ES2589185A1 - Sistema pararrayos para palas de aerogeneradores con componentes estructurales conductores - Google Patents

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ES2589185A1 ES201500337A ES201500337A ES2589185A1 ES 2589185 A1 ES2589185 A1 ES 2589185A1 ES 201500337 A ES201500337 A ES 201500337A ES 201500337 A ES201500337 A ES 201500337A ES 2589185 A1 ES2589185 A1 ES 2589185A1
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Abstract

Sistema pararrayos para palas de aerogeneradores con componentes estructurales conductores. La invención proporciona un sistema pararrayos para una pala de aerogenerador (10), cuya estructura comprende dos conchas estructurales (11, 13) con dos caps (19, 21) constituidos por laminados de fibra de carbono y dos largueros (15, 17). Además de un primer subsistema formado por uno o más receptores de rayos conectados a uno o dos cables conductores el sistema pararrayos comprende un segundo subsistema formado por receptores laterales de rayos (30, 31) dispuestos en los bordes de ataque y de salida de la pala de aerogenerador (10) en al menos dos secciones transversales (22, 23) de la misma conectados con los caps (19, 21) y medios de conexión entre ambos subsistemas para equipotencializar el sistema pararrayos.

Description

entre el cable y el laminado y para que no se produzcan impactos directos de
rayos en el laminado de fibra de carbono.
El documento W02006051147 describe un sistema pararrayos que incluye
medios de equipotencialización de los laminados de fibra de carbono con el
5
sistema pararrayos que incluyen derivaciones del cable principal para conectarlo
directamente con los laminados de 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.
10
El documento ES 2396839 describe un sistema pararrayos para pala de
aerogenerador formado por varías conexiones dispuestas sobre los laminados de
fibra de carbono de la pala, equipotenciando la superficie de las alas de la viga a
través de las derivaciones de un cable principal mediante unos cables auxiliares y
un dispositivo de elevada inductancia colocado en la conexión entre los laminados
15
de fibra de carbono y el cable principal para reducir el paso de corriente a través
del laminado de fibra carbono y favorecer la conducción a través del cable
principal.
Mientras que la instalación de los sistemas pararrayos mencionados en
palas de aerogeneradores de una estructura convencional no plantea problemas
2 O
no sucede lo mismo en palas de aerogeneradores con conchas estructurales.
La presente invención está orientada a la solución de ese inconveniente.
SUMARIO DE LA INVENCiÓN
25
En un primer aspecto, la invención proporciona un sistema pararrayos
para una pala de aerogenerador, cuya estructura comprende dos conchas
estructurales que incluyen dos caps constituidos por laminados de fibra de
carbono y dos largueros, que comprende un primer subsistema formado por uno
o más receptores de rayos conectados a uno o dos cables conductores
3 O
dispuestos en el interior de la pala de aerogenerador para conducir los rayos a
tierra, un segundo subsistema formado por receptores laterales de rayos
dispuestos en los bordes de ataque y de salida en al menos dos secciones
transversales de la pala de aerogenerador conectados con los caps y medios de conexión entre ambos subsistemas para equipotencializar el sistema pararrayos. Los receptores laterales de rayos están formados por uno o más bloques conductores internos y por conectores externos configurados de manera que
5 permitan conectarlos eléctricamente entre sí. Ventajosamente los terminales del segundo subsistema en los caps de la pala de aerogenerador son pletinas metálicas. Ventajosamente dichos conectores externos están dimensionados para entrar en contacto con los bloques conductores internos.
loEn un segundo aspecto, la invención proporciona un procedimiento de instalación del sistema pararrayos mencionado en una pala de aerogenerador cuya estructura comprende dos conchas estructurales que incluyen dos caps constituidos por laminados de fibra de carbono y dos largueros y cuyo procedimiento de fabricación comprende una primera etapa de fabricación de
15 dichos caps, una segunda etapa de fabricación de las conchas estructurales con dichos caps embebidos en ellas; una tercera etapa de unión de los largueros a la concha inferior y una cuarta etapa de unión de la concha superior a la concha inferior y a los largueros. El procedimiento de instalación comprende los siguientes pasos: a) incluir en los caps unos terminales conductores en la
20 primera etapa; b) montar en cada una de dichas secciones transversales los bloques conductores internos de los receptores laterales de rayos durante la segunda etapa y tras su finalización conectarlos a los caps mediante cables auxiliares; c) conectar los componentes internos de los dos subsistemas en la tercera etapa; d) conectar entre sí los bloques conductores internos de los
25 receptores laterales de rayos en la cuarta etapa.
Otras características deseables y ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada y de las reivindicaciones adjuntas en relación con las figuras que se acompañan.
3 O BREVE DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS
Las Figuras 1 a-1 b y 2a-2b son vistas esquemáticas en planta y en sección
transversal por el plano A-A de un sistema pararrayos para una pala de aerogenerador según dos realizaciones de la invención.
Las Figuras 3a-3b, 4 y 5 son vistas esquemáticas en sección transversal por el plano A-A que ilustran los pasos fundamentales del procedimiento de instalación de un sistema pararrayos de una pala de aerogenerador según una realización de la invención.
Las Figuras 6a-6b, 7 y 8 son vistas esquemáticas en sección transversal por el plano A-A que ilustran los pasos fundamentales del procedimiento de instalación de un sistema pararrayos de una pala de aerogenerador según una realización de la invención.
DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LA INVENCiÓN
El sistema pararrayos de la invención está dirigido a una pala de aerogenerador 10 cuya estructura comprende una concha estructural superior 11, una concha estructural inferior 13 que incorporan, respectivamente unos caps 19, 21 constituidos por laminados de fibra de carbono y, especialmente, a una pala de aerogenerador 10 fabricada por un proceso de infusión mediante el que se lleva a cabo la integración de los caps 19, 21 en las conchas estructurales 11, 13.
El sistema pararrayos comprende un primer subsistema, bien conocido en la técnica, que comprende uno o más receptores de rayos 25, 25' conectados a un primer cable conductor 41 (ver Figuras 1a, 1b) o a un primer y un segundo cable conductor 41, 43 (ver Figuras 2a, 2b) dispuestos en el interior de la pala de aerogenerador 10 para conducirlos a tierra.
El sistema pararrayos comprende un segundo subsistema dispuesto en al menos dos secciones transversales 22, 23 de la pala de aerogenerador 10 que incluye (dependiendo del número de cables conductores del primer subsistema) uno o dos receptores laterales de rayos 30, 31, primeros y terceros cables auxiliares 46,47; 44, 45 para conectarlos a los caps 19, 21, estableciendo pues
un circuito de conducción del rayo a través de los laminados de fibra de carbono
de los caps 19,21.
El sistema pararrayos dispone de medios de conexión de ambos
subsistemas para equipotencializarlos que incluyen (dependiendo del número de
5
cables conductores del primer subsistema) un segundo y, en su caso, un cuarto
cable auxiliar 51, 53 conectados, por un lado, a los cables conductores 41, 43 y,
por el otro lado, a un primer y, en su caso, un tercer cable auxiliar 47, 45 así
como un barraje equipotencial 50 conectando, en su caso, los cables
conductores 41, 43.
10
Los receptores laterales de rayos 30, 31 instalados en, respectivamente,
el borde de ataque y el borde de salida de la pala de aerogenerador 10 en las
secciones transversales 22, 23 comprenden, respectivamente, en cada una de
ellas primeros y segundos bloques conductores internos 36, 37; 34, 35 Y
primeros y segundos conectores externos 56, 57; 54, 55 configurados de
15
manera que permiten su conexión eléctrica.
El procedimiento de instalación del sistema pararrayos en una pala de
aerogenerador 10 comprende los siguientes pasos:
Paso 1: Insertar unos terminales conductores tales como cables o pletinas
en los caps 19, 21 durante su proceso de fabricación como laminados de fibra de
2 O
carbono. Los terminales conductores se insertan en la etapa de apilado de telas de
prepeg, antes de la fase de curado.
Paso 2 (ver Figuras 3a-3b y 6a-6b): Conectar los primeros bloques
conductores internos 36, 37 (realización con un primer cable conductor 41) o los
primeros y segundos bloques conductores internos 36,37; 34, 35 (realización con
25
un primer y un segundo cable conductor 41 y 43) con los caps 19, 21 mediante,
respectivamente, unos primeros cables auxiliares 46, 47 o unos primeros y
terceros cables auxiliares 46, 47; 44, 45 estando las conchas 11, 21 en sus moldes
con los caps 19, 21 embebidos en ellas tras finalizar el proceso de curado.
Paso 3 (ver Figuras 4 y 7): Tras el encolado de los largueros 15, 17 a la
3 O
concha inferior 13 conectar el primer cable conductor 41 o el primer y segundo
cable conductor 41, 43 adheridos, respectivamente, al larguero 17 o a los
largueros 15, 17 con, respectivamente el primer cable auxiliar 47 o con el primer y
el tercer cable auxiliar 47, 45 y, en el segundo caso, conectar un barraje equipotencial 50 al primer y al segundo cable conductor 41 , 43. Paso 4: (ver Figuras 5 y 8) Tras disponer la concha superior 11 sobre la concha inferior 13 y cerrar los moldes se procede a conectar entre sí los primeros
5 bloques conductores internos 36, 37 (realización con un primer cable conductor 41) o los primeros y segundos bloques conductores internos 36, 37; 34, 35 (realización con un primer y un segundo cable conductor 41 y 43) mediante, respectivamente, los primeros conectores externos 56, 57 o los primeros y segundos conectores externos 56, 57; 54, 55 quedando finalmente la pala de
10 aerogenerador 10 en la situación representada en las Figuras 1 b Y 2b, respectivamente. Nótese que los conectores externos 56 y 54 están en contacto con los primeros y segundos bloques conductores internos 36, 37; 34, 35 de cada receptor lateral de rayos 31,30. Aunque la presente invención ha sido descrita en relación con diversas
15 realizaciones, se apreciará a partir de la descripción que se pueden hacer diversas combinaciones de elementos, variaciones o mejoras en ella, y están dentro del alcance de la invención según se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Sistema pararrayos de una pala de aerogenerador (10), cuya
    estructura comprende dos conchas estructurales (11, 13) que incluyen dos caps
    5
    (19,21) constituidos por laminados de fibra de carbono y dos largueros (15, 17),
    que comprende:
    -un primer subsistema que comprende uno o más receptores de rayos
    (25, 25') conectados a un primer cable conductor (41) dispuesto en el interior de
    la pala de aerogenerador (10) para conducir los rayos a tierra;
    10
    -un segundo subsistema que comprende medios de conexión entre los
    caps (19, 21) Y el primer cable conductor (41) que permiten equipotencializar el
    sistema pararrayos en al menos dos secciones transversales (22, 23) de la pala
    de aerogenerador (10);
    caracterizado porque:
    15
    -el segundo subsistema también comprende en cada una de dichas
    secciones transversales (22, 23) un primer receptor lateral de rayos (31)
    dispuesto en uno de los bordes de dichas secciones transversales (22, 23) que
    incluye unos primeros bloques conductores internos (36, 37) en las conchas
    estructurales (11, 13) Y unos primeros conectores externos (56, 57) configurados
    2 O
    de manera que permiten conectar eléctricamente entre sí los primeros bloques
    conductores internos (36, 37);
    -los primeros bloques conductores internos (36, 37) están conectados
    con los caps (19, 21) mediante unos primeros cables auxiliares (46, 47);
    -el primer cable conductor (41) está conectado a uno de los primeros
    25
    cables auxiliares (46, 47) mediante un segundo cable auxiliar (53).
  2. 2. Sistema según la reivindicación 1, en el que los terminales de los caps
    (19, 21) a los que se conectan dichos primeros cables auxiliares (46, 47) son
    unas pletinas metálicas.
    30
  3. 3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que el
    primer cable conductor de rayos (41) esta adosado a uno de los largueros (15,
    17) de la pala de aerogenerador (10).
    5
    4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que uno de
    los primeros conectores externos (56, 57) está dimensionado para entrar en
    contacto con los primeros bloques conductores internos (36, 37).
  4. 5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1-4 en el que:
    10
    -el primer subsistema también comprende un segundo cable conductor
    (43) dispuesto en el interior de la pala de aerogenerador (10) para conducir los
    rayos a tierra;
    -el segundo subsistema también comprende en cada una de dichas
    secciones transversales (22, 23) un segundo receptor lateral de rayos (30)
    15
    dispuesto en el borde de dichas secciones transversales opuesto al del primer
    receptor lateral de rayos (31) que incluye unos segundos bloques conductores
    internos (34, 35) en las conchas estructurales (11, 13) Y unos segundos
    conectores externos (54; 55) configurados de manera que permiten conectar
    eléctricamente entre sí los segundos bloques conductores internos (34, 35);
    2 O
    -los segundos bloques conductores internos (34, 35) están conectados
    con los caps (19, 21) mediante unos terceros cables auxiliares (44, 45);
    -el segundo cable conductor (43) está conectado a uno de dichos
    terceros cables auxiliares (44, 45) mediante un cuarto cable auxiliar (53);
    -el segundo subsistema también comprende un barraje equipotencial
    25
    (50) conectado con el primer y el segundo cable conductor (41,43).
  5. 6. Sistema según la reivindicación 5, en el que los terminales de los caps
    (19, 21) a los que se conectan dichos terceros cables auxiliares (44, 45) son
    unas pletinas metálicas.
    30
  6. 7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en el que el segundo cable conductor (43) esta adosado a aquel de los largueros (15, 17) de
    la pala de aerogenerador (10) al que no está adosado el primer cable conductor de rayos (41).

  7. 8. Procedimiento de instalación de un sistema pararrayos según cualquiera de las reivindicaciones 1-4 en una pala de aerogenerador (10) cuya estructura comprende dos conchas estructurales (11, 13) que incluyen dos caps (19,21) constituidos por laminados de fibra de carbono y dos largueros (15, 17);
    comprendiendo el procedimiento de fabricación de la pala de aerogenerador (10) una primera etapa de fabricación de dichos caps (19, 21), una segunda etapa de fabricación de las conchas estructurales (11, 13) con dichos caps (19, 21) embebidos en ellas; una tercera etapa de unión de los largueros (15, 17) a la concha estructural inferior (13) y una cuarta etapa de unión de las dos conchas estructurales (11,13);
    caracterizado porque comprende los siguientes pasos: a) incluir en los caps (19, 21) unos terminales conductores en la primera etapa;
    b) el montar en cada una de dichas secciones transversales (22, 23) los primeros bloques conductores internos (36, 37) del primer receptor lateral de rayos (31) durante la segunda etapa y tras su finalización conectarlos a los caps (19,21) mediante los primeros cables auxiliares (46, 47);
    c) adosar el primer cable conductor (41) al larguero (17) más cercano al primer receptor lateral de rayos (31) y conectarlo al primer cable auxiliar (47) mediante el segundo cable auxiliar (51) en la tercera etapa;
    d) conectar entre si los primeros bloques conductores internos (36, 37) mediante los primeros conectores externos (56, 57) en la cuarta etapa.

    Procedimiento de Instalación de un sistema pararrayos según cualquiera de las reivindicaciones 5-7 en una pala de aerogenerador (10) cuya estructura comprende dos conchas estructurales (11, 13) que incluyen dos caps (19,21) constituidos por laminados de fibra de carbono y dos largueros (15, 17);
    comprendiendo el procedimiento de· fabricación de la pala de aerogenerador (10) una primera etapa de fabricación de dichos caps (19, 21);
    una segunda etapa de fabricación de las conchas estructurales (11, 13) con dichos caps embebidos en ellas; una tercera etapa de unión de los largueros (15, 17) a la concha inferior (13) y una cuarta etapa de unión de las dos conchas estructurales (11, 13);
    5 caracterizado porque comprende los siguientes pasos: a) incluir en los caps (19, 21) unos terminales conductores en la primera etapa; b) el montar en cada una de dichas secciones transversales (22, 23) los primeros y segundos bloques conductores internos (34, 35; 36, 37) del primer y
    10 el segundo receptor lateral de rayos (30, 31) durante la segunda etapa y tras su finalización conectarlos a los caps (19, 21) mediante los primeros cables auxiliares (46, 47) Y los terceros cables auxiliares (44, 45);
    c) adosar el primer y el segundo cable conductor (41, 43) a los largueros (15, 17), montar el barraje equipotencial (20) entre ellos y conectarlos, 15 respectivamente, al primer y al tercer cable auxiliar (47, 45) mediante el segundo
    y el cuarto cable auxiliar (51, 53) en la tercera etapa;
    d) conectar entre sí los primeros y segundos bloques conductores internos (36, 37; 34, 35) mediante los primeros y segundos conectores externos (56, 57; 54, 55) en la cuarta etapa.
    A~
    2325 25'
    /
    10 A..-J FIG.1a
    10~
    A~
    41 43 22
    2325 25'
    10~
    45 31
    FIG.2b
    FIG.3a
    FIG.3b
    FIG.4
    13 21
    FIG.5
    13 45 21
    FIG.6a
    FIG.6b
    FIG.7
    45 21
    FIG.8
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