ES2583453T3 - Sistema de transmisión de rayos sin contacto - Google Patents

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ES2583453T3 ES06807858.3T ES06807858T ES2583453T3 ES 2583453 T3 ES2583453 T3 ES 2583453T3 ES 06807858 T ES06807858 T ES 06807858T ES 2583453 T3 ES2583453 T3 ES 2583453T3
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Abstract

Elemento transmisor de rayos (1) , formado por una primera barra(2) conductora fijada a una segunda barra (5) aislante, y fijadoa 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 unaprimera 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 unagóndola (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

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DESCRIPCION
Sistema de transmision de rayos sin contacto.
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un sistema de transmision 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.
Estado de la tecnica
El sector de la tecnica al que pertenece la invencion es el de protection de aerogeneradores contra los rayos.
Los aerogeneradores utilizados en la recuperation de energla eolica se han de situar en puntos desprotegidos de las condiciones meteorologicas para aprovechar al maximo el viento. Esta ubicacion en zonas expuestas y la propia geometrla 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 a traves del rodamiento de pala, y es conducido al eje de baja. A continuation llega al bastidor a traves 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 dana los rodamientos y el tren de baja, por lo que se han buscado soluciones alternativas.
El documento EP 1036937 describe un sistema de proteccion contra rayos constituido por un anillo conductor situado en las palas del aerogenerador y una resistencia no lineal que se situa en el punto superior del exterior de la gondola, para que se produzca un arco electrico entre el anillo y la resistencia. Esta disposition hace que el arco electrico se produzca solo cuando la pala que recibe el rayo esta en position exactamente vertical. Ademas, la resistencia esta situada en un lugar de diflcil acceso y recambio en caso de ser deteriorada por el rayo.
Se conocen otros sistemas, corno el incluido en el documento EP 0718495, en los que se crea una estructura externa a la gondola que complica la construction, y afecta negativamente a la aerodinamica del aerogenerador.
Descripcion de la invencion
Para superar las desventajas presentes en el estado de la tecnica, se ha planteado un nuevo sistema de transmision de rayos mas 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 traves de la estructura de la gondola, evitando que pase por los rodamientos de pala y del tren
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de baja. Ademas esta solucion es de facil mantenimiento y no afecta al funcionamiento del aerogenerador.
Con la nueva solucion, al igual que en el sistema tradicional, el rayo se desplaza a traves de unos segundos medios de conduction desde la punta de una pala hasta una viga rigidizadora que constituye el alma de dicha pala. Unos terceros medios de conduccion trasladan el rayo desde la viga rigidizadora a una corona de giro de una gondola a traves de la estructura de dicha gondola y finalmente unos cuartos medios de conduccion 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 conduccion como el los cuartos medios de conduccion comprenderan un cable conductor interno.
Los terceros medios de conduccion, segun la
invention, comprenden un primer conductor desde la viga rigidizadora a una banda metalica que se encuentra en la ralz de la pala, y un segundo conductor desde un vierteaguas de la gondola hacia la corona de giro a traves de la estructura de dicha gondola. Tanto el primer como el segundo conductor pueden estar formados por un cable metalico interno.
De forma novedosa, el rayo pasa segun un arco desde la banda metalica a un elemento transmisor de rayos sin contacto, y del elemento transmisor se lanza otra descarga que alcanza directamente el vierteaguas de la gondola, desde donde es retomado por los cuartos medios de conduccion.
La complejidad de la invencion radica en el paso del rayo de una parte movil (rotor) a otra fija (gondola), puesto que es preciso evitar el contacto entre ellas para disminuir el desgaste o riesgo de rotura de las piezas. Con esta invencion se garantiza en todo momento una distancia del elemento transmisor de rayos respecto a la ralz de la pala y al vierteaguas de 8 a 15 mm, aunque los valores aceptados son mas amplios (de 0,5 a 30 mm). Esta separation 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 electrico en caso de impacto de rayos.
Otra ventaja del sistema de la invencion es la reduction de los danos en el material del vierteaguas y la ralz de la pala, tanto con descargas de larga como de corta duration; al tiempo que, al suprimir el paso de corriente por los rodamientos, tambien se evita que la descarga llegue al armario de control del buje. Otra ventaja de la presente invencion es la sencillez de su sustitucion en caso de deterioro tras varias descargas.
El elemento transmisor de rayos comprende unos primeros medios de conduccion, 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 metalica 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 electrico.
La primera barra comprende ademas un segundo extremo con una segunda superficie frontal enfrentada al vierteaguas de la gondola del aerogenerador, a una segunda distancia de dicho vierteaguas que asegura el salto del arco electrico, siendo dicha segunda distancia de un valor entre 0,5 y 30 mm, y de preferencia entre 8 y 15 mm.
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La primera barra del elemento transmisor de rayos esta soportada por una segunda barra de material aislante electrico capaz de aguantar una temperatura generada en un arco electrico. Esta segunda barra comporta una primera porcion donde se disponen medios de fijacion al aerogenerador, que segun una realization de la invention sera una placa base de union con forma basicamente de diedro, y una segunda porcion que comprende unos segundos medios de fijacion para fijar la primera barra a la segunda en una position notablemente perpendicular.
Segun una realizacion ventajosa de la invencion, tanto el primer extremo corno el segundo extremo de la primera barra son desmontables, para facilitar su sustitucion en caso de ser deteriorado con el paso sucesivo de rayos.
En otra realizacion ventajosa, los primeros medios de conduccion estan realizados en cobre o acero o en una combination de los mismos. A modo de ejemplo se puede presentar ambos extremos de la primera barra en cobre y una pieza central en acero.
Descripcion de los dibujos
Para una mejor comprension de la invencion, 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 Descripcion de un modo de realizacion
A continuation se pasa a describir de manera breve un modo de realizacion de la invencion, como ejemplo ilustrativo y no limitativo de esta.
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 situa 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) esta 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 fijacion a vastagos roscados unidos a la pieza central (7). Otros metodos de fijacion pueden ser utilizados sin salir del objeto de la invencion.
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 introduction de un tornillo (6) o pieza semejante y la union de ambas barras (2, 5).
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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 tambien 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 unica pieza. No obstante, en caso de deterioro, si la barra (2) es enteriza habrla que sustituir toda la barra (2) en vez de unicamente 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 comunmente denominado "pitch". El rodamiento de pala (19) se une a un eje principal (15) el cual lleva el movimiento de rotacion del rotor, al que estan conectadas las palas (10), hasta un multiplicador que cambia la velocidad angular de giro, y de all! a un generador electrico.
El interior de cada pala (10) contiene una viga rigidizadora (17) que ayuda a mantener recta la pala (10) frente a la accion del viento, y sobre esta viga rigidizadora (17) se dispone un material conductor, metalico generalmente, que asiste en la transmision de un rayo que eventualmente caiga sobre una pala (10) de aerogenerador.
Para la transmision de este rayo se sigue el siguiente camino:
El rayo incide en una punta de pala (10) de donde es
transmitido por unos segundos medios de conduccion (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 metalica (18) situada en la ralz 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 posicion del vierteaguas (12) de la gondola (13).
De la banda metalica (18) salta un arco electrico 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 metalica (18) se realiza en una chapa metalica 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 longitudinal mente la primera barra (2) llegando al segundo extremo (3) de donde salta por medio de otro arco electrico a un vierteaguas (12) de una gondola (13).
La corriente sigue un segundo conductor (28) situado en la gondola (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 envla el rayo a tierra a traves de unos cuartos medios de conduccion (26) dispuestos a lo largo de una torre (16) de soporte del aerogenerador.
5 Este camino es tomado por el rayo al estar realizada la pala (10) en fibra de vidrio o de carbono, materiales que alslan electricamente el paso del rayo desde la pala (10) hasta el rodamiento de pala (19).
La primera barra (2) se realiza con una seccion superior a la de los conductores 10 dispuestos en el resto del recorrido para asegurar que la temperatura que alcanza por la resistencia electrica de su material sea reducida.
El primer extremo (4) de la primera barra (2) se situa a una distancia de entre 0'5 mm y 30 mm, preferentemente entre 8 y 15 mm. Asl el rayo es forzado a saltar de la banda 15 metalica (18) al primer extremo (4) en vez de saltar al rodamiento de pala (19), por estar este ultimo a mucha mayor distancia. Por lo tanto se fuerza el salto electrico entre la banda metalica (18) y el primer extremo (4) sin realizar el contacto flsico entre el primer extremo (4) y la banda metalica (18), evitando asl el deterioro de los elementos por rozamiento ya que el "pitch" de la pala (10) hace que sean moviles uno respecto del otro.
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Por su parte, el segundo extremo (3) de la primera barra (2) se situa a una distancia de entre 0'5 mm y 30 mm, de preferencia entre 8 y 15 mm, del vierteaguas (12) de la gondola (13). Asl se evita el rozamiento entre ambas piezas, ya que el vierteaguas (12) esta fijo, mientras que el segundo extremo (3) es solidario con el buje (21) y por lo tanto 25 movil.

Claims (8)

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    1. Aerogenerador con un elemento transmisor de rayos, que comprende:
    primeros medios de conduction 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 metalica (18) situada en una ralz de cada pala (10) del aerogenerador, a una primera distancia para asegurar un salto de un arco electrico desde la banda metalica (18) al primer extremo (4);
    un segundo extremo (3) que tiene una segunda superficie frontal enfrentada a un vierteaguas (12) de una gondola (13) del aerogenerador, a una segunda distancia para asegurar un salto de un arco electrico del segundo extremo (3) al vierteaguas (12); y
    una segunda barra (5), de material aislante electrico capaz de aguantar una temperatura generada en un arco electrico, soportando dicha segunda barra (5) la primera barra (2), comprendiendo dicha segunda barra (5):
    una primera portion que comprende primeros medios de fijacion a un cubo (21) del aerogenerador; y
    una segunda porcion que comprende segundos medios de fijacion para fijar la primera barra (2) a la segunda barra (5) en una direction sustancialmente perpendicular.
  2. 2. Elemento transmisor de rayos, segun la revindication 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. 3. Elemento transmisor de rayos, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque la primera distancia esta comprendida entre 0' 5 mm y 30 mm.
  4. 4. Elemento transmisor de rayos, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la segunda distancia esta comprendida entre 0' 5 mm y 30 mm.
  5. 5. Elemento transmisor de rayos, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la primera distancia esta comprendida entre 8 y 15 mm y la segunda distancia esta comprendida entre 8 y 15 mm.
  6. 6. Elemento transmisor de rayos, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los primeros medios de conduccion son de material seleccionado entre cobre, acero, y combinaciones de los mismos.
  7. 7. Elemento transmisor de rayos, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los primeros medios de fijacion comprenden una placa base (8) de union al cubo (21) del aerogenerador.
  8. 8. Sistema de transmision de rayos sin contacto, configurado para ser montado en aerogeneradores que comprenden una torre (26), una gondola (13), y una corona de giro
    (20) para permitir un giro de la gondola (13) sobre la torre (26), comprendiendo dicho sistema:
    segundos medios de conduccion (25) de un rayo desde una punta de cada pala (10) del 5 aerogenerador hasta una viga rigidizadora (17) que constituye un alma de la pala (10);
    terceros medios de conduccion (1, 27, 28) del rayo desde la viga rigidizadora (17) de la pala (10) hasta la corona de giro (20) a traves de la estructura de la gondola (13); y
    10 cuartos medios de conduccion (26) del rayo a tierra desde la corona de giro (20) hasta tierra a lo largo de la torre (16) del aerogenerador;
    caracterizado porque
    15 los terceros medios de conduccion (1, 27, 28) comprenden:
    un primer conductor (27) desde la viga rigidizadora (17) de la pala (10) hasta una banda metalica (18) situada en una ralz de cada pala;
    20 un segundo conductor (28) a traves de un vierteaguas (12) y la gondola (13) hasta la corona de giro (20); y
    un elemento de transmision de rayos (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
    25
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