ES2699443T3 - Sistema de protección contra rayos con conductores transversales - Google Patents
Sistema de protección contra rayos con conductores transversales Download PDFInfo
- Publication number
- ES2699443T3 ES2699443T3 ES10165669T ES10165669T ES2699443T3 ES 2699443 T3 ES2699443 T3 ES 2699443T3 ES 10165669 T ES10165669 T ES 10165669T ES 10165669 T ES10165669 T ES 10165669T ES 2699443 T3 ES2699443 T3 ES 2699443T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- blade
- wing
- aircraft
- tip
- wind turbine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 title claims description 24
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 20
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 claims description 2
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 claims 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009172 bursting Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010616 electrical installation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
- B64D45/02—Lightning protectors; Static dischargers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
- F03D80/30—Lightning protection
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/20—Rotors
- F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
- F05B2240/307—Blade tip, e.g. winglets
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Wind Motors (AREA)
- Elimination Of Static Electricity (AREA)
Abstract
Un sistema de protección contra rayos (LPS) (50) para un perfil aerodinámico que comprende: una pala de turbina eólica reforzada con vidrio o reforzada con carbono o un ala de aeronave que comprende una zona (12) de la punta, un lado (18) de aspiración, un lado (20) de presión, un borde (14) de ataque y un borde (16) posterior; una hoja, malla o película sustancialmente planares de un material (62) eléctricamente conductor o semiconductor situado por dentro de una zona (12) de la punta o extendido hasta una raíz de la pala del rotor y entre el lado (18) de aspiración y el lado (20) de presión, de manera que la hoja (62) forma un mecanismo de control del campo eléctrico que provoca una descarga de rayos para su fijación a la zona (12) de la punta, y una vía eléctricamente conductora o semiconductora en comunicación eléctrica o conexión galvánica con la hoja (62) de manera que el mecanismo de control del campo eléctrico y la vía operan conjuntamente para proteger la pala de la turbina eólica o el ala de la aeronave contra los daños debidos al impacto de los rayos en la zona (12) de la punta de la pala de la turbina eólica o el ala de la aeronave mediante el control de un campo eléctrico en la zona (12) de la punta ocasionado por el impacto de los rayos, en el que la hoja (62) sustancialmente planar se extiende hacia dentro a lo largo de al menos un borde entre el borde (14) de ataque y el borde (16) posterior de la pala de la turbina eólica o del ala de la aeronave llegando sustancialmente hasta la raíz de la pala para formar al menos una porción de la vía eléctricamente conductora o semiconductora, en el que la vía está dispuesta en íntima proximidad con, o desplazada de, los bordes de ataque y posterior (14) y (16) de la pala de la turbina o del ala de la aeronave.
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de protección contra rayos con conductores transversales
La presente invención se refiere, en general, a sistemas de protección contra rayos y, más concretamente, a un sistema de protección contra rayos para palas de turbinas eólicas y alas de aeronaves (perfiles aerodinámicos). En la técnica es conocida una amplia variedad de sistemas de protección contra rayos de turbinas eólicas y sus palas asociadas. Las turbinas eólicas son generalmente erigidas en espacios abiertos o, en los últimos años, en el mar donde constituyen el punto más alto y a menudo atraen los rayos. Las puntas de las palas de las turbinas eólicas alcanzan la posición más elevada y, por tanto, el emplazamiento usual del impacto de los rayos.
En el pasado, el hecho de que las palas estuvieran fabricadas a partir de un material no conductor, como por ejemplo fibra de vidrio, condujo a la creencia de que los rayos no constituían un problema. Sin embargo, dichas palas a menudo están cubiertas por una capa fina de polvo, sal o contaminantes y, junto con la humedad, suponen un riesgo real de conducir una corriente y ello se traduce en que varias palas no protegidas resulten dañadas o destruidas por los rayos. Descubrimientos recientes han demostrado que la geometría de las palas del rotor también desempeña un papel determinante en la formación del arco del rayo y del proceso de descarga.
El problema de establecer una protección contra los rayos para las palas de las turbinas eólicas ha generado diversas soluciones diferentes. Una solución está concebida para impedir que la corriente eléctrica procedente de los rayos que chocan con las palas de la turbina eólica entre en el generador y otros componentes eléctricos y electrónicos situados en la parte superior o en la góndola de la turbina eólica. Esto se lleva a cabo conduciendo la corriente eléctrica desde las palas hasta la torre de la turbina eólica y hacia el suelo o el sistema de puesta a tierra. En base a sus posiciones elevadas y al descubierto, las turbinas eólicas ofrecen unas posiciones preferentes para los impactos de los rayos. Las instalaciones de las turbinas eólicas en las zonas con grandes actividades ceráunicas especialmente requieren sistemas de protección complejos. Los componentes más expuestos a los daños son las instalaciones eléctricas, los sistemas electrónicos de control y las palas. Estas últimas están fabricadas de plástico reforzado con fibra de vidrio o fibra de carbono.
Sus averías o su destrucción debidas a los rayos es la causa de las paralizaciones más prolongadas de la instalación.
Las modernas turbinas eólicas están equipadas con unas palas de aproximadamente 37 m, o más, de longitud. Aunque están fabricadas de plástico reforzado con fibra de vidrio eléctricamente aislante, las palas constituyen los puntos de impacto preferentes para una descarga de los rayos. Para evitar las averías o la destrucción ocasionadas por los impactos de los rayos, estas palas están equipadas con un sistema de protección contra rayos (LPS). El LPS más habitual está compuesto por varios receptores metálicos discretos que están implantados en la carcasa de la pala y que están internamente conectados al suelo por un conductor de bajada. Los receptores proporcionan unas posiciones de impacto definidas para el impacto de los rayos. Una descarga eléctrica por rayo se espera que cambie en la parte externa de la pala del rotor desde un receptor al otro para reducir a formación de las descargas y los arcos eléctricos dentro de la pala del rotor. Para palas más cortas, este concepto demostró ser suficiente, pero para palas más largas, algunas porciones de la superficie de la pala continúan desprotegidas.
Los sistemas de protección contra rayos de palas de turbinas eólicas del estado de la técnica utilizaron diversas formas de receptores externos discretos, distribuidos a lo largo de la superficie de la pala del rotor para atraer el destello de los rayos. Debido al número limitado de receptores, hay una gran probabilidad de que los impactos de los rayos incidan en la pala entre dos receptores, lo que supone la destrucción parcial o total del material composite. Debido a este problema, se han propuesto soluciones de protección contra los rayos alternativas, un sistema incluye la laminación de un retículo metálico, de unas películas conductoras y flexibles sobre la carcasa exterior de las palas. La etapa de tratamiento de incluir una retícula metálica dentro del procedimiento de laminación, sin embargo, hace que las últimas sean más complicadas y pueden también incrementar los costes debido a los gastos de material más elevados.
De manera similar, los sistemas de protección contra rayos del estado de la técnica para alas de aeronaves (perfiles aerodinámicos) hacen uso de diversas formas de integración de una vía conductora sobre la superficie, por ejemplo, una malla, especialmente para alas, a base de material composite, con el inconveniente de que los daños parciales y locales pueden venir provocados por el punto de fijación de los rayos. El área en proximidad al punto de fijación de los rayos para un perfil aerodinámico puede generalmente resultar dañado lo que, en algunos casos, requiere reparaciones adicionales después del aterrizaje o al menos una inspección. Esta situación puede provocar más tiempo de inactividad de la aeronave lo que incrementa los costes operativos y reduce la disponibilidad de la aeronave.
A la vista de lo expuesto, sería ventajoso contar con un sistema de protección contra rayos para turbinas eólicas y alas de aeronaves (perfiles aerodinámicos) que evitar los problemas y los gastos referidos.
El documento WO 2005/031158 se refiere a un medio receptor de rayos para una pala de turbina eólica. El documento EP 1154537 se refiere a un dispositivo conductor para generadores de turbina eólica. El documento EP 0 718495 se refiere a una protección contra rayos para una turbina eólica. El documento EP 0776823 se refiere a una pala de helicóptero con un blindaje reforzado contra el impacto de los rayos. El documento WO 00/14405 se refiere a una protección contra rayos para una pala de turbina eólica. El documento WO 2005/050808 se refiere a un miembro para una ecualización potencial.
Resumiendo, de acuerdo con una forma de realización de la presente invención, se ha diseñado, de acuerdo con la reivindicación 1, un sistema de protección contra rayos (LPS).
Diversas características, aspectos, y ventajas de la presente invención se comprenderán de forma más nítida cuando se analice la descripción detallada subsecuente con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que los mismos caracteres representan las mismas partes a lo largo de los dibujos, en los que:
La Figura 1 ilustra un mecanismo de protección contra rayos de pala de turbina eólica o ala de aeronave de acuerdo con una forma de realización de la invención;
la Figura 2 ilustra un mecanismo de protección contra rayos de pala de turbina eólica o ala de aeronave de acuerdo con otra forma de realización de la invención;
la Figura 3 ilustra un mecanismo de protección contra rayos de pala de turbina eólica o de ala de aeronave de acuerdo con otra forma de realización adicional de la invención; y
la Figura 4 ilustra un mecanismo de protección contra rayos de pala de turbina eólica o de ala de aeronave de acuerdo con otra forma de realización más de la invención.
Aunque las figuras de los dibujos anteriormente identificadas presentan formas de realización concretas, también se contemplan otras formas de realización de la invención, como se advierte a partir del análisis expuesto. En todos los casos, la presente divulgación presenta unas formas de realización ilustradas de la presente invención a modo de representación y no de limitación. Pueden diseñarse otras múltiples modificaciones y formas de realización por parte de los expertos en la materia que se incluyen dentro del alcance de los principios de la presente invención.
La Figura 1 ilustra un mecanismo 10 de protección contra rayos con una punta de pala de turbina eólica de acuerdo con una forma de realización de la invención. Una porción del mecanismo 10 de protección contra rayos incluye una hoja, malla, o película sustancialmente planas de un material 22 eléctricamente conductor o semiconductor dispuesto en una zona 12 de la punta de una pala de turbina eólica o de un ala de aeronave (perfil aerodinámico). De acuerdo con un aspecto de la invención, la pala de turbina eólica o el ala de aeronave está construida a partir de un material predeterminado de fibra reforzada con vidrio o reforzada con carbono. La pala de la turbina eólica o la pala de la aeronave pueden también comprender un conductor descendente como se describe con mayor detalle más adelante dispuesto sobre o integrado con la pala o el ala.
El mecanismo 10 de protección contra rayos es fácilmente adaptado a palas del rotor que han sido ya instaladas, es decir reconvertidas. Una porción de la pala del rotor o del ala de la aeronave incluye una zona 12 de la punta, un lado 18 de aspiración, un lado 20 de presión, un borde 14 de ataque y un borde 16 posterior. De acuerdo con un aspecto, una hoja 22 conductora o semiconductora sustancialmente planar está dispuesta por dentro de la zona 12 de la punta de la pala o del ala y entre el lado 18 de aspiración y el lado 20 de presión de la pala / ala / perfil aerodinámico. La hoja 22 conductora o semiconductora sustancialmente planar forma una zona de control de campo eléctrico que provoca una descarga de rayo para su fijación a la zona 12 de la punta durante el impacto de un rayo. La hoja 22 conductora o semiconductora sustancialmente planar está en comunicación eléctrica con una vía conductora, como por ejemplo, sin limitación, un conductor 66 descendente representado en la Figura 3, la cual es una representación de un sistema de protección contra rayos con un conductor descendente generalmente instalado como LPS estándar que se encuentra en la industria de las turbinas eólicas, de manera que la zona de control del campo eléctrico y la vía conductora operan de manera conjunta para proteger la pala de la turbina eólica o el ala de la aeronave contra los daños debidos a un impacto por rayo en la zona 12 de la punta de la pala de la turbina eólica o del ala de la aeronave mediante el control de un campo eléctrico en la zona 12 de la punta ocasionado por el impacto de los rayos.
De acuerdo con un aspecto, la periferia 23 exterior de la hoja 22 presenta sustancialmente la misma forma aerodinámica de la porción exterior de la punta de la pala o del ala en la zona 12 de la punta. De acuerdo con otro aspecto, la hoja 22 puede estar extendida y desplazada en la dirección del borde 16 posterior de la hoja o del ala, según se representa para una forma de realización en la Figura 3 (llamada instalación "desplazada" en la presente solicitud). De acuerdo con otro aspecto adicional, la hoja 22 está sustancialmente alineada con al menos una porción de la pala o del ala 12 de la punta (denominada instalación "alineada" en la presente solicitud).
Otra forma de realización es muestra en la Figura 2 que ilustra un sistema de protección contra rayos (LPS) que también comprende una pala de turbina o ala de aeronave de fibra de vidrio reforzada o de carbono reforzado. La pala o el ala comprende una zona 12 de la punta, un lado 18 de aspiración, un lado 20 de presión, un borde 14 de ataque y un borde 16 posterior. Una hoja, malla o película sustancialmente planas de material 62 conductor o
semiconductor está dispuesta por dentro de la zona 12 de la pala o del ala y entre el lado 18 de aspiración y el lado 20 de presión de la pala o del ala o del perfil aerodinámico. La hoja 62 forma una zona de control de campo eléctrico que provoca una descarga de rayo para su fijación a la zona 12 de la punta durante el impacto de un rayo. La hoja 62 está en comunicación con una vía o elemento conductor o semiconductor, por ejemplo, sin limitación, un conductor 66 descendente existente representado en la Figura 3, de manera que la zona de control de campo eléctrico y la vía / elemento 66 operan conjuntamente para proteger la pala de la turbina eólica o el ala de la aeronave de los daños debidos a un impacto por rayo en la zona 12 de la punta de la pala de turbina eólica o del ala de la aeronave, controlando un campo eléctrico en la zona 12 de la punta provocado por el impacto del rayo.
De acuerdo con un aspecto, la periferia exterior de la hoja 62 presenta la misma forma aerodinámica de la porción de la punta más exterior 12 de la punta. De acuerdo con otro aspecto, la hoja 62 está extendida y desplazada en la dirección del borde 16 posterior de la pala o del ala (denominada instalación "desplazada" en la presente solicitud). De acuerdo con otro aspecto adicional, la hoja 62 está en sustancialmente alineada con al menos una porción de la zona 12 de la punta (denominada instalación "alineada" en la presente aplicación).
La vía / elemento 66 conductor o semiconductor puede ser un conductor 66 descendente existente como el mostrado en la Figura 3, al reconvertir el LPS de una pala, un ala o un perfil aerodinámico existente. De acuerdo con otra forma de realización, la vía / elemento 66 conductor o semiconductor puede estar formado, al menos parcialmente, extendiendo la hoja 62 para incluir una o más extensiones 64 adaptadas para completar una vía o elemento conductor o semiconductor deseado. En un aspecto, las extensiones 64 son adyacentes a, pero están desplazadas respecto de los bordes 14, 16 de ataque y posterior de la pala o del ala. De acuerdo con otro aspecto, la vía / elemento 66 comprende un material 68 conductor o semiconductor configurado para formar una jaula de Faraday alrededor de la estructura aislante o del material composite de la porción seleccionada, por ejemplo la zona 12 de la punta de la pala del rotor o del ala de la aeronave o del perfil aerodinámico. Este tipo de jaula de Faraday se puede extender a lo largo de la completa superficie de la pala del rotor si es necesario para una aplicación concreta. El material conductor o semiconductor puede estar en comunicación eléctrica con un conductor 66 descendente existentes de manera que, de manera conjunta, el conductor 66 descendente y el material 68 conductor o semiconductor funcionen para controlar aún más el campo eléctrico provocado por el impacto del rayo en la zona 12 de la punta de la pala del rotor o del ala de la aeronave o del perfil aerodinámico. De acuerdo con un aspecto, la hoja 62 está situada entre los lados 18, 20 de aspiración y presión y en una zona que se extiende radialmente hacia dentro aproximadamente 3,48 m desde la periferia radialmente más exterior de la zona 12 de la punta.
La hoja 62 puede estar conectada a un material 70 de malla, o película conductora o semiconductora externa o integrada según se muestra en la Figura 4, que está dispuesta en una porción (es) interna(s) de un lado o ambos de los lados 18, 20 de aspiración y presión y en intima proximidad con, pero desplazado de, uno o ambos bordes 14, 16 de ataque y posterior. Debido a las características conductoras del material 70 conductor o semiconductor, combinadas con sus amplias dimensiones en comparación con receptores discretos, se reducen al mínimo las descargas de ruptura de un lado a otro del material composite de la pala o del ala (esto es, reforzado con fibra o carbono). Esto se consigue reduciendo la impedancia de superficie en comparación con la impedancia del material composite, de manera que un rayo inicial será guiado hasta el punto de fijación conductor más próximo antes de que se produzca un contorneamiento de la corriente de valor elevado. La densidad de la corriente sobre la pala del rotor o sobre el ala de la aeronave / perfil aerodinámico provocada por un impacto de rayos se reducirá, lo que conducirá a la reducción al mínimo de la carga térmica, debido a las grandes dimensiones del material conductor o semiconductor. De acuerdo con un aspecto, unas vías 74 conductoras de alivio de los esfuerzos transversales, y / o la malla o las películas 76 entre el lado de aspiración y los bordes de presión podrían añadirse, como se representa en la Figura 4, para reducir al mínimo las fuerzas provocadas por la corriente del rayo que fluye a lo largo de los dos conductores paralelos.
Debido a que los mecanismo 10, 50 de protección contra rayos son particularmente útiles para adaptar palas de rotor y alas de aeronave ya instaladas, las porciones 72 restantes de una pala de rotor de un ala de aeronave pueden, de manera opcional, estar cubiertas de pintura, por ejemplo, con pintura(s) conductora(s), semiconductora(s) o no conductora(s) para conseguir el resultado deseado provocado por el impacto del rayo. Los mecanismos 10, 50 de protección contra rayos precedentes proporcionan diversas ventajas respecto de los sistemas de protección contra rayos conocidos, incluyendo, sin limitación: 1) un tamaño de receptor potenciado en la superficie de la pala debido al recubrimiento total o parcial del revestimiento de la superficie de la pala del rotor, 2) la conducción superficial externa de la corriente del rayo y de esta forma reducción al mínimo de la probabilidad de que los arcos del rayo dentro de la pala / ala / perfil aerodinámico (contorneamiento y posiblemente explosión provocada por la onda de presión sonora producida por el impacto del rayo), 3) no se observa ningún incremento significativo del peso de la pala, 4) flexibilidad en todos los elementos dinámicos de la pala mecánica, 5) no se requiere ningún cambio en el diseño de la pala, 6) los procesos de fabricación de las palas existentes (laminación) pueden ser utilizados únicamente con ligeras modificaciones, 7) bajos costes de material y de fabricación adicionales, 8) la reducción de la densidad de la corriente conducirá a unas cargas térmicas menores sobre los materiales de las palas, 9) la eficiencia potenciada de la recepción de los rayos con una tecnología de diversión sobre la superficie de la pala debida al recubrimiento parcial o total del revestimiento / materiales conductores o semiconductores, 10) la conducción de una descarga inicial de los rayos sobre una vía segura antes de que se produzca el conternamiento de la corriente de impulsos de ruptura, 11) evitación de la ruptura y por tanto daños de las palas del rotor reduciendo la impedancia de la superficie, 12) protección contra rayos combinada que enlaza materiales conductores y
conductivamente inmergidos en un sistema de protección eficaz, 13) eficiencia incrementada de la protección contra rayos para palas de turbinas eólicas, alas de aeronaves, perfiles aerodinámicos, 14) no se requiere ningún cambio en el diseño de las palas, 15) protección extendida de la superficie de las palas del rotor, 16) incremento de las vías conductoras reforzadas para una corriente de rayo, y 17) el control de la distribución de la resistencia de campo eléctrica durante el proceso de fijación de los rayos a lo largo de la pala del rotor.
Cuando el mecanismo 10, 50 de protección contra rayos de la punta de la pala de la turbina eólica son aplicados a una nueva pala de rotor, el conductor 66 descendente puede ser eliminado para simplificar la fabricación de la pala. En esta forma de realización, el uso del conductor 66 descendente se evita simplemente reforzando los lados 18, 20 de aspiración y presión con un (unos) material(es) conductor(es) o semiconductor(es) que presente características similares a las de la zona 12 de control del campo eléctrico de la pala o ala. Las zonas reforzadas, como se representa en la Figura 4, funcionan para proporcionar el punto de fijación requerido antes de que se produzca un contorneamiento de la corriente de valor elevado en respuesta a un impacto de rayo.
En resumen, se ha descrito de acuerdo con formas de realización concretas un sistema de protección contra rayos (LPS) para pala de turbina o ala de aeronave (perfil dinámico) que comprende una pala de turbina o ala de aeronave reforzada con fibra o carbono con una zona de la punta adaptada con un mecanismo de control del campo eléctrico. El mecanismo de control del campo eléctrico está en comunicación eléctrica o conexión galvánica con un mecanismo de conducción de descarga eléctrica que comprende un material eléctricamente conductor o semiconductor sustancialmente plano dispuesto dentro de la zona de la punta de manera que el mecanismo de control de campo eléctrico y el mecanismo de conducción de descarga eléctrica operan conjuntamente para proteger la pala de la turbina o el ala de la aeronave contra los daños debidos a un impacto por rayos en la punta de la pala de la turbina eólica o del ala de la aeronave controlando un campo eléctrico en la zona de la punta provocada por el impacto de los rayos. Los actuales inventores descubrieron el éxito del mecanismo de control del campo eléctrico en la conducción y guía de la descarga sobre una vía predefinida incrementando simultáneamente al tiempo la capacidad de una pala de turbina eólica para soportar varias corrientes de impulso con elevados valores de pico provocados por un impacto de los rayos según se recomendada en los estándares e informes técnicos de los sistemas de protección contra los rayos.
Claims (6)
1. - Un sistema de protección contra rayos (LPS) (50) para un perfil aerodinámico que comprende:
una pala de turbina eólica reforzada con vidrio o reforzada con carbono o un ala de aeronave que comprende una zona (12) de la punta, un lado (18) de aspiración, un lado (20) de presión, un borde (14) de ataque y un borde (16) posterior;
una hoja, malla o película sustancialmente planares de un material (62) eléctricamente conductor o semiconductor situado por dentro de una zona (12) de la punta o extendido hasta una raíz de la pala del rotor y entre el lado (18) de aspiración y el lado (20) de presión, de manera que la hoja (62) forma un mecanismo de control del campo eléctrico que provoca una descarga de rayos para su fijación a la zona (12) de la punta, y
una vía eléctricamente conductora o semiconductora en comunicación eléctrica o conexión galvánica con la hoja (62) de manera que el mecanismo de control del campo eléctrico y la vía operan conjuntamente para proteger la pala de la turbina eólica o el ala de la aeronave contra los daños debidos al impacto de los rayos en la zona (12) de la punta de la pala de la turbina eólica o el ala de la aeronave mediante el control de un campo eléctrico en la zona (12) de la punta ocasionado por el impacto de los rayos, en el que la hoja (62) sustancialmente planar se extiende hacia dentro a lo largo de al menos un borde entre el borde (14) de ataque y el borde (16) posterior de la pala de la turbina eólica o del ala de la aeronave llegando sustancialmente hasta la raíz de la pala para formar al menos una porción de la vía eléctricamente conductora o semiconductora, en el que la vía está dispuesta en íntima proximidad con, o desplazada de, los bordes de ataque y posterior (14) y (16) de la pala de la turbina o del ala de la aeronave.
2. - El LPS (50) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la periferia externa de la hoja (62) sustancialmente planar está sustancialmente alineada con al menos una porción de la zona (12) de la punta de la pala de la turbina o del ala de la aeronave.
3. - El LPS (50) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende además un material conductor o semiconductor que cubre, o está integrado dentro de, la zona (12) de la punta de la pala de la turbina eólica o del ala de la aeronave y que encapsula completamente la zona (12) de la punta para definir una zona de jaula de Faraday.
4. - El LPS (50) de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende además un revestimiento de material conductor, semiconductor o no conductor que cubre, o está incrustado dentro de, las porciones restantes de la pala de la turbina eólica o del ala de la aeronave.
5. - El LPS (50) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la hoja (62) sustancialmente planar está fijada a la pala de la turbina eólica o al ala de la aeronave únicamente en la periferia exterior de la hoja (62).
6. - El LPS (50) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente que comprende además al menos una vía, malla o película conductora o semiconductora de alivio de los esfuerzos transversales dispuestas entre el lado (18) de aspiración y el lado (20) de presión, y configuradas para reducir las fuerzas electrodinámicas observadas en conductores paralelos cuando la corriente de los rayos fluye a través del LPS (50).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/491,520 US8342805B2 (en) | 2009-06-25 | 2009-06-25 | Transversal conduction lightning protection system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2699443T3 true ES2699443T3 (es) | 2019-02-11 |
Family
ID=42280916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES10165669T Active ES2699443T3 (es) | 2009-06-25 | 2010-06-11 | Sistema de protección contra rayos con conductores transversales |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8342805B2 (es) |
| EP (1) | EP2267280B1 (es) |
| CN (1) | CN101936264B (es) |
| DK (1) | DK2267280T3 (es) |
| ES (1) | ES2699443T3 (es) |
Families Citing this family (40)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7439712B2 (en) * | 2006-02-21 | 2008-10-21 | Mccowen Clint | Energy collection |
| DE102009046293B4 (de) * | 2009-11-02 | 2013-03-28 | Repower Systems Ag | Rotorblatt mit Entwässerungsbohrung |
| JP5308538B2 (ja) * | 2009-12-24 | 2013-10-09 | 三菱重工業株式会社 | 風車翼及びそれを備えた風力発電装置 |
| JP5346832B2 (ja) * | 2010-02-04 | 2013-11-20 | 株式会社日本製鋼所 | 風力発電用ブレードの避雷構造 |
| EP2395239B1 (en) * | 2010-06-11 | 2013-01-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Rotor blade assembly |
| DE102010040596A1 (de) * | 2010-09-10 | 2012-03-15 | Aloys Wobben | Abnehmbare Rotorblattspitze |
| CN102794836A (zh) * | 2011-05-25 | 2012-11-28 | 迪皮埃复材构件（太仓）有限公司 | 一种尖部避雷针定位工装 |
| WO2013007267A1 (en) * | 2011-07-14 | 2013-01-17 | Vestas Wind Systems A/S | A wind turbine blade |
| GB2493166A (en) | 2011-07-26 | 2013-01-30 | Khalil Abu Al-Rubb | Sail-type turbine blade with buoyant structure, adjustable tip, flexible reinforcement, tip cap and uncovered non-working parts |
| US9007739B2 (en) * | 2011-08-25 | 2015-04-14 | Lord Corporation | Lightning strike protection system |
| US8834117B2 (en) * | 2011-09-09 | 2014-09-16 | General Electric Company | Integrated lightning receptor system and trailing edge noise reducer for a wind turbine rotor blade |
| US20190195203A1 (en) | 2011-12-09 | 2019-06-27 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Wind turbine blade for a wind turbine |
| EP2636897B1 (en) * | 2011-12-09 | 2017-07-12 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Wind turbine blade |
| CN103329379B (zh) * | 2011-12-09 | 2016-08-17 | 三菱重工业株式会社 | 风力涡轮机叶片 |
| JP5733767B2 (ja) * | 2011-12-09 | 2015-06-10 | 三菱重工業株式会社 | 風車翼 |
| JP5713980B2 (ja) * | 2012-10-15 | 2015-05-07 | 三菱航空機株式会社 | 耐雷ファスナおよび航空機 |
| CN102900631A (zh) * | 2012-10-30 | 2013-01-30 | 武汉爱劳高科技有限责任公司 | 具有限制雷电流功能的风电叶片及其制造工艺 |
| EP2922676B1 (en) * | 2012-11-20 | 2021-03-17 | Vestas Wind Systems A/S | Wind turbine blade with lightning protection |
| US9868536B2 (en) * | 2013-10-30 | 2018-01-16 | Goodrich Corporation | Electrical interconnects for ice protection systems |
| US9702255B2 (en) * | 2013-11-26 | 2017-07-11 | Textron Innovations, Inc. | Propeller with lightening strike protection |
| US10240560B2 (en) * | 2014-11-19 | 2019-03-26 | Rohr, Inc. | Boot for repair of chevron on nacelle |
| ES2613578B1 (es) * | 2015-11-24 | 2018-03-12 | Gamesa Innovation & Technology, S.L. | Pala de aerogenerador que comprende un sistema pararrayos equipada con material absorbente de radar |
| US9970417B2 (en) * | 2016-04-14 | 2018-05-15 | General Electric Company | Wind converter control for weak grid |
| EP3246562B1 (de) | 2016-05-18 | 2019-02-13 | Nordex Energy GmbH | Blitzrezeptor für ein windenergieanlagenrotorblatt |
| WO2018019349A1 (en) * | 2016-07-29 | 2018-02-01 | Vestas Wind Systems A/S | Wind turbine blade having a lightning tip receptor |
| WO2018019350A1 (en) | 2016-07-29 | 2018-02-01 | Vestas Wind Systems A/S | Wind turbine blade having a lightning tip receptor |
| EP3513064B1 (en) * | 2016-09-15 | 2020-09-09 | Vestas Wind Systems A/S | Blade tip extension |
| US10648456B2 (en) * | 2016-10-21 | 2020-05-12 | General Electric Company | Organic conductive elements for deicing and lightning protection of a wind turbine rotor blade |
| KR101954775B1 (ko) * | 2016-11-30 | 2019-05-17 | 두산중공업 주식회사 | 멀티 다운 컨덕터가 적용된 풍력 발전기용 카본 블레이드. |
| WO2018196967A1 (en) * | 2017-04-26 | 2018-11-01 | Mhi Vestas Offshore Wind A/S | Wind turbine blade and wind turbine power generating apparatus |
| BR112020021489A2 (pt) * | 2018-04-27 | 2021-01-19 | General Electric Company | Método para instalar uma extensão de ponta sobre uma extremidade da ponta de uma pá do rotor de uma turbina eólica e conjunto de pá do rotor |
| EP3708828A1 (en) * | 2019-03-14 | 2020-09-16 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | A method for providing a wind turbine blade with lightning protection and a wind turbine blade |
| CN110197048B (zh) * | 2019-06-18 | 2022-12-13 | 国网山西省电力公司大同供电公司 | 一种基于电场与雷害分析的配网线路防雷措施配置方法 |
| CN112208743A (zh) * | 2019-07-09 | 2021-01-12 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 部件末端结构及其制备方法、飞行器和飞行器部件 |
| CN113048026B (zh) * | 2019-12-26 | 2022-10-25 | 江苏金风科技有限公司 | 雷电防护装置、雷电防护系统、风力发电机组及成型方法 |
| DK3901452T3 (da) * | 2020-04-24 | 2024-03-25 | Siemens Gamesa Renewable Energy As | Vindmøllevinge til en vindmølle og fremgangsmåde til fremstilling af en vindmøllevinge |
| CN111637002A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-09-08 | 中材科技风电叶片股份有限公司 | 兆瓦级风电叶片及其组装、制造方法、及叶尖的制造方法 |
| US11725632B2 (en) * | 2020-10-08 | 2023-08-15 | Arctura, Inc. | Surface coating for enhanced lightning protection of wind turbine blades and other composite structures |
| EP4019766A1 (en) * | 2020-12-23 | 2022-06-29 | Polytech A/S | A conductive connection |
| CN114837881B (zh) * | 2022-04-28 | 2023-08-25 | 洛阳双瑞风电叶片有限公司 | 一种防腐和防雷风电叶片 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB690378A (en) * | 1948-06-24 | 1953-04-22 | John Herbert Mathers | Improvements in or relating to clutch control apparatus |
| DE4492616D2 (de) | 1993-05-05 | 1996-08-22 | Autoflug Energietech Gmbh | Windkraftanlage mit Blitzschutz |
| DE4436197C2 (de) | 1994-10-11 | 1998-09-24 | Aloys Wobben | Windenergieanlage mit Blitzschutzeinrichtung |
| DE19501267A1 (de) | 1994-12-22 | 1996-08-29 | Autoflug Energietech Gmbh | Windkraftanlage mit Blitzstromableitung |
| FR2741591B1 (fr) * | 1995-11-29 | 1998-01-30 | Eurocopter France | Pale a blindage de protection renforcee contre la foudre, pour rotor de giravion |
| DK173460B2 (da) * | 1998-09-09 | 2004-08-30 | Lm Glasfiber As | Vindmöllevinge med lynafleder |
| DE10022128C1 (de) | 2000-05-06 | 2001-12-20 | Aloys Wobben | Windenergieanlage |
| ES2161196B1 (es) * | 2000-05-09 | 2002-05-16 | Torres Disenos Ind S A M | Instalacion de pararrayos para aerogeneradores. |
| DK176298B1 (da) | 2003-09-15 | 2007-06-18 | Lm Glasfiber As | Metode til lynsikring af en vinge til et vindenergianlæg, en lynsikret vinge samt et vindenergianlæg med en sådan vinge |
| AU2003266936A1 (en) * | 2003-09-29 | 2005-04-14 | Vestas Wind Systems A/S | Lightning protection system for wind turbine blade |
| ATE479223T1 (de) * | 2003-10-31 | 2010-09-15 | Vestas Wind Sys As | Potentialausgleichsglied |
| DK178207B1 (da) | 2004-01-23 | 2015-08-17 | Lm Wind Power As | Vinge til et vindenergianlæg omfattende segmenterede ledemidler for lynnedledning samt metode til fremstilling heraf |
| DK178167B1 (da) | 2005-12-02 | 2015-07-13 | Lm Wind Power As | Lynsikringssystem til vinge til et vindenergianlæg |
| JP2007291701A (ja) * | 2006-04-25 | 2007-11-08 | Akira Usuki | 住居 |
| US7766620B2 (en) * | 2007-02-08 | 2010-08-03 | General Electricc Company | Rotor blade with a lightning protection unit, wind energy system having the same and a method for constructing a rotor blade |
| US8137074B2 (en) * | 2008-08-21 | 2012-03-20 | General Electric Company | Wind turbine lightning protection system |
-
2009
- 2009-06-25 US US12/491,520 patent/US8342805B2/en active Active
-
2010
- 2010-06-11 ES ES10165669T patent/ES2699443T3/es active Active
- 2010-06-11 DK DK10165669.2T patent/DK2267280T3/en active
- 2010-06-11 EP EP10165669.2A patent/EP2267280B1/en active Active
- 2010-06-25 CN CN201010221477.4A patent/CN101936264B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US8342805B2 (en) | 2013-01-01 |
| CN101936264B (zh) | 2015-08-26 |
| CN101936264A (zh) | 2011-01-05 |
| EP2267280A3 (en) | 2013-07-31 |
| EP2267280B1 (en) | 2018-10-24 |
| DK2267280T3 (en) | 2018-12-10 |
| EP2267280A2 (en) | 2010-12-29 |
| US20100329881A1 (en) | 2010-12-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2699443T3 (es) | Sistema de protección contra rayos con conductores transversales | |
| ES2743101T3 (es) | Sistema de protección contra rayos para aerogeneradores | |
| ES2782337T3 (es) | Mejoras en relación con los sistemas de protección contra rayos para palas de aerogenerador | |
| US11225949B2 (en) | Lightning protection systems for wind turbine blades | |
| ES2663140T3 (es) | Un método para fabricar una pala para una turbina eólica y una pala que comprende medios conductores segmentados | |
| EP1272759B1 (en) | Lightning protection system for, e.g., a wind turbine, wind turbine blade having a lightning protection system, method of creating a lightning protection system and use thereof | |
| US7377750B1 (en) | Lightning protection system for a wind turbine | |
| US20080095624A1 (en) | Lightning protection of wind turbines | |
| TWI811672B (zh) | 風車葉片及風車 | |
| ES2914318T3 (es) | Interfaz de conductividad escalonada | |
| ES2864002T3 (es) | Pala de turbina eólica y turbina eólica | |
| EP3255275A1 (en) | Rotor blade down-conductor | |
| US20190353145A1 (en) | Lightning receptor for a rotor blade of a wind turbine | |
| ES2967537T3 (es) | Pala para una turbina eólica | |
| WO2018082916A1 (en) | Lightning protection system for a rotor blade with a winglet | |
| WO2019214280A1 (zh) | 与风叶气动性互补的消雷阵列及无源等离子拒雷系统 | |
| EP2589803B1 (en) | Lightning arrester structure for wind generator blade | |
| JP2022017021A (ja) | 風車ブレードの誘雷装置および風力発電装置 |