KR20110135350A - 풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템 - Google Patents

풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템 Download PDF

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KR20110135350A
KR20110135350A KR1020110056119A KR20110056119A KR20110135350A KR 20110135350 A KR20110135350 A KR 20110135350A KR 1020110056119 A KR1020110056119 A KR 1020110056119A KR 20110056119 A KR20110056119 A KR 20110056119A KR 20110135350 A KR20110135350 A KR 20110135350A
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카이 올젠
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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

탑(2), 상기 탑(2)의 상단의 나셀(3), 상기 나셀(3)의 전방 단부의 회전축(a)을 중심으로 회전하는 블레이드 허브(4) 및 상기 블레이드 허브(4)에 부착되는 블레이드(5)를 구비하는 풍력 터빈(1)용 낙뢰 보호 시스템으로서, 상기 블레이드(5) 내부의 내부 도선(11), 상기 블레이드(5) 외부에 배치되며 상기 내부 도선(11)과 전기 통신하는 외부 도선(12), 상기 나셀(3)의 전방 단부에 배치되며 상기 외부 도선(12)과 전기 통신하는 수집 도선(13), 및 지면에 연결되며, 상기 수집 도선(13)과 전기 통신하는 인하 도선(14)을 포함하며, 상기 외부 도선(12) 및 수집 도선(13)은 상기 회전축(a)에 대해 실질적으로 동일한 간격을 갖는 풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템이 개시된다.

Description

풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템{Lightning protection system for a wind turbine}
본 발명은 풍력 터빈(wind turbine)용 낙뢰 보호 시스템(lightning protection system) 및 낙뢰 보호 시스템을 갖춘 풍력 터빈에 관한 것이다.
풍력 터빈은 일반적으로 낙뢰의 타격에 의해 야기된 큰 전류가 풍력 터빈의 구성요소들을 손상시키지 않고 지면으로 전도될 수 있도록 보장하기 위해 낙뢰 보호 시스템을 갖춘다.
낙뢰에 가장 노출되는 부분은 블레이드이다. 따라서, 낙뢰 보호 시스템은 블레이드로부터 지면으로의 전도 경로를 제공하는 것이 중요하다.
회전하는 블레이드 허브와 발전기 사이에 배치되는 기어 감속부(gear reduction)를 갖는 풍력 터빈은 통상적으로 낙뢰 보호 시스템에 대해 견고한 환경(robust situation)을 제공하는 대형 주 베어링(large main bearings)을 갖는다. 일반적으로, 전류는 블레이드로부터 베어링, 샤프트 및 일종의 스파크 갭(spark gap)을 통하여 및 더 나아가 지면으로 안내된다.
감속 기어 및 대형 베어링을 갖지 않는 직접 구동 풍력 터빈은 특히 외부 로터가 활용되는 경우, 낙뢰 보호 시스템에 대해 유리한 조건을 제공하지 않는다.
EP 01930586 A1은 블레이드 내부의 와이어 도선(wire conductor)으로부터 블레이드의 기단부(root end)의 금속 스트립으로 및 더 나아가 나셀의 하우징에 부착된 거터(gutter)로의 전도 경로를 갖는 풍력 발전기용 낙뢰 보호 시스템을 제시한다. 낙뢰 전달 요소(lightning transmission element)가 허브에 고정됨으로써 2개의 스파크 갭을 형성한다. 하나의 스파크 갭(spark gap)은 낙뢰 전달 요소와 금속 스트립 사이에 배치되는 반면, 제2 스파크 갭은 낙뢰 전달 요소와 거터 사이에 배치된다.
본 발명의 목적은 풍력 터빈에 대해 개선된 낙뢰 보호를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1 및 청구항 11의 특징을 각각 갖는 본 발명에 따라 해결된다.
일 양태에서, 본 발명은 풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템에 관한 것이다. 풍력 터빈은 탑, 상기 탑의 상단의 나셀, 상기 나셀의 전방 단부의 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드 허브 및 상기 블레이드 허브에 부착되는 블레이드를 갖는다. 상기 낙뢰 보호 시스템은 상기 블레이드 내부의 내부 도선, 상기 블레이드 외부에 배치되며 상기 내부 도선과 전기 통신하는(in electrical communication with) 외부 도선, 상기 나셀의 전방 단부에 배치되며 상기 외부 도선과 전기 통신하는 수집 도선, 및 지면에 연결되며, 상기 수집 도선과 전기 통신하는 인하 도선(down-conductor)을 갖는다. 상기 외부 도선 및 수집 도선은 상기 회전축에 대해 실질적으로 동일한 간격을 갖는다. 상기 낙뢰 보호 시스템의 상이한 도선들은 함께 연결되어서, 낙뢰 전류의 점핑(jumping) 또는 섬락(flash-over)이 불필요하거나 일어나지 않을 수 있다. 분리된 수집 도선은 발전기, 주 베어링 또는 전기 또는 전자 시스템과 같은 풍력 터빈의 민감한 내부 부품들에 해가 없이, 낙뢰 전류의 안전한 전달을 허용한다.
상기 외부 도선은 와이퍼를 포함하고, 상기 수집 도선은 수집 경로를 포함하며, 상기 수집 경로는 상기 회전축 둘레에 원의 단편 형상을 갖는다. 이러한 장치는 이동성 부분, 즉 내부 및 외부 도선을 갖는 블레이드와 고정 부분, 즉 수집 도선 및 인하 도선 사이에 우수한 전이(good transition)를 제공한다. 상기 수집 경로는 모든 상황에서 특정한 오버랩(overlap)을 보장하도록 와이퍼 또는 브러시(brush)보다 더 큰 폭(breadth)을 가질 수 있다. 적어도 외부에 노출되는 낙뢰 보호 시스템의 이들 부분은 스테인리스 스틸과 같은 스테인리스 재료로 이루어질 수 있다.
수집 경로의 원의 단편은 대략 120, 180, 또는 360°의 각도를 가질 수 있다. 이러한 각도는 모든 블레이드가 동시에 수집 경로와 접촉할 필요가 없을 수 있기 때문에, 블레이드의 개수를 고려할 수 있다. 3개의 블레이드에 대해, 약 120°의 각도는 하나 이상의 블레이드가 항상 수집 경로와 접촉하도록 보장한다. 180°의 각도는 하나 또는 두개의 블레이드로 로터를 지지할 수 있다. 360°의 각도에 대해, 회전 부분과 고정 부분 사이에 원형 또는 관형 수집 경로의 일정한 접촉이 주어진다.
수집 도선은 나셀 및/또는 외부 로터 위에 배치될 수 있다. 완전한 원(full circle)의 형태 또는 원의 단편의 형태의 수집 도선의 두 경우에 대해, 수집 도선은 나셀 및/또는 외부 로터 위에 위치된다. 이는 낙뢰에 가장 노출되는 최상부 블레이드의 외부 도선의 수집 도선에 대한 접촉을 보장한다. 발전기의 외부 로터 둘레의 블레이드 또는 복수의 브레이드로부터 낙뢰 전류를 전도하는 것 외에도, 수집 도선은 또한 태양에 의한 외부 로터의 가열(heat up)을 방지하는 선 쉐도우(sun shadow)로서 작용한다. 수집 도선은 발전기 또는 다른 민감한 부분에 대한 낙뢰 전류의 섬락의 위험을 감소시키는 풍력 터빈의 나셀 또는 다른 부분으로부터 분리된다.
수집 도선은 발전기 및 전자 시스템과 같은 풍력 터빈의 중요 부분(critical parts)을 덮는 상기 회전축의 방향의 길이를 가질 수 있다. 낙뢰 보호 시스템의 도선들은 낙뢰 전류의 점프 오버(jump overs)의 가능성을 감소시키도록 풍력 터빈의 민감한 부분들에 대해 가능한 큰 간격을 가질 수 있다. 그러므로, 수집 도선 및/또는 인하 도선은 풍력 터빈의 중요 부분을 브리지(bridge)하게 하는 치수를 가질 수 있다.
외부 도선은 회전축에 대해 실질적으로 평행하게 배치될 수 있다. 이는 낙뢰 전류의 점프 오버의 위험을 감소시키는 외부 도선에 대한 가장 간단한 방법이다. 예를 들면 45°각도의 외부 도선의 대각선 배치도 가능하다. 이 경우, 수집 도선과 접촉하는 단부 부분만이 회전축에 평행할 수 있다.
외부 도선은 회전축에 거의 수직한 블레이드의 종축 둘레에 90°의 원의 단편을 가질 수 있다. 블레이드는 피치 시스템(pitch system)으로 인해 블레이드의 종축 둘레에서 90°까지 회전 가능할 수 있다. 외부 도선의 이러한 설계는 피치 시스템을 이용하여 풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템의 회전 부분과 고정 부분 사이에 접촉을 허용한다.
수집 도선은 인하 도선 및 수집 경로와 전기 통신하는 전도성 경로를 가질 수 있다. 전도성 재료의 스트립 또는 편평한 케이블 형태의 전도성 경로는 로터 또는 나셀의 표면에 최소 용량을 제공한다. 가능한 낮은 자기 유도(self-induction)가 바람직하다. 전도성 경로에 대해 적합한 재료는 구리일 수 있다. 낙뢰 전류의 점프 다운(jump down)이 방지될 수 있다.
나셀을 마주하는 수집 도선의 내부 측은 전기 절연체에 의해 적어도 부분적으로 덮일 수 있다. 유리 섬유와 같은 전기 절연체는 로터 및/또는 나셀에 대해 전기 절연을 향상시킨다.
낙뢰 표시 카드(lightning registration card)는 내부 도선과 외부 도선 사이에 배치될 수 있다. 낙뢰 표시 카드는 블레이드가 노출된 최고 낙뢰 전류를 판독하도록 하며, 낙뢰 보호 시스템을 완성할 수 있다.
제2 양태에서, 본 발명은 탑, 상기 탑의 상단의 나셀, 상기 나셀의 전방 단부의 회전축을 중심으로 회전하는 블레이드 허브 및 상기 블레이드 허브에 부착되는 블레이드를 구비하는 풍력 터빈에 관한 것이다. 풍력 터빈은 전술된 바와 같은 낙뢰 보호 시스템을 갖는다. 낙뢰 보호 시스템은 전도성 경로가 풍력 터빈 외부에서 및 주 베어링 및 발전기와 같은 중요 부품으로부터 멀리 연장할 때, 낙뢰 전류에 대해 우수한 보호를 제공한다.
풍력 터빈은 3개의 블레이드를 가질 수 있으며, 이때 낙뢰 보호 시스템의 수집 도선은 회전축 둘레에 약 120°의 원의 단편 형상을 갖는 수집 경로를 가질 수 있다. 대부분의 디자인은 3개의 블레이드를 채용하며, 이는 약 120°의 각도에 의해 보장되는 최상부 블레이드 또는 2개의 최상부 블레이드를 보호하기에 충분할 수 있다.
발전기는 블레이드 허브와 직접적으로 연결될 수 있으며/있거나 내부 스테이터 및 외부 로터를 가질 수 있다. 발전기는 직접 구동 외부 로터 타입(direct-drive outer rotor type)일 수 있다. 이러한 디자인은 제안된 낙뢰 보호 시스템을 이용하여 성공적으로 보호될 수도 있다.
첨부 도면은 실시예에 대한 추가 이해를 제공하도록 포함된다. 다른 실시예 및 다수의 의도된 이점은 하기의 상세한 설명을 참조로 보다 잘 이해될 때 쉽게 인식될 것이다. 도면의 요소들은 서로 반드시 일정한 비율은 아니다. 유사한 참조 부호는 대응하는 유사한 부분을 지시한다.
도 1은 본 발명에 따른 낙뢰 보호 시스템 및 풍력 터빈의 개략도를 도시하고,
도 2는 본 발명에 따른 블레이드의 기부에서의 낙뢰 보호 시스템의 세부도를 도시하며,
도 3은 본 발명에 따른 낙뢰 보호 시스템의 부품을 갖는 블레이드의 개략도를 도시하며,
도 4는 본 발명에 따른 낙뢰 보호 시스템의 부붐을 갖는 블레이드의 평면도를 도시하며,
도 5는 본 발명에 따른 수집 도선의 사시도를 도시하며,
도 6은 본 발명에 따른 수집 도선의 개략도를 도시하며,
도 7은 본 발명에 따른 낙뢰 보호 시스템 및 풍력 터빈의 평면도를 도시하며,
도 8은 본 발명에 따른 낙뢰 보호 시스템 및 풍력 터빈의 개략도를 도시한다.
하기의 상세한 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하며 본 발명이 실행될 수 있는 특정 실시예의 예로서 도시되는 첨부 도면이 참조된다. 이와 관련하여, "상단(top)" 또는 "바닥(bottom)" 등과 같은 방향 용어는 기재되는 도면(들)의 배향에 대하여 사용된다. 실시예의 구성요소가 다수의 상이한 배향으로 위치될 수 있기 때문에, 방향 용어는 예시를 위해 사용되며 어떠한 방식으로도 제한하지 않는다. 다른 실시예들이 활용될 수 있으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 구조적 또는 논리적 변화가 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 하기의 상세한 설명은 제한의 의미로 받아들여지지 않으며, 본 발명의 범주는 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된다.
도 1은 지면에 고정되는 탑(2)을 갖는 풍력 터빈(1)을 도시한다. 탑(2)의 상부에는 나셀(3)이 배치된다. 나셀(3)의 전방 단부에서는 회전하는 블레이드 허브(4)가 하나 또는 그보다 많은 블레이드(5)를 지지한다. 블레이드 허브(4)는 실질적으로 수평한 회전축을 중심으로 회전한다. 나셀(3) 내부에는 외부 로터(7) 및 내부 스테이터(8)를 갖는 발전기(6)가 배치된다.
풍력 터빈(1)은 낙뢰 보호 시스템(10)을 갖추며, 낙뢰 보호 시스템은 발전기(6), 주 베어링 및 전기 및 전자 부품과 같은 풍력 터빈(1)의 중요 부품들을 낙뢰 전류로부터 보호한다.
낙뢰 보호 시스템(10)은 블레이드(5) 내부에 배치되는 내부 도선(11)을 갖는다. 내부 도선(11)은 블레이드(5)에 충돌하는 낙뢰의 타격에 의해 유도되는 전류를 포획(captures)한다. 내부 도선(11)은 블레이드(5)의 상부 부분으로부터 블레이드(5)의 기부(root)로 연장한다. 기부에서, 내부 도선(11)은 외부 도선(12)에 연결된다. 외부 도선(12)은 블레이드(5)의 외부에 배치되며, 수집 도선(13)과 슬라이딩 통신(sliding communication)한다. 외부 도선(12) 및 수집 도선(13)은 - 적어도 2개의 도선 사이의 접촉 면적에 - 회전축(a)으로부터 대략 동일한 간격을 갖는다. 도시된 바와 같이, 외부 도선(12)은 구부러진 경로를 따라 뻗을 수 있다.
수집 도선(13)은 풍력 터빈(1)의 디자인에 따라, 로터의 부품 또는 나셀(3) 위에 위치될 수 있다. 수집 도선(13)은 풍력 터빈(1)의 가장 근접한 부분 위에 거리(d)를 두고 배치된다. 거리(d)는 전류가 나셀(2) 또는 로터로 점프 다운(jump down) 할 수 없도록 선택된다. 통상적인 디자인 법칙은 100 kV 범위 내의 전압이 수집 도선(13)으로부터 풍력 터빈(1)의 가장 근접한 부분으로 점프 오버(jump over)하지 않는 것일 것이다. 실제 거리(d)는 그 후 선택된 재료 및 주위 상황(surrounding conditions)에 좌우된다.
수집 도선(13)은 발전기(6)와 같은 중요 부품에 걸치는 회전축의 방향으로 길이(l)를 갖는다. 나셀(3)의 전방 단부에서, 수집 도선(13)은, 수집 도선(13)과 외부 도선(12) 사이의 접촉을 용이하게 하기 위해, 블레이드(5)의 기부에 근접한다. 이때, 수집 도선(13)은 블레이드 허브(4)의 부품을 또한 덮기 위해 나셀(2) 위에 도달한다. 블레이드(5)에 대한 더 먼 단부에서, 수집 도선(13)은 탑(2)의 내부 또는 외부에서 지면으로 연장하는 인하 도선(14)과 연결된다.
블레이드(5)가 낙뢰의 타격을 받는 경우, 낙뢰 전류는 내부 도선(11)에 의해 외부 도선(12)으로, 그리고 그로부터 슬라이딩 연결부(15)를 거쳐 수집 도선(13)을 통하여 인하 도선(14)으로, 그리고 그 후 지면으로 안내된다. 이에 따라, 수집 도선(13) 상의 블레이드(5)로부터 나셀(3)의 후방부로, 그리고 더 나아가 지면까지 아래로 낙뢰 전류를 전도하여 큰 낙뢰 전류가 회전하는 외부 로터(7) 및 발전기(6)의 다른 부분을 통과하는 것을 방지할 수 있다. 낙뢰 전류는 완벽하게 나셀(3) 외부로 안내될 수 있다.
블레이드(5) 및 외부 도선(12)과 같은 회전 부분과, 나셀(3) 및 수집 도선(13)과 같은 고정 부분 사이에서 전이(transition)시, 슬라이딩 연결부(15)는 전류의 점프(jumps) 또는 스파크 없이 연결을 제공한다. 슬라이딩 연결부(15)는 외부 도선(12)에 부착되는 와이퍼 또는 브러시(16) 및 수집 도선(13)의 외부 표면상의 수집 경로(17)를 갖는다.
수집 도선(13)은, 바람직하게는 용이한 이해를 위해 도시되지 않은 하나 또는 그보다 많은 지선(stays)에 의해 나셀(2)에 부착된다. 지선은 풍력 터빈(1)의 외부 표면과 수집 도선(13) 사이에 유전체 강도(dielectric strength)를 높게 유지하도록 절연 재료로 제조될 수 있다.
도 2, 3, 및 4는 슬라이딩 연결부(15)를 보다 상세히 도시한다. 내부 도선(11)은 블레이드(5)의 정점(tip)으로부터 그 기부 또는 베이스부로 아래로 연장한다. 내부 도선(11)의 하부 부분에 또는 내부 도선과 외부 도선(12) 사이에는 이른바 낙뢰 기록 카드(18)가 장착될 수 있다. 낙뢰에 의해 발생된 자기장은 낙뢰 기록 카드(18)의 자기 스트립 상에 흔적을 남긴다. 이러한 방식으로, 블레이드(5)가 노출되었던 최고 낙뢰 전류를 판독할 수 있다.
외부 도선(12)은 내부 도선(11) 뒤에 또는 낙뢰 기록 카드(18) 뒤에 계속된다. 외부 도선(12)으로 명명되었지만, 이는 블레이드(5) 내부에서 발생할 수 있다. 그 이름을 부여하는 외부 도선(12)의 중요한 부분은 완전한 풍력 터빈(1) 및 블레이드(5) 외부에 놓이는 수집 도선(13)에 대한 접촉점이다.
외부 도선(12)은 회전축(a)에 대해 거의 평행하게 연장하며, 수집 도선(13)의 수집 경로(17)와 슬라이딩 접촉하는 브러시(16)를 갖는다. 수집 경로(17)는 회전축(a)의 방향으로 수집 경로(17)와 브러시(16) 사이에 우수한 오버랩을 허용하는 폭을 가짐으로써, 이들 사이에 항상 전기 통신 및 접촉을 보장한다. 회전 부분과 고정 부분 사이의 전기 통신은 슬라이딩 연결부(15), 즉 와이퍼(16) 및 수집 경로(17)에 나타나도록 실행된다.
블레이드(5) 및 그와 함께 외부 도선(12) 및 와이퍼(16)가 회전할 때, 수집 경로(17) 및 원할 경우 완전한 수집 도선(13)은 튜브 형상, 또는 원 또는 링의 단편의 형상을 갖는다. 수집 도선(13) 또는 적어도 수집 경로(17)는 나셀(2)의 외부 형상과 동심이다. 이는 적어도 낙뢰에 가장 노출되는 최상부 블레이드(5)의 브러시(16)와 수집 경로(17) 사이에 연속적인 접촉을 허용한다. 이때, 3개의 블레이드(5)가 사용되며, 수집 도선(13)은 120°의 원의 단편 형상을 갖는다.
풍력 터빈(1)은 피치 시스템을 갖추고 있으며, 피치 시스템은 90°까지 회전될 수 있는 블레이드(5)의 보상을 허용한다. 브러시(16)를 갖는 외부 도선(12)을 수집 경로(17)와 일정한 접촉으로 유지하기 위해, 외부 도선(12) 및 브러시(16)는 약 90°의 원의 단편과 같이 형성된다. 바람직하게 단부 위치에서의 접촉을 보장하도록 90°보다 약간 더 크게도 형성된다. 외부 도선(12), 브러시(16), 및 수집 경로(17)의 폭은 슬라이딩 연결부(15)의 우수한 접촉을 보장하도록 회전축(a)에 거의 평행하다. 브러시(16) 및/또는 외부 도선(12)은 예를 들면 가혹한 환경에 대해 접촉을 향상시키도록 스프링 하중이 걸릴(spring loaded) 수 있다. 환경에 노출되는 낙뢰 보호 시스템(10)의 적어도 일부는 스테인리스 또는 녹방지 처리(rust-proof)된다.
도 5 및 6은 수집 도선(13)을 보다 상세히 도시한다. 수집 도선(13)은 즉 나셀(3)의 형상에 동심인 실린더형 또는 원형의 단편의 형상을 갖는다. 이 단편의 각도는 회전축(a)의 둘레에서 대략 120°이다. 수집 도선(13)의 전방 부분에 수집 경로(17)가 배치된다. 수집 경로(17)는 80 내지 100 mm의 폭 및 대략 5 mm의 두께를 가질 수 있다. 수집 경로(17)는 스테인리스 스틸로 이루어진다. 2개의 전도성 경로(19)가 수집 경로(17)에 연결되어, 낙뢰 전류를 수집 도선(13)의 후방 단부로 안내한다. 하나의 전도성 경로(19)가 사용될 수도 있다.
수집 경로(19)는 수집 도선(13)으로부터 풍력 터빈(1)으로 전류가 점프 오버하는 것을 방지하도록 가능한 낮은 자기 유도 및 최소 용량을 갖는다. 수집 도선(13)과 풍력 터빈(1) 사이의 유전체 강도를 증가시키기 위해, 수집 도선(13)의 내부 측은 약 20 kV/mm의 유전체 강도를 갖는 유리 섬유와 같은 전기 절연체(20)로 덮일 수 있다. 전체 수집 도선(13)은 전기 절연체(20)로 이루어질 수 있다. 수집 경로(17) 및 하나 또는 그보다 많은 전도성 경로(19)는 전기 절연체(20)의 상단(top)에 형성될 수 있다.
수집 도선(13)의 후방 단부에서 하나 또는 그보다 많은 전도성 경로(19)가 인하 도선(14)과 연결되어, 낙뢰 전류를 지면으로 안내한다.
도 7은 상부로부터의 낙뢰 보호 시스템(10) 및 풍력 터빈(1)을 도시한다. 수집 도선(13)은 나셀(3)의 일부 및 블레이드 허브(4) 또는 로터의 일부를 각각 덮는다. 일부를 덮는 것은 회전축(a)의 방향은 물론 원주 방향으로 덮는 것을 의미한다. 2개의 최상부 블레이드(5)의 외부 도선(12)은 동시에 수집 도선(13)의 수집 경로(17)와 슬라이딩 접촉한다. 3개의 전도성 경로(19)는 수집 경로(17)를 인하 도선(14)과 연결한다. 보다 우수한 연결을 위해, 연결 경로(21)는 전방 단부의 수집 경로(17)와 유사한 수집 도선(13)의 후방 단부에 형성된다. 인하 도선(14)이 연결 경로(21)에 연결된다.
도 8은 변형된 수집 경로(17) 및 전도성 경로(19)를 갖는 낙뢰 보호 시스템(10)과 함께 풍력 터빈(1)을 도시한다. 여기서, 수집 경로(17) 및 전도성 경로(19)는 완충 스탠드(cushion stand; 22)의 일부이다. 수집 경로(17) 및 전도성 경로(19)는 수집 도선(13)의 상단 표면에 바로 놓이는 것이 아니라, 상기 상단 표면에 대해 거리를 두고 놓인다. 또한, 완충 스탠드(22) 또는 스프링 기구(spring mechanism)가 개선된 접촉을 위해 외부 도선(12)의 브러시에 대해 수집 경로(17)를 가압한다. 수집 도선(13)의 뒷부분에서 완충 스탠드(22)가 수집 도선(13)에 장착된다.
이러한 디자인은 장치의 유전체 강도를 향상시키는 발전기의 적어도 임계 영역에서 풍력 터빈(1)과 도선 사이에 보다 큰 거리를 제공한다.
유지보수를 위해, 작업자들은 구명선(life-line)을 이용하여 풍력 터빈(1)의 구조물에 연결될 필요가 있다. 종종, 구명선의 반복된 해제 및 재부착을 필요로 하는 분리된 체결 지점들이 사용되어야 한다. 완충 스탠드(22)는 풍력 터빈의 구조물에 구명선을 부착하는데 사용될 수 있다. 이로 인해 유지 보수 작업을 용이하게 하는 작업 영역이 크게 증가하게 된다.

Claims (14)

  1. 탑(2), 상기 탑(2)의 상단의 나셀(3), 상기 나셀(3)의 전방 단부의 회전축(a)을 중심으로 회전하는 블레이드 허브(4) 및 상기 블레이드 허브(4)에 부착되는 블레이드(5)를 구비하는 풍력 터빈(1)용 낙뢰 보호 시스템으로서,
    상기 블레이드(5) 내부의 내부 도선(11),
    상기 블레이드(5) 외부에 배치되며 상기 내부 도선(11)과 전기 통신하는(in electrical communication with) 외부 도선(12),
    상기 나셀(3)의 전방 단부에 배치되며 상기 외부 도선(12)과 전기 통신하는 수집 도선(13), 및
    지면에 연결되며, 상기 수집 도선(13)과 전기 통신하는 인하 도선(14)을 포함하며,
    상기 외부 도선(12) 및 수집 도선(13)은 상기 회전축(a)에 대해 동일한 간격을 갖는
    풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 외부 도선(12)은 와이퍼(16)를 포함하고, 상기 수집 도선(13)은 수집 경로(17)를 포함하며, 상기 수집 경로(17)는 상기 회전축(a) 둘레에 원의 단편(segment) 형상을 갖는
    풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 원의 단편은 120, 180, 또는 360°의 각도를 포함하는
    풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집 도선(13)은 상기 나셀(3) 위에 배치되는
    풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템.
  5. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집 도선(13)은 상기 회전축(a)의 방향으로 상기 풍력 터빈(1)의 중요 부분(6, 7, 8)을 덮는 길이(l)를 갖는
    풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템.
  6. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 도선(12)은 상기 회전축(a)에 평행하게 배치되는
    풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템.
  7. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 도선(12)은 상기 회전축(a)에 수직한 상기 블레이드(5)의 종축 둘레에 90°의 원의 단편을 포함하는
    풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템.
  8. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수집 도선(13)은 상기 수집 경로(17) 및 인하 도선(14)과 전기 통신하는 전도성 경로(19)를 포함하는
    풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템.
  9. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나셀(3)을 마주하는 상기 수집 도선(13)의 내부측은 적어도 부분적으로 전기 절연체(20)로 덮이는
    풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템.
  10. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 도선(11)과 외부 도선(12) 사이에 낙뢰 표시 카드(lightning registration card; 18)가 배치되는
    풍력 터빈용 낙뢰 보호 시스템.
  11. 탑(2), 상기 탑(2)의 상단의 나셀(3), 상기 나셀(3)의 전방 단부의 회전축(a)을 중심으로 회전하는 블레이드 허브(4) 및 상기 블레이드 허브(4)에 부착되는 블레이드(5)를 구비하는 풍력 터빈으로서, 제1 항 내지 제3 항에 따른 낙뢰 보호 시스템(10)을 포함하는
    풍력 터빈.
  12. 제11 항에 있어서,
    3개의 블레이드(5)를 포함하며, 상기 낙뢰 보호 시스템(10)의 수집 도선(13)이 상기 회전축(a) 둘레에 120°의 원의 단편 형상을 갖는 수집 경로(17)를 포함하는
    풍력 터빈.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 블레이드 허브(4)와 직접적으로 발전기(6)가 연결되는
    풍력 터빈.
  14. 제11 항에 있어서,
    발전기(6)는 외부 로터(7) 및 내부 스테이터(8)를 갖는
    풍력 터빈.
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