KR20180026753A

KR20180026753A - 풍력 설비의 케이블 인터페이스

Info

Publication number: KR20180026753A
Application number: KR1020187003442A
Authority: KR
Inventors: 토마스 잉게만 닐센; 프레데릭 라이터
Original assignee: 베스타스 윈드 시스템스 에이/에스
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2018-03-13
Also published as: US10533539B2; CN107709768A; JP6921009B2; CN107709768B; JP2018522160A; EP3317534B1; EP3317534A1; WO2017005267A1; US20180187657A1

Abstract

풍력 설비(10)의 내부 케이블을 연결하기 위한 케이블 인터페이스 시스템(20)이 개시되며, 상기 케이블 인터페이스 시스템(20)은: 풍력 설비(10)의 타워(14)와 관련된 타워 인터페이스(32)로서, 타워 케이블(36)들의 세트를 고정 구성으로 지지하도록 구성된 지지 구조체(80,90)를 포함하는 타워 인터페이스(32); 풍력 설비(10)의 나셀(18)과 관련된 나셀 인터페이스(30)로서, 나셀 인터페이스는 나셀 케이블(34)의 세트를 고정 구성으로 지지하도록 구성된 지지 구조체(40)를 포함하는, 나셀 인터페이스(30);를 포함하고, 타워 인터페이스(32)는 나셀 인터페이스(30)와 결합될 수 있어서, 각각의 타워 케이블(36)이 전체적으로 대응하는 나셀 케이블(34)과 정렬되고 대응하는 나셀 케이블(34)에 접합될 수 있다.

Description

풍력 설비의 케이블 인터페이스

본 발명은 풍력 설비의 케이블 인터페이스에 관한 것으로서, 상세하지만 배타적이지 않게, 그러한 설비의 내부 케이블들의 설치를 보조하기 위한 인터페이스에 관한 것이다.

타워와 같은 지지 구조체의 상부에 장착되는 풍력 터빈을 포함하는 풍력 설비는 통상적으로 터빈의 나셀로부터 타워의 저부와 그것을 넘어서 연장되는 내부 케이블을 포함한다. 케이블은 예를 들어, 터빈 발전기에 의하여 생산된 전력을 외부 전력망으로 전달하는 전력 송신 라인, 보조 시스템들에 전력을 제공하기 위한 내부 전력 케이블 및, 예를 들어 SCADA(supervisory control and data acquisition) 시스템과 같은, 나셀과 원격 시스템 사이의 제어 데이터 및/또는 측정 데이터를 운반하는 데이터 케이블을 포함할 수 있다.

대형의 풍력 설비는 조립된 상태로 현장으로 수송될 수 없으며, 따라서 현장에서 세워져야 한다. 이것은 현장에서 내부 케이블을 설치하고 연결하는 일을 수반하는데, 이는 곤란하고, 시간 소비적이고, 잠재적으로 위험하다; 특히 해상 풍력 설비의 경우에 그러하다. 따라서 이러한 작업을 수행하는데 필요한 시간을 줄이도록 케이블 설치의 과정을 용이하게 하려는 소망이 있다.

송신 라인을 위한 안내 및 지지부로서 작용하도록 풍력 설비의 타워 안에 배치된, 단단하고 만곡된 강철 튜브 또는 'J 튜브'를 사용하는 것이 공지되어 있는데, 송신 라인은 상기 라인을 궁극적으로 지지하는 천이 부재(transition piece)에 도달할 때까지 J 튜브를 통해 위로 당겨진다. 라인에 대한 전기적인 연결은 필요에 따라 이후에 이루어질 수 있다. J 튜브는 송신 라인의 굽힘이 제어되는 것을 보장함으로써, 설치하는 동안 그리고 설치 이후에 라인에 대한 손상을 방지한다. 유럽 출원 EP 2696123 은 이와 같은 주제에서의 발전을 개시하며, 여기에서는 유연성 강화 보호 튜브가 사용되어 송신 라인을 보호하고, 송신 라인 및 보호 튜브는 함께 천이 부재로 들어올려진다.

그러한 구성들이 트랜스미션 라인을 제 위치로 움직이는 것을 용이하게 하지만, 이들은 풍력 터빈의 구성 요소들에 대한 전기적인 연결을 이루는 복잡한 문제에 도움이 되지 않는다. 풍력 설비는 하나 이상의 케이블 다발들을 가질 수 있으며, 각각의 다발은 잠재적으로 개별 케이블들의 다스(doze)들을 포함한다. 예를 들어, 부피가 큰 고전압 전력 송신 케이블들은 종종 다수의 케이블들의 다발로 분할되어 유연성을 향상시킨다. 나셀 안에서 이들 케이블들 각각을 연결하는 것은 설치자에게 상당한 부담을 준다.

본 발명은 이러한 배경 기술에 반하여 안출되었다.

제 1 양상에서, 본 발명의 실시예들은 풍력 설비의 내부 케이블을 연결하기 위한 케이블 인터페이스 시스템을 제공하며, 상기 케이블 인터페이스 시스템은:

풍력 설비의 타워와 관련된 타워 인터페이스로서, 타워 케이블들의 세트를 고정 구성으로 지지하도록 구성된 지지 구조체를 포함하는, 타워 인터페이스;

풍력 설비의 나셀과 관련된 나셀 인터페이스로서, 나셀 케이블들의 세트를 고정 구성으로 지지하도록 구성된 지지 구조체를 포함하는, 나셀 인터페이스;를 포함하고,

나셀 인터페이스의 지지 구조체는 각각의 나셀 케이블을 위한 개별적인 터미널을 포함하고, 각각의 터미널은 개별적인 나셀 케이블의 단부를 수용하도록 구성되고,

타워 인터페이스는 나셀 인터페이스와 결합(dock)될 수 있어서, 각각의 타워 케이블은 전체적으로 대응하는 나셀 케이블과 정렬되고 접합될 수 있다.

유리하게는, 본 발명은 전력 송신 케이블들이 나셀 안에 위치된 전력 발전 구성 요소들에 이미 연결된다는 점에서 자체 포함된 나셀 유닛(nacelle unit)을 제공한다. 인터페이스 시스템은 현장 아닌 곳에서 조립될 수 있고, 다음에 나셀 인터페이스 및 타워 인터페이스는 전기적인 연결을 완성하기 위하여 풍력 터빈이 세워지는 동안 함께 모일 수 있다. 이것은 조립 과정의 '중요한 경로(critical path)'로부터 케이블 연결을 만드는 작업을 제거하기 때문에 풍력 터빈의 조립 과정을 더욱 시간 효율적으로 만든다.

나셀 인터페이스의 지지 구조체는 각각의 나셀 케이블의 터미널을 포함할 수 있고, 각각의 터미널은 개별적인 나셀 케이블의 단부를 수용하도록 구성된다.

본 발명의 일 실시예에서, 각각의 터미널은 압축 커넥터 또는 기계적 커넥터들의 그룹으로부터 선택된다.

고전압 DC 케이블들은 신뢰성 있게 기능하는 안전하고 영구적인 커넥터를 필요로 한다. 이것은 압축 커넥터 또는 기계적 커넥터 (compression or mechanical connector) 들로써 달성된다.

본 발명의 명세서와 관련하여, "터미널(terminal)" 및 "커넥터(connector)"라는 용어는 International Electrotechnical Commision (IEC) IEV (ref. 461-17-03" 케이블 도전체를 함께 연결하는 금속 장치")의 정의를 사용한다.

당업자에게 "압축 커넥터(compression connector)"는 도전체들 사이에서 영구적인 연결을 확립하도록 "압축 조인트(compression jointing)"의 기술을 이용하는 커넥터 유형인 것으로 알려져 있다. "압축 조인트"는 "커넥터 및 도전체의 영구적인 변형을 형성하도록 특수 공구를 사용함으로써 도전체에 커넥터를 고정하는 방법"으로서 국제 표준(International Standard IEC 61238-1)에 정의되어 있다.

당업자에게 "기계적인 커넥터(mechanical connector)"라는 용어는 도전체들 사이의 영구적인 연결을 확립하도록 "기계적인 조인트(mechanical jointing)"의 기술을 이용하는 커넥터 유형인 것으로 알려져 있다. "기계적인 조인트"는 "예를 들어 대안의 방법으로 볼트 또는 스크류에 작용하는 볼트 또는 스크류에 의하여 커넥터를 도전체에 고정하는 방법"으로서 국제 표준(International Standard IEC 61238-1)에 정의되어 있다.

압축 커넥터 및 기계적인 커넥터는 2 개의 도전체들 사이에서, 즉, 나셀 케이블들과 타워 케이블들 사이에서 영구적인 연결을 확립하도록 이용되는, 상업적으로 이용 가능한 커넥터 유형들이다.

타워 인터페이스를 나셀 인터페이스를 향하여 가져갈 수 있도록, 나셀 인터페이스는 윈치를 구비할 수 있다. 윈치는 타워 인터페이스상의 결합부(coupling)에 연결될 수 있어서 타워 인터페이스는 나셀 인터페이스와의 결합(docking)을 위하여 상승될 수 있다.

일 실시예에서 타워 인터페이스의 지지 구조체는 통공들의 세트를 구비하고, 통곡들 각각은 타워 케이블들중 하나를 수용하고, 통공들은 케이블을 적절한 정렬로 그리고 이격된 구성으로 유지하는 역할을 한다. 각각의 통공은 통공 안에 개별적인 하나 이상의 타워 케이블들을 고정하도록 구성된 잠금부(lock)를 구비할 수 있어서, 타워 케이블 또는 각각의 케이블은 대응하는 나셀 케이블에 대한 연결을 위하여 노출된다

일 실시예에서, 나셀 인터페이스 및 타워 인터페이스는 타워 인터페이스를 나셀 인터페이스와 결합(docking)시키기 위하여 서로 맞물리도록 구성된 상보적인 결합 형성부(docking formation)를 포함할 수 있다. 유리하게는, 결합 형상부는 잠금부(lock)를 구비할 수 있으며, 이것은 결합 형상부의 맞물림 해제를 방지한다. 따라서 결합 형성부들 사이의 완전한 연결이 완성되기 전에 잠금부가 제 위치에 있는 동안 작업 인원이 타워 인터페이스에서 그리고 그 아래에서 케이블에 작업을 할 수 있다.

본 발명의 다른 양상은 풍력 설비의 나셀 안에 거주하는 하나 이상의 대응 나셀 케이블들을 위한 하나 이상의 외부 연결 지점들을 제공하는 나셀 인터페이스에 관한 것으로, 연결 지점들은 나셀 아래에 지지된 개별 케이블에 각각의 나셀 케이블이 연결될 수 있게 하고, 나셀 인터페이스는 나셀 케이블들을 고정된 구성으로 지지하도록 배치된 지지 구조체를 포함한다.

다른 양상에서, 본 발명은 풍력 설비의 타워 안에 타워 케이블들의 세트를 지지하도록 구성된 타워 인터페이스에 관한 것으로, 타워 인터페이스는 타워 케이블들의 세트를 고정된 구성으로 지지하도록 배치된 지지 구조체를 포함하고, 타워 인터페이스는 (청구항 제 12 항의) 나셀 인터페이스와 결합하도록 구성됨으로써 각각의 타워 케이블들이 대응하는 나셀 케이블과 정렬된다.

본 발명이 보다 완전하게 이해될 수 있도록, 본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조하여 오직 하나의 예로서 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 케이블 인터페이스를 구비하는 타워 장착 풍력 터빈의 일부에 대한 사시도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 케이블 인터페이스의 정면 사시도이다.
도 3 은 도 2 에 도시된 케이블 인터페이스의 후면 사시도이다.
도 4 는 도 3 에 대응하지만 케이블 인터페이스의 나셀 인터페이스의 상세도를 도시한다.
도 5 는 도 3 에 대응하지만 케이블 인터페이스의 타워 인터페이스의 상세도를 도시한다.
도 6 은 도 5 에 대응하지만 타워 인터페이스의 일부에 대한 상세도를 도시한다.
도 7 은 도 1 에 대응하지만 타워 장착 풍력 터빈을 아래로부터 도시한다.
도 8 은 도 1 에 대응하지만 케이블 인터페이스의 상세도를 도시한다.

우선 도 1 을 참조하면, 풍력 설비(10)의 상부 부분이 도시되어 있다. 풍력 설비(10)는 타워(14)의 상부에 장착된 풍력 터빈(12)을 구비하고, 풍력 터빈(12)은 나셀(narcelle, 18)에 의하여 지지된 회전자(16)로 이루어진다. 나셀(18)은 회전자(16)의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시키도록 구성된 발전기와, 예를 들어 냉각, 제어, 모니터링을 제공하는 다양한 보조 시스템을 수용한다.

풍력 설비(10)의 내부 구조 이해를 돕기 위하여, 도 1 은 플랫폼과 같은 내부 특징부를 드러내도록 타워(14)를 투명하게 도시한다. 실제에 있어서 타워(14)는 튜브형 구조이며 이것은 상기 내부 특징부들을 수용하는데, 결과적으로 외부에서 볼 수 없다는 점이 이해되어야 한다. 마찬가지로, 상기 도면에 도시된 블레이드들은 블레이드들의 일부 내부 구조만이 보이는 반면에, 블레이드들의 외측의 공기 역학적 외곽(shell)은 생략되어 있다는 점에서 완전하지 않다. 또한 도 1 의 상대적으로 작은 축척(scale)을 주목할 가치가 있다; 현대적인 이용 축척의 풍력 설비의 타워(14)는 5 미터를 넘는 직경을 가지는 것으로 알려져 있으며, 작업 인원을 위한 내부 공간을 허용한다.

위에서 주목된 바와 같이, 다양한 내부 케이블들이 나셀(18)과 타워(14)의 저부(도 1 에 미도시) 사이에서 연장되어, 전력 및 데이터를 외부 터미널에 전달한다. 도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 케이블 인터페이스(20)를 도시하는데, 이것은 케이블 배선의 설치를 용이하게 한다. 케이블 인터페이스(20)는 도 2 내지 도 8 에 보다 상세하게 도시되어 있지만, 풍력 설비(10)내에서의 관계를 나타내도록 참조된다.

2 개의 디스크와 같은 수직으로 이격된 수평 플랫폼(22,24)들이 도 1 에 도시되어 있으며, 플랫폼 사시에 종래 기술에서 이미 공지된 것과 유사한 케이블 매달림 구조체(26)를 형성한다. 작업 인원이 케이블에 설치를 위하여 접근하는 것을 보장하도록, 사다리(28)에 의하여, 플랫폼(22,24)의 주변 및 중심과 같은 다양한 위치들에서 플랫폼(22,24) 사이 및 플랫폼으로의 접근이 제공된다.

풍력 설비(10)는 제조하는 동안 보다는 현장에서 조립되므로, 설비(10)를 현장으로 수송하기 전에 내부 케이블이 완전하게 설치될 수 없다. 이러한 실시예에서, 현장에서 필요한 설치의 수고를 최소화시키도록, ('저' 전압 또는 '고'전압일 수 있는) 전력 송신 케이블의 부피가 큰 다발들은 2 개의 섹션들인 나셀 부분과 타워 부분에 제공되는데, 나셀 부분(nacelle portion)은 나셀(18)의 내부에 존재하고, 타워 부분(tower portion)은 개별의 나셀 부분에 연결되고 타워(14)의 길이 아래로 그것을 지나서 연장되는 타워 부분이다. 데이터 송신 또는 저전압 내부 전력 케이블을 위한 것과 같은 가벼운 케이블은 설치를 위한 취급이 용이하고 따라서 부분들로 분할되지 않는다.

케이블들의 나셀 부분들은 풍력 터빈 발전기에 부착된 정류기의 출력에 연결되어, 일단 연결된다면 타워 부분들을 통하여 DC 전력을 타워(14)의 저부에 있는 인버터(inverter)로 송신한다. 인버터는 외부 전력 그리드(external power grid)를 위한 AC 공급을 발생시키며, 타워의 저부가 도 1 에 도시되지 않기 때문에 인버터는 도 1 에 도시되어 있지 않다는 점이 주목되어야 한다; 타워의 상부 부분만이 도시되어 있다. 나셀 부분들의 자유 단부들은 개별적인 타워 부분들에 대한 차후 연결을 위하여 케이블 인터페이스(20)에 의하여 다발로 모인다. 발전기 장비 및 외부 커넥터들은 도면에 도시되어 있지 않으며, 문맥 관계를 제공하도록 설명된다는 점이 주목되어야 한다.

이러한 구성은 현장 밖에서 조립될 수 있는 자체 포함 나셀(self-contained nacelle)을 제공하며, 그 안에는 전력 송신 케이블들이 나셀 정류기에 미리 연결된다. 이것은 커넥터들에 마스크(mask)를 씌워야 하는 작업(task)을 '중요한 경로'에서 제거하며, 즉, 병행하여 완수될 수 없어서 전체 조립 기간을 한정하는 작업을 제거한다.

일단 풍력 설비(10)가 조립되었다면, 타워 부분들은 그들의 대응하는 나셀 부분들과 연결되도록 타워(14) 위로 당겨진다. 케이블 인터페이스(20)는 나셀 부분들 및 타워 부분들 각각의 방위를 정함으로써 현장에서 전력 송신 케이블의 부분들을 연결하는 부담을 최소화시켜서, 다음의 설명에서 명백해지는 바와 같이, 일단 매달림 구조체(26)에 도달하면, 서로 대향되게 위치된다.

이제 케이블 인터페이스(20)가 일단 설치되면 이것은 나셀(18)의 하부 표면으로부터 매달려서 매달림 구조체(26)의 최상부 플랫폼(24)의 위에 걸려 있는 것이 관찰된다. 이러한 구성은 최상부 플랫폼(24)에 서 있는 사람의 전체적으로 눈높이에서 케이블 부분들 사이의 연결 지점들을 위치시킴으로써, 설치를 용이하게 한다.

이제 도 2 및 도 3 을 참조하면, 케이블 인터페이스(20)는 분해된 상태로 격리 상태로 도시되어, 케이블 인터페이스(20)가 2 개의 별개인 하위 조립체들로 구성된 것을 명확하게 나타내며, 즉, 도 2 및 도 3 에서 최상부에 도시된 나셀 인터페이스(30) 및, 타워 인터페이스(32)이다. 이러한 인터페이스들은 최종 설치 동안에 설비 케이블들의 나셀 부분(34)들 및 타워 부분(36)들을 각각 제 위치에 안정되게 유지하기 위하여 서로 맞물리도록 구성된다.

이러한 실시예에서, 나셀 인터페이스(30)는 나셀(18)의 일부를 형성하고, 풍력 터빈(12)이 타워(14)에 장착되도록 설치 장소로 수송되기 전에 나셀 부분(34)들과 조립된다. 나셀 인터페이스(30)는 나셀 부분(34)들을 미리 결정된 구성으로 유지한다. 타워 인터페이스(32)는 나셀 부분(34)들의 다발을 보완하는 구성으로 타워 부분(36)들의 다발을 지지하도록 이용됨으로써 나셀 인터페이스(30) 및 타워 인터페이스(32)를 함께 가져갈 때, 나셀 부분(34) 및 타워 부분(36)의 대응하는 쌍들이 서로 정렬 상태로 마주하고, 따라서 신속하고 용이하게 연결될 수 있다.

나셀 인터페이스(30)는 도 4 에서 격리되어 도시되어 있으며, 지지 구조체(40)를 가지는데, 지지 구조체는 그것의 원주 둘레에서 케이블들의 범위를 지지하고 안내하기 위한 수단을 구비한다. 지지 구조체(40)는 격벽(44)의 하부 표면의 중심에 직각이고 그로부터 이탈되게 연장되는 튜브형 맞물림 부분(42)을 포함하고, 상기 맞물림 부분(42)은 내부 공동(48)을 형성하도록 단부면(46)에서 끝난다. 이러한 실시예에서, 격벽(44)은 오직 예시의 목적을 위해서만 입방형 형태를 가진 것으로 도시되어 있다.

단부면(46)은 원형 중심 개구(47)를 가지고, 상기 개구는 타워 인터페이스(32)의 부착을 위한 볼트를 수용하는 작은 구멍(미도시)들의 링에 의해 둘러싸인다. 중심 개구(47)는 타워 인터페이스(32)의 노즈(nose, 50)를 수용하도록 구성되는데, 도 5 및 이후에 설명되는 바와 같이, 노즈(50)는 맞물림 부분(42)으로써 타워 인터페이스(32)를 위치시키는 안내부로서 작용한다.

도 7 에 도시된 바와 같이, 격벽(44)은 여기에서 하부 표면(52)으로 도시된 나셀의 하측에 고정되어, 하부 표면(52)의 개구를 덮는다. 도 2 및 도 3 을 참조하면, 격벽(44)은 풍력 설비(10)의 전력 송신 케이블들의 나셀 부분(34)의 다발들이 나셀(18)을 빠져나가서 대응하는 타워 부분(36)들에 연결될 수 있는 몇 개의 개구(54)들을 포함한다. 다른 개구(54)들이 포함되어, 내부 저전압 전력 케이블 및 광섬유 데이터 케이블과 같은 다른, 분할되지 않은 케이블(56)들이 나셀(18)로 제공될 수 있게 한다. 이전에 주목된 바와 같이, 이러한 경량 케이블(56)들은 수가 적고, 고전압 전력 송신 케이블보다 취급이 용이하여 상대적으로 신속하게 현장에서 나셀(18) 안에 연결될 수 있다. 그러나, 선택적으로 모든 내부 케이블들이 2 개 부분들에 제공되어 고전압 전력 송신 케이블들과 같은 방식으로 설치될 수 있다.

도 4 는 격벽(44)의 상부 표면으로부터 돌출된 실린더형 핍스(pips, 58)의 배열을 도시한다. 이러한 핍스(58)는 튼튼한 조립을 위하여 고정 볼트에서 스트레인이 증가할 수 있도록 나셀(18)과 격벽(44) 사이에 스페이서로서 작용한다.

격벽(44) 아래에서, 다발들은 개별적인 나셀 부분(34)들로 분리된다. 고정된 터미널들 또는 커넥터들(60)의 형태인 연결 지점들의 다수 어레이들은 맞물림 부분(42) 둘레에 배치되는데, 케이블들의 각각의 다발에 대하여 하나의 커넥터 어레이(connector array)가 배치된다. 각각의 커넥터 어레이는 클램프 조립체(62)들의 개별 쌍에 의해 지지되며, 하나의 클램프 조립체(62)는 커넥터(60)의 상단부들을 고정하고, 상기 쌍의 다른 클램프 조립체(62)는 커넥터(60)들의 하단부를 고정한다. 이것은 개방된 블록과 같은 구조를 형성함으로써, 각각의 커넥터 어레이는 복수개의 케이블을 위한 커넥터 블록(64)으로 간주될 수 있다. 각각의 개별 나셀 부분(34)은 예를 들어 크림핑(crimping)에 의하여 커넥터 블록(64)의 개별적인 커넥터(60)에 결합되어, 개별적인 타워 부분(36)들이 연결될 수 있는 연결 지점들의 어레이를 형성한다.

맞물림 부분(42)은 그것의 측부상에 형성된 2 개의 정렬된 개구들을 가진다; 제1 개구(66)는 전체적으로 장원형(oblong)/타원형(oval)이고, 반원형인 제 2 개구(68)보다 상당히 크다. 제 1 개구(66)는 윈치(70)로의 접근을 제공하며, 상기 윈치는 맞물림 부분(42)의 공동(48) 안에 존재하고, 격벽(44)의 하측으로부터 매달린다. 윈치(70)는 이후에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 체인(chain, 72)을 보내서 단부면(46)의 중심 개구(47)를 통해 갈고리(74)를 내림으로써 타워 인터페이스(32)의 아이 볼트(eye bolt, 76)에 결합시키고, 다음에 체인(72)을 회수하여 타워 인터페이스(32)를 상승시킴으로써 나셀 인터페이스(30)와 맞물리게 한다.

제 2 개구(68)는 제 1 개구보다 작고, 안전핀(78)을 위한 접근 지점을 제공하는데, 상기 안전핀의 기능은 영구적인 고정이 만들어지는 동안 일시적으로 타워 인터페이스(32)를 나셀 인터페이스(30)에 고정시키는 것이다. 이러한 일시적인 결합은 이후에 보다 상세하게 설명되지만, 2 개의 인터페이스(30,32)들을 신속하게 결합시킬 수 있는 성능은 작업 인원이 영구적인 고정을 수행하도록 타워 인터페이스(32) 아래에서 작업할 수 있게 하므로 유리하다는 점이 주목되어야 한다; 안전과 건강 규정에 기인하여, 작업 인원은 매달린 하중이 기계적인 고정에 의하여 제 위치에 고정될 때까지 매달린 하중 아래에서 작업할 수 없다. 따라서, 일시적인 고정이 없이는 작업 인원이 영구적인 결합을 만들도록 타워 인터페이스(32)의 위에서 작업하는 것으로 제한될 것이며, 이는 작업에 필요한 시간이 지연되는 장애 요인이 될 것이다.

타워 인터페이스(32)는 도 5 및 도 6 에 격리되어 도시되어 있으며, 여기에서 타워 인터페이스(32)는 실린더형 주 동체(80)를 포함하고, 상기 주 동체는 반경 방향으로 연장된 디스크와 같은 상부 플랜지(82)가 위에 장착되어 주 동체(80)의 상단부를 스커트로서 내민다. 상부 플랜지(82)의 내밈(overhang)은 등간격 구멍(84)들의 고리를 포함하며, 상기 고리는 나셀 인터페이스(30)의 맞물림 부분(42)의 단부면(46)상에 있는 작은 구멍들의 고리에 대응한다. 각각의 구멍(84) 아래에는 볼트 칼러(86)가 있으며, 그것을 통하여 볼트들이 삽입되어 맞물림 부분(42)의 상부 플랜지(82)를 고정할 수 있어서, 타워 인터페이스(32)와 나셀 인터페이스(30) 사이의 영구적인 결합을 제공한다. 볼트 칼러(86)들은 볼트 헤드를 위한 파지 표면 및 결합의 길이 양쪽을 연장시키도록 작용함으로써, 볼트들의 스트레인(strain)을 증가시켜서 보다 튼튼한 결합을 제공한다.

노즈(nose, 50)는 도 5 에 도시된 바와 같이 상부 플랜지(82)의 상부면으로부터 축방향으로 돌출한다. 위에서 주목된 바와 같이, 노즈(50)는 나셀 인터페이스 맞물림 부분(42)의 단부면(46)의 중심 개구(47)를 통하여 공동(48) 안으로 삽입되도록 구성되어, 보호부로서 작용하여 일시적인 결합이 확립될 수 있게 하는 수단을 제공한다. 이러한 후자의 기능을 위하여, 노즈(50)는 나셀 인터페이스(30)의 안전 핀(78)을 수용하기 위한 반경 방향 관통 구멍(88)을 가진다. 따라서, 관통 구멍(88)이 나셀 인터페이스(30)의 맞물림 부분(42)의 공동(48) 안에 위치되어 안전 핀(78)이 일시적인 결합을 만들도록 접근할 수 있는 것을 보장하는 범위로, 관통 구멍(88)은 상부 플랜지(82)로부터 축방향으로 이격된다. 일단 안전 핀(78)이 관통 구멍(88)으로 삽입되면, 안전 핀(78)은 공동(48)으로부터 노즈(50)의 회수를 방지하며 따라서 일시적인 결합을 제공한다.

아이 볼트(eye bolt, 76)는 노즈(nose, 50)의 상부면상에 장착되는데, 아이 볼트(76)는 나셀 인터페이스(30)의 윈치(70)의 후크(74)를 위한 부착 지점으로서 사용됨으로써, 윈치(70)는 나셀 인터페이스(30)와의 맞물림을 위하여 타워 인터페이스(32)를 들어올릴 수 있다.

제 2 의, 대형 플랜지 형태인 케이블 지지부(90)는, 상부 플랜지(82)에 평행하게, 타워 인터페이스(32)의 주 동체(80)의 하단부에 배치된다. 주 동체(80) 둘레에서 원주상으로 분산된 일련의 지지 플랜지(92)들은 주 동체(80)로부터 반경상으로 케이블 지지부(90)에 직각으로 연장됨으로써 구조체를 조인다.

케이블 지지부(90)는 그것의 원주 둘레에 이격된 일련의 통공(94)들을 구비하고, 각각의 통공(94)은 케이블들의 다발 또는 케이블을 수용하도록 구성된다. 도 5 에서 볼 때 케이블 지지부(90)의 전방으로, 2 개의 저전압 전력 케이블 및 하나의 광섬유 데이터 케이블을 수용하는 3 개의 통공(94)들이 있다. 각각의 케이블은 케이블 칼러(cable collar, 96)에 의해 제 위치에 유지되고, 상기 케이블 칼러는 개별적인 통공(94) 안으로 밀어넣어 끼워진(push fit) 것이다. 도면에서 케이블/다발들은 속이 채워진 것으로 도시되었을지라도, 실제에 있어서 케이블의 가시적인 외측 표면은 단순히 경량의 유연성 하우징 또는 도관일 수 있어서 그것을 통하여 상대적으로 가벼운 중량의 케이블들이 연장된다는 점이 주목되어야 한다.

고전압 전력 송신 케이블 타워 부분(36)들의 4 개 다발들은 도 5 에 도시된 바와 같이 케이블 지지부(90)의 후방 둘레에 개별의 통공(94) 안에 고정된다. 다발들은 내부 전력 케이블 및 데이터 케이블보다 부피가 크고 무겁기 때문에, 각각의 다발은 케이블 클램프(98) 및 케이블 '삭(sock)'(100)에 의하여 고정된다. 도 6 에 명확하게 도시된 바와 같이, 케이블 클램프(98)는 4 개의 볼트들에 의하여 케이블 지지부(90)의 하측부에 부착되고 케이블 다발상으로 클램핑된다. 따라서 케이블 클램프(98)는 다발을 통공(94) 안의 제 위치에 고정시키는 잠금부(lock)로서 작용한다. 도 5 의 하부 부분에 도시된 케이블 삭(cable sock, 100)은 예를 들어 금속 그물(mesh)로 제작된 유연성 슬리브로서, 케이블을 감싸고 조이며 따라서 케이블을 케이블의 자체 중량으로부터 발생되는 텐션(tension)하에 파지한다. 각각의 케이블 삭(100)은 한쌍의 아암(102)들 사이에 매달리는데, 상기 아암들은 개별의 통공(94)의 어느 한측에 배치된 고정 지점(104)들로부터 케이블 지지부(90)의 하측에 매달리며, 각각의 고정 지점(104)은 볼트에 의해 고정된다. 케이블 삭(100)은 따라서 케이블 클램프(98)들과 협동하여 다발에 대한 추가적인 지지를 제공한다.

각각의 다발은 케이블 지지부(90) 위에서 개별적인 케이블들로 나눠진다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 슬리브(106)는 각각의 다발이 접합(junction)의 일체성을 보장하도록 분리되는 지점에 제공된다. 개별적인 케이블들의 자유 상단부(108)는 벗겨진 금속으로 노출되어, 나셀 인터페이스(30)의 연결 지점들에서 안정되고 신뢰성 있는 전기적 연결이 이루어질 수 있게 한다. 선택적으로 자유 단부(108)들은 페룰 커넥터(ferrule connector)를 가지면서 크림핑(crimping)되거나 또는 형철(swage) 가공될 수 있다.

도 6 에 도시된 바와 같이, 차폐 조립체(110)는 매달림 구조체(26)의 상부 플랫폼(24)의 바닥 높이 위에 놓이는 케이블 지지부(90)를 보호함으로써, 예를 들어 케이블 지지부(90)를 작업 인원의 발로부터 보호한다.

도 7 및 도 8 은 풍력 설비(10)내의 작동 위치에서 케이블 인터페이스(20)의 다른 구성을 제공한다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 일단 타워 인터페이스(32)가 나셀 인터페이스(30)와 맞물리도록 당겨져서 케이블 연결이 이루어졌다면, 보호부(112)가 클램프 조립체(62)들의 상부 위에 배치되어, 이후에 연결 지점들을 보호하도록 연결 블록(64)들을 지지한다.

요약하면, 상기 설명된 케이블 인터페이스(20)는, 우선 상기 케이블들은 2 개의 부분(34,36)들로 분할하여 현장에서 설비(10)를 조립하기 전에 나셀(18) 안에서의 연결이 이루어질 수 있게 하고, 다음에 상기 케이블 부분(34,35)들을 미리 결정된 구성으로 정렬되게 지지하고, 케이블 부분(34,36)들을 서로 인접한 구성으로 결합(docking)시킴으로써, 풍력 설비(10)에서 고전압 전력 송신 케이블들의 설치를 용이하게 한다. 따라서 케이블 부분(34,36)들의 연결 과정은 내부 케이블들의 설치를 위한 종래 기술의 접근법보다 훨씬 간단하다. 이것은 현장에서 필요한 조립 작업을 최소화시키며, 그러한 조립 작업은 제조 시설에서보다 현장에서 완성하는데 더욱 어려우므로 유리하다.

당업자는 청구범위에 기재된 발명의 사상으로부터 이탈하지 않으면서 상기에 설명된 특정 실시예들에 대한 변형이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 나셀 인터페이스(30)에 장착되는 것으로 상기에 설명된 커넥터 블록(64)은 대신에 타워 인터페이스(32)상에 배치될 수 있는데, 그러한 경우에 나셀 인터페이스(30)는 통공을 가진 플랜지를 포함할 수 있고, 상기 통공을 통하여 케이블들이 타워 인터페이스(32)의 터미널들과 연결되도록 매달릴 수 있다. 따라서 그러한 구성은 도면에 도시되고 상기에 설명된 실시예의 구성을 반영한다.

10. 풍력 설비 12. 풍력 터빈
14. 타워 22.24. 수평 플랫폼
20. 케이블 인터페이스 18. 나셀

Claims

풍력 설비(10)의 내부 케이블을 연결하기 위한 케이블 인터페이스 시스템(20)으로서, 상기 케이블 인터페이스 시스템(10)은:
풍력 설비(10)의 타워(14)와 관련된 타워 인터페이스(32)로서, 타워 케이블(36)들의 세트를 고정된 구성으로 지지하도록 배치된 지지 구조체(80,90)를포함하는 타워 인터페이스(32); 및,
풍력 설비(10)의 나셀(nacelle, 18)과 관련된 나셀 인터페이스(30)로서, 나셀 케이블(34)의 세트를 고정된 구성으로 지지하도록 배치된 지지 구조체(40)를 포함하는, 나셀 인터페이스(30);를 포함하고,
나셀 인터페이스(30)의 지지 구조체(40)는 각각의 나셀 케이블(34)에 대한 개별적인 터미널(60)을 포함하고, 각각의 터미널(60)은 개별적인 나셀 케이블(34)의 단부를 수용하도록 배치되며,
각각의 타워 케이블(36)이 대응하는 나셀 케이블(34)과 전체적으로 정렬되어 결합될 수 있도록 타워 인터페이스(32)가 나셀 인터페이스(30)에 결합(docking)될 수 있는, 케이블 인터페이스 시스템(20).
제 1 항에 있어서, 각각의 터미널은 압축 커넥터 또는 기계적 커텍터들의 그룹으로부터 선택되는, 케이블 인터페이스 시스템(20).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 윈치(winch, 70)를 포함하는, 케이블 인터페이스 시스템(20).
제 3 항에 있어서, 윈치(70)는 나셀 인터페이스(30)와 일체인, 케이블 인터페이스 시스템(20).
전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 윈치(70)가 타워 인터페이스(32)를 상승시켜서 나셀 인터페이스(30)와 결합시킬 수 있도록, 타워 인터페이스(32)는 윈치(70)에 결합되도록 구성된 결합부(76)를 포함하는, 케이블 인터페이스 시스템(20).
전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 타워 인터페이스(32)의 지지 구조체(80,90)는 통공(94)들의 세트를 포함하고, 각각의 통공(94)은 상기 세트의 개별적인 하나 이상의 타워 케이블(36)을 수용하도록 구성되는, 케이블 인터페이스 시스템(20).
제 6 항에 있어서, 타워 케이블(36) 또는 각각의 타워 케이블의 단부(108)가 대응하는 나셀 케이블(34)에 대한 연결을 위하여 노출되도록, 각각의 통공(94)은, 상기 통공(94) 안에 개별적인 하나 이상의 타워 케이블(36)들을 고정시키도록 구성된 잠금부(lock, 98,100)을 포함하는, 케이블 인터페이스 시스템(20).
제 7 항에 있어서, 타워 케이블(36)의 노출된 단부(108)는 크림핑(crimping)되거나 또는 형철(swage) 가공되는, 케이블 인터페이스 시스템(20).
전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 나셀 인터페이스(30) 및 타워 인터페이스(32)는 타워 인터페이스(32)를 나셀 인터페이스(30)와 결합(docking)시키도록 서로 맞물리게끔 구성된 상보적인 결합 형성부(docking formations)를 포함하는, 케이블 인터페이스 시스템(20).
제 9 항에 있어서, 결합 형성부들의 맞물림 해제를 방지하도록 구성된 결합 형성부 잠금부(docking formation lock, 78)를 포함하는, 케이블 인터페이스 시스템(20).
전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 나셀 인터페이스(30) 및/또는 타워 인터페이스(32)의 지지 구조체(40)는 풍력 설비(10)의 나셀(18)과 타워(14) 사이에서 분할되지 않은 케이블들을 지지하도록 구성되는, 케이블 인터페이스 시스템(20).
풍력 터빈 설비(10)의 나셀(18) 안에 존재하는 하나 이상의 대응 나셀 케이블(34)들에 대한 하나 이상의 외부 연결 지점(60)들을 제공하는 나셀 인터페이스로서, 연결 지점(60)들은 각각의 나셀 케이블(34)이 나셀(18) 아래에 지지된 개별의 케이블에 연결될 수 있게 하고, 나셀 인터페이스(30)는 나셀 케이블(34)들을 고정된 구성으로 지지하도록 구성된 지지 구조체(40)를 포함하는, 나셀 인터페이스.
제 12 항에 따른 나셀 인터페이스를 포함하는, 풍력 설비의 나셀.
풍력 설비(10)의 타워(14) 안에 타워 케이블(36)들의 세트를 지지하도록 구성된 타워 인터페이스(32)로서, 타워 인터페이스(32)는 타워 케이블(36)들의 세트를 고정된 구성으로 지지하도록 구성된 지지 구조체(80,90)를 포함하고, 타워 인터페이스(32)는 제 12 항에 따른 나셀 인터페이스(30)와 결합되도록 구성됨으로써, 각각의 타워 케이블(36)은 대응하는 나셀 케이블(34)과 정렬되는, 타워 인터페이스(32).
나셀(18) 안의 나셀 케이블(34)들의 세트를 나셀 인터페이스(30) 상의 외부 연결 지점(60)들의 대응 세트에 연결하는 단계;
풍력 설비(10)의 타워(14)로 타워 인터페이스(32)를 상승시키는 단계로서, 타워 인터페이스(32)는 연결 지점(60)의 구성에 대응하는 구성으로 외부 터미널에 연결된 타워 케이블(36)들의 세트를 지지하는, 타워 인터페이스 상승 단계;
각각의 타워 케이블(36)이 대응하는 나셀 케이블(34)의 연결 지점(60)과 정렬되도록, 타워 인터페이스(32)를 나셀 인터페이스와 결합시키는 단계; 및,
각각의 타워 케이블(36)을 개별의 연결 지점(60)에 연결하는 단계;를 포함하는, 풍력 설비(10)의 나셀(18)과 풍력 설비(10) 외부의 하나 이상의 터미널들 사이의 전기적 연결 제공 방법.