KR20120018093A - 풍력 터빈 블레이드의 인하 도선용 측정 시스템 - Google Patents

풍력 터빈 블레이드의 인하 도선용 측정 시스템 Download PDF

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KR20120018093A
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카이 올젠
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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

풍력 터빈 블레이드(1)의 인하 도선(2)용 측정 시스템.
풍력 터빈 블레이드(1)의 인하 도선(2)용 측정 시스템은 상기 인하 도선에 제 1 단부(11a)가 직렬 연결된 측정 케이블(11)을 포함한다. 상기 측정 케이블(11)의 제 2 단부(11b)는 상기 블레이드(1)의 하부 기저부(4)의 전기 저항 측정을 위해 접근가능하다.

Description

풍력 터빈 블레이드의 인하 도선용 측정 시스템 {MEASURING SYSTEM FOR A DOWN CONDUCTOR OF A WIND TURBINE BLADE}
본 발명은 풍력 터빈 블레이드의 인하-도선(down-conductor)용 측정 시스템 및 인하 도선용 측정 시스템을 갖춘 블레이드와 풍력 터빈에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 인하 도선의 전기 저항 측정에 관한 것이다.
풍력 터빈은 일반적으로 낙뢰에 의해 유도되는 대형 전류가 풍력 터빈의 부품들에 대한 손상 없이 지면으로 안내될 수 있게 하기 위한 낙뢰 보호 시스템을 갖추고 있다.
낙뢰에 노출되는 부품들의 대부분은 블레이드이다. 그러므로, 블레이드는 하나 또는 그보다 많은 내부 인하 도선을 갖추고 있다. 각각의 인하 도선은 블레이드의 외측 면에 배열되는 하나 또는 그보다 많은 낙뢰 수용체에 연결된다.
인하 도선의 적절한 기능을 보장하기 위해서는 인하 도선의 전기 저항을 알 필요가 있다. 국제 표준 규격에 따라, 설치된 각각의 인하 도선의 전기 저항에 대한 표시는 강제 규정이다.
블레이드의 인하 도선의 전기 저항은 일반적으로 외측 선단 수용체로부터 블레이드의 바닥 부분까지 측정된다. 그러한 측정은 오옴 계측기 또는 공지된 전류 및 검출 유닛에 의해 수행된다. 때때로 측정 결과는 적색광 또는 녹색광으로 표시되거나 알람음 또는 벨소리로 경보된다. 선단부 수용체로 접근하는 것은 이미 설치된 블레이드에 대해서는 특히 어렵다.
본 발명의 목적은 풍력 터빈 블레이드의 인하 도선에 대한 전기 저항 측정을 개선하고자 하는 것이다.
이러한 목적은 각각, 특허청구범위 제 1, 제 10, 제 11 및 제 12항의 특징을 갖는 본 발명에 따라 해결된다. 본 발명의 유리한 변형 예 및/또는 세부 사항들이 종속항들에 기재되어 있다.
일면에서, 본 발명은 인하 도선에 제 1 단부가 직렬 연결된 측정 케이블을 포함하는 풍력 터빈 블레이드의 인하 도선용 측정 시스템에 관한 것이다. 상기 측정 케이블의 제 2 단부는 상기 블레이드의 하부 기저부의 전기 저항 측정을 위해 접근할 수 있다. 이러한 배열은 양 측정 접점이 블레이드의 기저부 내에 위치되어 있기 때문에 용이한 측정을 가능하게 한다. 용어, 케이블은 다른 적합한 도체도 포함한다.
측정 케이블의 제 1 단부는 블레이드의 상부에서 인하 도선에 연결될 수 있다. 제 1 단부가 블레이드의 상부 또는 선단부에서 인하 도선에 연결되면, 전체 인하 도선이 측정될 수 있다. 제 1 단부가 예를 들어 블레이드의 중간에서 인하 도선에 연결되면, 인하 도선의 절반만이 측정될 수 있다.
인하 도선 및 측정 케이블은 낙뢰 수용체를 통해 연결될 수 있다. 낙뢰 전류가 정확하게 이동하는 경로의 전기 저항이 측정될 수 있다. 낙뢰 수용체는 또한 인하 도선에 고정 지점이 이미 존재하기 때문에, 측정 케이블의 용이한 설치를 가능하게 한다.
낙뢰 수용체는 알루미늄, 황동, 스테인리스 스틸, 및/또는 관련 합금 및/또는 카본으로 이루어지는 그룹의 전기 도체 재료를 포함한다. 상기 재료 또는 상기 재료의 조합물은 블레이드 또는 풍력 터빈의 가격, 중량 또는 상황에 따라 선택될 수 있다.
인하 도선 및 측정 케이블은 변경가능한 수용체를 수반하는 낙뢰 수용체의 수용체 블록을 통해 연결될 수 있다. 본 발명은 또한, 낙뢰 발생 이후에 교체 노력이 적기 때문에 널리 사용되는 형태의 수용체에도 이용될 수 있다.
인하 도선용 측정 시스템은 인하 도선에 연결되는 복수의 낙뢰 수용체 중의 하나에 각각 연결되는 하나 이상의 측정 케이블을 포함할 수 있다. 이는 낙뢰 수용체로부터 낙뢰 전류의 각각의 잠재적 이동 경로에 대한 정확한 측정을 가능하게 한다.
두 개 또는 그보다 많은 측정 케이블이 보정 브릿지 측정(compensated bridge measurement)을 위해 제공될 수 있다. 하나 이상의 측정 케이블을 구비하면 다양한 브릿지 측정의 조합을 가능하게 한다. 브릿지 측정은 더욱 정확해질 수 있고/있거나 온도 변화 또는 공급 라인 저항을 보정할 수 있다.
단일 측정 케이블은 하나 또는 그보다 많은 다중 코어 또는 평면 리본 케이블의 일부일 수 있다. 이들 케이블은 설치 중에 용이하게 취급될 수 있다.
상기 측정 케이블 또는 측정 케이블들의 제 2 단부 및/또는 상기 인하 도선 또는 인하 도선들은 상기 블레이드의 기저부에 배열되며, 상기 측정 케이블 또는 측정 케이블들의 제 2 단부는 말단 블록에 분리가능하게 연결된다. 말단 블록에 연결되는 경우에, 측정 케이블들은 규정된 전기 상태로 있으며 우발적인 단락이 방지될 수 있다. 측정 케이블 및 인하 도선은 하나의 말단 블록을 공유하거나 하나 이상의 말단 블록이 사용될 수 있다. 예를 들어, 측정 케이블용 하나의 말단 블록 및 인하 도선 또는 인하 도선들을 위한 하나의 말단 블록이 사용될 수 있다.
다른 일면에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 인하 도선 및 그 인하 도선용 측정 시스템을 포함하는 풍력 터빈의 블레이드에 관한 것이다. 하나 또는 그보다 많은 블레이드가 교체 부품으로서 제작 및/또는 설치되면, 설치된 측정 시스템 또는 시스템들을 갖는 것이 유리하다.
또 다른 일면에서, 본 발명은 전술한 바와 같은 하나 또는 그보다 많은 블레이드를 포함하는 풍력 터빈에 관한 것이다. 완전한 풍력 터빈을 위해 블레이드 또는 블레이드들에 설치된 측정 시스템 또는 시스템들을 갖는 것이 유리하다.
또 다른 일면에서, 본 발명은 전기 저항 측정 장치를 상기 측정 케이블의 제 2 단부에 연결하는 단계, 및 상기 인하 도선의 전기 저항을 측정하는 단계를 포함하는 전술한 바와 같은 블레이드의 인하 도선에 대한 전기 저항의 측정 방법에 관한 것이다.
오옴 계측기와 같은 전기 저항 측정 장치가 블레이드의 기저부에 연결될 필요가 있고 간단히 사용될 수 있기 때문에, 인하 도선의 전기 저항을 용이하게 측정할 수 있다.
상기 인하 도선 및 측정 케이블의 합성(combined) 전기 저항이 측정될 수 있으며 상기 인하 도선의 전기 저항은 측정된 상기 합성 전기 저항으로부터 계산될 수 있다. 단지 합성 전기 저항만이 측정되어야 한다면, 인하 도선의 전기 저항은 예를 들어, 측정 케이블의 공지된 전기 저항으로부터 계산될 수 있다.
보정 브릿지 측정을 위해 두 개의 측정 케이블이 사용될 수 있다. 하나 이상의 측정 케이블을 가지면 다양한 브릿지 측정의 조합을 가능하게 한다. 브릿지 측정은 더욱 정확해질 수 있고/있거나 온도 변화 또는 공급 라인 저항을 보정할 수 있다.
실시예들에 대한 더욱 명확한 이해를 위해 첨부 도면들이 제공된다. 다른 실시예들 및 많은 의도적인 장점들은 다음의 상세한 설명을 참조하여 더욱 명확하게 이해될 수 있기 때문에, 용이하게 이해될 것이다. 도면의 구성 요소들은 서로에 대해 축척대로 도시될 필요는 없다. 동일한 도면 부호는 대응하는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 풍력 터빈의 공지의 블레이드에 대한 개략적인 도면이며,
도 2는 본 발명에 따른 인하 도선용 측정 시스템을 갖춘 블레이드 선단부에 대한 개략적인 도면이며,
도 3은 본 발명에 따른 인하 도선용 측정 시스템을 갖춘 블레이드 기저부에 대한 개략적인 도면이며,
도 4는 본 발명에 따른 인하 도선용 측정 시스템을 갖춘 블레이드에 대한 개략적인 도면이다.
이후의 상세한 설명에서, 본 발명을 실시할 수 있는 예시적인 특정 실시예로 도시되고 본 발명의 일부를 형성하는 첨부 도면을 참조했다. 이와 관련하여, "상부" 또는 "바닥" 등과 같은 방향을 나타내는 용어들은 설명하는 도면(들)의 방위에 대한 기준으로 사용된다. 실시예의 구성 요소들이 다수의 상이한 방위로 위치될 수 있기 때문에, 상기 방향을 나타내는 용어들은 설명의 목적으로 사용되었으며 한정적인 의미로 사용된 것이 아니다. 본 발명의 범주로부터 이탈함이 없는, 다른 실시예들이 있을 수 있으며 구조적 또는 국소적 변경들이 수행될 수 있다. 그러므로, 이후의 상세한 설명들은 한정적인 의미로 기재된 것이 아니며, 본 발명의 범주는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다.
도 1은 종래의 풍력 터빈용 블레이드(1)를 도시한다. 풍력 터빈은 일반적으로, 회전 블레이드 허브에 부착되는 1 내지 3 개의 블레이드(1)를 가진다. 블레이드 허브는 타워의 상부에 장착되는 주 샤프트 주위에서 회전한다. 일반적으로, 너셀(nacelle)은 주 샤프트 및 발전기와 같은 전기 시스템들을 에워싼다.
블레이드(1)는 블레이드(1)의 상부 선단부 또는 상부(3)로부터 하부 기저부(4)까지 도달하는 내측 인하 도선(2)를 가진다. 인하 도선(2)는 일반적으로, 케이블 또는 바아 형태의 금속으로 제조되는 도체이다. 인하 도선(2)의 직경은 대부분의 적용에 있어서 50 제곱 밀리미터 또는 그보다 크다.
여러 개의 수용체 블록(5)이 인하 도선(2)에 연결된다. 수용체 블록(5)은 다수의 수용체 블록(5)이 블레이드(1) 길이에 매달려 있는 인하 도선(2)의 길이 전반에 걸쳐 분포되어 있다. 수용체 블록(5)은 인하 도선(2)에 직접 부착되거나 또한 인하 도선(2)의 일부인 짧은 스터브(stub)를 통해 부착될 수 있다.
수용체 블록(5)은 예를들어 알루미늄과 같은 도체 재료로 구성된다. 수용체 블록(5)은 낙뢰 수용체가 연결되는 두 개의 개구를 가진다. 하나의 수용체는 블레이드(1)의 양 측면 각각에 제공된다. 수용체 블록(5)과 수용체의 조합체가 종종 낙뢰 수용체로 지칭된다.
인하 도선(2)의 하단부는 블레이드(1)의 인하 도선(2)와 풍력 터빈의 낙뢰 보호 시스템의 다른 부분들 사이의 연결 지점인 말단 블록(6)에 연결된다.
도 2는 블레이드(1)의 상단부(3)를 상세히 도시한다. 두 개의 수용체(7)가 수용체 블록(5)에 배열된다. 도면으로부터 알 수 있듯이, 하나의 수용체(7)가 블레이드(1)의 각각의 측면에 제공된다. 인하 도선(2)는 볼트(8) 및 와셔(9)에 의해 수용체 블록(5)에 연결된다. 분리 또는 고정 가능한 다른 연결 기구들도 사용될 수 있다.
블레이드(1)는 인하 도선(2)용 측정 시스템(10)을 갖추고 있다. 측정 시스템(10)은 인하 도선(2)에 연결되는 제 1 단부(11a)를 갖는 측정 케이블(11)을 포함한다. 제 1 단부(11a)는 인하 도선(2)에 차례로 연결되는 수용체 블록(5)에 교대로 연결될 수 있다. 여기서, 측정 케이블(11)의 제 1 단부(11a)는 인하 도선(2)에 직접 또는 간접적으로 연결된다.
측정 케이블(11)은 바람직하게 절연 케이블이다.
도 3은 블레이드(1)의 기저부(3)를 도시한다. 말단 블록(6)에 연결된 것은 측정 케이블(11)의 제 2 단부(11b) 및 인하 도선(2)이다. 제 2 단부(11b)는 측정 공정을 위해 측정 케이블(11)의 해체를 가능하게 하도록 말단 블록(6)에 분리될 수 있게 연결된다.
다수의 측정 케이블(11)이 다수의 수용체 블록(5)에 매달려 있다. 하나 또는 두 개의 측정 케이블이 측정 방법에 따라 각각의 수용체 블록(5)에 제공된다. 간단한 저항 측정을 위해서는 하나의 케이블이면 충분하지만, 보정 블릿지 측정(compensated bridge measurement)을 위해서는 두 개의 케이블이 제공된다.
도 4는 측정 시스템(10)을 갖춘 완전한 블레이드(1)를 도시한다. 용이한 이해를 위해 단지 두 개의 수용체 블록(5)만이 도시되어 있다. 각각의 수용체 블록(5)은 말단 블록(6)에서 종결되는 인하 도선(2)에 연결된다. 각각의 수용체 블록(5)은 측정 케이블(11)의 제 1 단부(11a)에도 연결된다. 측정 케이블(11b)의 제 2 단부(11b)는 말단 블록(6)에 분리될 수 있게 연결된다.
최상부 수용체 블록(5)에 연결되는 측정 케이블(11)의 제 2 단부(11b)는 인하 도선(2)의 전기 저항의 측정을 위해 말단 블록으로부터 분리된다. 오옴 계측기와 같은 전기 저항 측정 장치(12)는 측정을 위해 측정 케이블(11)의 제 2 단부(11b) 및 인하 도선(2)의 하단부 또는 말단 블록(6)에 연결된다.
인하 도선(2) 및 측정 케이블(11)이 직렬로 연결되므로, 인하 도선(2)의 전기 저항의 용이한 측정이 가능하다. 블레이드(1)의 기저부(4)에서만 상호작용이 요구된다.
블레이드(1)의 중앙에 있는 수용체 블록(5)으로부터의 전기 경로에 대한 전기 저항은 다른 측정 케이블이 말단 블록(6)에서 분리되고 오옴 계측기(12)에 연결될 때라도 양호하게 측정될 수 있다. 이 경우에 인하 도선(12)의 일부가 측정된다.
용어, 인하 도선을 명확히 하기 위해, 다음과 같이 설명된다. 용어, 인하 도선은 최상부 수용체 블록(5)으로부터 말단 블록(6)까지 도체의 전체 길이를 위해 사용되었다. 용어, 인하 도선의 일부는 중앙 수용체 블록(5)(또는 어떤 다른 수용체 블록)으로부터 말단 블록(5)까지 도체의 부분 길이를 위해 사용되었다. 그러나, 인하 도선(2)의 부분 길이 역시, "인하 도선"로서 지칭될 수 있다. 중앙 수용체 블록(5) 또는 거기에서 유도된 전류의 관점에서 인하 도선의 이러한 부분은 모든 인하 도선이다.
상이한 종류의 측정 방법도 사용될 수 있다. 인하 도선(2)의 직렬 연결에 대한 전기 저항이 직접 측정되는 도 4에 하나의 방법이 도시되어 있다. 상기 측정 결과는 측정 케이블(11)의 (공지된)전기 저항값으로 보정될 필요가 있을 수 있다.
두 개 또는 그보다 많은 케이블에 의해 보정 브릿지 측정도 가능하다. 그 경우에, 두 개의 측정 케이블(11)이 각각의 수용체 블록(5)에 연결되거나 상이한 수용체 블록(5)으로부터의 두 개 또는 그보다 많은 측정 케이블(11)이 사용된다.

Claims (14)

  1. 풍력 터빈 블레이드(1)의 인하 도선(2; down conductor)용 측정 시스템으로서,
    상기 인하 도선에 제 1 단부(11a)가 직렬 연결된 측정 케이블(11)을 포함하며, 상기 측정 케이블(11)의 제 2 단부(11b)가 상기 블레이드(1)의 하부 기저부(4)의 전기 저항 측정을 위해 접근가능한,
    풍력 터빈 블레이드(1)의 인하 도선용 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 케이블(11)의 제 1 단부(11a)는 블레이드(1)의 상부(3)에서 상기 인하 도선(2)에 연결되는,
    풍력 터빈 블레이드(1)의 인하 도선용 측정 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 인하 도선(2) 및 측정 케이블(11)은 낙뢰 수용체(5)를 통해 연결되는,
    풍력 터빈 블레이드(1)의 인하 도선용 측정 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 낙뢰 수용체(5)는 알루미늄, 황동, 스테인리스 스틸, 및/또는 관련 합금 및/또는 카본으로 이루어지는 그룹의 전기 도체 재료를 포함하는,
    풍력 터빈 블레이드(1)의 인하 도선용 측정 시스템.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 인하 도선 및 측정 케이블(11)은 변경가능한 수용체(7)를 수용하는 낙뢰 수용체의 수용체 블록(5)을 통해 연결되는,
    풍력 터빈 블레이드(1)의 인하 도선용 측정 시스템.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인하 도선(2)에 연결되는 복수의 낙뢰 수용체(5) 중의 하나에 각각 연결되는 하나 이상의 측정 케이블(11)을 포함하는,
    풍력 터빈 블레이드(1)의 인하 도선용 측정 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    두 개의 상기 측정 케이블(11)이 보정 브릿지 측정(compensated bridge measurement)을 위해 제공되는,
    풍력 터빈 블레이드(1)의 인하 도선용 측정 시스템.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    하나의 상기 측정 케이블(11)은 하나 또는 그보다 많은 다중 코어 케이블의 일부인,
    풍력 터빈 블레이드(1)의 인하 도선용 측정 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 케이블 또는 측정 케이블(11)들의 제 2 단부(11b) 및/또는 상기 인하 도선 또는 인하 도선(2)들은 상기 블레이드(1)의 기저부(4)에 배열되며, 상기 측정 케이블 또는 측정 케이블(11)들의 제 2 단부(11b)는 말단 블록(6)에 분리가능하게 연결되는,
    풍력 터빈 블레이드(1)의 인하 도선용 측정 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 풍력 터빈 블레이드(1)의 인하 도선(2)용 측정 시스템(10) 및 인하 도선(2)를 포함하는 풍력 터빈의 블레이드.
  11. 제 10 항에 따른 하나 또는 그보다 많은 블레이드(1)를 포함하는 풍력 터빈.
  12. 제 10 항에 따른 블레이드(1)의 인하 도선(2)에 대한 전기 저항의 측정 방법으로서,
    전기 저항 측정 장치(12)를 상기 측정 케이블(11)의 제 2 단부(11b)에 연결하는 단계, 및
    상기 인하 도선(2)의 전기 저항을 측정하는 단계를 포함하는,
    블레이드(1)의 인하 도선(2)에 대한 전기 저항의 측정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 인하 도선(2) 및 측정 케이블(11)의 합성(combined) 전기 저항이 측정되며 상기 인하 도선(2)의 전기 저항은 측정된 상기 합성 전기 저항으로부터 계산되는,
    블레이드(1)의 인하 도선(2)에 대한 전기 저항의 측정 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 상기 측정 케이블(11)이 보정 브릿지 측정에 이용되는,
    블레이드(1)의 인하 도선(2)에 대한 전기 저항의 측정 방법.

KR1020110082733A 2010-08-20 2011-08-19 풍력 터빈 블레이드의 인하 도선용 측정 시스템 KR20120018093A (ko)

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EP10173580.1A EP2420852B1 (en) 2010-08-20 2010-08-20 Measuring system for a down conductor of a wind turbine blade
EPEP10173580 2010-08-20

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