[发明专利]防雷电风力发电机保护系统

说明书

发明目的

此发明是关于一种安装在风力发动机上经过特殊设计的系统，也可用于其它的存在被大气放电，即闪电，击倒的可能性的运动装置。

本发明为针对的保护对象提供防雷击系统。

发明背景

众所周知，过去的十年里，在西班牙以及其他国家，风力发电场的数量明显增多。举个例子，到2007年底，西班牙装机容量仅次于德国和美国之后位于世界第三位，能量产量大约为27.026GWh。

预计在全球范围内装机容量将以非常显著的形式增加，2010年将达到170GW，预计2010年西班牙将达到20.155MW，2016年29.000MW。

这些设施主要位于易受雷电击中的地方。因此，一个闪电可能会在一个瞬间对风力发电机造成严重损伤。

这种雷电冲击造成的损伤主要发生在叶板或叶轮机上，因此叶轮机需要一个防雷击保护的有效系统。

闪电一般出现在4月到9月，出现在8月份的比例最高。最近也发现12月也出现了闪电。另一个要注意的方面是全世界范围内的闪电击中陆地的数量都在增加。如果来计算它的数量，以1960年设为0个单位，1997年就约为15，2007年约为100。这些数值表明闪电击中陆地的数量在逐步增加。

因此，如果风力发电机的数量以几何学方式增加，闪电击中地面的数量也以相同方式增加，可以预料可能发生在风力电场的灾难会越来越多。

也许在风力电场发生的第二个最重要的问题就是有关风力发电机，闪电会击中它任何一个部位，虽然更具体的来说是会击中叶片。据估计20%的风力发电机断裂，多于25%的成本花费都是由闪电击中造成的。

从这个意义上讲，闪电往往会击中一个特定地区的最高点。出于此原因，由于风力发电机所处位置的高度以及它自身的高度，使它成为了被击中的目标。叶片是风力发电机最昂贵的部件之一，闪电会对没有保护的叶片造成极度破坏性的影响。出于此原因，在风力发电机和叶片的技术方面最重要的问题之一就是避免闪电击中。也许，解决闪电和结冰的问题，在风力发电能量领域是最紧迫需要面对的挑战。 

虽然地面上的现代风力发电机的体积越来越大，从而增加了被闪电击中的风险，水上风力发动机比地面上的更容易遭受闪电击中，然而，所有带叶片的设备，无论大小，在任何时间都会可能遭到闪电击中。

闪电会对没有保护的叶片造成严重的破坏。不同的研究表明闪电往往会打中离根基最远的部分，因为它也是最高的部分。在此情况下，从接触点通过导电部分到凸缘产生一个电弧，可以达到30.000oC的高温。其结果就是导致在叶片上的空气膨胀爆炸。其产生的影响包括对表面的破坏，压力、压轧产生的损坏，被打中的边缘和根部部分的破裂，以及粘贴的部分发生融化。闪电也能造成不可见的损坏并造成降低叶片使用寿命的长期问题。

不受保护的叶片在遭到雷击时会极其脆弱。因此，到目前为止所有风力发电机的叶片都受到防雷电的保护。保护系统在基于富兰克林型避雷器的原理上，也就是之前讲过的原理，进行了一系列的改进，包括在雷电接收器中增加了新材料，很多时候，在必须要更换接收器中所使用过了的材料之前，叶片能够承受几次雷击的影响。

综上所述，当今对叶片设计的理论是基于雷电通常会击中叶片尖端，然后导入地面这一实际情况出发的。该保护系统由两个主要部分组成：位于叶片表面的接收器和传导雷击能量的内部电缆系统。当受雷击时，接收器拦截雷电，电缆系统从叶片把电量传导到塔里，然后再到达地面。接收器就是雷电打中叶片上的所有导电点。

发明说明

此风力发电机保护系统发明可以完全令人满意地解决以上提到的问题，它抑制放电，而不是闪电直接通过风力发电机到达地面。

推荐的此系统创建在一个电场补偿装置上，此装置连接在风力发电机的叶片和其它构造上，这些其它的构造通过风力发电机的塔身与地面接触。

上面提到的电场补偿装置与电场传感器、电磁场传感器、空气相对湿度传感器，温度和大气压力传感器向连接。

通过这些传感器进行必要的参数分析来决定电场补偿装置的运行状态，以此来作为它的开关。

这些参数可以用来分析：周边环境放电水平，周边环境电磁场水平，能够全方位提早检测到暴风雨，风速，温度，空气相对湿度和大气压力。