[發明專利]橫向傳導雷電保護系統

有效

• 申請號: 201010221477.4
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN101936264A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: Y·N·門德斯埃爾南德斯;R·勒斯納
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00;H01T19/00;B64D45/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴志軍;譚祐祥

技術領域

本發明一般地涉及雷電保護系統，且更具體地，涉及用于風力渦輪機葉片和飛機機翼(翼型件)的雷電保護系統。

背景技術

本領域已知用于保護風力渦輪機及其相關的葉片的多種雷電保護系統。風力渦輪機常豎立在空地中，或者近年來豎立在海中，在那里它們形成最高點且常吸引雷電。風力渦輪機葉片的末梢到達最高位置且因而成為對于雷電而言通常的沖擊部位。

過去，葉片常由非傳導性材料例如玻璃纖維制成的事實導致認為雷電不是問題。但是，此類葉片常由一薄層灰塵、鹽或污染物以及濕氣一起覆蓋，傳導電流的風險是實在的，并且導致若干未受保護的葉片被雷電損壞或者毀壞。最近的發現已經證明轉子葉片的幾何形狀在雷電電弧形成和放電過程中也起到決定性的作用。

形成對風力渦輪機葉片的雷電保護的問題已經產生了若干不同的解決方案。一個解決方案意在防止襲擊風力渦輪機的葉片的來自閃電的電流進入發電機以及位于風力渦輪機的頂部或者外罩中的其它電子和電氣部件。這通過將電流從葉片導向風力渦輪機的塔架并導向地面或接地系統而實現。

基于它們的高度和暴露位置，風力渦輪機對于雷擊提供了優選的沖擊位置。在具有高雷電活動地區的風力渦輪機設備尤其要求成熟的保護系統。大部分遭受危險的部件都是電氣設備、控制電子裝置和葉片。較晚的葉片由玻璃纖維或碳纖維增強的塑料制成。它們由于雷電的損壞或毀壞導致最長的設施停機時間。

現代風力渦輪機裝備有長度大約37米及以上的葉片。雖然由電氣絕緣的玻璃纖維增強塑料制成，但葉片形成用于雷電放電的優選的沖擊點。為了防止由雷擊導致的損壞或毀壞，這些葉片配備有雷電保護系統(LPS)。最普通的LPS由若干金屬的離散接收器組成，接收器實現成葉片殼體，且通過引下線內部地連接到地。接收器為雷擊提供限定的沖擊位置。預期雷電放電在轉子葉片的外部上從一個接收器連通到另一個接收器，以便減少轉子葉片內放電和電弧的形成。對于較短的葉片，此概念證明是有效的，但是對于較長的葉片，葉片表面的一些部分繼續未受保護。

現有技術的風力渦輪機葉片雷電保護系統使用了各種形式的離散外部接收器，其沿轉子葉片表面分布，以吸引閃電放電。由于接收器的有限數目，雷擊擊中兩個接收器之間的葉片，導致復合材料的部分到完全毀壞的可能性很高。

由于此問題，已經提出了替代的雷電保護系統。一個系統包括到外葉片殼體上的金屬網格、傳導性和柔性的箔片疊層。然而，將金屬網格包括在疊層過程中的處理步驟使得處理步驟更加復雜，并且還會由于更高的材料開支導致增加成本。

以類似的方式，用于飛機機翼(翼型件)的現有技術的雷電保護系統使用在表面上的各種形式的傳導性路徑的結合，例如網狀結構，尤其是對于基于復合材料的機翼，其具有可由雷電附著點導致部分及局部損壞的缺點。靠近用于翼型件的雷電附著點的區域會經常被損壞，這在一些情況下需要在著陸后附加的修理，或者至少需要檢查。此情況可導致飛機更多的停飛時間，并因而增加運營成本并降低飛機的可用性。

鑒于上述情況，提供避免前述問題和花費的用于風力渦輪機葉片和飛機機翼(翼型件)的雷電保護系統將是有利的。

發明內容

簡而言之，根據一個實施例，一種雷電保護系統(LPS)包括玻璃增強纖維或碳增強的風力渦輪機葉片或飛機機翼，該葉片或機翼包括末梢區、吸力側及壓力側。在葉片末梢區或機翼末梢區內側并在吸力側和壓力側之間設置了傳導性或半傳導性的大體上平坦的元件。該傳導性或半傳導性的大體上平坦的元件強加了預定的電場分布圖形或所謂的電場控制區域，其導致雷電放電附在末梢區上。該傳導性或半傳導性的大體上平坦的元件與傳導路徑成電氣連通或者電化連接，使得該電場控制區域和傳導路徑一起起作用，通過控制在末梢區中或整個葉片上由雷擊導致的電場分布來保護風力渦輪機葉片或飛機機翼免遭由于風力渦輪機葉片或飛機機翼(翼型件)的末梢區中的雷擊造成的損壞。

附圖說明

當參考附圖閱讀以下具體實施方式時，本發明的這些和其它特征、方面以及有點將變得更好理解，其中貫穿附圖，相似的標號代表相似的部件，其中：

圖1圖示了根據本發明的一個實施例的風力渦輪機葉片或飛機機翼雷電保護機構；

圖2圖示了根據本發明的另一個實施例的風力渦輪機葉片或飛機機翼雷電保護機構；

圖3圖示了根據本發明的又另一個實施例的風力渦輪機葉片或飛機機翼雷電保護機構；以及

圖4圖示了根據本發明的再另一個實施例的風力渦輪機葉片或飛機機翼雷電保護機構。