PT1522725E - Instalação de energia eólica - Google Patents

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Description

DESCRIÇÃO "INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA" A presente invenção refere-se a uma instalação de energia eólica. Tais instalações de energia eólica de tipo moderno, por exemplo, uma do tipo E-40 ou E-66 da firma Enercon, estão em regra providas de um sistema de pára-raios, o qual é conhecido, por exemplo, a partir dos documentos DE 4436290, DE 19826086, DE 19501267, DE 4445899, WO 00/14405 ou WO 96/07825. A partir do documento DE 4436197, de acordo com o estado da técnica mais próximo, é conhecida uma instalação de energia eólica de acordo com o conceito genérico da reivindicação 1, com um dispositivo de pára-raios.
Com sistemas de pára-raios conhecidos, tais como os acima descritos, quando a pá do rotor está separada galvanicamente do cubo, cada pá de rotor pode carregar-se de electricidade estática. Esta carga electrostática de uma pá de rotor resulta do atrito do ar nas pás em rotação do rotor de uma instalação de energia eólica. Consoante a humidade do ar ou outras influências atmosféricas desfavoráveis, as pás de rotor (ou os seus sistemas de pára-raios) carregam-se mais rápida ou mais lentamente. A acumulação de carga electrostática verifica-se até ser alcançada a tensão de descarga do entreferro. Então verifica-se a descarga e todo o sistema ou as pás de rotor perdem a carga. Uma tal descarga produz ondas electromagnéticas (EMV) com uma largura de banda extremamente elevada, porque a descarga verifica-se quase sob a forma de um impulso, o qual dispõe idealmente de uma largura de banda extrema (idealmente, de uma largura de banda 1 infinita). Estas descargas bruscas, que não provêm de uma queda de um raio devido a uma trovoada, mas antes da carga electrostática dos rotores, perturbam a totalidade da electrónica da instalação de energia eólica que se encontre no campo periférico da descarga, como, por exemplo, os computadores ou microprocessadores que comandam e regulam uma pá de rotor isolada. Mas são também atingidas outras unidades electrónicas da instalação de energia eólica que se encontrem na barquinha ou na proximidade do trajecto de descarga. Através da acumulação de carga nas pás do rotor em rotação resultam regularmente descargas no trajecto de descarga, com igualmente regulares avarias da electrónica, o que desde logo não é desejável para a protecção do conjunto das unidades das instalações electrónicas. É objectivo da presente invenção evitar os inconvenientes acima referidos e, em especial, minimizar o número de avarias da electrónica devidas a descargas no trajecto de descarga. 0 objectivo é resolvido por meio de uma instalação de energia eólica com as características de acordo com a reivindicação 1. São descritos aperfeiçoamentos vantajosos nas reivindicações dependentes. A invenção baseia-se na proposta de descarregar de forma contínua as cargas electrostáticas das pás de rotor. Neste caso, há que ter em atenção que a tensão nos trajectos de descarga, imediatamente antes de uma descarga e consoante a humidade, pode atingir facilmente 20 a 30 kV. Portanto, o dispositivo para a descarga contínua (circuito de descarga) das pás de rotor deve, no essencial, preencher dois requisitos, nomeadamente: primeiro, o trajecto de descarga contínua deve ter um valor de resistência óhmica tão baixo de modo que seja evitada uma acumulação de 2 carga electrostática nas pás de rotor e, segundo, deve estar em condições de resistir a uma tensão transitória com valores de 30 kV e mais (tais tensões transitórias verificam-se em caso de queda de raios). A invenção é explicada em seguida em pormenor, com base em representações gráficas. Nos desenhos representam:
Fig. 1 uma ligaçao em série de uma resistência óhmica e uma indutância; Fig. 2 uma realização da invenção com cinco resistências de arame bobinado ligadas em série; Fig. 3 uma vista/um corte transversal parcial através de uma instalação de energia eólica de acordo com a invenção; Fig. 4 uma representação ampliada do pormenor III da fig. 3; Fig. 5 uma outra vista de pormenor ampliada da fig. 3; e Fig. 6 uma vista de pormenor da zona V da fig. 3. É especialmente conveniente se o dispositivo para a descarga continua da carga electrostática das pás de rotor é constituído por um circuito de descarga, que apresenta uma ligação em série de uma resistência de descarga óhmica e uma indutância. Isto está representado na figura 1. Neste caso, a resistência de descarga apresenta, de modo preferido, um valor de 3 cerca de 50 kQ e a indutância apresenta, de modo preferido, um valor de 10 μΗ ou mais.
Durante a descarga electrostática das pás de rotor, a indutância não está em funcionamento, já que as correntes de descarga representam uma corrente contínua com muito menor amplitude. Assim, cada pá de rotor está ligada ao potencial de terra, para a descarga electrostática, com uma resistência de cerca de 50 kQ, quando o circuito representado na figura 1 liga uma pá de rotor com a ligação à terra do potencial de terra.
No caso de uma queda de um raio (devido a uma trovoada) , a tensão sobe no trajecto de descarga (o circuito de descarga de acordo com a figura 1) para valores muito altos. A elevação da tensão está dependente da distância, do raio de curvatura das pontas de contacto e da humidade do ar. A indutância limita agora a elevação da corrente que percorre o condutor de descarga estática (R+L). Assim, é dada uma protecção passiva suficiente à resistência de descarga. É especialmente vantajoso se a resistência óhmica é formada por uma resistência de arame e se esta, ao mesmo tempo, está bobinada, a resistência óhmica, tal como a indutância, pode ser configurada de modo a poupar muito espaço. Isto está representado numa perspectiva na figura 2 do pedido. Estão aqui representadas cinco resistências de arame bobinadas, ligadas em série, que dispõem de linhas adutoras correspondentes. A realização de uma resistência de arame bobinada tem a vantagem de existir uma distribuição regular da tensão, ao longo de todo o comprimento das resistências. 4
Uma outra vantagem da realização de acordo com a invenção consiste na solução muito simples que, não obstante, garante uma protecção muito eficaz da totalidade da electrónica da instalação de energia eólica e permite uma descarga brusca (intermitente) de cargas electrostáticas, com auxílio do condutor de descarga estática descrito. 0 condutor 32 de descarga estática (o dispositivo para descarga contínua de carga electrostática) consiste, ao fim e ao cabo, numa simples impedância eléctrica, com um componente óhmico e um componente indutivo e o condutor 32 de descarga estática está instalado em paralelo com o trajecto de descarga. A figura 3 mostra a disposição do condutor de descarga estática de acordo com a invenção, numa instalação de energia eólica. A instalação de energia eólica aqui representada tem um suporte das máquinas, o qual sustenta um cubo 30 de rotor, no qual estão colocadas pás de rotor, bem como um gerador acoplado ao cubo 30 de rotor. O suporte 14 das máquinas está colocado sobre uma torre 3 com rotação em torno de um eixo vertical. A torre 3 está ancorada a uma fundação 4. Na respectiva vista geral está representada uma pá 5 de rotor. A ponta da pá 5 de rotor está realizada como peça 6 moldada de alumínio. Na base 24 das pás de rotor está colocado um anel 8 de alumínio, que roda totalmente em torno da base 24 das pás de rotor. Os elementos 7 condutores em forma de barra, que se distribuem pela aresta anterior e pela aresta posterior da pá de rotor, ligam com condutividade eléctrica a peça 6 moldada de alumínio, da ponta, ao anel 8 de alumínio colocado na base 24 das pás de rotor.
Na zona da base 24 das pás de rotor está colocada, à altura do anel 8 de alumínio, uma barra 9 de retenção, como órgão de 5 descarga de raios. A barra 9 de retenção é aproximada a um anel de descarga com condutividade eléctrica, através de um ressalto 11 de transmissão, até uma distância pré-definida, por exemplo, 3 mm. Com a sua extremidade livre oposta ao ressalto 11 de transmissão, a barra 9 de retenção é aproximada do anel 8 de alumínio, até uma distância pré-definida, aproximadamente igual. 0 anel 10 de descarga, ligado à terra, está colocado coaxialmente ao eixo do rotor. Assim é garantida a aproximação do ressalto 11 de transmissão, durante a rotação completa da pá 5 de rotor. O suporte 14 de rotação das máquinas é ultrapassado por uma barra 12 adicional de retenção, que está ligada ao suporte 14 das máquinas por um conector 13, com condutividade eléctrica.
Entre o anel 8 de alumínio e o adaptador 31 da pá de rotor está colocado o condutor 32 de descarga estática, com condutividade eléctrica. Através deste pode verificar-se a descarga estática das pás de rotor, conforme já descrito. A perspectiva representada na figura 3 é mostrada, uma vez mais, na figura 4, em forma ampliada.
Neste caso, o anel 8 horizontal de alumínio é deslocado apenas por secções em torno da base das pás de rotor. A extremidade inferior do elemento 7 condutor da unidade de apoio representada está ligada electricamente ao anel 8 de alumínio. O trajecto de descarga de raios, com condutividade eléctrica, entre o anel 8 de alumínio e o anel 10 de descarga, é produzido pela barra 9 de retenção, que está fixada com braçadeiras ou semelhantes à cobertura do cubo 15 do rotor, de material não- 6 condutor eléctrico, colocada na horizontal e que assim roda conjuntamente com a pá 5 de rotor. Na extremidade da barra 9 de retenção oposta à pá 5 de rotor está colocado um conector 16 em cruz, que liga a barra 9 de retenção ao ressalto 11 de transmissão. 0 ressalto 11 de transmissão aproxima-se na vertical do anel 10 de descarga, ao longo da cobertura do cubo 15 de rotor, até uma determinada distância. A representação na figura 5 evidencia também que o anel 10 de descarga, na zona da aproximação do ressalto 11 de transmissão, à altura do conector 16 em cruz, apresenta um trajecto 17 de descarga de raios pré-determinado, sob a forma de uma camada de verniz de espessura mais reduzida. A figura 5 mostra também que o anel 8 de alumínio roda em semi-círculo, em torno da base 24 das pás de rotor, para ligar entre si ambos os elementos 7 condutores e, dentro dos possíveis ajustes do ângulo da pá de rotor, para garantir uma ligação eléctrica efectiva à barra 9 de retenção. A barra 9 de retenção apresenta, na sua extremidade 25 livre aproximada ao anel 8 de alumínio, até uma distância pré-determinada, uma ponta de forma cónica que eleva a intensidade de campo, em relação ao ambiente. A figura 6 mostra uma ligação com condutividade eléctrica entre o suporte 14 das máquinas e a zona superior da torre 3. Nesta zona da torre 3 está colocado um disco 20 de fricção, em posição horizontal, coaxial ao eixo de rotação do suporte 14 das máquinas. 0 suporte 14 das máquinas possui, numa zona voltada para a torre 3, um elemento de descarga de raios, que está configurado como um êmbolo 19, accionado por compressão. Este êmbolo 19 está instalado verticalmente nesta zona no suporte 14 das máquinas, de tal modo que comprime o disco 20 de fricção e assim estabelece uma ligação com condutividade eléctrica. Também 7 em caso de rotações do suporte 14 das máquinas se mantém esta ligação, devido à instalação em circuito fechado.
Um raio que incida na instalação de energia eólica é descarregado da seguinte maneira:
Um raio que incida numa pá 5 de rotor é descarregado, em primeiro lugar, no suporte 14 das máquinas. A partir da peça 6 moldada de alumínio ou de um elemento 7 condutor, o raio é descarregado no anel 8 de alumínio, através dos elementos 7 condutores. Independentemente do ângulo momentâneo da pá de rotor, o raio é então conduzido do anel 8 de alumínio para o anel 10 de descarga, através da barra 9 de retenção. Através do trajecto 17 de descarga de raios pré-determinado do anel 10 de descarga, o raio é descarregado no suporte 14 das máquinas, através de ligações condutoras não representadas.
Um raio que incida na barra 12 adicional de retenção é descarregado do mesmo modo no suporte 14 das máquinas, através do conector 13. A descarga do raio, do suporte 14 das máquinas para a torre 3, verifica-se através do êmbolo 19, que se encontra instalado em circuito fechado e do disco 20 de fricção. A descarga do raio está assim garantida, mesmo independentemente da posição de rotação momentânea do suporte 14 das máquinas. A posterior descarga do raio verifica-se através da torre 3, da fundação 4 e das tomadas 27 de terra, que funcionam no subsolo. 8
Conforme descrito, a invenção mostra como, por um lado, de maneira notável, pode verificar-se uma descarga contínua de cargas electrostát icas de uma pá de rotor e como, por outro lado, até mesmo as quedas de raios na pá de rotor podem ser descarregadas sem causar danos na instalação de energia eólica. Enquanto as cargas electrostáticas são dissipadas directamente através do condutor de descarga estática e do cubo, as cargas provenientes da queda de um raio são descarregadas junto do cubo, em especial no depósito junto do cubo. Os condutores das cargas electrostáticas, tal como os das correntes dos raios, desde a ponta das pás de rotor até à zona da base das pás, podem ser os mesmos. Para a protecção da instalação de energia eólica, deve haver o cuidado, no entanto, de as quedas de raios não serem conduzidas através do cubo ou dos suportes do cubo. A separação dos diversos trajectos de carga para a carga electrostática, por um lado, e as correntes originadas por raios, por outro lado, é extremamente eficaz e pôde ser ensaiada em instalações de energia eólica com muito sucesso. A despesa é, no seu conjunto, reduzida.
Com a invenção, é possível que as avarias, que por um lado poderiam provir da formação de cargas electrostáticas nas pás de rotor ou também da queda de um raio, possam ser claramente reduzidas. A combinação especial da descarga de correntes electrostáticas e das correntes originadas por raios, através de trajectos de condução distintos, revelou-se extremamente bem sucedida em várias instalações.
Lisboa, 17 de Fevereiro de 2012 9

Claims (22)

  1. REIVINDICAÇÕES 1. Instalação de energia eólica com um suporte das máquinas, que está instalado de forma a poder rodar sobre uma base de sustentação, com um veio de rotor apoiado sobre o suporte (14) das máquinas, com um cubo (30) de rotor e com pelo menos uma pá (5) de rotor, caracterizada por um dispositivo (32) para a descarga continua de carga electrostática de pelo menos uma pá (5) de rotor da instalação de energia eólica.
  2. 2. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o dispositivo (32) para a descarga continua ser constituído por uma ligação em série de uma resistência óhmica e uma indutância e o circuito ligar electricamente a pá (5) de rotor a uma tomada de terra.
  3. 3. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por o dispositivo (32) para a descarga contínua estar ligado em paralelo a um trajecto de descarga de um sistema de pára-raios da instalação de energia eólica.
  4. 4. Instalação de energia eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a resistência óhmica apresentar uma resistência de pelo menos 10 kQ, de modo preferido 50 kQ.
  5. 5. Instalação de energia eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a indutância ser pelo menos 2 μΗ, de modo preferido superior a 10 μΗ. 1
  6. 6. Instalação de energia eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a indutância ser constituída por uma resistência de arame bobinado.
  7. 7. Instalação de energia eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a resistência óhmica ser constituída por uma resistência de arame.
  8. 8. Instalação de energia eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por o dispositivo (32) para a descarga contínua de carga electrostática estar ligado electricamente, por um lado, à tomada (8) eléctrica de descarga de raios da pá (5) de rotor e, por outro lado, à tomada no adaptador (31) da pá (5) de rotor.
  9. 9. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por as cargas que são conduzidas através do dispositivo (32) para a descarga contínua de carga electrostática serem conduzidas através do cubo (30) da instalação de energia eólica.
  10. 10. Instalação de energia eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por um condutor de descarga de raios das pás (5) de rotor para um componente fixo e com condutividade eléctrica do suporte (14) das máquinas, que está ligado à terra, sendo que o condutor de descarga de raios está configurado como um órgão fixo de descarga de raios, colocado na zona da base (24) das pás de rotor, com uma distância de isolamento em relação ao cubo (30) de rotor, em ligação eléctrica activa com a base (24) das pás de rotor, que apresenta um ressalto (11) de transmissão, o qual é aproximado, até uma distância pré- 2 estabelecida, ao componente fixo do suporte (14) das máquinas, com condutividade eléctrica.
  11. 11. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por o órgão de descarga de raios ser uma barra (9) de retenção.
  12. 12. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizada por o componente fixo e com condutividade eléctrica do suporte (14) das máquinas ser um anel (10) de descarga, colocado coaxialmente ao veio do rotor e por apresentar, na sua zona voltada para o ressalto (11) de transmissão, um trajecto (17) de descarga de raios pré-determinado.
  13. 13. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 11, caracterizada por a barra (9) de retenção, com a sua extremidade (25) livre voltada para o ressalto (11) de transmissão, ser aproximada, até uma distância pré-determinada, de um elemento com condutividade eléctrica colocado na base (24) das pás de rotor.
  14. 14. Instalação de energia eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por cada pá (5) de rotor apresentar na sua ponta e a uma distância de isolamento em relação ao cubo (30) do rotor, elementos condutores eléctricos colocados na sua base (24) das pás de rotor, os quais estão ligados entre si por condutividade eléctrica.
  15. 15. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 14, caracterizada por o elemento condutor colocado na ponta 3 da pá (5) de rotor estar configurada como peça (6) moldada de alumínio.
  16. 16. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizada por na aresta anterior e na aresta posterior de cada pá (5) de rotor estarem colocados elementos (7) condutores eléctricos, os quais estão ligados aos elementos condutores eléctricos colocados na ponta da pá (5) de rotor e na respectiva base (24) das pás de rotor.
  17. 17. Instalação de energia eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 16, caracterizada por o elemento condutor eléctrico colocado na base (24) das pás de rotor ser um anel (8) de alumínio, que rodeia horizontalmente pelo menos por secções a superfície da base (24) das pás de rotor.
  18. 18. Instalação de energia eólica de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por, numa zona do suporte (14) das máquinas que está voltada para a base de sustentação, estar colocado um elemento de descarga de raios, que se encontra em circuito fechado com um componente condutor eléctrico da base de sustentação.
  19. 19. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 18, caracterizada por o elemento de descarga de raios estar realizado como um êmbolo (19) accionado por compressão.
  20. 20. Instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizada por o componente condutor eléctrico da base de sustentação ser um disco (20) de fricção, que está colocado assente na parte superior da base de 4 sustentação, num plano horizontal e coaxial ao eixo de rotação do suporte (14) das máquinas.
  21. 21. Instalação de energia eólica de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por a pá (5) de rotor ser constituída por um material não-condutor eléctrico, como, por exemplo, material sintético reforçado com fibra de vidro.
  22. 22. Instalação de energia eólica de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada por apresentar um dispositivo de pára-raios com um órgão de descarga de raios e por na zona do cubo (30) das pás de rotor as cargas electrostáticas serem conduzidas através de um outro trajecto que não o das cargas originadas por um raio, sendo as cargas electrostáticas conduzidas através do cubo (30) e as cargas originadas por um raio conduzidas por fora do cubo (30). Lisboa, 17 de Fevereiro de 2012 5
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