KR20160130297A

KR20160130297A - 풍력 터빈의 낙뢰 측정 시스템

Info

Publication number: KR20160130297A
Application number: KR1020167027666A
Authority: KR
Inventors: 킴 베르텔센; 토마스 홀름 크로그; 쇠렌 핀 마센
Original assignee: 글로벌 라이트닝 프로텍션 서비시즈 에이/에스
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2016-11-10
Also published as: JP2017515125A; EP3117098B1; EP3117098A1; WO2015131900A1; DK3117098T3; JP6449917B2; CN106133311B; CN106133311A; US20170176500A1; US10302679B2

Abstract

풍력 터빈에 있는 인하 도선(down conductor)(DC) 내의 낙뢰 전류 파라미터들을 측정하기 위한 낙뢰 측정 시스템(lightning measuring system)(LMS)이 개시되며, 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 - 상기 인하 도선(DC)에 관해 측정하도록 배치된 센서 장치(sensor arrangement)(SEA), - 데이터 수집 유닛(data collection unit)(DCU), - 상기 센서 장치(DC)를 상기 데이터 수집 유닛(DCU)과 전기적으로 연결하는 연결 장치(connection arrangement)(CA), 및 - 절연 장치(insulating arrangement)(INS)를 포함하며, 상기 센서 장치(SEA)와 상기 연결 장치(CA) 및/또는 상기 인하 도선(DC)의 적어도 일부는 상기 절연 장치(INS) 내에 둘러싸임으로써, - 상기 센서 장치(SEA)와 상기 인하 도선(DC) 사이의 최소 절연 거리(minimum insulation distance)(MID), 및 - 상기 절연 장치(INS)에 의해 둘러싸이지 않은 상기 인하 도선(DC)의 노출된 부분과 상기 절연 장치(INS)에 의해 둘러싸이지 않은 상기 연결 장치(CA)의 노출된 부분 사이의 최소 표면 거리(minimum surface distance)(MSD)를 정의하며, 이로 인해 상기 절연 장치(INS)는 상기 인하 도선(DC)과 상기 센서 장치(SEA) 사이의 절연 파괴를 방지하고 상기 인하 도선(DC)의 상기 노출된 부분과 상기 연결 장치(CA)의 상기 노출된 부분 사이의 표면 플래시오버(flashover)를 방지하는데 유효하다.

Description

풍력 터빈의 낙뢰 측정 시스템{Lightning measuring system for a wind turbine}

본 발명은 청구항 제1항에 따른 풍력 터빈에 있는 인하 도선(down conductor) 내의 낙뢰 전류 파라미터들(lightning current parameters)을 측정하기 위한 낙뢰 측정 시스템에 관한 것이다.

다양한 낙뢰 측정 시스템들이 본 기술분야에 알려져 있다.

그러나, 이러한 낙뢰 측정 시스템을 작동중인 풍력 터빈 내에 설치하는 것과 연관된 실제적인 문제점들이 있을 수 있다.

본 발명의 목적은 알려진 낙뢰 측정 시스템과 연관된 문제점들을 해결하는 것이다.

본 발명은 제1 측면에 있어서 풍력 터빈에 있는 인하 도선(down conductor) 내의 낙뢰 전류 파라미터들(lightning current parameters)을 측정하기 위한 낙뢰 측정 시스템에 관한 것으로서,

상기 낙뢰 측정 시스템은

- 상기 인하 도선에 관해 측정하도록 배치된 센서 장치(sensor arrangement),

- 데이터 수집 유닛(data collection unit),

- 상기 센서 장치를 상기 데이터 수집 유닛과 전기적으로 연결하는 연결 장치(connection arrangement), 및

- 절연 장치(insulating arrangement)를 포함하며,

상기 센서 장치와 상기 연결 장치 및/또는 상기 인하 도선의 적어도 일부는 상기 절연 장치 내에 둘러싸임으로써,

- 상기 센서 장치와 상기 인하 도선 사이의 최소 절연 거리(minimum insulation distance), 및

- 상기 절연 장치에 의해 둘러싸이지 않은 상기 인하 도선의 노출된 부분과 상기 절연 장치에 의해 둘러싸이지 않은 상기 연결 장치의 노출된 부분 사이의 최소 표면 거리(minimum surface distance)를 정의하며,

이로 인해 상기 절연 장치는 상기 인하 도선과 상기 센서 장치 사이의 절연 파괴를 방지하고 상기 인하 도선의 상기 노출된 부분과 상기 연결 장치의 상기 노출된 부분 사이의 표면 플래시오버(flashover)를 방지하는데 유효하다.

본 발명의 하나의 이점은 상기 인하 도선과 데이터 수집 유닛 사이에 갈바닉 분리(galvanic separation)가 성취된다는 것일 수 있다.

본 발명의 하나의 이점은 특별한 측정 기술들을 적용함이 없이 상기 인하 도선과 데이터 수집 유닛 사이에 갈바닉 분리가 성취된다는 것일 수 있다. 즉, 입증된 성능을 가진 비교적 전통적인 측정 기술들을 위해서도 갈바닉 분리가 성취될 수 있다.

본 발명의 하나의 이점은 상기 최소 표면 거리와 동시에 상기 최소 절연 거리를 확립함으로써 상기 데이터 수집 유닛이 낙뢰 피격 전류로부터 안전하게 유지될 수 있다는 것일 수 있다. 그럼으로써, 상기 데이터 수집 유닛의 성능과 수명이, 특히 풍력 터빈 내에 낙뢰 피격이 빈번한 영역들 내에 설치되었을 때, 실질적으로 증가한다. 확립된 최소 절연 거리로 인하여 상기 절연 장치가 상기 인하 도선 내에서 흐르는 낙뢰 전류가 상기 절연 장치를 뚫고 상기 인하 도선으로부터 상기 센서 장치로 흐르는 것과 연관된 전압을 방지하기 때문에, 그리고 확립된 최소 표면 거리로 인하여 상기 절연 장치가 상기 인하 도선 내에서 흐르는 낙뢰 전류가 상기 절연 장치의 표면상에서 상기 인하 도선으로부터 상기 연결 장치상으로 표면 플래시오버를 생성하는 것과 연관된 전압을 방지하기 때문에, 상기 데이터 수집 유닛은 상기 인하 도선으로부터, 그리고 상기 인하 도선 내의 과도한 전압 및/또는 전류로부터 효과적으로 절연 유지된다. 즉, 상기 절연 장치에 의해 상기 인하 도선과 데이터 수집 유닛 사이에 효과적인 갈바닉 분리가 이루어짐에 의해, 상기 데이터 수집 유닛은 상기 인하 도선 내에 흐르는 낙뢰 전류의 위험한 영향으로부터 안전하게 유지되며, 상기 풍력 터빈은 높은 낙뢰 피격 전류를 가진 영역 내에서도 필요한 낙뢰 모니터링을 하며 작동될 수 있다.

낙뢰 측정 시스템과 연관된 하나의 문제점은 낙뢰 노출로 인해 과도한 전압 및/또는 전류를 보이는 상기 인하 도선에 관해 측정함으로써, 상기 낙뢰 측정 시스템 자체는 비교적 이 전압 및 전류에 노출될 수 있으며 이에 따라 비교적 짧은 기대 수명, 예를 들어 첫째 낙뢰 피격에 이르기까지의 수명을 가질 수 있다는 것이다. 이는 다음의 낙뢰 피격은 측정될 수 없기 때문에 풍력 터빈은 낙뢰 손상을 모니터링 할 수 없다는 문제점을 구성한다. 풍력 터빈, 예를 들어 풍력 터빈 블레이드에 가해지는 작은 낙뢰 손상조차도 적극적으로 대응하지 않는 경우에는 치명적인 터빈 손상으로 발전될 수 있다. 따라서, 풍력 터빈의 낙뢰 측정 시스템이 손상되어 풍력 터빈을 모니터링 할 수 없는 경우에는, 어떠한 낙뢰 손상도 알 수 없으며, 이에 따라 아무 제약을 받지 않고 발전될 수 있다. 더욱이, 이러한 낙뢰 측정 시스템을 교체하는데 비교적 비용이 많이 든다.

본 발명의 하나의 이점은 위의 문제점이 해결될 수 있다는 것일 수 있다.

본 발명의 하나의 이점은 상기 센서 장치, 상기 연결 장치, 및 상기 데이터 수집 유닛은 낙뢰에 대해 보호되며 낙뢰 피격에 의한 손상 없이 풍력 터빈을 피격하는 추가적인 낙뢰를 위한 데이터를 기록할 수 있다는 것일 수 있다.

본 발명과 관련하여, 비록 센서 장치가 절연 파괴를 방지하기 위해 적정하게 절연되었다 할지라도, 종종 표면 플래시오버에 여전히 취약할 수 있다는 것을 이해하는 것이 중요하다. 실제로 본 발명자는, 주어진 구성에 있어서 절연 재료의 비교적 짧은 거리는 절연 파괴를 방지하는데 유효하고, 반면 더욱더 긴 표면 거리가 플래시오버를 방지하는데 필요하기 때문에, 표면 플래시오버에 대응한 이러한 설치가 실제로 비교적 복잡할 수 있다는 것을 인식하였다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 낙뢰 측정 시스템은 풍력 터빈에 설치되어 풍력 터빈의 부분일 수 있고, 또는 적어도 풍력 터빈 내에 설치되도록 구성될 수 있으며, 즉, 상기 낙뢰 측정 시스템은 풍력 터빈의 인하 도선 내의 낙뢰 전류 파라미터들을 측정하도록 구성된다는 것을 이해하여야 한다.

더욱이, 본 발명에 따르면, 상기 센서 장치는 상기 인하 도선에 관해 측정하기 위해 배치되도록 구성된다는 것을 이해하여야 한다.

마지막으로, 본 발명에 따르면, 상기 절연 장치는 상기 센서 장치를 둘러싸며 상기 연결 장치의 적어도 일부 및/또는 상기 인하 도선의 적어도 일부를 둘러싸도록 구성된다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 상기 절연 장치는, 상기 풍력 터빈 내에 설치되었을 때, 상기 인하 도선과 상기 센서 장치 사이의 절연 파괴를 방지하며, 상기 풍력 터빈 내에 설치되었을 때, 상기 인하 도선의 상기 노출된 부분과 상기 연결 장치의 노출된 부분 사이의 표면 플래시오버를 방지하는데 유효하다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 절연 장치는 최소 절연 파괴 전압 및/또는 최소 플래시오버 전압까지의 전위차에 대해 상기 인하 도선과 상기 센서 장치 사이의 절연 파괴를 방지하고 상기 인하 도선의 상기 노출된 부분과 상기 연결 장치의 상기 노출된 부분 사이의 표면 플래시오버를 방지하는데 유효하며,

상기 최소 절연 파괴 전압 및/또는 상기 최소 플래시오버 전압은 50kV, 바람직하게는 75kV, 더 바람직하게는 100kV, 더욱더 바람직하게는 120kV, 가장 바람직하게는 140kV, 예컨대 160kV, 예컨대 180kV, 예컨대 200kV이다.

상기 실시예와 관련하여, 상기 인하 도선의 노출된 부분과 상기 연결 장치의 노출된 부분 사이의 방전을 위한 전기 방전의 전체 경로는 표면을 따른 그리고 재료를 통과하는 기여들로 이루어질 수 있다는 것을 이해하는 것이 중요하다. 더욱이, 무한한 수의 조합된 거리들 또는 경로들이 존재한다는 것을 이해하는 것이 중요하다. 이러한 각각의 조합된 거리들을 위해, 한편으로는 상기 인하 도선의 노출된 부분과 다른 한편으로는 상기 연결 장치의 노출된 부분 또는 상기 센서 장치 사이에 표면 플래시오버 및/또는 절연 파괴를 야기하기 위해 어떤 전위차가 필요하다. 이러한 전위차는 각각 최소 표면 플래시오버 전압과 최소 절연 파괴 전압으로 지칭된다. 따라서, 최소 표면 플래시오버 전압과 최소 절연 파괴 전압의 최소값이 예컨대 50kV일 경우에, 한편으로는 상기 센서 장치 또는 상기 연결 장치와 다른 한편으로는 상기 인하 도선 사이의 전위차는 어떠한 플래시오버 및/또는 절연 파괴를 야기하기 위해서 적어도 50kV이어야 하며, 결과적으로, 상기 절연 장치는 적어도 50kV 까지의 전위차의 어떠한 플래시오버 및/또는 절연 파괴도 방지하는데 유효하다.

상기 실시예의 하나의 이점은 상기 센서 장치, 상기 연결 장치, 및 상기 데이터 수집 유닛이 낙뢰에 대해 보호되며 낙뢰 피격에 의한 손상 없이 풍력 터빈을 피격하는 추가적인 낙뢰를 위한 데이터를 기록할 수 있다는 것일 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 절연 장치는 아래의 식에 의해 주어진 조건을 충족시킬 수 있도록 구성된다.

여기서, D_mat,i는 상기 절연 장치를 통과하는 i번째 거리 요소를 나타내고, D_sur,j는 예를 들어 상기 절연 장치의 표면 상의 j번째 거리 요소를 나타낸다.

여기서, E_mat는 절연 파괴를 야기하는데 필요한 전기장을 나타내고, E_sur은 표면 플래시오버를 야기하는데 필요한 전기장을 나타내며,

여기서, C_eff는 50kV, 바람직하게는 75kV, 더 바람직하게는 100kV, 더욱더 바람직하게는 120kV, 가장 바람직하게는 140kV, 예컨대 160kV, 예컨대 180kV, 예컨대 200kV이다.

위의 실시예는 어떠한 가능한 경로를 따라 플래시오버 및/또는 절연 파괴를 야기하기 위해 필요한 전기장의 세기들의 합이 되는 최소 파괴 전압이 적어도 50kV, 예컨대 75kV, 예컨대 100kV, 예컨대 120kV, 예컨대 140kV, 예컨대 160kV, 예컨대 180kV, 예컨대 200kV 라는 것을 의미한다. 이 점에 있어서, 상기 최소 파괴 전압은 최소 표면 플래시오버 전압, 절연 파괴 전압, 및 표면(들)을 따른 그리고 상기 절연 장치를 통과하는 조합된 경로를 위한 어떠한 유효한 전압으로서 이해될 수 있다. 따라서, 위의 실시예에 따르면, 상기 절연 장치는, 확립된 최소 표면 거리와 최소 절연 거리로 인해, 상기 파괴 전압까지에 대해 어떠한 표면 플래시오버, 절연 파괴, 또는 이들의 조합을 방지하도록 구성된다.

위의 실시예의 하나의 중요한 이점은 상기 낙뢰 측정 시스템은 적어도 명시된 전압에서 상기 인하 도선 내의 낙뢰 전류에 의해 손상되지 않는다는 것일 수 있다. 상기 절연 장치에 의해 쉬워진 보호로 인해, 표면 플래시오버 및/또는 절연 파괴는 전기적 방전이 일어나기 전에 한편으로는 상기 인하 도선과 다른 한편으로는 상기 연결 장치 또는 센서 장치 사이의 효과적인 장벽을 넘어야 하며, 이는 적어도 파괴 전압의 전위차를 요구한다. 그럼으로써, 상기 데이터 수집 유닛은 상기 인하 도선에 의해 전도되는 몇몇의 추가적인 낙뢰 피격의 기간동안 상기 센서 장치와 직접적인 전기적 접촉 상태에 있도록 허용될 수 있다.

위 실시예의 하나의 이점은 상기 센서 장치, 상기 연결 장치, 및 상기 데이터 수집 유닛이 낙뢰에 대해 보호되며 낙뢰 피격에 의한 손상 없이 풍력 터빈을 피격하는 추가적인 낙뢰를 위한 데이터를 기록할 수 있다는 것일 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 절연 장치는 아래의 식에 의해 주어진 조건을 충족시키도록 구성된다.

여기서, D_mat,i는 상기 절연 장치를 통과하는 i번째 거리 요소를 나타내고, D_sur,j는 예를 들어 상기 절연 장치의 표면상의 j번째 거리 요소를 나타내고, D_air,k는 공기를 통과하는 k번째 거리 요소를 나타내며,

여기서, E_mat는 절연 파괴를 야기하는데 필요한 전기장을 나타내고, E_sur은 표면 플래시오버를 야기하는데 필요한 전기장을 나타내고, E_air는 공기 플래시오버를 야기하는데 필요한 전기장을 나타내며,

위의 실시예는 어떠한 가능한 경로를 따라 플래시오버 및/또는 절연 파괴를 야기하기 위해 필요한 전기장의 세기들의 합이 되는 최소 파괴 전압이 적어도 50kV, 예컨대 75kV, 예컨대 100kV, 예컨대 120kV, 예컨대 140kV, 예컨대 160kV, 예컨대 180kV, 예컨대 200kV 라는 것을 의미한다. 이 점에 있어서, 상기 최소 파괴 전압은 최소 표면 플래시오버 전압, 최소 공기 플래시오버 전압, 절연 파괴 전압, 및 표면(들)을 따른, 공기를 통과하는, 그리고 상기 절연 장치를 통과하는 조합된 경로를 위한 어떠한 유효한 전압으로서 이해될 수 있다. 따라서, 위의 실시예에 따르면, 상기 절연 장치는, 확립된 최소 표면 거리, 최소 절연 거리, 및 최소 공기 거리로 인해, 상기 파괴 전압까지에 대해 어떠한 표면 플래시오버, 공기 플래시오버, 절연 파괴, 또는 이들의 조합을 방지하도록 구성된다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 최소 절연 거리는 50kV까지의, 바람직하게는 75kV까지의, 더 바람직하게는 100kV까지의, 더욱더 바람직하게는 120kV까지의, 가장 바람직하게는 140kV까지의, 예컨대 160kV까지의, 예컨대 180kV까지의, 예컨대 200kV까지의 상기 인하 도선과 상기 센서 장치 사이의 전위차에 대해 절연 파괴를 방지하는데 유효하다.

위 실시예의 하나의 이점은 상기 센서 장치, 상기 연결 장치, 및 상기 데이터 수집 유닛이 낙뢰에 대해 보호되며 낙뢰 피격에 의한 손상 없이 풍력 터빈을 피격하는 추가적인 낙뢰를 위한 데이터를 기록할 수 있으며, 특히 절연 파괴에 대해 보호된다는 것일 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 최소 표면 거리는 50kV까지의, 바람직하게는 75kV까지의, 더 바람직하게는 100kV까지의, 더욱더 바람직하게는 120kV까지의, 가장 바람직하게는 140kV까지의, 예컨대 160kV까지의, 예컨대 180kV까지의, 예컨대 200kV까지의 상기 인하 도선과 상기 센서 장치 사이의 전위차에 대해 표면 플래시오버를 방지하는데 유효하다.

위 실시예의 하나의 이점은 상기 센서 장치, 상기 연결 장치, 및 상기 데이터 수집 유닛이 낙뢰에 대해 보호되며 낙뢰 피격에 의한 손상 없이 풍력 터빈을 피격하는 추가적인 낙뢰를 위한 데이터를 기록할 수 있으며, 특히 표면 플래시오버에 대해 보호된다는 것일 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 센서 장치와 상기 연결 장치 및/또는 상기 인하 도선의 적어도 일부는 상기 절연 장치(INS) 내에 둘러싸임으로써,

상기 절연 장치에 의해 둘러싸이지 않은 상기 인하 도선의 노출된 부분과 상기 절연 장치에 의해 둘러싸이지 않은 상기 연결 장치의 노출된 부분 사이의 최소 공기 거리(minimum air distance)를 더 정의한다.

위 실시예의 하나의 이점은 상기 센서 장치, 상기 연결 장치, 및 상기 데이터 수집 유닛이 낙뢰에 대해 보호되며 낙뢰 피격에 의한 손상 없이 풍력 터빈을 피격하는 추가적인 낙뢰를 위한 데이터를 기록할 수 있으며, 특히 공기 플래시오버에 대해 보호된다는 것일 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 최소 공기 거리는 적어도 50kV까지의, 바람직하게는 75kV까지의, 더 바람직하게는 100kV까지의, 더욱더 바람직하게는 120kV까지의, 가장 바람직하게는 140kV까지의, 예컨대 160kV까지의, 예컨대 180kV까지의, 예컨대 200kV까지의 상기 인하 도선과 상기 연결 장치 사이의 전위차에 대해 공기 플래시오버를 방지하는데 유효하다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 최소 표면 거리는 적어도 30cm, 바람직하게는 적어도 50cm, 더 바람직하게는 적어도 70cm, 더욱더 바람직하게는 적어도 80cm, 가장 바람직하게는 적어도 90cm, 예컨대 적어도 100cm, 예컨대 적어도 125cm, 예컨대 적어도 150cm이다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 최소 절연 거리는 적어도 5mm, 바람직하게는 적어도 8mm, 더 바람직하게는 적어도 10mm, 더욱더 바람직하게는 적어도 12mm, 가장 바람직하게는 적어도 14mm, 예컨대 적어도 16mm, 예컨대 적어도 18mm, 예컨대 적어도 20mm이다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 최소 공기 거리는 적어도 10cm, 바람직하게는 적어도 15cm, 더 바람직하게는 적어도 20cm, 더욱더 바람직하게는 적어도 24cm, 가장 바람직하게는 적어도 28cm, 예컨대 적어도 32cm, 예컨대 적어도 36cm이다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 절연 장치는 유지 표면(maintaining surface), 예를 들어 풍력 터빈 블레이드의 표면에 고정되어 그에 의해 지지되며,

상기 최소 표면 거리는 상기 유지 표면에 실질적으로 평행하다.

위 실시예의 하나의 이점은 상기 인하 도선과 상기 풍력 터빈 블레이드의 표면 사이의 거리가 보통 감소될 수 있다는 것이다. 특히, 상기 인하 도선에 관한 측정이 가능하도록 상기 센서 장치가 상기 인하 도선이 통과하도록 공급되는 코일을 포함할 때, 효과적인 최소 표면 거리를 확립하기 위해 상기 코일은 보통 상기 유지 표면으로부터 어떤 거리, 예를 들어 상기 최소 절연 거리가 필요하다. 그러나 상기 최소 표면 거리와 상기 유지 표면을 실질적으로 평행하게 유지함으로써, 상기 인하 도선은 상기 유지 표면에 비교적 가깝게, 예컨대 상기 최소 절연 거리의 두 배 또는 세 배와 상응하는 거리 내에 유지될 수 있다. 상기 인하 도선과 블레이드 표면사이의 거리를 감소시킴으로써, 더욱 튼튼하고 장기간 안정된 장치가 성취될 수 있다. 상기 인하 도선을 구부리게 되면 상기 인하 도선 상에 취약한 지점이 형성될 수 있기 때문에, 내측 블레이드 표면에 접하거나 적어도 매우 가까운 상기 인하 도선을 가짐으로써 상기 인하 도선의 구부리는 양을 최소화할 수 있으므로 상당한 이점이 성취될 수 있다.

몇몇의 모범적인 실시예들에 있어서, 상기 유지 표면은 풍력 터빈 블레이드의 내면 또는 외면일 수 있으며, 바람직하게는 블레이드 루트(root)에 가까울 수 있다. 그러나, 대체 가능한 모범적인 실시예들에 있어서, 상기 유지 표면은 풍력 터빈 허브의 외면, 또는 풍력 터빈의 또 다른 내면 또는 외면일 수도 있다.

다양한 모범적인 실시예들에 있어서, 실질적으로 평행하다는 것은 평행으로부터 25°보다 크게 벗어나지 않는다는 것으로, 예컨대 평행으로부터 20°보다 크게 벗어나지 않는다는 것으로, 예컨대 평행으로부터 15°보다 크게 벗어나지 않는다는 것으로, 예컨대 평행으로부터 10°보다 크게 벗어나지 않는다는 것으로, 예컨대 평행으로부터 5°보다 크게 벗어나지 않는다는 것으로 이해될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 절연 장치 내에 둘러싸인 상기 연결 장치의 부분과 상기 유지 표면 사이의 거리는 5mm와 20cm 사이, 바람직하게는 5mm와 15cm 사이, 더 바람직하게는 5mm와 10cm 사이, 가장 바람직하게는 5mm와 5cm 사이이다.

위 실시예의 이점은 상기 센서 장치와 상기 절연 장치의 모든 부분을 상기 유지 표면에 비교적 가깝게 유지하는 것이 가능하다는 것일 수 있다. 그럼으로써, 예를 들어 유지관리 요원들이 상기 센서 장치 및/또는 상기 절연 장치를 손상시키는 위험성이 더 적어지게 되므로 상기 낙뢰 측정 시스템의 수명이 증가될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 낙뢰 측정 시스템은 상기 절연 장치에 의해 실질적으로 형성된 장착 장치(mounting arrangement)를 포함한다.

위 실시예의 하나의 이점은 상기 인하 도선이 상기 유지 표면에 비교적 가깝게 유지될 수 있다는 것이다. 이는 결국 기계적 응력을 제한하며 이에 따라 상기 인하 도선의 기계적 내구성을 증가시킬 수 있다. 상기 장착 장치가 상기 절연 장치에 의해 구성되기 때문에, 어느 것이든 적어도 부분적으로 상기 절연 장치에 의해 둘러싸인 상기 연결 장치 및/또는 상기 인하 도선은 상기 유지 표면에 비교적 가깝게 유지될 수 있다. 또한, 상기 절연 장치가 상기 센서 장치를 둘러싸기 때문에, 상기 센서 장치를 상기 유지 표면으로부터 아주 근접하여 배치하는 것이 가능할 수 있다. 상기 실시예에 따른 상기 센서 장치는 상기 인하 도선에 관해 어떤 방법으로, 보통 상기 인하 도선에 상당히 가깝게, 예를 들어 상기 인하 도선을 둘러싸도록 배치되어야 하기 때문에, 상기 센서 장치가 상기 유지 표면에 가깝게 배치될 수 없으면 상기 인하 도선이 적어도 상기 센서 장치의 위치에서 상기 유지 표면으로부터 멀어지게 되고, 이는 다시 실질적으로 직선이 아닌 인하 도선을 초래하며, 이는 적어도 몇몇의 실시예들에서, 실질적인 단점일 수 있다. 상기 최소 표면 거리가 유지 표면, 예를 들어 상기 풍력 터빈 블레이드의 표면에 실질적으로 평행할 때 위의 실시예와 이점들이 특히 선언될 수 있다.

즉, 상기 절연 장치는 한편으로는 상기 인하 도선과 다른 한편으로는 상기 센서 장치 또는 상기 연결 장치 사이의 절연을 가능하게 할 뿐만 아니라, 상기 절연 장치를 상기 유지 표면에 장착하고 고정시키기 위한 상기 장착 장치를 가능하게 한다. 마지막으로, 상기 절연 장치는 외부의 충격, 예컨대 작동 중인 풍력 터빈 내의 진동과 예를 들어 유지관리 요원에 의해, 예를 들어 상기 절연 장치 위에서 또는 가까이에서 걷거나 이동할 때 가해진 충격에 대해 상기 센서 장치와 상기 연결 장치의 부분의 보호를 용이하게 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 낙뢰 측정 시스템은 상기 절연 장치에 의해 적어도 부분적으로 형성된 장착 장치를 포함한다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 절연 장치는 열경화성 폴리머(thermoset polymers), 열가소성 폴리머(thermoplastic polymers), 복합 재료, 또는 이들의 어떠한 조합을 포함하는 목록(list)으로부터 선택된 절연 재료로 만들어진다.

대체 가능한 실시예들에 따르면, 상기 절연 장치는 다른 절연 재료들 또는 합성물을 포함할 수 있다. 이러한 다른 절연 재료들은 세라믹 재료들, 자기(porcelain), 유리, 플라스틱, 고분자 재료들, 고무 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 몇몇의 실시예들에서, 복합 재료와 같이 다양한 절연 재료들의 조합을 형성하는 것이 유리할 수 있으며; 그러나, 다른 실시예들에서, 상기 절연 장치는 다른 절연 재료들로 형성된 몇몇의 절연 부분들에 의해 형성될 수도 있다. 모범적인 실시예에 있어서, 상기 절연 장치는 예를 들어 유리 또는 자기로 형성되며 플라스틱 또는 고무 재료에 의해 연결된 몇몇 절연 디스크들을 포함할 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 절연 장치는 절연 재료로 만들어지며, 상기 절연 재료는 적어도 10⁹Ωㆍm, 예컨대 적어도 10¹⁰Ωㆍm, 예컨대 적어도 10¹¹Ωㆍm, 예컨대 적어도 10¹²Ωㆍm, 예컨대 적어도 10¹³Ωㆍm의 저항률(resistivity)을 가진다.

위 실시예의 하나의 이점은 상기 절연 재료들은 전형적으로 비교적 높은 저항률을 가지며 또한 비교적 높은 파괴 전계 강도를 나타내며, 이에 따라 절연 파괴 및/또는 표면 플래시오버에 비교적 잘 저항한다는 것일 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 절연 장치는 절연 재료로 만들어지며, 상기 절연 재료는 적어도 5kV/mm, 바람직하게는 적어도 8kV/mm, 더 바람직하게는 적어도 10kV/mm, 가장 바람직하게는 적어도 15kV/mm 또는 적어도 20kV/mm의 절연 파괴 전계 강도(insulation breakdown field strength)를 나타낸다.

비교적 높은 절연 파괴 전계 강도를 가진 절연 재료들을 사용하는 것의 하나의 이점은 상기 최소 절연 거리가 더 짧게 유지될 수 있으며, 즉 보다 적은 재료가 사용된다는 것일 수 있다.

어떤 모범적인 실시예들에 있어서, 상기 절연 파괴 전계 강도는 심지어 적어도 30kV/mm, 적어도 35kV/mm, 또는 적어도 40kV/mm일 수 있다. 그러나, 어떤 다른 대체 가능한 실시예에 있어서, 예를 들어 2kV/mm와 같은 절연 파괴 전계 강도를 가진 재료들이 사용될 수도 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 있어서, 상기 절연 장치는 절연 재료로 만들어지며, 상기 절연 재료는 적어도 100V/mm까지의, 바람직하게는 적어도 125V/mm까지의, 더 바람직하게는 적어도 150V/mm까지의, 가장 바람직하게는 적어도 175V/mm 또는 200V/mm까지의 전압의 표면 플래시오버를 방지하는데 유효하다.

표면 플래시오버를 발생시키는데 비교적 높은 전계 강도가 필요한 절연 재료들을 사용하는 것의 하나의 이점은 상기 최소 표면 거리가 더 짧게 유지될 수 있으며, 즉 보다 적은 재료가 사용된다는 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 절연 장치는 절연 재료로 만들어지며, 상기 절연 재료는 비교적 높은 기계적 강도를 가진다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 절연 장치는, 적어도 100-400Hz, 바람직하게는 10-500Hz, 더 바람직하게는 5-800Hz의 범위 내의 진동 주파수를 가지며 적어도 4g, 바람직하게는 적어도 6g, 더 바람직하게는 적어도 7g까지의 최대 가속도를 가진 진동을 견디도록 구성된다.

몇몇의 실시예들에 따르면, 위 실시예보다 낮은, 예컨대 1Hz, 0.5Hz 또는 심지어 0.25Hz에 이르기까지의 진동 주파수를 가진 진동을 견디도록 구성된 절연 장치를 사용하는 것이 유리할 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 연결 장치는 내부 연결 장치 절연재와 같은 추가 연결 장치 절연재를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 내부 연결 장치 절연재는 바람직하게는 상기 절연 장치의 아래에 위치한 절연재로서 이해될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 추가 연결 장치 절연재는 실질적으로 상기 센서 장치로부터 상기 데이터 수집 유닛까지 뻗어 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 실질적으로 상기 센서 장치로부터 상기 데이터 수집 유닛까지 뻗어 있는 상기 추가 절연재는 상기 센서 장치와 상기 데이터 수집 유닛 사이의 거리의 적어도 90%, 예컨대 적어도 95%를 덮을 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 절연 장치와 상기 추가 연결 장치 절연재는 상이한 절연 재료들로 만들어진다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 로고스키 코일(Rogowski coli)과 같은 상기 센서 장치는 내부 센서 절연재와 같은 추가 센서 절연재를 포함한다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 절연 장치와 상기 추가 센서 절연재는 상이한 절연 재료들로 만들어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 인하 도선은 추가 절연재를 포함할 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 낙뢰 측정 시스템은 100mHz로부터 5MHz까지의, 바람직하게는 10mHz로부터 8MHz까지의, 가장 바람직하게는 1mHz로부터 10MHz까지의 주파수 대역(frequency band) 내에서 측정하도록 구성된다.

위 실시예의 하나의 이점은 상기 낙뢰 측정 시스템이 플래시오버 및/또는 절연 파괴를 겪지 않고 상기 인하 도선 내의 낙뢰 전류에 있어서의 변화를 비교적 높은 정밀도로 측정하고 해결하도록 구성된다는 것일 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 인하 도선은 상기 센서 장치에 의해 풍력 터빈 블레이드의 내면과 같은 유지 표면에 고정된다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 고정은 상기 풍력 터빈의 작동 하에서 효과적이다.

작동중인 풍력 터빈 내의 진동은 비교적 클 수 있다는 것과 몇몇의 시스템들은 제어된 실험 조건 내에서 시험되었을 때에만 동작할 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 상기 절연 장치에 의해, 상기 센서 장치는 안정적으로 유지된다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 인하 도선은 풍력 터빈 블레이드의 내면과 같은 상기 유지 표면에, 상기 유지 표면을 따른 상기 인하 도선의 길이의 실질적인 부분을 따라, 예컨대 상기 유지 표면을 따른 상기 인하 도선의 길이의 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 60%, 더 바람직하게는 적어도 70%, 더욱더 바람직하게는 적어도 80%, 가장 바람직하게는 적어도 90%를 따라 고정된다.

위 실시예의 하나의 이점은 상기 인하 도선이 상기 센서 장치의 위치에서도 상기 유지 표면에 고정되어 유지될 수 있다는 것일 수 있다. 상기 센서 장치, 특히 로고스키 코일은 전형적으로 상기 인하 도선을 둘러싸거나 또는 에워싸야 하며, 그 결과 상기 절연 장치도 동일하게 해야 하기 때문에, 상기 인하 도선은 상기 센서 장치의 위치에서 상기 유지 표면으로부터 떨어져야 한다. 이러한 고정되지 않은 인하 도선 또는 인하 도선의 부분은, 예를 들어 작동 중인 풍력 터빈의 가혹한 환경에 있어서의 강한 전기역학적 힘들과 이에 따라 제한된 내구성에 기인하여 큰 단점이 될 수 있다. 따라서, 상기 인하 도선은 전형적으로 상기 유지 표면에 가능한 한 가장 긴 거리를 따라 고정되어 유지된다. 그러나, 상기 인하 도선을 상기 센서 장치의 위치에서 풀어주게 되면, 상기 인하 도선의 부분은 비교적 약해질 수 있다. 그러나 상기 인하 도선을 이를 둘러싸는 상기 센서 장치와 상기 절연 장치에 의해 고정시킴으로써, 유리한 실시예가 얻어진다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 절연 장치는 상기 인하 도선에 대하여 상기 센서 장치의 위치를 한정하고 고정시킨다.

위 실시예의 하나의 이점은 상기 센서 장치에 의한 상기 인하 도선 내의 낙뢰 전류에 관한 측정은 향상된 정확도와 정밀도로 수행될 수 있다는 것일 수 있다. 전형적으로, 상기 인하 도선에 대한 상기 센서 장치의 위치에 있어서의 변화는 측정의 변화를 야기할 수 있으며, 이는 측정의 정밀도의 감소로 이어진다. 또한, 상기 인하 도선이 상기 센서 장치에 대해 원하는 곳에 위치하지 않으면, 부정확성이 올라간다. 따라서, 상기 센서 장치에 대한 상기 인하 도선의 위치를 한정하고 고정함에 의해,향상된 장확도와 정밀도가 얻어질 수 있다. 위의 실시예는 상기 센서 장치가 로고스키 코일(Rogowski coil)을 포함할 때 특히 유리할 수 있다. 많은 로고스키 코일들이 상기 인하 도선과 로고스키 코일의 상대적 위치에 상관없이 비교적 정밀하고 정확할지라도, 상대적 위치에 있어서의 변화는 수행된 측정에 있어서 종종 1 또는 2%까지의 편차를 초래할 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 센서 장치에 대한 상기 인하 도선의 위치는 적어도 20mm, 예컨대 적어도 10mm, 예컨대 적어도 5mm, 예컨대 적어도 2mm의 정밀도로 고정된다.

즉, 위 실시예에 따르면, 상기 센서 장치에 대한 상기 인하 도선의 위치는 20mm보다 크지 않게, 예컨대 10mm보다 크지 않게, 예컨대 5mm보다 크지 않게, 예컨대 5mm보다 크지 않게, 예컨대 2mm보다 크지 않게 변할 수 있다. 그러나, 몇몇의 실시예들에서, 예를 들어 상기 인하 도선을 상기 절연 장치에 접착시키거나 또는 상기 인하 도선이 상기 절연 장치 내부에 주조됨으로써, 상기 인하 도선의 위치가 1mm보다, 또는 심지어 0.1mm보다 크지 않게 변하도록 고정될 수도 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 센서 장치에 대한 상기 인하 도선의 위치는 상기 풍력 터빈의 작동 중에 고정된다.

위 실시예의 하나의 이점은 상기 센서 장치에 대한 상기 인하 도선의 고정은 안정하며 예를 들어 진동 등과 같은 작동 중인 풍력 터빈의 가혹한 환경에 견딜 수 있다는 것이다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 센서 장치는 상기 인하 도선 내의 전류의 변화와 같은 전기적 파라미터들에 기초하여 전기적 신호를 생성하도록 구성된다.

이와 같이 생성된 전기적 신호는 예를 들어 상기 인하 도선 내의 전류의 변화와 같은 전기적 파라미터들에 비례하거나 또는 적어도 전기적 파라미터들의 함수로서 단순 증가할 수 있다. 따라서, 다양한 인하 도선 전류 또는 전류의 변화에 대한 상기 센서 장치의 응답을 알면, 실제 전류 또는 전류의 변화를 얻을 수 있다. 위의 실시예의 하나의 예는 로고스키 코일과 같은 센서를 사용하는 것일 수 있으며, 이는 전기적 신호를 발생시키고, 전기적 신호는 자기장의 변화에 기초한 전압일 수 있으며, 자기장은 결국 상기 인하 도선 내의 전기적 파라미터, 즉 상기 인하 도선 내의 전류에 기초한다. 다른 예들에 있어서, 전기적 파라미터는 예를 들어 전류일 수 있으며, 상기 인하 도선 내의 전기적 파라미터는 예를 들어 상기 인하 도선 내의 전류일 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 센서 장치는 코일을 포함하며, 상기 코일은 상기 인하 도선 내의 전류의 변화와 같은 전기적 파라미터들에 기초하여 전기적 신호를 생성하도록 구성된다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 코일은 로고스키 코일이다.

위 실시예의 이점은 로고스키 코일은 비교적 정확하며 실질적으로 공기 및/또는 유전체 재료의 코어(core)로 인해 비교적 높은 대역폭(bandwidth)을 가진다는 것일 수 있다. 그러나, 비록 로고스키 코일이 상기 인하 도선과 직접적인 물리적 접촉을 필요로 하지 않는다 하더라도, 여전히 상기 인하 도선과 로고스키 코일 사이에 플래시오버 및/또는 절연 파괴가 일어날 수도 있다. 그러나, 본 발명에 따른 상기 절연 장치에 의해, 상기 로고스키 코일과 그것에 전기적으로 연결되는 요소들, 예컨대 상기 데이터 수집 유닛은 상기 인하 도선 내의 낙뢰 전류에 대해 보호될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 로고스키 코일은

다수의 코일 권선들(coil windings), 및

상기 코일 권선들 내부의 복귀 루프(returning loop)를 포함한다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 로고스키 코일은, 상기 복귀 루프 외에도, 자화 가능한 재료들이 없는 코어(core)를 포함한다.

모범적인 실시예에 따르면, 상기 로고스키 코일의 코어는 공심 코어(air core), 하나 이상의 유전체 재료들을 포함하는 유전체 코어, 또는 이들의 조합일 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 로고스키 코일은

- 권선 부분(winding part), 및

- 복귀 루프(returning loop)를 포함하며,

상기 권선 부분(WIP)은, 차후에 전기적으로 연결되며 예를 들어 원 또는 반원 형상을 형성하는 다수의 권선들(COW)을 포함하고,

상기 복귀 루프(RET)는 상기 권선 부분의 일단부에 연결되며 상기 권선 부분의 실질적으로 모든 권선들(COW)의 내부에서 상기 권선 부분의 반대쪽 단부 쪽으로 복귀한다.

모범적인 실시예에 따르면, 상기 권선 부분은 원형의 권선들로 원형 또는 반원형의 토로이드 유사 형상(toroid-like shape)을 형성한다. 그러나, 대체 가능한 모범적인 실시예에 있어서, 상기 권선 부분을 형성하는 권선들은 사각형 또는 비원형의 형상을 가질 수도 있으며, 반면에 상기 로고스키 코일의 전체 형상은 원형 또는 반원형이다; 상기 토로이드는 예를 들어 원형 또는 사각형의 단면을 가질 수 있다. 다른 대체 가능한 모범적인 실시예들에 있어서, 상기 로고스키 코일의 전체적인 형상은 원형으로부터 벗어날 수도 있으며, 예를 들어 사각형 또는 다른 형상을 형성할 수도 있다. 그러나, 바람직한 실시예에 따르면, 상기 로고스키 코일의 전체적인 형상은 토로이드 형상, 즉 원형 또는 반원형이며, 반면에 개개의 권선들은 예를 들어 원형 또는 사각형의 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 코일, 바람직하게는 로고스키 코일은 상기 인하 도선 둘레의 각 공간(angular space)의 적어도 50%, 예컨대 적어도 60%, 예컨대 적어도 70%, 예컨대 적어도 80%, 예컨대 적어도 90%, 예컨대 적어도 95%, 예컨대 적어도 98%를 둘러싼다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 코일, 바람직하게는 로고스키 코일은 상기 인하 도선 둘레의 각 공간(angular space)의 적어도 99%, 예컨대 적어도 99.5%, 예컨대 적어도 99.8%, 예컨대 적어도 99.9%, 예컨대 100%를 둘러싼다.

위 실시예의 하나의 이점은 특히 높은 주파수에서 상기 인하 도선 내의 낙뢰 전류 파라미터들의 측정의 정확도가 증가한다는 것일 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 데이터 수집 유닛은 EMC 인클로저(enclosure) 내에 둘러싸인다.

위 실시예의 하나의 이점은 상기 데이터 수집 유닛은 상기 EMC 인클로저 외부의 전자기 환경에 대해 비교적 양호하게 보호된다는 것일 수 있다. 그러나, 비교적 양호하게 구축된 EMC 인클로저도 낙뢰 환경에 대한 상기 데이터 수집 유닛의 충분한 보호를 반드시 제공하지 않을 수 있다는 것을 이해하는 것이 중요하며, 즉 낙뢰 전류와 연관된 전압으로부터 보호하기 위한 절연 장치가 없는 낙뢰 측정 시스템은 첫번째 낙뢰 피격을 넘어서 살아남는 것을 기대할 수 없다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 데이터 수집 유닛은

- 상기 인하 도선 내의 전류 변화와 같은 전기적 파라미터에 상응한 샘플링 값들(sampling values)을 위한 측정 및 샘플링 유닛,

- 아날로그 디지털 변환기,

- 처리 유닛, 및

- 저장 유닛을 포함한다.

위 실시예와 관련하여 해결되는 하나의 문제점은 상기 데이터 수집 유닛의 구성요소들은 특히 의도하지 않은 전기적 방전에 대해 비교적 취약할 수 있다는 것이다. 따라서, 원래 예측할 수 없으며 과도한 전압과 전류를 수반하는 낙뢰 전류에 관해 측정하기 위해 이러한 취약한 전기적 구성요소들을 사용하는 것과 연관된 본질적인 문제점이 있을 수 있다. 그러나, 본 발명의 이전의 실시예들에서 피력한 바와 같이, 이 문제점은 청구항들에 기재된 바와 같이 해결될 수 있다. 몇몇의 실시예들에서, 상기 데이터 수집 유닛은 또한 상기 센서 장치로부터 전기적 신호를 적분하기 위한 적분기(integrator)를 포함할 수 있다. 이러한 적분기는 예를 들어 상기 측정 및 샘플링 유닛 내에 설치되거나 또는 통합될 수 있다.

다양한 모범적인 실시예들에 있어서, 상기 데이터 수집 유닛은 외부 통신 장치, 예를 들어 광학적 및/또는 전기적 이더넷(Ethernet) 인터페이스 또는 USB 인터페이스와 같은 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 다양한 모범적인 실시예들에 있어서, 상기 데이터 수집 유닛은 다른 구성요소들, 예컨대 광학적 트리거 출력부(optical trigger output), 또는 위치결정 유닛(positioning unit), 예컨대 GPS, GLONASS, 또는 다른 위치결정 유닛을 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 저장 유닛은 임시 캐시(temporary cache) 또는 버퍼 저장장치 또는 장기 저장장치(long term storage)와 같은 온-보드 저장장치(on-board storage), 또는 메모리 카드 또는 이와 동등한 것과 같은 외부 저장장치일 수 있다. 마지막으로, 상기 데이터 수집 유닛은 추가 저장 유닛, 예를 들어 위에서 예시된 하나 이상의 저장 유닛들을 포함할 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 인하 도선은 일단부에서 접지(ground)에 전기적으로 연결되고, 반대쪽 단부에서 풍력 터빈의 풍력 터빈 블레이드에, 바람직하게는 상기 풍력 터빈 블레이드의 외면에, 바람직하게는 상기 풍력 터빈 블레이드의 팁(tip)에 가까운 외면의 부분에, 예를 들어 낙뢰 수용기(lightning receptor)를 통해 전기적으로 연결된다.

일반적으로, 풍력 터빈은 세 개의 블레이드들을 포함하고, 이들 각각은 인하 도선을 가지며, 상기 인하 도선은 전형적으로 상기 블레이드의 표면의 부분에, 바람직하게는 상기 풍력 터빈 블레이드의 팁 가까이에, 일반적으로 낙뢰 수용기를 통해 연결된다. 그럼으로써, 낙뢰가 풍력 터빈을 타격하게 되면, 낙뢰가 상기 인하 도선이 연결된 상기 블레이드의 표면의 부분을 타격하게 된다. 그럼으로써, 상기 인하 도선이 상기 블레이드 팁으로부터 접지로 전기적 연결을 제공하기 때문에, 상기 풍력 터빈은 실질적으로 낙뢰 피격에 의해 연향을 받지 않는다. 그러나, 예측하지 못하고 과도한 성질의 낙뢰 전류로 인해, 상기 풍력 터빈은 일반적으로 낙뢰 전류에 의해 완전히 해를 입지 않는 것은 아니며, 하나 이상의 낙뢰 피격에 의해 어느 정도의 손상이 있은 후에 예를 들어 낙뢰 수용기 또는 블레이드 팁의 교체와 같은 유지보수가 필요할 수도 있다. 풍력 터빈의 감시를 제공하고 다양한 구성요소들의 추정되는 잔존 수명을 추정하기 위해 또는 점검이 필요하기 전에, 일반적으로 상기 블레이드들을 통해 상기 풍력 터빈을 타격하는 낙뢰 방전을 측정하고 특징짓는 것이 유리하다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 풍력 터빈은 적어도 두 개의 블레이드들을 포함하고, 상기 낙뢰 측정 시스템은 적어도 두 개의 센서 장치들을 포함하며, 상기 두 개의 블레이드들 내의 낙뢰 전류를 측정할 수 있도록, 각각의 센서 장치는 적어도 두 개의 분리된 블레이드들 각각 내의 인하 도선에 연결된다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 풍력 터빈은 세 개의 블레이드들을 포함하고, 상기 낙뢰 측정 시스템은 세 개의 센서 장치들을 포함하며, 상기 세 개 블레이드들 내의 낙뢰 전류를 측정할 수 있도록, 각각의 센서 장치는 각각의 블레이드 내의 인하 도선에 연결된다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 센서 장치는 풍력 터빈 블레이드에 설치된다.

본 발명의 모범적인 실시예에 따르면, 상기 센서 장치는 풍력 터빈 블레이드에, 상기 풍력 터빈 블레이드의 내면 상에 또는 상기 풍력 터빈 블레이드의 내부에 설치되며, 또는 선택적으로 상기 풍력 터빈 블레이드의 외면 상에 설치된다. 상기 센서 장치는 상기 풍력 터빈 블레이드 내의 데이터 수집 유닛, 또는 그렇지 않으면 다른 곳에 위치한 데이터 수집 유닛에 연결될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 데이터 수집 유닛은 풍력 터빈 허브에 설치된다.

본 발명의 모범적인 실시예에 따르면, 상기 데이터 수집 유닛은 바람직하게는 하나 이상의 풍력 터빈 블레이드들에 위치한 하나 이상의 센서 장치들에 연결된다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 데이터 수집 유닛은 풍력 터빈 블레이드 내부에 설치된다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 데이터 수집 유닛은 풍력 터빈 나셀(nacelle)에 설치된다.

본 발명의 모범적인 실시예에 따르면, 상기 데이터 수집 유닛은 풍력 터빈 나셀에, 상기 풍력 터빈 나셀 내부에, 또는 그렇지 않으면, 상기 풍력 터빈 나셀 외부에 설치된다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 인하 도선을 상기 센서 장치의 관통홀을 통과하도록 공급함으로써, 또는 상기 인하 도선의 부분, 예를 들어 대략 0.5미터를 절단하고 상기 인하 도선의 잔존된 두 개의 부분을 상기 센서 장치에 미리 설치된 도선 상에 설치함으로써, 상기 센서 장치에 상기 인하 도선이 설치된다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 센서 장치는 연결 인하 도선(connecting down conductor)을 구성하는 갈바닉 요소(galvanic element)를 둘러싸며, 상기 연결 인하 도선은, 풍력 터빈 내에 설치된 후, 하나의 결합된 인하 도선을 형성하기 위해, 각 단부에서 두 개의 상이한 인하 도선에 연결된다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 낙뢰 측정 시스템은 풍력 터빈에 설치된다.

위 실시예의 하나의 이점은 점검이 필요할 때 및/또는 어떤 부분들이 교체될 예정일 때를 결정하기 위해 상기 풍력 터빈의 상태가 모니터링될 수 있다는 것이다.

본 발명은 제2 측면에 있어서 전기한 실시예들 중 어느 것에 따른 낙뢰 측정 시스템(LMS)을 포함하는 풍력 터빈에 관한 것이다.

본 발명의 위 측면의 하나의 이점은 점검이 필요할 때 및/또는 어떤 부분들이 교체될 예정일 때를 결정하기 위해 상기 풍력 터빈의 상태가 모니터링될 수 있다는 것이다.

본 발명은 제3 측면에 있어서 적어도 하나의 풍력 터빈, 특히 해상 풍력 터빈을 포함하는 풍력발전단지(wind farm)에 관한 것으로서, 상기 적어도 하나의 풍력 터빈은 전기한 실시예들 중 어느 것에 따른 낙뢰 측정 시스템을 포함한다.

본 발명의 위 측면의 하나의 이점은 점검이 필요할 때 및/또는 어떤 부분들이 교체될 예정일 때를 결정하기 위해 상기 풍력 터빈의 상태가 모니터링될 수 있다는 것이다. 이는 특히 일반적으로 육상 풍력 터빈들처럼 접근할 수 없는 해상 풍력 터빈들을 위해 유리할 수 있다. 전형적으로, 많은 실시예들에 있어서, 풍력발전단지는 다수의 풍력 터빈들을 포함할 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 상기 풍력발전단지는, 상기 낙뢰 측정 시스템으로부터 데이터를 수신하기 위해 상기 적어도 하나의 풍력 터빈의 상기 낙뢰 측정 시스템에 연결된 중앙 데이터 수집 시스템을 포함한다.

모범적인 실시예에 있어서 상기 낙뢰 측정 시스템과 상기 중앙 데이터 수집 시스템 사이의 연결 및 통신은 SCADA 시스템 또는 다른 산업용 제어 시스템에 의해 가능하게 될 수 있으며, 상기 낙뢰 측정 시스템으로부터의 데이터는 상기 풍력발전단지의 개개의 풍력 터빈들을 제어하는 기초를 형성하는 계산 내에 포함될 수 있다.

본 발명은 제4 측면에 있어서 전기한 실시예들 중 어느 것에 따른 낙뢰 측정 시스템을 풍력 터빈에 설치하는 방법에 관한 것으로서, 상기 낙뢰 측정 시스템은

- 상기 센서 장치가 설치되는 연결 인하 도선을 구성하는 갈바닉 요소를 포함하며,

상기 방법은

- 각각 상기 인하 도선을 절단함에 의해 형성되는 절단된 단부를 각각 가지는 두 개의 상이한 인하 도선들을 형성하기 위해 상기 인하 도선을 절단하는 단계,

- 하나의 결합된 인하 도선을 형성하기 위해 상기 두 개의 상이한 인하 도선들의 상기 절단된 단부들 각각을 상기 연결 인하 도선의 양단부들에 연결하는 단계를 포함한다.

본 발명의 위 측면의 하나의 이점은 인하 도선들을 가진 기존의 풍력 터빈들에 새로 장착하는 것이 비교적 간단할 수 있다는 것이다.

본 발명은 제5 측면에 있어서 전기한 실시예들 중 어느 것에 따른 낙뢰 측정 시스템을 풍력 터빈에 설치하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은

- 상기 센서 장치와 절연 장치를 상기 풍력 터빈에 설치하는 단계,

- 상기 인하 도선을 상기 센서 장치의 관통홀을 통과하도록 공급하는 단계, 및

- 상기 데이터 수집 유닛을 상기 연결 장치를 사용하여 상기 센서 장치와 연결하는 단계를 포함한다.

본 발명의 위 측면은 특히 인하 도선을 풍력 터빈에 설치하기 전에 낙뢰 측정 시스템을 새로운 풍력 터빈에 설치할 때 유리할 수 있다.

본 출원의 맥락에 있어서, "낙뢰 측정 시스템(lightning measuring system)"이라는 용어는 낙뢰 전류를 풍력 터빈과 같은 구조물로부터 접지로 분배하는 인하 도선에 근접 배치된 센서를 사용하여 낙뢰 피격의 하나 이상의 파라미터들을 측정하는 시스템으로 이해되어야 한다.

본 출원의 맥락에 있어서, "데이터 수집 유닛(data collection unit)"이라는 용어는 상기 연결 장치에 의해 상기 센서 장치로부터 상기 데이터 수집 유닛으로 보내진 전기적 신호로 표현되는 데이터를 수집하도록 구성된 유니트로 이해되어야 한다. 데이터 수집 유닛은 전형적으로 수집된 데이터를 처리하기 위한 프로세서(processor), 임시 및/또는 장기 저장을 위한 하나 이상의 저장 유닛 및 데이터의 저장 및 처리를 용이하게 하기 위해 적합한 컴퓨터 아키텍처(computer architecture)를 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 데이터 수집 유닛은 외부 수신기(receivers)로의 데이터의 통신 및/또는 외부 수신기(senders) 등으로부터 요구를 수신하기 위한 하나 이상의 외부 통신 장치를 포함할 수 있다.

본 출원의 맥락에 있어서, "인하 도선(down conductor)"이라는 용어는 상기 풍력 터빈으로부터 양호한 전기적 연결을 가능하게 하고 어떠한 낙뢰 피격 전류도 상기 풍력 터빈으로 그리고 접지로 인도하기 위해 낙뢰 피격 지점을 형성하는 낙뢰 수용기 또는 수뢰부(air termination)와 같은 상기 풍력 터빈의 지점으로부터 접지(ground)로 연장된 도선으로 이해되어야 한다. 일반적으로, 풍력 터빈은 낙뢰 수용기들 또는 수뢰부들과 같은 의도된 피격 지점들 또는 낙뢰가 타격하도록 의도된 영역들을 가질 수 있다. 상기 인하 도선은 낙뢰 피격을 위해 의도된 피격 지점들로부터 접지까지 전기적으로 연결한다. 몇몇의 실시예들에 있어서 하나의 유효한 인하 도선 또는 인하 도선 시스템을 형성하기 위해 상기 인하 도선은 몇몇의 연결된 인하 도선들로 만들어질 수 있다.

본 출원의 맥락에 있어서, "센서 장치(sensor arrangement)"라는 용어는 상기 인하 도선 내의 하나 이상의 전기적 파라미터들을 측정하기 위한 센서를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 실시예들에 있어서, 상기 센서 장치는 코일, 예컨대 공심 코일(air-core coil)을 포함할 수 있다. 상기 센서 장치는 예를 들어 상기 인하 도선 내의 전류 또는 상기 인하 도선 내의 전류의 변화가 예를 들어 코일에 의해 전기 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다. 몇몇의 실시예들에 있어서, 로고스키 코일이 예를 들어 넓은 주파수 범위, 이에 의해 비교적 높은 주파수와 비교적 낮은 주파수를 측정하는 능력으로 인해 바람직할 수 있다.

본 출원의 맥락에 있어서, "연결 장치(connection arrangement)"라는 용어는 전기적 접촉을 구성하는 장치로 이해되어야 한다. 상기 연결 장치는 일단부에서 상기 센서 장치에 연결되고 반대쪽 단부에서 상기 데이터 수집 유닛에 연결된다. 그럼으로써, 상기 센서 장치는 상기 데이터 수집 유닛과 전기적 통신 상태에 놓이게 된다. 일반적으로, 상기 연결 장치는 케이블을 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 데이터 수집 유닛이 상기 센서 장치 내에서 유발된 전압과 같은 전기적 신호를 측정할 수 있도록 하기 위해, 상기 연결 장치는 상기 데이터 수집 유닛의 제1 커넥터로부터, 상기 센서 장치를 통해, 상기 데이터 수집 유닛의 제2 커넥터로 되돌아가는 전기적 연결을 구축할 수 있다.

본 출원의 맥락에 있어서, "절연 장치(insulating arrangement)"라는 용어는 상기 센서 장치와 상기 연결 장치 및/또는 상기 인하 도선의 적어도 일부를 둘러싸는 장치로 이해되어야 한다. 상기 절연 장치는 절연 재료로 만들어지며, 몇몇의 실시예들에서 하나의 요소, 예를 들어 하나의 주조 또는 몰딩된 요소일 수 있다. 몇몇의 다른 실시예들에 있어서, 상기 절연 장치는 다른 재료들을 포함할 수 있다. 상기 절연 장치는 또한 복합 재료들을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 절연 장치는 실질적으로 하나 이상의 절연 재료들로 이루어진다.

본 출원의 매락에 있어서, "최소 절연 거리(minimum insulation distance)"라는 용어는 상기 인하 도선으로부터 상기 센서 장치 또는 상기 연결 장치까지 절연 재료를 통과하는 가장 짧은 거리를 가진 경로를 따른 상기 절연 장치의 절연 재료 내의 거리 또는 절연 재료의 두께로 이해되어야 한다.

본 출원의 맥락에 있어서, "최소 표면 거리(minimum surface distance)"라는 용어는 예를 들어 상기 인하 도선의 노출된 부분으로부터 상기 연결 장치의 노출된 부분까지의 경로를 따른 상기 절연 장치와 공기 사이의 상기 절연 장치의 표면 거리로 이해되어야 하며, 상기 경로는 상기 절연 장치의 표면을 따른 가장 짧은 표면 거리를 가진 경로로 선택된다.

본 출원의 맥락에 있어서, "최소 공기 거리(minimum air distance)"라는 용어는 상기 인하 도선의 노출된 부분으로부터 상기 연결 장치의 노출된 부분까지의 경로를 따라 공기를 통과하는 거리로 이해되어야 하며, 상기 경로는 공기를 통과하는 가장 짧은 거리를 가진 경로로 선택된다.

본 출원의 맥락에 있어서, "상기 연결 장치의 노출된 부분"이라는 용어는 상기 연결 장치 내에 둘러싸이지 않은 상기 연결 장치의 부분으로 이해되어야 한다. 일반적으로, 실제로, 전기 케이블과 같은 연결 장치들은 몇몇 종류의 외부 케이블 절연재를 포함할 수 있다. 그러나, 낙뢰 피격에 노출되는 중에 상기 인하 도선 내에 주어진 전압에 관련하여, 이러한 케이블 절연은, 적어도 실제 용도를 위해, 무시된다. 따라서, 상기 최소 절연 거리와 특히 최소 표면 거리를 확립할 때, 케이블 절연은, 만약에 있다 하더라도, 무시될 수 있다.

본 출원의 맥락에 있어서, "상기 인하 도선의 노출된 부분"이라는 용어는 상기 절연 장치 내에 둘러싸이지 않은 상기 인하 도선의 부분으로 이해되어야 한다.

본 출원의 맥락에 있어서, "절연 파괴(insulation breakdown)"라는 용어는 상기 인하 도선과 상기 센서 장치 사이의 전위치가 상기 절연 장치의 장벽 전압(barrier voltage) 또는 파괴 전압을 초과할 때 발생하는 전기적 파괴 또는 유전 파괴로 이해되어야 한다. 그 결과는 상기 절연 장치를 통한 전기 방전이며, 이는 상기 절연 장치, 상기 센서 장치, 상기 연결 장치, 및 상기 데이터 수집 유닛을 손상시킨다.

본 출원의 맥락에 있어서, "표면 플래시오버(surface flashover)"라는 용어는 두 개의 전위(potential)를 완전히 쇼트닝(shortening)하는 표면을 따른 전기 방전으로 이해되어야 한다. 보통, 이는 공기-절연재 표면을 따라 일어날 수 있으며, 그러나 절연재-절연재 표면, 또는 절연재와 다른 재료 사이의 계면, 또는 다른 계면을 따라 일어날 수도 있다.

본 출원의 맥락에 있어서, "공기 플래시오버(air flashover)"라는 용어는 두 개의 전위를 완전히 쇼트닝하는 공기를 통과하는 전기 방전으로 이해되어야 한다.

본 출원의 맥락에 있어서, "플래시오버(flashover)"라는 용어는 집합 용어(collective term)로서 표면 플래시오버와 공기 플래시오버를 말한다.

본 출원의 맥락에 있어서, "로고스키 코일(Rogowski coil)"이라는 용어는 함께 원형, 반원형, 토로이드 유사 형상, 또는 다른 형상을 형성하는 다수의 연결된 권선들을 가지며 상기 인하 도선을 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 둘러싸도록 구성된 코일로 이해되어야 한다.

본 출원의 맥락에 있어서, "최소 절연 파괴 전압(minimum insulation breakdown voltage)"이라는 용어는 상기 인하 도선과 상기 센서 장치 또는 상기 연결 장치의 둘러싸인 부분 사이에 절연 파괴를 야기하기 위해 필요한 최소 전위차로 이해되어야 한다. 따라서, 상기 연결 장치가 어떤 최소 절연 파괴 전압을 가질 때, 이 전압까지의 전압에 대해 절연 파괴를 방지하는데 효과적이다.

본 출원의 맥락에 있어서, "최소 플래시오버 전압(minimum flashover voltage)"이라는 용어는 상기 인하 도선과 상기 연결 장치 사이에 플래시오버, 즉 공기 플래시오버 또는 표면 플래시오버를 야기하기 위해 필요한 최소 전위차로 이해되어야 한다. 공기 플래시오버와 표면 플래시오버를 위해 분리된 최소 공기 플래시오버 전압과 최소 표면 플래시오버가 각각 정의될 수 있다. 상기 최소 플래시오버 전압은 최소 공기 플래시오버 전압과 최소 표면 플래시오버의 최소값이다.

본 출원의 맥락에 있어서, "최소 파괴 전압(minimum failure voltage)"은 최소 표면 플래시오버 전압, 최소 공기 플래시오버 전압, 절연 파괴 전압, 및 표면(들)을 따른, 공기를 통과하는, 그리고 상기 절연 장치를 통과하는 조합된 경로들을 위한 플래시오버 및/또는 절연 파괴를 위해 필요한 어떠한 전압의 최소값으로 이해되어야 한다. 즉, 상기 절연 장치가 주어진 최소 파괴 전압을 수립하도록 구성되었을 때, 상기 절연 장치는 한편으로는 상기 인하 도선과 다른 한편으로는 상기 센서 자치 또는 연결 장치 사이의 전압에 대해 플래시오버, 절연 파괴 및 이들의 어떠한 조합도 방지할 수 있을 것이다. 일반적으로, 상기 센서 장치와 상기 연결 장치 사이의 적절한 전압, 전위차는 대부분 무시될 수 있다.

본 출원의 맥락에 있어서, "낙뢰 전류 파라미터들(lightning current parameters)"이라는 용어는 낙뢰 전류를 나타내거나 특징짓는 파라미터들로 이해되어야 한다. 비록 이들로 제한되지 않을지라도, 이러한 낙뢰 전류 파라미터들의 예들은 낙뢰 피격의 최대 전류 상승 시간, 즉 최대 dI/dt 또는 낙뢰 피격의 최대 전류 상승 시간, 낙뢰 피격의 최대 전류, 낙뢰 피격의 구체적인 에너지, 낙뢰 피격의 전체 전하, 등과 같은 최대값을 수립하기 위해 연속적으로 전류 상승 시간을 포함할 수 있다. 몇몇의 실시예들에 있어서, 몇몇의 또는 전체 낙뢰 타격을 위한 파형을 수집하기 위해 상기 인하 도선 내의 전류 또는 전류의 변화는 연속적으로 측정된다. 그래서 상기 파라미터들은 파형으로부터 추정될 수 있다.

본 발명의 맥락에 있어서, "추가 절연재(further insulation)"라는 용어는 예를 들어 상기 센서 장치, 상기 연결 장치, 상기 인하 도선, 또는 이들의 어떠한 조합과 관련된 다른 추가 절연재로 이해되어야 한다. 몇몇의 경우에, 상기 추가 절연재는 상기 낙뢰 측정 장치로부터 독립적일 수 있으며, 어떠한 경우에도, 상기 추가 절연재(들)은 상기 절연 장치로부터 분리될 것이다.

본 발명은 이하에서 도면들을 참조하면서 설명될 것이다.
도 1a는 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분을 도시하며,
도 1b는 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분을 도시하며,
도 2a는 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분을 도시하며,
도 2b는 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분을 도시하며,
도 2c는 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분을 도시하며,
도 3a는 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분을 도시하며,
도 3b는 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분을 도시하며,
도 4a는 낙뢰 측정 시스템(LMS)을 도시하며,
도 4b는 낙뢰 측정 시스템(LMS)을 도시하며,
도 4c는 낙뢰 측정 시스템(LMS)을 도시하며,
도 5a는 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분을 도시하며,
도 5b는 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분을 도시하며,
도 6a는 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분을 도시하며,
도 6b는 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분을 도시하며,
도 7은 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분을 도시하며,
도 8은 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 도식적인 개관을 도시하며,
도 9는 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분을 도시한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분이 도시되어 있다. 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 데이터 수집 유닛(data collection unit)(DCU)(미도시), 센서 장치(sensor arrangement)(SEA), 절연 장치(insulating arrangement)(INS), 및 연결 장치(connection arrangement)(CA)를 포함한다. 상기 연결 장치(CA)는 일반적으로 전기 케이블일 수 있으며, 전기적 연결을 수행하기 위해 상기 센서 장치(SEA)를 상기 데이터 수집 유닛(DCU)에 연결한다. 상기 센서 장치(SEA)는 예를 들어, 로고스키 코일(Rogowski coil)(COI)과 같은 코일(coil)(COI)일 수 있다. 상기 센서 장치(SEA)는 풍력 터빈의 인하 도선(down conductor)(DC) 내의 전기 파라미터들을 측정할 수 있도록 구성된다. 이는 도시된 바와 같이 상기 인하 도선(DC)을 상기 로고스키 코일(COI)을 통과하도록 공급함에 의해 이루어질 수 있다. 더욱이, 도시된 바와 같이, 상기 센서 장치(SEA)와 상기 연결 장치(CA)의 부분은 절연 재료를 포함하는 상기 절연 장치(INS) 내에 둘러싸여 있다. 그럼으로써 상기 절연 장치(INS)는 표면 플래시오버(surface flashover)와 같은 플래시오버를 방지하며 절연 파괴, 즉 유전 파괴(dielectric breakdown)에 의해 낙뢰 전류가 상기 절연 재료 자체를 통해 방전되는 것을 방지한다. 이는 상기 인하 도선(DC)의 노출된 부분으로부터 상기 연결 장치(CA)의 노출된 부분까지의 최소 표면 거리(minimum surface distance)(MSD)를 확립함에 의해 이루어진다. 물론 상기 인하 도선(DC)의 노출된 부분을 상기 연결 장치(CA)의 노출된 부분과 연결하는 많은 다양한 경로들이 정의될 수 있으나, 상기 최소 표면 거리(MSD)는 최소 길이를 가진 표면 경로의 길이이며, 이에 따라 표면 플래시오버에 가장 많이 노출된다. 마찬가지로, 상기 절연 장치(INS)는 상기 절연 재료를 통과하는 가장 짧은 거리를 가진 경로의 길이인 최소 절연 거리(minimum insulation distance)(MID)를 정의한다. 더욱이, 공기를 통과하는 가장 짧은 거리인 최소 공기 거리(minimum air distance)(MAD)(미도시)가 상기 인하 도선(DC)의 노출된 부분으로부터 상기 연결 장치(CA)의 노출된 부분까지 정의될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 절연 장치(INS)는 유지 표면(maintaining surface)(MS)에의 연결을 용이하게 하는 장착 장치(mounting arrangement)(MOA)를 포함하며, 상기 유지 표면(MS)은 일반적으로 풍력 터빈 블레이드(wind turbine blade)(WTB)의 내면일 수 있다.

이제, 도 2a-c를 참조하면, 본 발명의 세 개의 다른 실시예들이 도시되어 있다. 먼저, 도 2a에 도시된 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분은 도 1에 도시된 것과 유사하다. 상기 절연 장치(INS)는 상기 절연 장치(INS)를 유지 표면(MS)에 장착하기 위한 장착 장치(MOA)를 형성한다.

도 2b에는 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분이 도시되어 있으며, 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 상기 절연 장치(INS)로부터 분리된 장착 장치(MOA)를 포함하고, 상기 장착 장치(MOA)는, 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 유지 표면(MS)에 평행한 것이 아니라, 상기 유지 표면(MS)에 실질적으로 직교한다. 그러나, 최소 절연 거리(MID)와 최소 표면 거리(MSD)가 확립되며 그럼으로써 상기 데이터 수집 유닛(DCU)은 상기 인하 도선(DC)으로부터 효과적으로 절연된다. 또한, 도 2a와 2b에서 알 수 있는 것은, 상기 유지 표면(MS)에 실질적으로 평행한 최소 표면 거리(MSD)를 확립함에 의해 상기 인하 도선(DC)이 상기 유지 표면(MS)으로부터 비교적 짧은 거리 내에 유지될 수 있다는 것이다. 그럼으로써, 보통 직선으로 유지되며 상기 유지 표면(MS), 즉 풍력 터빈 블레이드(WTB)의 내면과 접촉되는 상기 인하 도선(DC)은 직선 배치형태에 비교적 가깝게 유지될 수 있다. 또한, 알 수 있는 것은, 비교적 긴 최소 표면 거리(MSD)를 확립하더라도 상기 유지 표면(MS)으로부터 가장 멀리 떨어진 상기 절연 장치(INS) 상의 포인트는 여전히 상기 최소 표면 거리(MSD)에 비해 유지 표면(MS)에 비교적 가깝다는 것이다.

그리고, 도 2c에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분이 도시되어 있다. 이 실시예에서, 상기 최소 표면 거리(MSD)는 다수의 절연 디스크들(insulating discs)(DSC)에 의해 부분적으로 확립되며, 그럼으로써 최소 표면 거리(MSD)를 직접적인 직선 거리에 비해 상당히 증가시킨다. 그러나, 이 실시예에서, 상기 최소 표면 거리(MSD)는, 점선으로 나타낸 수직 MSD 선으로 표시된 것과 같이, 실질적으로 상기 유지 표면(MS)에 직교하는 방향으로 형성된다. 실선의 MSD 선으로 나타낸 바와 같이, 실제의 최소 표면 거리(MSD)는, 상기 절연 디스크들(DSC)에 기인하여, 실질적으로 점선의 MSD 선보다 길며, 이는 단순히 상기 최소 표면 거리(MSD)의 종점들(end points)을 가리킨다. 즉, 상기 실선의 MSD 선은, 상기 절연 디스크들(DSC)의 표면을 따라 구부러진 실제의 최소 표면 거리(MSD)를 직선으로 나타낸 것이다. 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 상기 절연 장치(INS)를 상기 유지 표면(MS)에 장착하기 위한 것으로 상기 절연 장치(INS)로부터 분리된 장착 장치(MOA)를 더 포함한다.

도 2a-c에 있어서 상기 인하 도선(DC)의 노출된 부분과 상기 연결 장치(CA)의 노출된 부분 사이의 가장 짧은 경로는 상기 유지 표면(MS)에 평행하지 않은 요소들을 포함하기 때문에 도 2a-c에 나타낸 상기 최소 표면 거리(MSD)는 엄격하게는 정확하지 않다는 것이 강조되어야 한다. 그러나, 도 2a-b에 도시된 바와 같이, 상기 최소 표면 거리(MSD)는 상기 유지 표면(MS)과 실질적으로 평행하며, 반면 도 2c는 최소 표면 거리(MSD)가 상기 유지 표면(MS)과 실질적으로 직교하는 것을 도시한다.

도 3a와 3b에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분이 도시되어 있다. 도 3a에는 측면도가 도시되어 있고, 도 3b에는 부분적으로 단면 처리된 동일한 부분의 측면도가 도시된다. 도 3a와 3b에 도시된 바와 같이, 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 센서 장치(SEA), 절연 장치(INS), 및 연결 장치(CA)를 포함한다. 상기 센서 장치(SEA)는 상기 연결 장치(CA)의 일단부에 연결된다. 도시된 것에 더하여, 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 또한 상기 연결 장치(CA)의 반대쪽 단부에 연결된 데이터 수집 유닛(DCU)을 포함한다. 최소 절연 거리(MID)(미도시)는, 최소 표면 거리(MSD)와 같이, 상기 절연 재료(INS)에 의해 확립된다.

상기 최소 표면 거리(MSD)는 다수의 절연 디스크들(DSC)을 형성하는 상기 절연 장치(INS)에 의해 연장된다. 더욱이, 도 3a와 3b의 실시예는 낙뢰 측정 시스템(LMS)을 설치하는 방법, 특히 인하 도선(DC)을 상기 센서 장치(SEA) 내에 설치하는 방법을 도시한다. 도시된 바와 같이, 제1 인하 도선(DC1)과 제2 인하 도선(DC2)은 각각 상기 절연 장치(INS) 내에 미리 설치된 연결 인하 도선(CDC)의 양단부에 연결되며, 그럼으로써 낙뢰 피격(lightning strikes)을 위해 의도된 피격 포인트로부터 접지(ground)로 전기적 연결을 수행하는 하나의 유효한 인하 도선(DC)을 형성한다.

이제, 도 4a-c를 참조하면, 본 발명의 세 개의 다른 실시예들에 따른 낙뢰 측정 시스템들(LMS)이 도시된다. 도 4a-c의 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 각각 데이터 수집 유닛(DCU), 센서 장치(SEA), 절연 장치(INS), 및 연결 장치(CA)를 포함한다. 상기 절연 장치(INS)는 상기 센서 장치(SEA)를 둘러싸서 최소 절연 거리(MID)를 확립한다. 또한, 도 4a-c에 공통적으로 상기 센서 장치(SEA)는 인하 도선(DC)에 관해 측정하도록 설치된다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 절연 장치(INS)는 최소 표면 거리(MSD)를 확립하기 위해 상기 연결 장치(CA)의 부분을 둘러싼다. 도 4b에서, 상기 절연 장치(INS)는 최소 표면 거리(MSD)를 확립하기 위해 상기 인하 도선(DC)의 부분을 둘러싼다. 마지막으로, 도 4c에서, 상기 절연 장치(INS)는 최소 표면 거리(MSD)를 확립하기 위해 상기 연결 장치(CA)의 부분뿐만 아니라 상기 인하 도선(CA)의 부분을 둘러싼다. 물론 도 4a-c의 실시예들과 관련하여 상기 데이터 수집 유닛(DCU)은 상기 센서 장치(SEA)로부터 멀리 떨어져 배치될 수 있으며, 도 4a-c는 단지 개략적인 도면들을 도시하고 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 4a-c에 최소 표면 거리(MSD)와 최소 공기 거리(MAD)의 예들이 도시된다. 도 4a에서, 상기 최소 공기 거리(MAD)는 상기 최소 표면 거리(MSD)와 일치한다는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 연결 장치(CA)와 상기 인하 도선(DC) 사이의 공기 중에서 가장 짧은 거리는 가장 짧은 표면 거리와 동일하다. 마찬가지로 도 4b에서, 상기 최소 공기 거리(MAD)는 상기 최소 표면 거리(MSD)와 일치한다. 그러나, 도 4c에 있어서, 상기 최소 공기 거리(MAD)는 상기 최소 표면 거리(MSD)보다 다른 경로를 따르며, 상기 최소 공기 거리(MAD)는 상기 최소 표면 거리(MSD)보다 짧다는 것을 알 수 있다. 단지 하나의 최소 표면 거리(MSD)와 하나의 최소 공기 거리(MAD)가 도 4a-c에 도시되어 있다 하더라도, 상기 연결 장치(CA)의 노출된 부분들과 상기 인하 도선(DC)의 노출된 부분들 사이의 하나 이상의 실제 경로가 동일한 최소 표면 거리(MSD)와 하나의 최소 공기 거리(MAD)를 제공할 수도 있다.

이제, 도 5a와 5b를 참조하면, 본 발명의 두 개의 다른 실시예들에 따른 낙뢰 측정 시스템(LMS)이 도시된다. 도 5a는 도 4a의 실시예와 유사한 실시예를 도시한다. 도 4a에 도시된 것에 더하여, 도 5a에 도시된 절연 장치(INS)는 장착 장치(MOA)의 장착 표면의 부분을 형성한다. 그럼으로써, 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 인하 도선(DC)은 상기 절연 장치(INS)가 고정되는 풍력 터빈 블레이드(WTB)의 내면과 같은 유지 표면(MS)에 비교적 가깝게 유지될 수 있다. 또한, 도 5b로 돌아가면, 도 4b에 도시된 것과 유사한 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분이 도시된다. 도 4b에 도시된 것에 더하여, 도 5b에 도시된 절연 장치(INS)는 장착 장치(MOA)의 장착 표면의 부분을 형성한다. 동일한 것이 도 4c에 도시된 것과 유사한 실시예를 위해 보여질 수 있다. 더욱이, 도 5a와 5b의 실시예들은 연결 인하 도선(SDC)과 같은 인하 도선(DC)의 부분을 개시한다. 이 연결 인하 도선(CDC)은 하나의 실시예에서 상기 절연 장치(INS) 내에 미리 고정될 수 있으며, 그 다음에 인하 도선(DC)과 함께 풍력 터빈(WT) 내에 설치될 수 있다. 상기 인하 도선(DC)은 상기 센서 장치(SEA)가 설치될 곳에서 절단될 수 있으며, 절단에 의해 노출된 단부는 상기 연결 인하 도선(CDC)의 상응하는 단부들에 고정될 수 있다. 이 실시예는 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 개보수(retrofitting)를 위해 특히 유리하다. 그러나, 다른 실시예에서, 상기 센서 장치(SEA)가 상기 인하 도선(DC)에 관해 측정할 수 있도록 하기 위해, 상기 절연 장치(INS)는 인하 도선(DC)을 관통 공급하기 위한 관통홀을 포함할 수 있다. 더욱이, 도 5a-b는 유지 표면(MS)(미도시)에 실질적으로 평행한 최소 표면 거리(MSD)를 초래하는 3차원 경로를 도시한다.

이제, 도 6a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 낙뢰 측정 시스템(LMS)의 부분이 도시된다. 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 풍력 터빈(WT) 내에 설치되는 것으로 도시되어 있다. 상기 센서 장치(SEA)는 풍력 터빈 블레이드(WTB) 내에 배치되는 것으로 도시되어 있다. 이는 바람직하게는 상기 절연 장치(INS)를 상기 풍력 터빈 블레이드(WTB)의 내면에 고정시킴에 의해 이루어질 수 있다. 상기 연결 장치(CA)는 상기 인하 도선(DC) 내의 낙뢰 전류 파라미터들에 관한 데이터를 수집하기 위해 상기 절연 장치(INS) 내에 둘러싸인 상기 센서 장치(SEA)를 데이터 수집 유닛(DCU)(미도시)과 연결할 수 있다. 도 6b에서, 동일한 것이 측면도로 도시되며, 이는 상기 센서 장치(SEA)가 상기 인하 도선(DC)에 관해 측정할 수 있도록 상기 절연 장치(INS)를 통과하는 상기 인하 도선(DC)을 보여준다. 도 6a의 절연 장치(INS)가 장착 표면(MS), 즉 상기 풍력 터빈 블레이드(WTB)의 내면에 실질적으로 평행한 최소 표면 거리(MSD)를 가지기 때문에, 상기 센서 장치(SEA)는 상기 장착 표면(MS)으로부터 비교적 가까운 거리 내에 위치할 수 있고, 상기 인하 도선(DC)은 마찬가지로 상기 장착 표면(MS)에 비교적 가깝게 유지될 수 있으며, 이는 예를 들어, 인하 도선의 내구성과 이로 인한 수명과 관련하여 중요한 장점일 수 있다.

도 7에 본 발명의 실시예에 따른 낙뢰 측정 시스템(LMS)이 도시되어 있다. 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 풍력 터빈(WT) 내에, 풍력 터빈 허브(wind turbine hub)(WTH) 내에 부분적으로, 풍력 터빈 블레이드(WTB) 내에 부분적으로, 설치되는 것으로 도시되어 있다. 데이터 수집 유닛(DCU)은 상기 풍력 터빈 허브(WTH) 내에 배치되며, 반면에 상기 센서 장치(SEA)는 풍력 터빈 블레이드(WTB)의 루트(root) 내에 배치된다.

이제, 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 풍력 터빈(WT) 내에 설치된 낙뢰 측정 시스템(LMS)을 도시한 블록 선도이다. 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 데이터 수집 유닛(DCU), 및 제1, 제2, 및 제3 센서 장치(SEA1, SEA2, SEA3)를 포함한다. 각각의 센서 장치(SEA1, SEA2, SEA3)는 연결 장치(CA1, CA2, CA3)에 의해 상기 데이터 수집 유닛(DCU)에 연결된다. 각각의 센서 장치(SEA1, SEA2, SEA3)는 풍력 터빈(WT)의 별개의 블레이드의 인하 도선(DC)에 관해 측정하도록 배치된다. 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 선택적으로 원 데이터(raw data), 분석된 데이터, 또는 분석된 데이터에 기초하여 수립된 파라미터들과 같은 데이터를 SCADA(supervisory control and data acquisition) 감시 시스템 또는 이와 유사한 것과 같은 외부 수신기로 통신하기 위한 외부 통신 장치(external communication arrangement)(EXC)를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 데이터 수집 유닛(DCU)은 일반적으로 24V DC 외부 전력공급장치, 230V AC 외부 전력공급장치, 또는 다른 이용 가능한 전압과 같은 하나 이상의 전력공급장치(power supplies)도 포함할 수 있다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 낙뢰 측정 시스템(LMS)이 도시된다. 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 데이터 수집 유닛(DCU), 센서 장치(SEA), 상기 데이터 수집 유닛(DCU)을 상기 센서 장치(SEA)와 전기적으로 연결하는 연결 장치(CA)를 포함한다. 본 실시예에 따른 상기 센서 장치(SEA)는 로고스키 코일(Rogowski coil)(COI)에 의해 구성된다. 상기 로고스키 코일(COI)은 함께 인하 도선(DC)을 둘러싸는 토로이드 형태의 나선(toroid-shaped helix)을 형성하는 다수의 코일 권선(coil windings)(COW)을 포함한다. 도시된 바와 같이 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 또한 절연 장치(INS)를 포함하며, 보여 주기 위한 목적으로 단지 그 일부만 도시된다. 도시된 바와 같이 상기 센서 장치(SEA)는 상기 절연 장치(INS)와는 별개로 추가 절연재(further insulation)(FIN)를 포함한다. 마찬가지로, 상기 연결 장치(CA)는 추가 절연재(FIN)를 포함한다. 이 추가 절연재들(FIN)은 일반적으로 상기 절연 장치(INS)를 구성할 때 무시될 수도 있으며, 상기 인하 도선(DC) 또는 연결 장치(CA)의 노출된 부분은 어떠한 추가 절연재(FIN)에 상관없이 상기 절연 장치(INS)에 의해 덮이지 않은 이들의 부분이다.

CA. 연결 장치
CAi. i번째 연결 장치
CDC. 연결 인하 도선
COI. 코일
COW. 코일 권선
DC. 인하 도선
DCi. i번째 인하 도선
DCU. 데이터 수집 유닛
DSC. 절연 디스크
EXC. 외부 통신 장치
FIN. 추가 절연재
INS. 절연 장치
LMS. 낙뢰 측정 시스템
MAD. 최소 공기 거리
MID. 최소 절연 거리
MOA. 장착 장치
MSD. 최소 표면 거리
RET. 복귀 루프
SEA. 센서 장치
SEAi. i번째 센서 장치
WTB. 풍력 터빈 블레이드
WTH. 풍력 터빈 허브

Claims

풍력 터빈에 있는 인하 도선(down conductor)(DC) 내의 낙뢰 전류 파라미터들을 측정하기 위한 낙뢰 측정 시스템(lightning measuring system)(LMS)으로서,
상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은
- 상기 인하 도선(DC)에 관해 측정하도록 배치된 센서 장치(sensor arrangement)(SEA),
- 데이터 수집 유닛(data collection unit)(DCU),
- 상기 센서 장치(DC)를 상기 데이터 수집 유닛(DCU)과 전기적으로 연결하는 연결 장치(connection arrangement)(CA), 및
- 절연 장치(insulating arrangement)(INS)를 포함하며,
상기 센서 장치(SEA)와 상기 연결 장치(CA) 및/또는 상기 인하 도선(DC)의 적어도 일부는 상기 절연 장치(INS) 내에 둘러싸임으로써,
- 상기 센서 장치(SEA)와 상기 인하 도선(DC) 사이의 최소 절연 거리(minimum insulation distance)(MID), 및
- 상기 절연 장치(INS)에 의해 둘러싸이지 않은 상기 인하 도선(DC)의 노출된 부분과 상기 절연 장치(INS)에 의해 둘러싸이지 않은 상기 연결 장치(CA)의 노출된 부분 사이의 최소 표면 거리(minimum surface distance)(MSD)를 정의하며,
이로 인해 상기 절연 장치(INS)는 상기 인하 도선(DC)과 상기 센서 장치(SEA) 사이의 절연 파괴를 방지하고 상기 인하 도선(DC)의 상기 노출된 부분과 상기 연결 장치(CA)의 상기 노출된 부분 사이의 표면 플래시오버(flashover)를 방지하는데 유효한, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
제 1항에 있어서,
상기 절연 장치(INS)는 최소 절연 파괴 전압 및/또는 최소 플래시오버 전압까지의 전위차에 대해 상기 인하 도선(DC)과 상기 센서 장치(SEA) 사이의 절연 파괴를 방지하고 상기 인하 도선(DC)의 상기 노출된 부분과 상기 연결 장치(CA)의 상기 노출된 부분 사이의 표면 플래시오버를 방지하는데 유효하며,
상기 최소 절연 파괴 전압 및/또는 상기 최소 플래시오버 전압은 50kV, 바람직하게는 75kV, 더 바람직하게는 100kV, 더욱더 바람직하게는 120kV, 가장 바람직하게는 140kV, 예컨대 160kV, 예컨대 180kV, 예컨대 200kV인, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 절연 장치(INS)는 아래의 식에 의해 주어진 조건을 충족시키도록 구성되며,

여기서, D_mat,i는 상기 절연 장치(INS)를 통과하는 i번째 거리 요소를 나타내고, D_sur,j는 예를 들어 상기 절연 장치(INS)의 표면상의 j번째 거리 요소를 나타내며, 여기서, E_mat는 절연 파괴를 야기하는데 필요한 전기장을 나타내고, E_sur은 표면 플래시오버를 야기하는데 필요한 전기장을 나타내며,
여기서, C_eff는 50kV, 바람직하게는 75kV, 더 바람직하게는 100kV, 더욱더 바람직하게는 120kV, 가장 바람직하게는 140kV, 예컨대 160kV, 예컨대 180kV, 예컨대 200kV인, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 장치(INS)는 아래의 식에 의해 주어진 조건을 충족시키도록 구성되며,

여기서, D_mat,i는 상기 절연 장치(INS)를 통과하는 i번째 거리 요소를 나타내고, D_sur,j는 예를 들어 상기 절연 장치(INS)의 표면상의 j번째 거리 요소를 나타내고, D_air,k는 공기를 통과하는 k번째 거리 요소를 나타내며, 여기서, E_mat는 절연 파괴를 야기하는데 필요한 전기장을 나타내고, E_sur은 표면 플래시오버를 야기하는데 필요한 전기장을 나타내고, E_air는 공기 플래시오버를 야기하는데 필요한 전기장을 나타내며,
여기서, C_eff는 50kV, 바람직하게는 75kV, 더 바람직하게는 100kV, 더욱더 바람직하게는 120kV, 가장 바람직하게는 140kV, 예컨대 160kV, 예컨대 180kV, 예컨대 200kV인, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최소 절연 거리(MID)는 50kV까지의, 바람직하게는 75kV까지의, 더 바람직하게는 100kV까지의, 더욱더 바람직하게는 120kV까지의, 가장 바람직하게는 140kV까지의, 예컨대 160kV까지의, 예컨대 180kV까지의, 예컨대 200kV까지의 상기 인하 도선(DC)과 상기 센서 장치(SEA) 사이의 전위차에 대해 절연 파괴를 방지하는데 유효한, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최소 표면 거리(MSD)는 적어도 50kV까지의, 바람직하게는 75kV까지의, 더 바람직하게는 100kV까지의, 더욱더 바람직하게는 120kV까지의, 가장 바람직하게는 140kV까지의, 예컨대 160kV까지의, 예컨대 180kV까지의, 예컨대 200kV까지의 상기 인하 도선(DC)과 상기 센서 장치(SEA) 사이의 전위차에 대해 표면 플래시오버를 방지하는데 유효한, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 장치(SEA)와 상기 연결 장치(CA) 및/또는 상기 인하 도선(DC)의 적어도 일부는 상기 절연 장치(INS) 내에 둘러싸임으로써,
상기 절연 장치(INS)에 의해 둘러싸이지 않은 상기 인하 도선(DC)의 노출된 부분과 상기 절연 장치(INS)에 의해 둘러싸이지 않은 상기 연결 장치(CA)의 노출된 부분 사이의 최소 공기 거리(minimum air distance)(MAD)를 더 정의하는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최소 공기 거리(MAD)는 적어도 50kV까지의, 바람직하게는 75kV까지의, 더 바람직하게는 100kV까지의, 더욱더 바람직하게는 120kV까지의, 가장 바람직하게는 140kV까지의, 예컨대 160kV까지의, 예컨대 180kV까지의, 예컨대 200kV까지의 상기 인하 도선(DC)과 상기 연결 장치(CA) 사이의 전위차에 대해 공기 플래시오버를 방지하는데 유효한, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최소 표면 거리(MSD)는 적어도 30cm, 바람직하게는 적어도 50cm, 더 바람직하게는 적어도 70cm, 더욱더 바람직하게는 적어도 80cm, 가장 바람직하게는 적어도 90cm, 예컨대 적어도 100cm, 예컨대 적어도 125cm, 예컨대 적어도 150cm인, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최소 절연 거리(MID)는 적어도 5mm, 바람직하게는 적어도 8mm, 더 바람직하게는 적어도 10mm, 더욱더 바람직하게는 적어도 12mm, 가장 바람직하게는 적어도 14mm, 예컨대 적어도 16mm, 예컨대 적어도 18mm, 예컨대 적어도 20mm인, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최소 공기 거리(MAD)는 적어도 10cm, 바람직하게는 적어도 15cm, 더 바람직하게는 적어도 20cm, 더욱더 바람직하게는 적어도 24cm, 가장 바람직하게는 적어도 28cm, 예컨대 적어도 32cm, 예컨대 적어도 36cm인, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 장치(INS)는 유지 표면(maintaining surface)(MS), 예를 들어 풍력 터빈 블레이드(WTB)의 표면에 고정되어 그에 의해 지지되며,
상기 최소 표면 거리(MSD)는 유지 표면(MS)에 실질적으로 평행한, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
제 12항에 있어서,
상기 절연 장치(INS) 내에 둘러싸인 상기 연결 장치(CA)의 부분과 상기 유지 표면(MS) 사이의 거리는 5mm와 20cm 사이, 바람직하게는 5mm와 15cm 사이, 더 바람직하게는 5mm와 10cm 사이, 가장 바람직하게는 5mm와 5cm 사이인, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 상기 절연 장치(INS)에 의해 실질적으로 형성된 장착 장치(mounting arrangement)(MOA)를 포함하는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 장치(INS)는 열경화성 폴리머(thermoset polymers), 열가소성 폴리머(thermoplastic polymers), 복합 재료, 또는 이들의 어떠한 조합을 포함하는 목록(list)으로부터 선택된 절연 재료로 만들어지는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 장치(INS)는 절연 재료로 만들어지며, 상기 절연 재료는 적어도 10⁹Ωㆍm, 예컨대 적어도 10¹⁰Ωㆍm, 예컨대 적어도 10¹¹Ωㆍm, 예컨대 적어도 10¹²Ωㆍm, 예컨대 적어도 10¹³Ωㆍm의 저항률(resistivity)을 가지는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 장치(INS)는 절연 재료로 만들어지며, 상기 절연 재료는 적어도 5kV/mm, 바람직하게는 적어도 8kV/mm, 더 바람직하게는 적어도 10kV/mm, 가장 바람직하게는 적어도 15kV/mm 또는 적어도 20kV/mm의 절연 파괴 전계 강도(insulation breakdown field strength)를 나타내는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 장치(INS)는 절연 재료로 만들어지며, 상기 절연 재료는 적어도 100V/mm까지의, 바람직하게는 적어도 125V/mm까지의, 더 바람직하게는 적어도 150V/mm까지의, 가장 바람직하게는 적어도 175V/mm 또는 200V/mm까지의 전압의 표면 플래시오버를 방지하는데 유효한, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 장치(INS)는, 적어도 100-400Hz, 바람직하게는 10-500Hz, 더 바람직하게는 5-800Hz의 범위 내의 진동 주파수를 가지며 적어도 4g, 바람직하게는 적어도 6g, 더 바람직하게는 적어도 7g까지의 최대 가속도를 가진 진동을 견디도록 구성되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연결 장치(CA)는 내부 연결 장치 절연재와 같은 추가 연결 장치 절연재(further connection arrangement insulation)(FIN)를 포함하는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
제 20항에 있어서,
상기 추가 연결 장치 절연재(FIN)는 실질적으로 상기 센서 장치(SEA)로부터 상기 데이터 수집 유닛(DCU)까지 뻗어 있는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 장치(INS)와 상기 추가 연결 장치 절연재(FIN)는 상이한 절연 재료들로 만들어진, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
로고스키 코일(Rogowski coli)(COI)과 같은 상기 센서 장치(SEA)는 내부 센서 절연재와 같은 추가 센서 절연재(FIN)를 포함하는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
제 20항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 장치(INS)와 상기 추가 센서 절연재(FIN)는 상이한 절연 재료들로 만들어지는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 100mHz로부터 5MHz까지의, 바람직하게는 10mHz로부터 8MHz까지의, 가장 바람직하게는 1mHz로부터 10MHz까지의 주파수 대역(frequency band) 내에서 측정하도록 구성되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인하 도선(DC)은 상기 센서 장치(SEA)에 의해 풍력 터빈 블레이드(WTB)의 내면과 같은 유지 표면(MS)에 고정되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
제 26항에 있어서,
상기 고정은 상기 풍력 터빈의 작동 하에서 유효한, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
제 26항 또는 제 27항에 있어서,
상기 인하 도선(DC)은 풍력 터빈 블레이드(WTB)의 내면과 같은 상기 유지 표면(MS)에, 상기 유지 표면(MS)을 따른 상기 인하 도선(DC)의 길이의 실질적인 부분을 따라, 예컨대 상기 유지 표면(MS)을 따른 상기 인하 도선(DC)의 길이의 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 60%, 더 바람직하게는 적어도 70%, 더욱더 바람직하게는 적어도 80%, 가장 바람직하게는 적어도 90%를 따라 고정되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 절연 장치(INS)는 상기 인하 도선(DC)에 대하여 상기 센서 장치(SEA)의 위치를 한정하고 고정시키는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
제 29항에 있어서,
상기 센서 장치(SEA)에 대한 상기 인하 도선(DC)의 위치는 적어도 20mm, 예컨대 적어도 10mm, 예컨대 적어도 5mm, 예컨대 적어도 2mm의 정밀도로 고정되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
제 29항 또는 제 30항에 있어서,
상기 센서 장치(SEA)에 대한 상기 인하 도선(DC)의 위치는 상기 풍력 터빈의 작동 중에 고정되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 장치(SEA)는 상기 인하 도선(DC) 내의 전류의 변화와 같은 전기적 파라미터들에 기초하여 전기적 신호를 생성하도록 구성되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 장치(SEA)는 코일(COI)을 포함하며, 상기 코일(COI)은 상기 인하 도선(DC) 내의 전류의 변화와 같은 전기적 파라미터들에 기초하여 전기적 신호를 생성하도록 구성되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
제 33항에 있어서,
상기 코일(COI)은 로고스키 코일(COI)인, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
제 34항에 있어서,
상기 로고스키 코일(COI)은
다수의 코일 권선들(coil windings)(COW), 및
상기 코일 권선들(COW) 내부의 복귀 루프(returning loop)(RET)를 포함하는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
제 35항에 있어서,
상기 로고스키 코일(COI)은, 상기 복귀 루프(RET) 외에도, 실질적으로 자화 가능한 재료들이 없는 코어(core)를 포함하는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
제 34항 내지 제 36항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로고스키 코일(COI)은
- 권선 부분(winding part), 및
- 복귀 루프(returning loop)(RET)를 포함하며,
상기 권선 부분(WIP)은, 차후에 전기적으로 연결되며 예를 들어 원 또는 반원 형상을 형성하는 다수의 권선들(COW)을 포함하고,
상기 복귀 루프(RET)는 상기 권선 부분의 일단부에 연결되며 상기 권선 부분의 실질적으로 모든 권선들(COW)의 내부에서 상기 권선 부분의 반대쪽 단부 쪽으로 복귀하는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
제 33항 내지 제 37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코일(COI), 바람직하게는 로고스키 코일(COI)은 상기 인하 도선(DC) 둘레의 각 공간(angular space)의 적어도 50%, 예컨대 적어도 60%, 예컨대 적어도 70%, 예컨대 적어도 80%, 예컨대 적어도 90%, 예컨대 적어도 95%, 예컨대 적어도 98%를 둘러싸는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
제 33항 내지 제 37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코일(COI), 바람직하게는 로고스키 코일(COI)은 상기 인하 도선(DC) 둘레의 각 공간(angular space)의 적어도 99%, 예컨대 적어도 99.5%, 예컨대 적어도 99.8%, 예컨대 적어도 99.9%, 예컨대 100%를 둘러싸는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터 수집 유닛(DCU)은 EMC 인클로저(enclosure) 내에 둘러싸인, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터 수집 유닛(DCU)은
- 상기 인하 도선(C) 내의 전류 변화와 같은 전기적 파라미터에 상응한 샘플링 값들(sampling values)을 위한 측정 및 샘플링 유닛,
- 아날로그 디지털 변환기,
- 처리 유닛, 및
- 저장 유닛을 포함하는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인하 도선(DC)은 일단부에서 접지(ground)에 전기적으로 연결되고, 반대쪽 단부에서 풍력 터빈의 풍력 터빈 블레이드(WTB)에, 바람직하게는 상기 풍력 터빈 블레이드(WTB)의 외면에, 바람직하게는 상기 풍력 터빈 블레이드(WTB)의 팁(tip)에 가까운 외면의 부분에, 예를 들어 낙뢰 수용기(lightning receptor)를 통해 전기적으로 연결되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 풍력 터빈은 적어도 두 개의 블레이드들을 포함하고, 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 적어도 두 개의 센서 장치들(SEA)을 포함하며, 상기 두 개의 블레이드들(WTB) 내의 낙뢰 전류를 측정할 수 있도록, 각각의 센서 장치(SEA)는 적어도 두 개의 분리된 블레이드들(WTB) 각각 내의 인하 도선(DC)에 연결되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 풍력 터빈은 세 개의 블레이드들(WTB)을 포함하고, 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 세 개의 센서 장치들(SEA)을 포함하며, 상기 세 개 블레이드들(WTB) 내의 낙뢰 전류를 측정할 수 있도록, 각각의 센서 장치(SEA)는 각각의 블레이드(WTB) 내의 인하 도선(DC)에 연결되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 장치(SEA)는 풍력 터빈 블레이드(WTB)에 설치되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터 수집 유닛(DCU)은 풍력 터빈 허브(WTH)에 설치되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터 수집 유닛(DCU)은 풍력 터빈 블레이드(WTB) 내부에 설치되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 데이터 수집 유닛(DCU)은 풍력 터빈 나셀(nacelle)에 설치되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 인하 도선(DC)을 상기 센서 장치의 관통홀을 통과하도록 공급함으로써, 또는 상기 인하 도선(DC)의 부분, 예를 들어 대략 0.5미터를 절단하고 상기 인하 도선(DC)의 잔존된 두 개의 부분을 상기 센서 장치(SEA)에 미리 설치된 도선 상에 설치함으로써, 상기 센서 장치(SEA)에 상기 인하 도선(DC)이 설치되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서 장치(SEA)는 연결 인하 도선(connecting down conductor)(CDC)을 구성하는 갈바닉 요소(galvanic element)를 둘러싸며, 상기 연결 인하 도선은 풍력 터빈에 설치된 후, 하나의 결합된 인하 도선(DC)을 형성하기 위해, 각 단부에서 두 개의 상이한 인하 도선(DC1, DC2)에 연결되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은 풍력 터빈에 설치되는, 낙뢰 측정 시스템(LMS).
전기한 항들 중 어느 한 항에 따른 낙뢰 측정 시스템(LMS)을 포함하는 풍력 터빈.
적어도 하나의 풍력 터빈, 특히 해상 풍력 터빈을 포함하는 풍력발전단지(wind farm)로서, 상기 적어도 하나의 풍력 터빈은 전기한 항들 중 어느 한 항에 따른 낙뢰 측정 시스템(LMS)을 포함하는, 풍력발전단지.
제 54항에 있어서,
상기 풍력발전단지는, 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)으로부터 데이터를 수신하기 위해 상기 적어도 하나의 풍력 터빈의 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)에 연결된 중앙 데이터 수집 시스템을 포함하는, 풍력발전단지.
제 1항 내지 제 52항 중 어느 한 항에 따른 낙뢰 측정 시스템(LMS)을 풍력 터빈에 설치하는 방법으로서, 상기 낙뢰 측정 시스템(LMS)은
- 상기 센서 장치(SEA)가 설치되는 연결 인하 도선(CDC)을 구성하는 갈바닉 요소를 포함하며,
상기 방법은
- 각각 상기 인하 도선(DC)을 절단함에 의해 형성되는 절단된 단부를 각각 가지는 두 개의 상이한 인하 도선들(DC1, DC2)을 형성하기 위해 상기 인하 도선(DC)을 절단하는 단계,
- 하나의 결합된 인하 도선(DC)을 형성하기 위해 상기 두 개의 상이한 인하 도선들(DC1, DC2)의 상기 절단된 단부들 각각을 상기 연결 인하 도선(CDC)의 양단부들에 연결하는 단계를 포함하는, 낙뢰 측정 시스템(LMS)을 풍력 터빈에 설치하는 방법.
제 1항 내지 제 52항 중 어느 한 항에 따른 낙뢰 측정 시스템(LMS)을 풍력 터빈에 설치하는 방법으로서, 상기 방법은
- 상기 센서 장치(SEA)와 절연 장치(INS)를 상기 풍력 터빈에 설치하는 단계,
- 상기 인하 도선(DC)을 상기 센서 장치(SEA)의 관통홀을 통과하도록 공급하는 단계, 및
- 상기 데이터 수집 유닛(DCU)을 상기 연결 장치(CA)를 사용하여 상기 센서 장치(SEA)와 연결하는 단계를 포함하는, 낙뢰 측정 시스템(LMS)을 풍력 터빈에 설치하는 방법.