[发明专利]风力涡轮机雷电保护系统

说明书

技术领域

本发明大致涉及风力涡轮机，更具体地，涉及用于风力涡轮机及 其相关的叶片的雷电保护系统和方法。

背景技术

很多种的用于保护风力涡轮机及其相关的叶片的雷电保护系统 在本领域是已知的。风力涡轮机经常直立在开阔空间中或者在近些年 位于海上，它们经常是所处地方的最高点，因此经常遭到雷电袭击。 风力涡轮机叶片的尖端达到最高位置，因此是雷电冲击的常见位置。

过去，叶片经常由非导电材料诸如玻璃纤维制成的事实导致相信 雷电不是问题。然而，这样的叶片经常被薄层的尘埃、盐或污染物以 及湿气覆盖，传导电流的风险是存在的并导致若干未被保护的叶片被 雷电损坏或破坏。

建立用于风力涡轮机叶片的雷电保护的问题已产生若干不同的 解决方案。一个解决方案意在防止来自冲击风力涡轮机叶片的雷电的 电流进入发电机和其它位于风力涡轮机上部的电气和电子部件。这通 过从叶片传导电流至风力涡轮机的塔筒并传导至大地来完成。

基于其高度和暴露的位置，风力涡轮机为雷电冲击提供优选的冲 击位置。在雷电高发区的风力涡轮机装置特别需要完善的保护系统。 最受危及的部件是电气装置、控制电子装置和叶片。后者由玻璃纤维 加强塑料制成。由于雷电对它们的损坏或破坏导致设备很长的停工 期。

现代风力涡轮机装备有大约50m长的叶片。尽管由绝缘的玻璃纤 维加强塑料制成，叶片形成雷电放电优选的冲击位置。这些叶片装备 有雷电保护系统(LPS)以避免雷电冲击的损坏或破坏。最普通的LPS 由若干在叶片壳中填充并在内部通过引下线连接大地的金属离散接 收器构成。接收器为雷电冲击提供限定的冲击位置。对于更短的叶片， 此想法被证实是满足需要的，但对于更长的叶片，叶片表面的一些部 分依旧是未被保护的。

由于此问题，其它的雷电保护系统已被提出。一种系统包括在叶 片壳的外部上的金属格、导电和柔性的薄片的迭片结构。然而，包括 金属格到迭片结构中的过程的工艺步骤使得迭片结构更复杂并由于 更高的材料费用还可增加成本。

考虑到前面所述，提供避免这些问题和费用的涡轮机叶片雷电保 护系统是有利的。

发明内容

简要地，根据一个实施例，风力涡轮机雷电保护系统(LPS)包括 玻璃增强纤维或碳增强的风力涡轮机叶片，叶片包括尖端部分，尖端 部分适配有设置在尖端部分上或在其内部中的封装尖端部分以增加 雷电流和先导流在电场控制区域的放射并促使雷电放电施加在尖端 部分的电场控制区域，电场控制区域与设置在风力涡轮机叶片中的风 力涡轮机叶片引下线电连通，其中，电场控制区域和引下线一起操作 以通过控制雷电冲击在尖端部分产生的电场来保护风力涡轮机叶片 不由于在风力涡轮机叶片尖端的雷电冲击而损坏。

根据另一个实施例，风力涡轮机雷电保护系统(LPS)包括纤维或 碳增强的由吸力侧和压力侧构成的风力涡轮机叶片，风力涡轮机叶片 包括尖端部分，风力涡轮机叶片的尖端部分由完全地封装尖端部分的 导电或半导电材料构成，其限定电场控制区域，风力涡轮机叶片的吸 力侧和压力侧各由具有与电场控制区域类似的特性的增强区域构成， 其中电场控制区域和增强区域一起构造成在预定的通道上传导和引 导雷电放电以控制在尖端部分的雷电冲击产生的电场。

根据又一个实施例，风力涡轮机雷电保护系统(LPS)包括：

纤维或碳增强的风力涡轮机叶片；

设置在风力涡轮机叶片的尖端部分上或在其内部中并完全地封 装风力涡轮机叶片的尖端部分以限定电场控制区域的导电或半导电 材料；和

设置在风力涡轮机叶片的其余部分上或在其内部中以完全地封 装风力涡轮机叶片的其余部分并限定具有与电场控制区域类似的特 性的增强区域的导电或半导电材料，电场控制区域和增强区域一起限 定构造成提供在风力涡轮机叶片尖端的雷电放电的电场控制的法拉 第笼区域。

附图说明

通过下文的具体介绍并结合附图，可以更好地理解本发明的这些 以及其它特征、方面和优点。附图中同样的符号代表同样的部分，其 中：

图1显示根据本发明的一个实施例的风力涡轮机叶片尖端的雷电 保护机构；

图2显示根据本发明的另一个实施例的风力涡轮机叶片尖端的雷 电保护机构；和

图3显示根据本发明的又一个实施例的风力涡轮机叶片尖端的雷 电保护机构。