[发明专利]横向传导雷电保护系统

说明书

技术领域

本发明一般地涉及雷电保护系统，且更具体地，涉及用于风力涡轮机叶片和飞机机翼(翼型件)的雷电保护系统。

背景技术

本领域已知用于保护风力涡轮机及其相关的叶片的多种雷电保护系统。风力涡轮机常竖立在空地中，或者近年来竖立在海中，在那里它们形成最高点且常吸引雷电。风力涡轮机叶片的末梢到达最高位置且因而成为对于雷电而言通常的冲击部位。

过去，叶片常由非传导性材料例如玻璃纤维制成的事实导致认为雷电不是问题。但是，此类叶片常由一薄层灰尘、盐或污染物以及湿气一起覆盖，传导电流的风险是实在的，并且导致若干未受保护的叶片被雷电损坏或者毁坏。最近的发现已经证明转子叶片的几何形状在雷电电弧形成和放电过程中也起到决定性的作用。

形成对风力涡轮机叶片的雷电保护的问题已经产生了若干不同的解决方案。一个解决方案意在防止袭击风力涡轮机的叶片的来自闪电的电流进入发电机以及位于风力涡轮机的顶部或者外罩中的其它电子和电气部件。这通过将电流从叶片导向风力涡轮机的塔架并导向地面或接地系统而实现。

基于它们的高度和暴露位置，风力涡轮机对于雷击提供了优选的冲击位置。在具有高雷电活动地区的风力涡轮机设备尤其要求成熟的保护系统。大部分遭受危险的部件都是电气设备、控制电子装置和叶片。较晚的叶片由玻璃纤维或碳纤维增强的塑料制成。它们由于雷电的损坏或毁坏导致最长的设施停机时间。

现代风力涡轮机装备有长度大约37米及以上的叶片。虽然由电气绝缘的玻璃纤维增强塑料制成，但叶片形成用于雷电放电的优选的冲击点。为了防止由雷击导致的损坏或毁坏，这些叶片配备有雷电保护系统(LPS)。最普通的LPS由若干金属的离散接收器组成，接收器实现成叶片壳体，且通过引下线内部地连接到地。接收器为雷击提供限定的冲击位置。预期雷电放电在转子叶片的外部上从一个接收器连通到另一个接收器，以便减少转子叶片内放电和电弧的形成。对于较短的叶片，此概念证明是有效的，但是对于较长的叶片，叶片表面的一些部分继续未受保护。

现有技术的风力涡轮机叶片雷电保护系统使用了各种形式的离散外部接收器，其沿转子叶片表面分布，以吸引闪电放电。由于接收器的有限数目，雷击击中两个接收器之间的叶片，导致复合材料的部分到完全毁坏的可能性很高。

由于此问题，已经提出了替代的雷电保护系统。一个系统包括到外叶片壳体上的金属网格、传导性和柔性的箔片叠层。然而，将金属网格包括在叠层过程中的处理步骤使得处理步骤更加复杂，并且还会由于更高的材料开支导致增加成本。

以类似的方式，用于飞机机翼(翼型件)的现有技术的雷电保护系统使用在表面上的各种形式的传导性路径的结合，例如网状结构，尤其是对于基于复合材料的机翼，其具有可由雷电附着点导致部分及局部损坏的缺点。靠近用于翼型件的雷电附着点的区域会经常被损坏，这在一些情况下需要在着陆后附加的修理，或者至少需要检查。此情况可导致飞机更多的停飞时间，并因而增加运营成本并降低飞机的可用性。

鉴于上述情况，提供避免前述问题和花费的用于风力涡轮机叶片和飞机机翼(翼型件)的雷电保护系统将是有利的。

发明内容

简而言之，根据一个实施例，一种雷电保护系统(LPS)包括玻璃增强纤维或碳增强的风力涡轮机叶片或飞机机翼，该叶片或机翼包括末梢区、吸力侧及压力侧。在叶片末梢区或机翼末梢区内侧并在吸力侧和压力侧之间设置了传导性或半传导性的大体上平坦的元件。该传导性或半传导性的大体上平坦的元件强加了预定的电场分布图形或所谓的电场控制区域，其导致雷电放电附在末梢区上。该传导性或半传导性的大体上平坦的元件与传导路径成电气连通或者电化连接，使得该电场控制区域和传导路径一起起作用，通过控制在末梢区中或整个叶片上由雷击导致的电场分布来保护风力涡轮机叶片或飞机机翼免遭由于风力涡轮机叶片或飞机机翼(翼型件)的末梢区中的雷击造成的损坏。

附图说明

当参考附图阅读以下具体实施方式时，本发明的这些和其它特征、方面以及有点将变得更好理解，其中贯穿附图，相似的标号代表相似的部件，其中：

图1图示了根据本发明的一个实施例的风力涡轮机叶片或飞机机翼雷电保护机构；

图2图示了根据本发明的另一个实施例的风力涡轮机叶片或飞机机翼雷电保护机构；

图3图示了根据本发明的又另一个实施例的风力涡轮机叶片或飞机机翼雷电保护机构；以及

图4图示了根据本发明的再另一个实施例的风力涡轮机叶片或飞机机翼雷电保护机构。