[发明专利]雷电保护系统

说明书

本发明描述了一种风力涡轮机（2）的雷电保护系统（1），包括叶片雷电导体（10），其被布置在风力涡轮机（2）的转子叶片（20）中以便延伸到轮毂（21）中；静止导体（14），在雷电冲击期间提供向大地（GND）的叶片接地路径（P_B）；以及电刷（B），其被布置成电气连接叶片雷电导体（10）和静止导体（14）；该雷电保护系统（1）特征在于放电部件（R、R'），其被布置为提供从叶片雷电导体（10）向大地（GND）的分离的放电路径（P_D）。本发明还描述了风力涡轮机，以及用雷电保护系统装备风力涡轮机的方法。

技术领域

本发明描述了风力涡轮机的雷电保护系统，以及包括这样的雷电保护系统的风力涡轮机。

背景技术

诸如风力涡轮机之类的高大结构装备有雷电保护系统（LPS），该雷电保护系统服务于接收一个或多个特定场所或接受体处的冲击，并且在雷电冲击期间将由此发生的电流转移到大地。风力涡轮机的叶片由于其长度而特别易受雷电冲击所影响。风力涡轮机的LPS因此一般包括用于每一个叶片的雷电导体，该雷电导体布置在叶片内部中并且沿其长度从基座延伸到尖端。叶片一般安装到轮毂（hub）或旋转器（spinner），并且组合布置相对于静止机舱（nacelle）或顶盖而旋转。旋转组件借助于轴承连接到静止机舱。为了将旋转轮毂和叶片布置电气连接到相对静止的机舱，叶片的每一个LPS导体终止于滑动电刷（slidingbrush）中，该滑动电刷实施到布置于轮毂中的静止导电环的电气连接。导电环继而电气连接到大地，使得在向叶片的接受体的雷电冲击的情况下，电流看到沿叶片雷电导体并且跨过电刷到大地的直接路径。

关于这种雷电保护系统的问题由于电气系统的以下本性而出现：该本性通过移动和静止的雷电导体、它们之间的接口、外部环境、以及轮毂内部的环境来限定。当长叶片移动通过空气时，静电将在LPS导体上累积并且因此还在电刷上累积，特别是当空气非常干燥时。在提升的电场势存在的情况下（例如在暴风雨期间），累积在长LPS下导体（down-conductor）上的静电水平可能是极端的。此外，邻近区域中强有力的无线电发射器可以引起LPS下导体中的高频电流，所述LPS下导体有效地充当天线。在理想LPS环境中，累积在下导体上的静电或者在下导体中的感生电流将不是问题，因为滑动电刷的目的是提供向大地的放电路径。然而，轮毂内的环境不是理想的，因为以油类、油脂和/或颗粒形式的污染减损了滑动电刷的功能。润滑剂可以从轮毂中的各种驱动器、电机和水力组件逸出或泄露，并且可以作为薄膜沉积在轮毂内部中的任何表面之上。即使这样的组件被良好地密封，也基本上不可避免的是某一数量的油脂或油类将随着时间的进程而逸出。如果沿着由滑动电刷行进的路径沉积油脂薄膜，则油脂膜有效地充当叶片导体和电气地之间的绝缘体。作为结果，电压将累积在电刷和油脂薄膜之间。最终，电压将达到针对该薄膜的击穿电压的水平，在该点处绝缘体崩溃（collapse）并且导电，从而允许累积的静电放电到大地。在放电之后，静电将再次开始累积，并且累积/击穿循环将无限期地重复。

击穿放电火花与宽带电磁辐射的发射相关联。风力涡轮机的LPS因此无意地充当电磁噪声的源。电磁噪声的水平可以达到损害对各种标准规定的电磁兼容性（EMC）限制的遵循的水平。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种用于风力涡轮机的雷电保护系统，其克服了以上描述的问题。

该目标通过权利要求1的风力涡轮机雷电保护系统；通过权利要求8的风力涡轮机；以及通过用雷电保护系统装备风力涡轮机的权利要求10的方法而实现。

根据本发明，风力涡轮机雷电保护系统包括叶片雷电导体，其被布置在风力涡轮机的转子叶片中以便从叶片尖端区延伸到轮毂中；静止导体，其在雷电冲击期间提供向大地的叶片接地路径；以及电刷，其被布置成电气连接叶片雷电导体和静止导体；该雷电保护系统特征在于放电部件，该放电部件布置为提供向大地的电气分离的放电路径以用于叶片雷电导体上的静电荷累积。