DE202008005289U1

DE202008005289U1 - Blitzschutzeinrichtung zum Schutz von Windkraftkonvertern

Info

Publication number: DE202008005289U1
Application number: DE202008005289U
Authority: DE
Original assignee: Suzlon Energy GmbH
Current assignee: Suzlon Energy GmbH
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2018-04-17

Abstract

Blitzschutzeinrichtung zum Schutz von Windkraftkonvertern bestehend aus Blitzfangeinrichtungen dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Grundelement (GE) mit einer Blitzfangstange (FS, 8) und mindestens einem Zusatzelement (ZE) über einen Anschlusspunkt (6) am Rotorlagerungsgehäuse (3) angeordnet und mit den Blitzableitungsvorrichtung des Windkraftkonverters verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Blitzschutzeinrichtung zum allseitigen Schutz von Rotorlagerungsgehäusen von Windenkraftkonvertern (WKK) (Windkraftkonverter dienen zur Umwandlung von Windenergie in andere Energieformen), welche über eine horizontale Rotorachse verfügen.
Die Erfindung bezieht sich auf Windkraftkonverter mit beliebiger Nabenhöhe und mindestens einem Rotorblatt. Die Erfindung ist für Windkraftkonverter mit einer Nahenhöhe von mehr als 60 m besonders empfehlenswert. Für diese Anlagen ist eine Dimensionierung der Blitzschutzanlage nach Blitzschutzklasse II gefordert. Zudem ist ab einer Höhe von mehr als 60 m die Gefahr von Seiteneinschlägen in den Windkraftkonverter vorhanden (IEC TR 61400-24, VDE 0127 Teil 24), woraus die Notwendigkeit besteht, speziell das Rotorlagerungsgehäuse gegen solche wahrscheinlichen Ereignisse zu schützen. Ein weiteres Phänomen sind Aufwärtsblitze, die sich ab einer Höhe 100 m über dem Erdboden ausbilden können.
[Stand der Technik]
An Windkraftkonvertern, welche dem heutigen Stand der Technik entsprechen, werden Blitzfangeinrichtungen in den Rotorblättern und zum Schutz von Windmesseinrichtungen eingesetzt. Bei der Auslegung der Blitzfangeinrichtung richtet man sich hierbei im Allgemeinen nach der IEC TR 61400-24.
So wird beispielsweise in EP 783629 B1 eine Blitzleiteranordnung zur Anbringung in einem Windradblatt offenbart, welcher Blitzfänger aufweist, der in oder in der Nähe der Spitze des Blattes angebracht ist und sich von der Spitze des Windradblattes nach außen erstreckt.
Bei der Positionierung gibt es keine genauen Vorgaben zum Einsatz und der Anzahl der nötigen Blitzfangeinrichtungen. Hersteller von Windkraftkonvertern setzen das Schutzwinkelverfahren ein, um die Windmesseinrichtungen zu schützen. Diese Blitzschutzeinrichtungen sind daher nur für den Schutz der Windmesseinrichtung ausgelegt, für den Schutz des Rotorlagerungsgehäusesgegen seitliche Einschläge sind diese nicht geeignet. Daher sind viele Windkraftkonverter nicht gegen den direkten Einschlag eines Blitzes in das Rotorlagerungsgehäuse geschützt.
In DE 102005045579 A1 wird neben den Blitzfangeinrichtungen auf den Rotorblättern eine zusätzliche Fangstange auf der Gondel angeordnet, die über einen Blitzleiter geerdet ebenfalls geerdet wird.
Ebenso wird auch in US 6407900 B1 die Gondel durch eine zusätzliche Blitzfangeinrichtung geschützt.
JP 2005048765 A offenbart ein Gewittereinfangsystem auf der Gondel, welches über die Gondel geerdet wird.
Alle diese Blitzfangeinrichtungen auf der Gondel sind lediglich dafür geeignet, dass Blitze von oben, die nicht in die Windblätter einschlagen, aufgefangen werden können. Einen umfassenden Schutz für das Rotorlagerungsgehäuse gegenüber Blitzen, die bei sehr hohen Windkraftanlagen nicht von oben kommen, können diese Einrichtungen nicht geben.
[Aufgabe der Erfindung]
Aufgabe der Erfindung ist es, für Windkraftanlagen ab einer Höhe von mehr als 60 m eine modulare Blitzschutzeinrichtung zu schaffen, die auch gegenüber von Seiteneinschlägen und Aufwärtsblitzen wirksam wird.
Die Erfindung betrifft eine modulare Blitzschutzeinrichtung, welche aus einem modularen Grundelement und mehreren Zusatzelementen besteht und deren Blitzfangstangen oder konstruktive Elemente, welche zum Auffangen eines Blitzes geeignet sind, die äußere Geometrie des Rotorlagerungsgehäuses des Windkraftkonverters (WKK) überragen.
Das Grundelement eignet sich sowohl als Blitzschutzeinrichtung oberhalb des Daches des Rotorlagerungsgehäuses (bei Windenergieanlagen: Dach des Generatorhauses) als auch zum Tragen zusätzlicher Komponenten wie Windmesseinrichtung und Komponenten der Leistungsregelung. Das Grundelement verfügt über mindestens eine Blitzfangstange, deren Fangspitze, oder zum Auffangen des Blitzes geeigneten Bestandteile, die äußere Geometrie des Rotorlagerungsgehäuses nach außen überragt. Damit ist ein Überragen der konstruktiven, zum Blitzfang geeigneten Elemente nach oben, zur Seite, nach vorne und nach hinten inbegriffen.
Die Erfindung schützt das Rotorlagerungsgehäuse der Windenergiekonverter gegen Aufwärtsblitze und Seitenseinschläge durch die modulare Einsatzfähigkeit von Grund- und Zusatzelementen.
[Beispiele]
Die Erfindung wird anhand von Beispielen näher erläutert. Hierzu zeigt
1 die Seitenansicht eines WKK mit den erfindungsgemäßen Blitzfangeinrichtungen,
2 das Grundelement in detaillierter Form und
3 ein optionales Zusatzelement für die Blitzfangeinrichtung.
Die Erfindung bezieht sich auf Windkraftkonverter (WKK) mit beliebiger Nabenhöhe. Besonders empfehlenswert ist die Erfindung für Anlagen mit einer Nahenhöhe von mehr als 60 m. Für diese Anlagen ist eine Dimensionierung der Blitzschutzanlage nach Blitzschutzklasse II gefordert. Zudem ist ab einer Höhe von mehr als 60 m die Gefahr von Seiteneinschlägen in den Windkraftkonverter (WKK) vorhanden, woraus die Notwendigkeit besteht, das Rotorlagerungsgehäuse 2 und die darin befindlichen technischen Systeme allseitig gegen solche wahrscheinlichen Ereignisse zu schützen.
1 zeigt die Seitenansicht eines Windkraftkonverters von links. In der Zeichnung sind das Rotorblatt 1, Rotornabe 2, das Rotorlagerungsgehäuse 3 und die Blitzschutzeinrichtungen GE und ZE des Windkraftkonverters abgebildet.
2 zeigt das Grundelement GE mit seinen Bestandteilen. Dieses sind die Fangstange FS, die Schutzhülle SH für die Windmesseinrichtung 7, der Grundrahmen 4, Elemente der Leistungsregelung 5 (optional) und der Grundträger mit den Anschlusspunkten 6 zu sehen.
3 zeigt das Zusatzelement ZE der hier vorgestellten Blitzschutzeinrichtung mit seinen Bestandteilen. Es sind die Blitzfangstange 8 und die Montageplatte 9 zu sehen.
Die modulare Blitzschutzeinrichtung, bestehend aus mindestens einem Grundelement GE und, nach Bedarf und Ermessen, mindestens einem Zusatzelement ZE, dient zum allseitigen Blitzschutz der Rotornabe 2 und des Rotorlagerungsgehäuses 3 (bei Windenergieanlagen: Gondel bzw. Generatorhaus) nach den Normen der IEC 62305, VDE 0127 Teil 24 und IECTR 61400-24, in welchem der Schutz elektrotechnischer Systeme definiert wird.
Das Grundelement GE und das Zusatzelement ZE sind mit der Blitzableitungsvorrichtung des Windkraftkonverters (WKK) über mindestens einen Anschlusspunkt 6 verbunden. An dem Anschlusspunkt 6 lassen sich sowohl Kabelanschlüsse als auch Anschlüsse von anderen Blitzableitermechanismen realisieren.
Das Zusatzelement ZE besteht aus einer Blitzfangstange 8 oder einer zum Auffangen des Blitzes geeigneten Konstruktion, welche an einer Montageplatte 9 befestigt sind. Die Montageplatte 9 verfügt über mindestens einen Anschlusspunkt, an welchem sich sowohl Kabelanschlüsse als auch Anschlüsse von anderen Blitzableitungsmechanismen realisieren lassen. Die Fangspitze der Blitzfangstange 8 oder zum Auffangen des Blitzes geeignete Bestandteile überragt die äußere Geometrie der Rotornabe 2 und des Rotorlagerungsgehäuses 3 nach außen hin. Zusatzelemente ZE kann je nach Bedarf an multiplen Positionen an der Rotornabe 2 und am Rotorlagerungsgehäuse 3 ausgeführt sein.
Durch mathematische Analyse der Geometrie des Windkraftkonverters (WKK) nach dem geometrisch elektrischen Modell (Blitzkugelverfahren) ist eine Positionierung der Fangspitzen FS und 8 bzw. zum Auffangen des Blitzes geeigneten konstruktiven Elementean Rotornabe 2 oder Rotorlagerungsgehäuse 2 des Windkraftkonverters (WKK) realisierbar. Der Einsatz und die Anzahl von Zusatzelementen ZE achtet sich nach der Geometrie von Rotornabe 2 und Rotorlagerungsgehäuses 3.
Durch mathematische Analyse des geometrisch elektrischen Modells an einem Windkraftkonverter (WKK) lässt sich die Funktion der erfindungsgemäßen Blitzschutzeinrichtung nachweisen.

1: Rotorblatt
2: Rotornabe
3: Rotorlagerungsgehäuse
4: Grundrahmen
5: Elemente der Leistungsregelung
6: Anschlusspunkte
7: Windmesseinrichtung
8: Blitzfangstange des Zusatzelementes
9: Montageplatte
GE: Grundelement
ZE: Zusatzelement
FS: Fangstange
SH: Schutzhülle

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

- EP 783629 B1 [0004]
- DE 102005045579 A1 [0006]
- US 6407900 B1 [0007]
- JP 2005048765 A [0008]

Claims

Blitzschutzeinrichtung zum Schutz von Windkraftkonvertern bestehend aus Blitzfangeinrichtungen dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Grundelement (GE) mit einer Blitzfangstange (FS, 8) und mindestens einem Zusatzelement (ZE) über einen Anschlusspunkt (6) am Rotorlagerungsgehäuse (3) angeordnet und mit den Blitzableitungsvorrichtung des Windkraftkonverters verbunden ist.
Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzelement (ZE) aus einer Blitzfangstange (8) oder einer zum Auffangen des Blitzes geeigneten Konstruktion besteht und an einer Montageplatte (9) befestigt ist, welche über einen Anschlusspunkt (6) verfügt.
Blitzschutzeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Anschlusspunkt (6) Kabelanschlüsse und/oder Anschlüsse von anderen Blitzableitermechanismen verbunden sind.