INSTALACIÓN DE PARARRAYOS PARA PLANTAS DE ENERGÍA EÓLICA.

La invención se refiere a una planta de energía eólica con una torre para ser fijada en el subsuelo, sobre la cual está situada una góndola en la que está dispuesto de modo giratorio un rotor con un buje y varias aspas del rotor, y que acciona un generador situado dentro de la góndola, estando prevista una instalación de pararrayos para descargar en el subsuelo la energía eléctrica de un rayo que haya impactado, cuyo recorrido del rayo conduce desde las aspas del rotor y el buje a la torre y por lo menos a través de un transmisor del rayo para transferirlo de uno a otro componente de la planta de energía eólica que tengan movimiento relativo entre sí. Las plantas de energía eólica están realizadas generalmente como estructuras de gran elevación con el fin de aprovechar que la velocidad del viento aumenta según la altura. Los emplazamientos con altas velocidades del viento que son especialmente adecuadas para la colocación de plantas de energía eólica a menudo están situados en lugares expuestos. Ambas cosas dan lugar a que las plantas de energía eólica estén expuestas a un elevado riesgo de impacto del rayo. Especialmente en el caso de plantas de energía eólica dispuestas en aguas, las llamadas plantas offshore, existe a causa del emplazamiento expuesto de la planta de energía eólica un considerable riesgo de impacto del rayo. Están especialmente expuestas al riesgo las aspas del rotor desde las cuales la energía eléctrica del rayo se ha de derivar al subsuelo a través del buje, de la góndola y de la torre. Surgen dificultades porque tanto las aspas del rotor están dispuestas de modo giratorio con respecto al buje del rotor, el rotor con respecto a la góndola y la góndola con respecto a la torre. Para derivar la energía del rayo se requieren unas instalaciones de transición que permitan el movimiento de giro y a pesar de ello aseguren todavía una suficiente transmisión de la energía eléctrica de un rayo. Las instalaciones de transición han de estar realizadas de tal modo que puedan derivar incluso las elevadas tensiones de algunos millones de voltios y las intensidades de corriente de hasta cientos de miles de amperios, causadas por el impacto del rayo, sin que surjan daños en los componentes de la planta de energía eólica. Con el fin de posibilitar la transmisión segura del rayo en puntos de transición especialmente críticos se han conocido en el estado de la técnica diversos diseños. Un primer diseño consiste en prever unas uniones móviles de cables. Tiene la ventaja de que se puede establecer una comunicación segura de forma sencilla. Los inconvenientes son que con una conexión de cable de este tipo no se puede conseguir una posibilidad de giro completa. Al cabo de un determinado número de vueltas hay que volver a desenmarañar el cable de conexión. Otros inconvenientes están en que la gran longitud que se requiere para conseguir una posibilidad de giro suficiente puede dar lugar a una caída de tensión considerable. Debido a la longitud existe además el inconveniente de que por el efecto de las altas intensidades del rayo surjan fuerzas de inducción que den lugar a que los cables se muevan como látigos. También es conocido el procedimiento de emplear como transmisores unos contactos de escobilla. Una instalación de esta clase se da a conocer en el documento EP-A-1 154 537. Ofrecen la ventaja de proporcionar un contacto de bajo valor óhmico. El inconveniente es que para transmitir con seguridad la energía del rayo se requieren grandes dimensiones. También tiene el inconveniente de que especialmente en el caso de plantas de energía eólica de grandes dimensiones es preciso superar una potencia de giro elevada. El desgaste es considerable y se produce un producto de erosión que es conductor. En el documento DE-C-4 436 197 se describe una planta de energía eólica con una instalación de protección contra el rayo. Se ha previsto una transmisión del rayo desde las aspas del rotor a un componente fijo eléctricamente conductor de un soporte del mástil que está puesto a tierra. La transmisión de la protección contra el rayo está realizada como un transmisor del rayo situado en la zona de la raíz de las aspas del rotor a una distancia aislante respecto al buje del rotor, que se encuentra en comunicación eléctrica activa con la raíz del aspa del rotor. Presenta un resalte de transmisión que está acercado al componente fijo eléctricamente conductor del soporte de la máquina, hasta una distancia predeterminada. En este dispositivo de protección contra el rayo están previstos dos trayectos de chispas. El primero trayecto de chispas se encuentra entre un anillo de aluminio situado en la raíz del aspa del rotor y una barra de captación. En el otro extremo de la barra de captación hay un segundo trayecto de chispas para transmitir el rayo a un anillo de derivación situado en la góndola, coaxial con el árbol del rotor. A través de estos dos trayectos de chispas se derivan tanto los impactos del rayo como las cargas electrostáticas, por lo que hay que contar con numerosos saltos de chispa. Un perfeccionamiento de esta instalación de protección contra el rayo se describe en el documento DE-C-100 22 128. De acuerdo con éste está previsto adicionalmente un dispositivo para la descarga electrostática continua de por lo menos una de las aspas del rotor. Como es sabido, debido al rozamiento del aire de las aspas del rotor en movimiento puede producirse una carga electrostática de un aspa del rotor. La carga se va acumulando hasta que en un trayecto de aire que conduzca hacia tierra se alcance la tensión del salto de chispa. Debido a la constante carga que se produce en las aspas del rotor en movimiento se producen periódicamente saltos de chispa en el trayecto de chispas, con unas perturbaciones tan indeseables para el sistema electrónico, como con la misma regularidad. Por este motivo se emplea un descargador de carga estática que consiste en una sencilla impedancia eléctrica con un componente óhmico o inductivo. Se propone disponer en la zona de la raíz del aspa del rotor y a la altura de una raíz del aspa del rotor y de un anillo de aluminio una barra de captación que actúa de órgano de descarga del rayo, que a través de un resalte de transmisión está aproximado 2   a un anillo de descarga eléctricamente conductor hasta una distancia predeterminada de por ejemplo 3 mm. Entre el anillo de aluminio y el adaptador del aspa está situado el descargador conductor de la carga estática. Esta combinación de un dispositivo para la descarga continua de la carga electrostática con un trayecto de chispas requiere un espacio de construcción relativamente grande debido a la barra de captación empleada, ya que el diámetro del anillo de descarga puede ser considerable, según la dimensión de la planta de energía eólica. La barra de captación ha de estar realizada con suficiente rigidez a la flexión con el fin de poder mantener una separación predeterminada respecto al anillo de descarga. Al ir aumentando la longitud de la barra de captación resulta difícil mantener con exactitud las distancias de separación sin tener que efectuar un apoyo adicional de la barra de captación o realizar ésta con mayor rigidez. Incluso en la instalación de protección contra el rayo más perfeccionada tiene lugar la descarga del rayo así como de las cargas electrostáticas por principio a través de un trayecto de chispas común entre el resalte de transferencia y el anillo de descarga eléctricamente conductor. El dispositivo para la descarga continua de las cargas electrostáticas solamente actúa entre la raíz de la aspa del rotor y la barra de captación. El inconveniente que tienen los trayectos de chispas es que al formarse la chispa se produce una descarga brusca con lo cual se provocan perturbaciones electromagnéticas. Además, debido a las dimensiones y al peso de los componentes de las plantas de energía eólica es preciso que el entrehierro sea relativamente grande, con lo cual resultan unas tensiones de salto de chispa del orden de más de 10 kV. Los componentes que se trata de proteger han de estar construidos por lo menos lo suficientemente robustos para poder soportar esta tensión de descarga. El documento US-A 377.742 describe una instalación de descarga del rayo para una planta de energía eólica con una pista de rodadura sobre la cual rueda un rodillo de contacto. Por la norma DIN IEC/117/CD (VDE 0127 parte 24) se conocen medidas para la protección de cojinetes y transmisiones en plantas de energía eólica. Los arcos eléctricos entre las superficies de las pistas de los cojinetes y los cuerpos de rodadura pueden llevar suficiente energía para causar intensa corrosión por picaduras. En particular en las plantas de energía eólica situadas en alta mar los daños causados en los cojinetes por impacto del rayo pueden... [Seguir leyendo]

1.- Planta de energía eólica con una torre (5) para fijar en un subsuelo (7) y con una góndola (4) dispuesta encima en la cual está situado de modo giratorio un rotor con un buje (3) y unas aspas de rotor (2), que acciona un generador (8) dispuesto en el interior de la góndola (4), estando prevista una instalación para la descarga del rayo para descargar la energía eléctrica del impacto de un rayo derivándola al subsuelo (7), pasando el camino del rayo desde las aspas del rotor (2) y el buje (3) a través de la góndola (4) a la torre (5) y a través de por lo menos un transmisor del rayo (10, 11, 12, 16, 39) para la transmisión entre dos componentes de la planta de energía eólica que sean móviles con relación entre sí, caracterizada porque en un lado del transmisor del rayo (10, 11, 12, 16, 39) está situada una pista de rodadura (30, 40, 50, 60) que está unida al camino del rayo, y por el otro lado del transmisor del rayo un rodillo de contacto (31, 41, 51, 61) que rueda sobre éste, que está unida de modo eléctricamente conductor con un cuerpo rozante (72) que se encuentra en contacto eléctricamente conductor con una escobilla de puesta a tierra (73), que está unida a través de un portaescobillas (74) con una conducción a tierra (78) encapsulada para protegerla de las influencias del medio ambiente. 2.- Planta de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque el transmisor del rayo (10, 11, 12, 16, 39) presenta un trayecto de chispas (59) unido a una conducción de puesta a tierra (80), que está orientada hacia la pista de rodadura (30, 40, 50, 60), hacia una banda de contacto que transcurra paralela a la pista de rodadura (30, 40, 50, 60) o hacia el rodillo de contacto (31, 41, 51, 61). 3.- Planta de energía eólica según la reivindicación 2, caracterizada porque el rodillo de contacto (31, 41, 51, 61) presenta una zona de rodadura (63) que hace contacto con la pista de rodadura (30, 40, 50, 60) y una zona de contacto opuesto (64) para el trayecto de chispas (59). 4.- Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la zona de rodadura (63) del rodillo de contacto (31, 41, 51, 61) está realizada con forma abombada. 5.- Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la pista de rodadura (30, 40, 50, 60) es de un material que presenta mayor resistencia al desgaste que el material del rodillo de contacto (31, 41, 51, 61). 6.- Planta de energía eólica según la reivindicación 5, caracterizada porque la pista de rodadura (30, 40, 50, 60) y/o el rodillo de contacto (31, 41, 51, 61) es/son de cobre al cromo o de cromo al berilo. 7.- Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el transmisor del rayo (10, 11, 12, 16, 39) está situado en una zona de transición del buje (3) a un soporte de máquina de la góndola (4). 8.- Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el rodillo de contacto (31, 41, 51, 61) está dispuesto en una guía basculante. 9.- Planta de energía eólica según la reivindicación 8, caracterizada porque la guía basculante presenta un brazo pendular (84, 85) en cuyos extremos opuestos están situados un cojinete de giro (S) y el rodillo de contacto (31, 41, 51, 61). 10.- Planta de energía eólica según la reivindicación 8 o 9, caracterizada porque está prevista una disposición en tándem con dos guías basculantes orientadas en sentido opuesto para cada uno de los rodillos de contacto (31, 41, 51, 61). 11.- Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el rodillo de contacto (31, 41, 51, 61) está realizado como rodillo macizo. 12.- Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque el rodillo de contacto (31, 41, 51, 61) está realizado como rodillo partido con una parte de buje (67) y una parte de rueda (68) intercambiable. 13.- Planta de energía eólica según la reivindicación 12, caracterizada porque la parte de rueda intercambiable (68) está dispuesta en la parte del buje (67) a través de unos elementos de desacoplamiento (66). 14.- Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el rodillo de contacto (31, 41, 51, 61) presenta una faja de rodadura (100) independiente que cubre la zona de rodadura (63). 15.- Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada por estar previsto para el rodillo de contacto (31, 41, 51, 61) un cojinete de rodamiento (42, 52) aislado eléctricamente. 16.- Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el rodillo de contacto (31, 41, 51, 61) es apretado contra la pista de rodadura (30, 40, 50, 60) por su propio peso. 17.- Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el rodillo de contacto 13   (31, 41, 51, 61) está comprimido contra la pista de rodadura (30, 40, 50, 60) mediante la aplicación de una fuerza exterior. 18.- Planta de energía eólica según la reivindicación 17, caracterizada porque como dispositivo de apriete para la aplicación de una fuerza exterior está previsto un muelle (36, 46, 56). 19.- Planta de energía eólica según la reivindicación 17, caracterizada por estar previsto un elemento amortiguador (48), independiente del muelle o combinado con éste. 20.- Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el trayecto de chispas (59) está realizado de tal modo que su trayecto en el aire se puede ajustar a un valor inferior al trayecto de chispas. 21.- Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque un portaescobillas (74) en el que se aloja la escobilla de puesta a tierra (73) está eléctricamente aislado con respecto a un alojamiento de cojinete (69) del rodillo de contacto (61). 22.- Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque está prevista una estructura de soporte (110) para la pista de rodadura (30, 40, 50, 60) con unos radios (120) dispuestos en el buje (3), siendo los radios (120) de un material aislante. 23.- Planta de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la pista de rodadura (30, 40, 50, 60) está fijada en el buje (3) o en la estructura de soporte (110) a través de unos elementos de acoplamiento. 14     16   17   18   19     21   22