[发明专利]一种风电叶片防雷系统及风电叶片

说明书

本发明公开了一种风电叶片防雷系统及风电叶片，包括覆盖在叶片壳体表面的碳纤维布层、至少一层的金属带和连接整机防雷系统的引下线，所述碳纤维布层将雷电导流至所述金属带，所述金属带通过导线与所述引下线连接。风电叶片包括本发明的防雷系统。本发明的防雷系统使碳纤维布层充当导体和承载结构双重角色，减轻了防雷系统的重量，同时能够有效防护叶片，实现了风电叶片的轻量化。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种风电叶片防雷系统及风电叶片。

背景技术

风力发电机主要靠风电叶片捕获风能，风电叶片的长度直接影响风力发电机捕获风能的能力和风力发电机组的输出功率，风电叶片因性能改进的需求越来越长。叶片延长后，重量会呈指数增加、重心也会向叶尖偏移，从而导致重力疲劳载荷和离心载荷显著增大，叶片与机组可靠性降低、成本增加。因此，推广叶片族系延长设计技术必须实现叶片轻量化。

目前，风力发电机叶片均包含避雷系统，避雷系统主要由设置于叶片表面的接闪器和叶片本体内部导线构成，所有接闪器与导线连接，导线在叶根处设置与整机的接口，接闪器接收雷电并通过导线连接到整机的避雷系统，从而避免叶片本体玻璃钢遭受雷击。这套传统防雷系统含有铜线、固定铜线的玻纤布、铜基座、玻璃钢支架、接闪器、粘接胶等，重量比较大。

发明内容

本发明针对采用风力发电叶片防雷系统轻量化和可靠性问题，采用碳纤维导体，同时提出碳纤维与引下线之间连接结构，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种风电叶片防雷系统及风电叶片。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种风电叶片防雷系统，所述防雷系统包括覆盖在叶片壳体表面的碳纤维布层、至少一层的金属带和连接整机防雷系统的引下线，所述碳纤维布层通过将雷电导流至所述金属带，所述金属带通过导线与所述引下线连接。

随着叶片技术的进步，特别是碳纤维在叶片领域的运用，碳纤维可以被运用在叶片防雷系统中充当导体和承载结构双重角色，通过在叶片表面铺设碳纤维布层，碳纤维通过下引线连接到防雷系统根部导线，在叶片遭受雷击的时候将雷电流引导到风电整机的避雷系统。

本发明将碳纤维布应用于防雷系统，通过在叶片表面铺设碳纤维布层，碳纤维布通过下引线连接到防雷系统根部导线，在叶片遭受雷击的时候将雷电流引导到风电整机的避雷系统，碳纤维布既能承受结构载荷，又可将雷电传导至引下线，在叶片防雷系统中承担导体和承载结构双重作用，从而降低叶片防雷系统的重量，同时能有效防护叶片。

优选的，所述碳纤维布层通过至少一层的附加碳纤维布层将雷电导流至所述至少一层的金属带。

优选的，所述附加碳纤维布层设置有多层，所述金属带设置有多层，且多层的附加碳纤维布层与多层的金属带交替设置。

碳纤维布层与引下线之间设置多层附加碳纤维布层与金属带，附加碳纤维布层与碳纤维布层及金属带交替重叠，减小电阻从碳纤维布层到金属带的突变程度，从而在雷电流从碳纤维布层传导至引下线的过程中，减少雷电流对碳纤维布层附近区域的碳纤维的损伤，减少使用碳纤维布层优选的，防雷系统的风力发电叶片损伤的程度。

优选的，各附加碳纤维布层的叠加面积一致，各附加碳纤维布层完全覆盖金属带。

优选的，各附加碳纤维布层的叠加厚度满足通过电流的能力达到雷电流标准200KA，使雷电流通过多层的附加碳纤维布层分散到多层的金属带并最终导流至所述引下线。优选的，所述金属带与碳纤维布的连接位点位于距离叶根在叶片长度30％以内的区域。

整机防雷系统多布置于叶根，引下线和导线又与金属带相连，将金属带和碳纤维布的连接位点布置在靠近叶根处，更加靠近防雷系统，能够节省引下线与导线的用量，从而减轻防雷系统整体的重量。