DE102020102152A1

DE102020102152A1 - Verfahren und Vorrichtung zum berührungslosen Prüfen einer Blitzschutzeinrichtung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102020102152A1
Application number: DE102020102152.6A
Authority: DE
Inventors: Leon Zyadeh; Peter Jacobey; Gerald Glatzer; Konrad Iffarth
Original assignee: Enertrag Windstrom GmbH
Current assignee: ENERTRAG BETRIEB GMBH, DE
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2021-07-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum berührungslosen Prüfen einer Blitzschutzeinrichtung (4) eines Rotorblatts (1) einer Windenergieanlage mit: Bereitstellen einer intermittierenden Wechselspannung mittels einer Generatoreinrichtung (8); Beaufschlagen einer elektrischen Leitung (3) einer in einem Rotorblatt (1) einer Windenergieanlage angeordneten Blitzschutzeinrichtung (4) mit der intermittierenden Wechselspannung im Bereich einer Blattwurzel (5) des Rotorblatts (1), wobei sich die elektrischen Leitung (3) in dem Rotorblatt (1) zu einem Rezeptor (6) der Blitzschutzeinrichtung (4) hin erstreckt; Positionieren einer Messeinrichtung (10) mit Hilfe eines unbemannten Fluggeräts (11) benachbart zu dem Rezeptor; berührungsloses Detektieren von Messsignalen für ein von der intermittierenden Wechselspannung im Bereich des Rezeptors (6) erzeugtes elektrisches Wechselfeld mittels der Messeinrichtung (10) und Auswerten der Messsignale zum Bestimmen einer Funktionsfähigkeit der Blitzschutzeinrichtung (4) des Rotorblatts (1) mittels einer Auswerteeinrichtung (12). Weiterhin ist eine Vorrichtung zum berührungslosen Prüfen einer Blitzschutzeinrichtung (4) eines Rotorblatts (1) einer Windenergieanlage vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum berührungslosen Prüfen einer Blitzschutzeinrichtung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage.
Hintergrund
Da Blitzeinschlag zu erheblichen Schäden an den Rotorblättern und anderen Komponenten einer Windenergieanlage führen kann, weisen die Rotorblätter eine Blitzschutzeinrichtung auf. Um deren Funktionsfähigkeit sicherzustellen, sind die Blitzschutzeinrichtungen regelmäßig zu prüfen und zu warten. Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zum Messen eines Blitzschutzes bei Windenergieanlagen sind aus den folgenden Dokumenten bekannt: DE 10 2005 017 865 B4 , DE 10 2017 120 407 A1 sowie DE 10 2012 214 981 A1 .
Die Überprüfung der Blitzschutzeinrichtung in Rotorblättern von Windenergieanlagen erfolgt mittels Seilzugangstechnik, wobei durch geschultes Fachpersonal am Rotorblatt der Durchgangswiderstand der Blitzschutzeinrichtung im Rotorblatt gemessen wird. Diese Messung wird im Bereich der Niederspannung durchgeführt. Ist die Blitzschutzeinrichtung an einer oder mehreren Stellen unterbrochen, wird ein unendlicher Widerstand gemessen. Die Stromstärke eines Blitzes beträgt für die Hauptentladung im Durchschnitt etwa 20.000 A, und die Dauer der Hauptentladung beträgt nur etwa 30 µs. Bedingt durch diese hohe Energiedichte können real auftretende Blitze eine oder mehrere Unterbrechungen der Blitzschutzeinrichtung überbrücken.
Die Nabenhöhe von Windenergieanlagen erreichen Höhen bis zu 170m und Rotorblätter mit bis zu 70m Länge. Bei Anlagen dieser Größenordnung ist die Überprüfung der Blitzschutzeinrichtung mittel Personal und Seilzugangstechnik nur unter hohen Auflagen hinsichtlich der Arbeitssicherheit möglich.
Zusammenfassung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum berührungslosen Prüfen einer Blitzschutzeinrichtung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage zu schaffen, die ein sicheres und vereinfachtes Überprüfen der Funktionsfähigkeit der Blitzschutzeinrichtung ermöglichen.
Zur Lösung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum berührungslosen Prüfen einer Blitzschutzeinrichtung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage nach den unabhängigen Ansprüchen 1 und 7 geschaffen. Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt ist ein Verfahren zum berührungslosen Prüfen einer Blitzschutzeinrichtung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage geschaffen, bei dem Folgendes vorgesehen ist: Bereitstellen einer intermittierenden Wechselspannung mittels einer Generatoreinrichtung; Beaufschlagen einer elektrischen Leitung einer in einem Rotorblatt einer Windenergieanlage angeordneten Blitzschutzeinrichtung mit der intermittierenden Wechselspannung im Bereich einer Blattwurzel des Rotorblatts, wobei sich die elektrischen Leitung in dem Rotorblatt zu einem Rezeptor der Blitzschutzeinrichtung hin erstreckt; Positionieren einer Messeinrichtung mit Hilfe eines unbemannten Fluggeräts benachbart zu dem Rezeptor; berührungsloses Detektieren von Messsignalen für ein von der intermittierenden Wechselspannung im Bereich des Rezeptors erzeugtes elektrisches Wechselfeld mittels der Messeinrichtung und Auswerten der Messsignale zum Bestimmen einer Funktionsfähigkeit der Blitzschutzeinrichtung des Rotorblatts mittels einer Auswerteeinrichtung.
Nach einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum berührungslosen Prüfen einer Blitzschutzeinrichtung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage geschaffen, welche Folgendes aufweist: eine Generatoreinrichtung, die eingerichtet ist, eine intermittierende Wechselspannung bereitzustellen, mit der eine elektrische Leitung einer in einem Rotorblatt einer Windenergieanlage angeordneten Blitzschutzeinrichtung im Bereich einer Blattwurzel des Rotorblatts beaufschlagbar ist, wobei sich die elektrischen Leitung in dem Rotorblatt zu einem Rezeptor der Blitzschutzeinrichtung hin erstreckt; ein unbemanntes Fluggerät, welches benachbart zu dem Rezeptor positionierbar ist; eine Messeinrichtung, die auf dem unbemannten Fluggerät angeordnet und eingerichtet ist, Messsignale für ein von der intermittierenden Wechselspannung im Bereich des Rezeptors erzeugtes elektrisches Wechselfeld zu detektieren; und eine Auswerteeinrichtung, die eingerichtet ist, die Messsignale zum Bestimmen einer Funktionsfähigkeit der Blitzschutzeinrichtung des Rotorblatts auszuwerten.
Die vorgeschlagene Technologie ermöglicht eine effiziente und sichere Prüfung der Funktionsfähigkeit der Blitzschutzeinrichtung des Rotorblatts mittels berührungsloser Messung. Die Technologie ist insbesondere für Rotorblätter in montiertem Zustand an einer Windenergieanlage nutzbar. Die mithilfe der Messeinrichtung detektierten Messsignale zeigen an, wie die im Bereich der Blattwurzel aufgegebene intermittierende Wechselspannung in der elektrischen Leitung der Blitzschutzeinrichtung geleitet wird, woraus Rückschlüsse auf die Funktion der Blitzschutzeinrichtung gezogen werden können.
Die intermittierende Wechselspannung kann mit einer Spannungsamplitude von wenigstens etwa 2.000 V bereitgestellt werden. In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die intermittierende Wechselspannung mit einer Spannungsamplitude bis höchstens etwa 10.000 V bereitgestellt wird. Es kann vorgesehen sein, dass die intermittierende Wechselspannung mit einer Spannungsamplitude von zumindest etwa 3.000 V oder etwa 5.000 V bereitgestellt wird. Die bereitgestellte intermittierende Wechselspannung wird dann jeweils auf die elektrische Leitung der Blitzschutzeinrichtung gegeben.
Es kann vorgesehen sein, die Messeinrichtung mit Hilfe des unbemannten Fluggeräts benachbart zu einem Rezeptor der Blitzschutzeinrichtung zu positionieren, welcher in einem in Bezug auf die Blattwurzel in einem distalen Endbereich des Rotorblatts angeordnet ist. Wie die elektrische Leitung der Blitzschutzeinrichtung kann auch der Rezeptor in den Blattkörper des Rotorblatts integriert sein. Es können ein oder mehrere Rezeptoren für die Blitzschutzeinrichtung vorgesehen sein. Ist der Rezeptor der Blitzschutzeinrichtung im distalen Endbereich des Rotorblatts angeordnet, erstreckt sich die elektrische Leitung von der Blattwurzel zum Rezeptor im Wesentlichen über die gesamte Länge des Rotorblatts.
Die elektrische Leitung kann mit der intermittierenden Wechselspannung beaufschlagt und die Messsignale berührungslos detektiert werden während das Rotorblatt an einer Nabe eines Rotors der Windenergieanlage montiert ist. Hierdurch ist es ermöglicht, die Blitzschutzeinrichtung für Rotorblätter beliebiger installierter und aufgestellter Windenergieanlagen zu prüfen.
Die Spannungsamplitude der intermittierenden Wechselspannung kann während des berührungslosen Detektierens der Messsignale verändert werden. Die Spannungsamplitude der intermittierenden Wechselspannung kann hierbei einem regelmäßigen oder einem nicht regelmäßigen (zufälligen) Veränderungsmodus entsprechend variiert werden.
Eine Frequenz der intermittierenden Wechselspannung kann während des berührungslosen Detektierens der Messsignale verändert werden. Die Frequenz der auf die elektrische Leitung der Blitzschutzeinrichtung gegebenen Wechselspannungsimpulse kann während des berührungslosen Detektierens einmalig oder mehrmals verändert werden. Alternativ bleibt die Frequenz während des Detektierens der Messsignale unverändert.
Die vorangehend in Verbindung mit dem Verfahren erläuterten Ausgestaltungen können im Zusammenhang mit der Vorrichtung zum berührungslosen Prüfen der Blitzschutzeinrichtung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage entsprechend vorgesehen sein.
Figurenliste
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem Rotorblatt einer Windenergieanlage sowie einer Vorrichtung zum berührungslosen Prüfen einer Blitzschutzeinrichtung des Rotorblatts und
2 eine schematische grafische Darstellung für eine intermittierende Wechselspannung.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem Rotorblatt 1 einer Windenergieanlage. Zur Vereinfachung ist das Rotorblatt 1 in der schematischen Darstellung in 1 ohne die zugehörige Windenergieanlage gezeigt, bei der das Rotorblatt 1 an einer Narbe eines Rotors montiert ist.
Im Blattkörper 2 des Rotorblatts 1 erstreckt sich eine elektrische Leitung 3 einer Blitzschutzeinrichtung 4. Die elektrische Leitung 3 verläuft von einer Blattwurzel 5 des Rotorblatts 1 bis zu einem Rezeptor 6 der Blitzschutzeinrichtung 4 in einem distalen Endbereich 7 des Rotorblatts 1. Der Rezeptor 6 stellt in der Blitzschutzeinrichtung 4 einen Einleitpunkt für einen möglichen Blitzeinschlag an dem Rotorblatt 1 bereit.
Um die Funktionsfähigkeit der Blitzschutzeinrichtung 4 des Rotorblatts 1 zu prüfen, wird mittels eines Spannungsgenerators 8 eine intermittierende Wechselspannung mit einer Spannungsamplitude von wenigstens etwa 2.000 V bereitgestellt und über eine Zuleitung 9 im Bereich der Blattwurzel 5 auf die elektrische Leitung 3 der Blitzschutzeinrichtung 4 im Rotorblatt 1 gegeben. Der Spannungsgenerator 8 wird zu diesem Zweck bereitgestellt und für die Dauer der Prüfung angeschlossen, ist ansonsten aber kein (dauerhafter) Bestandteil der Windenergieanlage.
Aufgrund der intermittierenden Wechselspannung wird im Bereich des Rezeptors 6 ein elektrisches Wechselfeld erzeugt, welches in der Umgebung des Rezeptors 6 mithilfe einer Messeinrichtung 10 detektiert wird, die auf einem unbemannten Fluggerät 11 angeordnet ist, beispielsweise einer Drohne. Mithilfe des unbemannten Fluggeräts 11 wird die Messeinrichtung 10 benachbart zum distalen Endbereich 7 des Rotorblatts 1 positioniert, um die Messsignale für das elektrische Wechselfeld berührungslos zu erfassen. Hierbei wird das unbemannte Fluggerät 11 beispielsweise in einem Abstand von etwa 1 m bis etwa 2 m zu dem Rotorblatt 1 im Bereich benachbart zu dem Rezeptor 6 angeordnet.
Die mittels der Messeinrichtung 10 erfassten Messsignale für das elektrische Wechselfeld werden mittels drahtloser Datenkommunikation an eine Auswerteeinrichtung 12 übermittelt, um dort anhand der Messsignale die Funktionsfähigkeit der Blitzschutzeinrichtung 4 zu prüfen. Die Auswerteeinrichtung 12 kann gemeinsam mit dem Spannungsgenerator 8 Teil eines mobilen Messsystems sein.
Die mittels der Messeinrichtung 10 erfassten Messsignale zeigen an, in welcher Form die auf die elektrische Leitung 3 gegebene intermittierende Wechselspannung zum Rezeptor 6 hin gelangt, was insbesondere von eventuellen Unterbrechungen 13 des elektrischen Leiters 3 abhängt. Auf diese Weise sind aus den Messsignalen Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit der Blitzschutzeinrichtung 4 ermöglicht.
2 zeigt beispielhaft Wechselspannungsimpulse 20 der intermittierenden Wechselspannung. In dem gezeigten Beispiel bleibt die Spannungsamplitude für die dargestellten Wechselspannungsimpulse 20 unverändert, ebenso die Frequenz, also der zeitliche Abstand zwischen benachbarten Wechselspannungsimpulsen 20. Alternativ kann vorgesehen sein, zumindest die Spannungsamplitude oder zumindest die Frequenz der Wechselspannungsimpulse 20 während des Erfassens der Messsignale zu variieren.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005017865 B4 [0002]
DE 102017120407 A1 [0002]
DE 102012214981 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum berührungslosen Prüfen einer Blitzschutzeinrichtung (4) eines Rotorblatts (1) einer Windenergieanlage, mit: - Bereitstellen einer intermittierenden Wechselspannung mittels einer Generatoreinrichtung (8); - Beaufschlagen einer elektrischen Leitung (3) einer in einem Rotorblatt (1) einer Windenergieanlage angeordneten Blitzschutzeinrichtung (4) mit der intermittierenden Wechselspannung im Bereich einer Blattwurzel (5) des Rotorblatts (1), wobei sich die elektrischen Leitung (3) in dem Rotorblatt (1) zu einem Rezeptor (6) der Blitzschutzeinrichtung (4) hin erstreckt; - Positionieren einer Messeinrichtung (10) mit Hilfe eines unbemannten Fluggeräts (11) benachbart zu dem Rezeptor; - berührungsloses Detektieren von Messsignalen für ein von der intermittierenden Wechselspannung im Bereich des Rezeptors (6) erzeugtes elektrisches Wechselfeld mittels der Messeinrichtung (10) und - Auswerten der Messsignale zum Bestimmen einer Funktionsfähigkeit der Blitzschutzeinrichtung (4) des Rotorblatts (1) mittels einer Auswerteeinrichtung (12).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die intermittierende Wechselspannung mit einer Spannungsamplitude von wenigstens etwa 2.000 V bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (10) mit Hilfe des unbemannten Fluggeräts (11) benachbart zu einem Rezeptor (6) der Blitzschutzeinrichtung (4) positioniert wird, welcher in einem in Bezug auf die Blattwurzel (5) in einem distalen Endbereich (7) des Rotorblatts (1) angeordnet ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitung (3) mit der intermittierenden Wechselspannung beaufschlagt und die Messsignale berührungslos detektiert werden während das Rotorblatt (1) an einer Nabe eines Rotors der Windenergieanlage montiert ist.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsamplitude der intermittierenden Wechselspannung während des berührungslosen Detektierens der Messsignalen verändert wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenz der intermittierenden Wechselspannung während des berührungslosen Detektierens der Messsignalen verändert wird.
Vorrichtung zum berührungslosen Prüfen einer Blitzschutzeinrichtung (4) eines Rotorblatts (1) einer Windenergieanlage, mit: - einer Generatoreinrichtung (8), die eingerichtet ist, eine intermittierende Wechselspannung bereitzustellen, mit der eine elektrische Leitung (3) einer in einem Rotorblatt (1) einer Windenergieanlage angeordneten Blitzschutzeinrichtung (4) im Bereich einer Blattwurzel (5) des Rotorblatts (1) beaufschlagbar ist, wobei sich die elektrischen Leitung (3) in dem Rotorblatt (1) zu einem Rezeptor (6) der Blitzschutzeinrichtung (4) hin erstreckt; - einem unbemannten Fluggerät (11), welches benachbart zu dem Rezeptor (6) positionierbar ist; - einer Messeinrichtung (10), die auf dem unbemannten Fluggerät (11) angeordnet und eingerichtet ist, Messsignale für ein von der intermittierenden Wechselspannung im Bereich des Rezeptors (6) erzeugtes elektrisches Wechselfeld zu detektieren; und - einer Auswerteeinrichtung (12), die eingerichtet ist, die Messsignale zum Bestimmen einer Funktionsfähigkeit der Blitzschutzeinrichtung (4) des Rotorblatts (1) auszuwerten.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoreinrichtung (8) eingerichtet ist, die intermittierende Wechselspannung mit wenigstens einem Spannungsparameter aus der folgenden Gruppe bereitzustellen: Spannungsamplitude von wenigstens 2.000 V, veränderbare Spannungsamplitude und veränderbarer Frequenz.