Protección contra rayos para turbinas eólicas.
Una pala (28) de rotor para una turbina eólica (100) que comprende:
un cuerpo de pala (28) de rotor;
al menos un receptor (410), adaptado para ser un emplazamiento para el impacto de un rayo;
al menos un conductor de bajada (300) conectado al el al menos un receptor (410) y situado dentro del cuerpo de pala de rotor, comprendiendo el, al menos, un conductor de bajada:
un primer conductor (310) conectado al el al menos un receptor y una conexión a tierra de la turbina eólica; que se caracteriza por:
un segundo conductor aislado (320) conectado al el, al menos, un receptor y un emplazamiento sin 10 conexión a tierra de la turbina eólica en el que el segundo conductor aislado (320) se encuentra sustancialmente dentro del primer conductor (310);
en el que se forma un trayecto desde la conexión a tierra del primer conductor (310) al emplazamiento sin conexión a tierra del segundo conductor aislado (320), facilitando el trayecto una prueba de continuidad que se utiliza para evaluar una condición del trayecto.
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11177242.
Solicitante: GENERAL ELECTRIC COMPANY.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 1 RIVER ROAD SCHENECTADY, NY 12345 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: OLSON,STEVEN HAINES, HARDISON,RICHARD ALLEN.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F03D1/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR. › F03D MOTORES DE VIENTO. › Motores de viento con el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor (su control F03D 7/02).
- F03D11/00
- G01R31/02
- G01R31/28 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 31/00 Dispositivos para ensayo de propiedades eléctricas; Dispositivos para la localización de fallos eléctricos; Disposiciones para el ensayo eléctrico caracterizadas por lo que se está ensayando, no previstos en otro lugar (ensayo o medida de dispositivos semiconductores o de estado sólido, durante la fabricación H01L 21/66; ensayo de los sistemas de transmisión por líneas H04B 3/46). › Ensayo de circuitos electrónicos, p. ej. con la ayuda de un trazador de señales (ensayo de computadores durante las operaciones de espera "standby" o los tiempos muertos G06F 11/22).
- H02G13/00 ELECTRICIDAD. › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA. › H02G INSTALACION DE CABLES O DE LINEAS ELECTRICAS, O DE LINEAS O CABLES ELECTRICOS Y OPTICOS COMBINADOS (conductores o cables aislados con disposiciones para facilitar el montaje o la fijación H01B 7/40; puntos de distribución con interruptores H02B; guiado de cable de teléfono H04M 1/15; canalizaciones para cables o instalaciones de cables en las centrales telefónicas o telegráficas H04Q 1/06). › Instalaciones de pararrayos; Fijación de éstos a su estructura de soporte (indicación, cómputo o registro de rayos G01; pararrayos H01C 7/12, H01C 8/04, H01G 9/18, H01T; tomas de tierra, clavijas u otros contactos H01R).
- H05F3/02 H […] › H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR. › H05F ELECTRICIDAD ESTATICA; ELECTRICIDAD DE ORIGEN NATURAL. › H05F 3/00 Eliminación de las cargas electrostáticas (de los seres vivientes A61N 1/14). › por medio de conexiones a tierra.
PDF original: ES-2462140_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Protección contra rayos para turbinas eólicas La presente invención se refiere en general a la protección contra rayos para turbinas eólicas. Más en particular, la invención se refiere a la protección contra rayos para turbinas eólicas y a la protección contra rayos para las palas de rotor de las turbinas eólicas. Específicamente, la invención se refiere a una pala de rotor, a un sistema de protección contra rayos, y a un procedimiento de fabricación de una pala de rotor.
El daño a las turbinas eólicas producido por las descargas de rayos ha sido reconocido como un problema creciente. La influencia de los fallos por rayos sobre la fiabilidad de las turbinas eólicas y parques eólicos se puede convertir en un problema, a medida que se incrementa la capacidad de las turbinas eólicas. Este es en particular el caso cuando varias turbinas eólicas de gran tamaño funcionan juntas en las instalaciones de parques eólicos, puesto que la pérdida potencial de varias unidades de producción de gran tamaño producida por un impacto de rayo puede ser significativa. A diferencia de otras instalaciones eléctricas, tales como los tendidos eléctricos aéreos y centrales de energía, es más difícil proporcionar a las turbinas eólicas los conductores de protección que se pueden disponer alrededor o por encima de la turbina eólica. Esto es debido al tamaño físico y a la naturaleza de las turbinas eólicas. Las turbinas eólicas suelen tener dos o tres palas con un diámetro de varias decenas de metros hasta 100 metros o más. El rotor gira a una gran altura por encima del suelo. Además, hay un uso extensivo de materiales aislantes compuestos, tales como plástico reforzado de fibra de vidrio, como componentes de soporte de carga. Consideraciones aerodinámicas y la consideración de las palas de giro rápido también tienen que ser tomadas en cuenta para un sistema de protección contra rayos.
El sistema de conducción de rayos de una pala de turbina eólica típica consta de uno o más receptores metálicos conectados a un conductor de bajada que lleva la descarga del rayo desde el o los receptores al cojinete de pala y, eventualmente a través de la torre, a tierra. El rayo cae sobre las palas y no se nota primariamente a menos que haya daños externos. Sin embargo, las conexiones internas del conductor de bajada pueden resultar dañadas y no se encuentran fácilmente, a menos que se compruebe la continuidad mediante la comparación de la respuesta óhmica entre el o los receptores y la torre o la tierra. Para tener acceso al receptor de la punta de la pala se requiere una grúa o un caro aparato de cesta para operario. Este proceso de prueba es laboriosa, difícil y costoso, y sólo se puede realizar cuando el tiempo lo permita.
El documento DE 10 2005 017 865, por ejemplo, desvela un sistema contra rayos para una turbina eólica que incluye un circuito de mantenimiento.
En vista de lo anterior, de acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona una pala de rotor para una turbina eólica, de acuerdo con la reivindicación 1 adjunta.
Otras realizaciones que se refieren a las turbinas eólicas que incluyen palas de rotor y sistemas de protección contra rayos se describen en la presente memoria descriptiva, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:
la figura 1 ilustra un dibujo esquemático de una turbina eólica que incluye un sistema de protección contra rayos para las palas de rotor, de acuerdo con un aspecto de la presente invención:
la figura 2 ilustra una porción de una pala de rotor que incluye receptores y un conductor de bajada en una pala de rotor, de acuerdo con un aspecto de la presente invención;
la figura 3 ilustra una porción de un conductor de bajada conectado a un receptor, de acuerdo con un aspecto de la presente invención;
la figura 4 ilustra un dibujo esquemático de una pala de rotor que incluye un sistema de protección contra rayos para la pala de rotor, de acuerdo con un aspecto de la presente invención; y
la figura 5 ilustra un dibujo esquemático de una pala de rotor que incluye un sistema de protección contra rayos para la pala de rotor, de acuerdo con un aspecto de la presente invención.
A continuación se hará referencia en detalle a los diversos aspectos y realizaciones de la invención, uno o más ejemplos de la cual se ilustran en las figuras. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención y no se debe entender como una limitación de la invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de un aspecto se pueden utilizar en, o en combinación con, otros aspectos para producir todavía otro aspecto adicional. Se pretende que la presente invención incluya tales modificaciones y variaciones.
Las palas de turbinas eólicas modernas son estructuras fabricadas de diversos materiales, tales como plástico reforzado con vidrio (GRP) , madera, laminado de madera y plástico reforzado con carbono (CRP) . Las piezas y componentes, tales como las bridas de montaje, pesos, cojinetes, alambres y cables eléctricos están fabricados de metal.
En particular, para las palas construidas completamente de materiales no conductores, los puntos de descarga para los rayos, es decir los receptores, se encuentran principalmente cerca de la punta o distribuidos sobre la pala.
El problema genérico de la protección contra rayos para las palas de turbina eólica es conducir la corriente del rayo de forma segura desde el punto de descarga al cubo. Por lo tanto, el sistema tiene que estar plenamente integrado en las diferentes partes de la turbina eólica para garantizar que todas las partes que puedan ser puntos de descarga para los rayos son capaces de resistir el impacto de la descarga de los rayos.
La figura 1 ilustra una turbina eólica 100 a la que se puede aplicar el sistema de protección contra rayos de la presente invención. En la parte superior de la torre 20 se encuentra situada la góndola 54. El cubo 26 está montado giratoriamente en la góndola 54. El cubo está conectado además a las palas 28 de rotor. El punto más alto de incidencias de los rayos 105 está dado por la altura 32 de la torre y la longitud 34 de la pala, que es el radio del rotor, respectivamente. Con el fin de estar dentro de una clase de seguridad de protección contra rayos predeterminada, se debe impedir que rayo más próximo a una distancia predeterminada a una parte de la turbina eólica pueda dañar la instalación. La distancia del rayo 105 a la turbina eólica produce la distinción de las diferentes clases de seguridad de protección contra rayos. Un procedimiento general es el procedimiento de la esfera rodante para determinar las clases de protección contra rayos. De esta manera, una esfera 130 que tiene un radio 132 rueda virtualmente sobre cada parte del sistema a proteger. El área en riesgo de impacto de rayo es definida como la esfera cuyo centro es el canal director del rayo. La superficie de la esfera 130 es considerada como esos puntos desde los que se puede producir una descarga.
Diferentes radios se proporcionan para las diferentes clases de protección contra rayos, por ejemplo, 20 metros para la clase I. Para cada emplazamiento de la superficie una descarga de rayo tiene una cierta probabilidad. Cuanto menor sea el radio, más probabilidades habrá de que se produzca una descarga de rayo. Se proporciona protección para cada posición posible de la esfera 130 con un radio 132 que rueda sobre la turbina eólica.
Por ejemplo, con el fin de ser clase de seguridad de protección contra rayos 1, el rayo debe ser capaz de llegar tan cerca como la esfera 130 con el radio de 20 metros y la turbina eólica debe ser protegida de los rayos con un canal director que llega a una distancia tal que esa esfera de puntos con una posible descarga no toque la instalación. En otras palabras, es deseable tener un sistema de protección contra rayos para la turbina eólica y componentes de la misma de tal manera que la esfera con un radio que corresponde a una distancia que podría dañar la turbina eólica o a los componentes de la misma no toque la superficie de la turbina eólica.
Los receptores 110, 110' están situados sobre las palas 28 de rotor. Los receptores están conectados al conductor de bajada 120 dentro de las palas. Además, se establece una conexión eléctrica a través del cubo 26 y del conductor 122 de tal manera que las corrientes de los rayos que descargan sobre los receptores podrían circular a través del conductor de bajada 120, el conductor 122, que está puesto a tierra como se indica por la referencia 123.
De este modo, la protección contra rayos de las palas 28 se establece proporcionando los receptores 110, 110' en los puntos... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Una pala (28) de rotor para una turbina eólica (100) que comprende:
un cuerpo de pala (28) de rotor;
al menos un receptor (410) , adaptado para ser un emplazamiento para el impacto de un rayo;
al menos un conductor de bajada (300) conectado al el al menos un receptor (410) y situado dentro del cuerpo de pala de rotor, comprendiendo el, al menos, un conductor de bajada:
un primer conductor (310) conectado al el al menos un receptor y una conexión a tierra de la turbina eólica; que se caracteriza por:
un segundo conductor aislado (320) conectado al el, al menos, un receptor y un emplazamiento sin 10 conexión a tierra de la turbina eólica en el que el segundo conductor aislado (320) se encuentra sustancialmente dentro del primer conductor (310) ;
en el que se forma un trayecto desde la conexión a tierra del primer conductor (310) al emplazamiento sin conexión a tierra del segundo conductor aislado (320) , facilitando el trayecto una prueba de continuidad que se utiliza para evaluar una condición del trayecto.
2. La pala (28) de rotor de la reivindicación 1, en la que el al menos un receptor (410) está situado cerca de una punta del cuerpo de pala de rotor.
3. La pala (28) de rotor de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la conexión a tierra del primer conductor comprende uno o más de entre:
un cojinete de pala, un cojinete de inclinación longitudinal y un perno de la sección de raíz de la pala.
4. La pala (28) de rotor de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el primer conductor (310) es uno o más de entre:
un conductor de cobre, un conductor de aluminio y un conductor de aluminio tejido.
5. La pala (28) de rotor de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el primer conductor (310) y el segundo conductor aislado (320) forman sustancialmente un conductor coaxial.
7. Un sistema de protección contra rayos para una turbina eólica (100) , teniendo la turbina eólica una góndola, un cubo y una o más palas (28) de rotor como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.
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