用于影响集成在风力发电机转子叶片内的电气系统中的雷电流分布的方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于影响集成在风力发电机转子叶片内的电气系统中的雷电流分布的方法，其中，在相应转子叶片中设有至少一个雷电流接收器，以便通过放电装置将雷电流从转子叶片尖部引导到转子叶片根部并且进一步引导到地面。根据本发明专利技术，在相应位于转子叶片中的电气系统和放电装置的位于转子叶片中的部分之间设置至少一个、优选多个过电压放电器，其中，分别通过附加阻抗减少在发生雷击时流过电气系统的部分电流，并且所述附加阻抗设计成使得在发生雷击时在电气系统和放电装置之间形成的电位差与相应电气系统的抗电强度和在相应系统与放电装置之间所需的分离距离相匹配。

Method for influencing lightning current distribution in electrical system integrated with rotor blades of wind turbines

The present invention relates to a method for affecting the distribution of lightning current in an electrical system integrated in a rotor blade of a wind turbine, in which at least one lightning current receiver is provided in the corresponding rotor blade to guide the lightning current from the rotor blade tip to the rotor blade root through the discharge device and further guide the guide blade through the discharge device. To the ground. According to the present invention, at least one of the parts of the electrical system and the discharge device in the rotor blade is arranged between the parts of the rotor blade, and a plurality of overvoltage discharge is preferred, in which the partial current flowing through the electrical system is reduced by the additional impedance, and the additional impedance is designed to be designed. The potential difference between the electrical system and the discharge device during lightning strikes matches the resistance of the corresponding electrical system and the separation distance between the corresponding system and the discharge device.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于影响集成在风力发电机转子叶片内的电气系统中的雷电流分布的方法
本专利技术涉及一种根据权利要求1所述的、用于影响集成在风力发电机转子叶片内的电气系统中的雷电流分布的方法，其中，在相应转子叶片中设有至少一个雷电流接收器，以便通过放电装置将雷电流从转子叶片尖部引导至转子叶片根部并且进一步引导到地面。
技术介绍
DE102007050009A1公开了一种用于风力发电机的转子叶片，该转子叶片具有防雷系统。转子叶片本体具有收集器、即接收器，其设计为用于发生雷击的位置。此外，在转子叶片本体内设有绝缘放电器，该绝缘放电器和至少一个接收器彼此连接。还设有介电层，该介电层作为绝缘装置覆盖放电器。放电器与接地端子连接。DE10022128C1公开了一种具有防雷系统的风力发电机。相应的防雷系统能够吸收高雷电流并将其通过火花隙导入塔内并且随后通过接地端子导入土地。那里的防雷系统确保雷电流不流过转子轴承并且也不流过既有的主轴承，为此需要多个火花隙。已表明，在这种防雷系统中电流隔离的防雷装置通过转子叶片静电充电。转子叶片的静电充电由风力发电机的旋转转子叶片的空气摩擦产生。静电充电一直进行直到达到气隙的闪络电压，因此出现闪络。但闪络会产生具有高带宽的电磁波，其可能会干扰风力发电机的电子部件。为了防止转子叶片的这种充电，建议连续放电。就此而言构造连续放电路径，其是低欧的，从而避免转子叶片的静电充电，并且其还能够承受30kV或更高的浪涌电压。就此而言存在放电电路，其包括串联连接的欧姆电阻和电感。因此，已知的教导涉及转子叶片的静电充电的问题和雷电保护。已知的具有放电电路和电感的用于使转子叶片连续放电的装置在静电放电期间不起作用，因为放电电流是具有小振幅的直流电。在发生雷击时，所使用的火花隙处的电压升高。电压高度尤其是与距离、接触尖部的曲率半径和空气湿度有关。既有的电感限制了流过静电放电器的雷电流的升高。因此产生对放电电阻的被动保护。在已知的现有技术教导中未提及可能有益的雷电流分布。已知风力发电机基于增加的结构高度及其暴露的位置遭受雷击的概率较高。在此风力发电机的转子叶片特别频繁地受到直接雷击。因此如上所述已知为转子叶片配备用于接收雷电的装置和用于将雷电流从转子叶片尖部引导至转子叶片根部的装置。这种装置通常被称为接收器并且是相应转子叶片的组成部分。此外，越来越多地使用包括电气或电子系统的转子叶片。这些电气或电子系统例如用于控制转子叶片尖部中的报警灯、调节转子叶片的迎角、加热转子叶片和其它目的。原则上需要将这些电气或电子系统纳入防雷等电位联结。但在此存在附加电气系统的相关电气支路承受过高雷电流的危险，从而可能损伤或损坏相应系统中的电气部件。
技术实现思路
因此，有鉴于此，本专利技术的任务在于提供一种用于影响集成在风力发电机转子叶片内的电气系统中的雷电流分布的方法，其中，在相应转子叶片中设有至少一个雷电流接收器，以便通过放电装置将雷电流从转子叶片尖部引导至转子叶片根部并且进一步引导到地面。根据该任务应确保：除了将转子叶片内的附加电气系统必要地纳入防雷等电位联结之外还应保护这些系统免受过高的部分雷电流。本专利技术的任务通过根据权利要求1的教导来解决，从属权利要求至少包括适宜的改进和扩展方案。在此所述方法的基本构思如下：在相应位于转子叶片中的电气系统和放电装置的位于转子叶片中的部分之间设置至少一个、优选多个过电压放电器。分别通过过电压或等电位联结路径中的附加阻抗降低在雷击时流过电气系统的部分电流。附加阻抗根据本专利技术在此这样设计，使得在发生雷击时在电气系统和放电装置之间形成的电位差与相应电气系统的抗电强度和在相应电气系统与放电装置之间所需的分离距离相匹配。因此，有意且有针对性地增加在电气系统和实际放电装置之间的过电压放电路径中的阻抗可这样影响雷电流分布，即，减小待保护电气或电子系统以及相应电流回路中的部分雷电流。实现本专利技术所需的对附加阻抗设计与相应电气系统抗电强度的协调和与此有关的对彼此分离的系统(即实际电气系统与放电装置)之间的分离距离的设计可特别有利地在包括相应电气系统的风力发电机的转子叶片中实现。在风力发电机的转子叶片中，所需的分离距离并非可在所有情况和条件下简单地实现。必须沿整个转子叶片长度检验基于转子叶片的几何结构给定的在集成或存在于那里的电气系统与雷电流放电装置之间的分离距离是否足够。如果两个系统之间的电压超过相应的抗电强度，则应以本专利技术的方式确保附加的等电位联结。在一种优选方案中，附加阻抗及其电连接设计成低电感的，以便在高雷电流陡度下保持小的在附加阻抗上的电压降和在相应电气系统与放电装置之间的电位差。在本专利技术的一种方案中，为了限制电压降，可通过在相关电流路径上分布多个低单阻抗来实现所需的总附加阻抗。附加阻抗可通过具有较高电导率的材料来实现，但也可通过使用半导体材料来实现。例如，具有高电导率的材料、尤其是不锈钢或与铜相比不锈的钢可用于应尽可能少地被部分雷电流加载的设备部件中。但也可通过有针对性地提高在相应过电压放电器中的阻抗来实现希望的附加阻抗。例如作为过电压放电器可使用额定电压升高的变阻器或电弧燃烧电压升高的火花隙。但也可使用标准过电压放电器、如具有附加设置在外部的附加阻抗的变阻器或火花隙。附图说明下面应参照实施例并借助附图详细阐述本专利技术。附图如下：图1示出风力发电机转子叶片的原理图，其具有例如两个与作为放电装置的地线连接的接收器以及设置在转子叶片中的电气系统、在此其可以是转子叶片加热装置；图2示出类似于图1的图示，但包括带有附加阻抗的过电压保护装置，其在转子叶片内设置在电气系统和地线或者说放电装置之间。具体实施方式根据图1和2的图示以风力发电机的转子叶片5为出发点。在转子叶片5中例如构造有两个接收器1作为避雷元件。在接收器1之间设有地线作为放电装置，其能够将雷电流导向地面。电气系统、尤其是用于加热转子叶片的用电器3通过电源线7与外部电源6连接。电源线7和地线2或者说放电装置之间的实际分离距离≤1m，如在图1中以符号所示的那样。根据EN62305-3实际所需的分离距离s如下：S＝ki·kc/km·l其中，ki＝0.08(对于LPL1)km＝1.0(对于空气)kc＝1.0(对于n＝1)(放电装置的数量)l＝50m。因此，分隔距离s必须是4米。从根据图1的图示可以看出，实际分离距离远小于所需的分离距离。因此，在未连接到防雷等电位联结的情况下，在发生雷击的情况下在接收器处将会出现闪络同时完全损坏用电器3连同电源线7。在根据图2的图示中，有针对性地在用电器3、即电源线7和地线2之间构造包括例如三个具有附加阻抗的过电压保护装置4的布置结构。该布置结构能将用电器3连同其电源线7连接到通过地线2通往以符号表示的地面的等电位联结中。在具有附加阻抗4的过电压保护装置上的电压降等于在地线2和电源线7之间的电位差并且例如为200kV。在200kV时，分离距离≥800mm。这意味着：约1米的实际分离距离完全足以避免闪络。同时通过设置具有附加阻抗的过电压保护装置可防止过高的部分雷电流流过用电器3或电源线7。因此，借助所提出的解决方案不仅可将存在于风力发电机转子叶片中的附加电气系统连接到等电位联结中，而且也确保附加电气系统的相关电气分支不会不必要地被部分雷电流加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于影响集成在风力发电机转子叶片内的电气系统中的雷电流分布的方法，其中，在相应转子叶片中设有至少一个雷电流接收器，以便通过放电装置将雷电流从转子叶片尖部引导至转子叶片根部并且进一步引导到地面，其特征在于，在相应位于转子叶片中的电气系统和放电装置的位于该转子叶片中的部分之间设置至少一个、优选多个过电压放电器，其中，分别通过附加阻抗减少在发生雷击时流过电气系统的部分电流，并且所述附加阻抗设计成使得在发生雷击时在电气系统和放电装置之间形成的电位差与相应电气系统的抗电强度和在相应系统与放电装置之间所需的分离距离相匹配。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.19 DE 102015014997.0;2016.02.15 DE 10201601.用于影响集成在风力发电机转子叶片内的电气系统中的雷电流分布的方法，其中，在相应转子叶片中设有至少一个雷电流接收器，以便通过放电装置将雷电流从转子叶片尖部引导至转子叶片根部并且进一步引导到地面，其特征在于，在相应位于转子叶片中的电气系统和放电装置的位于该转子叶片中的部分之间设置至少一个、优选多个过电压放电器，其中，分别通过附加阻抗减少在发生雷击时流过电气系统的部分电流，并且所述附加阻抗设计成使得在发生雷击时在电气系统和放电装置之间形成的电位差与相应电气系...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·比克尔，
申请(专利权)人：德恩及索恩两合股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE