ES2548086T3 - Sistema pararrayos para pala de aerogenerador con laminados de fibra de carbono - Google Patents

Sistema pararrayos para pala de aerogenerador con laminados de fibra de carbono Download PDF

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Abstract

Sistema pararrayos en pala de aerogenerador con laminados de fibra de carbono de los que se dispone de un cable principal (6) de bajada equipotencializado con los laminados (2) de fibra de carbono en diferentes localizaciones de la pala (1) por medio de derivaciones del cable principal (6) con cables auxiliares (5) conectados mediante union atornillada a una pletina (3) metalica conectada a su vez al laminado de fibra de carbono (2) caracterizado porque al menos en un cable auxiliar (5) se dispone de un dispositivo (12) con dos conexiones que facilita su empalme con el cable principal (6) y con el lam inado de fibra de carbono (2) caracterizado porque el dispositivo es un elemento inductivo cuya inductancia varla entre 5mH y 50mH en funci6n a la longitud de la pala.

Description

SISTEMA PARARRAYOS PARA PALA DE AEROGENERADOR CON
LAMINADOS DE FIBRA DE CARBONO
Objeto de la patente
5
El objeto de la patente es dotar de un sistema de pararrayos a las
actuales palas de aerogeneradores. El nuevo sistema pararrayos se logra
añadiendo un dispositivo que reduce la fracción de la corriente del rayo que se
transmite por los laminados de fibra de carbono.
10
Antecedentes de la invención
Debido a la altura alcanzada por los aerogeneradores y a su
emplazamiento en zonas elevadas sin otros elementos de altura similar, existe
15
un alto riesgo de recibir impacto de rayo, especialmente en las palas. Por este
motivo, las palas deben disponer de un sistema de protección contra el rayo, y
cualquier sistema adicional instalado en la pala que contenga elementos
conductores (piezas metálicas, sensores, sistemas de balizado, ... ) debe estar
protegido contra los impactos directos de rayo y los efectos indirectos debidos
2 O
al campo electromagnético inducido por la corriente del rayo.
El sistema de protección contra rayos de las palas de aerogenerador
tiene como principales componentes una serie de receptores metálicos
dispuestos en la superficie de la pala y un cable conductor que conduce el rayo
desde los receptores hasta la raíz.
25
La evolución en el desarrollo de aerogeneradores yel incremento en la
potencia suministrada hacen que cada vez se conciban aerogeneradores de
dimensiones superiores tanto en altura de torre como en diámetro de rotor. Con
el aumento de la longitud de la pala se hace necesario un incremento en la
rigidez. Una forma muy extendida de conseguir esta rigidez es mediante el uso
3 O
de una mayor cantidad de laminados basado en fibra de carbono en la
fabricación de la pala. Sin embargo, los laminados de fibra de carbono son
conductores, por lo que deben ser conectados en paralelo con el cable
conductor del sistema de protección contra rayos para evitar que se generen
arcos internos entre el cable y el laminado y para que no se produzcan
35
impactos directos de rayos en el laminado de carbono.
5 10
En ese sentido puede citarse la patente W02006051147 donde se presenta un "Pararrayos para una pala de aerogenerador constituida con laminados de fibra de carbono" ya que el uso de la fibra de carbono en la construcción de la viga de la pala obliga a equipotenciar dicho material con el sistema pararrayos. Para ello, al cable principal del sistema pararrayos se le dota de derivaciones para conectarlo directamente con los laminados de la fibra de carbono. Estos cables auxiliares están conectados mediante unión atornillada a una pletina metálica en contacto directo con las capas de fibra de carbono. La conexión eléctrica puede mejorarse mediante el empleo de resinas conductoras adicionadas en la zona de unión.
15
Sin embargo en esta solución, el reparto de corriente transmitida a través del cable y de los laminados de carbono no se controla, lo que puede hacer que sea más difícil transmitir la corriente por el carbono sin dañarlo, haciéndose necesario un dispositivo que conecte los laminados de fibra de carbono en paralelo con el cable conductor del sistema y que controle la corriente circulante por la fibra de carbono como el propuesto en la presente invención.
2 O
Descripción
25
Las grandes longitudes de las palas actuales obligan a reforzar de forma adecuada la viga interna de la pala (el elemento estructural que soporta los mayores esfuerzos). Así la viga se fabrica con un número creciente de capas de fibra de carbono lo que puede constituir un problema (dado que lo laminados más gruesos y anchos presentan menos resistencia al paso de la corriente) para conducir las fuertes corrientes por el cable bajante del pararrayos en vez de por el laminado de la viga.
3 O
Es un objeto de la invención mejorar el sistema de pararrayos existente para palas de menor longitud y con una menor cantidad de fibra de carbono en los laminados de la viga de la pala.
35
Es otro objeto de la invención incluir un dispositivo en al menos una de las conexiones existentes entre los laminados de la fibra de carbono y el cable
conductor del sistema pararrayos para controlar la fracción de la corriente del
rayo que se transmite por los laminados de fibra de carbono.
Es otro objeto de la invención que el dispositivo de control de corriente
5
esté formado por un elemento de elevada inductancia, lo que permite reducir la
fracción de la corriente del rayo transmitida por los laminados de la fibra de
carbono.
Todo ello se logra al conectar el laminado de fibra de carbono con el
10
cable conductor. De esta forma el sistema de protección contra rayos se
convierte en un circuito con dos ramas en paralelo: una rama formada por el
cable conductor, de baja resistencia y alta inductancia y la otra rama formada
por el laminado de carbono, de alta resistencia y baja inductancia. Cuando un
rayo impacta en uno de los receptores de la pala, el sistema de protección
15
contra rayos debe evacuar la corriente del rayo, cuya forma de onda está
caracterizada por tener una primera fase en la que la corriente sube de forma
súbita, seguida de una segunda fase donde la corriente desciende de forma
más lenta. Cuando esta corriente se inyecta al circuito formado por el laminado
de carbono conectado en paralelo al cable, la corriente se distribuye de la
2O
siguiente forma:
-Durante la fase de subida súbita, la mayor parte de la corriente se
transmite por el conductor de menor inductancia (el laminado de carbono)
-Durante la fase de bajada gradual, la mayor parte de la corriente se
transmite por el conductor con menos resistencia (el cable conductor)
25
Con la distribución descrita de corriente, el laminado de carbono soporta
un gran pico de corriente al comienzo de la descarga. Por otro lado, conforme
el tamaño de las palas aumenta, la inductancia de los laminados de carbono
(de mayor anchura y espesor) se reduce, lo que provoca que la fracción de la
3 O
corriente que se conduce por el carbono sea mayor. La transmisión de una
descarga de rayo es fácil de realizar en elementos metálicos, pero complicada
de realizar en laminados de carbono (que contienen resinas que se degeneran
a temperaturas de 100°C a 200°C).
35
La principal ventaja del uso del dispositivo de elevada inductancia
colocado en la conexión entre los laminados de carbono y el cable conductor es la de reducir el paso de corriente a través del laminado de carbono y favorecer la conducción a través del cable metálico.
5
Otra de las ventajas es que no es necesario emplear un dispositivo en las dos conexiones entre el carbono y el cable conductor (al comienzo y final del laminado); es suficiente con emplear un dispositivo en una de las dos conexiones.
10
Descripción de las figuras
15
La figura 1 representa la posición relativa entre las alas de carbono y el cable que discurre a través del alma en una sección de la pala. La figura 2 muestra la pletina que realiza la conexión con la fibra de carbono así como las derivaciones mediante cables auxiliares. La figura 3 muestra en detalle la conexión entre la pletina y la fibra de carbono y las derivaciones de los cables auxiliares al cable principal con la inclusión del dispositivo de elevada inductancia.
2 O
Descripción de la realización preferencial
25
Tal y como muestra la figura 1, el sistema pararrayos en pala (1) con laminados de fibra de carbono (2) objeto de la invención emplea el sistema pararrayos basado en un cable principal (6) al que adicionalmente se dota de unas derivaciones para conectarlo directamente con los laminados de fibra de carbono (2), de esta forma aseguramos que ambos sistemas se hallan al mismo potencial.
3 O 35
Tal y como muestra la figura 2, las derivaciones se realizan mediante dos conexiones a cada uno de los dos laminados de fibra de carbono (2), el correspondiente a la parte superior de la viga (10) Y el correspondiente a la parte inferior de la misma, representados en la figura anterior. Dichos laminados se encuentran dispuestos en las dos caras que se pegan enfrentadas a las conchas de la pala denominadas alas (4). Las conexiones se realizan una en la zona de la raíz de la viga y otra en la zona de la punta, de tal forma que las alas
(4) de la viga pasan a ser caminos alternativos del rayo. La característica
diferenciadora del sistema empleado radica en la forma de realizar las
conexiones entre el cable principal (6) y los laminados de carbono (2), esto se
consigue por medio de derivaciones del cable principal (6) gracias a pequeños
5
trozos de cable auxiliar (5) que son conectados mediante unión atornillada a
una pletina (3) metálica. La pletina (3) metálica es la responsable de realizar la
conexión directa con el carbono (2). Las pletinas (3) son colocadas durante el
proceso de laminación de la viga sobre las capas de fibra de carbono de la viga
y posteriormente son cubiertas con las capas de fibra de vidrio o carbono
10
empleadas en el laminado posterior de la viga. Las pletinas (3) se adhieren a
los laminados en el curado normal de dicha viga consiguiendo así una unión
mecánicamente robusta con la viga y eléctricamente bien conectada con la fibra
de carbono (2).
15
Tal y como se muestra en la figura 3, según la realización práctica de la
invención, se tiene la sección típica de la viga de la pala formada por dos almas
(8) y dos alas (4). Los laminados de carbono (2) utilizados para rigidizar la viga
se emplean en las alas (4) de la viga (10). Por ello, son estos laminados (2) los
que se conectan al cable bajante o cable principal (6) a través de un elemento
2 O
conductor auxiliar (5) y que se conecta por medio de una unión atornillada a la
pletina metálica (3) y al dispositivo (12) capaz de reducir el paso de corriente a
través del laminado de carbono (2) y favorecer la conducción a través del cable
principal (6). El dispositivo (12) redistribuye la corriente dentro de la pala y no
fuera de ella, protegiendo la fibra de carbono (2) utilizada en la viga de la pala
25
(1).
El dispositivo del sistema pararrayos objeto de la invención es aplicable a
los sistemas pararrayos ya existentes. Para ello únicamente hay que incluir el
nuevo dispositivo cortando el cable existente y empalmándolo entre el laminado
30
de carbono (2) y el cable principal (6). El dispositivo (12) es un elemento
inductivo cuya inductancia varía entre 5mH y 50mH en función a la longitud de
la pala (que puede variar entre 20 y 70 metros) y está formado preferentemente
por una bobina con dos terminales para facilitar su conexión.
35

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    -6
    5 10
    1.Sistema pararrayos en pala de aerogenerador con laminados de fibra de carbono de los que se dispone de un cable principal (6) de bajada equipotencializado con los laminados (2) de fibra de carbono en diferentes localizaciones de la pala (1) por medio de derivaciones del cable principal (6) con cables auxiliares (5) conectados mediante unión atornillada a una pletina (3) metálica conectada a su vez al laminado de fibra de carbono (2) caracterizado porque al menos en un cable auxiliar (5) se dispone de un dispositivo (12) con dos conexiones que facilita su empalme con el cable principal (6) y con el laminado de fibra de carbono (2) caracterizado porque el dispositivo es un elemento inductivo cuya inductancia varía entre 5mH y 50mH en función a la longitud de la pala.
    15 2 O
    2.Uso del sistema pararrayos en pala de aerogenerador con laminados de fibra de carbono de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque cuando el dispositivo (12) tiene una inductancia mayor de 5mH y dicha inductancia está colocada en la conexión existente entre los laminados de carbono y el cable conductor o cable principal (6) se reduce el paso de corriente a través del laminado de carbono y se favorece la conducción a través del cable metálico.
    25
    30
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