KR20030009471A - 풍력 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력장치에 관한 것이다. 현대 타입의 풍력장치, 예를들어 에르콘에서 나온 타입 E-40 또는 E-66의 하나는 보통 예를들어 독일 등록공보 4436197호로부터 공지된 불꽃 보호 시스템을 장착한다.

본 발명의 목적은 상기 문제점을 방지하는것으로서, 상세히 말하면 스파크 경로에서 플래쉬 오버 효과에 의한 전기 시스템에 대한 방해의 총수를 감소하는 것이다.

적어도 하나의 축차 날개의 정전기를 연속하여 방전하는 기구로 구성되는 풍력설비가 제공된다.

Description

풍력 장치{ WIND POWER INSTALLATION }

상기 공지된 불꽃 보호 시스템의 경우, 축차 날개가 전기적으로 축으로부터 분리될 때, 상기 개개의 축차날개에 정전기가 발생할 수 있다. 축차 날개의 정전기는 풍력 장치의 축차의 축차날개에 대응한 공기의 마찰로 인하여 발생한다. 상기 각 공기 습도 또는 다른 불리한 날씨는 상기 축차 날개들(또는 그것의 점화 보호 시스템들)의 충전속도의 완급에 영향을 미친다. 공기 간극의 플래쉬 오버 전압(Flash-over voltage)이 될 때까지 상기 정전기는 발생한다. 플래쉬 오버(flash-over)는 그 때 발생하고, 전체 시스템 또는 축차 날개들은 방전된다. 상기 플래쉬 오버는 이상적으로 극한 대역폭(이상적으로 무한 대역폭)을 가지는 펄스의 형태로 실제적으로 발생하며, 그러한 플래쉬 오버는 극히 높은 대역을 가지는 전자기파(EMC)(electromagnetic wave)를 발생시킨다. 폭풍에 의한 불꽃 충격이 아닌 축차의 정전기에 기인한 이러한 돌연한 방전은 플래쉬 오버 영역 주위에 있는 풍력설비의 전체적인 전자 시스템, 일 예로 개개의 축차 날개를 제어하고 정규화 하는 상기 컴퓨터 또는 마이크로프로세서를 방해한다. 그러나, 풍력 설비의 다른 전기적 기구도 또한 영향을 받는다. 상기 전기기구는 스파크 플래쉬 오버(spark flash-over) 경로의 도중 또는 근처에 배치된다. 상기 회전 축차 날개들의 충전은 규칙적으로 전기기구들의 규칙적인 방해를 가지는 스파크 간격에서의 플래쉬 오버 효과를 포함한다. 그러나 상기 방해는 전체적인 전기 설비 기구들의 보호에 대하여 바람직하지 아니하다.

본원 발명의 목적은 상기 문제점을 피하기 위한 것이다. 상세히 말하면, 스파크 경로에서의 플래쉬 오버 효과로 인한 전자 시스템의 방해의 총수를 감소시키는 것이다.

본원발명은 풍력 장치에 관한 것이다. 현대식 풍력 장치, 예를 들어 에네르콘의 E-40형 또는 E -66형 중의 하나는 보편적으로 불꽃 보호 시스템을 구비하여 설치된다. 상기 불꽃 보호 시스템은 예컨대 독일 특허등록공보 4436290 호, 독일 공록공보 19826086호, 독일 특허등록공보 19501267 호, 독일 특허등록공보 4445899 호, WO 00/14405 또는 WO 96/07825에서 공지된다.

상기 목적은 청구항 1의 특성을 가진 풍력 설비에 의하여 달성된다. 바람직한 발전은 종속항에 기재된다.

본 발명은 연속적으로 축차날개의 정전기를 방전하는 것을 제안하는 것에 기초한다. 이런 관점에서, 플래쉬 오버 전의 스파크 간격 전압에서의 전압이 습도에 따라 용이하게 20 kV 내지 30 kV 사이에 도달하게 되는 것은 주목된다. 따라서, 축차 날개들(방전 회로)을 연속적으로 방전시키는 장치는 필수적으로 두 가지 조건을 만족시켜야한다. 더 상세히 하면 첫 번째로 연속 방전 경로는 축차 날개들의 정전기가 방지되는 적은 저항으로 되어 있어야 하며, 두 번째로, 연속 방전 경로는 30kV 이상(그러한 서지전압(surge voltage)은 불꽃 충돌의 경우에 발생한다.)에서 서지전압을 유지하는 위치에 있어야 한다.

상기 축차 날개들의 연속 장전 기구가 인덕터와 저항의 전환 저항으로 이루어진 연속 회로를 구비하는 방전 회로로 이루어지는 것은 특별히 바람직하다. 이것은 도 1에 도시된다. 이 경우, 전환 저항은 약 50k?? 의 수치를 가지며, 인덕터는 바람직하게 10 ??H 이상의 수치를 구비한다.

축차 날개들의 정전기 방전동안, 인덕터는 디버터 전류가 매우 적은 직류전압을 나타내는 경우 작동하지 않는다. 도 1에서 도시된 회로가 축차 날개를 접지시켰을 때, 이것은 각 축차 날개가 50k??의 저항으로 접지 되도록 연결되는 것을 의미한다.

불꽃 충격(폭풍으로 인한)의 경우, 스파크 간격(도 1에 도시된 방전 회로)에서의 전압은 매우 높게 증가한다. 상기 전압의 양은 공간, 접촉 팁의 커브의 지름 과 공기 습도 정도에 따른다. 상기 인덕터는 정전 디버터(R+L)를 통하여 흐르는 전류의 증가를 지금 제한한다. 이것은 상기 디버터 저항의 정확한 수동 보호를 제공한다.

상기 저항이 줄 저항으로 형성되고 동시에 후자가 감겨진 옴 저항이고, 또한 상기 인덕터가 그러한 형상으로 형성되어 큰공간을 줄일 수 있다는 것은 특별한 장점이다. 이것은 본 출원의 도 2의 도면에 도시된다. 적절한 라인을 구비하는 다섯 개가 연속으로 연결된 권선 저항은 도 2에 도시된다.

상기 권선 저항의 형상은 확실한 전압분배를 저항의 전체에 제공할 수 있다는 장점을 제공한다.

본 발명에 따른 형상의 다른 장점은 풍력장치의 전 전자 시스템의 높은 보호를 보장하고 상기 정적 디버터에 의한 정전기의 돌연한(서지와 같은) 방전을 제공하는 단순한 구조에 있다.

상기 정적 디버터(정전기의 연속 방전을 위한 기구)는 최종적으로 단순한 저항과 유도 소자로 이루어지는 전기 임피던스로 구성되며, 유도 요소와 정적 디버터는 스파크 간격에 평행하게 배열된다.

도 3은 풍력장치의 본 발명에 따른 정적 디버터의 배열을 도시한다. 상기 풍력장치는 축차 날개가 배열된 축차 허브과 축차 허브와 연결된 발전기로 이루어진 이송기를 구비한다. 상기 기계 이송기(14)는 수직축에 관하여 회전가능하게 파일론(pylon)(3)에 형성된다. 상기 파일론(3)은 기초부(4)에 고정된다. 상기 축차 날개(5)는 그것의 전체도면으로 설명된다. 상기 축차 날개(5)의 팁은 가공된 알루미늄부(6)의 형상으로 형성된다. 전체적으로 축차 날개근(24)의 주위로 연장된 알루미늄 링(8)은 축차 날개근(24)상에 위치한다. 상기 축차 날개의 리딩 에지(leading edge)와 트레일링 에지(trailing edge)에서 연장되는 막대 모양의 전도 요소(7)는 상기 팁의 가공된 알루미늄부(6)와 축차 날개근(24)에 배열된 알루미늄링(8)을 연결한다.

점화 로드(9)는 알루미늄링(8)의 높이에서 축차 날개근(24)의 영역 내에 점화 디버터부재로서 배열된다. 상기 점화 로드(9)는 전송 돌출부(11)에 의하여 전기 전도성 디버터 링에 소정의 공간, 예를 들어 3㎜,을 두고 가까이 위치한다. 돌출부(11)와 떨어진 그것의 자유 종단으로 상기 점화 로드(9)는 소정의 거의 같은 공간을 두고 알루미늄링(8)에 가까이 위치한다.

상기 접지 디버터 링(10)은 축차축과 동축으로 형성된다. 그래서 상기 돌출부(11)가 축차 날개(5)의 전 회전 운동 동안 그곳으로부터 근접하게 형성되는 것이 보장된다.

상기 기계 축차(14) 상의 돌출부는 전기적 전도 연결부(13)를 구비하는 기계 이송기(14)에 연결된 부가적인 점화 로드(12)이다.

상기 정적 디버터는 상기 알루미늄링(8)과 날개 어댑터(adaptor)의 사이에 전도적으로 배열된다. 축차 날개의 측면에서 정전기 방전은, 상기한 바와 같은, 그것의 방법으로서 영향을 받는다.

도 3에 도시된 그림은 확대한 도 4에서 다시 한번 설명된다.

이 경우에, 수평 알루미늄 링(8)은 단지 축차 날개근부 주위에 형성된다. 설명된 지지기구의 전도요소(7)의 하부종단은 전기적으로 상기 알루미늄 링(8)에 전기 전도적으로 연결된다. 상기 알루미늄 링(8)과 상기 디버터 링(10)의 사이에 있는 상기 전기 전도의 점화 디버터 경로는 점화로드(9)에 의하여 제조되며, 상기 점화로드는 축차날개(5)와 회전하고 전기적 비전도물체로 형성된 축차 허브 케이싱(15)상에 클립과 같은 것에 의하여 수평으로 놓여있는 위치에 고정된다. 점화로드(9)와 전송 돌출부(11)를 연결하는 교차 연결기(16)는 축차날개(5)로부터 떨어져 있는 점화로드(9)의 일 종단에 배열된다. 상기 돌출부(11)는 축차 허브 케이싱(15)을 통하여 수직으로 주어진 공간만큼 떨어져서 상기 디버터 링(10)과 근접하게 형성된다.

도 5에 도시된 그림은 또한 디버터 링(10)이 돌출부(11)가 접근하는 지역에서 교차 연결구(16)의 높이에서 소정의 점화 디버터 경로(17)를 비교적 작은 래커 층 두께의 형태로 갖는 것을 보여준다. 도 5는 또한 알루미늄 링(8)이 축차날개근(24)의 주위에 반구형 형상으로 둘러싸여 있어, 양 전도 요소(7)와 연결되고 축차날개의 가능한 각도 위치에서 점화 로드(9)로의 전기적 작동 연결을 보증한다. 소정의 공간만큼 떨어져 알루미늄 링(8)과 근접하게 형성된 그 자유종단(25)에서 점화 로드(9)는 주위와 비교하여 필드 강도(field strength)를 증가시키는 원뿔형의 팁을 구비한다.

도 6은 기계 이송기(14)와 파일론(3)의 상부영역 사이에 위치한 전기적 전도 연결구를 도시한다. 수평으로 위치한 마찰 디스크(20)는 기계 이송구(14)의 회전축과 동축으로 파일론(3)의 영역 내에 설치된다. 파일론(3)을 향한 영역에서, 기계 이송구(14)는 접촉압력으로 작용하는 스러스트 로드(thrust rod)의 형태인 불꽃 디버터 요소를 가진다. 상기 스러스트 로드(19)는 마찰 디스크(20)에 대응하여 압력을 가하여 전기적 전도 연결을 제공하는 것과 같은 방법으로 기계이송구(14)상의영역내에 수직으로 정열된다. 그 연결은 기계 이송구(14)가 회전운동을 수행할지라도 마찰 접촉에 의하여 유지된다.

풍력 설비상의 불꽃 충격은 다음과 같이 전환된다:

축차 날개(5)상의 불꽃 충격은 첫 번째로 기계 이송기(14)로 전환된다. 가공 알루미늄 부(6) 또는 전도 요소(7)로부터 시작해서, 불꽃은 전도 요소에 의하여 알루미늄 링(8)으로 전환된다. 순간적인 축차 날개 각에 상관없이 불꽃은 알루미늄 링(8)으로부터 불꽃 로드(9)에 의하여 디버터 링(10)으로 전도된다. 상기 불꽃은 소정의 디버터 링(10)의 불꽃 전환 경로(17)를 통해 전도 연결(미도시)로 기계 이송기(14)로 전송된다.

상기 부가 불꽃 로드(12)상의 불꽃 충격은 연결부(13)에 의하여 기계 이송기(14)로 동일하게 전환된다.

불꽃은 상기 기계 이송기(14)로부터 스러스트 로드(19)와 마찰 접촉하는 마찰 디스크(20)에 의하여 파일론(3)으로 전환된다. 따라서, 기계 이송기(14)의 순간 회전 위치와 상관없이 불꽃 전환은 보장된다.

또한, 상기 불꽃 전환은 파일론(3), 기초부(4), 그리고 지면으로 연장된 접지링(27)에 의하여 영향 받는다.

상기한바와 같이, 본 발명은 한편으로는 축차 날개로부터의 정전기의 연속 방전이 뛰어난 형태에서 발생되는 방법을 보여 주나, 다른 한편으로는 축차 날개상의 불꽃점화가 풍력 장치에 손상을 주지 않으며 제거할 수 있는 방법을 보여준다. 상기 정전기가 정적 디버터와 상기 허브에 의하여 직접적으로 제거되는 동안, 불꽃 충격으로부터 발생한 충전은 상기 허브를 지나서, 더 상세히 말하면 허브의 베어링을 지나면서 제거된다. 정전기선과 또한 축차 날개 팁으로부터 축차 날개근 영역으로의 불꽃 전류는 동일하다. 그러나, 풍력설비를 보호하기 위하여 불꽃 충격이 상기 허브 또는 상기 허브의 베어링을 통하여 이송되지 않는 것이 요구된다.

한편으로는 정전기를 위한 다양한 충전 경로들의 분리하는 것과, 다른 한편으로는 불꽃을 흐르게 하는것은 매우 효과적이며, 풍력장치와 관련하여 그것은 매우 성공적으로 시험될 수 있다. 전체적인 비용이 감소된다.

본 발명에 의하면 축차 날개들의 정전기 또는 불꽃 충격들로부터 발생하는 방해효과가 현저하게 감소될 수 있다. 상이한 전도 경로들에 의한 불꽃흐름과 정전 흐름 전환의 특별한 조합은 몇몇의 장치에서 매우 성공적인 것으로 증명된다.

Claims (22)

1. 적어도 하나의 풍력장치 축차 날개의 정전기를 연속적으로 방전하는 기구를 포함하는 풍력 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 연속 방전 기구는 옴 저항과 인덕터로 이루어지는 연속적인 회로를 포함하고, 상기 회로는 축차 날개와 접지 연결부를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 풍력 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 연속 방전 기구는 풍력장치의 불꽃 보호 시스템의 스파크 간격과 평행하게 연결되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 옴 저항은 적어도 10kΩ, 바람직하게는 50kΩ인 것을 특징으로 하는 풍력장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 인덕터는 적어도 2μH, 바람직하게는 10μH 보다 큰 것을 특징으로 하는 풍력장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 인덕터는 권선 저항으로 구성된 것을 특징으로 하는 풍력장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 옴 저항은 선 저항으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 연속 방전 기구는 일측으로는 상기 축차 날개의 전기적 불꽃 전환 연결부(8)와 전기적으로 연결되며, 타측으로는 축차 날개의 체결부(날개 어댑터)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 연속 방전 기구에 의하여 이송되는 상기 충전은 풍력장치의 상기 허브에 의하여 이송되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    하부구조상에 회전가능하게 형성되며, 기계이송기상에 형성된 축차 축을 구비하고, 축차 허브를 구비하고, 적어도 하나의 축차 날개를 구비하며, 축차 날개들로부터 전기적으로 접지된 기계 이송기(14)의 고정된 전기적 전도 요소까지의 불꽃 보호 전송 전도 수단을 구비하는 기계이송기를 가지는 것을 특징으로 하되;

    상기 불꽃 보호 전송 전도 수단은 축차 허브와 관련한 단열 공간에서 축차 날개근(24)의 영역에 배열되며 전기적으로 축차 날개근(24)에 연결된 불꽃 전환 부재의 형태로 이루어지며, 기계 이송기(14)의 고정된 전기적 전도 요소와 소정의 간격을 두고 근접하게 움직이는 전송 돌출부(11)를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 불꽃 전환 부재는 불꽃 로드(9)인 것을 특징으로 하는 풍력 장치.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

    상기 기계 이송기(14)의 고정된 전기적 전도 요소는 축차 축과 동축으로 형성된 전환링이고,

    상기 전송 돌출부(11)를 향한 영역의 상기 링은 소정의 불꽃 전환 경로(17)를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
13. 제 11 항에 있어서,

    전송 돌출부(11)로부터 이격된 자유단을 갖는 불꽃 로드(9)는 축차 날개근(24)상에 형성된 전기 전도 요소와 소정의 간격으로 근접하게 이동하는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
14. 하부구조에 회전가능하게 형성되며, 축차 허브를 구비하는 기계 이송기 상에 설치된 축차 축을 구비하며, 적어도 하나의 축차날개를 구비하는 풍력장치에 있어서,

    상기 각 축차 날개(5)는 축차 날개근(24)상에 배열되며 서로 전기적인 전도에 의하여 연결되는 전기적 전도요소들을 그것의 팁과 축차 허브와 관련한 단열공간에 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    축차 날개(5)의 팁에 위치하는 상기 전도 요소가 가공 알루미늄부(6)의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

    상기 축차 날개(5)의 팁과 그것의 축차 날개근(24)에 형성된 전도 요소들을 전기 전도적으로 연결하는 전기 전도 요소들(7)이 각 출차 날개(5)의 트레일링 에지와 리딩 에지에 배열되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

    축차 날개근(24)상에 형성된 상기 전도 요소는 그것의 표면상의 축차 날개근(24)주위에 적어도 바람직한 분할 형태로 수평으로 연장된 알루미늄 링(8)인 것을 특징으로 하는 풍력 장치.
18. 하부 구조상에 회전 가능하도록 위치하며 하나의 축차 날개와 축차 허브를 갖는 기계 이송기상에 설치된 축차 축을 가지는 기계 이송기를 구비하는 풍력장치에 있어서,

    상기 하부구조의 전기 전도 요소와 마찰 접촉하는 불꽃 전환 요소가 하부구조를 향하는 기계 이송기(14)의 영역에 배열되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 불꽃 전환 요소는 접촉 압력의 작용에 영향 받기 쉬운 스러스트 로드(19)의 형태로 있는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,

    하부구조의 상기 전기 전도 요소는 수평면인 하부구조의 상부영역에 놓여지며 기계 이송기(14)의 회전축과 동축으로 배열되는 마찰 디스크(20)인 것을 특징으로 하는 풍력장치
21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 축차 날개는 예를 들어 유리 섬유 강화 플라스틱 물질과 같은 전기적 비전도 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.
22. 불꽃 전환 부재를 갖는 불꽃 보호 기구와 적어도 하나의 풍력 장치 축차 날개의 정전기를 방전하는 기구를 구비하는 풍력장치에 있어서,

    상기 풍력장치는 축차 허브와 그것에 고정되는 축차 날개를 가지고, 상기 정전기는 축차 날개 허브의 영역내에서, 불꽃과 함께 발생하는 충전과는 다른 경로에 의하여 제거되며,

    상기 정전기는 상기 허브에 의하여 제거되고, 불꽃과 함께 발생하는 정전기는 상기 허브를 지나면서 제거되는 것을 특징으로 하는 풍력장치.