[发明专利]用于风力涡轮机的雷电保护系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机系统的领域。而且，本发明涉及用 于保护室外使用的设备、特别是风力涡轮机免受雷击破坏的雷电保护 系统。此外，本发明涉及风力涡轮机系统，以及保护室外使用的设备、 特别是风力涡轮机免受雷击破坏的方法。

背景技术

风力涡轮机需要装备有雷电保护系统，以便确保在闪电或 雷击中的大电流可以被传导至地而不会破坏该涡轮机的部件。

风力涡轮机叶片可能是风力涡轮机上在雷击中暴露最多 的部分，因此风力涡轮机雷电保护系统的工作就是提供从叶片到地的 保护性传导通路。这可能会是挑战性的，因为风力涡轮机的某些部件 能够相对于彼此转动。特别是，风力涡轮机叶片能够围绕它们各自的 纵轴线转动(即倾斜)，同时风力涡轮机承载这些叶片的主轴能够相 对于风力涡轮机的吊舱转动。而且，吊舱还能够围绕风力涡轮机的竖 直轴线转动以确保风力涡轮机总是面对风，即吊舱能够围绕其偏航轴 线转动。这样，来自击中了风力涡轮机叶片的雷击的电流在其途径上 会经过自由转动的轴承再到达大地。

倾斜和偏航移动都是相对缓慢的，且都被限制在其范围 内。因此，提供旁路绕过该倾斜和偏航轴承的传导通路是比较容易的， 例如通过使用金属电刷或者滚子。

不过，风力涡轮机的主轴以比倾斜和偏航轴承更高的速度 连续转动。主轴可以通过一个或多个巨大的轴承由吊舱的底座支撑。 这些巨大的轴承也由金属制成，并由此为雷击中的电流提供自然的传 导通路。不过，由于轴承的滚动元件与内外圈之间的有效接触面积可 能较小，所以在内外圈的这些接触面积内可能会产生大的电流密度。

在接触面积内的高电流密度可能会生成高温，该高温可能 会导致对轴承的破坏。

EP1788241A2公开了一种用于对由雷击生成的电流进行 引导的方法。该方法包括将来自风力涡轮机主轴的电流引导到附接至 该轴的制动盘，并且将电流从制动盘引导到火花间隙与被耦接到处于 地电压的向下引导体的滚子机构这二者中的一个。

EP1568883A2描述了一种风能发电机，包括位于安装在 柱上的壳体之内的螺旋桨驱动的发电机。通过被耦接到地的导体系 统，该风能发电机被保护以防雷击。因此，该风能发电机使用了集电 环与电刷以在转动零部件与固定零部件之间提供连接。

发明内容

本发明的目的是提供一种能抵抗雷击的风力涡轮机。

通过根据独立权利要求的主题，特别是通过一种雷电保护 系统、风力涡轮机系统以及保护用于室外使用的设备、特别是风力涡 轮机免受雷击破坏的方法，从而实现所述目的。通过从属权利要求对 本发明的示例性实施例进行了描述。

根据本发明的第一示例性实施例，提供了一种用于保护室 外使用的设备、特别是风力涡轮机免受雷击破坏的雷电保护系统。该 雷电保护系统包括扼流元件。该扼流元件适于围绕设备的轴安装，使 得经过该轴的电流会在扼流元件内引起感应的磁通流。

根据本发明的另一个示例性实施例，描述了一种保护室外 使用的设备、特别是风力涡轮机免受雷击破坏的方法。围绕轴安装有 扼流元件。经过轴的电流会在该扼流元件内引起磁通。

关于用于室外使用的设备，可以描述成想要被用在自然环 境中的电子设备，因此该电子设备可能直接暴露给雷暴和暴风雨。被 保护的设备可以包括例如应当被保护的以避免由雷击引起破坏的风 力涡轮机。

扼流元件可以包括围绕风力涡轮机的轴而安装的环状元 件。扼流元件可以被耦接到轴，而无需在该轴与该扼流元件之间提供 任何电链路。扼流元件可以以这样的方式被耦接，使得例如在该轴内 的电流会在该扼流元件内引起磁通，并因而在该扼流元件内感应出感 应电流。不过，在轴与扼流设备之间的电耦接应当被防止。

只要可以防止电耦接，那么扼流元件可以围绕轴物理接触 地安装，或者也可以围绕轴但没有任何物理接触地安装。扼流元件可 以被固定到风力涡轮机的壳体或者吊舱，使得在该扼流元件与轴之间 不形成物理接触，即具有间隙。此外，如果扼流元件被电绝缘，那么 该扼流元件还可以被固定到轴，例如通过压入配合连接。扼流元件可 以是一个完全围绕该轴的环，但是也可以是具有间隙的环，使得该轴 将仅被部分围绕。