ES2203171T3 - Proteccion contra rayos para pala, para turbina de viento. - Google Patents
Proteccion contra rayos para pala, para turbina de viento.Info
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Abstract
Una pala para turbina de viento, de fibra de vidrio y/o de fibra de carbono, que comprende un cable conductor para rayos, interno, convencional, (5), caracterizada porque la pala comprende tiras oblongas (1, 2, 3) de plásticos reforzados con fibra de carbono, y por que el cable conductor para rayos interno (5) y las tiras oblongas (1, 2, 3) están interconectados a intervalos regulares por medio de conductores (6).
Description
Protección contra rayos para pala para turbina de
viento.
La invención se refiere a una pala para turbina
de viento de fibra de vidrio y/o fibra de carbono, y que comprende
un cable conductor para rayos, interno, convencional.
Las descargas producidas por los rayos suponen
corrientes extremadamente fuertes del orden de magnitud de 10 a 200
kA en el transcurso de un lapso de tiempo muy corto. El efecto es
muy fuerte y puede causar daños debido a que el aire, confinado en
la pala, se expande explosivamente. Se conoce el hecho de insertar
cables fuertemente entrelazados en la pala. Además, se ha previsto
un colector metálico en la punta de la pala, teniendo dicho
colector metálico una anchura predeterminada y sirviendo para
capturar el rayo así como para proteger a este punto contra una
calentamiento demasiado fuerte. Se conoce una turbina de viento, de
este tipo, por la publicación WO 96/07825.
Además, es conocido el hecho de reforzar la pala
por medio de un revestimiento de fibra de carbono. Opcionalmente
puede aplicarse una nervadura de cobre sobre el revestimiento de
fibra de carbono para proteger dicho revestimiento de fibra de
carbono.
El objeto de la invención es proporcionar una
pala para turbina de viento mejorada con un conductor para
rayos.
Una pala para turbina de viento del tipo
anteriormente citado se caracteriza, según la invención, porque la
pala comprende tiras oblongas de plásticos, reforzados con fibra de
carbono y por que el cable conductor para rayos, interno, y las
tiras oblongas están interconectados a intervalos regulares por
medio de conductores.
Las tiras oblongas de plásticos, reforzados con
fibra de carbono, mejoran la resistencia del ala, y se obtiene una
estructura con potencial equilibrado de manera eficaz y
sistemática.
La invención se explica a continuación con mayor
detalle, con referencia a una realización mostrada en los dibujos
adjuntos, en los cuales:
la figura 1 es una vista en sección longitudinal
de una pala para turbina de viento de acuerdo con la invención, que
comprende un conductor para rayos en la forma de tiras oblongas de
plásticos reforzados con fibra de carbón.
la figura 2 es una vista en sección transversal
de la pala para turbina de viento de la figura 1.
la figura 3 ilustra la turbina de viento
entera.
la figura 4 ilustra la resistencia eléctrica de
un revestimiento de fibra de carbón frente a la anchura, y
la figura 5 ilustra un cable conductor para
rayos, que puede ser insertado en la pala para la turbina de
viento.
Los daños ocasionados en las palas para turbina
de viiento, debido a las descargas producidas por rayos, pueden
entenderse perfectamente. Se encuentran involucradas corrientes
extremadamente fuertes, del orden de magnitud de 10 a 200kA, en un
lapso de tiempo muy corto. La potencia involucrada es baja, pero el
efecto es muy fuerte y puede causar daños porque el aire, confinado
en la pala, se expande de manera explosiva. Se conoce el hecho de
insertar cables fuertemente entrelazados en la pala para desviar el
rayo. Además, se ha previsto un receptor especial en la punta de la
pala, sirviendo el mencionado receptor para capturar el rayo así
como para evitar que este punto sufra un calentamiento excesivo.
Además, se conoce el hecho de reforzar cada pala por medio de un
revestimiento de fibra de carbono. Opcionalmente puede aplicarse una
nervadura de cobre sobre el revestimiento de fibra de carbono para
proteger dicho revestimiento.
De acuerdo a la invención, se añade una cantidad
de material de fibra de carbono a la pala con el resultado de que
dicha pala puede servir, por sí misma, como conductor para rayos.
El material de fibra de carbono, que sirve como conductor para
rayos, está formado, según la invención, por una o varias tiras
oblongas 1, 2, 3 de plásticos reforzados con fibra de carbono, que
forman, preferentemente, parte del laminado de la pala. Además,
puede estar prevista una barra de carbón en el interior de cada
pala, y las tiras oblongas 1, 2, 3 pueden estar conectadas con la
dicha barra interna de carbón. La pala puede estar dotada con
miembros de refuerzo interiores 4. Si se desea, puede estar
previsto un cable conductor para rayos, convencional, 5 sobre el
conductor de carbono interno o sobre uno de los miembros de
refuerzo internos 4. El cable conductor para rayos, convencional, 5
puede estar estructurado como ser muestra en la figura 5. Sin
embargo, las terminaciones tienen una estructura particular. La
figura 2 muestra en modo en que las tiras conductoras oblongas 1, 2,
3 pueden ser conectadas con el conductor de carbono interno o con
al cable conductor interno 5 por medio de los conductores 6. La
figura 1 muestra, también, el receptor 7 en el extremo de la
pala.
La pala está fabricada en dos mitades, que son
pegadas ulteriormente entre sí a lo largo de los bordes. Cada mitad
de la pala se fabrica mediante moldeo de un material de vidrio,
laminado de fibra de carbono, etc., en un molde. El molde ha sido
revestido, previamente, con un agente de desmoldado conveniente, con
el resultado de que es fácil separar el producto moldeado una vez
completado el moldeo.
La pala está conformada, según la invención, de
manera que las partes de la mencionada pala están formadas por tiras
oblongas de plásticos reforzados con fibra de carbono.
Las fibras de carbono están disponibles, por
ejemplo, en Devold AMT A/S, 6030 Langeväg, Noruega, y se
caracterizan porque son eléctricamente conductoras en un grado
predeterminado, debido a que son muy finas, y a que presentan una
alta resistencia a la tensión.
Como la resistencia a la tensión de las fibras de
carbono es elevada y mucho más alta que la resistencia a la tensión
de la fibra de vidrio, las estructuras de fibra de vidrio son a
menudo reforzadas por medio de una cantidad predeterminada de
fibras de carbono, para incrementar la resistencia a la tensión y,
si se desea, también la rigidez.
Desde el punto de vista de su construcción, la
capacidad para conducir la electricidad de las fibras de carbono
puede presentar tanto una ventaja como un inconveniente. En otras
palabras, cuando se desea obtener, por ejemplo, un material epoxi
para pavimentos, antiestático, eléctricamente conductor, es posible
mezclar trozos de fibras de carbono con el producto para obtener la
mencionada propiedad. Por otra parte, cuando se desea reforzar una
estructura grande de fibra de vidrio paraa ser montada al aire
libre y por consiguiente, involucrando el riesgo de rayos, estas
fibras de carbono, eléctricamente conductoras, pueden formar una
parte activa de la desviación de los rayos. Lo segundo implica, de
cualquier modo, un riesgo de calentamiento local. De cualquier
modo, cuando una cantidad suficientemente alta de fibras es usada en
la estructura, dicha fibras pueden ser utilizados desde el punto de
vista de la construcción. En cualquier caso es necesario conocer
las propiedades eléctricas de las fibras de carbono. Es usual
referirse a la resistividad de un material como la resistencia
óhmica de 1 m del material, con una sección transversal de 1
mm^{2} y a 20ºC.
De todos modos, no es posible obtener fibras de
carbono de una sección transversal de 1 mm^{2}, y por
consiguiente se elige describir los resultados de algunos ensayos
prácticos. Se cortan varios anchos de una plancha de fibras de
carbono, enlazadas con resina de poliéster y con un grosor de 1 cm,
cuyas resistencias son medidas ulteriormente. La resistividad R
medida en 1 cm^{2} del material, con una longitud de 1 m, era de
300 óhmios a 20ºC.
Cuando las anchuras del material son mayores que
lo indicado anteriormente, la resistencia es peor que la indicada
anteriormente. La resistencia es inversamente proporcional al área
de sección transversal del material, lo cual ha sido ilustrado
mediante la curva en de la figura 4. Esta curva de la figura 4
muestra la resistencia R frente a varias anchuras W del material con
un grosor constante de 1 cm y con una longitud constante de 1 m.
Como se ilustra mediante la curva, la resistencia eléctrica R es
relativamente baja en relación con secciones transversales grandes.
Sin embargo existe una gran diferencia con la conductividad de los
metales.
Las fibras están disponibles allí donde las
fibras individuales están cubiertas con una película metálica, tal
como níquel, mediante la cual la resistencia eléctrica es
considerablemente reducida y hace interesantes las mencionadas
fibras. En otras palabras las fibras pueden ser activamente usadas
tanto en forma de fibras ordinarias como en forma de fibras
revestidas con metal para la protección contra los rayos, es decir,
bien como un conductor de descarga de rayos directamente activo,
cuuando la cantidad de fibras e suficientemente alta y el grosor y
la anchura son suficientes para asegurar una resistencia eléctrica
total baja, o como un conductor de descarga de rayos paralelo. Una
estructura eficiente y sistemáticamente igualada en potencial de un
conductor de descarga de rayos paralelo de este tipo hace posible
utilizar tanto su función de conductor de descarga de rayos como su
función de amortiguación de energía reflejada con relación a las
corrientes del rayo.
El cable conductor para rayos es, por ejemplo,
del tipo mostrado en la figura 5. El conductor principal 12 rodea
un relleno interno 11, comprendiendo dicho conductor 12 una
pluralidad de cables de cobre yuxtapuestos. Estos cables de cobre
están colocados de forma que se enrollan ligeramente alrededor del
relleno 11. Una capa semiconductora 13 rodea a la capa conductora
12, y una capa aislante 14 de polietileno rodea a la mencionada
capa semiconductora 13. Aun otra capa semiconductora 15 rodea a la
capa de polietileno 14, y una pantalla de cobre 16 rodea a la
mencionada capa semiconductora adicional 15. Esta estructura es
ventajosa dado que reduce al mínimo la inductancia por unidad de
longitud. La caída de voltaje resultante a través del cable ha sido
reducida al mínimo, mediante lo cual se evita, hasta cierto punto,
que otras partes de la turbina de viento sean dañadas debido a los
ataques producidos por los rayos. Las terminaciones de la pantalla
están de acuerdo con las normas presentadas por spc SCANPOCON
ENERGI. Estas normas se consideran como "Instrucción para la
Terminación Superior Tricore", acerca del extremo superior del
cable para rayos e "Instrucción para la Terminación Inferior
Tricore" con relación al extremo inferior del mencionado cable
para rayos, respectivamente. Por otra parte, las normas para
"Terminación en Cold Shrink™ y Caucho de Silicona" son usadas
para el extremo superior del cable.
La figura 3 ilustra la turbina de viento entera.
Las tres palas están aseguradas en un cubo dispuesto de manera
giratoria. El cubo está conectado con un generador a través de un
eje y de una caja de cambios, estando dispuesto dicho generador en
una carcasa giratoria, dispuesta de la turbina de viento.
La invención ha sido descrita con referencia a
una realización preferida. Sin embargo, esta puede ser modificada
de muchas formas sin que se desvíe, por ello del alcance de la
invención.
Claims (5)
1. Una pala para turbina de viento, de fibra de
vidrio y/o de fibra de carbono, que comprende un cable conductor
para rayos, interno, convencional, (5), caracterizada porque
la pala comprende tiras oblongas (1, 2, 3) de plásticos reforzados
con fibra de carbono, y por que el cable conductor para rayos
interno (5) y las tiras oblongas (1, 2, 3) están interconectados a
intervalos regulares por medio de conductores (6).
2. Una pala para turbina de viento según la
reivindicación 1, caracterizada porque comprende miembros de
refuerzo internos (4) de plásticos reforzados con fibra de carbono,
que están conectados con el cable conductor para rayos (5) y con, a
al menos, alguna de las tiras oblongas (1).
3. Una pala para turbina de viento según las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque la fibra de
carbono en las tiras oblongas (1, 2, 3) y/o los miembros de
refuerzo interno (4) están revestidos con una película metálica.
4. Una pala para turbina de viento de acuerdo a
las reivindicaciones precedentes caracterizada porque las
tiras oblongas (1, 2, 3) y el cable conductor para rayos (5) están
interconectados en siete posiciones, vistas en dirección
longitudinal.
5. Una turbina de viento de acuerdo a la
reivindicación 1, en la que las tiras longitudinales (1, 2, 3) de
plásticos reforzados con carbono están comprendidas por la pared de
la pala.
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