ES2660872T3 - Sistema de protección frente a rayos con sistema antihielo integrado para palas de aerogenerador - Google Patents

Sistema de protección frente a rayos con sistema antihielo integrado para palas de aerogenerador Download PDF

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Abstract

Sistema de protección frente a rayos con sistema antihielo integrado para palas de aerogenerador, del tipo que comprende una o varias láminas conductoras (13) embebidas en el laminado de la pala (1) y provistas de electrodos (14) alimentados desde la raíz (6) de pala (1) mediante cables de alimentación (15), que comprende al menos un receptor (7) conectado a un cable (2) bajante puesto a tierra en la raíz (6) de pala, y un sistema de protección (10) caracterizado porque permite el funcionamiento del sistema en modo calentamiento o en modo protección frente a rayos, de forma que deshabilita el modo calentamiento y habilita el modo protección frente a rayos en caso de detección del impacto de un rayo, caracterizado porque al menos un descargador de sobretensión (11) directamente conectando electrodos (14) conectados a las láminas conductoras (13) y el cable (2) bajante del sistema de protección frente a rayos

Description

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SISTEMA DE PROTECCIÓN FRENTE A RAYOS CON SISTEMA ANTIHIELO INTEGRADO PARA PALAS DE AEROGENERADOR
Objeto de la invención.
La presente invención se refiere a un sistema de protección frente a rayos para palas de aerogeneradores, los cuales están dispuestos en emplazamientos de baja temperatura y disponen de sistemas de prevención de formación de hielo en la superficie de las palas.
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 un alto riesgo de recibir impactos de rayos, 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 al campo electromagnético inducido por la corriente del rayo.
Si el emplazamiento en el que se encuentra el aerogenerador es de baja temperatura, las palas pueden ver reducida su eficacia debido a la formación de hielo en su superficie, deteriorándose sus propiedades aerodinámicas e incrementándose las cargas sobre el aerogenerador. Para evitar la formación de hielo se utilizan sistemas de prevención que se basan o bien en la inyección de aire caliente por el interior de la pala, como se describe en la patente DE19621485, o bien en la colocación de láminas conductoras en el laminado externo de la pala que funcionan como resistencias.
Estos sistemas de prevención de la formación de hielo (que a partir de ahora denominaremos IPS) se basan en láminas conductoras metálicas o de fibra de carbono embebidas en el laminado externo de la pala del
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aerogenerador, generalmente en el borde de ataque que es la zona más sensible a la aparición de hielo, y que se alimentan mediante dos electrodos de mayor conductividad que las láminas colocados de forma transversal o longitudinal en los extremos de la lámina conductora.
En el caso de emplear un sistema IPS, la eficacia de los sistemas de protección de rayos puede verse afectada, ya que los elementos conductores de los que constan, electrodos, pueden atraer los impactos de rayos causando daños tanto en la pala, como en el sistema IPS o incluso en los sistemas eléctricos de alimentación.
Se conocen soluciones en el Estado de la Técnica como la de la patente europea EP1187988 que describe un sistema antihielo y de protección frente a rayos que consta de un receptor en la punta de la pala, tres conductores eléctricos, elementos de calefacción eléctricos y descargadores de sobretensión, estando el receptor conectado a tierra en la raíz de pala a través de uno de los conductores eléctricos, mientras que los otros dos conductores eléctricos están conectados a tierra a través de los descargadores de sobretensión. Sin embargo esta solución presenta el inconveniente de que, en las zonas donde no hay dispuestos descargadores de sobretensión, se producen arcos eléctricos internos debido a la proximidad entre el IPS y el sistema de protección frente a rayos.
Descripción de la invención
Es un objeto de la invención un sistema de protección de rayos (LPS) que garantice el correcto funcionamiento de un sistema de prevención frente al hielo (IPS) integrado en el propio sistema LPS y formado por láminas conductoras embebidas en el laminado externo de las palas de los aerogeneradores.
Para ello el sistema IPS integrado determina una serie de láminas conductoras, embebidas en el laminado externo de la pala, que comprenden en sus extremos unos electrodos de mayor conductividad que las láminas conductoras.
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Es un objeto de la invención que el sistema IPS integrado disponga los electrodos de forma transversal de cara a obtener una distribución térmica adecuada.
Las láminas conductoras determinan el tipo de configuración eléctrica en función de si se colocan en sentido longitudinal o transversal en la pala;
- En disposición longitudinal, la conducción de corriente se realiza de forma trasversal desde uno de los electrodos (situado en algún punto del extradós de la pala) hasta el otro (situado en algún punto del intradós de la pala).
- En disposición trasversal, la conducción de corriente se realiza de forma longitudinal desde uno de los electrodos (situado en la zona de punta de pala) hasta el otro (situado en la zona de raíz de la pala).
Es un objeto de la invención que el propio sistema IPS desempeñe la función de sistema de protección frente a rayos (que a partir de ahora denominaremos LPS), siendo capaz de soportar el impacto de un rayo sin que esto afecte a su funcionamiento.
Es otro objeto de la invención que el sistema comprenda un marco externo como receptor de rayos que garantice un aislamiento galvánico. El material del marco tendrá una elasticidad mayor que la del material de la pala, de forma que se eviten deformaciones plásticas. Para ello, se prevé la incorporación de un marco externo receptor en la superficie de la pala que rodee total o parcialmente las láminas conductoras y reciba los impactos directos de los rayos.
Es aun otro objeto de la invención que el sistema comprenda un sistema inteligente de protección que, tanto en verano, como en caso de detectar un impacto de rayo en las inmediaciones, deshabilite el sistema de calentamiento y conecte el sistema de protección frente a rayos (LPS).
Es un objeto de la invención que el sistema disponga de unos
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descargadores de sobretensión entre el sistema IPS y el sistema pararrayos (LPS) para equipotencializar ambos sistemas y evitar arcos eléctricos.
Estos y otros aspectos de la invención se describirán de una forma más detallada con ayuda de los dibujos que se describen a continuación.
Breve descripción de los dibujos.
La figura 1a y 1b son vistas esquemáticas de la de la configuración eléctrica de un sistema de protección frente a rayos (LPS) según el Estado de la Técnica.
Las figuras 2a y 2b son vistas esquemáticas de la de la configuración eléctrica de la invención para un sistema LPS provisto de un sistema IPS con láminas conductoras dispuestas en sentido transversal.
Las figuras 3a y 3b son vistas esquemáticas de la configuración eléctrica de la invención para un sistema LPS provisto de un sistema IPS con láminas conductoras en sentido longitudinal.
Las figuras 4a y 4b son vistas esquemáticas de la configuración eléctrica de la invención para un sistema LPS provisto de un sistema IPS con marco externo receptor.
Descripción de una realización preferencial
Las figuras 1a y 1b muestran una sección longitudinal y una sección transversal, respectivamente, de una pala (1) de un aerogenerador que dispone de un sistema LPS que comprende un cable pararrayos (2) que discurre a lo largo del alma (3) del borde de salida de la viga (4), un conector (5) del cable pararrayos (2) al buje (no representado) del aerogenerador ubicado en la raiz (6) de pala (1), un receptor (7) de rayos ubicado en la punta (8) de pala, dos conectores (9) que conectan eléctricamente el ala (3) de carbono de la viga (4) de la pala (1) y el sistema LPS.
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La invención, tal y como se muestra en las figuras 2a, 2b, 3a, 3b, 4a y 4b, describe un sistema de protección frente a rayos (LPS) que comprende un sistema de protección inteligente (10), un sistema IPS integrado y unos descargadores de sobretensión (11).
El sistema de protección inteligente (10) permite el funcionamiento del sistema en modo calentamiento o en modo protección frente a rayos, de forma que, tanto en verano como en caso de detección del impacto de un rayo, deshabilita el modo calentamiento y habilita el modo protección frente a rayos.
El sistema de la invención, consta además de una caja de conexión (12) que en caso de que el sistema de protección inteligente (10) no detecte el impacto del rayo, actuará a modo de fusible evitando daños en el aerogenerador.
El sistema IPS, integrado en el sistema LPS de la invención, determina unas láminas conductoras (13) embebidas en el laminado de la pala (1) y que desempeñan el papel de receptor de rayos. Las láminas conductoras (13) pueden disponerse en sentido transversal o longitudinal (ver figuras 2a, 2b, 3a, 3b), estando unos electrodos (14) conectados a través de unos cables de alimentación (15) del sistema IPS al sistema de protección inteligente (10) ubicado en la raíz (6) de pala.
De esta forma, cuando el sistema de protección (10) pasa del modo calentamiento a modo protección frente a rayos, se conectan los cables de alimentación (15) de las láminas conductoras (13) con el cable (2) bajante del sistema de protección frente a rayos (LPS) y se desconectan los cables de alimentación (15) de las láminas conductoras (13) del sistema eléctrico de alimentación en raíz (6) de pala.
Según una realización preferente de la invención, las láminas conductoras (13) del sistema IPS se colocan en sentido transversal determinando entre ellas un solape en la zona del borde de ataque (16) de la
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pala, garantizando alcanzar una mayor temperatura en la zona más necesaria y aumentando la eficacia del sistema.
Independientemente del sentido en el que se coloquen las láminas conductoras (13) del sistema IPS, los electrodos (14) se conectan mediante cableado a la caja de conexión (12) dispuesta en la raíz (6) de la pala del aerogenerador.
Los descargadores de tensión (11) están colocados entre las láminas conductoras (13) del sistema IPS y el cable (2) bajante del sistema de protección frente a rayos (LPS), de forma que ambos sistemas se encuentran equipotencializados y se evita la aparición de arcos eléctricos.
Las figuras 3a y 3b muestran una realización del sistema de la invención, en la que los electrodos (14) de las láminas conductoras (13) del sistema IPS discurren en sentido longitudinal, conduciendo la corriente en sentido transversal de uno de los electrodos (14), dispuesto en el extradós de la pala (1), a otro de los electrodos (14) dispuesto en el intradós de la pala
d).
Las figuras 2a y 2b muestran otra realización del sistema de la invención, en la que los electrodos (14) se encuentran dispuestos en sentido transversal, la corriente discurre de uno de los electrodos (14), dispuesto en la punta (8) de la pala (1), a otro de los electrodos (14) dispuesto hacia la raíz (6) de la pala (1).
Por otro lado, la invención prevé la incorporación de un marco externo receptor (17), como se muestra en las figuras 4a y 4b. El marco externo receptor (17) se encuentra conectado (18) directamente al cable (2) bajante del sistema de protección frente a rayos y evita los impactos directos sobre las láminas conductoras (13) del sistema IPS a las que cubre total o parcialmente. El marco (17) se coloca dejando un espacio libre entre las láminas conductoras (13) de carbono y el propio marco (17), de forma que se proporcione aislamiento galvánico.
Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones siguientes.

Claims (5)

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    1.- Sistema de protección frente a rayos con sistema antihielo integrado para palas de aerogenerador, del tipo que comprende una o varias láminas conductoras (13) embebidas en el laminado de la pala (1) y provistas de electrodos (14) alimentados desde la raíz (6) de pala (1) mediante cables de alimentación (15), que comprende
    al menos un receptor (7) conectado a un cable (2) bajante puesto a tierra en la raíz (6) de pala,
    y un sistema de protección (10) caracterizado porque permite el funcionamiento del sistema en modo calentamiento o en modo protección frente a rayos, de forma que deshabilita el modo calentamiento y habilita el modo protección frente a rayos en caso de detección del impacto de un rayo, caracterizado porque al menos un descargador de sobretensión (11) directamente conectando electrodos (14) conectados a las láminas conductoras (13) y el cable (2) bajante del sistema de protección frente a rayos
    2- Sistema de protección frente a rayos con sistema antihielo
    integrado para palas de aerogenerador, según la primera reivindicación,
    caracterizado porque las láminas conductoras (13) se embeben en sentido longitudinal en el laminado de la pala (1).
  2. 3. - Sistema de protección frente a rayos con sistema antihielo
    integrado para palas de aerogenerador, según la primera reivindicación, caracterizado porque las láminas conductoras (13) se embeben en sentido transversal en el laminado de la pala (1).
  3. 4. - Sistema de protección frente a rayos con sistema antihielo
    integrado para palas de aerogenerador, según la primera reivindicación, caracterizado porque comprende un marco externo receptor (17) en la superficie de la pala (1) que rodea parcial o totalmente a las láminas conductoras (13) y que está conectado directamente al cable (2) bajante del sistema de protección frente a rayos.
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  4. 5. - Sistema de protección frente a rayos para palas de aerogenerador con sistemas antihielo, según la cuarta reivindicación, caracterizado porque el marco externo receptor (17) se coloca dejando un espacio libre entre las láminas conductoras (13) y el propio marco externo receptor (17).
  5. 6. - Sistema de protección frente a rayos con sistema antihielo integrado para palas de aerogenerador, según la primera reivindicación, caracterizado porque el sistema de protección inteligente (10) está ubicado en la raíz (6) de pala y, en caso de detección del impacto de un rayo en las inmediaciones, modifica el funcionamiento del sistema de modo calentamiento a modo protección frente a rayos, conectando los cables de alimentación (15) de las láminas conductoras (13) y el cable (2) bajante del sistema de protección frente a rayos y desconectando los cables de alimentación (15) de las láminas conductoras (13) del sistema eléctrico de alimentación en raíz (6) de pala (1) y conectándolo al cable (2) bajante del sistema de protección frente a rayos.
    7- Sistema de protección frente a rayos con sistema antihielo integrado para palas de aerogenerador, según la sexta reivindicación, caracterizado porque comprende una caja de conexión (12) que en caso de que el sistema de protección inteligente (10) no detecte el impacto de un rayo, funciona como fusible.
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