WO2014184094A1 - Windenergieanlage und blitzschutzeinheit für eine windenergieanlage - Google Patents

Windenergieanlage und blitzschutzeinheit für eine windenergieanlage Download PDF

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Florian SATORIUS
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • Wind energy plant and lightning protection unit for a wind energy plant Wind energy plant and lightning protection unit for a wind energy plant
  • the present invention relates to a wind turbine and a lightning protection unit for a wind turbine.
  • DE 44 36 197 C2 shows a wind turbine with a lightning protection device.
  • an aluminum ring made of a conductive material is provided in the root blade-near area of the rotor blade.
  • a catching rod is provided, which is arranged at a predetermined distance from the metal rings. If a lightning strikes, then the lightning can overcome the spark gap between the ring and the catching rod and be discharged.
  • EP 1 561 030 B1 also shows a lightning protection device for a wind energy plant.
  • a conductive ring is also provided in the root leaf-near region of the rotor blade. Parallel to a spark gap, a sliding contact connection is provided.
  • DE 10 2009 017 824 A1 shows a transmission device for transmitting electrostatic energy and lightning current between a rotor shaft and a non-rotating grounding device.
  • the transfer device has a sliding contact device, an electrode for transmitting lightning current and two rollers. It is an object of the present invention to provide a wind turbine having an improved lightning protection device.
  • a wind turbine with a nacelle and a rotor is provided which has at least two rotor blades.
  • the rotor blades each have at least one metallic conductor for conducting a lightning strike and a conductive ring connected thereto in the region of a rotor blade root.
  • a lightning protection unit is attached to the non-rotating part of the nacelle so that the lightning protection unit rests on the ring on the rotor blade.
  • the lightning protection unit has two non-conductive rollers and a lightning rod with a free end of the lightning rod spaced from an outer end of the rollers defining a spark gap.
  • the lightning protection unit comprises a rocker unit, which is attached via a resilient sheet to a non-rotating part of the nacelle.
  • the invention also relates to a lightning protection unit for a wind turbine.
  • the lightning protection unit has a resilient metal sheet, which is fastened at one end to a non-rotating part of the nacelle of the wind turbine.
  • the lightning protection unit further comprises a rocker unit, which is attached to a second end of the resilient sheet.
  • the lightning protection unit has two non-conductive rollers, which are coupled to the rocker unit.
  • the lightning protection unit has a lightning rod, which is coupled to the rocker unit. A free end of the lightning rod is spaced from the outer end of the rollers so as to define a spark gap such that only the rollers contact a ring on the rotor blade.
  • the present invention relates to the idea of providing a lightning protection device instead of a safety rod, which at all times provides a defined distance between a conductive ring in the root blade-near region of the rotor blade and a lightning conductor.
  • the lightning protection device comprises a rocker with two rollers of a non-conductive material, wherein the rollers are in contact with the conductive ring in the root leaf near region of the rotor blade.
  • the lightning protection device according to the invention can be retrofitted.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a wind energy plant according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a part of the wind power plant according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a lightning protection device according to the first exemplary embodiment.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a wind turbine according to the invention.
  • the wind energy plant 100 has a tower 102 and a pod 104.
  • a rotor 106 with three rotor blades 108 and a spinner 110 is provided at the nacelle 104.
  • the rotor 106 is set in rotation by the wind in rotation and thus also rotates the rotor or rotor of the generator in the nacelle 104.
  • the pitch angle of the rotor blades 108 can be changed by pitch motors on the rotor blade roots of the respective rotor blades 108.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a part of the wind turbine according to a first embodiment.
  • the rotor blade 108 optionally has a metallic tip 210 and at least one metallic conductor 220, which connects the rotor blade tip 210 with a metallic ring 230.
  • the metallic ring 230 is provided in the rotor blade root portion 108a.
  • the ring 230 may at least partially surround the rotor blade 108, so that even when the pitch angle of the rotor blade 108 is changed, it can be ensured that the conductive ring 230 is in contact with the lightning protection unit 240.
  • the lightning protection unit 240 is fastened to the stationary part of the nacelle 104 and is in contact with the metallic (conductive) ring 230.
  • Fig. 3 shows a schematic representation of a lightning protection device according to the first embodiment.
  • the lightning protection device 240 can be attached directly or indirectly to a fixed part 245 of the pod 104 via a resilient plate 244 become.
  • a rocker unit 243 is optionally provided, which in turn is connected to two movable rollers 241.
  • a lightning rod 242 is provided between the rollers 241, a lightning rod 242 is provided.
  • a pre-determinable or adjustable distance is present.
  • the rollers 241 are brought into contact with the ring 230 so that the spark gap between the ring 230 and the free end of the lightning rod 242 is defined.
  • rollers 241 are pressed against the conductive ring 230 due to the resilient plate 244, a defined distance (the spark gap) is present between the ring 230 and the lightning rod 242.
  • the rollers 241 are preferably made of a non-conductive material such as plastic or Teflon.
  • the width of the rollers 241 may be 20 cm, for example.
  • rocker unit 243 which is pivotable relative to the second end of the plate 244, it can be ensured that both rollers 241 rest on the ring 230 at all times.
  • the lightning protection unit in particular by the pivotable rocker unit, a defined distance between the lightning rod 242 and the conductive ring 230 can be ensured even if the ring 230 or the rotor blade 108 is out of round.

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Abstract

Es wird eine Windenergieanlage mit einer Gondel (104) und einem Rotor vorgesehen, welcher mindestens zwei Rotorblätter (108) aufweist. Die Rotorblätter (108) weisen jeweils eine Rotorblattwurzel (108a), mindestens einen metallischen Leiter (220) zum Leiten eines eingeschlagenen Blitzes und einen damit verbundenen leitenden Ring (230) auf, der im Bereich der Rotorblattwurzel vorgesehen ist. Ferner ist eine Blitzschutzeinheit (240) an dem nicht drehenden Teil der Gondel (104) derart befestigt, dass die Blitzschutzeinheit (240) auf dem Ring (230) aufliegt. Die Blitzschutzeinheit (240) weist zwei Rollen (241 ) und eine Blitzfangstange (242) auf, wobei ein freies Ende der Blitzfangstange (242) einen Abstand zu einem äußeren Ende der Rollen (241 ) aufweist, der eine Funkenstrecke definiert.

Description

Windenergieanlage und Blitzschutzeinheit für eine Windenergieanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Windenergieanlage und eine Blitzschutzeinheit für eine Windenergieanlage.
Eine Aufstellung von Windenergieanlagen in freiem Gelände und auch bei großer Bauhöhe führt unweigerlich dazu, dass das Risiko eines Blitzeinschlages vorhanden ist. DE 44 36 197 C2 zeigt eine Windenergieanlage mit einer Blitzschutzeinrichtung. Um einen Blitz sicher ableiten zu können, wird im Wurzelblatt-nahen Bereich des Rotorblattes ein Aluminiumring aus einem leitenden Material vorgesehen. An einem feststehenden Teil der Gondel ist eine Fangstange vorgesehen, welche in einem vorbestimmten Abstand zu den Metallringen angeordnet ist. Wenn ein Blitz einschlägt, dann kann der Blitz die Funkenstrecke zwischen dem Ring und der Fangstange überwinden und somit abgeleitet werden.
EP 1 561 030 B1 zeigt ebenfalls eine Blitzschutzeinrichtung für eine Windenergieanlage. Hierbei wird ebenfalls ein leitender Ring im Wurzelblatt-nahen Bereich des Rotorblattes vorgesehen. Parallel zu einer Funkenstrecke wird eine Gleitkontaktverbindung vorgese- hen.
DE 10 2009 017 824 A1 zeigt eine Übertragungsvorrichtung zum Übertragen von elektrostatischer Energie und Blitzstrom zwischen einer Rotorwelle und einer nicht rotierenden Erdungsvorrichtung. Die Übertragungsvorrichtung weist eine Schleifkontaktvorrichtung, eine Elektrode zum Übertragen von Blitzstrom und zwei Rollen auf. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Windenergieanlage vorzusehen, welche eine verbesserte Blitzschutzeinrichtung aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Windenergieanlage nach Anspruch 1 und durch eine Blitzschutzeinheit nach Anspruch 4 gelöst. Somit wird eine Windenergieanlage mit einer Gondel und einem Rotor vorgesehen, welcher mindestens zwei Rotorblätter aufweist. Die Rotorblätter weisen jeweils mindestens einen metallischen Leiter zum Leiten eines eingeschlagenen Blitzes und einen damit verbundenen leitenden Ring im Bereich einer Rotorblattwurzel auf. Ferner ist eine Blitz- schutzeinheit an dem nicht drehenden Teil der Gondel derart befestigt, dass die Blitzschutzeinheit auf dem Ring an dem Rotorblatt aufliegt. Die Blitzschutzeinheit weist zwei nicht leitende Rollen und eine Blitzfangstange auf, wobei ein freies Ende der Blitzfangstange einen Abstand zu einem äußeren Ende der Rollen aufweist, der eine Funkenstrecke definiert. Somit liegen lediglich die Rollen der Blitzschutzeinheit an dem Ring an. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Blitzschutzeinheit eine Wippeneinheit auf, welche über ein federndes Blech an einem nicht drehenden Teil der Gondel befestigt ist.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Blitzschutzeinheit für eine Windenergieanlage. Die Blitzschutzeinheit weist ein federndes Blech auf, welches an einem Ende an einem nicht drehenden Teil der Gondel der Windenergieanlage befestigbar ist. Die Blitzschutzeinheit weist ferner eine Wippeneinheit auf, welche an einem zweiten Ende des federnden Blechs befestigt ist. Ferner weist die Blitzschutzeinheit zwei nicht leitende Rollen auf, welche mit der Wippeneinheit gekoppelt sind. Des Weiteren weist die Blitzschutzeinheit eine Blitzfangstange auf, welche mit der Wippeneinheit gekoppelt ist. Ein freies Ende der Blitzfangstange weist einen Abstand zum äußeren Ende der Rollen derart auf, dass er eine Funkenstrecke definiert, so dass nur die Rollen in Kontakt zu einem Ring an dem Rotorblatt stehen.
Die vorliegende Erfindung betrifft den Gedanken, anstelle einer Fangstange eine Blitzschutzeinrichtung vorzusehen, welche zu jedem Zeitpunkt einen definierten Abstand zwischen einem leitenden Ring in dem Wurzelblatt-nahen Bereich des Rotorblattes und einem Blitzableiter vorzusehen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Blitzschutzeinrichtung eine Wippe mit zwei Rollen aus einem nicht leitenden Material aufweist, wobei die Rollen in Kontakt stehen mit dem leitenden Ring im Wurzelblattnahen Bereich des Rotorblattes. Somit kann durch den Abstand des Blitzableiters und den Rollen ein definierter Abstand zwischen Blitzableiter und dem nicht leitenden Ring auf dem Rotorblatt eingestellt werden. Damit kann auch für Rotorblätter, welche unrund sind, ein definierter Abstand zwischen dem leitenden Ring und einer Fangstange (d. h. die Breite der Funkenstrecke) vorgesehen werden. Durch den definierten Abstand kann der Funkenabstand kleiner gewählt werden. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erfindungsgemäße Blitzschutzeinrichtung nachrüstbar.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteile und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnah- me auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung,
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils der Windenergieanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Blitzschutzeinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Windenergieanlage gemäß der Erfindung. Die Windenergieanlage 100 weist einen Turm 102 und eine Gondel 104 auf. An der Gondel 104 ist ein Rotor 106 mit drei Rotorblättern 108 und einem Spinner 110 vorgese- hen. Der Rotor 106 wird im Betrieb durch den Wind in eine Drehbewegung versetzt und dreht somit auch den Rotor oder Läufer des Generators in der Gondel 104. Der Pitchwinkel der Rotorblätter 108 kann durch Pitchmotoren an den Rotorblattwurzeln der jeweiligen Rotorblätter 108 verändert werden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils der Windenergieanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Rotorblatt 108 weist optional eine metallische Spitze 210 sowie mindestens einen metallischen Leiter 220 auf, welcher die Rotorblattspitze 210 mit einem metallischen Ring 230 verbindet. Der metallische Ring 230 ist im Rotorblattwurzelbereich 108a vorgesehen. Der Ring 230 kann das Rotorblatt 108 zumindest teilweise umfassen, so dass auch bei Änderung des Pitchwinkels des Rotorblattes 108 sichergestellt werden kann, dass der leitende Ring 230 in Kontakt steht mit der Blitzschutzeinheit 240. Die Blitzschutzeinheit 240 ist an dem feststehenden Teil der Gondel 104 befestigt und steht in Kontakt mit dem metallischen (leitenden) Ring 230.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Blitzschutzeinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Blitzschutzeinrichtung 240 kann über ein federndes Blech 244 direkt oder mittelbar an einem feststehenden Teil 245 der Gondel 104 befestigt werden. An einem (freien) Ende des federnden Bleches 244 ist optional eine Wippeneinheit 243 vorgesehen, welche wiederum mit zwei beweglichen Rollen 241 verbunden ist. Zwischen den Rollen 241 ist ein Blitzfangstab 242 vorgesehen. Zwischen dem freien Ende des Blitzfangstabes 242 und den Enden der Rollen 241 ist ein vorab bestimmbarer oder einstellbarer Abstand vorhanden. Die Rollen 241 werden in Kontakt mit dem Ring 230 gebracht, so dass die Funkenstrecke zwischen dem Ring 230 und dem freien Ende des Blitzfangstabes 242 definiert wird. Da die Rollen 241 aufgrund des federnden Bleches 244 gegen den leitenden Ring 230 gedrückt werden, ist ein definierter Abstand (die Funkenstrecke) zwischen dem Ring 230 und der Blitzfangstange 242 vorhanden. Die Rollen 241 sind vorzugsweise aus einem nicht leitenden Material wie beispielsweise Kunststoff oder Teflon ausgestaltet. Die Breite der Rollen 241 kann beispielsweise 20 cm betragen.
Durch das Vorsehen der Wippeneinheit 243, welche bezüglich des zweiten Endes des Blechs 244 verschwenkbar ist, kann sichergestellt werden, dass beide Rollen 241 zu jedem Zeitpunkt auf dem Ring 230 aufliegen.
Durch die erfindungsgemäße Blitzschutzeinheit, insbesondere durch die verschwenkbare Wippeneinheit, kann ein definierter Abstand zwischen der Blitzfangstange 242 und dem leitenden Ring 230 auch dann sichergestellt werden, wenn der Ring 230 oder das Rotorblatt 108 unrund ist.

Claims

Ansprüche
1. Windenergieanlage, mit
einer Gondel (104),
einem Rotor, der mindestens zwei Rotorblätter (108) aufweist, wobei die Rotorblät- ter (108) jeweils eine Rotorblattwurzel (108a), mindestens einen metallischen Leiter (220) zum Leiten eines eingeschlagenen Blitzes und einen damit verbundenen leitenden Ring (230) aufweisen, wobei der Ring (230) im Bereich der Rotorblattwurzel (108a) angeordnet ist,
wobei mindestens eine Blitzschutzeinheit (240) an dem nicht drehenden Teil der Gondel (104) derart befestigt ist, dass die mindestens eine Blitzschutzeinheit (240) auf dem Ring (230) an dem Rotorblatt (108) aufliegt, um einen in das Rotorblatt (108) einschlagenden Blitz abzuleiten,
wobei die Blitzschutzeinheit (240) zwei Rollen (241) und eine Blitzfangstange (242) aufweist, wobei ein freies Ende der Blitzfangstange (242) einen Abstand zu einem äuße- ren Ende der Rollen (241) aufweist, der eine Funkenstrecke definiert.
2. Windenergieanlage nach Anspruch 1 , wobei
die Blitzschutzeinheit (240) eine Wippeneinheit (243) aufweist, welche über ein federndes Blech (244) an einem nicht drehenden Teil (245) der Gondel befestigt ist.
3. Windenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei
der Abstand zwischen dem freien Ende der Blitzfangstange (242) und dem äußeren Ende der Rollen (241 ) einstellbar ist.
4. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Rollen (241) elektrisch nicht-leitend ausgestaltet sind.
5. Blitzschutzeinheit für eine Windenergieanlage, mit
einem federnden Blech (244), welches an einem ersten Ende an einem nicht drehenden Teil einer Gondel (104) der Windenergieanlage befestigbar ist,
einer Wippeneinheit (243), welche an einem zweiten Ende des federnden Bleches (244) angeordnet ist,
zwei nicht leitenden Rollen (241 ), welche mit der Wippeneinheit (243) gekoppelt sind, und
einer Blitzfangstange (242), welche mit der Wippeneinheit (243) gekoppelt ist, wobei ein freies Ende der Blitzfangstange (242) einen Abstand zum äußeren Ende der Rollen (241) aufweist, der eine Funkenstrecke definiert.
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