DE102005051537A1

DE102005051537A1 - Verfahren zur nachträglichen Einrichtung eines Blitzschutzsystems in wenigstens einem Rotorblatt einer bestehenden Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102005051537A1
Application number: DE102005051537A
Authority: DE
Inventors: Christoph Lucks
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2007-05-03

Abstract

Es soll ein Verfahren angegeben werden, welches es ermöglicht, die Betriebssicherheit und technische Verfügbarkeit eines Rotors, der kein oder ein defektes Blitzschutzsystem hat, herzustellen bzw. zu erhöhen. Die Lösung dieser Aufgaben liegt in einem Verfahren zur nachträglichen Einrichtung eines Blitzschutzsystems in wenigstens einem Rotorblatt einer bestehenden Windkraftanlage mit folgenden Schritten: DOLLAR A a) Abtrennen der Spitze des wenigstens einen Rotorblattes entlang einer vorgebbaren Trennlinie, DOLLAR A b) Ansetzen einer an die Form des Rotorblattes angepassten, als Blitzfänger ausgebildeten Austauschspitze aus einem elektrisch leitfähigem Material an der Trennlinie und Befestigen derselben an dem Rotorblatt, DOLLAR A c) Verbinden einer an der Austauschspitze elektrisch angeschlossenen elektrischen Leitung mit einer Erdung. Ferner wird eine Austauschspitze für ein Rotorblatt einer bestehenden Windkraftanlage angegeben, mit welcher die Anlage nachträglich mit einem Blitzschutzsystem ausgerüstet werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft den Rotor einer Windkraftanlage, genauer dessen Schutz vor Blitzeinschlag.

Es ist bekannt, dass Blitze häufig in den höchst gelegenen Punkt des Gebietes einschlagen. Windenergieanlagen – und vor allem die Rotorblätter – sind aufgrund ihrer exponierten Lage in besonderem Maße blitzgefährdet. Aus diesem Grund werden moderne Rotorblätter üblicherweise bereits bei deren Herstellung mit einem Blitzschutzsystem ausgerüstet.

Das Baukonzept der üblicherweise in einem Rotorblatt eingesetzten Blitzschutzsysteme ist ähnlich: Es besteht aus einem oder mehreren, im Bereich der nabenabgewandten Rotorblattspitzte angeordneten Blitzfängern, die über einen Leiter mit der Maschine, genauer mit einer Erdung, verbunden sind. Ein Beispiel für ein solches Blitzschutzsystem ist in der DE 295 22 152 angegeben.

Bei bekannten Blitzschutzsystemen variiert die konstruktive Ausgestaltung. Weniger bewährt haben sich Systeme, bei denen der Blitzfänger als Blechkonstruktionen ausgeführt ist und die Anbindung und die Dauerfestigkeit der Blitzleiter ungenügend sind.

In besonderem Maße bewährt haben sich Systeme mit einem massiven Blitzfänger, der bei der Herstellung des Rotorblattes im Bereich der Blattspitze angebracht ist und über einen dauerfesten Leiter mit einer der Windenergieanlage, bzw. mit einer dort vorgesehenen Erdung, verbunden ist.

Es zeigte sich, dass Rotoren besonders schadensauffällig sind, die kein Blitzschutzsystem haben. Ebenso schadensauffällig sind auch Rotoren mit einem defekten Blitzschutzsystem, insbesondere einem System der o.g. Art mit einem Blitzfänger als Blechkonstruktion.

Der in Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde, die Betriebssicherheit und technische Verfügbarkeit eines Rotors, der kein oder ein defektes Blitzschutzsystem hat, herzustellen bzw. zu erhöhen. Insbesondere soll ein einfaches Verfahren für eine Nachrüstung bestehender Windkraftanlagen mit einem Blitzschutzsystem angegeben werden. Ferner soll eine Austauschspitze für ein bestehendes Rotorblatt angegeben werden, welche für eine Nachrüstung eines Blitzschutzsystems geeignet ist.

Das Problem wird durch ein Verfahren mit den in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Hinsichtlich der Austauschspitze ist eine Lösung des Problems in Patentanspruch 4 angegeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3 angegeben.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein Blitzschutzsystem einer grundsätzlich bewährten Art nachträglich in einen Rotor eingebaut werden kann. Die Nachrüstung kann ohne eine Demontage des Rotors an der errichteten Windenergieanlage vorgenommen werden. Damit ist der Aufwand für die Nachrüstung auch unter wirtschaftlichen Aspekten sinnvoll. Unter einer Erdung im Sinne dieser Erfindung ein maschinenseitiger Anschluss an eine geeignete Abführung für Blitzstrom an Masse zu verstehen. Diese kann insbesondere durch eine direkt mit Erde verbundene Leitung oder auch ein über eine Funkenstrecke angeschlossene Ableitung sein.

Die in Patentanspruch 2 angegebene Weiterbildung des Verfahrens erlaubt eine einfache Nachrüstung mit einem Blitzschutzsystem. Die Rotorblätter der Windkraftanlagen sind innen hohl und von der Nabe des Rotors her über einen Wartungszugang zugänglich. So kann bspw. ein im Innern des Rotorblattes geführter elektrischer Leiter (Blitzleiter) mit einem ggf. in der Nabe vorhandenen Erdungsanschluss verbunden und einfach durch das Innere des Rotors „fallen gelassen" werden. An der abgetrennten Spitze tritt dieser Leiter dann aus dem Rotorblatt aus und kann an die Austauschspitze angeschlossen werden. Diese Art der Montage ist einfach und vor allem ohne Demontage des Rotorblattes möglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ist im Patentanspruch 3 angegeben. Diese Weiterbildung ermöglicht es, für die jeweiligen Rotortypen bestehender Windkraftanlagen ohne Blitzschutzsystem oder mit unzureichendem oder beschädigten Blitzschutzsystem eine Austauschspitze vorzufertigen, die durch angelernte Hilfskräfte mit einer jeweils geeigneten elektrischen Leitung (Blitzleiter) durch Anschließen an die Erdung auf einfache Weise zu einem Blitzschutzsystem verbaut werden kann.

In Anspruch 4 schließlich ist eine Austauschspitze angegeben, die sich insbesondere gut für die Durchführung des beanspruchten Verfahrens eignet.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
1a) bis 1d) schematisch die Schritte des Ersetzens einer vorhandene Blattspitze eines Rotorblattes durch eine als Blitzfänger ausgebildete Blattspitze,
2a) bis 2d) schematisch jeweils ein Rotorblatt mit eingesetzter Austauschspitze, wobei unterschiedliche Möglichkeiten der Führung der elektrischen Leitung zum Ableiten des Blitzstromes gezeigt sind,
3a) und 3b) zwei Möglichkeiten der Ausbildung einer massiven oder hohlen Austauschspitze mit unterschiedlichen Leiterführung und
4a) bis 4c) unterschiedliche Ausgestaltungen von Austauschspitzen mit einer Führung der elektrischen Leitung auf der Außenseite des Rotorblattes.
In den Figuren sind gleiche bzw. gleich wirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind schematische Darstellungen und keinesfalls maßstabsgetreu.
In 1 ist schematisch der grundsätzliche Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Von links nach rechts wird an einem bestehenden Rotorblatt 1 zunächst ent lang einer vorgebbaren Trennlinie 2 die ursprüngliche Rotorblattspitze I mittels üblicher Trennverfahren, wie Schneiden, Sägen oder dergleichen, abgetrennt (1a). Die ursprüngliche Rotorblattspitze I wird dann entfernt (1b). Anschließend wird eine Austauschspitze II aus einem elektrisch leitfähigem Material, die in ihrer Form an die Geometrie der ursprünglichen Spitze I angepasst ist, auf das offene Ende des Rotorblattes aufgesetzt (1c) und dort fixiert (1d).
In dieser Darstellung nicht gezeigt, ist dass zwischen den in 1c) und 1d) dargestellten Schritten noch ein mit der Austauschspitze II elektrisch verbundener, elektrischer Leiter III (vgl. 2, 3 und 4) mit einer geeigneten Erdung verbunden wird. Diese Erdung kann grundsätzlich in der Windkraftanlage bereits vorhanden oder erst im Zuge der Nachrüstung als Anschluss geschaffen worden sein.
In 2a) bis 2d) sind vier mögliche Varianten dargestellt, die Austauschspitze II über den elektrischen Leiter (die elektrischen Leiter) III mit der Erdung zu verbinden.
In der in 2a) dargestellten Lösung erfolgt die Ableitung des Blitzstroms über Leiter III an der Außenseite des Blattkörpers, konzentriert im Bereich der Vorder- und Hinterkante, und einen Anschluss an einen außen liegenden Metallring, der wiederum einen Erdungsanschluss IV bildet.
In 2b) erfolgt die Ableitung des Blitzstroms an der Außenseite des Blattkörpers über flächige auf einer oder beiden Blattseiten angebrachte Leiter III sowie einen Anschluss der Leiter an einen außen liegenden Metallring, der wiederum den Erdungsanschluss IV bildet.
In 2c) erfolgt die Ableitung des Blitzstromes über einen innen liegenden Leiter III, der nach außen auf einen Me tallring geführt wird. Der Metallring bildet auch hier den Erdungsanschluss IV.
In 2d) erfolgt die Ableitung des Blitzstromes über einen innen liegenden Leiter III und einen Anschluss an einen Bolzen oder ein Maschinenteil. Der letztgenannte Anschluss bildet hier den Erdungsanschluss IV.
In 3a) und 3b) bzw. 4a) bis 4c) sind unterschiedliche Varianten von möglichen Austauschspitzen II gezeigt.
3a) zeigt eine massive Austauschspitze II mit angeschlossenem innen liegenden Leiter III in Form eines Kabels (entsprechend verwendbar gemäß 2c) bzw. 2d)). In 3b) ist eine hohle Austauschspitze II mit einem innen liegenden Leiter III in Form eines flachen Litzen- oder Metallbandes gezeigt. Auch diese Austauschspitze II ist für eine Verwendung entsprechend 2c) bzw. 2d) geeignet. In beiden vorgenannten Fällen erfolgt die mechanische Anbindung über die schraffiert dargestellte Anbindungsfläche, die als Rezess ausgebildet ist.
In 4a) bis 4c) ist jeweils eine hohle Austauschspitze mit einem Leiter III zur Führung des Blitzstromes außen am Blattkörper dargestellt. Die mechanische Anbindung erfolgt hier über die schraffiert dargestellte Anbindungsfläche. In 4a) ist eine Möglichkeit für eine Anbindung eines auf der Vorderkante des Rotors geführten Leiter III, in 4b) für eine Anbindung eines auf der Hinterkante des Rotors geführten Leiter III, in 4c) schließlich für eine Anbindung eines auf den beiden flachen Außenflächen des Rotors gezeigt. Diese Beispiele eignen sich prinzipiell zur Verwendung in den in 2a) und 2b) gezeigten bzw. ähnlichen Varianten.
Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nicht beschränkend, sondern dienen lediglich der Erläuterung. Insbesondere können einzelne der hier gezeigten Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele in für den Fachmann erkennbar sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden.

1: Rotorblatt
2: Trennlinie
I: Rotorblattspitze
II: Austauschspitze
III: elektrische Leitung
IV: Erdungsanschluss

Claims

Verfahren zur nachträglichen Einrichtung eines Blitzschutzsystems in wenigstens einem Rotorblatt einer bestehender Windkraftanlage mit folgenden Schritten: a) Abtrennen der Spitze des wenigstens einen Rotorblattes entlang einer vorgebbaren Trennlinie, b) Ansetzen einer an die Form des Rotorblattes angepassten, als Blitzfänger ausgebildeten Austauschspitze aus einem elektrisch leitfähigem Material an der Trennlinie und befestigen derselben an dem Rotorblatt, c) Verbinden einer an der Austauschspitze elektrisch angeschlossenen elektrischen Leitung mit einer Erdung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es an einem Rotorblatt durchgeführt wird, welches sich in einer Stellung befindet, in welcher es sich ausgehend von der Nabe der Windkraftanlage im wesentlichen lotrecht nach untern erstreckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Austauschspitze eine solche verwendet wird, die in ihrer Form an die Form der abzutrennenden, ursprünglichen Spitze des Rotorblattes angepasst ist.
Austauschspitze für ein Rotorblatt (1) einer bestehenden Windkraftanlage zur Verwendung bei einer nachträglichen Einrichtung eines Blitzschutzes in der Windkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, in ihrer Form an die Geometrie der ursprünglichen Spitze (I) des Rotorblattes (1) angepasst ist und einen Anschluss (III, IV) zum elektrischen Verbinden des elektrisch leitfähigen Materials an eine Erdung der Windkraftanlage aufweist.