KR101895879B1 - 풍력 터빈용 피뢰 시스템, 풍력 터빈 및 낙뢰에 대하여 풍력 터빈의 구성요소를 보호하기 위한 방법 - Google Patents

풍력 터빈용 피뢰 시스템, 풍력 터빈 및 낙뢰에 대하여 풍력 터빈의 구성요소를 보호하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

풍력 터빈을 위한 피뢰 시스템, 풍력 터빈 및 낙뢰에 대하여 풍력 터빈의 구성요소를 보호하기 위한 방법, 풍력 터빈(1)을 위한 피뢰 시스템이 개시되어 있다. 이는 하나 이상의 절연 고 전압 케이블(12a), 픽업 유닛(14) 및 추가적 절연 고 전압 케이블(12b)을 포함한다. 하나 이상의 절연 고 전압 케이블(12a)은 번개 수용체 및 픽업 유닛(14)에 전기적으로 연결된다. 픽업 유닛(14)은 추가적 절연 고 전압 케이블(12b)에 의해 전기 접지된 부재(5, 6)에 전기적으로 연결될 수 있다.

Description

풍력 터빈용 피뢰 시스템, 풍력 터빈 및 낙뢰에 대하여 풍력 터빈의 구성요소를 보호하기 위한 방법 {LIGHTNING PROTECTION SYSTEM FOR A WIND TURBINE, WIND TURBINE AND METHOD FOR PROTECTING COMPONENTS OF A WIND TURBINE AGAINST LIGHTNING STRIKES}
본 발명은 풍력 터빈용 피뢰 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 풍력 터빈에 관한 것이며, 낙뢰에 대하여 풍력 터빈의 구성요소, 예를 들어, 전기적 구성요소를 보호하기 위한 방법에 관한 것이다.
번개가 풍력 터빈을 타격할 때, 번개는 대개 하나 이상의 블레이드의 영역을 타격하게 되며, 낙뢰로부터의 전류는 이 블레이드로부터 인하 도체(down conductor) 같은 전도 수단에 의해 블레이드의 내부 또는 외부에서 허브, 기관실(nacelle) 및 타워 같은 하나 이상의 풍력 터빈 구성요소로, 그리고, 추가로 접지까지 전도된다. 그러나, 낙뢰로부터의 전류가 풍력 터빈을 통한 그 경로 도중에 낙뢰의 큰 에너지에 의해 손상될 수 있는 발전기나 컨버터 같은 임의의 전기적 구성요소 또는 메인 베어링 또는 기어박스 같은 다른 중요한 구성요소에 도달하지 않도록 보증하는 목표가 존재한다.
낙뢰로부터의 고 전압, 대 전류 및 강한 결과적 전자기장의 조합은 풍력 터빈의 발전기나 다른 전기적 구성요소를 손상시킬 수 있다. 무기어(gearless) 풍력 터빈이라고도 지칭되는 직접 구동 풍력 터빈을 사용하는 경우 발전기가 풍력 터빈의 블레이드 허브에 직접적으로 연결되어 있기 때문에 특히 발전기를 손상시키지 않고 블레이드 중 하나 이상으로부터 풍력 터빈을 통해 낙뢰를 전도시키는 것이 더 어려워진다. 외부 회전 로터를 갖는 발전기를 구비한 직접 구동 풍력 터빈을 사용하는 경우 풍력 터빈의 블레이드 상의 낙뢰로부터의 전류를 발전기에 손상을 주지 않고 접지까지 전도하는 방식을 찾는 것은 더욱 더 어려워지게 된다.
현 기술 상태의 풍력 터빈의 디자인에서, 낙뢰는 블레이드의 인하 도체에 의해 직접적으로 허브로 전도되며, 허브는 또한 낙뢰로부터의 전류를 기관실로 전도하고, 추가로, 접지까지 하향 전도한다. 발전기가 낙뢰에 의해 손상될 수 있기 때문에 이러한 종류의 피뢰 시스템은 발전기가 허브에 직접적으로 연결되어 있는 직접 구동 풍력 터빈에 대해서는 사용될 수 없다.
미국 특허 제7,377,750 B1호로부터 블레이드로, 그리고, 추가로 블레이드 허브 주변의 영역으로, 그리고, 풍력 터빈의 중요한 구성요소 및 블레이드 허브 주위의 경로를 따라 낙뢰를 전도하기 위한 피뢰 시스템이 알려져 있다. 그러나, 이 해법에 의한 난점은 허브 주위의 번개 전도 경로가 매우 길고 하나 이상의 방향 변경부 또는 전향부를 가지며, 이 방향 변경부 또는 전향부를 갖는 번개 전도 경로의 모든 위치에서는 번개 전도 경로로부터 번개 전도 경로에 근접한 구성요소, 예를 들어, 블레이드 허브로, 그리고, 그후, 추가로 발전기로 낙뢰로부터의 전기 전류가 점프될 상당한 위험이 존재한다.
따라서, 본 발명의 제1 목적은 풍력 터빈을 위한 개선된 피뢰 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 제2 목적은 전술한 난점들을 극복하고 상술한 위험을 감소시키는 유리한 풍력 터빈을 제공하는 것이다. 본 발명의 제3 목적은 낙뢰로부터의 전기 전류가 번개 전도 경로로부터 번개 전도 경로에 근접한 구성요소로, 그리고, 그후, 추가로 발전기로 점프할 위험을 감소시키는, 낙뢰에 대해 풍력 터빈의 구성요소를 보호하기 위한 유리한 방법을 제공하는 것이다.
제1 목적은 청구항 제1항에 청구된 바와 같은 풍력 터빈을 위한 피뢰 시스템에 의해 해결된다. 제2 목적은 청구항 제4항에 청구된 바와 같은 풍력 터빈에 의해 해결된다. 제3 목적은 청구항 제15항에 청구된 바와 같은 낙뢰에 대해 풍력 터빈의 구성요소를 보호하기 위한 방법에 의해 해결된다. 종속 청구항들은 본 발명의 추가적 개선예를 규정한다.
풍력 터빈을 위한 본 발명의 피뢰 시스템은 하나 이상의 절연 고 전압 케이블을 포함한다. 또한, 피뢰 시스템은 픽업 유닛과 추가적 절연 고 전압 케이블을 포함한다. 하나 이상의 절연 고 전압 케이블은 예로서, 그 제1 단부에서 번개 수용체에 전기적으로 연결된다. 또한, 하나 이상의 절연 고 전압 케이블은 예로서 그 제2 단부에서 픽업 유닛에 전기적으로 연결된다. 픽업 유닛은 또한 추가적 절연 고 전압 케이블에 의해 전기 접지된 부재에 전기적으로 연결될 수 있다.
절연 고 전압 케이블의 사용은 풍력 터빈의 구성요소, 예로서, 풍력 터빈 블레이드 상의 낙뢰로부터의 전류가 스테이터 권선 및 로터의 영구 자석 같은 민감한 전기적 구성요소에 도달하지 않고 또한 메인 베어링 같은 중요한 부품을 피하면서 그 구성요소로부터 전기 접지된 부재, 예로서, 풍력 터빈의 타워로 전도될 수 있다는 장점을 갖는다.
피뢰를 위한 표준 전기 절연 고 전압 케이블(또한, 약어로 HV 케이블)이 HV 케이블로서 사용될 수 있으며, 예로서, 풍력 터빈의 내부 샤프트 상의 부착 영역과 로터 블레이드 사이의 다수의 방향 변경부 또는 전향부 없이 간단한 방식으로 인도될 수 있다.
또한, 픽업 유닛을 사용함으로써 낙뢰로부터의 전류를 풍력 터빈 타워 같은 전기 접지된 부재로 전도시키기 위해 단 하나의 추가적 절연 HV 케이블이 요구된다는 장점을 얻을 수 있다. 이 경우에, 단 하나의 HV 케이블이 낙뢰의 큰 에너지에 의해 손상될 수 있는 발전기나 컨버터 같은 풍력 터빈의 중요한 전기적 구성요소 또는 메인 베어링이나 기어박스 같은 다른 중요한 구성요소를 통과한다.
바람직하게는, 차폐 장치, 예로서, 차폐 호스 또는 차폐 튜브가 하나 이상의 HV 케이블 주위에 또는 추가적 HV 케이블 주위에 피팅된다. 대안적으로, 차폐 장치 또는 차폐 수단, 예로서, 차폐 호스 또는 차폐 튜브는 하나 이상의 HV 케이블 또는 추가적 HV 케이블 내에 직접적으로 구현될 수 있다. 차폐 장치는 금속성 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 차폐 장치는 전용 브래킷(specific bracket)에 의해 피팅 및/또는 지지될 수 있다. HV 케이블 주위에 피팅될 수 있는 추가적 차폐 호스 또는 튜브, 예로서, 금속 차폐 호스 또는 튜브의 사용은 HV 케이블 주위의 전자기장을 감소시킨다.
예로서, 하나 이상의 HV 케이블 및/또는 추가적 HV 케이블은 슬립 링 및/또는 접촉 브러시 및/또는 스파크 간극에 의해 픽업 유닛에 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 풍력 터빈은 전술된 바와 같은 피뢰 시스템을 포함한다. 일반적으로, 본 발명의 풍력 터빈은 전술된 본 발명의 피뢰 시스템과 동일한 장점을 갖는다.
본 발명의 풍력 터빈은 회전축을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 픽업 유닛은 회전축에 배치될 수 있다. 또한, 풍력 터빈은 중앙 유닛을 포함할 수 있다. 중앙 유닛은 회전축에 위치될 수 있다. 이 경우에, 픽업 유닛은 중앙 유닛에 위치되는 것이 유리할 수 있다. 풍력 터빈은 허브를 포함할 수 있다. 허브는 중앙 허브 유닛을 포함할 수 있다. 픽업 유닛은 중앙 허브 유닛에 위치될 수 있다. 풍력 터빈은 메인 샤프트를 더 포함할 수 있다. 메인 샤프트는 중앙 메인 샤프트 유닛을 포함할 수 있다. 이 경우에, 픽업 유닛은 바람직하게는 중앙 메인 샤프트 유닛에 위치될 수 있다.
예로서, 중앙 허브 유닛에서의 또는 중앙 메인 샤프트 유닛에서의 픽업 유닛의 중앙 배치는 다수의 방향 변경부 또는 전향부 없이, 그리고, 스테이터 권선 및 로터의 영구 자석 같은 민감한 중요한 구성요소에 도달하지 않고, 픽업 유닛을 예로서 풍력 터빈 타워일 수 있는 전기 접지된 부재에 간단한 방식으로 연결하는 것을 가능하게 한다. 또한, 예로서, 단 하나의 추가적 HV 케이블에 의해 단 하나의 중앙에 위치된 픽업 유닛을 접지된 부재에 연결함으로써 메인 베어링 같은 중요한 부품을 효과적으로 피할 수 있다.
중앙 허브 유닛 또는 중앙 메인 샤프트 유닛은 하나 이상의 전기적 슬립 링 또는 다수의 전기적 슬립 링들 및/또는 유압 유니온을 포함할 수 있다.
본 발명의 풍력 터빈은 하나 이상의 로터 블레이드를 포함할 수 있다. 로터 블레이드는 번개 수용체를 포함할 수 있다. 번개 수용체는 하나 이상의 HV 케이블에 연결될 수 있다. 예로서, 번개 수용체는 블레이드 인하 도체에 의해 하나 이상의 HV 케이블에 연결될 수 있다. 블레이드의 인하 도체는 블레이드 내부에 배치되는 것이 바람직할 수 있다. 블레이드의 인하 도체는 블레이드 내부의 전기 절연 HV 케이블의 제1 단부에 유리하게 연결될 수 있다. HV 케이블의 제2 단부는 중앙 메인 샤프트 유닛 또는 중앙 허브 유닛에 위치된 픽업 유닛 또는 픽업 구조체에 부착될 수 있다.
풍력 터빈은 풍력 터빈 타워를 포함할 수 있다. 이는 추가적으로 풍력 터빈의 기관실과 타워 사이에 위치된 전이 부재를 포함할 수 있다. 타워 또는 전이 부재에 대한 중앙 메인 샤프트 유닛 및/또는 중앙 허브 유닛 사이의 추가적 전기적 연결은 추가적 HV 케이블에 의해 달성될 수 있다. 추가적 HV 케이블은 유리하게는 추가적으로 차폐 및 절연될 수 있다. 이는 기관실 내의 극도로 낮은 전자기장 조건을 가능하게 한다.
바람직하게는, 픽업 유닛 또는 픽업 구조체는 예로서, 절연 지지 구조체에 의해 전기적으로 절연된다. 이는 바람직하게는 중앙 허브 유닛 및/또는 허브 및/또는 메인 샤프트 및/또는 중앙 메인 샤프트 유닛으로부터 절연될 수 있다. 픽업 유닛 또는 픽업 구조체의 전기적 절연은 민감한 전기적 구성요소 및 메인 베어링 같은 중요한 부품이 낙뢰에 의해 손상되는 것으로부터 효과적인 보호를 제공한다.
또한, 풍력 터빈은 전기 접지된 부재를 포함할 수 있다. 이는 절연 고 전압 케이블에 의해 전기 접지된 부재에 전기적으로 연결된 하나 이상의 번개 전도체를 더 포함할 수 있다. 전기 접지된 부재는 예로서, 타워와 기관실 사이에 위치되어 있는 전이 부재 또는 풍력 터빈 타워일 수 있다. 하나 이상의 번개 전도체는 예로서, 프랭클린 로드(Franklin rod)일 수 있다. 번개 전도체 또는 프랭클린 로드는 기관실에 위치될 수 있다. 절연 HV 케이블에 의한 접지된 부재에 대한 번개 전도체의 연결은 기관실 내의 낙뢰에 의해 유발되는 전자기장을 감소시키며, 동시에, 낙뢰에 대해 풍력 터빈의 민감한 기계적 구성요소 및 민감한 전기적 구성요소를 보호한다.
일반적으로, 풍력 터빈은 직접 구동 풍력 터빈일 수 있다. 또한, 풍력 터빈은 내부 로터 시스템을 갖는 발전기 또는 외부 로터 시스템을 갖는 발전기를 포함할 수 있다. 전술된 피뢰 시스템은 외부 로터 발전기 및 내부 로터 발전기에 대해 동일한 방식으로 적용될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명의 풍력 터빈은 회전 축; 및 피뢰 시스템;을 포함하고, 상기 피뢰 시스템은 제 1 절연 고 전압 케이블; 제 2 절연 고 전압 케이블; 절연 층을 갖는 차폐 케이지를 통해 전기적으로 절연되는 링을 포함하는 상기 회전 축에 위치된 픽업 유닛;을 포함하고, 제 1 절연 고 전압 케이블은 번개 수용체에 전기적으로 연결되며 브러시, 스파크 간극 또는 이들의 결합 중 하나 이상을 통해 픽업 유닛의 링에 전기적으로 연결되고, 차폐 케이지는 브러시, 스파크 간극 또는 이들의 결합 중 하나 이상 및 상기 링의 일부들을 부분적으로 둘러싸고, 차폐 케이지의 일부가 링과 상기 회전 축 사이에서 연장하며, 픽업 유닛의 링은 제 2 절연 고 전압 케이블을 통해 전기적으로 접지된 부재에 전기적으로 연결될 수 있다.
낙뢰에 대하여 풍력 터빈의 구성요소, 특히 전기적 구성요소를 보호하기 위한 본 발명의 방법은 전기 접지된 부재 및 하나 이상의 번개 수용체를 포함하는 풍력 터빈에 관련된다. 이 방법은 하나 이상의 번개 수용체를 HV 케이블에 의해 픽업 유닛에 전기적으로 연결하고, 픽업 유닛을 추가적 HV 케이블에 의해 전기 접지된 부재에 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 한다. 일반적으로, 하나 이상의 번개 수용체를 픽업 유닛에 연결하기 위한 HV 케이블은 전기 접지된 부재에 픽업 유닛을 연결하기 위한 HV 케이블과 동일한 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 풍력 터빈의 구성요소를 낙뢰에 대해 보호하기 위한 방법은, 풍력 터빈은 회전 축, 전기 접지된 부재 및 하나 이상의 번개 수용체를 포함하고, 상기 방법은 회전 축에 위치된 픽업 유닛의 링에 하나 이상의 번개 수용체를 전기적으로 연결하는 단계로서, 브러시, 스파크 간극 또는 이들의 결합 중 하나 이상을 통해 픽업 유닛의 링에 전기적으로 연결된 고 전압 케이블에 의해, 상기 회전 축에 위치된 픽업 유닛의 링에 하나 이상의 번개 수용체를 전기적으로 연결하는 단계; 및 추가적인 고 전압 케이블을 통해 전기적으로 접지된 부재에 상기 픽업 유닛의 링을 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하고, 링은 절연 층을 구비한 차폐 케이지를 통해 전기적으로 절연되고, 차폐 케이지는 브러시, 스파크 간극 또는 이들의 결합 중 하나 이상 및 상기 링의 일부들을 부분적으로 둘러싸고, 상기 차폐 케이지의 일부가 상기 링과 상기 회전 축 사이에서 연장한다.
본 발명의 방법은 전술된 본 발명의 피뢰 시스템 및 전술된 본 발명의 풍력 터빈과 동일한 장점을 갖는다.
본 발명의 내용에서, 단어 "추가적"은 단지 두 개의 설명된 HV 케이블을 서로 구별하기 위해서 사용된다.
본 발명의 다른 특징, 특성 및 장점은 첨부 도면과 연계한 일 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다. 모든 설명된 특징은 개별적으로 또는 서로간의 임의의 조합으로 유리하게 이용될 수 있다.
이제, 도 1 내지 도 5를 참조로 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 풍력 터빈을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 풍력 터빈의 일부를 개략적으로 도시한다.
도 3은 픽업 구조체의 일부를 개략적으로 도시한다.
도 4는 고 전압 케이블의 제2 단부들을 서로 간에, 그리고, 접촉 브러시와 연결하기 위한 예를 개략적으로 도시한다.
도 5는 두 개의 슬립 링 사이의 전기적 연결부를 개략적으로 도시한다.
도 1은 풍력 터빈(1)을 개략적으로 도시한다. 풍력 터빈(1)은 타워(5), 기관실(2) 및 허브(7)를 포함한다. 기관실(2)은 타워(5)의 상단에 위치된다. 전이 부재(6)는 타워(5)와 기관실(2) 사이에 위치된다. 허브(7)는 다수의 풍력 터빈 블레이드(8)를 포함한다. 허브(7)는 기관실(2)에 장착된다. 또한, 허브(7)는 회전축(26)을 중심으로 회전할 수 있도록 피봇식으로 장착된다. 기관실(2)은 허브(7)에 대향하여 위치된 원거리 측부(27)를 포함한다.
발전기(3)는 기관실(2) 내부에 위치된다. 발전기(3)는 허브(7)에 대면한 근거리 측부(24)와 허브(7)에 대향한 원거리 측부(25)를 포함한다. 일반적으로, 발전기(3)는 외부 로터 구성 또는 내부 로터 구성을 가질 수 있다. 풍력 터빈(1)은 직접 구동 풍력 터빈이다.
도 2는 본 발명의 풍력 터빈(1)의 부분을 개략적으로 도시한다. 풍력 터빈(1)은 기관실(2)과 허브(7) 사이에 위치되는 직접 구동 발전기(3)를 포함한다. 대안적으로, 직접 구동 발전기(3)는 기관실(2) 내부에 위치될 수 있다. 풍력 터빈(1)은 하나 이상의 전기 절연 고 전압 케이블(12)(HV 케이블)을 포함하는 피뢰 시스템을 포함한다. 차폐 장치, 예로서, 차폐 호스 또는 튜브(13)는 HV 케이블(12) 주위에 피팅되거나 HV 케이블(12) 내에 직접적으로 구현될 수 있다.
로터 블레이드(8) 각각은 도 2에 도시되지 않은 하나 이상의 번개 수용체를 포함한다. 번개 수용체는 블레이드 루트(22)를 향해 번개 전류를 안내하는 블레이드 인하 도체(11)에 연결된다. 블레이드 루트(22)는 블레이드(8)를 허브(7)에 연결하는 블레이드(8)의 부분이다. 블레이드 인하 도체(11)는 바람직하게는 블레이드(8) 내부에 배치된다.
블레이드 인하 도체(11)는 HV 케이블(12a)에 연결된다. 도 2에서, 블레이드 인하 도체(11)와 HV 케이블(12a) 사이의 연결부는 블레이드 루트(22)에 근접하게 로터 블레이드(8) 내부에 위치된다. 대안적으로, 블레이드 인하 도체(11)와 HV 케이블(12a) 사이의 연결부는 허브(7) 내부에 위치될 수 있다. 달리 말해서, HV 케이블(12a)의 제1 단부는 블레이드 인하 도체(11)에 연결된다. HV 케이블(12a)의 제2 단부는 픽업 유닛(14) 또는 픽업 구조체(14)에 연결된다.
풍력 터빈(1)의 내부 구조는 특히 베드프레임(9), 메인 샤프트(10), 주 지지 구조(21) 및 배전반(4) 내의 전기 시스템으로 구성된다. 이들 구성요소는 바람직하게는 기관실(2) 내부에 위치될 수 있다. 풍력 터빈 기관실(2)은 풍력 터빈 타워(5) 상으로의 요 섹션(yaw section)을 또한 포함하는 전이 부재(6)를 통해 장착된다.
바람직하게는, 픽업 유닛(14)은 회전축(26)에 위치된다. 풍력 터빈(1)은 중앙 메인 샤프트 유닛 또는 중앙 허브 유닛을 포함할 수 있다. 이 경우에, 픽업 유닛(14)은 중앙 메인 샤프트 유닛 또는 중앙 허브 유닛에 위치될 수 있다. 중앙 허브 유닛은 전기적 슬립 링 및 유압 유닛온으로 구성될 수 있다.
픽업 유닛 또는 픽업 구조체(14)는 절연 지지 구조체(15)에 의해 중앙 허브 유닛 및/또는 중앙 메인 샤프트 유닛 및 허브(7) 또는 메인 샤프트(10)로부터 전기적으로 절연된다. 일반적으로, 픽업 구조체(14) 또는 픽업 유닛(14)을 갖는 중앙 허브 유닛이 허브(7) 내부 또는 메인 샤프트(10) 내부 중 어느 한 곳에 배치될 수 있다. 그 배치에 따라서, 이 유닛의 다양한 부분들, 그리고, 이에 따라, 역시 부착된 피뢰 시스템의 다양한 부분들은 정적이며, 각각 회전한다.
타워(5) 및/또는 전이 부재(6)는 전기 접지된 부재를 형성하거나 전기 접지된 부재를 포함한다. 픽업 유닛 또는 픽업 구조체(14)는 추가적 절연 HV 케이블(12b)에 의해 전기 접지된 부재에 전기적으로 연결된다. 이 추가적 HV 케이블(12b)은 번개 전류를 추가로 전기 접지된 부재, 예로서, 전이 부재(6)를 향해 분배한다. 추가적 HV 케이블(12b)은 차폐 장치(13b)를 포함한다. 차폐 장치(13b)는 다른 HV 케이블(12)에 관하여 전술된 금속성 호스 또는 튜브(13)와 동일한 특성을 가질 수 있다.
차폐 호스(13a)는 그 제1 단부에서 브래킷(18)에 의해 허브(7)에 연결된다. 이들은 그 제2 단부에서 허브에 또는 픽업 유닛(14)에 또는 중앙 허브 유닛이나 중앙 메인 샤프트 유닛에 전용 브래킷(18)에 의해 연결된다. 차폐 호스(13b)는 전용 브래킷(18)에 의해 절연 지지 구조체(15)에 연결된다. 차폐 호스(13b)는 그 제2 단부가 브래킷(18)에 의해 전이 부재(6)의 특정 돌출부(19)에 그 제2 단부에서 연결된다.
추가적 HV 케이블(12b)의 제1 단부는 픽업 유닛(14)에 연결된다. 추가적 HV 케이블(12b)의 제2 단부는 예로서, 전이 부재(6)에 전기적으로 연결되거나 타워(5)에 또는 다른 전기 접지된 부재에 전기적으로 연결된다. 도 2에서, 추가적 HV 케이블(12b)의 제2 단부는 금속성 브래킷(19)에 의해 전이 부재(6) 내부에 장착된다.
일반적으로, HV 케이블(12)과 픽업 유닛(14) 사이의 연결은 슬립 링 및/또는 브러시, 예로서, 카본 브러시 또는 접촉 브러시 및/또는 스파크 간극에 의해 실현될 수 있다. 이들 연결 수단, 예로서, 슬립 링, 브러시 또는 스파크 간극은 바람직하게는 메인 샤프트(10)의 중심에 위치된다. 도 2에서, 고 전압 케이블(12a)은 접촉 브러시(17)에 의해 픽업 유닛(14)에 연결된다. 접촉 브러시(17)는 절연 지지 수단(16)에 의해 허브(17)에 연결된다.
또한, 도 2에서, 기관실(2)은 프랭클린 로드(20)를 포함한다. 프랭클린 로드(20)는 기관실(2)의 상단에, 그리고, 기관실(2)의 원거리 측부(27)에 위치된다. 기관실(2) 상의 프랭클린 로드 또는 다수의 프랭클린 로드(20)는 추가적으로 풍력 터빈(1)의 외부 피뢰부를 제공한다. 번개 전류를 접지로 안전하게 안내하기 위해, HV 케이블(12c)의 제1 단부는 프랭클린 로드(20)에 연결된다. 이 HV 케이블(12c)의 제2 단부는 풍력 터빈(1)의 전기 접지된 부재에 연결된다. 이 HV 케이블(12c)은 전술된 HV 케이블(12a 및 12b)과 동일한 특성 및 장점을 갖는다. 예로서, 이는 금속성 브래킷(19)에 의해 전이 부재(6) 내부에 장착될 수 있다.
HV 케이블(12c) 주변의 전자기장을 제한하기 위해, 추가적 금속성 호스 또는 튜브(13c)가 이 케이블(12c) 주위에 피팅된다. 이 차폐 호스(13c)의 제1 단부는 전용 브래킷(18)에 의해 기관실에 연결된다. 이 차폐 호스(13c)의 제2 단부는 또한 전용 브래킷(18)에 의해 전이 부재(6)의 특정 돌출부(19)에 연결된다.
도 3은 세부적 픽업 구조체(14) 또는 픽업 유닛(14)의 부분을 개략적으로 도시한다. 픽업 유닛(14)은 중앙 유닛(30)에 연결되거나 중앙 유닛(30)에 근접하게 위치된다. 픽업 유닛(14)은 슬립 링(31) 및 강철 링(32)을 포함한다. 강철 링(32)은 절연 층(34)을 갖는 차폐 케이지(33)에 의해 절연되어 있다. 절연 층(34)을 구비하는 차폐 케이지(33)는 기관실(2)의 극도로 낮은 전자기장 상태를 가능하게 한다.
일반적으로, 차폐 호스(13)는 강철 호스일 수 있다. 또한, 차폐 케이지(33)는 강철로 이루어지거나 강철을 포함할 수 있다. 절연 층(34)은 예로서, 유리 섬유 보강 폴리머(GFRP; glass fibre reinforced polymer)를 포함할 수 있다.
그 제1 단부가 블레이드 인하 도체(11)에 연결된 고 전압 케이블(12a)은 접촉 브러시(17)에 의해 그 제2 단부가 강철 링(32)에 연결된다. 접촉 브러시(17)는 절연 지지 수단(16)에 의해 허브(7)에 연결된다. 접촉 브러시(17)를 사용하는 대신, 고 전압 케이블(12a)과 강철 링(32) 사이의 전기 전도성 연결은 스파크 간극에 의해 실현될 수 있다. 참조 부호 14는 전기적 연결을 나타낸다.
추가적 HV 케이블(12b)은 강철 링(32)에 전기 전도성 연결된다. 도 3에서, 추가적 HV 케이블(12b)의 차폐 호스(13b)는 볼트 연결부(35)에 의해 차폐 케이지(33)에 연결된다.
도 3에 도시된 실시예에 대한 대안으로서, 강철 링(32)은 허브(7)와 함께 회전할 수 있고, 접촉 브러시에 의해 추가적 HV 케이블에 연결될 수 있다. 이 경우에, 도 3에서, 고 전압 케이블(12a)은 추가적 HV 케이블로서 간주될 수 있으며, HV 케이블(12b)은 블레이드 인하 도체에 연결되는 HV 케이블로서 간주될 수 있다.
도 4는 고 전압 케이블의 제2 단부를 서로 간에 연결하고 그리고 접촉 브러시와 연결하는 일 예를 개략적으로 도시한다. 제1 고 전압 케이블(41)은 제1 블레이드(8)의 하나 이상의 번개 수용체에 연결된다. 제2 고 전압 케이블(42)은 제2 블레이드(8)의 하나 이상의 번개 수용체에 연결된다. 제3 고 전압 케이블(43)은 제3 블레이드(8)의 하나 이상의 번개 수용체에 연결된다. 세 개의 HV 케이블(41, 42 및 43)은 링형 HV 케이블(44)에 각각 연결된다.
링형 HV 케이블(44)은 두 개의 접촉 브러시(17a, 17b)를 포함한다. 도 4에서, 제1 접촉 브러시(17a)는 링형 HV 케이블(44)과의 제2 HV 케이블(42)의 연결부와 링형 HV 케이블(44)과 제3 HV 케이블(43) 사이의 연결부 사이에 위치된다. 제2 접촉 브러시(17b)는 링형 HV 케이블(44)과의 제3 HV 케이블(43)의 연결부와 링형 HV 케이블(44)과 제1 HV 케이블(41)의 연결부 사이에 위치된다. HV 케이블(41, 42, 43 및 44)은 접촉 브러시(17a 및 17b)에 의해 강철 링(32)에 연결될 수 있다.
도 5는 두 개의 슬립 링(51 및 52) 사이의 전기적 연결부를 개략적으로 도시한다. 슬립 링 연결부(53)는 제1 슬립 링(51)을 제2 슬립 링(52)과 연결한다. 슬립 링 연결부(53)는 고 전압 케이블 연결부(54)를 포함한다.
본 명세서에서, 용어 "연결하는" 또는 "연결된"은 달리 언급하지 않는 한, 전기적으로 연결된 것을 의미한다는 것을 또한 인지하여야 한다. 여기서, 전기적 연결은 각 구성요소 사이에서 직접적으로 또는 전기 전도성인 하나 이상의 다른 구성요소를 통해 간접적으로 형성될 수 있다.

Claims (15)

  1. 풍력 터빈(1)으로서,
    회전 축(26); 및
    피뢰 시스템;을 포함하고,
    상기 피뢰 시스템은
    제 1 절연 고 전압 케이블(12a);
    제 2 절연 고 전압 케이블(12b);
    절연 층을 갖는 차폐 케이지(33)를 통해 전기적으로 절연되는 링(32)을 포함하는 상기 회전 축(26)에 위치된 픽업 유닛(14);을 포함하고,
    상기 제 1 절연 고 전압 케이블(12a)은 번개 수용체에 전기적으로 연결되며 브러시, 스파크 간극 또는 이들의 결합 중 하나 이상을 통해 픽업 유닛(14)의 링(32)에 전기적으로 연결되고, 상기 차폐 케이지(33)는 브러시, 스파크 간극 또는 이들의 결합 중 하나 이상 및 상기 링(32)의 일부들을 부분적으로 둘러싸고, 상기 차폐 케이지(33)의 일부가 상기 링(32)과 상기 회전 축(26) 사이에서 연장하며,
    상기 픽업 유닛(14)의 링(32)은 제 2 절연 고 전압 케이블(12b)을 통해 전기적으로 접지된 부재(5, 6)에 전기적으로 연결될 수 있는,
    풍력 터빈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐 케이지(33)에 연결되는 차폐 장치(13)가 상기 제 2 절연 고 전압 케이블(12b) 주위에 피팅되는,
    풍력 터빈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 축(26)에 위치된 중앙 유닛(30)을 더 포함하고, 상기 픽업 유닛(14)은 상기 중앙 유닛(30)에 위치되는,
    풍력 터빈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 축(26)을 중심으로 회전하는 중앙 허브 유닛을 구비한 허브(7)를 포함하고, 상기 픽업 유닛(14)은 상기 중앙 허브 유닛에 위치되는,
    풍력 터빈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 축(26)을 중심으로 회전하는 중앙 메인 샤프트 유닛을 구비한 메인 샤프트(10)를 포함하고, 상기 픽업 유닛(14)은 상기 중앙 메인 샤프트 유닛 내부에 위치되는,
    풍력 터빈.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 중앙 허브 유닛은 하나 이상의 전기적 슬립 링(31), 또는 유압 유니온, 또는 하나 이상의 전기적 슬립 링(31) 및 유압 유니온을 포함하는,
    풍력 터빈.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 중앙 메인 샤프트 유닛은 하나 이상의 전기적 슬립 링(31), 또는 유압 유니온, 또는 하나 이상의 전기적 슬립 링(31) 및 유압 유니온을 포함하는,
    풍력 터빈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 절연 고 전압 케이블(12)에 연결된 번개 수용체를 구비한 하나 이상의 로터 블레이드(8)를 포함하는,
    풍력 터빈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    허브(7), 메인 샤프트(10), 중앙 허브 유닛 및 중앙 메인 샤프트 유닛 중 하나 이상을 더 포함하고, 상기 픽업 유닛(14)은 상기 허브(7), 상기 메인 샤프트(10), 상기 중앙 허브 유닛 및 상기 중앙 메인 샤프트 유닛 중 하나 이상으로부터 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는
    풍력 터빈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    전기 접지된 부재(5, 6) 및 번개 수용체(20)를 더 포함하는,
    풍력 터빈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 풍력 터빈(1)은 직접 구동 풍력 터빈인,
    풍력 터빈.
  12. 낙뢰에 대해 풍력 터빈(1)의 구성요소를 보호하기 위한 방법으로서,
    상기 풍력 터빈은 회전 축(26), 전기 접지된 부재(5, 6) 및 하나 이상의 번개 수용체를 포함하고, 상기 방법은
    상기 회전 축(26)에 위치된 픽업 유닛(14)의 링(32)에 하나 이상의 번개 수용체를 전기적으로 연결하는 단계로서, 브러시, 스파크 간극 또는 이들의 결합 중 하나 이상을 통해 픽업 유닛의 링(32)에 전기적으로 연결된 고 전압 케이블에 의해, 상기 회전 축(26)에 위치된 픽업 유닛의 링(32)에 하나 이상의 번개 수용체를 전기적으로 연결하는 단계; 및
    추가적인 고 전압 케이블을 통해 전기적으로 접지된 부재(5, 6)에 상기 픽업 유닛(14)의 링(32)을 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하고,
    상기 링(32)은 절연 층을 구비한 차폐 케이지(33)를 통해 전기적으로 절연되고,
    상기 차폐 케이지(33)는 브러시, 스파크 간극 또는 이들의 결합 중 하나 이상 및 상기 링(32)의 일부들을 부분적으로 둘러싸고, 상기 차폐 케이지(33)의 일부가 상기 링(32)과 상기 회전 축(26) 사이에서 연장하는,
    낙뢰에 대해 풍력 터빈의 구성요소를 보호하기 위한 방법.
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