WO2009130143A2 - Funkenstrecke für blitzableitung in windenergieanlagen - Google Patents

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WO2009130143A2
WO2009130143A2 PCT/EP2009/054385 EP2009054385W WO2009130143A2 WO 2009130143 A2 WO2009130143 A2 WO 2009130143A2 EP 2009054385 W EP2009054385 W EP 2009054385W WO 2009130143 A2 WO2009130143 A2 WO 2009130143A2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/30—Lightning protection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a spark gap for the derivation of lightning currents in wind turbines with arranged on a drive train transmission facilities and at least one grounded transmission tip.
  • Such spark gaps are known for example from DE 44 36 197 C2.
  • a connected to the rotatable axis of a rotor blade tip of a grounded, possibly curved surface is arranged opposite. The spark should then form between this surface and the tip.
  • This transfer disc thus has at its periphery a smaller depth than at points radially further to the center. In a cross section in which the radius also extends, such a transfer disc thus has radially outwardly pointing tip-shaped formations at both radially outer ends.
  • a continuous radially outward taper is not required.
  • the disc may have various shapes as long as it is tapered to the periphery. This means that the circumference does not necessarily have the strongest rejuvenation and that the rejuvenation does not have to be continuous. Rather, it is also conceivable that a first initially unused disk is used, which is formed tapered only in the outermost region. Also, it is not necessary that a separate disc is used. Rather, this disc can also be part of the wave.
  • Spark transmission is suitable, according to the invention arranged the at least one transmission tip.
  • the transmission tip is to be arranged so that this condition is fulfilled during the rotation of the shaft.
  • the expert will choose the arrangement so that the distance during rotation is constant.
  • the rejuvenation is at least one point opposite the at least one grounded transmission tip, so that the at least one grounded transmission tip each pointing to a, on rotation of the driveline, point of the taper.
  • the grounded transmission tip is opposite to a curved away from her degree.
  • a very defined spark path is created, since the field line density of the resulting lightning strike electric PatXML 3 / -I0
  • the transmission tip is arranged so that the taper and the transmission tip face each other so that the minimum distance between points on the transmission disc and the transmission tip is maximally increased, if the distance of the points from the top of the tip or of the increased maximum rejuvenation.
  • the taper and the transfer point face each other so that they each see as little as possible surface of the transfer tip or the taper.
  • the transmission disc according to the invention can be arranged on any part of the drive train, such as a hub, a shaft, a shaft flange and / or a clutch.
  • the arrangement is particularly advantageous according to claim 2 on a shaft.
  • sufficient space is available in the region of a shaft in order to arrange the transfer disk and the at least one transfer tip.
  • the drive train is provided according to claim 3 with a galvanic isolation.
  • This galvanic separation is, for example, when used on the rotor shaft, arranged so that the flash is guided on the rotors on the rotor provided by the compounds on the provided connections through the rotor head on the rotor shaft and can reach the transmission device according to the invention, but of a transition to other, to be protected from lightning strikes ingredients is prevented. This makes it possible to protect more sensitive equipment such as gearboxes, generators or motors from lightning strikes.
  • Storage of the drive train done or be designed so that not the drive train itself is galvanically isolated from the rest of the wind turbine, but that the driveline and other components of the wind turbine, such as bearings are electrically connected and the galvanic separation takes place behind these components.
  • the bearings of the drive train can be connected to it and the galvanic separation takes place only at the attachment of the bearing to the wind turbine.
  • the electrical isolation is in each case to be arranged so that the
  • such a grounded sliding contact according to claim 5 is provided with an inductive resistor to prevent the flow of lightning through the sliding contact.
  • an inductive resistor to prevent the flow of lightning through the sliding contact.
  • the transfer disc can also be provided with recesses. These recesses may also be designed according to claim 6, that the circumference is interrupted. Alternatively, the transfer disk can also consist of several parts and does not necessarily have to form a closed circumference.
  • At least one transmission tip is positioned in a suitable distance for the spark transmission.
  • transmission peaks can also be used when the circumference is closed, for example, to ensure the failure of individual transmission peaks.
  • spark gap according to the invention according to claim 7 is used on the rotor shaft of a wind turbine.
  • the rotor shaft In current wind turbines, the rotor shaft is deliberately used to guide caused by lightning current, so that the best possible lightning protection is of particular importance here. Furthermore, the rotor shaft rotates constantly, so that known solutions are associated with considerable disadvantages. Also, the rotor shaft itself provides a very suitable medium for the propagation of the flash.
  • the taper of the transfer disc is advantageously carried out conically.
  • the disc In a cross-section along the shaft central axis, the disc has triangular tips at its ends in such an embodiment.
  • Transfer disc made of one piece. This can be advantageous, inter alia, if, for example, the transfer disc should be arranged on the shaft and it is cast. Then shaft and transfer disc can be manufactured in one operation.
  • Spark gap to be retrofitted, but it may also be advantageous to manufacture the transfer disc according to claim 10 as one or more separate parts and to attach to the drive train.
  • Fig. 1 schematic structure of a spark gap according to the invention.
  • Fig. 1 shows the structure of a spark gap according to the invention.
  • the shaft has a galvanic isolation 2.
  • the transmission disc 3 is arranged opposite a transmission tip 4.
  • This transmission tip 4 is connected to a grounding line 5.
  • a sliding contact 6 connected to a grounding line 5 and connected to the shaft 1 is provided on this grounding line.
  • the rotor is arranged on a rotor head in Fig. 1 on the left side of the shaft 1.
  • Gearboxes and generators are in Fig. 1 right, right of the galvanic isolation. 2
  • the lightning strike in a designated point on the rotors, whose current is transmitted to the shaft is illustrated by a marked on the shaft 1 flash.
  • the proposed spark transmission takes place between the transfer disc 3 and the transfer tip 4 and is characterized by another flash. However, this flash does not show the propagation of the spark but should point to the location of the spark path alone.
  • the lightning strike now at one point on the rotors and the lightning current is passed over the shaft the current is conducted via the conductive shaft 1 to the transfer disc 3.
  • This transfer disc is shown in Fig. 1 as a continuously radially outwardly tapering disc. However, this is by no means required.
  • the disk may have various shapes as long as it tapers to the periphery.
  • this disc is used. Rather, this disc can also be part of the shaft 1.
  • the shaft 1 is further equipped with a galvanic isolation 2.
  • This galvanic separation 2 separates the shaft 1 from, in Fig. 1 arranged right from the galvanic isolation 2, other parts of the wind turbine. These may be, for example, sensitive electrical equipment, transmissions and / or generators.
  • Such a galvanic separation 2 can be done for example by a coupling with rubber buffers or glass fiber tube.
  • the spark at the intended location of the transfer disc 3 on the transfer tip 4 the current through the ground line 5 is further derived. It is also possible to arrange a plurality of transmission tips 4 in a circle opposite the circumference of the transmission disk 3. As a result, for example, assembly inaccuracies or failures of individual transmission peaks can be compensated.
  • a transmission line 5 has a sensor 7, which evaluates the current flowing through it. This can be done, for example, via measuring resistors or parallel to the grounding line and thereby inductively coupled thereto conductor.
  • the sensor is connected to the operating system of the wind turbine, so that this information is obtained with respect to the effluent via the grounding line currents. This makes it possible to react specifically to lightning strikes. This is especially possible if not only the event of lightning strike recognized as such, but also its strength is detected. Then, due to the strength of the lightning strike, a probability of damage can be determined and a targeted response can be made. Such a response may be, for example, to turn off the wind turbine and / or to initiate an inspection.
  • the wind turbine is equipped with a sliding contact 6.
  • This sliding contact is in communication with the shaft 1 and is connected to a grounding line 5.
  • an inductive resistor is provided between sliding contact 6 and grounding line 5. This prevents lightning strikes from flowing over the sliding contact. Because lightning strikes, which flow off via the sliding contact 6, would destroy this. Due to the inductive resistance, the lightning current, which is high-frequency compared to continuously flowing, almost static, resulting from air friction charges, opposes a large resistance, so that the likelihood of the outflow of lightning via the spark gap between the transfer disk 3 and transfer point 4 significantly increased becomes.
  • the present invention provides a reliable spark gap with a defined transmission path for protecting wind turbines.
  • this protection can not only be applied to the wave used to transmit the rotary motion of the rotors to the generators.
  • the spark gap according to the invention can also be applied to other waves, such as e.g. the waves used to adjust the rotor blade position are used.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Funkenstrecke für die Ableitung von Blitzen für Windkraftanlagen mit an einem Triebstrang (1) angeordneten wellenseitiger Übertragungseinrichtung (3) und mindestens einer geerdeten Übertragungsspitze (4). Funkenstrecken für drehbare Teile sind beispielsweise aus der DE 44 36 197 C2 bekannt. Eine Spitze wird hier einer geerdeten Fläche gegenüber angeordnet. Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, solche Funkenstrecken zu verbessern. Dies wird dadurch gelöst, dass die wellenseitige Übertragungseinrichtung (3) als eine zum Umfang hin verjüngte Übertragungsscheibe (3) ausgebildet ist.

Description

PatXML 1/10
Beschreibung
[0001] Funkenstrecke für Blitzableitung in Windenergieanlagen
Technisches Gebiet
[0002] Die Erfindung betrifft eine Funkenstrecke zur Ableitung von Blitzströmen in Windkraftanlagen mit an einem Triebstrang angeordneten Übertragungseinrichtungen und mindestens einer geerdeten Übertragungsspitze.
Stand der Technik
[0003] Solche Funkenstrecken sind beispielsweise aus der DE 44 36 197 C2 bekannt. Hier wird eine mit der verdrehbaren Achse eines Rotorblattes verbundene Spitze einer geerdeten, ggf. gewölbten Fläche gegenüber angeordnet. Der Funken soll sich dann zwischen dieser Fläche und der Spitze ausbilden.
[0004] Ebenfalls ist es beispielsweise aus der DE 10 2004 022 299 A1 bekannt, über Schleifkontakte eine kontinuierliche Ableitung von Ladungen zur Erde zu ermöglichen.
[0005] Letztgenannte kontinuierliche Ableitung ist jedoch dafür vorgesehen,
Ladungen, die durch Luftreibung der Rotoren entstehen, abzuleiten. Sie ist nicht dafür geeignet, die hohen Ströme eines Blitzeinschlages abzuleiten.
[0006] Die aus der DE 4436197 bekannte Blitzableitungsvorrichtung bestehend aus einer Spitze, die einer geerdeten Fläche gegenüber angeordnet ist, schafft zwar durch die Spitze erhöhte Feldstärken, definiert aber auf Grund des flächigen Gegenpols keine eindeutige Funkenstrecke.
[0007] Auch sind solche Blitzableitungsvorrichtungen nicht für den Einsatz an der dauernd rotierenden Rotorwelle geeignet.
Darstellung der Erfindung
[0008] Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Funkenstrecke für die Ableitung von Blitzströmen in Windenergieanlagen, insbesondere von der Rotorwelle, anzugeben, die eine verbesserte, definierte und damit zuverlässigere Funkenübertragung schafft.
[0009] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Funkenstrecke gemäß Anspruch 1. Die Ansprüche 2 bis 10 geben vorteilhafte Weiterbildungen an. PatXML 2/10
[0010] Gemäß Anspruch 1 besteht eine erfindungsgemäße Funkenstrecke zur
Ableitung von Strömen aus Blitzeinschlägen in Windkraftanlagen aus einer an einem Triebstrang angeordneten triebstrangseitigen Übertragungseinrichtung und mindestens einer geerdeten Übertragungsspitze, wobei die triebstrangseitige Übertragungseinrichtung als eine zum Umfang hin verjüngte Übertragungsscheibe ausgebildet ist. Diese Übertragungsscheibe weist somit an ihrem Umfang eine geringere Tiefe auf, als an radial weiter zum Mittelpunkt liegenden Stellen. In einem Querschnitt, in dem auch der Radius verläuft, weist eine solche Übertragungsscheibe somit an beiden radial außen liegenden Enden radial nach außen zeigende spitzenförmige Ausbildungen auf. Eine kontinuierlich radial nach außen verlaufende Verjüngung ist jedoch nicht erforderlich. Die Scheibe kann verschiedene Formen aufweisen, solange sie zum Umfang hin verjüngt ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass am Umfang nicht unbedingt die stärkste Verjüngung vorliegen muss und dass die Verjüngung nicht kontinuierlich erfolgen muss. Vielmehr ist es auch vorstellbar, dass eine innen zunächst unverjüngte Scheibe verwendet wird, die nur im äußersten Bereich verjüngt ausgebildet ist. Auch ist es nicht notwendig, dass eine separate Scheibe verwendet wird. Vielmehr kann diese Scheibe auch Bestandteil der Welle sein.
[0011] Der Verjüngung gegenüber und in einem Abstand der zur
Funkenübertragung geeignet ist, ist erfindungsgemäße die mindestens eine Übertragungsspitze angeordnet. Die Übertragungsspitze ist dabei so anzuordnen, dass diese Bedingung auch während der Rotation der Welle erfüllt ist. In der Regel wir der Fachmann die Anordnung so wählen, dass der Abstand während der Rotation konstant ist.
[0012] So liegt der Verjüngung an mindestens einem Punkt die mindestens eine geerdete Übertragungsspitze gegenüber, so dass die mindestens eine geerdete Übertragungsspitze jeweils auf einen, bei Rotation des Triebstrangs wandernden, Punkt der Verjüngung zeigt. Dadurch liegt der geerdeten Übertragungsspitze ein von ihr weg gekrümmter Grad gegenüber. Dadurch wird ein sehr definierter Funkenweg geschaffen, da die Feldliniendichte des beim Blitzeinschlag entstehenden elektrischen PatXML 3/-I0
Feldes durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung lokal maximiert wird, und zwar im Bereich der Übertragungsspitze und im Bereich der Verjüngung am Umfang der Scheibe.
[0013] Vorteilhafterweise wird die Übertragungsspitze so angeordnet, dass sich die Verjüngung und die Übertragungsspitze so gegenüber stehen, dass die minimale Entfernung zwischen Punkten auf der Übertragungsscheibe und der Übertragungsspitze maximal vergrößert wird, wenn man den Abstand der Punkte vom Gipfel der Spitze beziehungsweise von der maximalen Verjüngung vergrößert. Bei einer solchen Ausgestaltung, die auf Grund der besonders starken Bündelung der Feldlinien besonders vorteilhaft ist, stehen sich die Verjüngung und die Übertragungsspitze so gegenüber, dass sie jeweils möglichst wenig Fläche der Übertragungsspitze beziehungsweise der Verjüngung sehen.
[0014] Die erfindungsgemäße Übertragungsscheibe kann an jedem beliebigen Bestandteil des Triebstrangs, wie beispielsweise einer Nabe, einer Welle, einem Wellenflansch und/oder einer Kupplung, angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung aber gemäß Anspruch 2 an einer Welle. So ist im Bereich einer Welle in der Regel ausreichend Platz vorhanden, um die Übertragungsscheibe und die mindestens eine Übertragungsspitze anzuordnen.
[0015] Vorteilhafterweise ist der Triebstrang gemäß Anspruch 3 mit einer galvanischen Trennung versehen. Diese galvanische Trennung ist, beispielsweise beim Einsatz auf der Rotorwelle, so angeordnet, dass der Blitz nach dem Einschlagen auf dafür vorgesehenen Punkten auf den Rotoren über die dafür vorgesehen Verbindungen über den Rotorkopf auf die Rotorwelle geführt wird und die erfindungsgemäße Übertragungseinrichtung erreichen kann, jedoch von einem Übertritt in andere, vor Blitzeinschlägen zu schützende Bestandteile gehindert wird. Dadurch wird es möglich, sensiblere Geräte, wie Getriebe, Generatoren oder Motoren vor einem Blitzeinschlag zu schützen. Neben der galvanischen Trennung einzelner Geräte ist es auch möglich, den Triebstrang umfassend von vielen Bestandteilen der Windenergieanlage galvanisch zu isolieren. Eine solche Isolierung kann beispielsweise bei der PatXML 4/10
Lagerung des Triebstrangs erfolgen oder auch so ausgestaltet sein, dass nicht der Triebstrang selbst von dem Rest der Windkraftanlage galvanisch getrennt ist, sondern dass der Triebstrang und weitere Bestandteile der Windkraftanlage, wie beispielsweise Lagerungen elektrisch verbunden sind und die galvanische Trennung erst hinter diesen Bestandteilen erfolgt. So können beispielsweise die Lager des Triebstrangs mit ihm verbunden sein und die galvanische Trennung erst an der Befestigung der Lager an der Windkraftanlage erfolgen.
[0016] Die galvanische Trennung ist dabei jeweils so anzuordnen, dass der
Strom des Blitzeinschlages auf den Triebstrang und von dort aus auf die Übertragungsscheibe möglich ist, die weitere Ausbreitung hin zu zuschützenden Bestandteilen der Windenergieanlage jedoch verhindert wird.
[0017] Besonders vorteilhaft ist es, gemäß Anspruch 4 den Triebstrang über einen mit ihm in Verbindung stehenden, geerdeten Schleifkontakt zu versehen. Dadurch können Ladungen, die durch die Luftreibung an den Rotoren entstehen, abgeführt werden. Somit können solche Ladungen die Ausbildung des Feldes zwischen Übertragungsscheibe und Übertragungsspitze nicht beeinflussen.
[0018] Bevorzugt wird ein solcher geerdeter Schleifkontakt gemäß Anspruch 5 mit einem induktiven Widerstand versehen, um das Abfließen eines Blitzes über den Schleifkontakt zu verhindern. Dies ist möglich, da der Blitz gegenüber den kontinuierlich entstehenden, fast statischen Ladungen, die durch die Luftreibung entstehen, hochfrequent ist und ein induktiver Widerstand für ihn einen großen Widerstand, für die durch Luftreibung entstehenden Ladungen hingegen nur einen kleinen Widerstand darstellt.
[0019] Vorteilhafterweise kann die Übertragungsscheibe auch mit Aussparungen versehen sein. Diese Aussparungen können gemäß Anspruch 6 auch so ausgebildet sein, dass der Umfang unterbrochen ist. Alternativ kann die Übertragungsscheibe auch aus mehreren Teilen bestehen und muss nicht unbedingt einen geschlossen Umfang bilden.
[0020] Ist der Umfang jedoch nicht geschlossen, sind mehr als eine
Übertragungsspitze vorzusehen, so dass in jeder Position der Rotation PatXML 5/-I0
des Triebstrangs mindestens eine Übertragungsspitze in einem für die Funkenübertragung geeigneten Abstand positioniert ist.
[0021] Mehrere Übertragungsspitzen können jedoch auch bei geschlossenem Umfang verwendet werden, um beispielsweise den Ausfall einzelner Übertragungsspitzen abzusichern.
[0022] Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Funkenstrecke gemäß Anspruch 7 an der Rotorwelle einer Windkraftanlage.
[0023] Bei aktuellen Windkraftanlagen wird die Rotorwelle bewusst zur Führung des durch Blitze hervorgerufenen Strom verwendet, so dass hier eine möglichst guter Blitzschutz von besonderer Wichtigkeit ist. Desweiteren rotiert die Rotorwelle ständig, so dass bekannte Lösungen mit erheblichen Nachteilen behaftet sind. Auch bietet die Rotorwelle an sich ein sehr geeignetes Medium für die Ausbreitung des Blitzes.
[0024] Gemäß Anspruch 8 wird die Verjüngung der Übertragungsscheibe vorteilhafterweise konisch ausgeführt. In einem Querschnitt entlang der Wellenmittelachse, weist die Scheibe an Ihren Enden bei einer solchen Ausführung dreieckige Spitzen auf.
[0025] Durch eine solche Ausgestaltung wird der Funkenweg besonders zuverlässig, da die Feldliniendichte besonders verdichtet wird.
[0026] Gemäß Anspruch 9 sind ein Bestandteil des Triebstrangs und
Übertragungsscheibe aus einem Stück gefertigt. Dies kann unter anderem dann vorteilhaft sein, wenn besipielsweise die Übertragungsscheibe an der Welle angeordnet werden woll und diese gegossen wird. Dann können Welle und Übertragungsscheibe in einem Arbeitsgang gefertigt werden.
[0027] Je nach Ausführung, beispielsweise wenn eine erfindungsgemäße
Funkenstrecke nachgerüstet werden soll, kann es aber auch vorteilhaft sein, die Übertragungsscheibe gemäß Anspruch 10 als ein oder mehrere separate Teile zu fertigen und an dem Triebstrang zu befestigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0028] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen sollen anhand der folgenden schematischen Skizze verdeutlicht werden. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf das folgende auf der Skizze basierende PatXML 6/10
Ausführungsbeispiel beschränkt. Weitere Fortbildungen und andere Ausgestaltungen sind für den Fachmann leicht auffindbar. Dabei zeigt:
[0029] Fig. 1 schematischer Aufbau einer erfindungsgemäßen Funkenstrecke.
Weg(e) zur Ausführung der Erfindung
[0030] Fig. 1 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Funkenstrecke. Zu erkennen sind eine Welle 1 , an der eine erfindungsgemäße Übertragungsscheibe 3 angeordnet ist. Die Welle weist eine galvanische Trennung 2 auf. Der Übertragungsscheibe 3 gegenüber angeordnet ist eine Übertragungsspitze 4. Diese Übertragungsspitze 4 ist mit einer Erdungsleitung 5 verbunden. Auf dieser Erdungsleitung sitzt ein Sensor 7. Desweiteren ist ein mit einer Erdungsleitung 5 verbundener und mit der Welle 1 in Verbindung stehender Schleifkontakt 6 vorgesehen.
[0031] Der Rotor ist über einen Rotorkopf in Fig. 1 auf der linken Seite der Welle 1 angeordnet. Getriebe und Generatoren befinden sich in der Fig. 1 rechts, rechts von der galvanischen Trennung 2.
[0032] Der Blitzeinschlag in einem dafür vorgesehen Punkt auf den Rotoren, dessen Strom auf die Welle übertragen wird, ist durch einen an der Welle 1 eingezeichneten Blitz veranschaulicht. Die vorgesehene Funkenübertragung findet zwischen der Übertragungsscheibe 3 und der Übertragungsspitze 4 statt und ist durch einen weiteren Blitz gekennzeichnet. Dieser Blitz zeigt jedoch nicht die Ausbreitung des Funkens sondern soll allein auf den Ort des Funkenweges hindeuten. Schlägt der Blitz nun in einem Punkt auf den Rotoren ein und wird der Blitzstrom über die die Welle geführt, wird der Strom über die leitende Welle 1 zur Übertragungsscheibe 3 geleitet. Diese Übertragungsscheibe ist in Fig. 1 als kontinuierlich radial nach außen verjüngende Scheibe dargestellt. Dies ist jedoch keineswegs erforderlich. Die Scheibe kann verschiedene Formen aufweisen, solange sie zum Umfang hin verjüngt. Dies bedeutet, dass am Umfang nicht unbedingt die stärkste Verjüngung vorliegen muss, und dass die Verjüngung nicht kontinuierlich erfolgen muss. Vielmehr ist es auch vorstellbar, dass eine innen zunächst unverjüngte Scheibe verwendet wird, die nur im äußersten Bereich verjüngt ausgebildet ist. Auch ist es nicht notwendig, dass eine separate PatXML 7/10
Scheibe verwendet wird. Vielmehr kann diese Scheibe auch Bestandteil der Welle 1 sein.
[0033] Die Welle 1 ist desweiteren mit einer galvanischen Trennung 2 ausgerüstet. Diese galvanische Trennung 2 trennt die Welle 1 von, in der Fig. 1 rechts von der galvanischen Trennung 2 angeordneten, weiteren Teilen der Windenergienanlage. Dabei kann es sich beispielsweise um empfindliche elektrische Geräte, Getriebe und/oder Generatoren handeln. Eine solche galvanische Trennung 2 kann beispielsweise durch eine Kupplung mit Gummipuffern oder durch Glasfaserrohr erfolgen.
[0034] Tritt der Funken an der vorgesehenen Stelle von der Übertragungsscheibe 3 auf die Übertragungsspitze 4 über, wird der Strom über die Erdungsleitung 5 weiter abgeleitet. Auch ist es möglich, mehrere Übertragungsspitzen 4 kreisförmig dem Umfang der Übertragungsscheibe 3 gegenüberliegend anzuordnen. Dadurch können beispielsweise Montageungenauigkeiten oder Ausfälle einzelner Übertragungsspitzen ausgeglichen werden.
[0035] Eine Übertragungsleitung 5 verfügt über einen Sensor 7, der den über sie fließenden Strom auswertet. Dies kann beispielsweise über Messwiderstände oder parallel zur Erdungsleitung montierte und mit dieser dadurch induktiv gekoppelte Leiter erfolgen. Der Sensor ist mit dem Betriebssystem der Windenergieanlage verbunden, so dass diese Informationen bezüglich der über die Erdungsleitung abfließenden Ströme erhält. Dadurch wird es möglich, gezielt auf Blitzeinschläge zu reagieren. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn nicht nur das Ereignis des Blitzeinschlages als solches erkannt, sondern auch seine Stärke erfasst wird. Dann kann aufgrund der Stärke des Blitzeinschlages eine Schadenswahrscheinlichkeit ermittelt werden und darauf zielgerichtet reagiert werden. Eine solche Reaktion kann beispielsweise darin bestehen, die Windkraftanlage auszuschalten und/oder eine Inspektion zu veranlassen.
[0036] Desweiteren ist die Windkraftanlage mit einem Schleifkontakt 6 ausgestattet. Dieser Schleifkontakt steht in Verbindung mit der Welle 1 und ist mit einer Erdungsleitung 5 verbunden. Über diesen Schleifkontakt PatXML 8/-I0
können Ladungen von der Welle zur Erde abfließen. Vorteilhafterweise wird zwischen Schleifkontakt 6 und Erdungsleitung 5 ein induktiver Widerstand vorgesehen. Dadurch wird verhindert, dass Blitzeinschläge über den Schleifkontakt fließen. Denn Blitzeinschläge, die über die Schleifkontakt 6 abfließen, würden diesen zerstören. Durch den induktiven Widerstand, wird dem Blitzstrom, der im Verglich zu kontinuierlich abfließenden, beinahe statischen, durch Luftreibung entstehenden Ladungen hochfrequent ist, ein großer Widerstand entgegengesetzt, so dass die Wahrscheinlichkeit des Abflusses des Blitzes über den Funkenweg zwischen Übertragungsscheibe 3 und Übertragungsspitze 4 deutlich erhöht wird.
[0037] Somit stellt die vorliegend geschilderte Erfindung eine zuverlässige Funkenstrecke mit definiertem Übertragungsweg zum Schütze von Windkraftanlagen dar. Dieser Schutz kann aber nicht nur auf die zur Übertragung der Drehbewegung der Rotoren auf die Generatoren genutzten Welle Anwendung finden. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Funkenstrecke auch bei anderen Wellen, wie z.B. den zur Einstellung der Rotorblattstellung verwendeten Wellen, eingesetzt werden.
[0038] Somit kann eine umfassende Sicherung einer Windkraftanlage erfolgen. Dem Fachmann ist es möglich, die genaue Ausbildung der erfindungsgemäßen Funkenstrecke den jeweiligen Anforderungen anzupassen.
[0039] Bezuαszeichenliste
1. Welle
2. Galvanische Trennung
3. Übertragungsscheibe
4. Übertragungsspitze
5. Erdungsleitung
6. Schleifkontakt
7. Sensor

Claims

PatXML 9/-I0Ansprüche
1. Funkenstrecke für die Ableitung von Blitzströmen in Windenergieanlagen, wobei eine Blitzstromableitung zumindest teilweise über einen Triebstrang (1) geführt ist, mit einer an dem Triebstrang (1) angeordneten triebstrangseitigen Übertragungseinrichtung (3) und mindestens einer geerdeten Übertragungsspitze (4), wobei die triebstrangseitige Übertragungseinrichtung (3) eine zum Umfang hin verjüngte Übertragungsscheibe (3) ist und die Übertragungsspitze (4) in einer zur Funkenübertragung geeigneten Entfernung gegenüber der Verjüngung angeordnet ist.
2. Funkenstrecke nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsscheibe (3) an einer Welle des Triebstrangs (1) angeordnet ist.
3. Funkenstrecke nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Triebstrang (1) eine galvanische Trennung (2) zur elektrischen Trennung zwischen zur Blitzstromleitung verwendeten und nicht zur Blitzstromableitung verwendeten, zu schützenden Bestandteilen der Windenergieanlage aufweist.
4. Funkenstrecke nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Triebstrang (1) in Verbindung stehender, geerdeter Schleifkontakt (6) vorgesehen ist.
5. Funkenstrecke nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schleifkontakt (6) und Erdung ein induktiver Widerstand angeordnet ist.
6. Funkenstrecke nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsscheibe (3) so mit Aussparungen versehen oder geteilt ausgeführt ist, dass der Umfang unterbrochen ist, und dass mindestens zwei Übertragungsspitzen (4) vorgesehen sind, die so angeordnet sind, dass beim Drehen der Welle (1) sich immer mindestens eine Übertragungsspitze (4) in einer zur Funkenübertragung geeigneten Entfernung gegenüber der Verjüngung befindet ist.
7. Funkenstrecke nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle die Rotorwelle ist.
8. Funkenstrecke nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung der Übertragungsscheibe (3) konisch ausgebildet ist.
9. Funkenstrecke nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, PatXML 10/10
dass ein Bestandteil des Triebstrangs (1), insbesondere die Welle, und die Übertragungsscheibe (3) aus einem Stück gefertigt sind.
10. Funkenstrecke nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsscheibe (3) auf den Triebstrang (1), insbesondere die Welle, aufgesetzt und an dem Triebstrang (1), insbesondere der Welle, befestigt ist.
PCT/EP2009/054385 2008-04-22 2009-04-14 Funkenstrecke für blitzableitung in windenergieanlagen WO2009130143A2 (de)

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DE102008020262A DE102008020262B4 (de) 2008-04-22 2008-04-22 Funkenstrecke für Blitzableitung in Windenergieanlagen

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