ES2645666T3 - Junta de conductor y elemento de junta de conductor - Google Patents
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Abstract
Un sistema que comprende un elemento calefactor de estructura de fibra (3), un conductor de cobre (2) y una junta de conductor (1) que une los dos, en el que las dimensiones del elemento calefactor (3) son la longitud (L) >> el ancho (A) >> el espesor (E), y cuyo elemento calefactor (3) comprende hilos de fibra de carbono (30), en el que para la junta (1) el conductor de cobre (2) se dispone transversalmente a la dirección a la dirección longitudinal (L) del elemento calefactor (3) para formar una estructura de capas en la dirección la dirección del espesor (E), en ambos lados del elemento calefactor (3), el conductor de cobre (2) que comprende hilos (20) separables entre sí, caracterizado porque los hilos (20) del conductor de cobre (2), cuyo número y diámetro es adecuado para transferir una potencia de más de diez kW, están distribuidos cuantitativa y sustancialmente de manera uniforme en ambos lados del elemento calefactor (3), los hilos (20) se disponen de manera plana de tal modo que los hilos (20) descansan sustancialmente en un plano, adyacentes entre sí, y los extremos (201) de los hilos se extienden, en la dirección la dirección del ancho (A) del elemento calefactor (3) más allá del elemento calefactor (3), en el que las partes de los extremos (201) de los hilos que se extienden más allá del elemento calefactor (3) se solapan entre sí, y una junta eléctrica se forma entre las caras laterales de estos hilos superpuestos (20).
Description
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DESCRIPCION
Junta de conductor y elemento de junta de conductor
La presente invencion se refiere a una pieza de conexion que conecta un conductor de cobre a un elemento calefactor de fibra de carbono. Mas particularmente, la invencion se refiere a la conexion de un conductor de cobre a un elemento calefactor de fibra de carbono anticongelante en una pala de turbina eolica para calefaccion electrica. La invencion es una junta de conductor para unir un conductor de cobre a un elemento calefactor de estructura de fibras, cuyas dimensiones pueden ser longitud >> ancho >> espesor, elemento calefactor que comprende hilos de fibra de carbono, en el que el conductor de cobre se dispone transversalmente a la direccion longitudinal del elemento calefactor para formar una estructura de capas en la direccion del espesor, en ambos lados del elemento calefactor, comprendiendo el conductor de cobre hilos separables entre sb
La invencion tiene por objeto ser usada en turbinas eolicas en las que cualquier condicion medioambiental de formacion de hielo pueda, debido a la aerodinamica de las palas deterioradas, disminuir la eficacia de la turbina eolica. La presente invencion tiene por objeto ser usada en turbinas eolicas de la clase de megavatios que normalmente requieren una eficacia de transferencia de potencia de docenas de kilovatios, tal como de 25 a 45 kW, desde la junta de conductor. Ademas, las propiedades aerodinamicas de la pala, es decir, la forma y rigidez de la misma, deben mantenerse, a pesar del calentamiento electrico, dentro de las tolerancias de fabricacion y diseno de la pala. Esto impone requisitos especiales para la junta de conductor porque la junta de conductor debe tener una forma muy fina e imperceptible, pero aun asf tiene que transmitir una potencia electrica bastante elevada. Ademas de lo mencionado anteriormente, el hecho de que sea muy probable que las palas de una turbina eolica sean alcanzadas por un rayo, determina que tipo de estructura puede usarse. Si una pala, o un elemento calefactor en la pala, es alcanzado por un rayo, se crea un enorme pico de voltaje y corriente, que posiblemente atraviese la presente junta de conductor. Debido a que es muy diffcil llegar a la junta de conductor para su mantenimiento y reparacion, la junta de conductor tambien debe ser a prueba de rayos.
El documento WO2012/164167A1, que se conoce desde la tecnica anterior, desvela soluciones para transferir una corriente electrica a un elemento calefactor en una pala de turbina eolica. En particular, la realizacion descrita en la Figura 2b de la memoria descriptiva, y en la seccion correspondiente de la descripcion, ha resultado ser una solucion exitosa desde el punto de vista tecnico. En ella, el elemento calefactor es una estructura de multiples capas que tiene un conductor intermedio.
Un objeto de la presente invencion es mejorar la solucion conocida de la tecnica anterior y garantizar una transferencia segura de una potencia electrica elevada desde un conductor de cobre a un elemento calefactor de fibra de carbono. Un objeto particular es proporcionar una solucion en la que puedan evitarse los denominados puntos calientes, es decir, puntos en los que la densidad del flujo de corriente aumenta en comparacion con el resto de la junta y que pueden comenzar a calentarse, causando posiblemente danos en la estructura o haciendola mas debil de alguna otra manera.
La junta de conductor de acuerdo con la invencion se caracteriza por lo que se expone en la parte caracterizadora de la reivindicacion independiente.
Por tanto, la invencion es una junta de conductor para unir un conductor de cobre a un elemento calefactor con estructura de fibras cuyas dimensiones son longitud >> ancho >> espesor, el elemento calefactor que comprende hilos de fibra de carbono, en el que el conductor de cobre se dispone transversalmente a la direccion longitudinal del elemento calefactor para formar una estructura de capas en la direccion del espesor, en ambos lados del elemento calefactor, comprendiendo el conductor de cobre hilos separables entre sf. Los hilos del conductor de cobre, cuyo numero y diametro, normalmente, es adecuado para transferir una potencia de mas de diez kW, estan distribuidos cuantitativa y sustancialmente de manera uniforme en ambos lados del elemento calefactor, los hilos se disponen de manera plana de tal modo que los hilos descansan sustancialmente en un plano, adyacentes entre sf, y los extremos de los hilos se extienden en la direccion del ancho del elemento calefactor, mas alla del elemento calefactor, en el que las partes de los extremos de los hilos que se extienden mas alla del elemento calefactor se solapan entre sf, y una junta electrica se forma entre las caras laterales de estos hilos superpuestos.
Lo anterior muestra, por medio de un operador matematico convencional que, en cuanto a las dimensiones del elemento calefactor, la longitud del elemento calefactor es normalmente mucho mayor que su ancho, que, a su vez, es mucho mayor que su espesor. Como ejemplo practico, la longitud, ancho y espesor del elemento calefactor puede variar de metros a docenas de metros, de diez centimetros a un metro y de menos de un milfmetro a un milfmetro, respectivamente. En algunos casos, el ancho y la longitud pueden ser aproximadamente de la misma magnitud, si la calefaccion solo se necesita localmente en una pequena area.
En una realizacion, el elemento calefactor comprende hilos de fibra de carbono, que posiblemente se intersecan entre sf, o el elemento calefactor puede fabricarse de una malla de fibra de carbono unidireccional. Los hilos de fibra de carbono que se intersecan pueden colocarse, por ejemplo, en un angulo de 45° respecto a la direccion longitudinal, causando una conducta muy neutral del elemento calefactor respecto al resto de la estructura de la pala. Es decir, el elemento calefactor no endurece la estructura de la pala. Con todo, el tipo de elemento calefactor
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utilizado no tiene apenas importancia para la junta de conductor. La solucion tambien es aplicable a otros elementos de calefaccion electrica que tengan una conductividad menor que el cobre, en los que, debido a la menor conductividad, la junta de conductor aumente en area y tenga forma similar, como se explico anteriormente.
Una caractenstica especial de la invencion es que proporciona una junta de conductor de perfil bajo en la direccion del espesor de la estructura. Una estructura particularmente funcional se obtiene si el diametro del hilo del conductor de cobre y el espesor del elemento calefactor son 0,3 mm y 0,2 mm, respectivamente. El espesor de la estructura de capas es, por tanto, 2*0,3 mm + 3*0,2 mm, 1,2 mm en total. Naturalmente, la invencion no esta limitada a estas dimensiones, sino que son factibles otras dimensiones. El numero de hilos necesarios viene dado por la siguiente ecuacion: n = k*4*A / nd2, en la que A es el area transversal del conductor de cobre, determinada por el grado de capacidad de transferencia de corriente que se requiere, en funcion de las normas y los reglamentos sobre seguridad electrica e instalaciones, mientras k es un numero constante de hilos basado en la experiencia sobre el numero de hilos que se necesitan, normalmente k = 0,9 - 1,1.
El numero de los hilos del conductor de cobre antes mencionado esta distribuido cuantitativa y sustancialmente de manera uniforme en ambos lados del elemento calefactor, disponiendose los hilos de manera plana para descansar sustancialmente en un plano, adyacentes entre sf. Naturalmente, cuando los hilos son muy abundantes en numero, la precision no es absoluta, pero el 45% de ellos pueden disponerse en un lado y el 55% de ellos pueden disponerse en el otro lado sin mayor consecuencia sobre la junta de conductor. La planaridad proporciona un area maxima entre los hilos del conductor de cobre y los hilos de fibra de carbono del elemento calefactor. Al mismo tiempo, se evita cualquier corriente transversal electrica provocada por hilos que se atraviesan entre sf, lo que posiblemente contribuya a puntos calientes. Es decir, los hilos que se cruzan entre sf provocan un area de contacto conductora disminuida y una acumulacion local de la corriente en puntos muy conductores, lo que produce un flujo de corriente local aumentada no deseado.
Ademas, los extremos de los hilos se extienden, en la direccion del ancho del elemento calefactor, mas alla del elemento calefactor, en el que las partes de los extremos de los hilos que se extienden mas alla del elemento calefactor se solapan entre sf, y una junta electrica se forma entre las caras laterales de estos hilos superpuestos. Esto maximiza la corriente transferida desde las caras laterales de los hilos del conductor de cobre hasta la estructura de fibra de carbono. Los estudios muestran que una corriente transferida desde el extremo de un hilo a un elemento calefactor tiene muchas mas posibilidades de crear un punto caliente en ese lugar, es decir, la corriente se acumula en la region de extremo del hilo. Cuando los hilos del conductor de cobre forman una junta unida fuera del elemento calefactor, esta parte ayuda, en gran medida, a que la corriente pase desde los hilos del conductor de cobre al elemento calefactor, exactamente de la manera deseada. Esta es otra caractenstica que proporciona un flujo de corriente mas constante.
A continuacion se explicara la invencion en mayor detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que
- La Figura 1 muestra una realizacion de la junta de conductor, y
- la Figura 2 muestra un ancho parcial de un conductor de cobre.
La Figura 1 muestra una junta de conductor 1 para unir un conductor de cobre 2 a un elemento calefactor 3 de estructura de fibra cuyas dimensiones son longitud L >> ancho A >> espesor E, elemento calefactor 3 que comprende hilos de fibra de carbono 30 que se intersecan, en el que el conductor de cobre 2 se dispone transversalmente a la direcccion longitudinal L del elemento calefactor 3 para formar una estructura de capas en la direcciondel espesor E, en ambos lados del elemento calefactor 3, comprendiendo el conductor de cobre 2 hilos 20 separables entre sf. Los hilos 20 del conductor de cobre, cuyo numero y diametro es adecuado para transferir una potencia de docenas de kilovatios, tal como 25-45 kW, estan distribuidos cuantitativa y sustancialmente de manera uniforme en ambos lados del elemento calefactor 3, los hilos 20 se disponen de una manera plana de tal modo que los hilos 20 descansan sustancialmente en un plano adyacentes entre sf, y los extremos 201 de los hilos se extienden, en la direccion del ancho A del elemento calefactor 3, mas alla del elemento calefactor 3, en el que las partes de los extremos 201 de los hilos que se extienden mas alla del elemento calefactor 3 se solapan entre sf, y una junta electrica se forma entre las caras laterales de estos hilos superpuestos 20. En el extremo de entrada del conductor de cobre 2, los hilos separados adecuadamente que se extienden en un plano pueden agruparse 23 y conectarse a un cable de transmision por medio de una junta de conductor convencional (no mostrada). Las capas se laminan o se pegan durante la fabricacion usando un metodo y materiales adecuados. Como metodo para un elemento calefactor de fibra de carbono se usan metodos de construccion de plastico reforzado, generalmente laminado manual y curado por bolsa de vacfo. Tambien es posible usar otros metodos de laminado conocidos.
En una realizacion, los hilos 20 del conductor de cobre 2 se extienden, en los extremos 201 de los hilos, mas alla del elemento calefactor por una distancia, siendo esta distancia mas de 10 veces mayor que el diametro d del hilo, preferentemente, mas de 30 veces mayor que el diametro del hilo. Esto garantiza, hasta el extremo del borde del elemento calefactor 3, que la corriente electrica se transfiera uniformemente desde el conductor de cobre 2 hasta el elemento calefactor 3, por todo el ancho A del elemento calefactor 3. Preferentemente, las proporciones longitud >> ancho >> espesor tambien se aplican a la junta de conductor, solo que la orientacion es transversal a la direccionlongitudinal en comparacion con las dimensiones correspondientes del elemento calefactor.
La estructura de capas comprende tambien, en el lateral de los hilos 20 del conductor de cobre 2 que encaran al elemento calefactor 3 en la direccion del espesor E, una franja 31 del elemento calefactor 3 adaptada para ecualizar el potencial electrico entre el elemento calefactor 3 y el conductor de cobre 2, asf como para aumentar el area conductora entre el elemento calefactor y el conductor de cobre.
5 La Figura 2 es una vista de una realizacion o, mas particularmente, una parte de la realizacion, por todo un ancho corto del conductor de cobre 2 y los hilos 20 del mismo. El objeto de la figura es ilustrar como algunos de los hilos 20 pueden juntarse entre sf mientras otros de los hilos pueden soltarse un poco de los demas. Los hilos consisten preferentemente en un alambre de cobre recto, no trenzado ni aislado para evitar un contacto debilitado provocado por una curvatura del hilo. La manera mas facil de obtener una junta muy conductora conveniente es usar hilos 10 rectos. La Figura 2 muestra el diametro d de un hilo que preferentemente tiene 0,3 mm aproximadamente. El numero de hilos necesarios se calcula mediante la siguiente ecuacion: n = k*4*A / nd2, en la que A es el area de corte transversal del conductor de cobre determinada por el grado de capacidad de transferencia de corriente que se requiere. El numero constante de hilos k esta basado en la experiencia sobre el numero de hilos necesarios, normalmente, k = 0,9 -1,1. Ademas, la magnitud de la capacidad de transferencia de corriente se elige para permitir 15 una potencia electrica de docenas de kilovatios, tal como 30 kW, a traves de la junta del conductor, que tambien se traduce en una capacidad fiable para soportar la mayona de los impactos de rayos.
En un aspecto de la invencion, la invencion tambien se refiere a un elemento de junta de conductor prefabricado para fabricar una junta de conductor de acuerdo con la invencion. En su interior, los hilos del conductor de cobre se fijan de forma que puedan retirarse a un sustrato auxiliar, tal como cinta adhesiva, sobre la cual los hilos se disponen 20 de manera plana de tal modo que los hilos se extienden sustancialmente solo en un plano, adyacentes entre sf.
Claims (7)
- 5101520253035REIVINDICACIONES1. Un sistema que comprende un elemento calefactor de estructura de fibra (3), un conductor de cobre (2) y una junta de conductor (1) que une los dos, en el que las dimensiones del elemento calefactor (3) son la longitud (L) >> el ancho (A) >> el espesor (E), y cuyo elemento calefactor (3) comprende hilos de fibra de carbono (30), en el que para la junta (1) el conductor de cobre (2) se dispone transversalmente a la direccion a la direccion longitudinal (L) del elemento calefactor (3) para formar una estructura de capas en la direccion la direccion del espesor (E), en ambos lados del elemento calefactor (3), el conductor de cobre (2) que comprende hilos (20) separables entre sf, caracterizado porque los hilos (20) del conductor de cobre (2), cuyo numero y diametro es adecuado para transferir una potencia de mas de diez kW, estan distribuidos cuantitativa y sustancialmente de manera uniforme en ambos lados del elemento calefactor (3), los hilos (20) se disponen de manera plana de tal modo que los hilos (20) descansan sustancialmente en un plano, adyacentes entre sf, y los extremos (201) de los hilos se extienden, en la direccion la direccion del ancho (A) del elemento calefactor (3) mas alla del elemento calefactor (3), en el que las partes de los extremos (201) de los hilos que se extienden mas alla del elemento calefactor (3) se solapan entre sf, y una junta electrica se forma entre las caras laterales de estos hilos superpuestos (20).
- 2. El sistema definido en la reivindicacion 1, caracterizado porque los hilos (20) del conductor de cobre (2) se extienden, en los extremos (201) de los hilos, mas alla del elemento calefactor (3) segun una distancia, siendo esta distancia mas de 10 veces mayor que el diametro (d) del hilo, preferentemente mas de 30 veces mayor que el diametro (d) del hilo.
- 3. El sistema definido en la reivindicacion 1, caracterizado porque la estructura de capas tambien comprende, en el lateral de los hilos (20) del conductor de cobre (2) encarados alejados encarados alejados al elemento calefactor (3) en la direccion la direccion del espesor (E), una franja (31) del elemento calefactor (3) adaptada para ecualizar el potencial electrico entre el elemento calefactor (3) y el conductor de cobre (2), asf como para aumentar el area conductora entre el elemento (3) y el conductor de cobre (2).
- 4. El sistema definido en la reivindicacion 1, caracterizado porque los hilos (20) consisten en un alambre de cobre recto no trenzado ni aislado.
- 5. El sistema definido en la reivindicacion 1, caracterizado porque la magnitud de la capacidad de transferencia de corriente se elige para permitir una potencia electrica de docenas de kilovatios, tal como de 25 a 45 kW, a traves de la junta de conductor (1).
- 6. El sistema definido en las reivindicaciones 1 y 5, caracterizado porque el numero de hilos (20) necesarios se calcula mediante la siguiente ecuacion: n =k*4*A /nd2 en la que A es el area de corte transversal del conductor de cobre determinada por el grado de capacidad de transferencia de corriente que se requiere.
- 7. Una junta de conductor que comprende un conductor de cobre (2) de hilos y un sustrato auxiliar, adecuado para su uso en la fabricacion de una junta de conductor (1) de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque los hilos (20) del conductor de cobre (2) se fijan de modo que puedan retirarse al sustrato auxiliar, tal como cinta adhesiva, sobre la que se disponen los hilos (20) de manera plana de tal modo que los hilos (20) se extienden sustancialmente en un plano, adyacentes entre sf.
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