用于空中风力发电站的电能传输系绳制造技术

提供了一种用于空中风力发电站(1)的电能传输系绳(3)，该系绳包括：弹性芯(4)；第一一个或更多个电导体层(5)，其中，该第一电导体层的电导体围绕弹性芯(4)螺旋缠绕；围绕第一电导体层(5)的电绝缘层(7)；第二一个或更多个电导体层(9)，其中，第二电导体层的电导体围绕电绝缘层(7)螺旋缠绕；以及围绕第二电导体层(9)的承载层(10)，用于吸收作用在系绳上的拉力和径向压力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于空中风力发电站的电能传输系绳
本专利技术涉及用于空中风力发电站的电能传输系绳。电能传输系绳用于将电能从空中风力发电站传输到地面站，并且吸收在操作期间由空中风力发电站引起的拉力。本专利技术还涉及包括这样的电能传输系绳和用于缠绕系绳的卷筒的系绳单元，并且本专利技术还涉及具有空中风力发电站、地面站和用于将风力发电站连接到地面站的这样的电能传输系绳的电力单元。现有技术为了将风能转化成电能，空中风力发电站是已知的并且正在不断发展。空中风力发电站包括安装在通常具有飞机状结构的飞行体上的一个或更多个发电机。配备有螺旋桨的发电机由风和特定飞行机动驱动以产生电能。电能借助于将空中风力发电站连接到地面站的系绳转移到地面。因此，系绳部分地用于控制空中风力发电站的飞行机动并且将电能从发电机传输到地面。为了将空中风力发电站从地面站带到空中用于发电的最佳位置或为了将空中风力发电站从空中的位置收回到地面站，发电机可以用作电动机。在操作的这些启动和收回阶段中，借助于一个或更多个系绳从地面站向空中风力发电站馈送电能。由于风强烈且经常变化，在某些飞行机动期间，系绳受到变化幅度的高机械拉伸应力。在高载荷状况下，系绳可以显示出超过其原始长度1％的明显伸长。然而，存在于系绳内的电导体的材料例如铜显示出非常低的约0.1％的弹性范围。因此，即使在相对较小的伸长的情况下，常规电导体也将塑性地并且不可逆地变形。在系绳的轴向拉力随后减小之后，变形的电导体趋于屈曲并且趋于断裂。在收回阶段期间，系绳在被缠绕在地面站中的卷筒上时也受到机械应力。将系绳弯曲到卷筒的周界外表面使得系绳的面向卷筒中心的部分受到压缩并且使得面向径向向外的部分受到拉伸。因此，通过将系绳缠绕到卷筒上引起的机械应力也可以导致设置在系绳内的电导体的塑性变形。US2012/0070122A1中示出了一种将空中风力发电站物理上并且电耦接到地面的系绳。该系绳包括高强度芯，电导体围绕该高强度芯螺旋缠绕。然而，这种结构导致系绳相对较粗且重。因此，系绳的重量和风阻可能影响空中风力发电站的飞行特性，因此尤其降低总体发电效率。此外，系绳的粗而重的结构导致系绳卷筒上的重量较高，从而导致惯性增加并且因此导致拉伸调节较慢。另外的缺点是运输成本增加以及地面站的成本更密集且更宽敞的建造。此外，当导体被缠绕在卷筒上时，位于高强度芯外侧的导体不足以防止径向压缩力，这将导致塑性变形和失效。芯与卷筒表面之间的高径向压缩力不仅可能由于系绳围绕卷筒的弯曲引起，而且还可能由于大风状况或特定飞行机动而作用在系绳上的高拉力引起。在WO2009/049616A2中，公开了一种围绕两个相互绝缘的电导体层编制有化学纤维绳的线缆。化学纤维绳用于保护线缆免受拉力和径向压缩力。然而，当被缠绕在卷筒上时，由于高的径向力，线缆的横截面积朝向椭圆形状的明显形变仍然发生。此外，空中风力发电站的应用中的大量轴向载荷变化导致线缆寿命明显缩短。由于这些原因，需要实现对抗径向压缩力的另外的措施以达到足够的疲劳寿命。US4,116,153、US4,975,543、US2,759,990和US4,514,058中公开了有弹性的并且能够在一定程度上抵抗拉力的其它电能传输线缆。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于空中风力发电站的电能传输系绳，该电能传输系绳不仅能够抵抗高拉力并且具有轻质结构，而且还能很好地免受外部径向力影响。该目的通过如权利要求1所述的电能传输系绳来解决。在权利要求14中，示出了包括这样的电能传输系绳和卷筒的系绳单元。此外，权利要求16提供了具有空中风力发电站、地面站和这样的电能传输系绳的电力单元。在从属权利要求2至13以及15中提供了本专利技术的其它实施方式。本专利技术提供了一种用于空中风力发电站的电能传输系绳，包括：弹性芯；第一一个或更多个电导体层，该第一电导体层的电导体围绕弹性芯螺旋缠绕；围绕第一电导体层的电绝缘层；第二一个或更多个电导体层，该第二电导体层的电导体围绕电绝缘层螺旋缠绕；以及围绕第二电导体层的承载层，用于吸收作用在系绳上的拉力和径向压缩力。系绳用于将空中风力发电站物理上并且电耦接到地面。换言之，系绳适于抵抗由作用在空中风力发电站上的风引起的拉力以及适于将电能从风力发电站传输到地面，并且优选地，还适于将电能从地面传输至风力发电站。承载层用于吸收作用在系绳上的拉力，并且由于其拉伸刚度，承载层限制了强风和风力发电站的特定飞行机动所引起的系绳的轴向伸长。因此，承载层限定了系绳在最大预期的拉伸载荷下的最大轴向伸长。通过将承载层尽可能地布置在系绳上的径向外侧，特别是在电导体的径向外侧，承载层的横截面积由于其大的周向长度而最大。换言之，为了实现系绳的一定的拉伸强度，可以通过如所提出的布置来使由承载层占据的系绳的半径最小。此外，电导体层和绝缘层可以被布置成更靠近系绳的纵向中心轴线，使得这些层的周向长度最小，这进一步减小了系绳的重量。因此，可以通过将承载层布置在电导体的径向外侧来优化系绳的整体重量和直径。通过将电导体和绝缘层布置成更靠近纵向中心轴线，可以降低在系绳被弯曲的情况下作用在电导体和绝缘层上的拉力和压缩力。有利地，除了可能存在的另外的磨损保护层以外，承载层甚至表示系绳的最外层。由于承载层被布置在电导体层和绝缘层的径向外侧，因此例如当系绳被缠绕在卷筒上并且由于强风而轴向张紧时，承载层还保护这些层免受外部径向压缩影响。空中风力发电站通常被设计为具有附接有一个或更多个发电机的翼型件的飞机状飞行体。发电机借助于螺旋桨来驱动以产生电能。由发电机产生的电能可能处于低压范围(最高达1kV)或中压范围(1kV至52kV)的下半部分。然而，为了减轻重量并减小系绳的直径，可以将电压水平变换成高达中压范围(1kV至52kV)或高压范围(52kV至300kV)，特别是对于传输的电力超过1MW的情况。因此，在某些实施方式中，系绳可以适于这些电压。代替飞机状配置，风力发电站当然也可以被设计为系留气球、飞艇或任何其他飞行体。系绳还包括布置在第一电导体层与电绝缘层之间的第一半导电层，并且优选地还包括布置在电绝缘层与第二电导体层之间的第二半导电层。例如可以由半导电聚乙烯制成的半导电层用于向绝缘层提供明确定义的光滑表面，以便在两个电导体层之间实现均匀电场。因此，半导电层有助于克服电绝缘问题，特别是对于中压和高压电器。通常对于这些应用，包括导体上的半导电层、电绝缘层和电绝缘层上的半导电层的整个绝缘系统以紧密布置的3阶段共挤压工艺施加。当然，不具有任何半导电层的中压或高压电能传输系绳的结构也是可以的。然而，为了在没有任何半导电层的这种情况下实现足够均匀的电场，通常需要提供厚度相对较大的绝缘层。因此，提供半导电层还有助于减小系绳的整体直径和重量。承载层包括用于吸收径向压缩力的耐压缩层和用于吸收拉力的拉伸护面层。因此，承载层包括两个子层，其中，一个特别适于吸收径向压缩力，而另一个特别适于吸收拉力。弹性芯、第一电导体层和第二电导体层、绝缘层以及承载层的横截面优选地为圆形，并且在系绳的整个长度上通常具有恒定的形状和面积。优选地，每个层具有大致呈圆筒形的形状，并且围绕系绳的纵向中心轴线同心地布置。有利地，每个层沿着系绳的径向方向占据一定的明确定义的径向范围。电导体通常由金属线来实现，特别是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于空中风力发电站(1)的电能传输系绳(3)，包括:弹性芯(4)；第一一个或更多个电导体层(5)，其中，所述第一电导体层(5)的电导体围绕所述弹性芯(4)螺旋缠绕；围绕所述第一电导体层(5)的电绝缘层(7)；第二一个或更多个电导体层(9)，其中，所述第二电导体层(9)的电导体围绕所述电绝缘层(7)螺旋缠绕；以及承载层(10)，用于吸收作用在所述系绳(3)上的拉力和径向压缩力，所述承载层(10)围绕所述第二电导体层(9)并且限定所述系绳(3)在最大预期的拉伸载荷下的最大轴向伸长，其特征在于，所述系绳(3)还包括布置在所述第一电导体层(5)与所述电绝缘层(7)之间的第一半导电层(6)，并且所述承载层(10)包括用于吸收径向压缩力的耐压缩层(25)和用于吸收拉力的拉伸护面层(27)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.21 EP 14189788.41.一种用于空中风力发电站(1)的电能传输系绳(3)，包括:弹性芯(4)；第一一个或更多个电导体层(5)，其中，所述第一电导体层(5)的电导体围绕所述弹性芯(4)螺旋缠绕；围绕所述第一电导体层(5)的电绝缘层(7)；第二一个或更多个电导体层(9)，其中，所述第二电导体层(9)的电导体围绕所述电绝缘层(7)螺旋缠绕；以及承载层(10)，用于吸收作用在所述系绳(3)上的拉力和径向压缩力，所述承载层(10)围绕所述第二电导体层(9)并且限定所述系绳(3)在最大预期的拉伸载荷下的最大轴向伸长，其特征在于，所述系绳(3)还包括布置在所述第一电导体层(5)与所述电绝缘层(7)之间的第一半导电层(6)，并且所述承载层(10)包括用于吸收径向压缩力的耐压缩层(25)和用于吸收拉力的拉伸护面层(27)。2.根据权利要求1所述的系绳，其中，所述承载层(10)由细长元件特别是纤维来加固。3.根据权利要求2所述的系绳，其中，所述细长元件围绕所述第二电导体层(9)螺旋缠绕。4.根据前述权利要求中的一项所述的系绳，其中，所述承载层(10)包括布置在所述耐压缩层(25)与所述拉伸护面层(27)之间的滑移/减摩层(26)。5.根据前述权利要求中的一项所述的系绳，其中，所述第一电导体层(5)的电导体和/或所述第二电导体层(9)的电导体以在25°至45°的范围内特别是在30°与40°的范围内的螺距角来缠绕。6.根据前述权利要求中的一项所述的系绳，其中，所述第一电导体层(5)和/或所述第二电导体层(9)由编织线形成。7.根据前述权利要求中的一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·诺伊霍尔德，
申请(专利权)人：斯特凡·诺伊霍尔德，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH