KR20120139729A - 풍력 발전용 블레이드의 피뢰 구조물 - Google Patents

풍력 발전용 블레이드의 피뢰 구조물 Download PDF

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Abstract

풍력 발전용 블레이드에서 피뢰를 효과적으로 수행하고, 번개를 막는 경우 블레이드가 손상되는 것을 방지하기 위하여, 풍력 발전용 블레이드의 피뢰 구조물은: 풍력 발전용 블레이드의 일부에 부착되는 전도성 번개 수용부(1), 및 번개 수용부(1)와 블레이드(5)의 적어도 표층부들 사이에 개재되는 세라믹 부재(10)를 포함한다. 따라서, 전기장은 뛰어난 내열성을 갖는 세라믹 부재(10)와 번개 수용부(1) 사이의 계면에 용이하게 집중되어, 번개를 막는 경우, 번개 수용부(1)와 부착되는 블레이드(5)의 계면에 전기장이 집중되어 블레이드(5)가 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

풍력 발전용 블레이드의 피뢰 구조물{LIGHTNING PROTECTION STRUCTURE FOR BLADE FOR WIND POWER GENERATION}
본 발명은 풍력 발전을 위해 이용되는 블레이드의 손상을 방지하기 위한, 풍력 발전용 블레이드의 피뢰 구조물에 관한 것이다.
현재 사용되는 풍력 발전용 블레이드는 주로 유리 섬유 강화 플라스틱(glass fiber reinforce plastic, GFRP)로 제조되고, 블레이드 자체는 절연체이지만, 전기 전도성을 갖지 않는다. 따라서, 작은 풍력 발전기가 사용되던 시대에는, 블레이드는 번개에 타격을 입지 않는 것으로 여겨졌었다. 하지만, 풍력 발전기의 사이즈가 커짐에 따라, 블레이드의 번개의 낙뢰 피해가 증가한다. 따라서, 블레이드에 금속으로 제조되는 부재(예컨대, 번개 수용부(lightning receptor))를 부착하고, 지면으로 번개를 유도하도록 금속 부재에 유도 라인(예컨대, 인하도체(down conductor))를 연결하는 방법이 일반화되어 있다(예컨대, 특허문헌 1의 배경기술 식별항목 참조). 다양한 번개 수용부의 형상 또는 타입이 제안되고 실용화되어 있다. 예컨대, 특허문헌 2는 블레이드의 선단(tip end)의 표면으로부터 돌출되는 피뢰침을 포함하는 피뢰 구조물을 제안한다. 특허문헌 3은 블레이드의 선단에 실장되는 로드형(rod-shaped) 번개 수용부를 포함하는 피뢰 구조물을 제안한다. 하지만, 특허문헌 2 및 3에 의해 제안되는 번개 수용부의 형상에서는, 번개를 저지하는 효과는 충분히 얻을 수 없다. 이러한 이유로, 도 6에 도시된 바와 같이, 알루미늄과 같은 금속으로 제조된 번개 수용부(20)가 블레이드의 형상에 따라 블레이드(22)의 선단부에 제공되고, 번개 수용부(20) 상에 제공되는 앵커부(anchorq part)(21)가 블레이드(22)에 고정되는 피뢰 구조물이 제안되었다. 또한, 구리로 제조되는 번개 수용부가 블레이드의 가장 넓은 폭 부분에 인접한 부분 상에 설치되는 피뢰 구조물이 제안되었다.
특허문헌 1: JP-A-2007-100658 특허문헌 2: JP-A-2005-302399 특허문헌 3: JP-A-2007-170268
하지만, 전술한 제안된 구조물들에서는 번개 수용부와 블레이드 간의 접합부가 설계상 코너 부분(예컨대, 가장자리)을 갖도록 구성되기 때문에, 전기장이 결합부에 집중되는 경향이 있다. 이러한 이유로, 블레이드와 금속 간의 경계면이 번개에 의해 손상을 입고, 그에 따라 번개 수용부가 블레이드로부터 떨어질 수 있는 염려가 있다. 게다가, 본 발명자가 수행한 테스트의 결과에서, 측방향으로부터 낙뢰가 있는 경우 경계부에서 방전이 집중되는 경향이 확인되었다.
본 발명은 전술한 상황을 고려하여 발명되었으며, 본 발명의 목적은 번개를 저지하는 성능이 저하되지 않으면서, 블레이드의 코너 부분(예컨대, 가장자리)에 전기장이 집중되는 것을 방지할 수 있는 풍력 발전기용 블레이드의 피뢰 구조물을 제공하는 것이다.
다시 말해, 본 발명에 따른 풍력 발전용 블레이드의 피뢰 구조물은 풍력 발전용 블레이드의 일부에 부착되도록 구성되는 전도성 번개 수용부; 및 적어도 번개 수용부의 표층부와 블레이드의 표층부 사이에 개재되도록(interposed) 구성되는 세라믹 부재를 포함한다.
본 발명에 따른 피뢰구조물에서, 블레이드의 일부는 전도성 번개 수용부로 제공되고, 번개 수용부는 바람직하게는 블레이드의 선단에 부착된다. 하지만, 본 발명에서, 번개 수용부가 부착되는 위치는 제한되지 않는다. 번개 수용부는 복수의 위치에 부착될 수 있다. 예컨대, 본 발명에 따른 피뢰 구조물은 블레이드의 길이 방향으로 선단 및 중심부에 제공될 수 있다. 세라믹 부재는 적어도 번개 수용부의 표층부와 블레이드의 표층부 사이에 개재되고, 바람직하게는, 세라믹 부재는 번개 수용부의 표층부와 블레이드 수용부의 표층부 사이에서 전체 둘레에 걸쳐 개재된다.
세라믹 부재가 개재됨으로써, 번개 수용부가 번개를 막는 경우, 우선 전기장은 번개 수용부의 선단에 또는 번개 수용부와 세라믹 부재 사이의 경계면에 집중된다. 그 결과, 블레이드의 경계면에 전기장이 집중되어 블레이드가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 세라믹 부재가 뛰어난 내열성 및 전기 절연성을 갖기 때문에, 전기장의 집중에 의해 거의 손상되지 않는다. 세라믹 부재가 전기 수용부와 블레이드 사이에서 전체 둘레에 걸쳐 배치되기 때문에, 전기장이 블레이드의 경계면에 집중되는 것을 방지할 수 있다.
세라믹 부재는 적어도 번개 수용부의 표층부와 블레이드의 표층부 사이에 개재될 수 있고, 번개 수용부와 블레이드 사이에 개재되는 세라믹 부재의 깊이는 적절히 설정될 수 있다. 세라믹 부재를 배치하는 경우, 바람직하게는 블레이드의 표면 및 세라믹 부재의 표면은 서로 같은 높이의 표면으로 형성된다. 그 결과, 번개로 인해 블레이드와 세라믹 부재 사이의 경계면에 전기장의 집중을 방지하고, 공기역학적 관점에서 뛰어난 성능을 획득할 수 있다. 또한, 세라믹 부재의 표면 및 번개 수용부의 표면이 서로 같은 높이의 표면으로 형성됨으로써 양호한 공기역학적 특성을 얻을 수 있어서, 발전 성능이 아주 양호하게 유지된다.
번개 수용부는 전기 전도성을 갖는 물질로 제조되며, 일반적으로 금속으로 제조된다. 부수적으로, 본 발명은 금속 이외의 물질을 사용하는 것을 부정하는 것은 아니다. 금속 물질은 Al, Cu, Ti 또는 W와 같은 순금속, 이들의 합금, 합성물(예컨대, 기초 물질에 다른 물질들을 혼합 또는 분산시키거나, 서로 다른 종류의 물질들이 적층되거나 혼합됨) 등을 포함한다. 세라믹 부재는 다양한 세라믹을 포함할 수 있다. 본 발명은 특정 종류의 세라믹 부재에 제한되지 않으며, 적절한 선택이 가능하다. 바람직하게는, 예컨대, BN(boron nitride, 질화붕소), 알루미늄 등이 사용될 수 있다. 게다가, 번개 수용부 및 세라믹 물질이 부착되는 블레이드의 물질은 특정 물질에 제한되지 않는다. 블레이드는 공지된 물질들로 제조될 수 있다.
번개 수용부는 블레이드의 선단에 부착된다. 블레이드의 선단에서, 번개 수용부는 블레이드의 형상으로부터 이어져 선단을 향해 점차 감소되는 폭을 갖는 테이퍼 형상(블레이드의 표면을 보는 방향으로 테이퍼됨)을 가질 수 있다. 그에 따라, 번개를 저지하고 동시에 양호한 공기역학적 특성을 보장하는 기능을 개선시킬 수 있다. 게다가, 블레이드에 번개 수용부를 확실히 부착시키기 위해, 번개 수용부는 앵커부를 갖도록 제공될 수 있고, 앵커부는 블레이드에 고정될 수 있다. 앵커부는 블레이드 내에 도달하여 배치되도록 세라믹 부재의 중공 부분을 통과하여, 앵커부는 세라믹 부재의 기능에 악영향을 미치지 않으면서 블레이드에 확실히 고정될 수 있다. 구체적으로, 세라믹 부재 내에 삽입/관통홀을 형성하고, 삽입/관통홀을 통해 앵커부가 삽입되어 통과함으로써, 세라믹 부재는 블레이드 및 블레이드에 고정된 앵커부에 의해 유지될 수 있다. 유지 효과를 개선시키기 위해, 삽입/관통홀은 앵커부의 형상에 맞춰져, 앵커부가 삽입/관통홀에 삽입되어 통과하는 경우, 앵커부의 측벽이 삽입/관통홀과 긴밀히 접촉할 수 있다. 또한, 블레이드에 앵커부를 고정하는 것은, 블레이드에 제공되는 맞물림 구조물과 앵커부를 맞물리게함으로써, 또는 접착제를 사용함으로써 수행될 수 있다. 또한, 이러한 방법들을 조합하여 블레이드에 앵커부를 고정시킬 수 있다. 부수적으로, 다음의 설명에서, 테이퍼 형상 및 역 테이퍼 형상은 블레이드의 표면을 보는 방향에서의 형상을 의미한다.
[도 1] 도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 낙뢰 구조물을 도시한 분해 사시도이고, 도 1b는 이러한 실시예에 따른 피뢰 구조물이 블레이드에 부착된 상태를 도시한 사시도이다.
[도 2] 도 2는 도 1a 및 도 1b에 도시된 피뢰 구조물이 부착된 블레이드의 내부가 보이게 도시한 부분 단면도이다.
[도 3] 도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 피뢰 구조물을 도시한 도면이다.
[도 4] 도 4는 실시예에서 본 발명의 예의 전기장 분석 결과를 도시한 그래프이다.
[도 5] 도 5는 실시예에서 종래기술의 예의 전기장 분석 결과를 도시한 그래프이다.
[도 6] 종래기술에 따른 피뢰 구조물을 도시한 사시도이다.
이제 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대하여 설명할 것이다. 도 1은 본 발명에 따른 피뢰 구조물에서 사용되는 알루미늄 합금으로 제조되는 번개 수용부(1) 및 세라믹 부재(10)를 도시한다. 번개 수용부(1) 및 세라믹 부재(10)는 블레이드(5)에서 이어지는 형상을 갖고, 번개 수용부(1) 및 세라믹 부재(10)가 블레이드(5)에 각각 조립되는 경우, 블레이드(5)와 같은 높이의 표면을 갖도록 구성된다. 번개 수용부(1)는 납작한(flat) 형상을 갖고, 폭 및 두께가 선단 측을 향해 감소하도록 테이퍼된다(tapered). 번개 수용부(1)의 선단은 작은 직경의 굴곡진 형상을 갖는다. 번개 수용부(1)는 바닥면 상에 평평한 단부면(flat end face)(1a)을 갖는다. 평평한 단부면(1a)은 플레이트형 앵커부(3)를 갖도록 제공되어, 앵커부(3)는 평평한 단부면(1a)에 수용되고, 앵커부(3)는 번개 수용부(1)의 길이 방향에서 평평한 단부면(1a)으로부터 돌출된다. 플레이트형 앵커부(3)의 선단부(3a)는 선단을 향해 증가하는 폭과 함께, 테이퍼(tapered) 형상을 갖는다. 선단부(3a)의 선단은 굴곡진 형상을 갖는다. 게다가, 앵커부(3)는 선단 측에 접착제를 수용하는 도입홀(4)을 갖도록 제공된다. 도입홀(4)은 가로 방향으로 연장되도록 형성된다.
세라믹 부재(10)는 납작한 관 형상을 갖는다. 세라믹 부재(10)는 앵커부(3)가 삽입되는 앵커부 삽입/관통홀(11)을 갖도록 제공된다. 세라믹 부재(10)는 번개 수용부(1)와 마주보는 일 측에 평평한 단부면(1a)과 접촉하는 표면인 평면(10a), 및 타 측에 블레이드의 단면과 접촉하는 표면인 평면(10b)을 갖도록 제공된다. 세라믹 부재(10)의 앵커부 삽입/관통홀(11)은, 앵커부(3)가 앵커부 삽입/관통홀(11)로 삽입된 상태에서, 갭을 형성하지 않고 앵커부(3)의 외부면과 접촉하도록 구성된다. 그 결과, 세라믹 부재(10)가 앵커부(3)에 의해 유지되는 효과를 얻을 수 있다.
세라믹 부재(10)가 번개 수용부(1)에 조립되는 경우, 앵커부(3)는 앵커부 삽입/관통홀(100)로 삽입되어, 세라믹 부재(10)의 평면(10a)이 번개 수용부(1)의 평평한 단부면(1a)과 접촉한다. 부수적으로, 이러한 예에서, 접착제가 평면(10a)과 평평한 단부면(1a)을 접착시키도록 사용될 수 있다. 세라믹 부재(10)의 평면(10b)은 블레이드(5)의 단부면과 접촉하게 된다. 게다가, 앵커(3)의 선단 측은 삽입/관통홀(11)을 통해 블레이드(5) 측에 배치되고, 앵커(3)의 선단 측은 접착제를 사용하여 블레이드(5)의 내측에 접착된다. 이러한 예에서, 접착제는 접착 강도를 증가시키기 위해, 도입홀(4) 내로 흐른다.
부수적으로, 블레이드(5)는 선단부(3a)가 맞물리는 맞물림 보이드(미도시)를 갖도록 제공될 수 있고, 선단부(3a)는 맞물림 보이드와 맞물리고, 동시에 접착제를 사용하여 맞물림 보이드에 접착될 수 있다. 맞물림 보이드의 평면 형상이, 선단 측을 향해 점차 폭이 감소되는, 테이퍼 형상으로 형성되는 경우, 맞물림 보이드는 선단부(3a)의 역 테이퍼 형상과 협력하여 블레이드에 앵커부(3)를 확실히 고정시킬 수 있다.
접착제를 사용하여, 블레이드(5), 세라믹 부재(10) 및 번개 수용부(1)는, 블레이드(5)의 외부면으로부터 세라믹 부재(10)의 외부면을 통해 번개 수용부(1)의 외부면까지 서로 연결되어, 각각의 접합부가 매끈한 외부면이 얻어진다. 따라서, 세라믹 부재(10) 및 번개 수용부(1)의 외부 형상은 상기 외부면을 얻기 위해 결정된다. 부수적으로, 블레이드(5)는 두께 방향으로 나뉘는 접합되는 분절식(segment) 블레이드로 구성될 수 있고, 번개 수용부(1) 및 세라믹 부재(10)는 접합 시 블레이드(5)에 고정될 수 있다. 두께 방향으로 나뉘는 분절식 블레이드를 사용함으로써, 앵커부(3)를 용이하게 고정할 수 있다. 구체적으로, 분절식 블레이드를 이용함으로써, 앵커부(3)의 선단부(3a)의 역 테이퍼 형상과 블레이드(5)의 테이퍼 형상이 서로 맞물리는 경우, 고정 작업을 수행하는 것이 용이해진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 접지 라인(6)은 앵커부(3)에 전기적으로 연결되고, 접지 라인(6)의 단부는 접지된다. 번개 수용부(1) 및 세라믹 부재(!0)는 풍력 발전기의 각각의 블레이드에 부착될 수 있다.
피뢰 구조물을 사용하여, 번개는 번개 수용부에 의해 효과적으로 저지되고, 블레이드가 번개에 의해 타격을 입는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전기장은 피뢰 구조물을 갖도록 제공되는 블레이드 측에 집중되지 않고, 전기장이 번개 수용부와 세라믹 부재의 경계면 또는 사이에 집중되게 할 수 있다. 세라믹 부재가 내열성 또는 그와 유사한 특성을 갖기 때문에, 전기장의 집중에 의해 손상되기는 어렵다. 그 결과, 풍력 발전을 위한 벼락 저항성을 갖는 블레이드가 제공될 수 있다.
다음으로, 또 다른 실시예에 따른 피뢰 구조물이 도 3의 기반으로 하여 설명될 것이다. 도 3a는 번개 수용부(100) 상에 제공되는 앵커부(103)가 길고 좁은 폭, 및 세라믹 부재(110)의 두께보다 짧은 길이를 갖는다. 앵커부(103)는 세라믹 부재(110)에 형성된 앵커부 삽입/관통홀(111)로 삽입되고, 그 후 접착제 또는 그와 유사한 것을 사용하여 고정된다. 세라믹 부재(110)는 앵커부 삽입/관통홀(111)을 제외하고 고체부를 갖도록 형성된다. 세라믹 부재(110)는, 블레이드에 접합되는 부분 상에, 테이퍼부(112)를 갖도록 제공되고, 상기 테이퍼부(112)는 블레이드(105)의 폭보다 좁고 블레이드(105)의 베이스 단부를 향해 점차 증가하는 폭을 갖는다. 한편, 블레이드(105)는 역 테이퍼 형상의 테이퍼 그루브부(groove portion)(106)를 갖도록 제공되며, 상기 테이퍼 그루브부(106)는 폭이 선단 측을 향해 점차 감소하여, 테이퍼부(112)와 맞물린다. 접착제 또는 그와 유사한 것을 사용하여 테이퍼부(112)와 테이퍼 그루브부(106)를 맞물리게하고 고정시킴으로써, 세라믹 부재(!10)는 블레이드(105)에 확실히 접착될 수 있다. 또한, 전기장이 전기절연성을 갖는 테이퍼부(112)의 코너 부분에 집중되지 않는다.
도 3b는 세라믹 부재(210)가 두꺼운 두께를 가지며, 그에 따라 번개 수용부(200)의 앵커부(203)가 긴 길이를 갖는 예를 도시한다. 따라서, 세라믹 부재(210)가 두꺼워지는 경우에도, 앵커부(203)의 선단 측은 블레이드(205)에 배치될 수 있다. 게다가, 세라믹 부재(210)의 두께가 증가하기 때문에, 번개 수용부(200)의 단부면과 블레이드(205)의 단부면 간의 거리가 증가한다. 따라서, 번개 수용부(200)가 번개를 저지하는 경우, 블레이드(205)의 단부면은 번개에 의한 영향을 받지 않을 수 있다. 부수적으로, 이러한 예에서, 앵커부(203)의 선단은 직선 형상으로 형성된다.
도 3c는 세라믹 부재(310)가 도 3b에 도시된 세라믹 부재의 두께보다 얇은 두께를 갖고, 그에 따라 번개 수용부(300)의 앵커부(303)가 짧은 길이를 갖는 예를 도시한다. 앵커부(303)의 선단 측은 블레이드(305) 내에 배치된다. 도 3d는 세라믹 부재(410)가 도 3b에 도시된 세라믹 부재의 두께와 거의 동일한 두께를 갖고, 번개 수용부(400) 상에 제공되는 앵커부(403)가 세라믹 부재(410)의 두께에 상응하는 길이를 갖는 예를 도시한다. 이러한 예에서, 블레이드(405) 내에 배치되는 앵커부(403)의 선단 측은 굴곡진 형상으로 형성된다.
도 3e는 세라믹 부재(510)가 도 3d에 도시된 세라믹 부재의 두께보다 얇은 두께를 갖고, 그에 따라 번개 수용부(500)의 앵커부(503)가 짧은 길이를 갖는 예를 도시한다. 앵커부(503)의 선단 측은 블레이드(505) 내에 배치된다.
도 3f에서, 번개 수용부(600) 상에 제공되는 앵커부(603)의 베이스 측은, 블레이드(5)의 표면에서 보는 경우, 폭이 선단 측을 향해 증가하는 테이퍼 형상으로 형성되고, 테이퍼부의 측 가장자리는 굴곡진 형상으로 형성된다. 한편, 세라믹 부재(610) 내에 형성되는 앵커부 삽입/관통홀(611)은 폭이 블레이드 측을 향해 점차 감소하도록 형성된다. 그 결과, 앵커부(603)의 베이스 측과 세라믹 부재(610)의 앵커부 삽입/관통홀(611) 간의 접촉면 영역이 증가한다. 또한, 앵커부(603)를 블레이드(605)에 고정함으로써, 세라믹 부재(610)를 블레이드(605)를 향해 가압하는 것이 가능하다. 그에 따라, 세라믹 부재(610)가 확실히 유지될 수 있다.
부수적으로, 이러한 실시예에서, 번개 수용부 및 세라믹 부재를 포함하는 피뢰 구조물이 블레이드의 선단부에 제공되는 것이 설명되었다. 하지만, 피뢰 구조물을 갖도록 제공되는 위치는, 피뢰 구조물이 블레이드 부분에 제공되는 한, 그러한 실시예에 제한되지 않는다. 본 발명은 이러한 실시예를 기반으로 설명되었지만, 본 발명은 상기 실시예의 내용에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위 내에서 적절히 변형될 수 있다.
다음으로, 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄으로 제조된 번개 수용부(1) 및 세라믹 부재(10)를 포함하는 피뢰 구조물, 및 도 6에 도시된 종래기술에 따른 개재된(interposed) 세라믹 부재를 갖지 않는 번개 수용부(20)를 포함하는 피뢰 구조물은 블레이드를 본뜬 FRP 물질에 부착되었다. 그 후, 그러한 피뢰 구조물들은 번개에 의해 타격될 위치를 예측하도록 시뮬레이션을 이용하여 2D 전기장 분석에 적용되었다. 부수적으로, 분석에는, 분석 소프트웨어 MARC2007R1(MSC Software Corporation 제품)이 사용되었고, 블레이드의 선단부로부터 1m 떨어진 거리에 점 전하를 배치하였다. 블레이드의 선단부 바로 위의 위치를 0°로 하고, 분석을 위해, 점 전하는 ±30°, ±60° 및 ±90°의 위치 및 ±90°의 위치 바로 아래에 200mm 및 500mm 낮은 위치에 배치되었다. 그 때, 인하도체의 단부를 고정 전위로 설정하였다.
본 발명의 실시예의 분석 결과는 도 4에 도시되고, 종래기술의 분석 결과는 도 5에 도시되었다. 도 4로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 전기장은 번개 수용부의 선단부 이외에, 번개 수용부와 세라믹 부재 사이의 경계면에 집중되고, 반면에, 전기장은 블레이드의 등가물과 세라믹 부재 사이의 경계면에 거의 집중되지 않는다. 반대로, 도 5로부터 확인되는 바와 같이, 종래기술의 실시예에서, 전기장은 번개 수용부의 선단부 이외에, 번개 수용부와 블레이드의 등가물 사이의 경계부에 집중되며, 또한, 블레이드의 등가물 내의 번개 수용부의 코너 부분에 집중된다. 따라서, 종래기술에서, 번개 수용부가 풍차에 제공되는 경우에도, 블레이드는 번개에 의해 손상을 입을 가능성이 있다.
본 발명은 전술한 실시예에 제한되지 않으며, 적절한 변경, 변형 등이 될 수 있다. 게다가, 각각의 구성 요소의 물질, 형상, 치수, 형태 개수, 배치되는 위치 등은 본 발명이 달성될 수 있는 한, 임의적이며, 전술한 실시예에 제한되지 않는다.
본 발명은 특정 실시예를 참조하여 상세히 설명되었지만, 통상의 기술자는 본 발명의 범위 및 사상으로 벗어나지 않는 범위 내에서 변형 또는 변경이 가능함을 인식할 것이다.
본원은 2010년 2월 4일 출원된 일본특허출원번호 2010-023504를 기초로 우선권을 주장하며, 전체 개시내용은 여기에서 참조로 도입된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 발전용 블레이드의 피뢰 구조물을 사용하는 경우, 전도성 번개 수용부가 풍력 발전기용 블레이드의 부분에 부착되고, 세라믹 부재가 적어도 번개 수용부의 표층부(surface-layer portion)와 블레이드의 표층부 사이에 개재된다. 따라서, 전기장이 블레이드와 블레이드에 부착된 번개 수용부 사이의 경계면에 집중되는 것으로 인해 블레이드에 손상을 입히는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
1: 번개 수용부 2: 앵커부
5: 블레이드 6: 접지 라인
10: 세라믹 부재 11: 앵커부 삽입/관통홀

Claims (7)

  1. 풍력 발전용 블레이드의 피뢰 구조물에 있어서,
    풍력 발전용 블레이드의 일부에 부착되도록 구성되는 전도체 번개 수용부; 및
    적어도 번개 수용부의 표층부와 블레이드의 표층부 사이에 개재되도록 구성되는 세라믹 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 블레이드의 피뢰 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    블레이드의 표면 및 세라믹 부재의 표면은 서로 같은 높이의 표면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 블레이드의 피뢰 구조물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    번개 수용부는 블레이드의 선단 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 블레이드의 피뢰 구조물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    세라믹 부재는 번개 수용부의 표층부와 블레이드의 표층부 사이에서 표층부들 전체 둘레에 걸쳐 개재되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 블레이드의 피뢰 구조물.
  5. 제4항에 있어서,
    번개 수용부는, 블레이드의 형상에서 이어져, 번개 수용부의 선단을 향해 폭이 점차 감소되는 테이퍼 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 블레이드의 피뢰 구조물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    번개 수용부는 앵커부를 포함하고,
    앵커부는 세라믹 부재에 형성되는 삽입/관통홀을 통과하여 블레이드 내에 위치하도록 구성되고, 블레이드에 고정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 블레이드의 피뢰 구조물.
  7. 제6항에 있어서,
    앵커부는 블레이드의 맞물림 구조물과 맞물리는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 블레이드의 피뢰 구조물.
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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102918262A (zh) 2011-12-09 2013-02-06 三菱重工业株式会社 风车叶片
JP5730408B2 (ja) * 2011-12-09 2015-06-10 三菱重工業株式会社 風車翼および風力発電装置
KR20130093529A (ko) 2011-12-09 2013-08-22 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 풍력 터빈용 풍력 터빈 블레이드
US10135233B2 (en) * 2012-11-14 2018-11-20 Lightning Protection Systems, LLC Low-profile, after-aligned, universal point mount
CA2889644C (en) * 2012-11-15 2018-11-27 Wobben Properties Gmbh Rotor blade of a wind energy plant, rotor blade tip and connection device
GB2519332A (en) 2013-10-17 2015-04-22 Vestas Wind Sys As Improvements relating to lightning protection systems for wind turbine blades
GB2521809A (en) 2013-10-17 2015-07-08 Vestas Wind Sys As Improvements relating to lightning protection systems for wind turbine blades
GB2519331A (en) * 2013-10-17 2015-04-22 Vestas Wind Sys As Improvements relating to lightning protection systems for wind turbine blades
US9702255B2 (en) 2013-11-26 2017-07-11 Textron Innovations, Inc. Propeller with lightening strike protection
JP6083755B2 (ja) * 2014-02-28 2017-02-22 株式会社日本製鋼所 風力発電用ブレード
GB2527035A (en) * 2014-06-05 2015-12-16 Vestas Wind Sys As Improvements relating to wind turbine blades
JP5941174B1 (ja) * 2015-02-03 2016-06-29 株式会社日立製作所 風力発電装置
JP2017053341A (ja) * 2016-04-15 2017-03-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 冷媒圧縮機およびそれを用いた冷凍装置
USD803163S1 (en) 2016-05-13 2017-11-21 Erico International Corporation Tip receptor mount for lightning protection systems
US10344743B2 (en) 2016-05-13 2019-07-09 Erico International Corporation Lightning protection system and method for wind turbine blades
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
US10871150B2 (en) 2016-07-29 2020-12-22 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine blade having a lightning tip receptor
CN106762470A (zh) * 2017-03-22 2017-05-31 方圆电气股份有限公司 一种风力发电机驱雷防护装置
DE102017119484A1 (de) 2017-08-25 2019-02-28 Wobben Properties Gmbh Windenergieanlagen-Rotorblatt und Blitzschutzsystem für ein Windenergieanlagen-Rotorblatt
JP2018080704A (ja) * 2018-01-17 2018-05-24 川崎重工業株式会社 アップウインド型風車
CN108547744B (zh) * 2018-04-02 2020-04-14 天津市盛佳怡电子有限公司 一种具有避雷装置的风能叶片
WO2020011326A1 (en) * 2018-07-09 2020-01-16 Vestas Wind Systems A/S Improvements relating to wind turbine blades
EP3712431B1 (en) * 2019-03-22 2023-05-31 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Nacelle cover for improving lightning protection
EP4215746A1 (en) * 2022-01-19 2023-07-26 Lightning Suppression Systems Co., Ltd. Lightning suppression device for wind turbine blades
CN115313156B (zh) * 2022-07-27 2024-04-12 西安时代科亿机电设备制造有限公司 一种风机叶片防雷装置及封装方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005113735A (ja) * 2003-10-06 2005-04-28 Jfe Engineering Kk 風力発電設備
JP2005302399A (ja) 2004-04-08 2005-10-27 Kanazawa Inst Of Technology 風力発電装置
JP2007100658A (ja) 2005-10-06 2007-04-19 Ebara Corp 風車ブレードの誘雷方法及び誘雷装置、風力発電装置の避雷方法及び避雷装置
WO2007062659A1 (en) * 2005-12-02 2007-06-07 Lm Glasfiber A/S Lightning protection system for a wind turbine blade
JP2007170268A (ja) 2005-12-21 2007-07-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 風車翼の落雷保護装置
US20090056968A1 (en) * 2006-05-09 2009-03-05 Kim Bertelsen Lightning Protection System For A Wind Turbine Rotor Blade And A Method For Manufacturing Such A Blade
JP2010014117A (ja) * 2008-07-02 2010-01-21 Siemens Ag 避雷器を備えた風車羽根及び風車羽根の表面を保護するための方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58216396A (ja) * 1982-06-10 1983-12-16 関西電力株式会社 雷導接地装置
US5365398A (en) * 1992-07-24 1994-11-15 Richard Briet Lightning protection system
DE4436290C1 (de) * 1994-10-11 1996-05-02 Autoflug Energietech Gmbh Windkraftanlage mit Blitzschutz
JP3265500B2 (ja) * 1997-01-16 2002-03-11 高村 悦子 受雷針および受雷装置
FR2817085B1 (fr) * 2000-11-22 2003-01-17 Alain Rousseau Paratonnerre a dispositif d'amorcage et procede de commande du courant d'effluve d'un tel paratonnerre
DK174232B1 (da) 2000-12-13 2002-10-07 Lm Glasfiber As Kombineret lynreceptor og drænkanal i vindmøllevinge
DK1668246T3 (en) * 2003-09-29 2015-01-19 Vestas Wind Sys As WINDOW LOCK PROTECTION SYSTEM FOR A WIND MILL
JP4580169B2 (ja) * 2004-02-05 2010-11-10 富士重工業株式会社 風車用分割型ブレード及び風車の耐雷装置
JP2005318077A (ja) * 2004-04-27 2005-11-10 Nec System Integration & Construction Ltd アンテナ用支持柱及びその設置方法
JP4748307B2 (ja) * 2005-08-12 2011-08-17 東京電力株式会社 ブレード構造および風力発電装置
DE102005051537A1 (de) 2005-10-26 2007-05-03 Christoph Lucks Verfahren zur nachträglichen Einrichtung eines Blitzschutzsystems in wenigstens einem Rotorblatt einer bestehenden Windkraftanlage
JP2007138755A (ja) * 2005-11-16 2007-06-07 Meidensha Corp 風力発電設備の避雷装置
DE202006000673U1 (de) 2006-01-18 2006-06-14 Sheppard, Jeremy Blitzschutzsystem für Windenergieanlagen Typ Nordex NX27-NX29 (eingetragene Marke)
US7616624B2 (en) * 2006-07-20 2009-11-10 Avaya Inc. Determining user availability based on the expected duration of a new event
DE102006044323A1 (de) * 2006-09-18 2008-03-27 Holtmann & Stierle Chemie Gmbh Schutzüberzug für Windrad-Flügel
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
US8342805B2 (en) * 2009-06-25 2013-01-01 General Electric Company Transversal conduction lightning protection system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005113735A (ja) * 2003-10-06 2005-04-28 Jfe Engineering Kk 風力発電設備
JP2005302399A (ja) 2004-04-08 2005-10-27 Kanazawa Inst Of Technology 風力発電装置
JP2007100658A (ja) 2005-10-06 2007-04-19 Ebara Corp 風車ブレードの誘雷方法及び誘雷装置、風力発電装置の避雷方法及び避雷装置
WO2007062659A1 (en) * 2005-12-02 2007-06-07 Lm Glasfiber A/S Lightning protection system for a wind turbine blade
JP2007170268A (ja) 2005-12-21 2007-07-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 風車翼の落雷保護装置
US20090056968A1 (en) * 2006-05-09 2009-03-05 Kim Bertelsen Lightning Protection System For A Wind Turbine Rotor Blade And A Method For Manufacturing Such A Blade
JP2010014117A (ja) * 2008-07-02 2010-01-21 Siemens Ag 避雷器を備えた風車羽根及び風車羽根の表面を保護するための方法

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Publication number Publication date
EP2532893A4 (en) 2015-04-22
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ES2635343T3 (es) 2017-10-03
JP2011163132A (ja) 2011-08-25
CN102822518B (zh) 2015-10-14
BR112012019134A2 (pt) 2017-11-07
WO2011096500A1 (ja) 2011-08-11
MX2012008907A (es) 2012-08-15

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