專利名稱：用于具有碳纖維層板的風力渦輪機葉片的雷電傳導系統的制作方法
技術領域：
本發明目的是為現有風力渦輪機葉片提供雷電傳導系統。用增加一裝置來獲得新的避雷系統，該裝置減少通過碳纖維層板傳遞的閃電的電流部分。
背景技術：
風力渦輪機在給定的高度，其修建在抬高的區域，該區域沒有其他具有類似高度的物件，那有很高的被閃電擊中的危險，特別是在葉片上。因此，葉片必需配備避雷保護系統和任何安裝在葉片內的其他附加系統，葉片具有導體部件(金屬零件、傳感器、照明系統等)，必需避免閃電球的直接影響和由球電流引發的電磁場的間接影響。風力渦輪機葉片的避雷保護系統的主要部件是一系列安裝在葉片表面的金屬接受器和將閃電球從接受器傳輸到葉片根部的電纜線。隨著其提供電力的增長，風力渦輪機的改進產生新一代的風力渦輪機，其尺寸在塔高和轉子直徑限度內不斷增長。葉片延長迫使其硬度增加。通常在葉片上使用大量碳纖維基層板來獲得這個硬度。然而，碳纖維層板是導體，必須與避雷保護系統線纜同時連接來阻止電纜和層板之間的內部電弧以及閃電球直接擊中碳纖維層板。就這點而言，國際專利W02006051147展示了 “具有碳纖維層板的風力發電機的雷電傳導系統”，可以被引用，因為在葉片梁結構內的碳纖維的使用需要這個材料與雷電傳導系統等電位。這樣做，雷電傳導系統的主電纜配備旁路來直接與碳纖維層板連接。那些輔助電纜通過螺栓聯接連接到與碳纖維層直接接觸的金屬盤。在結合區域使用附加導體樹脂來提高電連接。這個解決方案中，跨越電纜和碳纖維層板傳輸的電流的分布不可控制，使得電流跨越碳傳輸而不損害它甚至更困難，因而迫使一個裝置來連接于系統的電纜線一起的碳纖維層板并通過如本發明目的的碳纖維控制電流流通。
發明內容
目前使用的更長的葉片需要合適的內部葉片梁(經受得起最大壓力的結構部件) 來加固。該梁具有增加的碳纖維層，在傳導通過從雷電傳導系統而不是梁層下來的電纜的強電流時，導致一個問題(由于厚的和寬的層板給電流通道提供更少的電阻)。本發明的目的是改進用于具有較短葉片和葉片梁上具有較少數量碳纖維的現有雷電傳導系統。本發明的另一個目的是包括一個裝置，該裝置在碳纖維層板和雷電傳導系統的導體電纜之間至少一個現有的連接中，來控制通過碳纖維層板傳輸的球的電流部分。本發明的另一個目的是通過高導電部件形成的電流控制裝置，來減少通過碳纖維層板傳輸的球的電流部分。上面提及的是通過將碳纖維層板和導體電纜連接來獲得。這樣，避雷保護系統轉換成兩個平行的分支電流一個分支由電纜線形成，具有低電阻和高感應系數，而另一個分支由碳纖維層板形成，具有高電阻和低感應系數。當閃電擊中電纜上的一個接收器時，避雷保護系統必須疏散球電流，其波形特征在于，具有第一階段，其中，電流急速升高，隨后的第二階段，電流緩慢下降。當這個電流注入與電纜并聯的碳纖維層板形成的回路時，電流如下分布-在急速升高階段，大多數電流通過較低感應系數(碳纖維層板)的導體傳輸；-在逐漸下降階段，大多數電流通過較低電阻(導體電纜)導體傳輸。上述的電流分布，在放電的開始，碳纖維層板經受大電流峰值，相反，基于葉片增加的尺寸，碳纖維層板(更寬且更厚)的感應系數下降。這促使碳傳導的電流部分增加。 閃電球放電的傳輸在金屬元件內執行很簡單，在碳層板中很復雜，其包括樹脂在100°c和 200°C之間退化。使用放置在碳層板和導體電纜之間的連接中的具有高感應系數的裝置的主要優點是其減少通過碳層板的電流通道并幫助通過金屬電纜的傳導。另一個優點在于不必在碳和導體電纜(在層板的開始和結尾處)之間的兩個連接內使用一個裝置；只須在兩個連接中的一個處使用一個裝置就可以滿足。
圖1顯示了碳法蘭和通過葉片截面芯部的電纜之間的相對位置。圖2顯示了與碳纖維連接的盤以及具有輔助電纜的旁路。圖3顯示盤和碳纖維之間連接的細節和帶有高感應系數的裝置的來自主電纜的輔助電纜的旁路。
具體實施例方式如圖1所示，本發明目標的具有碳纖維層板2的葉片1中的雷電傳導系統采用基于主電纜6的雷電傳導系統，另外，主電纜上，安裝一些旁路來直接與碳纖維層板2連接，從而確保兩個系統等電位。如圖2所示，旁路由兩個連接到兩個碳纖維層板⑵中的每個的連接構成，一個對應于梁10的上部，一個對應于梁的下部，如前圖所示。這些層板位于附在被稱為法蘭4的葉片殼體的兩側。一個連接在梁根部區域，另一個在尖部區域，這樣梁的法蘭4變成球的可替換的路徑。系統的區別特征在于，連接形成在主電纜6和碳層板2之間，這是通過來旁路獲得，來自主電纜6的小束的輔助電纜5借助螺栓聯接連接到金屬盤3。該金屬盤3設計成直接與碳纖維層板2連接。盤3在梁層壓過程安裝到梁的碳纖維層上并隨后覆蓋用于后面梁層壓中的玻璃或碳纖維層。盤3粘在梁的標準養護的層板上，與梁形成機械上的穩定的統一體，并很好地與碳纖維層板2電連接。如圖3所示，根據本發明的實施例，這是典型的葉片梁，包括兩個芯部8和兩個法蘭4。使梁變硬的碳層板2用在梁10的法蘭4中。為此，這些層板2通過附加導體元件5 連接到分接電纜或主電纜6，并通過螺栓聯接連接到金屬盤3和可以減少跨越碳層板2的電流通道的裝置12，從而幫助跨越主電纜6的傳導。裝置12在葉片內而不是葉片外重新分配電流，從而保護用于葉片1的梁的碳纖維2。本發明的目的雷電傳導系統可應用于已經存在的雷電傳導系統。這意味著只需要切斷現有電纜，將新的裝置連接在碳層板2和主電纜6之間。該裝置12是一個感應元件， 其電感系數基于葉片長度(可以在20-70米之間變化)在5mH和50mH之間變化，并優選兩端易于連接的線圈形成。
權利要求
1.用于具有碳纖維層板的風力渦輪機葉片的雷電傳導系統，在葉片(1)的不同地點配備與碳纖維層板(2)等電位的分接主電纜(6)，借助旁通，來自主電纜(6)的輔助電纜(5) 通過螺栓聯接連接到金屬盤(3)，金屬盤再連接到碳纖維層板O)，其特征在于，在連接主電纜(6)和碳纖維層板O)的兩個連接中，至少一輔助電纜( 配置裝置(12)。
2.根據權利要求1所述的用于具有碳纖維層板的風力渦輪機葉片的雷電傳導系統，其特征在于，所述裝置是一個感應元件，其感應系數基于葉片長度在5mH和50mH之間變化。
3.用于具有碳纖維層板的風力渦輪機葉片的雷電傳導系統的使用方法，其特征在于， 所述裝置(1 的電感系數高于5mH，放置在碳層板和導體電纜或主電纜(6)之間的現有連接上，從而減少通過碳層板的電流的通道且幫助通過金屬電纜的傳導。
全文摘要
用于風力渦輪機葉片的雷電傳導系統，由建立在葉片(1)上的碳纖維層板(2)上的不同連接形成，通過主電纜(6)與各自的輔助電纜(5)之間的差異與梁(10)的法蘭(4)表面等電位，使用兩端連接在所述輔助電纜(5)端部之間的裝置(12)實現。使用方法，提供提高電感系數的裝置(12)，安裝在碳層板(2)和導體電纜或主電纜(6)之間的連接上，減少了跨越碳層板的電流的通道，且幫助通過金屬電纜的傳導。
文檔編號H02G13/00GK102487186SQ20111039962
公開日2012年6月6日 申請日期2011年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者埃內科·桑斯·帕斯夸爾, 愛恩·阿羅塞納·德拉魯阿 申請人:歌美颯創新技術公司