenerador, mientras que un segundo extremo (3) se enfrenta a un
vierteaguas (12) de una góndola (13) del aerogenerador a una segunda
distancia que permite el salto eléctrico del rayo.
El rayo es conducido desde la punta de pala (10)
donde incide a tierra a través de una serie de medios de conducción
que incluyen el elemento transmisor de rayos (1), evitando dichos
medios que el rayo afecte a las partes sensibles del
aerogenerador.
Description
Sistema de transmisión de rayos sin
contacto.
La presente invención se refiere a un sistema de
transmisión de rayos sin contacto configurado para ser instalado
en un aerogenerador. Este sistema permite proteger frente a rayos
las partes vitales del aerogenerador, haciendo que se reduzca la
necesidad de mantenimiento del aerogenerador.
El sector de la técnica al que pertenece la
invención es el de protección de aerogeneradores contra los
rayos.
Los aerogeneradores utilizados en la
recuperación de energía eólica se han de situar en puntos
desprotegidos de las condiciones meteorológicas para aprovechar al
máximo el viento. Esta ubicación en zonas expuestas y la propia
geometría de los aerogeneradores hace que la probabilidad de atraer
rayos sea elevada.
Un sistema utilizado para proteger los
componentes del aerogenerador ante impactos de rayos consiste en
dirigir la descarga desde la punta de la pala hasta tierra,
utilizando en primer lugar un cable interno que una la punta de las
palas con una viga rigidizadora interna. Seguidamente, el rayo
alcanza el buje o cubo a través del rodamiento de pala, y es
conducido al eje de baja. A continuación llega al bastidor a través
de los rodamientos y, finalmente, atravesando la corona de giro
que une el bastidor con la torre, se lleva la descarga a
tierra.
La descarga del rayo por este camino daña los
rodamientos y el tren de baja, por lo que se han buscado soluciones
alternativas.
El documento EP 1036937 describe un sistema de
protección contra rayos constituido por un anillo conductor situado
en las palas del aerogenerador y una resistencia no lineal que se
sitúa en el punto superior del exterior de la góndola, para que se
produzca un arco eléctrico entre el anillo y la resistencia. Esta
disposición hace que el arco eléctrico se produzca sólo cuando la
pala que recibe el rayo está en posición exactamente vertical.
Además, la resistencia está situada en un lugar de difícil acceso y
recambio en caso de ser deteriorada por el rayo.
Se conocen otros sistemas, como el incluido en
el documento EP 0718495, en los que se crea una estructura externa
a la góndola que complica la construcción, y afecta negativamente a
la aerodinámica del aerogenerador.
Para superar las desventajas presentes en el
estado de la técnica, se ha planteado un nuevo sistema de
transmisión de rayos más eficaz y seguro con el que todo rayo que
impacta en la punta de una de las palas del aerogenerador es
derivado a tierra a través de la estructura de la góndola, evitando
que pase por los rodamientos de pala y del tren de baja. Además
esta solución es de fácil mantenimiento y no afecta al
funcionamiento del aerogenerador.
Con la nueva solución, al igual que en el
sistema tradicional, el rayo se desplaza a través de unos segundos
medios de conducción desde la punta de una pala hasta una viga
rigidizadora que constituye el alma de dicha pala. Unos terceros
medios de conducción trasladan el rayo desde la viga rigidizadora a
una corona de giro de una góndola a través de la estructura de dicha
góndola y finalmente unos cuartos medios de conducción derivan el
rayo a tierra desde la corona de giro y a lo largo de una torre de
aerogenerador. Generalmente tanto los segundos medios de conducción
como el los cuartos medios de conducción comprenderán un cable
conductor interno.
Los terceros medios de conducción, según la
invención, comprenden un primer conductor desde la viga
rigidizadora a una banda metálica que se encuentra en la raíz de la
pala, y un segundo conductor desde un vierteaguas de la góndola
hacia la corona de giro a través de la estructura de dicha góndola.
Tanto el primer como el segundo conductor pueden estar formados por
un cable metálico interno.
De forma novedosa, el rayo pasa según un arco
desde la banda metálica a un elemento transmisor de rayos sin
contacto, y del elemento transmisor se lanza otra descarga que
alcanza directamente el vierteaguas de la góndola, desde donde es
retomado por los cuartos medios de conducción.
La complejidad de la invención radica en el paso
del rayo de una parte móvil (rotor) a otra fija (góndola), puesto
que es preciso evitar el contacto entre ellas para disminuir el
desgaste o riesgo de rotura de las piezas. Con esta invención se
garantiza en todo momento una distancia del elemento transmisor de
rayos respecto a la raíz de la pala y al vierteaguas de 8 a l5 mm,
aunque los valores aceptados son más amplios (de 0,5 a 30 mm). Esta
separación es suficiente para que no haya colisiones entre el
elemento transmisor de rayos y otras partes del aerogenerador que
tienen movimiento relativo respecto a dicho elemento transmisor de
rayos, al tiempo que es lo suficientemente reducida para garantizar
el salto del arco eléctrico en caso de impacto de rayos.
Otra ventaja del sistema de la invención es la
reducción de los daños en el material del vierteaguas y la raíz de
la pala, tanto con descargas de larga como de corta duración; al
tiempo que, al suprimir el paso de corriente por los rodamientos,
también se evita que la descarga llegue al armario de control del
buje. Otra ventaja de la presente invención es la sencillez de su
sustitución en caso de deterioro tras varias descargas.
El elemento transmisor de rayos comprende unos
primeros medios de conducción, que comprenden a su vez una primera
barra de material conductor. Dicha primera barra posee un primer
extremo con una primera superficie frontal enfrentada a la banda
metálica a una primera distancia de entre 0,5 y 30 mm, de
preferencia entre 8 y 15 mm, de forma que pueda saltar un arco
eléctrico.
La primera barra comprende además un segundo
extremo con una segunda superficie frontal enfrentada al
vierteaguas de la góndola del aerogenerador, a una segunda
distancia de dicho vierteaguas que asegura el salto del arco
eléctrico, siendo dicha segunda distancia de un valor entre 0,5 y
30 mm, y de preferencia entre 8 y 15 mm.
La primera barra del elemento transmisor de
rayos está soportada por una segunda barra de material aislante
eléctrico capaz de aguantar una temperatura generada en un arco
eléctrico. Esta segunda barra comporta una primera porción donde se
disponen medios de fijación al aerogenerador, que según una
realización de la invención será una placa base de unión con forma
básicamente de diedro, y una segunda porción que comprende unos
segundos medios de fijación para fijar la primera barra a la
segunda en una posición notablemente perpendicular.
Según una realización ventajosa de la invención,
tanto el primer extremo como el segundo extremo de la primera barra
son desmontables, para facilitar su sustitución en caso de ser
deteriorado con el paso sucesivo de rayos.
En otra realización ventajosa, los primeros
medios de conducción están realizados en cobre o acero o en una
combinación de los mismos. A modo de ejemplo se puede presentar
ambos extremos de la primera barra en cobre y una pieza central en
acero.
Para una mejor comprensión de la invención, se
incluyen las siguientes figuras:
Figura 1: alzado de un elemento transmisor de
rayos
Figura 2: vista general de un aerogenerador
Figura 3: vista de detalle del rotor de un
aerogenerador
A continuación se pasa a describir de manera
breve un modo de realización de la invención, como ejemplo
ilustrativo y no limitativo de ésta.
En la Figura 1 se muestra un elemento transmisor
de rayos (1) formado por dos barras (2,5) cruzadas en forma de T y
una placa base (8). Una primera barra (2) de material conductor se
sitúa de forma perpendicular a una segunda barra (5) de material
aislante en las proximidades del extremo superior de dicha segunda
barra (5), y una placa base (8) se fija por un lado al extremo
inferior de la barra (5) y por el otro lado a un rodamiento de pala
(19) del aerogenerador.
La primera barra (2) está formada por tres
partes: un primer extremo (4), un segundo extremo (3) y una pieza
central (7). Los dos extremos (3,4) son desmontables respecto a la
pieza central (7) para poder ser remplazados en caso de verse
afectados por la descarga de un rayo. Para ello se dispone por el
interior de ambos extremos (3,4) de orificios roscados para la
fijación a vástagos roscados unidos a la pieza central (7). Otros
métodos de fijación pueden ser utilizados sin salir del objeto de
la invención.
La pieza central (7) dispone en su centro de un
orificio que la atraviesa de forma transversal a un eje
longitudinal de la primera barra (2), orificio que se alinea con un
taladro realizado longitudinalmente en la segunda barra (5) para la
introducción de un tornillo (6) o pieza semejante y la unión de
ambas barras (2,5).
Ambos extremos (3,4) de la primera barra pueden
estar realizados en cualquier material conductor, preferentemente
los extremos (3,4) son de cobre dada su alta conductividad. La
pieza central (7) se realiza preferentemente en acero, si bien se
puede realizar también en cobre o en cualquier otro material
conductor. En el caso de estar realizada en cobre la pieza central
(7), la primera barra (2) puede ser fabricada a partir de una única
pieza. No obstante, en caso de deterioro, si la barra (2) es
enteriza habría que sustituir toda la barra (2) en vez de
únicamente los extremos (3, 4).
La segunda barra (5) se realiza en un material
aislante, preferiblemente en Nylon. Y la placa base (8) a la que se
fijan la segunda barra (5) y el rodamiento de pala (19), se realiza
preferiblemente en acero.
El elemento transmisor de rayos (1) puede ser
instalado en un aerogenerador como el representado en la Figura 2,
del cual se observa un detalle en la Figura 3. El aerogenerador
consta de una serie de palas (10) sobre las que incide el viento,
unidas cada una de ellas a un rodamiento de pala (19) para permitir
su giro alrededor de un eje longitudinal de la pala (10), giro
comúnmente denominado pitch. El rodamiento de pala (19) se une a un
eje principal (15) el cual lleva el movimiento de rotación del
rotor, al que están conectadas las palas (10), hasta un
multiplicador que cambia la velocidad angular de giro, y de allí a
un generador eléctrico.
El interior de cada pala (10) contiene una viga
rigidizadora (17) que ayuda a mantener recta la pala (10) frente a
la acción del viento, y sobre esta viga rigidizadora (17) se
dispone un material conductor, metálico generalmente, que asiste en
la transmisión de un rayo que eventualmente caiga sobre una pala
(10) de aerogenerador.
Para la transmisión de éste rayo se sigue el
siguiente camino:
El rayo incide en una punta de pala (10) de
donde es transmitido por unos segundos medios de conducción (25) a
la viga rigidizadora (17) sobre la que se dispone un material
conductor, por donde avanza hasta llegar, por medio de un primer
conductor (27), a una banda metálica (18) situada en la raíz de la
pala a una cierta distancia antes del rodamiento de pala (19). Esta
distancia coincide con la altura de la primera barra (2) respecto
de la placa base (8) que se fija por un lado al rodamiento de pala
(19), y con la posición del vierteaguas (12) de la góndola
(13).
De la banda metálica (18) salta un arco
eléctrico al primer extremo (4) de la primera barra (2) de un
elemento transmisor de rayos (1) fijado a la parte externa del
rodamiento de pala (19). Para ello, la banda metálica (18) se
realiza en una chapa metálica dispuesta por la superficie lateral
de la pala (10), de forma que al producirse el pitch, siempre queda
parte de la chapa enfrentada al primer extremo (4) de la primera
barra (2).
El rayo atraviesa longitudinalmente la primera
barra (2) llegando al segundo extremo (3) de donde salta por medio
de otro arco eléctrico a un vierteaguas (12) de una góndola
(13).
La corriente sigue un segundo conductor (28)
situado en la góndola (13) sin pasar por ninguna parte delicada
del aerogenerador, como puede ser el propio rodamiento de pala
(19), el armario de control del buje, los rodamientos del eje
principal, la multiplicadora o el generador, y llega a una corona
de giro (20) del aerogenerador.
Finalmente de la corona de giro (20) se envía el
rayo a tierra a través de unos cuartos medios de conducción (26)
dispuestos a lo largo de una torre (16) de soporte del
aerogenerador.
Este camino es tomado por el rayo al estar
realizada la pala (10) en fibra de vidrio o de carbono, materiales
que aíslan eléctricamente el paso del rayo desde la pala (10) hasta
el rodamiento de pala (19).
La primera barra (2) se realiza con una sección
superior a la de los conductores dispuestos en el resto del
recorrido para asegurar que la temperatura que alcanza por la
resistencia eléctrica de su material sea reducida.
El primer extremo (4) de la primera barra (2) se
sitúa a una distancia de entre 05 mm y 30 mm, preferentemente
entre 8 y 15 mm. Así el rayo es forzado a saltar de la banda
metálica (18) al primer extremo (4) en vez de saltar al rodamiento
de pala (19), por estar este último a mucha mayor distancia. Por lo
tanto se fuerza el salto eléctrico entre la banda metálica (18) y
el primer extremo (4) sin realizar el contacto físico entre el
primer extremo (4) y la banda metálica (18), evitando así el
deterioro de los elementos por rozamiento ya que el pitch de la
pala (10) hace que sean móviles uno respecto del otro.
Por su parte, el segundo extremo (3) de la
primera barra (2) se sitúa a una distancia de entre 05 mm y 30 mm,
de preferencia entre 8 y 15 mm, del vierteaguas (12) de la góndola
(13). Así se evita el rozamiento entre ambas piezas, ya que el
vierteaguas (12) está fijo, mientras que el segundo extremo (3) es
solidario con el cubo (21) y por lo tanto móvil.
Claims (8)
1. Elemento transmisor de rayos, configurado
para ser instalado en un aerogenerador, caracterizado porque
comprende:
primeros medios de conducción formados por una
primera barra (2) de material conductor que comprende:
- un primer extremo (4) que tiene una primera superficie frontal enfrentada a una banda metálica (18) situada en una raíz de cada pala (10) del aerogenerador, a una primera distancia para asegurar un salto de un arco eléctrico desde la banda metálica (18) al primer extremo (4);
- un segundo extremo (3) que tiene una segunda superficie frontal enfrentada a un vierteaguas (12) de una góndola (13) del aerogenerador, a una segunda distancia para asegurar un salto de un arco eléctrico del segundo extremo (3) al vierteaguas (12); y
una segunda barra (5), de material aislante
eléctrico capaz de aguantar una temperatura generada en un arco
eléctrico, soportando dicha segunda barra (5) la primera barra (2),
comprendiendo dicha segunda barra (5):
- una primera porción que comprende primeros medios de fijación a un cubo (21) del aerogenerador; y
- una segunda porción que comprende segundos medios de fijación para fijar la primera barra (2) a la segunda barra (5) en una dirección sustancialmente perpendicular.
2. Elemento transmisor de rayos, según la
reivindicación 1, caracterizado porque el primer extremo (4)
y el segundo extremo (3) de la primera barra (2) son desmontables
respecto a una pieza central (7) de la primera barra (2).
3. Elemento transmisor de rayos, según
cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado
porque la primera distancia está comprendida entre 05 mm y
30 mm.
30 mm.
4. Elemento transmisor de rayos, según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado
porque la segunda distancia está comprendida entre 05 mm y
30 mm.
30 mm.
5. Elemento transmisor de rayos, según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado
porque la primera distancia está comprendida entre 8 y 15 mm y la
segunda distancia está comprendida entre 8 y
15 mm.
15 mm.
6. Elemento transmisor de rayos, según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado
porque los primeros medios de conducción son de material
seleccionado entre cobre, acero, y combinaciones de los mismos.
7. Elemento transmisor de rayos, según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado
porque los primeros medios de fijación comprenden una placa base
(8) de unión al cubo (21) del aerogenerador
8. Sistema de transmisión de rayos sin contacto,
configurado para ser montado en aerogeneradores que comprenden una
torre (26), una góndola (13), y una corona de giro (20) para
permitir un giro de la góndola (13) sobre la torre (26),
comprendiendo dicho sistema:
- segundos medios de conducción (25) de un rayo desde una punta de cada pala (10) del aerogenerador hasta una viga rigidizadora (17) que constituye un alma de la pala (10);
- terceros medios de conducción (1,27,28) del rayo desde la viga rigidizadora (17) de la pala (10) hasta la corona de giro (20) a través de la estructura de la góndola (13); y
- cuartos medios de conducción (26) del rayo a tierra desde la corona de giro (20) hasta tierra a lo largo de la torre (16) del aerogenerador;
caracterizado porque
los terceros medios de conducción (1,27,28)
comprenden:
- un primer conductor (27) desde la viga rigidizadora (17) de la pala (10) hasta una banda metálica (18) situada en una raíz de cada pala;
- un segundo conductor (28) a través de un vierteaguas (12) y la góndola (13) hasta la corona de giro (20) ; y
- un elemento de transmisión de rayos (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
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