Protección contra rayos para turbinas eólicas y sistemas de control.

Conjunto de buje (8) y góndola (4) de turbina eólica que incluye medios de conducción de rayos para conducir unrayo entre el buje (8) y la góndola (4),

estando el buje (8) montado para girar con relación a la góndola (4) y estandoadaptado para soportar los álabes de turbina (10), incluyendo el buje (8) un conductor (26) del buje para su conexióncon un álabe de turbina (10) soportado por el buje (8), incluyendo los medios de conducción de rayos una pista (40)conductora y un terminal (28) que están enfrentados y son desplazables uno respecto al otro, estando uno de lapista (40) conductora y del terminal (28) montado sobre el buje (8) y estando conectado eléctricamente al conductor(18) del buje;

caracterizado porque el otro de la pista (40) conductora y del terminal (28) está montado en la góndola (4) y elterminal (28) incluye un cuerpo principal del terminal (30) que está separado de la pista (40) conductora y unaextensión terminal (32, 42) conductora de sacrificio que incluye una pluralidad de miembros conductores situadoslado a lado y que se extienden desde el cuerpo principal del terminal (30) hacia la pista (40).

Protección contra rayos para turbinas eólicas y sistemas de control

La presente invención se refiere a un sistema de protección contra impactos de rayos para turbinas eólicas, a un procedimiento para conducir la electricidad generada por el impacto de un rayo a tierra y a un sistema de control para controlar impactos de rayos en turbinas eólicas.

Las turbinas eólicas con sistemas que conducen rayos para conducir la electricidad del rayo a tierra son conocidas. Un ejemplo de una turbina eólica de este tipo se desvela en la patente de Estados Unidos 2007/0114797-A1 en la que un buje del rotor que soporta una pluralidad de álabes de la turbina eólica está provisto de un anillo colector para conducir la electricidad generada por el impacto de un rayo a tierra. Se montan miembros de distancia disruptiva en un rotor que soporta la góndola para que cada uno se sitúe con un extremo separado del anillo colector a una pequeña distancia disruptiva. La electricidad generada por el impacto de un rayo se conduce al anillo colector, después a través de la distancia disruptiva a tierra. El uso de tales distancias disruptivas para conducir la electricidad generada por el impacto de un rayo lejos del rotor proporciona una conexión de alta impedancia y, en consecuencia, no es eficiente. Adicionalmente, debido a tolerancias de los componentes, es difícil mantener las distancias disruptivas de modo que sean lo suficientemente pequeñas. Si las distancias disruptivas son demasiado grandes, no se producirá una conexión a tierra eficaz. En la patente WO 2004/044419 A1 se desvela una turbina eólica adicional de la técnica anterior (en la que se basa el preámbulo de la reivindicación 1) . La turbina eólica incluye álabes de paso variable que se montan en un buje que se montan para el giro relativo con relación a una góndola por medio de un eje del rotor. Cuando la turbina es alcanzada por un rayo, la descarga eléctrica principal del álabe viaja desde un conductor en uno de los álabes hasta un miembro de contacto montado sobre una raíz del álabe y a través de una distancia disruptiva hasta una unidad de contacto montada en y para el giro con el buje. La descarga eléctrica se hace pasar después a la góndola a través del eje del rotor. La patente de Estados Unidos 2008/0048453 A1 se refiere también a turbinas eólicas y se refiere al uso de atractores de conducción de rayos de sacrificio incorporados en los álabes de la hélice.

Un objetivo de la invención es superar al menos una de las desventajas asociadas con la técnica anterior.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un conjunto de buje y góndola de turbinas eólicas que incluye medios de conducción de rayos para conducir un rayo entre el buje y la góndola, estando el buje montado para su giro con relación a la góndola y estando adaptado para soportar los álabes de la turbina, incluyendo el buje un conductor o conexión del buje a un álabe de turbina soportado por el buje, incluyendo los medios de conducción de rayos una pista conductora y un terminal que se enfrentan y son desplazables uno respecto al otro, estando uno de la pista conductora y del terminal montado sobre el buje y estando eléctricamente conectado al conductor del buje, caracterizado porque el otro de la pista conductora y del terminal se monta en la góndola, y el terminal incluye un cuerpo principal del terminal que se separa de la pista conductora y una extensión terminal conductora de sacrificio que incluye una pluralidad de miembros conductores situados lado a lado y que se extienden desde el cuerpo principal del terminal hacia la pista. Al proporcionar el terminal con una extensión terminal de sacrificio, la extensión terminal se puede desgastar por contacto deslizante con la pista conductora hasta que existe una distancia entre la extensión terminal y la pista conductora. Debido a la manera en la que se forma esta distancia, la misma será muy pequeña. Cuando la electricidad generada por el impacto de un rayo se conduce entre el terminal y la pista conductora, la mayoría de la extensión terminal entre el cuerpo principal del terminal y la pista conductora se vaporizará y se formará un arco entre el terminal y la pista conductora. Este arco generará a su vez plasma, creando una trayectoria conductora de aire ionizado que permitirá la conducción continuada de electricidad a la pista conductora. Después que se produce tal impacto de rayo, será necesario sustituir la extensión terminal de sacrificio. La pluralidad de miembros conductores situados lado a lado proporcionan una pluralidad de partes de extensión terminales que se enfrentan a la pista conductora, cada uno con un área en sección transversal relativamente pequeña que aumentará la intensidad del campo eléctrico en los extremos de estas partes. Esto aumentará, a su vez, el potencial para ionizar aire entre la extensión terminal y la pista conductora.

Para iniciar la formación del arco y la consiguiente formación de plasma a la primera oportunidad, preferentemente la extensión terminal se extiende al menos sensiblemente hasta la pista. Como se ha mencionado anteriormente, cuando el buje y la góndola se instalan inicialmente, la extensión terminal entra preferentemente en contacto con la pista conductora y el giro inicial del buje hace que la extensión terminal se desgaste hasta que exista una pequeña distancia entre la extensión terminal y la pista conductora.

Convenientemente, la extensión terminal comprende medios conductores similares a un cepillo y puede comprender ventajosamente un cepillo compuesto por una multiplicidad de cables conductores.

Preferentemente, una superficie del cuerpo principal del terminal está abovedada hacia la pista para aumentar la intensidad del campo y, en consecuencia, el potencial para ionizar el aire entre el terminal y la pista conductora.

La pista se puede montar en la góndola y el terminal montarse en el buje. Con una disposición de este tipo un pararrayos de cada álabe se puede conectar eléctricamente convenientemente por separado a un terminal individual. Cada álabe de turbina se conecta preferentemente por un pararrayos a al menos uno de dichos

terminales. Sin embargo, es posible que cada álabe de turbina se conecte a una pluralidad de dichos terminales. Una disposición de este tipo proporcionaría redundancia ventajosamente.

De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento para conducir la electricidad de un rayo en un conjunto de buje y góndola de la turbina eólica que incluye las etapas de: (i) proporcionar un conjunto de buje y góndola de la turbina eólica de acuerdo con el primer aspecto de la invención, (ii) conducir la electricidad de un rayo desde el conductor del buje al cuerpo principal del terminal después a través de la extensión terminal hasta la pista y después a tierra; (iii) vaporizar una mayoría de la extensión terminal entre el cuerpo principal del terminal y la pista como un resultado de la electricidad que fluye a través de la extensión terminal; (iv) formar una trayectoria de plasma conductora entre el cuerpo principal del terminal y la pista, y (v) continuar con la conducción de electricidad entre el cuerpo principal del terminal y la pista a través de la trayectoria de plasma.

El conjunto de buje y góndola puede formar parte de un sistema de control de impactos de rayos de una turbina eólica que incluye un rotor que soporta una pluralidad de alabes de turbinas eólicas, incluyendo cada uno un pararrayos y un sensor inductivo configurado para generar una señal eléctrica cuando el pararrayos respectivo conduce la electricidad generada por el impacto de un rayo a tierra. Debido a la tensión extremadamente alta que fluye en un pararrayos cuando es alcanzado (del orden de 200 kA) la detección del impacto por medio de un sensor inductivo proporciona una manera particularmente fiable de efectuar tal detección.

Preferentemente, el sistema de control incluye también medios de adquisición de datos adaptados para adquirir datos en relación con el álabe de la turbina eólica que ha sido alcanzada por un rayo. Cuando la turbina eólica es uno de una pluralidad de turbinas eólicas en un denominado parque eólico, el medio de adquisición de datos se adapta también preferentemente para adquirir datos en relación con la turbina eólica que ha sido alcanzado por un rayo. Con un sistema de este tipo, será posible determinar rápidamente qué terminal de sacrificio de qué turbina tendrá que sustituirse.

Preferentemente, el sistema incluye un transductor dispuesto para convertir la señal eléctrica en una señal óptica para su transmisión entre el buje y un transmisor soportado por una estructura de soporte para el buje. Una disposición... [Seguir leyendo]

1. Conjunto de buje (8) y góndola (4) de turbina eólica que incluye medios de conducción de rayos para conducir un rayo entre el buje (8) y la góndola (4) , estando el buje (8) montado para girar con relación a la góndola (4) y estando adaptado para soportar los álabes de turbina (10) , incluyendo el buje (8) un conductor (26) del buje para su conexión con un álabe de turbina (10) soportado por el buje (8) , incluyendo los medios de conducción de rayos una pista (40) conductora y un terminal (28) que están enfrentados y son desplazables uno respecto al otro, estando uno de la pista (40) conductora y del terminal (28) montado sobre el buje (8) y estando conectado eléctricamente al conductor

(18) del buje; caracterizado porque el otro de la pista (40) conductora y del terminal (28) está montado en la góndola (4) y el terminal (28) incluye un cuerpo principal del terminal (30) que está separado de la pista (40) conductora y una extensión terminal (32, 42) conductora de sacrificio que incluye una pluralidad de miembros conductores situados lado a lado y que se extienden desde el cuerpo principal del terminal (30) hacia la pista (40) .

2. El conjunto de la reivindicación 1, en el que la extensión terminal (32, 42) se extiende al menos sustancialmente hasta la pista (40) .

3. El conjunto de la reivindicación 1 o 2, en el que la extensión terminal (32, 42) comprende medios conductores similares a un cepillo.

4. El conjunto de la reivindicación 3, en el que la extensión terminal (32, 42) comprende un cepillo compuesto por una multiplicidad de cables conductores.

5. El conjunto de cualquier reivindicación anterior, en el que una superficie del cuerpo principal del terminal (30, 46) está abovedada hacia la pista (40) .

6. El conjunto de cualquier reivindicación anterior, en el que la pista (40) está montada en la góndola (4) y el terminal

(28) está montado sobre el buje (8) .

7. El conjunto de la reivindicación 6 en combinación con los álabes de turbina (10) soportados por el buje (8) , en el que cada álabe de turbina (10) está conectado por medio de un pararrayos (18, 26) a al menos uno de dichos terminales (28) .

8. La combinación de buje (8) , góndola (4) y álabes de turbina (10) de la reivindicación 7, en la que cada álabe de turbina (10) está conectado por medios de conducción de rayos (18) a una pluralidad de dichos terminales (28) .

9. Un procedimiento para conducir la electricidad de un rayo en un conjunto de buje (8) y góndola (4) de turbina eólica que incluye las etapas de: (i) proporcionar un conjunto de buje (8) y góndola (4) de turbina eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8; (ii) conducir la electricidad de un rayo desde el conductor del buje (26) hasta el cuerpo principal del terminal (30) , después a través de la extensión terminal (32, 42) hasta la pista (40) y después a tierra; (iii) vaporizar la mayor parte de la extensión terminal (32, 42) entre el cuerpo principal del terminal (30, 46) y la pista (40) como resultado de la electricidad que fluye a través de la extensión terminal (32, 42) ; (iv) formar una trayectoria de plasma conductora entre el cuerpo principal del terminal (30, 46) y la pista (40) ; y (v) continuar con la conducción de electricidad entre el cuerpo principal del terminal (30, 46) y la pista (40) a través de la trayectoria de plasma.