ES2944734T3 - Sistema de protección eléctrica para turbinas eólicas - Google Patents

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ES2944734T3 ES19723728T ES19723728T ES2944734T3 ES 2944734 T3 ES2944734 T3 ES 2944734T3 ES 19723728 T ES19723728 T ES 19723728T ES 19723728 T ES19723728 T ES 19723728T ES 2944734 T3 ES2944734 T3 ES 2944734T3
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March Nomen Victor
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Abstract

Sistema de protección eléctrica que permite transferir a tierra la electricidad estática acumulada en las palas de un aerogenerador, y la corriente del rayo cuando cae un rayo en al menos una de las palas o en el rotor, que comprende una primera unidad de descarga configurada para descargar de forma continua al poner a tierra la electricidad estática acumulada en las palas, y una segunda unidad de descarga configurada para descargar a tierra la corriente del rayo cuando cae un rayo en al menos una de las palas o en el rotor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de protección eléctrica para turbinas eólicas
Objeto de la invención
El objeto de la presente invención es un sistema de protección eléctrica para turbinas eólicas que permite transferir electricidad estática así como transferir la corriente de un rayo entre el generador eólico y el resto de la estructura metálica.
Antecedentes de la invención
Actualmente se sabe que, con el fin de aprovechar la ventaja del viento, las turbinas eólicas tienen que estar situadas en áreas desprotegidas en condiciones climáticas pesadas. Esta ubicación en áreas desprotegidas, así como la geometría de las turbinas eólicas en sí, da como resultado una alta probabilidad de atraer impactos de rayos sobre el generador eólico.
Por lo tanto, actualmente, con el fin de proteger las turbinas eólicas de los efectos de la caída de un rayo, se usan componentes que dirigen la descarga de rayos desde la punta de la pala hasta la tierra. Habitualmente, estos componentes comprenden un cable interno que une la punta de las palas con una viga interna del generador eólico conectada a tierra, de tal manera que cuando el rayo cae en las palas o el buje, la corriente del rayo se envía, a través del rodamiento de las palas, a dicha viga para dirigirla a tierra.
Adicionalmente, se sabe que el documento US-2017/0152839 A1 describe una disposición de transferencia de corriente de rayos para turbinas eólicas que permite que, por medio de un circuito común, la corriente de impacto de un rayo y la corriente de descarga electrostática se descarguen desde las palas, o el rotor, a la góndola del generador eólico.
Sin embargo, esta configuración requiere un contacto deslizante que gire integralmente al rotor en el carril de goteo, y dado que recorre aproximadamente 100.000 km por año, implica un alto desgaste donde el mantenimiento es crítico. Otro problema es que es difícil garantizar el contacto o suficiente presión de contacto a lo largo de toda la distancia del carril de goteo y, por lo tanto, esta disposición puede tener fallas cuando se realiza el drenaje de la corriente del rayo o la corriente estática.
También se conoce que el documento ES2265776B1 describe una disposición de transferencia de rayos sin contacto que comprende un elemento de transferencia de rayos, que consiste en una primera barra conductora fijada a una segunda barra aislante, en donde el elemento de transferencia de rayos está fijado al buje del generador eólico. Más particularmente, un primer extremo del elemento de transferencia de rayos está orientado hacia una banda metálica ubicada en cada raíz de pala del generador eólico a una primera distancia, permitiendo un salto eléctrico de un rayo que incida sobre la punta de una pala del generador eólico, mientras que un segundo extremo está orientado hacia un carril de goteo de la góndola del generador eólico a una segunda distancia que permite el salto eléctrico del rayo. Estos saltos impiden que los rayos afecten a las partes sensibles del generador eólico.
Sin embargo, esta disposición no permite descargar la electricidad estática acumulada en las palas, lo que puede resultar en ruido electromagnético en equipos vecinos.
El documento WO 2015/086025 A1 describe una unidad de descarga de pala-rotor de un turbina eólica, lo que permite descargar cargas eléctricas desde una pala de rotor. El documento WO 2004/044419 A1 describe un sistema para protección contra rayos de una pala de turbina eólica de paso controlado. El documento EP 2336560 A1 describe un conjunto de transferencia de corriente de rayos para un turbina eólica.
Descripción de la invención
La presente invención se refiere a un sistema de protección eléctrica para turbinas eólicas con palas que giran con respecto a un buje de góndola, en donde el sistema de protección eléctrica permite transferir a tierra la electricidad estática acumulada en las palas, y la corriente desde un rayo cuando tiene lugar un evento de impacto de rayo en al menos una de las palas o en el rotor, en donde el sistema de protección eléctrica comprende:
- una primera unidad de descarga configurada para estar en contacto con alguna parte metálica de la pala y para descargar continuamente a tierra, a través de la estructura metálica del buje, la electricidad estática acumulada en las palas, y
- una segunda unidad de descarga configurada para descargar la corriente de un rayo hasta tierra cuando se produce un evento de rayo en al menos una de las palas o en el rotor.
En donde, la segunda unidad de descarga está configurada preferiblemente para estar en contacto con alguna parte metálica de la pala.
Según la invención, la segunda unidad de descarga comprende un primer espacio de chispa con un primer voltaje de ruptura de espacio y un segundo espacio de chispa con un segundo voltaje de ruptura de espacio.
Particularmente, en la presente invención, el espacio de chispa debe entenderse como cualquier componente eléctrico que tenga dos electrodos separados físicamente entre ellos por un dieléctrico y que funcione como un interruptor a alto voltaje. Es decir, a un valor por debajo de un umbral de voltaje, son un circuito abierto y por encima del valor son un circuito cerrado con la diferencia de potencial entre los electrodos siendo cero o casi cero.
Por otro lado, en la presente invención, el voltaje de ruptura de un componente eléctrico con dos terminales separados eléctricamente entre sí debe entenderse como aquel voltaje por el cual los dos terminales vuelven a tener el mismo potencial (o un valor muy próximo) porque se produce una chispa que une eléctricamente a ambos terminales.
La primera unidad de descarga comprende al menos dos elementos sólidos seleccionados de: un primer elemento sólido, un segundo elemento sólido, un tercer elemento sólido, un cuarto elemento sólido o una combinación de los mismos.
Preferiblemente, la primera unidad comprende el primer elemento sólido, el segundo elemento sólido, el tercer elemento sólido y el cuarto elemento sólido, en donde el primer y cuarto elementos sólidos se conectan en serie entre sí, y el segundo y tercer elementos sólidos se conectan en paralelo entre sí y al cuarto elemento sólido. Adicionalmente, el primer espacio de chispa y el segundo espacio de chispa están conectados en serie entre sí, y en donde el primer espacio de chispa también está conectado en paralelo al primer elemento sólido y el segundo espacio de chispa también está conectado en paralelo al cuarto elemento sólido.
Alternativamente, la primera unidad de descarga comprende el segundo elemento sólido y el tercer elemento sólido conectados en paralelo entre sí, y el primer espacio de chispa y el segundo espacio de chispa están conectados en serie entre sí.
Independientemente de la configuración de la primera unidad de descarga, cada elemento sólido comprende un componente conductor con una resistencia eléctrica, y un componente aislante, con un voltaje de ruptura, conectado en paralelo a dicho componente conductor.
Adicionalmente, el sistema de protección eléctrica está en contacto con al menos un punto de conexión a tierra del generador eólico hacia el que se transfiere la electricidad estática acumulada en las palas, seleccionándose este punto de conexión a tierra de:
- Un primer punto de conexión a tierra que es cualquier punto metálico del buje,
- Un tercer punto de conexión a tierra que es cualquier elemento metálico conectado físicamente a la pista interna del cojinete de pala.
Además, el sistema de protección eléctrica está en contacto eléctrico con al menos un segundo punto de conexión a tierra, que es cualquier punto metálico de la góndola, al cual se transfiere la corriente del rayo solo durante un evento de caída de rayo.
Preferiblemente, la carga estática acumulada en el rotor se drena desde un primer punto hasta el primer o tercer punto de conexión a tierra a través del primer y/o segundo componente conductor, y la corriente del rayo fluye a través del espacio de chispa, en donde el primero y el segundo puntos de conexión a tierra tienen el mismo potencial durante un evento de caída de rayo.
Particularmente, el primer elemento sólido es un primer receptor que, una vez instalado en el generador eólico, está configurado para estar en contacto con una banda metálica de la pala, siendo eléctricamente equivalente al primer punto, y que comprende una barra de resistencia antiestática, según el primer elemento resistivo y con el primer voltaje de ruptura.
El segundo elemento sólido es una resistencia vertical de carga estática que está unida al receptor de pala y configurada para descargar la carga estática desde el primer componente conductor hasta el primer punto de conexión a tierra.
El tercer elemento sólido es una viga aislante en paralelo con la resistencia vertical de la carga estática configurada para aislar un segundo punto con respecto al primer punto de conexión a tierra, y para impedir que la corriente del rayo fluya a lo largo de los cojinetes del eje principal del generador eólico, y para actuar como soporte mecánico.
El cuarto elemento sólido es un segundo receptor que comprende un elemento sólido según el cuarto voltaje de ruptura y que está configurado para desplazarse dentro del carril de goteo de la góndola.
Adicionalmente, este sistema de protección comprende un primer y un segundo brazos configurados para sujetar y colocar, respectivamente, los receptores y dirigir la corriente de los rayos desde los receptores a los puntos de conexión a tierra, comprendiendo cada brazo un elemento metálico situado a una cierta distancia, respectivamente, desde la banda metálica de la pala y el carril de goteo para generar el primer y el segundo voltaje de ruptura del espacio.
También comprende una viga metálica conectada a la parte superior de la viga aislante, y configurada para estar conectada a los brazos y a la resistencia vertical de la carga estática, y una base metálica conectada a un componente metálico fijado a la pista exterior del cojinete de pala, o el eje principal, y a la viga aislante siendo equivalente eléctricamente al primer punto de conexión a tierra.
Por lo tanto, se obtiene un sistema que permite descargar la electricidad estática que se acumula continuamente en las palas, permitiendo así eliminar las radiaciones electromagnéticas producidas por descarga en los espacios de chispa de estos sistemas, y descargar la electricidad de los rayos sin dañar el generador eólico.
Descripción de los dibujos
Para implementar la presente descripción y proporcionar una mejor comprensión de las características de la invención, según una realización preferida de la práctica de la misma, un conjunto de dibujos se adjunta como parte de esta descripción, con un propósito ilustrativo pero no limitativo, que representa lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista del esquema eléctrico del sistema de protección eléctrica.
Figura 2.- Muestra una vista tridimensional del sistema de protección de una primera realización preferida.
Figura 3.- Muestra una vista detallada del sistema de protección de una segunda realización preferida.
Figura 4.- Muestra una vista detallada de la distancia entre el elemento metálico y el carril de goteo para el cuarto elemento sólido.
Realización preferida de la invención
El sistema de protección, como se muestra en la Figura 1, comprende una primera unidad de descarga configurada para descargar la electricidad estática acumulada sobre las palas y una segunda unidad de descarga configurada para transferir la corriente desde el rayo cuando tiene lugar un evento de impacto de rayo en al menos una de las palas o en el rotor.
Más particularmente, la primera unidad de descarga comprende un primer elemento sólido (S1), un segundo elemento sólido (S2), un tercer elemento sólido (S3) y un cuarto elemento sólido (S4), en donde el primer y el cuarto elementos sólidos (S1, S4) están conectados en serie entre sí, y el segundo y tercer elementos sólidos (S2, S3) están conectados en paralelo entre sí y con el cuarto elemento sólido (S4).
Cada elemento sólido (S1, S2, S3, S4) comprende un componente conductor (R1, R2, R3, R4) con una resistencia eléctrica y un componente aislante con un voltaje de ruptura (V1, V2, V3, V4) conectado en paralelo con dicho componente conductor (R1, R2, R3, R4).
Por otro lado, la segunda unidad de descarga comprende un primer espacio de chispa (C1) con un primer voltaje de ruptura de espacio (V0) y un segundo espacio de chispa (C2) con un segundo voltaje de ruptura de espacio (V5) conectados en serie entre sí, en donde el primer espacio de chispa (C1) también está conectado en paralelo al primer elemento sólido (S1) y el segundo espacio de chispa (C2) también está conectado en paralelo al cuarto elemento sólido (S4).
Adicionalmente, como se puede ver en la Figura 1, el esquema eléctrico del sistema de protección comprende un primer y un segundo punto de conexión a tierra (GP1, GP2) conectados eléctricamente entre sí, pero ubicados en dos ubicaciones diferentes del generador eólico.
Más particularmente, el primer punto de conexión a tierra (GP1) es cualquier punto metálico del buje, preferiblemente la pista exterior del cojinete de pala, o el eje principal, ya que es integral al buje. Este primer punto de conexión a tierra (GP1) tiene un grado de libertad con respecto a la góndola gracias al cojinete de pala.
El segundo punto de conexión a tierra (GP2) es cualquier punto metálico de la góndola, preferiblemente el carril de goteo (9) o una pista que es integral al mismo. Este segundo punto de conexión a tierra (GP2) tiene un grado de libertad con respecto al buje gracias a los cojinetes del eje principal.
Preferiblemente, la conexión eléctrica entre el primer y el segundo punto de conexión a tierra (GP1, GP2) se realiza por medio del cojinete o cojinetes del eje principal del generador eólico.
Por lo tanto, cuando no ha caído ningún rayo sobre las palas del generador eólico, todos los espacios de chispa (C1, C2) están abiertos, ya que la corriente generada por la carga estática es pequeña, a una escala de microamperios (pA) a miliamperios (mA), por lo que la chispa no se activa y, por lo tanto, la primera unidad de descarga drena la carga estática desde las palas entre un primer punto (P0) y un segundo punto (P1) a través del primer componente conductor (R1), y posteriormente entre el segundo punto (P1) y el primer punto de conexión a tierra (GP1) a través del segundo componente conductor (R2).
Preferiblemente, el primer punto (P0) es un punto que está en contacto eléctrico con el supresor de rayos de la pala del generador eólico.
Debe observarse que el tercer y cuarto componentes conductores (R3, R4) tienen una resistencia eléctrica mucho más alta que el segundo componente conductor (R2), de manera que la carga estática se drena solo a través del segundo componente conductor (R2), sin drenaje de carga estática entre el segundo punto (P1) y el segundo punto de conexión a tierra (GP2).
Preferiblemente, el tercer sólido (S3) tiene propiedades mecánicas para actuar como soporte para el segundo sólido (S2).
Por lo tanto, cuando un rayo cae sobre las palas del generador eólico, el voltaje terminal del primer componente conductor (R1) es más alto que el voltaje de ruptura del primer espacio (V0), por lo que la corriente se drena inmediatamente a través del primer espacio de chispa (C1); y dado que el voltaje de ruptura del segundo espacio (V5) es mucho más pequeño que el segundo, tercer y cuarto voltajes de ruptura (V2, V3, V4) los rayos se mantienen siendo drenados hasta el punto de conexión a tierra (GP2) a través del segundo espacio de chispa (C2). Por lo tanto, la corriente de los rayos se drena desde el primer punto (P0) hasta el segundo punto de conexión a tierra (GP2).
Preferiblemente, el cuarto elemento sólido (S4) tiene propiedades mecánicas y está en contacto con el segundo punto de conexión a tierra (GP2) y sin ningún grado de libertad con respecto al mismo.
Por lo tanto, el sistema de protección cumple las siguientes condiciones:
• El primer voltaje de ruptura (V1) es más alto que el voltaje de ruptura del primer espacio (V0),
• El segundo voltaje de ruptura (V2) y el tercer voltaje de ruptura (V3) son más altos que el voltaje de ruptura del primer espacio (V0) y el voltaje de ruptura del segundo espacio (V5),
• El cuarto voltaje de ruptura (V4) es más alto que el voltaje de ruptura del segundo espacio (V5),
• Preferiblemente, el primer y el segundo componente conductor (R1, R2) tienen una resistencia eléctrica comprendida entre 10 Q y 500 kQ, y
• Preferiblemente, el tercer y cuarto componentes conductores (R3, R4) tienen una resistencia eléctrica superior a 10 MΩ y, por lo tanto, pueden considerarse elementos aislantes.
Más particularmente, como se muestra en la Figura 2, el sistema de protección de la primera realización preferida según el esquema eléctrico de la Figura 1, comprende:
• Un primer receptor (1) que está diseñado según el primer elemento sólido (S1), en donde el primer receptor (1), una vez instalado en el generador eólico, está configurado para estar en contacto con una banda metálica de la pala (8) que es equivalente eléctricamente al primer punto (P0). Preferiblemente, el primer receptor (1) comprende una barra de resistencia antiestática, según el primer elemento resistivo (R1), tal como un contacto guiado, una rueda o un rodillo, en contacto con la banda metálica de la pala (8) descargando continuamente la carga estática de la misma.
• Una resistencia vertical de la carga estática (2) está conectada al receptor de la pala (1) y es equivalente al segundo elemento sólido (S2), por lo tanto se usa para descargar la carga estática desde el primer componente conductor (R1) al primer punto de conexión a tierra (GP1), permitiendo así solo el flujo de electricidad estática,
• Una viga aislante (3) equivalente al tercer elemento sólido (S3) que está ubicada en paralelo a la resistencia vertical de la carga estática (2) y realizando dos funciones: por un lado, aísla el segundo punto (P1) con respecto al primer punto de conexión a tierra (GP1) para evitar que la corriente del rayo fluya a lo largo de los cojinetes del eje principal del generador eólico, y por otro lado, actúa como un soporte mecánico de un primer y un segundo brazo (5A, 5B). Por lo tanto, la viga aislante (3) está hecha de materiales aislantes que presentan buenas propiedades mecánicas capaces de soportar el sistema de protección. Preferiblemente, la viga aislante (3) tiene partes de sección transversal estándar, tales como perfiles en L, H, cuadrados o redondeados, hechos de material plástico o materiales compuestos (tales como plástico reforzado con fibra), de tal manera que el tercer voltaje de ruptura (V3) debe ser más alto que el voltaje de ruptura del primer espacio (V0) y el voltaje de ruptura del segundo espacio (V5) para garantizar que los rayos no puedan fluir a lo largo del mismo,
• Un segundo receptor (4) que está diseñado según el cuarto elemento sólido (S4) y en donde el segundo receptor (4), una vez instalado en el generador eólico está configurado para estar en contacto con alguna parte metálica de la góndola, tal como el carril de goteo (9) que es eléctricamente equivalente al segundo punto de conexión a tierra (GP2). Preferiblemente, el segundo receptor (4) comprende una barra de resistencia antiestática, tal como una rueda o un rodillo, configurado para desplazarse dentro de la góndola en contacto con dicho carril de goteo (9) y evitar el desgaste del mismo. Además, el segundo espacio de chispa (C2) debe encontrarse en paralelo con esta rueda,
• El primer y segundo brazo (5A, 5B) están configurados para sujetar y posicionar, respectivamente, los receptores (1,4) y dirigir la corriente del rayo desde los receptores hasta las puntos de conexión a tierra (GP1, GP2). El diseño de los brazos (5A, 5B) debe hacerse para evitar cualquier deformación de los mismos debido a variaciones de distancia entre el buje y la góndola, y también para evitar cualquier deformación debido a los efectos electrodinámicos de la corriente debida al rayo. Preferiblemente, cada brazo (5A, 5B) comprende un elemento metálico (10) con un perfil en U, cuya parte central soporta respectivamente los receptores (1, 4) y sus extremos que apuntan hacia la pala y la góndola, respectivamente. Por lo tanto, como se muestra esquemáticamente en la Figura 4, el centro del elemento metálico (10) está a una distancia D1 del bastidor (9) que es mucho más grande que la distancia D2 que es equivalente a la distancia entre los extremos del elemento metálico (10) con el bastidor (9), con el fin de lograr que el voltaje de ruptura del segundo espacio (V5) sea más pequeño que el cuarto voltaje de ruptura (V4), aplicándose estas mismas distancias de modo que el voltaje de ruptura del primer espacio (V0) sea más pequeño que el primer voltaje de ruptura (V1),
• Una viga metálica (6) conectada a la parte superior de la viga aislante (3), y que está configurada para conectarse a los brazos (5A, 5B) y con la resistencia vertical de la carga estática (2), y que es eléctricamente equivalente al segundo punto (P1), y
• Una base metálica (7) conectada a un componente metálico fijado a la pista exterior del cojinete de pala, o eje principal, y a la viga aislante (3), que es equivalente eléctricamente al primer punto de conexión a tierra (GP1).
Por lo tanto, la única diferencia con el sistema de protección de la primera realización y el sistema de protección de la segunda realización mostrada en la Figura 3 es donde la resistencia vertical de la carga estática (2) se conecta eléctricamente.
Finalmente, en otra realización, al menos el primer y/o el cuarto elemento sólido (S1, S4) se han suprimido, de tal manera que, sin rayos, la carga estática se descarga a través del componente conductor (R2) directamente al tercer punto de conexión a tierra (GP3) a través del cojinete al buje, ya que la pista exterior del cojinete de pala está fijada al buje, alcanzando el primer punto de conexión a tierra (GP1).
Mientras que, con un evento de rayo, el primer y el segundo espacio de chispa (C1, C2) se activan, y los rayos se drenan hasta el segundo punto de conexión a tierra (GP2).
Por lo tanto, el sistema de protección cumple las siguientes condiciones:
• El segundo voltaje de ruptura (V2) y el tercer voltaje de ruptura (V3) son más grandes que el voltaje de ruptura del primer espacio (V0) y el voltaje de ruptura del segundo espacio (V5),
• Preferiblemente, el segundo componente conductor (R2) tiene una resistencia eléctrica comprendida entre 10 ü y 500 kü, y
• Preferiblemente, el tercer componente conductor (R3) tiene una resistencia eléctrica superior a 10 Mü y, por lo tanto, estos pueden considerarse elementos aislantes.
En esta realización preferida, el sistema de protección se reduce a la resistencia vertical de la carga estática (2) en contacto en uno de los extremos del mismo con el extremo inferior del supresor de rayos (11) que en este caso es equivalente al primer punto (P0), y en el otro extremo en contacto con el tercer punto de conexión a tierra (GP3). Esta realización se implementa a un sistema de transferencia sin contacto contra los rayos, caracterizado porque el primer y segundo receptor (1, 4) no están en contacto físico con la banda de la pala o con el segundo punto de conexión a tierra (GP2) de la góndola.
En una realización preferida adicional, el sistema de protección comprende un tercer punto de conexión a tierra (GP3) que es la pista interna del cojinete de pala o cualquier elemento metálico que está físicamente conectado a esta pista y que gira integralmente a la misma. Este tercer punto de conexión a tierra (GP3) no tiene ningún grado de libertad, ya que gira junto con el cojinete de pala.
Preferiblemente, la conexión eléctrica entre el tercer y el primer punto de conexión a tierra (GP3, GP1) se lleva a cabo por medio del cojinete de pala.
Particularmente, el segundo elemento sólido (S2) está conectado eléctricamente al primer punto y al tercer punto de conexión a tierra (GP3), de tal manera que toda la carga estática acumulada sobre la pala se drena a través del segundo componente resistivo (R2). Con esta modificación, y sin tener que drenar la carga estática entre el primer y el segundo punto (P0, P1), el primer elemento sólido (S1) puede tener un primer componente conductor (R1) con una resistencia muy alta, es decir, puede actuar como un aislador y, por lo tanto, no hay drenaje estático de carga entre el primer y el segundo punto (P0, P1).
Más particularmente, sin rayos, la carga estática se descarga por el segundo componente conductor (R2) directamente al tercer punto de conexión a tierra (GP3), a través del cojinete al buje, ya que la pista exterior del cojinete de pala está fijada en el conector que alcanza el primer punto de conexión a tierra (GP1).
Mientras que, con la caída de rayos, el primer y el segundo espacio de chispa (C1, C2) se activan, y los rayos se drenan hasta el segundo punto de conexión a tierra (GP2), es decir, el carril de goteo (9) o una pista que es integral al mismo. Por lo tanto, el sistema de protección cumple las siguientes condiciones:
• El primer voltaje de ruptura (V1) es más alto que el voltaje de ruptura del primer espacio (V0),
• El segundo voltaje de ruptura (V2) es mayor que la suma del primer voltaje de ruptura (V0) y el voltaje de ruptura del segundo espacio (V5),
• El tercer voltaje de ruptura (V3) es más alto que el voltaje de ruptura del segundo espacio (V5),
• El cuarto voltaje de ruptura (V4) es más alto que el voltaje de ruptura del segundo espacio (V5),
• Preferiblemente, el segundo componente conductor (R2) tiene una resistencia eléctrica comprendida entre 10 ü y 500 kü, y
• Preferiblemente, el primer, tercer y cuarto componentes conductores (R3, R4) tienen una resistencia eléctrica superior a 10 Mü y, por lo tanto, estos pueden considerarse elementos aislantes.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    i . Sistema de protección eléctrica para turbinas eólicas con palas que giran con respecto al buje de una góndola, en donde el sistema de protección eléctrica permite transferir a tierra la electricidad estática acumulada en las palas y la corriente proveniente de un rayo cuando un rayo cae en las palas o en el rotor, en donde el sistema de protección eléctrica comprende:
    -una primera unidad de descarga configurada para estar en contacto con alguna parte metálica de la pala y descargar continuamente a tierra, a través de la estructura metálica del buje, la electricidad estática acumulada en las palas, y
    -una segunda unidad de descarga configurada para descargar a tierra la corriente del rayo cuando hay un evento de caída de rayos en al menos una de las palas o en el rotor, en donde la segunda unidad de descarga comprende un primer espacio de chispa (C1) con un voltaje de ruptura del primer espacio (V0) y un segundo espacio de chispa (C2) con un voltaje de ruptura del segundo espacio (V5), caracterizado porque el sistema de protección eléctrica está en contacto eléctrico con al menos un primer punto de conexión a tierra (GP1) del generador eólico al que se transfiere la electricidad estática acumulada sobre las palas, en donde este primer punto de conexión a tierra (GP1) es cualquier punto metálico del buje, y
    en donde el sistema de protección eléctrica está en contacto eléctrico con al menos un segundo punto de conexión a tierra (GP2), que es cualquier punto metálico de la góndola, a la que la corriente del rayo se va a transferir solo durante un evento de caída de un rayo.
  2. 2. Sistema de protección eléctrica según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera unidad de descarga comprende al menos dos elementos sólidos seleccionados de: un primer elemento sólido (S1), un segundo elemento sólido (S2), un tercer elemento sólido (S3), un cuarto elemento sólido (S4) o una combinación de los mismos.
  3. 3. Sistema de protección eléctrica según la reivindicación 2, caracterizado porque la primera unidad comprende el primer elemento sólido (S1), el segundo elemento sólido (S2), el tercer elemento sólido (S3) y el cuarto elemento sólido (S4), en donde el primer y el cuarto elementos sólidos (S1, S4) están conectados en serie entre sí, y el segundo y tercer elementos sólidos (S2, S3) están conectados en paralelo entre sí y con el cuarto elemento sólido (S4).
  4. 4. Sistema de protección eléctrica según la reivindicación 3, caracterizado porque el primer espacio de chispa (C1) y el segundo espacio de chispa (C2) están conectados en serie entre sí, y donde el primer espacio de chispa (C1) también está conectado en paralelo al primer elemento sólido (S1), y el segundo espacio de chispa (C2) también está conectado en paralelo al cuarto elemento sólido (S4).
  5. 5. Sistema de protección eléctrica según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque la primera unidad de descarga comprende el segundo elemento sólido (S2) y el tercer elemento sólido (S3) conectados en paralelo entre sí.
  6. 6. Sistema de protección eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el primer espacio de chispa (C1) y el segundo espacio de chispa (C2) están conectados en serie entre sí.
  7. 7. Sistema de protección eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque cada elemento sólido (S1, S2, S3, S4) comprende un componente conductor (R1, R2, R3, R4) con una resistencia eléctrica, y un componente aislante con un voltaje de ruptura (V1, V2, V3, V4) conectado en paralelo a dicho componente conductor (R1, R2, R3, R4).
  8. 8. Sistema de protección eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la carga estática acumulada en el rotor se drena desde un primer punto (P0) hasta el primer punto de conexión a tierra (GP1) a través del primer y el segundo componente conductor.
  9. 9. Sistema de protección eléctrica según la reivindicación 8, caracterizado porque la corriente del rayo fluye a través del espacio de chispa (C1, C2), en donde el primer punto (P0) y el segundo punto de conexión a tierra (GP2) tienen el mismo potencial durante un evento de caída de rayo.
  10. 10. Sistema de protección eléctrica según la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque el primer elemento sólido (S1) es un primer receptor (1) que una vez instalado en el generador eólico, está configurado para poner en contacto una banda metálica de la pala (8) que es eléctricamente equivalente al primer punto (P0), y que comprende una barra de resistencia antiestática, según el primer elemento resistivo (R1) y con el primer voltaje de ruptura (V1).
  11. 11. Sistema de protección eléctrica según la reivindicación 10, caracterizado porque el segundo elemento sólido (52) es una resistencia vertical de carga estática (2) que está unida al receptor de pala (1) y configurada para descargar la carga estática desde el primer componente conductor (R1) al primer punto de conexión a tierra (GP1).
  12. 12. Sistema de protección eléctrica según la reivindicación 11, caracterizado porque el tercer elemento sólido (53) es una viga aislante (3) en paralelo con la resistencia vertical de carga estática (2) configurada para aislar un segundo punto (P1) con respecto al primer punto de conexión a tierra (GP1) y evitar la corriente del rayo a lo largo de los rodamientos del eje principal del generador eólico, y para actuar como soporte mecánico.
  13. 13. Sistema de protección eléctrica según la reivindicación 12, caracterizado porque el cuarto elemento sólido (S4) es un segundo receptor (4) que comprende un elemento eléctricamente aislante según el cuarto elemento resistivo (R4) y con el cuarto voltaje de ruptura (V4) y configurado para desplazarse dentro del carril de goteo (9) de la góndola.
  14. 14. Sistema de protección eléctrica según la reivindicación 13, caracterizado porque comprende un primer y un segundo brazo (5A, 5B) configurado para sujetar y posicionar, respectivamente, los receptores (1, 4) y conducir la corriente producida por rayos de los receptores (1, 4) al segundo punto de conexión a tierra (GP2).
  15. 15. Sistema de protección eléctrica según la reivindicación 14, caracterizado porque cada brazo (5A, 5B) comprende un elemento metálico (10) ubicado a una distancia determinada, respectivamente, de la banda metálica de la pala (8) y el carril de goteo (9) para generar el primer y el segundo voltaje de ruptura del espacio (V0, V5).
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