基于阻抗分析的防雷保护系统评估的制作方法

本发明涉及一种防雷保护系统。特别地，本发明涉及用于转子叶片的防雷保护系统。更具体地，本发明涉及一种用于风力涡轮机的转子叶片的防雷保护系统。本发明还涉及一种评估防雷保护系统的方法。此外，本发明涉及阻抗测量的特定用途。

背景技术：

1、防雷保护系统被用于保护建筑物和工业结构(例如风力涡轮机)免受雷击。通常，可以说，防雷保护系统包括防雷导体，防雷导体例如被实施为电缆或杆，其将雷电的电能引向地面，使得待保护的结构不受雷击的损害。

2、为了在危险情况下正常工作，必须提前测试防雷保护系统，特别是定期测试。这可以在生产防雷保护系统之后和/或在安装防雷保护系统之后完成。在下文中，将讨论在风力涡轮机叶片中建立的防雷保护系统的示例。

3、在风力涡轮机叶片的生产之前、期间和之后以及在风力涡轮机叶片的操作时，可以检查防雷保护系统。通常，这通过诸如视觉检查、电阻测量、超声扫描和红外热像测试的手段来完成。由此，可以评估防雷保护系统的质量和功能。通常，防雷保护系统的电阻的测量可被认为是用于检查风力涡轮机叶片的防雷保护系统的常用标准方法。

4、然而，这种方法的缺点在于，它仅提供了关于所测试的防雷保护系统的质量和功能的有限量的信息。

5、图8示出了示意性常规示例200，其中，在叶片中，利用了叶片(引下)导体210(包括电阻r2)和两个导电翼梁缘条(sparcap)(以相应的电阻r1和r3导电)220、230，所有这些都并联电连接。电阻测量系统可以被简化以将引下导体210和两个导电翼梁缘条220、230描述为三个并联电阻，如图8中所示。然后，测量系统将施加恒定的直流(dc)电压并测量负载(电流)以确定被测系统的电阻。

6、通常，叶片引下导体的电阻与导电翼梁缘条的电阻相比非常低。因此，当导电翼梁缘条与叶片引下导体并联电连接时，可能仅引起整个防雷保护系统的电阻的微小(并且很可能是可忽略的)减小。

7、由于电阻仅略微减小，因此可能难以确定该差异是由于可接受的工艺和材料变化引起的、还是由于导电翼梁缘条与叶片引下导体之间的电连接/断开而引起的。

8、此外，现有方法在检测叶片内部的电导体之间是否存在低质量的电连接方面也具有局限性。

9、一个示例可以是两个导电元件(例如，电缆和电缆、电缆和碳(导电的)、或碳和碳)彼此接触而没有被夹持、螺栓连接、钎焊(软焊，soldered)或熔焊(weld)在一起的情况。在这种情况下，电阻测量的评估将不会指示防雷保护系统内的任何问题。然而，随着时间的推移，两个电连接的元件可能由于叶片结构影响(例如，叶片移动)或者雷击所致的电影响而失去电连接。

10、常规电阻测量可以与诸如超声和红外热像检查的其他方法组合，所述其他方法可以通过提供附加信息来辅助电阻测量。然而，这些组合的过程可能是特别耗时的。

11、可能需要提供一种能够以有效且可靠的方式评估的(特别是，用于转子叶片)防雷保护系统。

技术实现思路

1、这种需要可以通过根据独立权利要求的主题来满足。本发明的有利实施例由从属权利要求描述。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种防雷保护系统，特别是用于转子叶片、更特别是用于风力涡轮机转子叶片的防雷保护系统，该系统包括：

3、i)用于传导雷电(雷击)的电能的防雷导体，例如电缆和/或杆；以及

4、ii)测量装置，其电联接(连接)到所述防雷导体并且配置成测量相对于所述防雷导体的阻抗(所述防雷导体的阻抗)。

5、根据本发明的第二方面，描述了一种包括上述防雷保护系统的转子叶片。

6、根据本发明的第三方面，描述了一种风力涡轮机，包括：i)塔架，和ii)风力转子，风力转子布置在塔架的顶部部分处，并且风力转子包括至少一个如上所述的叶片。

7、根据本发明的第四方面，描述了一种评估防雷保护系统(特别是如上所述)(特别是风力涡轮机转子叶片的防雷保护系统)的方法，该方法包括：

8、(向防雷保护系统的防雷导体提供交流(ac)负载，并在多个频率上对该交流负载进行扫频(sweep)，从而)

9、i)测量相对于防雷导体的阻抗；以及

10、ii)基于阻抗测量(通过阻抗分析)来评估防雷保护系统。

11、根据本发明的第五方面，描述了导体(由防雷导体、导体元件、另一导体元件构成的组中的至少一者)的阻抗分析的用途(使用方法)，以便评估转子叶片的防雷保护系统。

12、根据本发明的第六方面，描述了防雷保护系统的导体的阻抗分析的用途(使用方法)，以便评估转子叶片结构。

13、根据示例性实施例，本发明可以基于这样的构思，即，当测量(和分析)相对于防雷导体的阻抗时，可以提供能够以有效和可靠的方式评估的(特别是用于转子叶片的)防雷保护系统。

14、系统的阻抗可以描述电气系统在不同频率下的欧姆电阻。代替如传统所做的施加恒定直流(参见图8)，例如可以执行在各种频率上的交流负载(电流/电压)扫频，然后测量负载(电流/电压)以确定在不同频率下的阻抗。

15、所描述的方法可以提供通过使用常规方法(例如，电阻测量)不能获得的信息。换句话说，所描述的解决方案被认为是作为仅使用一种方法的快速评估/测试解决方案，而传统上使用多个耗时过程的组合来获得足够的信息。

16、例如，扫频可以在几分钟内完成，而电连接的超声检查可能花费几个小时。此外，超声检查受被测试的部件的可触及性限制，而阻抗测量不是这种情况。

17、所描述的系统也可以应用为结构质量监测系统，因为叶片结构的变化可能对防雷保护系统的电连接有影响，并且因此，防雷保护系统的阻抗测量的变化可指示叶片结构的结构质量的变化。

18、所描述的测量不仅可以用于估计电阻和电感效应，而且其还可以用于估计电气(防雷保护)系统的电容效应。例如，在元件具有连接的情况下可以观察到电容效应，但是由于某种原因，连接已经随着时间而退化，例如在结构上退化。与电感效应相比，电容效应将对阻抗具有互逆效应。电容效应被预期是一个优点，特别是用于观察阻抗测量系统是否用于在叶片的寿命操作期间监测防雷保护的质量。

19、示例性实施例

20、根据一个实施例，防雷保护系统还包括评估装置，其被配置成基于阻抗测量来评估(通过阻抗分析)防雷保护系统(特别地，确定质量标准)。

21、基于所测量的阻抗，阻抗分析可以由合适的评估装置以快速且高效的方式执行。评估装置可以与测量装置一起实现，或者可以实现为独立单元。此外，评估单元还可以远离防雷保护系统(和转子叶片/风力涡轮机)被建立。在另一示例中，评估单元可以在风力涡轮机控制系统中被实现。

22、根据另一实施例，测量单元被配置成(为了测量对应的阻抗)：

23、i)向防雷导体提供交流(ac)负载(电流或电压)；以及

24、ii)在多个频率上对所述ac负载进行扫频。

25、使用这种扫频，可以以快速且可靠的方式测量阻抗(在不同频率处)(例如，参见图5和图6)。

26、根据另一实施例，所述测量单元被配置成(为了测量所述对应阻抗)施加基于时域的测量。

27、在一个示例中，应用基于时域的方法，例如tdr(time domain reflectrometry，时域反射法)。因此，可以使用多个电脉冲来确定传输线的时域特性。当使用tdr分析电气系统时，所观察到的时域特性可能主要取决于所产生的电场的变化，但也取决于被测系统的阻抗。

28、具体地，tdr可以能够测量沿着导体的反射(与雷达相同的原理)。测量系统(例如，时域反射计)将测量信号发射到导体上并测量其反射(反射信号，特别是反射波形)。因此，反射信号的幅值除其他影响之外取决于传输介质(即，叶片电气系统中的(不同的)导体)的阻抗。

29、根据另一实施例，防雷保护系统还包括电联接到防雷导体和/或测量装置的至少一个(优选地两个或更多个，特别地三个/四个/五个或更多个)导体元件。特别地，所述测量装置则还被配置为测量关于所述导体元件的至少一部分的阻抗(并且还向所述导体元件提供所述ac负载)。

30、根据另一实施例，防雷导体和至少一个导体元件(特别是两个导体元件)并联电连接。

31、以这种方式，可以获得关于所述防雷保护系统的更多(详细)信息。特别地，阻抗测量结果可以被改进(参见图5和图6作为示例)。

32、根据另一实施例，测量装置包括第一电连接器和第二电连接器，并且两个电连接器(分别)连接到防雷导体或导体元件(参见图1和3作为示例)。替代地，两个电连接器可以仅连接到一个导体元件(参见图4作为示例)。

33、根据另一实施例，测量装置包括第一电连接器和第二电连接器，第一电连接器连接到导体元件，并且第二电连接器连接到防雷导体(参见图2作为示例)。

34、当仅测试防雷保护系统/叶片的某些部分时，例如通过能够暂时断开导电部分并且测试不同的配置，可以有利地应用上述实施例。

35、根据另一实施例，其中防雷导体被配置为电缆、杆、棒中的一者。防雷导体可以包括已知的标准设计以很好地保护免受雷击。

36、根据另一实施例，防雷保护系统还包括翼梁缘条，该翼梁缘条包括至少一个导体元件或由至少一个导体元件构成。

37、以这种方式，转子叶片的部分可以直接应用在防雷保护系统内，而不需要进一步的措施/材料。

38、根据另一实施例，该方法还包括：将所评估的防雷保护系统(特别是在转子叶片内)安装到待保护的装置，待保护的装置特别是风力涡轮机。

39、换句话说，在将防雷保护系统安装到转子叶片和/或风力涡轮机之前，对防雷保护系统(至少部分地)进行评估/测试。例如，防雷导体(和/或导体元件)在被安装在叶片处之前被评估。

40、在一个示例中，在叶片的预铸/预制电气部件被放置在叶片模具中之前，可以对它们进行评估。在另一个示例中，可以在(完整)叶片的铸造之前、期间和/或之后评估叶片的(完整)电气系统(包括防雷保护系统或由防雷保护系统组成)和叶片的预铸/预制电气部件。在另一示例中，在叶片的操作期间和/或在叶片测试期间评估(完整)叶片上的防雷保护系统。

41、这可以提供如下优点，即，可以基于(与已经开始叶片的测试/操作之前相比)叶片电气系统改变的阻抗测量(频率响应和/或tdr响应)来识别叶片电气系统(包括防雷保护系统或由防雷保护系统组成)的特定部分的问题/故障。

42、本发明的上述方面和其它方面从下文描述的实施例的示例中是显而易见的，并且参考实施例的示例被解释。下面将参考实施例的示例更详细地描述本发明，但是本发明不限于所述实施例的示例。