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KR20160088937A - 낙뢰 보호 장치, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템 및 이의 낙뢰 보호 방법 - Google Patents

낙뢰 보호 장치, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템 및 이의 낙뢰 보호 방법 Download PDF

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KR20160088937A
KR20160088937A KR1020167016679A KR20167016679A KR20160088937A KR 20160088937 A KR20160088937 A KR 20160088937A KR 1020167016679 A KR1020167016679 A KR 1020167016679A KR 20167016679 A KR20167016679 A KR 20167016679A KR 20160088937 A KR20160088937 A KR 20160088937A
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KR
South Korea
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lightning protection
lightning
electric brush
conductive end
component
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Application number
KR1020167016679A
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English (en)
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KR101766613B1 (ko
Inventor
진펭 황
쳉퀴안 리우
Original Assignee
베이징 골드윈드 싸이언스 앤 크리에이션 윈드파워 이큅먼트 코.,엘티디.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 베이징 골드윈드 싸이언스 앤 크리에이션 윈드파워 이큅먼트 코.,엘티디. filed Critical 베이징 골드윈드 싸이언스 앤 크리에이션 윈드파워 이큅먼트 코.,엘티디.
Publication of KR20160088937A publication Critical patent/KR20160088937A/ko
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Abstract

낙뢰 보호 장치는 낙뢰 전류를 수용하기 위해 비금속 블레이드(1) 상에 배열되는 낙뢰 수신기 및 낙뢰 수신기에 전기 접속되는 블레이드 다운리드(2), 절연 방식으로 전기적으로 블레이드 다운리드(2)와 연결되고 발전기 회전자(5)의 외부 표면과 연결되는 제1 낙뢰 전류 안내 구성요소(3), 절연 방식으로 절연 케빈 커버(6) 및 발전기 로터의 외부 표면과 연결되며, 금속 전도체(9)에 의해 제1 낙뢰 전류 안내 구성요소(3)와 전기 접속되는 제2 낙뢰 전류 안내 구성요소(7), 낙뢰 전류를 타워를 통해 대지까지 배출하도록, 제2 낙뢰 전류 안내 구성요소(7)를 타워 내에 배열된 접지 구성요소(15)와 전기 접속하기 위한 낙뢰 보호 다운리드(11)를 포함한다. 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템 및 그의 낙뢰 보호 방법이 또한 개시된다.

Description

낙뢰 보호 장치, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템 및 이의 낙뢰 보호 방법{LIGHTNING PROTECTION DEVICE, DIRECT-DRIVE WIND TURBINE GENERATOR SYSTEM AND LIGHTNING PROTECTION METHOD THEREOF}
본 출원은 낙뢰 보호 장치의 기술 분야에 관한 것으로, 특히 낙뢰 보호 장치, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템 및 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법에 관한 것이다.
풍력 터빈 발전기 시스템은 보통 개방된 지역 또는 해안 지역에 건설된다. 풍력 터빈 발전기 시스템의 높이는 일반적으로 130미터를 초과하고, 특히 신규-유형의 풍력 터빈 발전기 시스템의 높이는 보통 160미터를 초과하며, 풍력 터빈 발전기 시스템은 이들 지역에서 돌출된 대상물이고, 따라서 풍력 터빈 발전기 시스템은 낙뢰에 의해 용이하게 부딪힐 수 있다.
따라서, 풍력 터빈 발전기 시스템, 특히 발전기가 나셀(nacelle)의 외측에 배열되는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호는 매우 중요하다. 피치 베어링의 비용으로 인해, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 발전기 내의 발전기 주 베어링 및 요 베어링은 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 전체 비용의 상당부를 차지하고, 낙뢰 전류에 의해 3개 유형의 베어링이 연소 및 손상될 수 있어, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호가 특히 중요하다.
직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 구조는 이중-여자(doubly-fed) 풍력 터빈 발전기 시스템의 구조와 본질적으로 상이하다. 가장 전형적인 차이는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 발전기는 나셀의 외측에 배열되지만, 이중-여자 풍력 터빈 발전기 시스템의 발전기는 나셀의 내측에 배열된다는 점이다. 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 직접적인 낙뢰 보호에 대해, 이는 낙뢰 전류가 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템 내의 각각의 베어링을 확실히 통과하는 것을 의미한다. 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템은 3개의 유형의 베어링: 피치 베어링, 발전기 주 베어링 및 요 베어링을 포함한다. 상기 3개의 유형의 베어링은 낙뢰 전류에 의해 연소 및 손상되고, 이에 의해 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 손상시킬 수 있다.
현재, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법은 블레이드 내에 분리된 케이블 리드를 배열하는 단계, 및 주금(metal casting)을 행하는 단계를 포함하고, 직접적인 낙뢰를 위한 전도로로서 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 베어링 및 구조 부재, 즉 블레이드 피뢰기(lightning arrester)의 다운 리드는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 블레이드의 루트부에서 플랜지에 연결되고, 블레이드의 루트부에서 플랜지는 피치 베어링을 통해 휠 허브에 연결되고, 휠 허브는 발전기 주 베어링을 통해 발전기에 연결되고, 발전기는 나셀용 기저부에 연결되고, 나셀용 기저부는 요 베어링을 통해 타워에 연결되고, 타워는 직접적인 낙뢰 전류를 배출하기 위해 풍력 터빈 기저부의 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 전체 구조부에 연결된다. 도 1은 종래 기술의 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 통과하는 직접적인 낙뢰 전류의 순환로를 도시한 개략도이다. 도 1로부터, 직접적인 낙뢰 전류의 순환로는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 피치 베어링, 발전기 주 베어링 및 요 베어링을 통과하는 것을 알 수 있다.
그러나, 발전기의 베어링의 내륜과 외륜 사이에 간격이 존재하기 때문에, 낙뢰 전류의 순환로에서의 임피던스는 높고, 이는 낙뢰 전류의 배출에 영향을 준다. 추가로, 낙뢰 전류의 순환로로서 베어링을 사용하는 경우 베어링이 낙뢰 전류에 의해 연소된 후 손상되어, 이에 의해 전체 비용이 증가할 수 있다. 게다가, 새로운 베어링을 대체하기 위해 발전기가 정지되는 경우 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 정상 작동이 중단될 수 있고, 이는 큰 경제적 손실을 추가로 발생시킨다.
종래 기술에 따르는 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법 및 낙뢰 보호 장치는 낙뢰 전류 배출로를 구성하고, 낙뢰 전류는 블레이드로부터 휠 허브 커버 및 나셀 커버를 통과하여 흐르고, 이후 대지로 흐르며, 따라서 낙뢰 전류가 피치 베어링을 통과하는 것을 완전히 회피하고 피치 베어링의 안전을 보장한다. 그러나, 발전기 주 베어링 및 요 베어링 등의 기타 베어링은 여전히 베어링을 통과하여 흐르는 낙뢰 전류에 의해 손상될 수 있다. 추가로, 낙뢰 전류 배출로는 단지 휠 허브 커버 및 나셀 커버만을 통과하지만, 낙뢰 전류가 베어링으로 분로되어 베어링을 손상시킬 수 있다. 또한, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 발전기는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 외측에 배열되기 때문에, 발전기용 낙뢰 보호 문제는 상기 설계를 사용하여 완전히 해결될 수는 없다.
본 출원의 실시예에 따르는 낙뢰 보호 장치, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템 및 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법이 제공되고, 이는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 베어링 대신 새로운 외부 채널을 따르는 낙뢰 전류 흐름을 허용할 수 있고, 따라서 베어링이 낙뢰 전류에 의해 손상되는 것을 회피하여 베어링의 사용 수명을 연장하고, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 베어링의 정상 작동을 효과적으로 보장하며, 이에 의해 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 정상 작동을 보장하고 낙뢰 전류 배출 채널의 전기 전도성을 향상시킨다.
상기 목적을 달성하기 위해, 이하의 기술적 해결책이 본 출원의 실시예에 따라서 제공된다.
일 양태에서, 본 출원에 따르는 낙뢰 보호 장치가 제공되며, 낙뢰 보호 장치는 비금속성 블레이드 상에 배열되며 낙뢰 전류를 수신하도록 구성된 피뢰기, 및 피뢰기에 전기 접속된 블레이드 다운 리드를 포함하고, 낙뢰 보호 장치는 추가로,
블레이드 다운 리드에 전기 접속되며 절연 방식으로 발전기 회전자의 외부 표면에 연결되는 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소,
절연 방식으로 절연 나셀 커버 및 발전기 회전자의 외부 표면에 연결되며 금속 전도체를 통해 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소에 전기 접속되는, 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소, 및
낙뢰 전류를 타워를 통해 대지로 배출하기 위해, 타워 내측에 배열된 접지 구성요소 및 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소를 전기 접속하도록 구성된 낙뢰 보호 다운 리드를 포함한다.
다른 양태에서, 본 출원에 따르는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템이 제공되며, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템은 상기 기술적 해결책에 따르는 낙뢰 보호 장치를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 출원에 따르는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법이 추가로 제공되며, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 발전기는 나셀의 외측에 배열되고, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템은 상기 기술적 해결책 중 적어도 하나에 따르는 낙뢰 보호 장치를 포함하고, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법은,
풍력 터빈의 블레이드 상에 배열된 피뢰기를 통해 낙뢰 전류를 수신하는 단계,
블레이드 다운 리드를 피뢰기에 연결함으로써 낙뢰 전류를 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소에 전송하는 단계,
제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소로부터 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소까지 금속 전도체를 통해 낙뢰 전류를 전송하는 단계,
제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소로부터 접지 구성요소까지 낙뢰 보호 다운 리드에 의해 낙뢰 전류를 전송하는 단계, 및
낙뢰 전류를 접지 구성요소에 의해 대지로 배출하는 단계를 포함한다.
본 출원의 실시예에 따르는 낙뢰 보호 장치, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템 및 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법에서, 낙뢰 전류가 베어링을 통해 흐르는 경우 베어링이 손상되는 종래 기술의 직접적인 낙뢰 보호 설계에서의 설계 결함을 해결하기 위해 분리된 외부 전류 전도성 채널이 채용되고, 새로운 분리된 낙뢰 전류 배출 채널(피뢰기로부터 블레이드 다운 리드, 풍력 터빈 블레이드의 외부 표면의 루트부에서의 원호형 전기 브러시 트랙, 제1 낙뢰 보호 전기 브러시, 제2 낙뢰 보호 전기 브러시, 나셀 커버의 상부 상의 발전기에 근접한 측부에서의 환형 전기 브러시 트랙, 낙뢰 보호 다운 리드, 타워, 및 풍력 터빈 기저부를 통과하여 대지까지)이 구성된다. 이 경우, 낙뢰 전류는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 베어링 대신 새로운 채널을 따라서 흐르고, 이에 의해 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 베어링(요 베어링, 피치 베어링 및 발전기 주 베어링)의 정상 작동을 효과적으로 보장하고, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 베어링의 사용 수명을 연장하고, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 정상 작동을 보장하고 낙뢰 전류 배출 채널의 전기 전도성을 크게 향상시킨다.
본 발명 또는 종래 기술의 기술적 해결책의 실시예를 더 명확하게 예시하기 위해, 실시예 또는 종래 기술을 설명하도록 참조되는 도면이 이후 간략히 설명될 것이다. 명백하게는, 이하의 상세한 설명의 도면은 단지 본 출원의 여러 실시예이며, 관련 기술 분야의 통상의 기술자를 위해 다른 도면은 임의의 창조적인 노력없이 이들 도면에 기초하여 획득될 수 있다.
도 1은 종래 기술에서 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 통과하는 직접적인 낙뢰 전류 흐름로를 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따르는 낙뢰 보호 장치의 구조를 도시하는 개략도이다.
도 3은 도 2의 부분(A)의 부분 확대도이다.
도 4는 도 2의 낙뢰 보호 장치의 전방도이다.
도 5는 본 출원의 실시예에 따르는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템용 낙뢰 보호 방법을 도시하는 흐름도이다.
본 출원의 실시예의 기술적 해결책은 본 출원의 실시예에서 도면과 함께 이후 명백하고 완전히 설명될 것이다. 명백하게는, 개시된 실시예는 모든 실시예보다는 본 출원의 실시예의 단지 일부이다. 본 출원의 실시에에 기초하여, 임의의 창조적 노력없이 관련 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 행해지는 모든 다른 실시예는 본 발명의 범위 내이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 장치가 본 출원의 실시예에 따라서 제공되며, 낙뢰 보호 장치는 비금속성 블레이드(1) 상에 배열되며 낙뢰 전류를 수용하도록 구성된 피뢰기(도면에 미도시됨), 및 피뢰기에 전기 접속된 블레이드 다운 리드(2)를 포함한다. 낙뢰 보호 장치는 블레이드 다운 리드(2)에 전기 접속되며 절연 방식으로 발전기 회전자(5)의 외부 표면에 연결되는 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소(3), 절연 방식으로 절연 나셀 커버(6) 및 발전기 회전자(5)의 외부 표면에 연결되며 금속 전도체(9)를 통해 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소(3)에 전기 접속되는 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소(7), 및 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소(7)에 전기 접속된 낙뢰 보호 다운 리드(11) 및 타워(10) 내에 배열되며 타워(10)를 통해 낙뢰 전류를 대지로 배출하도록 구성된 접지 구성요소(15)(도 4 참조)를 추가로 포함한다.
본 출원에 따라서 도 2에 도시된 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 장치에서, 낙뢰 전류가 베어링을 통해 흐르는 경우 베어링이 손상되는 종래의 직접적인 낙뢰 보호 설계에서의 설계 결함을 해결하기 위해 분리된 외부 전류 전도성 채널이 채용되고, 새로운 낙뢰 전류 배출 채널(피뢰기로부터 블레이드 다운 리드(2), 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소(3), 금속 전도체(9), 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소(7), 낙뢰 보호 다운 리드(11), 타워(10) 및 접지 구성요소(15)를 통과하여 대지까지)이 제공된다. 이 경우, 낙뢰 전류는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 베어링 대신 새로운 외부 채널을 따라서 흐르고, 이에 의해 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 베어링(요 베어링, 피치 베어링 및 발전기 주 베어링을 포함함)의 정상 작동을 효과적으로 보장하고, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 베어링의 사용 수명을 증가시키고, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 정상 작동을 보장하고, 낙뢰 전류 배출 채널의 전기 전도성을 크게 향상시킨다.
본 출원의 실시예에 따르는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템은 외부-회전자 내부-고정자 구조인 점에 유의해야 한다. 이 경우, 발전기 회전자가 외측에 배열되기 때문에, 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소 및 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소가 발전기 회전자의 외부 표면 상에 직접적으로 배열되는 경우 발전기의 정상 작동은 악영향을 받지 않을 수 있다. 게다가, 본 출원의 실시예에 따르는 절연 나셀 커버(6)는 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소(7)로부터 절연된 표면을 구비한 나셀 커버로 지칭되고, 나셀 커버는 비금속성 재료 등의 절연 재료로 제조될 수 있고, 또는 절연 바니시층과 같은 절연 재료로 코팅된 표면을 구비한 금속 등의 전도성 금속으로 제조될 수 있고, 또는 금속 등의 전도성 물질로 제조될 수 있으며, 절연 지지부는 나셀 커버를 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소(7)로부터 절연하기 위해 나셀 커버의 일부 상에 배열된다. 결론적으로, 절연 나셀 커버(6)는 나셀 커버가 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소(7)로부터 절연될 수 있는 한 본 출원에 의해 한정되지 않는다.
따라서, 낙뢰 전류가 나셀 커버 등의 발전기 시스템의 구조부를 통해 배출되기 보다는 상기 효과 분석에서 언급된 분리된 전류 전도성 채널을 통해 배출되고, 이에 의해 낙뢰 전류 배출 채널의 전기 전도성을 향상시키고 나셀 커버가 낙뢰 전류에 의해 손상되는 것을 방지한다. 분리된 전류 전도성 채널은 발전기 시스템의 외측에 배열되고, 이는 낙뢰 전류가 발전기 시스템으로 진입하는 것을 방지하여, 이에 의해 낙뢰 전류가 발전기 시스템 내측의 피치 캐비닛 및 주위 와이어와 간섭하는 것을 방지할 수 있다. 게다가, 조작자가 분리된 전류 전도성 채널을 설치하고, 수리하고 유지보수 하기에 편리하다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르는 낙뢰 보호 장치는 발전기 회전자(5)의 외부 표면 상에 배열되며 블레이드(1)에 근접한 제1 절연 구성요소(4)를 추가로 포함할 수 있다. 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소(3)는 제1 전도성 단부 및 제2 전도성 단부를 포함할 수 있다. 제1 전도성 단부는 블레이드(1)의 루트부에 배열되며 블레이드 다운 리드(2)에 전기 접속된다. 제2 전도성 단부는 제1 절연 구성요소(4) 상에 배열되며 금속 전도체(9)에 전기 접속된다. 제1 전도성 단부는 블레이드(1)가 회전하는 경우 제2 전도성 단부와 미끄럼 접촉 상태이고, 이에 의해 낙뢰 전류가 블레이드 다운 리드(2)로부터 금속 전도체(9)까지 제1 전도성 단부 및 제2 전도성 단부를 통해 전도될 수 있는 것을 보장한다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 전도성 단부는 미리 정해진 라디안을 구비한 원호형 전기 브러시 트랙(31)일 수 있다. 제2 전도성 단부는 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)일 수 있다. 또한, 금속 원호형 전기 브러시 트랙(31)의 트랙 폭은 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)의 단면의 긴 변의 길이 이상이다. 구체적으로, 원호 형상 전기 브러시 트랙(31)은 블레이드(1)로부터 1.5미터 이격되고 블레이드(1)의 외측 그리고 블레이드(1)의 후단 에지 에어포일에 있는 위치에 배열될 수 있고, 원호형 전기 브러시 트랙(31)의 미리 정해진 라디안은 120도 초과일 수 있고 바람직하게는 -100도 내지 20도의 범위 내이다. 이 방식으로, 블레이드(1)가 발전기 주 베어링 주위로 회전하거나 피치 베어링의 작동하에서 회전하든지, 원호형 전기 브러시 트랙(31)은 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)와 정확하고 유효한 미끄럼 접촉 상태이고, 이에 의해 낙뢰 전류가 원호형 전기 브러시 트랙(31)으로부터 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)까지 원활하게 전도되는 것을 보장할 수 있다. 추가로, 원호형 전기 브러시 트랙(31)은 블레이드(1)에 사전매립되어 블레이드(1)의 표면에 대해 정렬되고, 이에 의해 블레이드(1)의 회전 도중 정방향 저항을 감소시키고 발전기 시스템의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
원호형 전기 브러시 트랙(31)은 원호형 전기 브러시 트랙(31)과 제1 낙뢰 보호 보호 전기 브러시(32) 사이의 미끄럼 마찰 도중 소량의 먼지가 생성되도록, 그리고 원호형 전기 브러시 트랙(31)과 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32) 사이에 먼지가 충전되도록 적당한 표면 거칠기이고, 이에 의해 먼지의 전도성에 의해 원호형 전기 브러시 트랙(31)과 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32) 사이에 우수한 전기 전도성을 보장할 수 있는 점에 유의해야 한다. 원호형 전기 브러시 트랙(31)의 최적 표면 거칠기는 바람직하게는 R8 내지 R12 범위이고, 따라서 제1 전기 브러시(32)의 손실은 제1 전기 브러시(32)가 긴 사용 수명을 달성 가능한 최대 정도까지 감소될 수 있고, 원호형 전기 브러시 트랙(31)과 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32) 사이의 우수한 전기 전도성이 또한 보장될 수 있다.
추가로, 확장 및 변형 실시예로서, 본 출원의 실시예에 따라서 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소(3) 및 2개의 제1 절연 구성요소(4)의 2개의 그룹이 추가로 제공될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소(3) 및 3개의 제1 절연 구성요소(4)의 3개의 그룹이 본 출원의 본 실시예에 제공된다. 3개의 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)는 3개의 제1 절연 구성요소를 통해 발전기 회전자(5)의 외부 표면 상에 120도의 간격으로 균일하게 분산되고 블레이드(1)에 근접하고, 3개의 원호형 전기 브러시 트랙(31)은 3개의 블레이드(1)의 외부 표면의 루트부에 각각 분산된다. 이 방식으로, 3개의 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)는 블레이드(1) 상의 원호형 전기 브러시 트랙(31)과 일대일로 대응되며, 이에 의해 낙뢰 전류를 블레이드 다운 리드(2)로부터 금속 전도체(9)까지 효과적으로 전도시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 절연 구성요소(4)의 각각은 실질적으로 Z 형상인 지지 구조부일 수 있다. 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)는 블레이드(1)에 근접하여 제1 절연 구성요소(4)의 Z 형상의 일 단부에 배열되고, 이에 의해 원호형 전기 브러시 트랙(31)이 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)와 단지 미끄럼 접촉 상태일 수 있는 점을 보장한다. 제1 절연 구성요소(4)는 세라믹, 고분자, 고무 또는 나일론 등의 절연 재료로 제조될 수 있다.
또한, 제1 절연 구성요소(4)에는 원호형 전기 브러시 트랙(31) 및 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)의 마찰 과정 도중 생성되는 먼지를 수용하는 제1 전기 브러시 먼지 수용 박스(12)가 설치되고, 이에 의해 먼지가 발전기 내에 진입하여 발전기의 정상 작동에 불리하게 영향을 주는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 전기 브러시 먼지 수용 박스(12)는 박스형 구조부이며, 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)를 완전히 수용할 수 있다. 작은 구멍이 블레이드(1)와 접촉하는 박스형 구조부의 우측 측방향 표면에 제공되고, 이는 단지 원호형 전기 브러시 트랙(31)과 미끄럼 접촉 상태이도록 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)가 노출되게 할 수 있다. 작은 구멍이 박스형 구조부의 좌측 측방향 표면에 제공될 수 있고, 이는 단지 금속 전도체(9)의 통과를 가능하게 할 수 있다. 이 방식으로, 먼지가 박스형 구조부 내측에 효과적으로 밀봉되고, 제1 전기 브러시 먼지 수용 박스(12)의 측방향 면은 개방 가능하고, 따라서 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32) 변경을 용이하게 한다.
도 2 및 도 3의 본 출원의 실시예에서, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 장치는 추가로 발전기 회전자(5)의 외부 표면 상에 배열되며 나셀에 근접한 제2 절연 구성요소(8)를 추가로 포함한다. 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소(7)는 제3 전도성 단부 및 제4 전도성 단부를 포함한다. 제3 전도성 단부는 제2 절연 구성요소(8) 상에 배열되며 금속 전도체(9)에 전기 접속되고, 제4 전도성 단부는 절연 나셀 커버(6) 상에 배열되며 낙뢰 보호 다운 리드(11)에 전기 접속된다. 이 방식으로, 제3 전도성 단부는 발전기 회전자(4)가 회전하는 경우 제4 전도성 단부와 미끄럼 접촉 상태이고, 이에 의해 금속 전도체(9)로부터 낙뢰 보호 다운 리드(11)까지 제3 전도성 단부 및 제4 전도성 단부를 통해 낙뢰 전류를 전도시킨다.
구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제3 전도성 단부는 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71)일 수 있고, 제4 전도성 단부는 절연 나셀 커버(6)를 에워싸는 금속 환형 금속 브러시 트랙(72)일 수 있고, 금속 환형 전기 브러시 트랙(72)의 트랙 폭은 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71)의 단면적의 긴 변의 길이 이상이다. 이 외에, 확장 및 변형 실시예로서, 3개의 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71)가 배열될 수 있고, 3개의 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71)는 발전기 회전자의 외부 표면 상에 그리고 절연 나셀 커버(6)에 근접하여 120도의 간격으로 균일하게 분산된다. 바람직하게는, 3개의 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)는 3개의 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71)와 일대일 대응 관계를 가질 수 있다. 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)와 대응하는 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71) 사이의 연결 라인은 서로 평행하다.
3개의 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32) 및 3개의 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71)의 구조 설계에 따르면, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 360도 낙뢰 보호 효과가 달성되고, 이에 의해 전체 각도 및 모든 방향 낙뢰 보호를 달성하고, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 낙뢰 보호 성능을 보장하며, 추가로 낙뢰 및 천둥 조건에서 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 안전한 작동을 보장할 수 있다.
게다가, 3개의 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)는 3개의 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71)와 일대일 대응 관계를 갖고, 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)와 대응하는 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71) 사이의 연결 라인은 서로에 대해 평행하기 때문에, 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)와 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71) 사이의 금속 전도체(9)의 길이는 최소화되고, 이에 의해 전도를 용이하게 하고 낙뢰 전류를 전도시킬 수 있다.
제2 절연 구성요소(8)는 실질적으로 Z 형상인 지지부 유형 구조일 수 있고, 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71)는 절연 나셀 커버(6)에 근접하여 제2 절연 구성요소(8)의 Z 형상의 일단부에 배열될 수 있다. 제2 절연 구성요소(8)는 세라믹, 고분자, 고무 또는 나일론 등의 절연 재료로 제조될 수 있다. 추가로, 제2 절연 구성요소(8)는 제1 전기 브러시 먼지 수용 박스(12)와 동일한 효과 및 구조를 갖는 제2 전기 브러시 먼지 수용 박스(13)가 구비될 수 있고, 이는 이후 상세히 설명되지는 않는다.
환형 전기 브러시 트랙(72)과 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71) 사이의 신뢰성있는 미끄럼 접촉을 보장하기 위해, 환형 전기 브러시 트랙(72)은 사전결정된 높이, 예를 들어 300밀리미터 내지 350밀리미터의 사전결정된 높이 범위만큼 발전기 회전자(5)의 외부 표면 위쪽에 배열될 수 있고, 사전결정된 높이는 바람직하게는 320밀리미터이다. 원호형 전기 브러시 트랙(31)와 마찬가지로, 환형 전기 브러시 트랙(72)의 표면 거칠기는 바람직하게는 R8 내지 R12일 수 있고, 바람직하게는 R10이다.
실시예에서, 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32)와 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71) 사이의 금속 전도체(9)는 고정구(미도시)에 의해 제1 절연 구성요소(4)의 기저부 및 제2 절연 구성요소(8) 상에 고정되고, 이에 의해 발전기 회전자(5)의 회전에 의해 발생되는 연속적인 스윙에 의해 금속 전도체(9)가 파손되는 것을 방지한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제4 전도성 단부 및 접지 구성요소(15)를 연결하는 낙뢰 보호 다운 리드(11)는 발전기가 요 베어링(14)의 작동 하에 회전하는 경우 낙뢰 보호 다운 리드(11)가 파손되는 것을 방지하기 위해 케이블-꼬임 방식으로 요 베어링(14)을 우회할 수 있다.
발전기가 요 베어링(14)의 작동 하에서 소정의 각도만큼 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 경우, 낙뢰 보호 다운 리드(11)는 발전기가 회전할 때 동일한 각도만큼 꼬일 수 있다. 따라서, 낙뢰 보호 다운 리드(11)는 최대 각도(일반적으로 시계 방향으로 720도 또는 반시계 방향으로 720도)로 꼬이는 경우에도 파손되지 않는 충분한 길이를 갖는 꼬임-저항 케이블이다. 최대 각도로 꼬이는 경우 낙뢰 보호 다운-리드(11)가 파손되지 않는 것을 보장하는 충분한 길이를 낙뢰 보호 다운-리드(11)가 구비하는 방식은 케이블-꼬임 방식으로 지칭된다.
구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 접지 구성요소(15)는 타워(10)의 내부 벽 상에 배열되며 풍력 터빈 기저부(미도시)에 전기 접속되는 접지 귀형 플레이트일 수 있다. 이 경우, 본 출원의 실시예에 따르는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 장치의 낙뢰 전류 배출 채널은, 피뢰기로부터 블레이드 다운 리드(2), 원호형 전기 브러시 트랙(31), 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32), 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71), 환형 전기 브러시 트랙(72), 낙뢰 보호 다운 리드(11), 접지 귀형 플레이트(151), 타워(10) 및 풍력 터빈 기저부를 통과하여 대지까지이다. 또는, 접지 구성요소(15)는 풍력 터빈 기저부일 수 있고, 낙뢰 보호 다운 리드(11)는 풍력 터빈 기저부에 직접적으로 전기 접속되도록 타워(10)를 통과하고, 이 방식으로, 본 출원의 실시예에 따라서 구성된 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 장치의 낙뢰 전류 배출 채널은 피뢰기로부터 블레이드 다운 리드(2), 원호형 전기 브러시 트랙(31), 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32), 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71), 환형 전기 브러시 트랙(72), 낙뢰 보호 다운 리드(11) 및 풍력 터빈 기저부를 통과하여 대지까지이다.
본 출원의 실시예에서, 금속 전도체(9) 및 낙뢰 보호 다운 리드(11)는 낙뢰 전류의 성공적인 전도를 보장하도록 충분한 전도성을 구비하는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 금속 전도체(9) 및 낙뢰 보호 다운 리드(11)는 50 제곱 밀리미터 이상의 단면적을 갖는 연질 구리 케이블로 제조될 수 있다. 금속 전도체(9) 및 낙뢰 보호 다운-리드(11)의 전도성을 추가로 보장하기 위해 70 제곱 밀리미터 이상의 단면적을 갖는 연질 구리 케이블이 선택될 수 있다. 물론, 구리 브레이드형(braided) 스트랩 또는 아연도금된 편평한 스틸과 같이 강한 전도성을 구비하며 70 제곱 밀리미터 이상의 단면적을 구비하는 전도성 와이어가 또한 채택될 수 있다. 금속 전도체(9) 및 낙뢰 보호 다운-리드(11)는 금속 전도체(9) 및 낙뢰 보호 다운-리드(11)가 우수한 전도성을 갖는 금속 재료로 제조되는 한 이에 한정되지 않는다.
상기 실시예에서, 제1 전도성 단부는 원호형 전기 브러시 트랙으로서 구체화되고 제2 전도성 단부는 제1 낙뢰 보호 전기 브러시로서 구체화된다. 본 출원의 다른 실시예에서, 원호형 전기 브러시 트랙 및 제1 낙뢰 보호 전기 브러시는 교환될 수 있고, 즉 제1 전도성 단부가 제1 낙뢰 보호 전기 브러시로서 구체화되고 제2 전도성 단부가 원호형 전기 브러시 트랙으로서 구체화되고, 이는 동일한 기술적 효과를 실현할 수 있으며, 따라서 이후 상세히 설명되지는 않는다. 이에 대응하여, 환형 전기 브러시 트랙 및 제2 낙뢰 보호 전기 브러시는 또한 교환될 수 있고, 즉, 제3 전도성 단부가 환형 전기 브러시 트랙으로서 구체화되고 제4 전도성 단부가 제2 낙뢰 보호 전기 브러시로서 구체화되며, 이는 또한 이후 상세히 설명되지는 않는다.
본 출원에 따르는 제1 낙뢰 보호 전기 브러시 및 제2 낙뢰 보호 전기 브러시는 공통 전기 브러시인 점에 유의해야 한다. 제1 낙뢰 보호 전기 브러시 및 제2 낙뢰 보호 전기 브러시는 단지 본 출원의 실시예에서 전기 브러시의 효과를 강조하고 전기 브러시의 위치를 구별하기 위해 규정된다. 이에 대응하여, 원호형 전기 브러시 트랙 및 환형 전기 브러시 트랙은 전기 브러시와 일치하는 트랙이고, 원호형 전기 브러시 트랙 및 환형 전기 브러시 트랙은 단지 트랙의 형상을 강조하기 위해 규정된다.
본 출원의 실시예에 따르는 상기 기술적 해결책은 다음의 장점을 갖는다. 분리된 외부 전류 전도성 채널 설계(피뢰기로부터, 블레이드 다운 리드, 풍력 터빈 블레이드의 외부 표면의 루트부에서의 원호형 전기 브러시 트랙, 제1 낙뢰 보호 전기 브러시, 제2 낙뢰 보호 전기 브러시, 나셀 커버의 상부 상의 발전기에 근접한 측부에서의 환형 전기 브러시 트랙, 낙뢰 보호 다운 리드, 타워 및 풍력 터빈 기저부를 통과하여 대지까지)가 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템에 채용되기 때문에, 낙뢰 전류에 의해 발생된 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 베어링에 대한 손상이 완전히 회피되고, 이에 의해 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 오작동을 저감할 수 있다. 기술적 해결책의 구성요소들은 전기 접속되며 서로에 대해 우수한 접촉 상태이고, 구성요소 사이에 임의의 간격이 존재하지 않으며, 이에 의해 낙뢰 전류 배출 채널의 임피던스를 효과적으로 저감하고, 직접적인 낙뢰 보호 채널의 전도성을 크게 향상시킨다. 추가로, 제1 낙뢰 보호 전기 브러시 및 제2 낙뢰 보호 전기 브러시는 연질 구리 케이블, 구리 브레이드형 스트랩 또는 아연도금된 편평한 스틸에 의해 전기 접속되고, 블레이드 다운 리드 및 낙뢰 보호 다운 리드는 50 제곱 밀리미터 이상의 단면적을 갖는 연질 구리 케이블, 구리 브레이드형 스트랩 또는 아연도금된 편평한 스틸로 제조되고, 이에 의해 직접적인 낙뢰 보호 채널의 전도성을 크게 향상시킨다. 전류 전도성 채널이 종래 기술의 발전기 시스템에 구비된 낙뢰 보호 장치와 비교할 때, 본 출원의 실시예에 따르는 기술적 해결책에서는 낙뢰가 시스템 내에 진입하여 피치 캐비닛 및 주위 와이어와 간섭하는 것이 방지될 수 있다. 기술적 해결책에서, 발전기 먼지 수용 장치가 낙뢰 보호 전기 브러시에 제공되고, 이에 의해 전기 브러시의 마찰 도중 생성되는 먼지가 발전기 내에 진입하는 것을 방지한다.
이에 대응하여, 본 출원의 실시예에 따르는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템이 추가로 제공되며, 이 시스템은 블레이드, 블레이드에 연결되는 피치 베어링 및 휠 허브, 휠 허브에 연결되는 발전기, 발전기에 연결되는 절연 나셀 커버, 절연 나셀 커버에 연결되는 요 베어링, 요 베어링에 연결되는 타워, 및 타워의 저부에 배열되는 풍력 터빈 기저부를 포함한다. 추가로, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템은 본 출원의 실시예에 따르는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 장치 중 임의의 하나를 추가로 포함하고, 따라서 상술된 기술적 효과를 달성하고 낙뢰 보호 장치의 기술적 효과는 상기와 같이 상세히 설명되었으므로, 이후 다시 설명되지는 않는다.
이에 대응하여, 본 출원의 실시예에 따르는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법이 추가로 제공된다. 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 발전기는 나셀의 외측에 배열되고, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템은 본 출원의 실시예에 따르는 낙뢰 보호 장치 중 임의의 하나를 구비한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법은 다음의 단계,
S1: 풍력 터빈 블레이드 상에 배열된 피뢰기를 통해 낙뢰 전류를 수신하는 단계,
S2: 블레이드 다운 리드를 피뢰기에 연결함으로써 낙뢰 전류를 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소에 전송하는 단계,
S3: 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소로부터 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소까지 금속 전도체를 통해 낙뢰 전류를 전송하는 단계,
S4: 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소로부터 접지 구성요소까지 낙뢰 보호 다운 리드를 통해 낙뢰 전류를 전송하는 단계, 및
S5: 낙뢰 전류를 접지 구성요소에 의해 대지로 배출하는 단계를 포함한다.
본 출원의 실시예에 따르는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법에서, 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소는 제1 전도성 단부 및 제2 전도성 단부를 포함한다. 제1 전도성 단부는 블레이드의 루트부에 배열되며 블레이드 다운 리드에 전기 접속된다. 제2 전도성 단부는 발전기 회전자의 외부 표면 상의 블레이드에 근접한 위치에 배열되고, 발전기 회전자로부터 절연되고, 금속 전도체에 전기 접속된다. 제1 전도성 단부는 블레이드가 회전하는 경우 제2 전도성 단부와 미끄럼 접촉 상태이다. 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소는 제3 전도성 단부 및 제4 전도성 단부를 포함한다. 제3 전도성 단부는 발전기 회전자의 외부 표면 상의 절연 나셀 커버에 근접한 위치에 배열되고, 발전기로부터 절연되고, 금속 전도체에 전기 접속된다. 제4 전도성 단부는 절연 나셀 커버 상에 배열되고 낙뢰 보호 다운 리드에 전기 접속된다. 제3 전도성 단부는 발전기 회전자가 회전하는 경우 제4 전도성 단부와 미끄럼 접촉 상태이다.
따라서, 본 출원의 실시예에 따르는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법은 구체적으로,
S1: 풍력 터빈 블레이드 상에 배열된 피뢰기에 의해 낙뢰 전류를 수신하는 단계,
S21: 블레이드 다운 리드를 피뢰기에 연결함으로써 제1 전도성 단부에 낙뢰 전류를 전송하는 단계,
S22: 제1 전도성 단부와 제2 전도성 단부 접촉부 사이의 미끄럼 접촉을 통해 낙뢰 전류를 제2 전도성 단부에 전송하는 단계,
S31: 제2 전도성 단부와 제3 전도성 단부 사이의 금속 전도체에 의해 낙뢰 전류를 제3 전도성 단부에 전송하는 단계,
S32: 제3 전도성 단부와 제4 전도성 단부 사이의 미끄럼 접촉을 통해 낙뢰 전류를 제4 전도성 단부에 전송하는 단계,
S41: 제4 전도성 단부로부터 접지 구성요소까지 낙뢰 보호 다운 리드를 통해 낙뢰 전류를 전송하는 단계, 및
S51: 낙뢰 전류를 접지 구성요소에 의해 대지로 배출하는 단계를 포함한다.
본 출원에 따르는 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법에서, 낙뢰 보호 장치는 제1 절연 구성요소 및 제2 절연 구성요소를 더 포함하고, 제1 전도성 단부는 미리 정해진 라디안을 갖는 금속 원호형 전기 브러시 트랙이고, 제2 전도성 단부는 제1 낙뢰 보호 전기 브러시이고, 제3 전도성 단부는 제2 낙뢰 보호 전기 브러시이고, 제4 전도성 단부는 절연 나셀 커버를 에워싸는 금속 환형 전기 브러시 트랙이고,
직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법은 이하의 단계,
발전기 회전자의 외부 표면 상의 블레이드에 근접한 위치에 제2 전도성 단부를 배열하고 상술된 발전기 회전자로부터 제2 전도성 단부를 절연하는 단계로서, 발전기 회전자의 외부 표면 상의 블레이드에 근접한 측부에 제1 절연 구성요소를 고정함으로써 제1 낙뢰 보호 전기 브러시와 발전기 회전자 사이에 절연을 실현하는 단계 및 제1 낙뢰 보호 전기 브러시를 제1 절연 구성요소 상에 고정하는 단계를 구비하는, 단계,
발전기 회전자의 외부 표면 상의 절연된 나셀 커버에 근접한 위치에 제3 전도성 단부를 배열하고 상술된 발전기로부터 제3 전도성 단부를 절연하는 단계로서, 발전기 회전자의 외부 표면 상의 절연 나셀 커버에 근접한 측부에 제2 절연 구성요소를 고정함으로써 제2 낙뢰 보호 전기 브러시를 발전기 회전자로부터 절연하는 단계 및 제2 낙뢰 보호 전기 브러시를 제2 절연 구성요소 상에 고정하는 단계를 구비하는, 단계를 추가로 포함할 수 있다.
직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법에서, 낙뢰 보호 장치는 제1 전기 브러시 먼지 수용 박스 및 제2 전기 브러시 먼지 수용 박스를 추가로 포함하고, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법은,
제1 전기 브러시 먼지 수용 박스를 제1 절연 구성요소 상에 고정함으로써 제1 낙뢰 보호 전기 브러시의 마찰에 의해 생성되는 먼지를 수용하는 단계, 및
제2 전기 브러시 먼지 수용 박스를 제2 절연 구성요소 상에 고정함으로써 제2 낙뢰 보호 전기 브러시의 마찰에 의해 생성되는 먼지를 수용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법은
연질 구리 케이블, 구리 브레이드형 밴드 또는 아연도금된 편평한 스틸에 의해 제1 낙뢰 보호 전기 브러시 및 제2 낙뢰 보호 전기 브러시를 전기 접속하는 단계를 추가로 포함한다.
본 출원의 실시예에 따르는 상기 기술적 해결책은 다음의 장점을 갖는다. 분리된 외부 전류 전도성 채널 설계(피뢰기로부터 블레이드 다운 리드, 풍력 터빈의 외부 표면의 루트부에서의 원호형 전기 브러시, 제1 낙뢰 보호 전기 브러시, 제2 낙뢰 보호 전기 브러시, 나셀 커버의 상부 상의 발전기에 근접한 측부에서의 환형 전기 브러시 트랙, 낙뢰 보호 다운 리드, 타워 및 풍력 터빈 기저부를 통과하여 대지까지)가 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템에 구성되기 때문에, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 베어링이 낙뢰 전류에 의해 손상되는 것을 완전히 방지하고, 이에 의해 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 오작동을 저감할 수 있다. 기술적 해결책의 구성요소는 전기 접속되고 이들 사이에 임의의 공간없이 서로 우수한 접촉 상태이며, 이에 의해 낙뢰 전류 배출 채널의 저항을 효과적으로 저감하고 직접적인 낙뢰 보호 채널의 전도성을 크게 향상시킬 수 있다. 추가로, 제1 낙뢰 보호 전기 브러시 및 제2 낙뢰 보호 전기 브러시는 연질 구리 케이블, 구리 브레이드형 밴드 또는 아연도금된 편평한 스틸에 의해 전기 접속된다. 블레이드 다운 리드 및 낙뢰 보호 다운 리드는 50 제곱 밀리미터 이상의 단면적을 갖는 연질 구리 케이블, 구리 브레이드형 밴드, 또는 아연도금된 편평한 스틸로 제조되고, 이에 의해 직접적인 낙뢰 보호 채널의 전도성을 크게 향상시킨다. 전류 전도성 채널이 종래 기술에 따르는 발전기 시스템 내측에 구비되는 낙뢰 보호 장치와 비교할 때, 본 출원의 실시예에 따르는 기술적 해결책에서, 낙뢰가 시스템 내에 진입하여 이후 피치 캐비닛 및 주위 와이어와 간섭하는 것이 방지된다. 기술적 해결책에서, 발전기 먼지 수용 장치는 낙뢰 보호 전기 브러시에 배열되고, 이에 의해 전기 브러시의 마찰 도중 생성되는 먼지가 발전기 내에 도입되는 것을 방지한다.
상기 설명은 단지 본 출원의 실시예이며, 본 출원의 보호 범위에 대한 한정으로서 해석되어서는 안된다. 본 출원의 기술적 범위 내에서 관련 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 용이하게 생각될 수 있는 임의의 변형예 및 대체예가 또한 본 출원의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 따라서, 본 출원의 범위는 첨부된 청구항에 의해 규정된다.
피치 베어링(a), 발전기 주 베어링(b), 요 베어링(c), 블레이드(1), 블레이드 다운 리드(2), 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소(3), 원호형 전기 브러시 트랙(31), 제1 낙뢰 보호 전기 브러시(32), 제1 절연 구성요소(4), 발전기 회전자(5), 절연 나셀 커버(6), 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소(7), 제2 낙뢰 보호 전기 브러시(71), 환형 전기 브러시 트랙(72), 제2 절연 구성요소(8), 금속 전도체(9), 타워(10), 낙뢰 보호 다운 리드(11), 제1 전기 브러시 먼지 수용 박스(12), 제2 전기 브러시 먼지 수용 박스(13), 요 베어링(14), 접지 구성요소(15), 및 접지 귀형 플레이트(151).

Claims (22)

  1. 비금속성 블레이드 상에 배열되며 낙뢰 전류를 수신하도록 구성된 피뢰기, 및 피뢰기에 전기 접속된 블레이드 다운 리드를 포함하는 낙뢰 보호 장치이며,
    상기 낙뢰 보호 장치는
    블레이드 다운 리드에 전기 접속되며 절연 방식으로 발전기 회전자의 외부 표면에 연결되는, 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소,
    절연 방식으로 절연 나셀 커버 및 발전기 회전자의 외부 표면에 연결되며 금속 전도체를 통해 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소에 전기 접속되는, 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소, 및
    낙뢰 전류를 타워를 통해 대지로 배출하기 위해, 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소를 타워 내측에 배열된 접지 구성요소에 전기 접속하도록 구성되는, 낙뢰 보호 다운 리드를 더 포함하는, 낙뢰 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    낙뢰 보호 장치는 발전기 회전자의 외부 표면 상에 배열되며 블레이드에 근접한 제1 절연 구성요소를 더 포함하고,
    제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소는 제1 전도성 단부 및 제2 전도성 단부를 포함하고, 제1 전도성 단부는 블레이드의 루트부에 배열되며 블레이드 다운 리드에 전기 접속되고, 제2 전도성 단부는 제1 절연 구성요소 상에 배열되며 금속 전도체에 전기 접속되고, 제1 전도성 단부는 블레이드의 회전 도중 제2 전도성 단부와 미끄럼 접촉 상태인, 낙뢰 보호 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    낙뢰 보호 장치는 발전기 회전자의 외부 표면 상에 배열되며 절연 나셀 커버에 근접한 제2 절연 구성요소를 더 포함하고,
    제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소는 제3 전도성 단부 및 제4 전도성 단부를 포함하고, 제3 전도성 단부는 제2 절연 구성요소 상에 배열되며 금속 전도체 상에 전기 접속되고, 제4 전도성 단부는 절연 나셀 커버 상에 배열되며 낙뢰 보호 다운 리드에 전기 접속되고, 제3 전도성 단부는 발전기 회전자의 회전 도중 제4 전도성 단부와 미끄럼 접촉 상태인, 낙뢰 보호 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    제1 전도성 단부는 미리 정해진 라디안을 갖는 금속 원호형 전기 브러시 트랙이고, 제2 전도성 단부는 제1 낙뢰 보호 전기 브러시인, 낙뢰 보호 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    낙뢰 보호 장치는 제1 전기 브러시 먼지 수용 박스를 더 포함하고, 상기 제1 전기 브러시 먼지 수용 박스는 제1 절연 구성요소 상에 배열되며 제1 낙뢰 보호 전기 브러시 및 원호형 전기 브러시 트랙의 마찰 과정 도중 생성되는 먼지를 수용하도록 구성되는, 낙뢰 보호 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    제3 전도성 단부는 제2 낙뢰 보호 전기 브러시이고, 제4 전도성 단부는 절연 나셀 커버를 에워싸는 금속 환형 전기 브러시 트랙인, 낙뢰 보호 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    낙뢰 보호 장치는 제2 전기 브러시 먼지 수용 박스를 더 포함하고, 상기 제2 전기 브러시 먼지 수용 박스는 제2 절연 구성요소 상에 배열되며 제2 낙뢰 보호 전기 브러시 및 환형 전기 브러시 트랙의 마찰 과정 도중 생성되는 먼지를 수용하도록 구성되는, 낙뢰 보호 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    원호형 전기 브러시 트랙 또는 환형 전기 브러시 트랙의 표면 거칠기는 R8 내지 R12인, 낙뢰 보호 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    원호형 전기 브러시 트랙의 미리 정해진 라디안은 적어도 120도인, 낙뢰 보호 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    낙뢰 보호 다운 리드는 케이블-꼬임 방식으로 요 베어링을 우회하는, 낙뢰 보호 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    금속 전도체 및 낙뢰 보호 다운 리드는 각각 연질 구리 케이블, 구리 브레이드형 스트랩, 또는 아연도금된 편평한 스틸로 제조되는, 낙뢰 보호 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    접지 구성요소는 타워의 내부 벽에 배열되며 풍력 터빈 기저부에 전기 접속되는 접지 귀형 플레이트이거나, 접지 구성요소는 풍력 터빈 기저부이고, 낙뢰 보호 다운 리드는 타워를 통과하여 풍력 터빈 기저부에 직접적으로 전기 접속되는, 낙뢰 보호 장치.
  13. 제6항에 있어서,
    낙뢰 보호 장치는 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소, 2개의 제1 절연 구성요소, 2개의 제2 낙뢰 보호 전기 브러시 및 2개의 제2 절연 구성요소의 2개의 그룹을 추가적으로 포함하고,
    3개의 제1 낙뢰 보호 전기 브러시는 각각 3개의 제1 절연 구성요소를 통해, 120도의 간격으로 발전기 회전자의 외부 표면 상에 그리고 블레이드에 근접하여 균일하게 분산되고,
    3개의 원호형 전기 트랙은 각각 3개의 블레이드의 외부 표면의 루트부에서 분산되고,
    3개의 제2 낙뢰 보호 전기 브러시는 각각 3개의 제2 절연 구성요소를 통해, 120도의 간격으로 발전기 회전자의 외부 표면 상에 그리고 절연 나셀 커버에 근접하여 균일하게 분산되는, 낙뢰 보호 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    3개의 제1 낙뢰 보호 전기 브러시는 3개의 제2 낙뢰 보호 전기 브러시와 일대일 대응 관계를 갖고, 제1 낙뢰 보호 전기 브러시와 대응하는 제2 낙뢰 보호 전기 브러시 사이의 연결 라인은 서로 평행한, 낙뢰 보호 장치.
  15. 제6항에 있어서,
    제1 낙뢰 보호 전기 브러시와 제2 낙뢰 보호 전기 브러시 사이의 금속 전도체는 고정구에 의해 각각 제1 절연 구성요소의 기저부 및 제2 절연 구성요소의 기저부 상에 고정되는, 낙뢰 보호 장치.
  16. 제6항에 있어서,
    낙뢰 보호 장치의 낙뢰 전류 배출 채널은 피뢰기로부터 블레이드 다운 리드, 원호형 전기 브러시 트랙, 제1 낙뢰 보호 전기 브러시, 제2 낙뢰 보호 전기 브러시, 환형 전기 브러시 트랙, 낙뢰 보호 다운 리드, 및 접지 구성요소를 통과하여 대지까지인, 낙뢰 보호 장치.
  17. 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템이며,
    제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따르는 낙뢰 보호 장치를 포함하는, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템.
  18. 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법이며, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템의 발전기는 나셀의 외측에 배열되고, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템은 제1항에 따르는 낙뢰 보호 장치를 포함하고, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법은
    풍력 터빈의 블레이드 상에 배열된 피뢰기를 통해 낙뢰 전류를 수신하는 단계,
    블레이드 다운 리드를 피뢰기에 연결함으로써 낙뢰 전류를 제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소에 전송하는 단계,
    제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소로부터 제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소까지 금속 전도체를 통해 낙뢰 전류를 전송하는 단계,
    제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소로부터 접지 구성요소까지 낙뢰 보호 다운 리드를 통해 낙뢰 전류를 전송하는 단계, 및
    낙뢰 전류를 접지 구성요소를 통해 대지로 배출하는 단계를 포함하는, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    제1 낙뢰 전류 전도성 구성요소는 제1 전도성 단부 및 제2 전도성 단부를 포함하고, 제1 전도성 단부는 블레이드의 루트부에 배열되며 블레이드 다운 리드에 전기 접속되고, 제2 전도성 단부는 발전기 회전자의 외부 표면 상의 블레이드에 근접한 위치에 배열되고, 발전기 회전자로부터 절연되고, 금속 전도체에 전기 접속되고, 제1 전도성 단부는 블레이드의 회전 도중 제2 전도성 단부와 미끄럼 접촉 상태이고,
    제2 낙뢰 전류 전도성 구성요소는 제3 전도성 단부 및 제4 전도성 단부를 포함하고, 제3 전도성 단부는 발전기 회전자의 외부 표면 상의 절연 나셀 커버에 근접한 위치에 배열되고, 발전기 회전자로부터 절연되고, 금속 전도체에 전기 접속되고, 제4 전도성 단부는 절연 나셀 커버 상에 배열되며 낙뢰 보호 다운 리드에 전기 접속되고, 제3 전도성 단부는 발전기 회전자의 회전 도중 제4 전도성 단부와 미끄럼 접촉 상태이고,
    낙뢰 보호 방법은
    풍력 터빈의 블레이드 상에 배열된 피뢰기에 의해 낙뢰 전류를 수신하는 단계,
    블레이드 다운 리드를 피뢰기에 연결함으로써 낙뢰 전류를 제1 전도성 단부에 전송하는 단계,
    제1 전도성 단부와 제2 전도성 단부 사이의 미끄럼 접촉을 통해 낙뢰 전류를 제2 전도성 단부에 전송하는 단계,
    제2 전도성 단부와 제3 전도성 단부 사이에 배열된 금속 전도체를 통해 낙뢰 전류를 제3 전도성 단부에 전송하는 단계,
    제3 전도성 단부와 제4 전도성 단부 사이의 미끄럼 접촉을 통해 낙뢰 전류를 제4 전도성 단부에 전송하는 단계,
    제4 전도성 단부로부터 접지 구성요소까지 낙뢰 보호 다운 리드를 통해 낙뢰 전류를 전송하는 단계, 및
    낙뢰 전류를 접지 구성요소에 의해 대지로 배출하는 단계를 더 포함하는, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    낙뢰 보호 장치는 제1 절연 구성요소 및 제2 절연 구성요소를 더 포함하고, 제1 전도성 단부는 미리 정해진 라디안을 갖는 금속 원호형 전기 브러시 트랙이고, 제2 전도성 단부는 제1 낙뢰 보호 전기 브러시이고, 제3 전도성 단부는 제2 낙뢰 보호 전기 브러시이고, 제4 전도성 단부는 절연 나셀 커버를 에워싸는 금속 환형 전기 브러시 트랙이고,
    직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법은
    제1 낙뢰 보호 전기 브러시를 발전기 회전자로부터 절연하기 위해, 발전기 회전자의 외부 표면 상의 블레이드에 근접한 측부에 제1 절연 구성요소를 고정함으로써 제1 절연 구성요소 상에 제1 낙뢰 보호 전기 브러시를 고정하는 단계, 및
    제2 낙뢰 보호 전기 브러시를 발전기 회전자로부터 절연하기 위해, 발전기 회전자의 외부 표면 상의 절연 나셀 커버에 근접한 측부에 제2 절연 구성 요소를 고정함으로써 제2 절연 구성요소 상에 제2 낙뢰 보호 전기 브러시를 고정하는 단계를 더 포함하는, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    낙뢰 보호 장치는 제1 전기 브러시 먼지 수용 박스 및 제2 전기 브러시 먼지 수용 박스를 더 포함하고,
    직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법은
    제1 낙뢰 보호 전기 브러시의 마찰 도중 생성되는 먼지를 수용하기 위해 제1 절연 구성요소 상에 제1 전기 브러시 먼지 수용 박스를 고정하는 단계, 및
    제2 낙뢰 보호 전기 브러시의 마찰 도중 생성되는 먼지를 수용하기 위해 제2 절연 구성요소 상에 제2 전기 브러시 먼지 수용 박스를 고정하는 단계를 더 포함하는, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법은
    제1 낙뢰 보호 전기 브러시 및 제2 낙뢰 보호 전기 브러시를 연질 구리 케이블, 구리 브레이드형 밴드 또는 아연도금된 편평한 스틸을 통해 전기 접속하는 단계를 더 포함하는, 직접-구동 풍력 터빈 발전기 시스템을 위한 낙뢰 보호 방법.
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