[发明专利]用于风力涡轮机的防雷保护系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机的防雷保护系统。它进一步涉及风力涡轮机和用于保护风力涡轮机的组件（例如电气组件）免受雷击的方法。

背景技术

当雷电撞击到风力涡轮机时，该雷电通常击中一个或多个叶片的区域，来自雷击的电流从那里通过传导装置（例如引下线（down conductor））在叶片内部或外部传导到一个或多个风力涡轮机组件（例如轮毂、机舱和塔架）并且进一步向下传导到地。于是，目标是确保来自雷击的电流在其通过风力涡轮的路线上不会到达任何电气组件（例如发电机或转换器）或将会被雷击的大能量损坏的其他关键组件（例如主轴承或变速箱）。

从雷击产生的强电磁场、大电流以及高电压的组合将损坏风力涡轮机的发电机或其他电气组件。具有一种直接驱动风力涡轮机（也被称为无齿轮风力涡轮机），其使得更难以在不会特别损坏发电机的情况下将雷击从一个或多个叶片传导通过风力涡轮机，因为它直接连接到风力涡轮机的叶片轮毂。具有一种带有利用外部旋转转子的发电机的直接驱动风力涡轮机，其使得甚至更难以找到一种将来自风力涡轮机的叶片上的雷击的电流传导到地而不损坏发电机的方式。

在风力涡轮机的现有技术设计中，雷击由叶片的引下线直接传导到轮毂，其将进一步将来自雷击的电流传导到机舱并且进一步向下传导到地。这种种类的防雷保护系统不会工作于直接驱动风力涡轮机，在该直接驱动风力涡轮机处，发电机直接连接到轮毂，所以发电机于是可能被雷击损坏。

从专利US 7,377,750 B1，已知具有一种防雷保护系统，其用于将雷击传导到叶片并进一步传导到围绕叶片轮毂的区域并且沿着风力涡轮机的叶片轮毂和关键组件周围的路径。该解决方案的难点在于，尽管轮毂周围的雷电传导路径非常长，具有一个或多个方向变换或回转并且在该路径具有方向变换或回转的每个地方，存在来自雷击的电流从雷电传导路径跳到接近于该雷电传导路径的组件（比如例如叶片轮毂）并且然后进一步到发电机的巨大风险。

发明内容

因此，本发明的第一目的在于提供一种用于风力涡轮机的改进的防雷保护系统。本发明的第二目的在于提供一种克服先前提到的困难并且降低所提到的风险的有利风力涡轮机。本发明的第三目的在于提供一种用于保护风力涡轮机的组件免受雷击的有利方法，其降低了来自雷击的电流从雷电传导路径跳到接近于该雷电传导路径的组件并且然后进一步到发电机的风险。

通过如权利要求1中所述的用于风力涡轮机的防雷保护系统来解决第一目的。通过如权利要求4中所述的风力涡轮机来解决第二目的。通过如权利要求15中所述的保护风力涡轮机的组件免受雷击的方法来解决第三目的。从属权利要求限定本发明的其他发展。

本发明的用于风力涡轮机的防雷保护系统包括至少一个绝缘高压电缆。此外，该防雷保护系统包括拾取（pick-up）单元和附加绝缘高压电缆。该至少一个绝缘高压电缆例如在其第一端部处以电气方式连接到雷电接收器（receptor）。此外，该至少一个绝缘高压电缆例如在其第二端部处以电气方式连接到拾取单元。该拾取单元能够借助于所述附加绝缘高压电缆进一步以电气方式连接到电气接地构件。

绝缘高压电缆的使用具有下述优点，来自风力涡轮机的组件（例如风力涡轮机叶片）上的雷击的电流可以从该组件传导到电气接地构件（例如风力涡轮机的塔架），而不会到达敏感电气组件（比如定子绕组和转子的永久磁体）并且还会回避关键部件（比如主轴承）。

用于防雷保护的标准电气隔离高压电缆（还被缩写为HV电缆）可以被用作HV电缆并且可以以简单的方式（在例如转子叶片和风力涡轮机的内部轴上的附着区域之间不存在若干个方向变换或回转）驱动。

此外，拾取单元的使用具有下述优点，仅一个附加绝缘HV电缆对将来自雷击的电流传导到电气接地构件（例如风力涡轮机塔架）是必需的。在这种情况下，仅一个HV电缆通过风力涡轮机的关键电气组件（比如发电机或转换器）或可能会被雷击的大能量损坏的其他关键组件（比如主轴承或变速箱）。

优选地，屏蔽设备（例如屏蔽软管（hose）或屏蔽管）被安装在至少一个HV电缆周围或附加HV电缆周围。备选地，屏蔽设备或屏蔽装置（例如屏蔽软管或屏蔽管）可以直接在所述至少一个HV电缆中或附加HV电缆中实施。该屏蔽设备可以由金属材料制成。此外，该屏蔽设备可以通过特定的支架安装和/或承载。可以在HV电缆周围安装的附加屏蔽软管或管（例如金属屏蔽软管或管）的使用降低了HV电缆周围的电磁场。

例如，该至少一个HV电缆和/或附加HV电缆可以借助于滑动环和/或接触电刷和/或火花隙（spark gap）而电气连接到拾取单元。