ES2556645T3 - Dispositivo para detectar el daño debido al impacto de un rayo en una pala de turbina eólica - Google Patents

Dispositivo para detectar el daño debido al impacto de un rayo en una pala de turbina eólica Download PDF

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Abstract

Dispositivo para detectar el daño de una turbina de energía eólica y, en particular, de una pala del rotor de turbina de energía eólica, debido al impacto de un rayo, caracterizado porque comprende - diversos sensores (12) de campo magnético y/o eléctrico distribuidos a lo largo de la longitud de una pala (14) del rotor de la turbina de energía eólica para medir la concentración del campo magnético y/o eléctrico a lo largo de la pala (14) del rotor, y - una unidad (20) de evaluación conectada a los sensores (12) de campo magnético y/o eléctrico para recibir las señales medidas de los mismos, - en el que la unidad (20) de evaluación se configura para calcular los daños en la turbina de energía eólica y, en particular, de la pala (14) del rotor causados por el impacto de un rayo en base a la concentración medida del campo magnético y/o eléctrico a lo largo del longitud de la pala (14) del rotor y a la concentración del campo magnético y/o eléctrico de una pala (14) del rotor sin dañar.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo para detectar el dano debido al impacto de un rayo en una pala de turbina eolica Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un dispositivo para detectar el dano de una pala del rotor de una turbina de energfa eolica debido al impacto de un rayo que ha impactado en la pala del rotor.
Tecnica anterior relacionada
La proteccion contra rayos de las palas del rotor de una turbina de energfa eolica es basicamente conocida. Un sistema de proteccion de este tipo comprende un conductor que se extiende a traves de y/o a lo largo de la pala del rotor para conducir a tierra la corriente generada en caso de un impacto de un rayo que impacta en la pala del rotor. Hoy en dfa los sistemas de proteccion contra rayos para palas del rotor de turbinas de energfa eolica no monitorizan si la pala del rotor se ha o sin danar por el impacto de un rayo. Sin embargo, las propiedades aerodinamicas de la pala del rotor se pueden ver afectadas por los danos. Esto a su vez significa que la turbina de energfa eolica podna ser menos eficiente. Tambien la vida util de la pala del rotor se puede acortar debido al impacto de rayos, lo que es un efecto que tampoco se puede controlar por los sistemas conocidos.
A partir del documento WO-A-2004/111686 se sabe registrar el impacto de rayos en una turbina eolica. Una pala del rotor de la turbina eolica esta provista de resistencias que se calientan cuando la pala es impactada por un rayo. En el documento DE-A-102 59 680 se divulga una pala del rotor que tiene un conductor electrico que cambia su resistencia cuando se flexiona. Por consiguiente, el grado de flexion de la pala del rotor debido a las fuerzas del viento que actuan sobre la pala se puede medir. Tambien en el documento DE-A-100 65 314, se describe un sistema similar para detectar las cargas de viento en una pala del rotor de una turbina eolica. Finalmente, el documento DE-U-20 2004 001 090 divulga un detector para detectar grietas en una pala del rotor utilizando un gas.
El documento WO-A-01/33234 divulga un sistema de deteccion y registro de corrientes electricas de alta intensidad, tales como corrientes de rayos en un pararrayos en una turbina eolica. El sistema conocido comprende un detector que contiene una fuente de alimentacion, un circuito de medicion, y un medio convertidor. El circuito de medicion se acopla inductivamente al pararrayos a traves de una bobina de medicion. El medio convertidor del conductor se acopla, pero no galvanicamente, a un medio registrador tal como un ordenador. La fuente de alimentacion recibe su energfa electrica directamente de la corriente del rayo que fluye a traves del pararrayos que se acopla inductivamente a la fuente de alimentacion a traves de una bobina de potencia que hace que el sistema conocido sea insensible a las cafdas de la red de suministro.
Por consiguiente, existe la necesidad de un sistema que haga posible estimar la vida util y el comportamiento de los componentes de una turbina de energfa eolica.
Sumario de la invencion
La presente invencion proporciona un dispositivo y un procedimiento para detectar el dano de una pala del rotor de turbina de energfa eolica u otras partes de una turbina de energfa eolica debido al impacto de un rayo, que comprende las caractensticas de las reivindicaciones 1 y 4, respectivamente. Ademas, la presente invencion proporciona el uso de diversos sensores de campo magnetico y/o electricos distribuidos a lo largo de la longitud de una pala del rotor de una turbina de energfa eolica para la deteccion de danos en la turbina de energfa eolica. Las reivindicaciones dependientes se refieren a las realizaciones individuales de la invencion.
De acuerdo con la invencion, diversos sensores de campo magnetico y/o electrico (en adelante referidos como sensores de campo) se incrustan en una pala del rotor de una turbina de energfa eolica. Por estos sensores de campo, la concentracion del campo magnetico y/o electrico (en adelante referida como la concentracion del campo) a lo largo de la extension de la pala del rotor se puede medir en base a las variaciones de la concentracion del campo en comparacion con la concentracion del campo de una pala del rotor sin danos, y el dano de la pala del rotor debido al impacto de un rayo (es decir, deslaminacion y/u orificios en el material compuesto de la pala del rotor o de otros componentes de una turbina de energfa eolica tales como el concentrador, la gondola o su alojamiento) se puede calcular en una unidad de evaluacion conectada a los sensores de campo para la recepcion de las senales de medicion de los mismos. Ademas, se puede proporcionar un sensor de corriente a tierra que tambien se conecta a la unidad de evaluacion. Por ultimo, mediante la aplicacion de un modelo de analisis del comportamiento del rayo de la pala del rotor y/o de otras partes y/o de toda la turbina de energfa eolica, el tipo y la magnitud de los danos debido al impacto de un rayo se pueden calcular. Todo esto ofrece la posibilidad de establecer un medidor de vida de rayos en la turbina de energfa eolica para llegar a una comprension mas profunda del comportamiento de proteccion contra rayos de la turbina de energfa eolica. La salida de un sistema de deteccion de rayos avanzado de este tipo, podna integrarse en el almacen de datos de analisis de fallos por rayos anteriores, y una estrategia de mantenimiento avanzada para la turbina de la energfa eolica, en particular para una aplicacion turbina de energfa eolica marina, se podna desarrollar.
En una realizacion preferida de la presente invencion, los sensores de concentracion del campo son bucles de cable
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incrustados en la carcasa de una pala del rotor. Estos sensores se pueden conectar a traves de cables de fibra para ser resistentes a rayos. Una antena o diversas antenas se pueden disponer tambien en la pala del rotor. Esta antena es el conductor a tierra para conducir la corriente del rayo a tierra.
Breve descripcion de los dibujos
La presente invencion se describira con mas detalle con referencia al dibujo que muestra esquematicamente los principales componentes del sistema de deteccion de rayos de acuerdo con la invencion.
Descripcion de una realizacion preferida
Un medidor de vida de rayos, de acuerdo con la invencion consiste en sensores, por ejemplo sensores incrustados en el material compuesto de una pala del rotor, sondas de corriente integradas en los cables de datos sensibles, la medicion en lmea de la concentracion del campo a lo largo de la pala del rotor y, si es deseable, en las partes electronicas de una turbina de energfa eolica, y la medicion de corriente a tierra, junto con un modelo analttico del comportamiento de rayos de los componentes de una turbina de energfa eolica y, particularmente, de sus palas del rotor. El medidor de vida de rayos comprende un sistema de deteccion de rayos que mide el alcance de corriente y la hora actual de el impacto del rayo. Un sistema de medicion de este tipo puede comprender una antena en la torre y/o tarjetas magneticas en las palas. Con un medidor de vida de rayos de la turbina de energfa eolica una mejor comprension del comportamiento de proteccion contra rayos de la turbina de energfa eolica es posible. La salida de un sistema de deteccion de rayos avanzado, se podna integrar en una base de datos para el analisis de fallos de rayos durante su vida y una estrategia de mantenimiento avanzada particularmente para aplicaciones marinas se podna desarrollar.
Como se muestra esquematicamente en el dibujo, el dispositivo 10 de deteccion de rayos comprende diversos sensores 12 de concentracion del campo magnetico similares a bucles de cables distribuidos a lo largo de la extension de una pala 14 del rotor en su carcasa. Un conductor 16 se extiende a traves de la pala 14 del rotor y la corriente a tierra conducida por el conductor 16 en caso de impacto de un rayo se mide por un sensor 18. Los sensores 12 de concentracion del campo magnetico, asf como el sensor 18 de corriente a tierra se conectan a una unidad 20 de evaluacion. En base a la concentracion del campo magnetico medida a lo largo de la longitud de la pala 14 del rotor y a la corriente a tierra, el nivel y el grado de dano en la pala del rotor resultante de el impacto de un rayo se puede calcular. Junto con un modelo analttico del comportamiento rayo de la turbina de energfa eolica, un medidor de vida de rayos se puede establecer.
Si bien la invencion se ha descrito e ilustrado con referencia a las realizaciones ilustrativas espedficas de la misma, no se pretende que la invencion este limitada a esas realizaciones ilustrativas. Los expertos en la materia reconoceran que se pueden hacer variaciones y modificaciones sin apartarse del verdadero alcance de la invencion como se define por las reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto se pretende incluir dentro de la invencion todas aquellas variaciones y modificaciones que esten comprendidas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo para detectar el dano de una turbina de ene^a eolica y, en particular, de una pala del rotor de turbina de ene^a eolica, debido al impacto de un rayo, caracterizado porque comprende
    - diversos sensores (12) de campo magnetico y/o electrico distribuidos a lo largo de la longitud de una pala (14) del rotor de la turbina de energfa eolica para medir la concentracion del campo magnetico y/o electrico a lo largo de la pala (14) del rotor, y
    - una unidad (20) de evaluacion conectada a los sensores (12) de campo magnetico y/o electrico para recibir las senales medidas de los mismos,
    - en el que la unidad (20) de evaluacion se configura para calcular los danos en la turbina de energfa eolica y, en particular, de la pala (14) del rotor causados por el impacto de un rayo en base a la concentracion medida del campo magnetico y/o electrico a lo largo del longitud de la pala (14) del rotor y a la concentracion del campo magnetico y/o electrico de una pala (14) del rotor sin danar.
  2. 2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que mediante la unidad (20) de evaluacion, en base a la concentracion medida del campo magnetico y/o electrico a lo largo de la longitud de la pala (14) del rotor y un modelo analttico del comportamiento del rayo de la turbina de energfa eolica y sus componentes, se calcula el tipo, nivel y/o alcance de un dano en la pala (14) del rotor y/o en los componentes de la turbina de energfa eolica causado por el impacto de un rayo.
  3. 3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, que se caracteriza adicionalmente por un sensor (18) para detectar la corriente a tierra y conectado a la unidad (20) de evaluacion, en el que la unidad (20) de evaluacion se configura para el calculo de los danos y, si se proporciona, del tipo, nivel y/o alcance de un dano en la pala (14) del rotor y/o en los componentes de la turbina de energfa eolica causado por el impacto un rayo.
  4. 4. Procedimiento para la deteccion de danos en una turbina de energfa eolica y, en particular, en una pala del rotor de turbina de energfa eolica, debido al impacto de un rayo, que comprende las etapas de
    - proporcionar una pala (14) del rotor de la turbina de energfa eolica con diversos sensores (12) de campo magnetico y/o electrico distribuidos a lo largo de la longitud de la pala (14) del rotor,
    - calcular los danos en la turbina de energfa eolica y, en particular, en la pala (14) del rotor causados por el impacto de un rayo en base a la concentracion del campo de una pala (14) del rotor danada y a la concentracion del campo magnetico y/o electrico de una pala (14) del rotor sin danar, medidas por los sensores (12) en respuesta al impacto de un rayo.
  5. 5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 4, en el que mediante la unidad (20) de evaluacion, en base a la concentracion medida del campo magnetico y/o electrico a lo largo de la longitud de la pala (14) del rotor y un modelo analttico del comportamiento del rayo de la turbina de energfa eolica y sus componentes, se calcula el tipo, nivel y/o la alcance de un dano en la pala (14) del rotor y/o en los componentes de la turbina de energfa eolica causado por el impacto un rayo.
  6. 6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 4 o 5, que comprende ademas detectar una corriente a tierra por medio de un sensor de corriente, en el que la corriente a tierra medida se introduce en la unidad (20) de evaluacion para el calculo de los danos y, si se proporciona, del tipo, nivel y/o alcance de un dano en la pala (14) del rotor y/o en los componentes de la turbina de energfa eolica causado por el impacto un rayo.
  7. 7. Uso de diversos sensores (12) de campo magnetico y/o electrico distribuidos a lo largo de la longitud de una pala (14) del rotor de una turbina de energfa eolica para la deteccion de danos en la turbina de energfa eolica y, en particular, en la pala del rotor de turbina de energfa eolica, debido al impacto de un rayo, en la que la concentracion del campo magnetico y/o electrico a lo largo de la pala (14) del rotor se mide y el dano en la turbina de energfa eolica y, en particular, en la pala (14) del rotor causado por el impacto de un rayo se determina en base a la concentracion medida de la concentracion del campo magnetico y/o electrico a lo largo de la longitud de la pala (14) del rotor y a la concentracion del campo magnetico y/o electrico de una pala (14) del rotor sin danar.
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