[发明专利]用于具有碳纤维层板的风力涡轮机叶片的雷电传导系统

说明书

技术领域

本发明目的是为现有风力涡轮机叶片提供雷电传导系统。用增加一装置来获得新的避雷系统，该装置减少通过碳纤维层板传递的闪电的电流部分。

背景技术

风力涡轮机在给定的高度，其修建在抬高的区域，该区域没有其他具有类似高度的物件，那有很高的被闪电击中的危险，特别是在叶片上。因此，叶片必需配备避雷保护系统和任何安装在叶片内的其他附加系统，叶片具有导体部件(金属零件、传感器、照明系统等)，必需避免闪电球的直接影响和由球电流引发的电磁场的间接影响。

风力涡轮机叶片的避雷保护系统的主要部件是一系列安装在叶片表面的金属接受器和将闪电球从接受器传输到叶片根部的电缆线。

随着其提供电力的增长，风力涡轮机的改进产生新一代的风力涡轮机，其尺寸在塔高和转子直径限度内不断增长。叶片延长迫使其硬度增加。通常在叶片上使用大量碳纤维基层板来获得这个硬度。然而，碳纤维层板是导体，必须与避雷保护系统线缆同时连接来阻止电缆和层板之间的内部电弧以及闪电球直接击中碳纤维层板。

就这点而言，国际专利WO2006051147展示了“具有碳纤维层板的风力发电机的雷电传导系统”，可以被引用，因为在叶片梁结构内的碳纤维的使用需要这个材料与雷电传导系统等电位。这样做，雷电传导系统的主电缆配备旁路来直接与碳纤维层板连接。那些辅助电缆通过螺栓联接连接到与碳纤维层直接接触的金属盘。在结合区域使用附加导体树脂来提高电连接。

这个解决方案中，跨越电缆和碳纤维层板传输的电流的分布不可控制，使得电流跨越碳传输而不损害它甚至更困难，因而迫使一个装置来连接于系统的电缆线一起的碳纤维层板并通过如本发明目的的碳纤维控制电流流通。

发明内容

目前使用的更长的叶片需要合适的内部叶片梁(经受得起最大压力的结构部件)来加固。该梁具有增加的碳纤维层，在传导通过从雷电传导系统而不是梁层下来的电缆的强电流时，导致一个问题(由于厚的和宽的层板给电流通道提供更少的电阻)。

本发明的目的是改进用于具有较短叶片和叶片梁上具有较少数量碳纤维的现有雷电传导系统。

本发明的另一个目的是包括一个装置，该装置在碳纤维层板和雷电传导系统的导体电缆之间至少一个现有的连接中，来控制通过碳纤维层板传输的球的电流部分。

本发明的另一个目的是通过高导电部件形成的电流控制装置，来减少通过碳纤维层板传输的球的电流部分。

上面提及的是通过将碳纤维层板和导体电缆连接来获得。这样，避雷保护系统转换成两个平行的分支电流：一个分支由电缆线形成，具有低电阻和高感应系数，而另一个分支由碳纤维层板形成，具有高电阻和低感应系数。当闪电击中电缆上的一个接收器时，避雷保护系统必须疏散球电流，其波形特征在于，具有第一阶段，其中，电流急速升高，随后的第二阶段，电流缓慢下降。当这个电流注入与电缆并联的碳纤维层板形成的回路时，电流如下分布：

-在急速升高阶段，大多数电流通过较低感应系数(碳纤维层板)的导体传输；

-在逐渐下降阶段，大多数电流通过较低电阻(导体电缆)导体传输。

上述的电流分布，在放电的开始，碳纤维层板经受大电流峰值，相反，基于叶片增加的尺寸，碳纤维层板(更宽且更厚)的感应系数下降。这促使碳传导的电流部分增加。闪电球放电的传输在金属元件内执行很简单，在碳层板中很复杂，其包括树脂在100℃和200℃之间退化。

使用放置在碳层板和导体电缆之间的连接中的具有高感应系数的装置的主要优点是其减少通过碳层板的电流通道并帮助通过金属电缆的传导。

另一个优点在于不必在碳和导体电缆(在层板的开始和结尾处)之间的两个连接内使用一个装置；只须在两个连接中的一个处使用一个装置就可以满足。

附图说明

图1显示了碳法兰和通过叶片截面芯部的电缆之间的相对位置。

图2显示了与碳纤维连接的盘以及具有辅助电缆的旁路。

图3显示盘和碳纤维之间连接的细节和带有高感应系数的装置的来自主电缆的辅助电缆的旁路。

具体实施方式

如图1所示，本发明目标的具有碳纤维层板2的叶片1中的雷电传导系统采用基于主电缆6的雷电传导系统，另外，主电缆上，安装一些旁路来直接与碳纤维层板2连接，从而确保两个系统等电位。