PT783629E

PT783629E - Para-raios para pas de moinho de vento

Info

Publication number: PT783629E
Application number: PT95930404T
Authority: PT
Inventors: Henrik Stiesdal
Original assignee: Bonus Energy As
Priority date: 1994-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 2001-06-29
Also published as: DK9400343U4; EP0783629B1; EP0783629A1; GR3035674T3; DE69520220T2; WO1996007825A1; AU3380295A; DE69520220D1; ES2155527T3

Description

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DESCRIÇÃO “Pára-raios para pás de moinho de vento”

Antecedentes do invento O invento refere-se a uma disposição de pára-raios para montar numa pá de moinho de vento de material compósito, consistindo a referida disposição num material electricamente condutor que está ligado a uma ligação de terra, e compreendendo a referida ligação um condutor metálico que se prolonga no interior da pá e que consiste totalmente ou parcialmente num cabo de metal. É utilizado um certo número de técnicas conhecidas na protecção normal de construções contra raios. A técnica mais utilizada compreende uma caixa ligada à terra à volta da construção que se pretende proteger. Numa forma mais simplificada, o pára-raios pode ser reduzido a um condutor ligado à terra que se prolonga sobre a parte mais elevada da construção, podendo possivelmente o referido condutor ser provido de uma ou mais projecções verticais.

Contudo, é difícil de estabelecer um pára-raios tradicional deste tipo, por exemplo, num moinho de vento, onde o ponto mais alto é a pá, o que do ponto de vista da segurança se deseja que fique protegida contra um ataque de raio. A técnica é complicada em comparação com as construções estacionárias pelo facto de a parte da construção que se deseja proteger ser móvel. Isto significa que um possível ataque de raio não é assim tão bem definido ou predizível e é com isto difícil de evitar ou conduzir para longe. Além do mais, em ligação com as pás de moinhos de vento atacadas por raios, existe um grande risco de a pá vir a sofrer danos. Esta necessita de reparações que são demoradas pelo facto de uma possível substituição ou reparação de uma pá de moinho de vento ser complicada.

Em ligação com os materiais compósitos, a partir dos quais são tipicamente construídas as pás du moinhu de vento, são conhecidas disposições de condução de raios na forma de folha de metal ou cabo laminado dentro da pá ou afixado por adesivo à mesma. Tais disposições de pára-raios são muito frequentemente baseadas em condutores que estão colocados sobre a superfície da pá ou dentro da mesma. Normalmente, é assim a intenção de criar uma rede metálica à volta da estrutura interna da pá por forma a criar um pára-raios longitudinal combinado e

86 26Q ΕΡ Ο 783 629/ΡΤ 2 condutor ao longo do bordo de trás da pá. Contudo, é comum a todas estas disposições que é difícil conseguir a área de secção transversal necessária sem dar aqui lugar a eteitos aerodinâmicos indesejados, por exemplo na forma de ruído e/ou eficiência reduzida. Além disso, pode provar-se problemático encontrar um material metálico para manter o nível de tensão numa pá de material compósito, pelo facto de o nível de tensão numa pá de material compósito ser normalmente mais elevado do que a influência da fadiga permissível para um material metálico, e deverá portanto necessitar de disposições especiais para evitar fendas de fadiga. Sem a necessária área de secção transversal, pode ser necessário reparar a disposição de pára-raios depois da influência do raio. A WO 84/01673 descreve um protector de sobretensão num moinho de vento que tem um eixo vertical de rotação. O protector de sobretensão deste moinho de vento é fazer uso da redução muito grande dos potenciais eléctricos que ocorrem quando os potenciais eléctricos são descarregados como uma faísca. As pás de moinho de vento e o eixo ao qual as pás estão fixas estão providos de uma parte que se move na forma de um disco que tem projecções que rodam em tomo de um anel, anel esse que está fixo ao resto da construção do moinho de vento. Entre as projecções do disco e do anel é proporcionado um pequeno intervalo de descarga. Quando a sobretensão na forma de um raio ataca as pás do moinho de vento ou o eixo ao qual as mesmas estão fixas, os potenciais eléctricos irão tentar neutralizar ao procurarem a direcção da terra através do resto da construção do moinho de vento. Ao fazer isto o potencial eléctrico tem de passar o intervalo de descarga entre a projecção do disco e o anel fixo ao resto do moinho de vento. Ao passar o intervalo de descarga como uma faísca, o potencial eléctrico é reduzido para um valor que elimina qualquer destruição de partes adicionais do resto da construção dos moinhos de vento ou de quaisquer pessoas na vizinhança do resto da construção do moinho de vento. O protector de sobretensão deste tipo tem a vantagem de ser muito simples de produzir. Contudo, devido ao facto de a descarga do potencial eléctrico estar, por meio de uma faísca, a correr num intervalo de descarga, a certeza de o potencial eléctrico ser reduzido é então um pouco limitada. Se a sobretensão for de um valor reduzido, então a faísca pode não projectar-se de todo no intervalo de descarga e, consequentemente, será perigoso estar na vizinhança das pás do moinho de vento ou no eixo ao qual as mesmas estão fixas. Isto pode ser extremamente perigoso se estiver a entrar pessoal no resto da construção do

86 260 ΕΡ 0 783 629/ΡΤ 3 moinho de vento com o objectivo de fazer a manutenção do moinho de vento. Por outro lado, se a sobretensão for de um valor extremamente elevado, então a faísca que corre no intervalo de descarga pode ser muito grande ou poderão ali existir muitas faíscas que correm através do intervalo. Isto pode causar quer um risco extremo de fogo que se inicie no resto do moinho de vento ou pode ocorrer um sobreaquecimento extremo dos apoios ou outras partes do moinho de vento. Não será possível regular o intervalo de descarga de modo a que todos os tipos possíveis de raios sejam transmitidos através do intervalo sem os riscos acima mencionados de não correr qualquer faísca e desse modo manter as pás do moinho de vento e o eixo electricamente carregados em comparação com o resto do moinho de vento, ou o risco de correrem várias faíscas no intervalo causando sobreaquecimento ou incêndio. Além disso, se as pás do moinho de vento forem feitas de um material de resina, então podem ocorrer danos graves nas pás do moinho de vento, uma vez que são elas que conduzem o potencial eléctrico à projecção do disco. A DE 44 45 899 descreve um pára-raios que supera a desvantagem ultimamente mencionada da arte anterior acima referida. Um certo número de cabos condutores corre ao longo do interior das pás de moinho de vento. Os cabos condutores montam-se dentro do eixo rotacional das pás de moinho de vento e num disco que roda juntamente com o eixo. A sobretensão é conduzida a partir do disco para uma placa montada por debaixo da cabeça do moinho de vento. A placa é electricamente isolada da cabeça do moinho de vento. A sobretensão é conduzida a partir desta placa para um intervalo de descarga entre a placa e a torre do moinho de vento. O contacto entre o disco que roda com o eixo das pás de moinho de vento e a placa é obtido pelo deslizamento do disco ao longo de uma curvatura proporcionada na placa.

Esta técnica tem as mesmas desvantagens do que a arte anterior acima mencionada, à parte do facto de as próprias pás do moinho de vento não estarem a conduzir o potencial eléctrico, uma vez que isto é feito pelo número de cabos condutores. Contudo, é necessário que o potencial eléctrico proveniente do raio entre a partir da superfície das pás para o interior onde correm os cabos condutores. Consequentemente, pode ainda ocorrer alguns danos para as pás do moinho de vento. Além do mais, o facto de ter cabos condutores que correm nas pás aumenta grandemente o risco de ataques de raios para as pás. Contudo, à parte das desvantagens de ter um intervalo de descarga proporcionado por forma a

86 260 ΕΡ 0 783 629/ΡΤ reduzir ο valor do potencial eléctrico, o facto de o potencial eléctrico ter de ser guiado a partir do disco para a placa através da curvatura envolve um risco adicional de mal tuncionamento. Quando o disco roda com o seu bordo ao longo da curvatura da placa, irá ocorrer um grau extremamente elevado de desgaste. Isto significa que o contacto entre o bordo do disco e a curvatura da placa será reduzido e talvez com o tempo seja inexistente devido ao desgaste excessivo. Isto significa que a construção específica do contacto entre o bordo do disco e a curvatura da placa tem de ser sujeito a manutenção muito frequentemente. Se não for feita adequadamente, não existirá predição de como o pára-raios desta construção irá funcionar ou se irá funcionar de todo.

As experiências retiradas dos ataques de raios em pás de moinhos de vento com pontas que podem rodar mostraram, além do mais, que a condução de raios se prolonga normalmente através de cabos que regulam a ponta, uma vez que estes estão ligados à terra.

Contudo, este tipo de concretização de pára-raios está sobrecarregado de uma grande incerteza e risco de segurança, sendo a razão o facto de as partes de metal não estarem sempre directamente acessíveis para a corrente do raio.

Nos casos em que estão envolvidos materiais compósitos, tais como fibra de carbono como material de construção para eixos de ponta nos quais a ponta pode rodar, o raio não poderá passar sem que o material seja aquecido a um grau tal que surja o risco de dano para a pá.

Vantagens do invento

Com a disposição descrita na parte caracterizante da reivindicação 1 é conseguida uma protecção de segurança contra raios, até agora desconhecida, de uma pá de moinho de vento sem o risco da própria pá de moinho de vento ficar danificada pelo raio. Ao deixar a ligação entre o(s) condutor(es) que se prolongam para fora na ponta e na terra compreender o condutor metálico que se prolonga no interior da pá com ou sem cobertura de isolamento, será obtido de um modo seguro um ataque de raio bem definido no(s) condutor(es) que se prolongam para fora, tornando desse modo possível conduzir o mesmo para longe através da ligação interna para a terra.

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Mostrou-se assim que ataques de raios, os quais ocorrem muito frequentemente na ponta da pá, serão conduzidos para a terra através do cabo. Ao permitír-se por este meio que o condutor interno se prolongue no interior da pá, são evitadas as desvantagens do ponto de vista da resistência da pá e de uma natureza aerodinâmica e acústica.

Além do mais, para pás que tenham uma ponta que pode rodar, o cabo irá contribuir para a fixação segura da ponta da pá à pá.

Nas pás que têm uma ponta rotativa, onde é utilizado tal como descrito na reivindicação 2 um eixo de ponta de material compósito, é conveniente fazer o eixo oco e permitir que o condutor interno se prolongue no interior da cavidade. De uma maneira surpreendentemente simples, o raio é conduzido através do eixo sem qualquer risco de o eixo ou as suas partes envolventes serem influenciadas pelo calor e, por essa razão, não existe a necessidade de outros condutores eléctricos que possam conduzir a corrente à volta do eixo.

Tal como descrito na reivindicação 3, ao deixar o condutor interno consistir totalmente ou parcialmente num eixo de ponta electricamente condutor, consegue-se que a disposição de pára-raios possa ser utilizada para sistemas conhecidos com eixos de ponta de metal sem qualquer grande reconstrução e adaptação da técnica.

Finalmente, tal como descrito na reivindicação 4, é conveniente que se possa montar subsequentemente o pára-raios em pás com pontas rotativas, e com eixos de ponta metálica, ao ligar o eixo de ponta a um cabo de metal que é montado no interior da pá e ligado à terra. O desenho

Na secção que se segue serão descritas em maior detalhe concretizações exemplificativas do invento com referência aos desenhos, onde: a fig. 1 mostra um moinho de vento conhecido com pontas rotativas; a fig. 2 mostra uma concretização de uma pá com ponta fixa; 86 269

ΕΡ Ο 783 629/ΡΤ a fig. 3 mostra uma secção transversal da pá vista na direcção lll-lll na fig. 2; a tig. 4 mostra uma concretização adicional de uma pá com uma ponta rotativa; e a fig. 5 mostra ainda uma concretização adicional de uma pá com a ponta rotativa.

Descrição das concretizações exemplificativas

Na fig. 1 vê-se um moinho de vento ordinário, onde as pás de moinho de vento 1 estão suspensas num cubo de moinho 3, que por sua vez está ancorado numa torre 2.

Na fig. 2 vê-se uma concretização de acordo com o invento, onde dois condutores de raios 4a, 4b, os quais consistem num material electrícamente condutor, estão ligados a um condutor interno 6 que consiste num cabo de aço. O condutor interno 6 está ancorado a um cubo de moinho 3 e electrícamente ligado ao mesmo (não mostrado). Na concretização mostrada, encontram-se montados dois condutores de raios 4a e 4b, os quais se projectam para fora a partir da ponta da pá de moinho de vento 1.

Na fig. 3 vê-se uma secção transversal de uma pá de moinho de vento 1 na fig. 2, vista na direcção lll-lll, onde o condutor interno 6 é visto a prolongar-se na vizinhança do eixo neutral da pá.

Os dois condutores de raios 4a, 4b colocados na ponta da pá 1 serão suficientes para proteger a totalidade da pá de moinho de vento 1, pelo facto de a experiência ter mostrado que os raios atacam mais frequentemente na ponta da pá. Quando a pá é atacada, o raio irá então fluir dos condutores de raios 4a, 4b através do condutor interno 6 para o cubo de moinho 3 (não mostrado). O raio será adicionalmente conduzido na direcção da terra a partir do cubo de moinho 3. O resultado do condutor interno 6 ser assim colocado é que a pá irá reter as suas características originais de resistência e dinâmica, combinadas com uma eficaz condução do raio à terra.

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Na fig. 4 vê-se uma concretização adicional para uma pá com uma ponta rotativa Γ, a qual está disposta num eixo de ponta 10 de material compósito. Um condutor de raio 4' que consiste numa haste de metal prolonga-se para formar um ponto na direcção do seu bordo de trás. O condutor de raio 4' está ligado através de um furo 8 e um terminal 9 a uma ponta de pá Γ com um condutor interno. O condutor interno 6 prolonga-se para o cubo do moinho dentro de uma cavidade no eixo de ponta 1Ω, estando o referido eixo de ponta 10 seguro na pá 1. O eixo de ponta 10 está ligado por um terminal 14 a uma guia 11 por meio de uma anilha de bloqueio 13 e por uma porca 12, e a referida guia 11 está ligada, com um cabo de aço 6 indicado por uma linha pontilhada, ao cubo de moinho e daqui para a terra. A real ligação à terra do raio com a concretização mostrada na fig. 4 tomará lugar exactamente da mesma forma que o sistema mostrado na fig. 2, pelo facto de o raio fluir do condutor de raio 4' através do condutor interno 6 na direcção de uma ligação de terra na raiz da pá. É aqui assegurada uma condução eléctrica eficaz e permanente do raio para a terra, podendo o raio ser transferido sem qualquer danos quer seja para a ponta quer seja para a sua suspensão ou para o resto da pá. A configuração aerodinâmica do condutor de raio 4' contribui para dar à pá uma vantagem adicional, pelo facto de a pá 1 configurada com este condutor de raio aerodinâmico na ponta da pá dar à pá uma eficiência melhorada e uma emissão de ruídos mais reduzida. O condutor interno 6 também serve para segurar a ponta rotativa 1' à própria pá 1. O invento é particularmente vantajoso em ligação com a protecção de uma pá de moinho de vento 1 com ponta rotativa Γ pelo facto de a protecção ser implementada na ponta 1' da pá e pelo facto de a ligação à terra tomar lugar através de um condutor interno 6 que se prolonga no interior do eixo de ponta 10. Um possível ataque de raio pode assim ser conduzido à terra através do condutor interno 6, indiferentemente de a ponta rotativa 1' ser ou não ser rodada.

Na fig. 5 vê-se uma concretização adicional para uma pá com ponta rotativa. Um condutor de raio 4" encontra-se montado na ponta de uma ponta de pá 8 06 269 ΕΡ 0 783 629/ΡΤ rotativa 1' que está provida de um tubo de guiar 18, o qual está ligado a um eixo de ponta 15, sendo estas peças feitas de preferência a partir de aço inoxidável. O eixo de ponta 15 está seguro à pá 1 pelo facto de estar provido de um par de suportes 16 laminados dentro da pá.

Um condutor interno 6. que consiste num cabo de aço inoxidável, está ligado ao eixo de ponta 15 por meio de uma braçadeira 17, e prolonga-se na direcção da ancoragem da pá de moinho de vento para ligação à terra. A concretização mostrada é particularmente vantajosa em ligação com a montagem subsequente de um pára-raios numa pá de moinho de vento 1, pelo facto de a instalação existente poder facilmente ser utilizada ou substituída. 0 próprio condutor de raio 4" pode assim ser facilmente montado, pelo facto de este requerer meramente a montagem em vez de um bujão de fecho que assenta no mesmo lugar numa pá existente.

Lisboa,

Por BONUS ENERGY A/S - O AGENTE OFICIAL -

Ag. Oj. Pr. Ind. R«· das Fleres, 74 - 4.* <|g@Q LISBOA Pr. Ind.

fÉlI&^ÃNTÓNíOiOÃO i U*A CUNHA FER&EIRA

Claims

86 260 ΕΡ 0 783 629/ΡΤ 1/1 Reivindicações 1 - Disposição de pára-raios para montar numa pá de moinho de vento de material compósito, consistindo a referida disposição num material electricamente condutor que está ligado a uma ligação de terra, e compreendendo a referida ligação um condutor metálico (6, 15) que se prolonga no interior da pá (1,1'), e que totalmente ou parcialmente consiste num cabo de metal, caracterizada por o pára-raios compreender pelo menos um condutor (4a, 4b, 4', 4") disposto na ponta da pá ou na vizinhança da mesma e prolongando-se a partir da ponta da pá de moinho de vento e para fora, e por os condutores que se prolongam para fora estarem ligados electricamente ao condutor metálico (6) que se prolonga no interior da pá com ou sem uma cobertura de isolamento.
2 - Disposição de pára-raios de acordo com a reivindicação 1, onde a pá está provida de uma ponta rotativa que está montada num eixo de ponta, caracterizada por o eixo de ponta (10) ser feito de um material compósito e ser configurado com uma cavidade atravessante, e por o condutor interno (6) se prolongar no interior desta cavidade.
3 - Disposição de pára-raios de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o eixo de ponta (15) ser feito de um metal electricamente condutor que funciona como o condutor interno. è
4 - Disposição de pára-raios de acordo com a reivindicação 3, caracterizada por o eixo de ponta (15), aquando da montagem subsequente do pára-raios, estar ligado a um cabo de metal (6) que é inserido no interior da pá (1) e funcionar como o condutor interno. Lisboa, ' LI/: Por BONUS ENERGY A/S - O AGENTE OFICIAL -

Rvs das Flores, 74 - 4.* ieeo lisbqa ; ANTÓNIO JOÃÔ CUNHA FERREIRA Ag. Of. Pr. Ind.