الحماية من الصواعق والارتفاع المفاجئ لنظام توربينات الرياح

مع تزايد الوعي بالاحترار العالمي والقيود المفروضة على أنواع الوقود الأحفوري لدينا ، أصبحت الحاجة إلى إيجاد مصدر أفضل للطاقة المتجددة واضحة. يعد استخدام طاقة الرياح صناعة سريعة النمو. يقع هذا التثبيت عمومًا في تضاريس مفتوحة ومرتفعة ، وبالتالي توجد نقاط التقاط جذابة لتفريغ البرق. إذا كان من الضروري الحفاظ على إمدادات موثوقة ، فمن المهم أن يتم تخفيف مصادر الضرر الناتج عن الجهد الزائد. يوفر LSP مجموعة واسعة من أجهزة حماية الطفرة المناسبة لكل من تيارات البرق المباشرة والجزئية.

الحماية من الصواعق والارتفاع المفاجئ لنظام توربينات الرياح

LSP لديها مجموعة كاملة من منتجات حماية الطفرة المتاحة لتطبيقات توربينات الرياح. العرض من LSP إلى العديد من منتجات الحماية المثبتة على السكك الحديدية DIN ومراقبة اندفاع الصواعق والصواعق. مع دخولنا وقتًا في التاريخ حيث يتسبب الدفع نحو الطاقة الخضراء والتكنولوجيا باستمرار في إنشاء المزيد من مزارع الرياح ، وتوسيع مزارع الرياح الحالية ، يدرك كل من مصنعي التوربينات وأصحاب / مشغلي مزارع الرياح بشكل متزايد التكاليف المرتبطة الصواعق. يأتي الضرر المالي الذي يتكبده المشغلون عند حدوث ضربة صاعقة في شكلين ، التكاليف المرتبطة باستبدال الآلات بسبب الأضرار المادية والتكاليف المرتبطة بكون النظام غير متصل بالإنترنت ولا ينتج الطاقة. تواجه الأنظمة الكهربائية للتوربينات التحديات المستمرة للمناظر الطبيعية التي تحيط بها ، حيث تكون توربينات الرياح عمومًا أطول الهياكل في المنشأة. نظرًا للطقس القاسي الذي سيتعرضون له ، جنبًا إلى جنب مع توقعات تعرض التوربينات للصاعقة عدة مرات طوال عمرها الافتراضي ، يجب مراعاة تكاليف استبدال المعدات وإصلاحها في خطة عمل أي مشغل مزرعة رياح. ينتج الضرر المباشر وغير المباشر عن الصواعق عن طريق المجالات الكهرومغناطيسية الشديدة التي تخلق جهدًا زائدًا عابرًا. ثم يتم تمرير هذه الفولتية الزائدة من خلال النظام الكهربائي مباشرة إلى المعدات الحساسة داخل التوربين نفسه. تنتشر الطفرة من خلال النظام مما ينتج عنه تلف فوري وخفي في الدوائر والمعدات المحوسبة. من المحتمل أن تتضرر المكونات مثل المولدات والمحولات ومحولات الطاقة بالإضافة إلى إلكترونيات التحكم والاتصالات وأنظمة SCADA بسبب الزيادات المفاجئة في الإضاءة. قد يكون الضرر المباشر والفوري واضحًا ، ولكن الضرر الكامن الذي يحدث نتيجة الضربات المتعددة أو التعرض المتكرر للارتفاعات المفاجئة يمكن أن يحدث لمكونات الطاقة الرئيسية داخل توربينات الرياح المتأثرة ، وفي كثير من الأحيان لا يتم تغطية هذا الضرر بضمانات الشركة المصنعة ، وبالتالي يتحمل المشغلون تكاليف الإصلاح والاستبدال.

تعتبر التكاليف غير المتصلة بالإنترنت عاملاً رئيسيًا آخر يجب مراعاته في أي خطة عمل مرتبطة بمزرعة الرياح. تأتي هذه التكاليف عندما يتم تعطيل التوربينات ويجب أن يعمل عليها فريق خدمة ، أو يتم استبدال المكونات التي تتضمن تكاليف الشراء والنقل والتركيب. يمكن أن تكون الإيرادات التي يمكن أن تُفقد بسبب ضربة صاعقة واحدة كبيرة ، ويضيف الضرر الكامن الذي يحدث بمرور الوقت إلى هذا الإجمالي. يقلل منتج حماية توربينات الرياح من LSP بشكل كبير من التكاليف المصاحبة من خلال قدرته على تحمل زيادات البرق المتعددة دون فشل ، حتى بعد حالات متعددة من الإضراب.

حالة لأنظمة حماية الطفرة لطاقة الرياح

أدى التغير المستمر في الظروف المناخية إلى جانب الاعتماد المتزايد على الوقود الأحفوري إلى توفير اهتمام كبير بموارد الطاقة المتجددة المستدامة في جميع أنحاء العالم. تعد طاقة الرياح واحدة من أكثر التقنيات الواعدة في مجال الطاقة الخضراء ، والتي ستكون خيار العديد من الدول في جميع أنحاء العالم باستثناء تكاليف بدء التشغيل المرتفعة. على سبيل المثال ، في البرتغال ، كان هدف إنتاج طاقة الرياح من عام 2006 إلى عام 2010 هو زيادة إجمالي إنتاج طاقة الرياح إلى 25٪ ، وهو هدف تم تحقيقه بل وتم تجاوزه في السنوات اللاحقة. في حين أن البرامج الحكومية العدوانية التي تدفع إنتاج طاقة الرياح والطاقة الشمسية قد وسعت صناعة الرياح بشكل كبير ، مع هذه الزيادة في عدد توربينات الرياح تأتي زيادة في احتمالية ضرب التوربينات بواسطة الصواعق. أصبحت الضربات المباشرة لتوربينات الرياح مشكلة خطيرة ، وهناك مشكلات فريدة تجعل الحماية من الصواعق أكثر صعوبة في طاقة الرياح مقارنة بالصناعات الأخرى.

يعتبر بناء توربينات الرياح فريدًا من نوعه ، وهذه الهياكل الطويلة في الغالب المعدنية معرضة جدًا للتلف من ضربات الصواعق. كما أنه من الصعب حمايتها باستخدام تقنيات الحماية من الطفرة التقليدية التي تضحي بأنفسها بشكل أساسي بعد دفعة واحدة. يمكن أن يرتفع ارتفاع توربينات الرياح إلى أكثر من 150 مترًا ، وتقع عادةً على أرض مرتفعة في المناطق النائية المعرضة للعوامل الجوية ، بما في ذلك الصواعق. المكونات الأكثر تعرضًا لتوربينات الرياح هي الشفرات والكنيسة ، وهي مصنوعة بشكل عام من مواد مركبة غير قادرة على تحمل ضربة صاعقة مباشرة. تحدث الضربة المباشرة النموذجية عمومًا للشفرات ، مما يخلق حالة تنتقل فيها زيادة التيار عبر مكونات التوربينات داخل الطاحونة الهوائية ويحتمل أن تصل إلى جميع المناطق المتصلة كهربائيًا بالمزرعة. المناطق المستخدمة عادةً لمزارع الرياح تعاني من ظروف تأريض سيئة ، ومزرعة الرياح الحديثة بها إلكترونيات معالجة حساسة للغاية. كل هذه المشكلات تجعل حماية توربينات الرياح من الأضرار المرتبطة بالبرق أكثر صعوبة.

داخل هيكل توربينات الرياح نفسها ، تكون الإلكترونيات والمحامل عرضة لأضرار البرق. تكاليف الصيانة المرتبطة بتوربينات الرياح مرتفعة بسبب الصعوبات في استبدال هذه المكونات. يعد جلب التقنيات التي يمكنها تحسين المعدلات الإحصائية لاستبدال المكونات الضرورية مصدر نقاش كبير داخل معظم غرف مجالس الإدارة والوكالات الحكومية المعنية بإنتاج الرياح. تعتبر الطبيعة القوية لخط إنتاج الحماية من زيادة التيار فريدة من نوعها بين تقنيات الحماية من زيادة التيار لأنها تستمر في حماية المعدات حتى عند تنشيطها ، ولا توجد حاجة للاستبدال أو إعادة التعيين بعد زيادة البرق. هذا يسمح لمولدات طاقة الرياح بالبقاء على الإنترنت لفترات أطول. أي تحسينات على المعدلات الإحصائية للحالات غير المتصلة بالإنترنت وأوقات تعطل التوربينات للصيانة ستؤدي في النهاية إلى زيادة التكاليف على المستهلك.

يعد منع الضرر الذي يلحق بدارات الجهد المنخفض ودوائر التحكم أمرًا بالغ الأهمية ، حيث أظهرت الدراسات أن أكثر من 50 ٪ من أعطال توربينات الرياح ناتجة عن أعطال هذه الأنواع من المكونات. تعتبر الأعطال الموثقة للمعدات المنسوبة إلى ضربات الصواعق المباشرة والمستحثة والارتفاعات المفاجئة التي تنتشر بعد صاعقة البرق أمرًا شائعًا. موانع الصواعق المثبتة على جانب شبكة الطاقة للأنظمة مؤرضة جنبًا إلى جنب مع جانب الجهد المنخفض لتقليل مقاومة التأريض ، مما يزيد من قدرة السلسلة بأكملها على تحمل ضربة لتوربينات رياح واحدة.

الحماية من الصواعق والارتفاع المفاجئ لتوربينات الرياح

توضح هذه المقالة تنفيذ تدابير الحماية من الصواعق والارتفاع المفاجئ للأجهزة والأنظمة الكهربائية والإلكترونية في توربينات الرياح.

تعتبر توربينات الرياح شديدة التأثر بتأثيرات الصواعق المباشرة بسبب سطحها المكشوف والارتفاع الواسع. نظرًا لأن خطر حدوث الصواعق في توربينات الرياح يزداد تربيعًا مع ارتفاعها ، يمكن تقدير أن توربينات الرياح متعددة الميغاواط تتعرض لضربة صاعقة مباشرة كل اثني عشر شهرًا تقريبًا.

يجب أن يؤدي تعويض التغذية إلى إطفاء تكاليف الاستثمار المرتفعة في غضون بضع سنوات ، مما يعني أنه يجب تجنب وقت التوقف عن العمل نتيجة البرق والضرر المفاجئ وتكاليف إعادة الاقتران المصاحبة. هذا هو السبب في أن تدابير الحماية الشاملة من الصواعق والارتفاع المفاجئ ضرورية.

عند التخطيط لنظام حماية من الصواعق لتوربينات الرياح ، لا يجب مراعاة الومضات من السحابة إلى الأرض فحسب ، ولكن أيضًا الومضات من الأرض إلى السحاب ، ما يسمى بالقيادات الصاعدة ، للأشياء التي يزيد ارتفاعها عن 60 مترًا في المواقع المكشوفة . يجب أن تؤخذ الشحنة الكهربائية العالية لهؤلاء القادة الصاعدين في الاعتبار بشكل خاص لحماية شفرات الدوار واختيار مانعات البرق المناسبة الحالية.

التوحيد القياسي - الحماية من الصواعق والارتفاع المفاجئ لنظام توربينات الرياح
يجب أن يعتمد مفهوم الحماية على المعايير الدولية IEC 61400-24 ، وسلسلة معايير IEC 62305 والمبادئ التوجيهية لجمعية تصنيف Germanischer Lloyd.

تدابير الحماية
توصي المواصفة القياسية الدولية IEC 61400-24 باختيار جميع المكونات الفرعية لنظام الحماية من الصواعق لتوربينات الرياح وفقًا لمستوى الحماية من الصواعق (LPL) I ، ما لم يوضح تحليل المخاطر أن انخفاض LPL كافٍ. قد يكشف تحليل المخاطر أيضًا أن المكونات الفرعية المختلفة لها LPLs مختلفة. توصي IEC 61400-24 بأن يعتمد نظام الحماية من الصواعق على مفهوم شامل للحماية من الصواعق.

يتكون نظام الحماية من الصواعق والارتفاع المفاجئ لنظام توربينات الرياح من نظام حماية خارجي من الصواعق (LPS) وإجراءات حماية من زيادة التيار (SPM) لحماية المعدات الكهربائية والإلكترونية. لتخطيط تدابير الحماية ، يُنصح بتقسيم توربينات الرياح إلى مناطق الحماية من الصواعق (LPZs).

تعمل الحماية من الصواعق والارتفاع المفاجئ لنظام توربينات الرياح على حماية نظامين فرعيين لا يمكن العثور عليهما إلا في توربينات الرياح ، وهما الشفرات الدوارة ومجموعة نقل الطاقة الميكانيكية.

تصف المواصفة القياسية IEC 61400-24 بالتفصيل كيفية حماية هذه الأجزاء الخاصة من توربينات الرياح وكيفية إثبات فعالية تدابير الحماية من الصواعق.

وفقًا لهذه المواصفة القياسية ، يُنصح بإجراء اختبارات الجهد العالي للتحقق من قدرة مقاومة البرق الحالية للأنظمة ذات الصلة مع السكتة الأولى والسكتة الدماغية الطويلة ، إن أمكن ، في التفريغ المشترك.

يجب فحص المشكلات المعقدة المتعلقة بحماية ريش الدوار والأجزاء / المحامل المثبتة بشكل دوار بالتفصيل وتعتمد على الشركة المصنعة للمكون ونوعه. يوفر معيار IEC 61400-24 معلومات مهمة في هذا الصدد.

مفهوم منطقة الحماية من الصواعق
مفهوم منطقة الحماية من الصواعق هو مقياس هيكلي لإنشاء بيئة EMC محددة في كائن. يتم تحديد بيئة EMC المحددة بواسطة حصانة المعدات الكهربائية المستخدمة. يسمح مفهوم منطقة الحماية من الصواعق بتقليل التداخل المشع والمنفذ عند الحدود إلى القيم المحددة. لهذا السبب ، يتم تقسيم الكائن المراد حمايته إلى مناطق حماية.

يمكن استخدام طريقة الكرة المتدحرجة لتحديد LPZ 0A ، أي أجزاء التوربينات الهوائية التي قد تتعرض لضربة صاعقة مباشرة ، و LPZ 0B ، وهي أجزاء من توربينات الرياح المحمية من ضربات الصواعق المباشرة بواسطة الهواء الخارجي- أنظمة الإنهاء أو أنظمة إنهاء الهواء المدمجة في أجزاء من توربين الرياح (في الشفرة الدوارة ، على سبيل المثال).

وفقًا للمواصفة IEC 61400-24 ، يجب عدم استخدام طريقة كرة التدحرج للشفرات الدوارة نفسها. لهذا السبب ، يجب اختبار تصميم نظام إنهاء الهواء وفقًا للفصل 8.2.3 من معيار IEC 61400-24.

يوضح الشكل 1 تطبيقًا نموذجيًا لطريقة الكرة المتدحرجة ، بينما يوضح الشكل 2 التقسيم المحتمل لتوربينات الرياح إلى مناطق مختلفة للحماية من الصواعق. يعتمد التقسيم إلى مناطق الحماية من الصواعق على تصميم توربينات الرياح. لذلك ، يجب مراعاة هيكل توربينات الرياح.

ومع ذلك ، فمن الحاسم أن يتم تقليل معلمات الصواعق المحقونة من خارج توربينات الرياح في LPZ 0A عن طريق تدابير الحماية المناسبة وأجهزة الحماية من زيادة التيار في جميع حدود المنطقة بحيث يمكن تشغيل الأجهزة والأنظمة الكهربائية والإلكترونية داخل التوربينات الهوائية بأمان.

تدابير التدريع
يجب تصميم الغلاف كدرع معدني مغلف. هذا يعني أنه تم تحقيق حجم مع مجال كهرومغناطيسي أقل بكثير من المجال خارج توربين الرياح في الغلاف.

وفقًا للمواصفة IEC 61400-24 ، يمكن اعتبار البرج الفولاذي الأنبوبي ، المستخدم في الغالب لتوربينات الرياح الكبيرة ، بمثابة قفص فاراداي المثالي تقريبًا ، وهو الأنسب للحماية الكهرومغناطيسية. يجب أن تكون المفاتيح الكهربائية وخزانات التحكم في الغلاف أو "الكنة" ، إن وجدت ، في مبنى التشغيل ، مصنوعة من المعدن. يجب أن تتميز الكابلات المتصلة بدرع خارجي قادر على حمل التيارات الصاعقة.

تكون الكابلات المحمية مقاومة فقط لتداخل التوافق الكهرومغناطيسي إذا كانت الدروع متصلة بالرابطة متساوية الجهد على كلا الطرفين. يجب الاتصال بالدروع عن طريق ملامسة كاملة (360 درجة) للأطراف بدون تركيب كبلات توصيل طويلة غير متوافقة مع EMC على توربين الرياح.

يجب إجراء التدريع المغناطيسي وتوجيه الكابلات وفقًا للقسم 4 من IEC 62305-4. لهذا السبب ، يجب استخدام الإرشادات العامة لممارسة التثبيت المتوافقة مع التوافق الكهرومغناطيسي وفقًا لـ IEC / TR 61000-5-2.

تشمل تدابير الحماية ، على سبيل المثال:

• تركيب جديلة معدنية على الكرات المطلية بـ GRP.
• برج معدني.
• خزائن المفاتيح المعدنية.
• خزانات التحكم المعدنية.
• تيار البرق الذي يحمل كابلات توصيل محمية (مجرى كبل معدني ، أنبوب محمي أو ما شابه).
• تدريع الكابل.

تدابير الحماية الخارجية من الصواعق
تتمثل وظيفة LPS الخارجية في اعتراض ضربات الصواعق المباشرة بما في ذلك ضربات الصواعق في برج التوربينات الهوائية وتفريغ تيار البرق من نقطة الإضراب إلى الأرض. كما أنها تستخدم لتوزيع تيار البرق في الأرض دون حدوث أضرار حرارية أو ميكانيكية أو شرارة خطيرة قد تسبب حريقًا أو انفجارًا وتعرض الناس للخطر.

يمكن تحديد نقاط الضربة المحتملة لتوربينات الرياح (باستثناء الشفرات الدوارة) عن طريق طريقة الكرة الدوارة الموضحة في الشكل 1. بالنسبة لتوربينات الرياح ، يُنصح باستخدام الفئة LPS I. لذلك ، كرة دوارة بها يتم لف نصف قطر r = 20 m فوق التوربينات الهوائية لتحديد نقاط الإضراب. أنظمة فصل الهواء مطلوبة عندما يتصل المجال بتوربينات الرياح.

يجب دمج هيكل الكنة / الغلاف في نظام الحماية من الصواعق للتأكد من أن ضربات الصواعق في الكنة تصيب الأجزاء المعدنية الطبيعية القادرة على تحمل هذا الحمل أو نظام إنهاء الهواء المصمم لهذا الغرض. يجب أن يتم تزويد Nacelles المطلية بطلاء GRP بنظام إنهاء الهواء وموصلات لأسفل تشكل قفصًا حول الكنة.

يجب أن يكون نظام إنهاء الهواء بما في ذلك الموصلات العارية في هذا القفص قادرًا على تحمل الصواعق وفقًا لمستوى الحماية من الصواعق المحدد. يجب تصميم المزيد من الموصلات في قفص فاراداي بطريقة تجعلها تتحمل حصة تيار البرق الذي قد تتعرض له. امتثالًا للمواصفة IEC 61400-24 ، يجب تصميم أنظمة إنهاء الهواء لحماية معدات القياس المركبة خارج الهيكل وفقًا للمتطلبات العامة للمواصفة IEC 62305-3 ويجب توصيل الموصلات السفلية بالقفص الموصوف أعلاه.

يمكن دمج "المكونات الطبيعية" المصنوعة من مواد موصلة يتم تركيبها بشكل دائم في / على توربين الرياح وتبقى دون تغيير (على سبيل المثال ، نظام الحماية من الصواعق للشفرات الدوارة والمحامل والأطر الرئيسية والبرج الهجين ، إلخ) في LPS. إذا كانت توربينات الرياح ذات هيكل معدني ، فيمكن افتراض أنها تفي بمتطلبات نظام الحماية الخارجية من الصواعق من فئة LPS I وفقًا للمواصفة IEC 62305.

يتطلب هذا أن يتم اعتراض صاعقة الصواعق بأمان بواسطة LPS للشفرات الدوارة بحيث يمكن تفريغها إلى نظام إنهاء الأرض عبر المكونات الطبيعية مثل المحامل ، والإطارات الرئيسية ، والبرج و / أو أنظمة الالتفاف (مثل فجوات الشرارة المفتوحة ، فرش كاربون).

نظام إنهاء الهواء / موصل لأسفل
كما هو موضح في الشكل 1 ، فإن ريش الدوار ؛ الكنة بما في ذلك الهياكل الفوقية ؛ قد يصاب صاعقة المحور الدوار وبرج التوربينات الريحية.
إذا كان بإمكانهم اعتراض الحد الأقصى لتيار النبضة الصاعقة البالغ 200 كيلو أمبير بأمان ويمكنهم تفريغه إلى نظام إنهاء الأرض ، فيمكن استخدامها كـ "مكونات طبيعية" لنظام إنهاء الهواء لنظام الحماية من الصواعق الخارجية لتوربينات الرياح.

غالبًا ما يتم تثبيت المستقبلات المعدنية ، التي تمثل نقاط إضراب محددة لضربات الصواعق ، على طول شفرة GRP لحماية شفرات الدوار من التلف الناتج عن الصواعق. يتم توجيه موصل لأسفل من المستقبل إلى جذر النصل. في حالة حدوث صاعقة ، يمكن افتراض أن الصاعقة تضرب طرف الشفرة (المستقبل) ثم تنفصل عن طريق الموصل السفلي داخل الشفرة إلى نظام إنهاء الأرض عبر الكنة والبرج.

نظام إنهاء الأرض
يجب أن يؤدي نظام الإنهاء الأرضي لتوربينات الرياح عدة وظائف مثل الحماية الشخصية وحماية EMC والحماية من الصواعق.

يعد نظام إنهاء الأرض الفعال (انظر الشكل 3) ضروريًا لتوزيع التيارات الصاعقة ولمنع التوربينات الهوائية من التدمير. علاوة على ذلك ، يجب أن يحمي نظام التوصيل الأرضي البشر والحيوانات من الصدمات الكهربائية. في حالة حدوث صاعقة ، يجب أن يقوم نظام إنهاء الأرض بتفريغ تيارات البرق العالية على الأرض وتوزيعها في الأرض دون تأثيرات حرارية و / أو ديناميكية كهربائية خطيرة.

بشكل عام ، من المهم إنشاء نظام نهاية الأرض لتوربينات الرياح التي تستخدم لحماية توربينات الرياح من ضربات الصواعق وتأريض نظام إمداد الطاقة.

ملحوظة: اللوائح الكهربائية ذات الجهد العالي مثل Cenelec HO 637 S1 أو المعايير الوطنية المعمول بها تحدد كيفية تصميم نظام إنهاء الأرض لمنع اللمس العالي والجهد الكهربي الناتج عن الدوائر القصيرة في أنظمة الجهد العالي أو المتوسط. فيما يتعلق بحماية الأشخاص ، يشير معيار IEC 61400-24 إلى IEC // TS 60479-1 و IEC 60479-4.

ترتيب الأقطاب الكهربائية الأرضية

تصف المواصفة القياسية IEC 62305-3 نوعين أساسيين من ترتيبات قطب الأرض لتوربينات الرياح:

النوع أ: وفقًا للملحق الأول من المواصفة القياسية الدولية IEC 61400-24 ، يجب عدم استخدام هذا الترتيب لتوربينات الرياح ، ولكن يمكن استخدامه للملحقات (على سبيل المثال ، المباني التي تحتوي على معدات القياس أو حظائر المكاتب المتصلة بمزرعة الرياح). تتكون ترتيبات القطب الأرضي من النوع A من أقطاب كهربائية أفقية أو رأسية متصلة بواسطة موصلين لأسفل على الأقل في المبنى.

النوع ب: وفقًا للملحق الأول من المواصفة القياسية IEC 61400-24 ، يجب استخدام هذا الترتيب لتوربينات الرياح. يتكون إما من قطب كهربائي أرضي خارجي مثبت في الأرض أو قطب أرضي أساسي. يجب توصيل أقطاب كهربائية دائرية وأجزاء معدنية في الأساس ببناء البرج.

يجب دمج تقوية أساس البرج في مفهوم التأريض لتوربينات الرياح. يجب توصيل نظام إنهاء الأرض لقاعدة البرج ومبنى التشغيل عن طريق شبكة متداخلة من الأقطاب الكهربائية الأرضية للحصول على نظام نهاية الأرض يمتد على أكبر مساحة ممكنة. لمنع الفولتية المفرطة نتيجة لضربة البرق ، يجب تركيب أقطاب أرضية ذات حلقة تحكم محتملة ومقاومة للتآكل (مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ) حول قاعدة البرج لضمان حماية الأشخاص (انظر الشكل 3).

مؤسسة أقطاب الأرض

تعتبر أقطاب التأريض الأساسية منطقية من الناحية الفنية والاقتصادية وهي ، على سبيل المثال ، مطلوبة في شروط التوصيل الفني الألمانية (TAB) لشركات الإمداد بالطاقة. تعد أقطاب الأرض الأساسية جزءًا من التركيبات الكهربائية وتؤدي وظائف السلامة الأساسية. لهذا السبب ، يجب تركيبها بواسطة أشخاص ذوي مهارات كهربائية أو تحت إشراف شخص ماهر كهربائيًا.

يجب أن تتوافق المعادن المستخدمة في الأقطاب الكهربائية الأرضية مع المواد المدرجة في الجدول 7 من المواصفة IEC 62305-3. يجب دائمًا ملاحظة سلوك تآكل المعدن في الأرض. يجب أن تكون أقطاب التأريض الأساسية مصنوعة من الفولاذ المجلفن أو غير المجلفن (الصلب المستدير أو الشريطي). يجب ألا يقل قطر الصلب المستدير عن 10 مم. يجب ألا تقل أبعاد الشريط الصلب عن 30 × 3,5،5 مم. لاحظ أنه يجب تغطية هذه المادة بخرسانة لا تقل عن XNUMX سم (الحماية من التآكل). يجب توصيل القطب الأرضي الأساسي بشريط الترابط المتساوي الجهد الرئيسي في توربين الرياح. يجب إنشاء وصلات مقاومة للتآكل عبر نقاط تأريض ثابتة لعروات طرفية مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. علاوة على ذلك ، يجب تركيب قطب أرضي حلقي مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ في الأرض.

الحماية عند الانتقال من LPZ 0A إلى LPZ 1

لضمان التشغيل الآمن للأجهزة الكهربائية والإلكترونية ، يجب حماية حدود المناطق المحمية من التداخل المشع وحمايتها من التداخل الذي يتم إجراؤه (انظر الشكلين 2 و 4). يجب تثبيت أجهزة الحماية من الصواعق القادرة على تفريغ تيارات البرق العالية دون تدمير عند الانتقال من LPZ 0A إلى LPZ 1 (يشار إليها أيضًا باسم "الترابط المتساوي للقدرة"). يشار إلى أجهزة الحماية من زيادة التيار باسم مانعات الصواعق الحالية من الصنف الأول ويتم اختبارها عن طريق التيارات الدافعة لشكل موجة 10/350 ميكرو ثانية. عند الانتقال من LPZ 0B إلى LPZ 1 و LPZ 1 وأعلى ، يجب فقط التعامل مع التيارات الدافعة منخفضة الطاقة الناتجة عن الفولتية المستحثة خارج النظام أو الزيادات المتولدة في النظام. يشار إلى هذه الأجهزة الواقية من زيادة التيار باسم مانعات الصواعق من الفئة الثانية ويتم اختبارها عن طريق التيارات الدافعة لشكل موجة 8/20 ميكرو ثانية.

وفقًا لمفهوم منطقة الحماية من الصواعق ، يجب دمج جميع الكابلات والخطوط الواردة في الترابط المتساوي من الصواعق دون استثناء عن طريق مانعات الصواعق الحالية من الصواعق على الحدود من LPZ 0A إلى LPZ 1 أو من LPZ 0A إلى LPZ 2.

يجب تثبيت رابط موضعي آخر محلي ، حيث يجب دمج جميع الكابلات والخطوط التي تدخل هذه الحدود ، لكل حدود منطقة أخرى داخل المجلد المراد حمايته.

يجب تركيب مانعات الصواعق من النوع 2 عند الانتقال من LPZ 0B إلى LPZ 1 ومن LPZ 1 إلى LPZ 2 ، بينما يجب تثبيت مانعات الصواعق من الفئة III عند الانتقال من LPZ 2 إلى LPZ 3. وظيفة الفئة II والفئة III تعمل موانع الصواعق على تقليل التداخل المتبقي لمراحل حماية المنبع والحد من الزيادات الحادة التي تحدث أو تتولد داخل توربينات الرياح.

اختيار SPD على أساس مستوى حماية الجهد (أعلى) ومناعة المعدات

لوصف Up في LPZ ، يجب تحديد مستويات مناعة المعدات داخل LPZ ، على سبيل المثال لخطوط الطاقة وتوصيلات المعدات وفقًا للمواصفة IEC 61000-4-5 و IEC 60664-1 ؛ لخطوط الاتصالات وتوصيلات المعدات وفقًا للمواصفة IEC 61000-4-5 و ITU-T K.20 و ITU-T K.21 وللخطوط والوصلات الأخرى للمعدات وفقًا لتعليمات الشركة الصانعة.

يجب أن يكون مصنعو المكونات الكهربائية والإلكترونية قادرين على توفير المعلومات المطلوبة عن مستوى المناعة وفقًا لمعايير التوافق الكهرومغناطيسي. خلاف ذلك ، يجب على الشركة المصنعة لتوربينات الرياح إجراء اختبارات لتحديد مستوى المناعة. يحدد مستوى المناعة المحدد للمكونات في LPZ بشكل مباشر مستوى حماية الجهد المطلوب لحدود LPZ. يجب إثبات حصانة النظام ، عند الاقتضاء ، مع تثبيت جميع أجهزة SPD وحماية المعدات.

حماية مزود الطاقة

يمكن تركيب محول توربينات الرياح في مواقع مختلفة (في محطة توزيع منفصلة ، في قاعدة البرج ، في البرج ، في الكنة). في حالة توربينات الرياح الكبيرة ، على سبيل المثال ، يتم توجيه كبل 20 كيلوفولت غير المحمي في قاعدة البرج إلى تركيبات المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط ​​التي تتكون من قاطع الدائرة الفراغية ، ومفتاح فصل محدد مغلق ميكانيكيًا ، ومفتاح تأريض خارجي ومرحل وقائي.

يتم توجيه كبلات الجهد المتوسط ​​من تركيب مجموعة المفاتيح الكهربائية ذات الجهد المتوسط ​​في برج توربينات الرياح إلى المحول الموجود في الكنة. يغذي المحول خزانة التحكم في قاعدة البرج ، وخزانة المفاتيح في الكنة ونظام الملعب في المحور عن طريق نظام TN-C (L1 ؛ L2 ؛ L3 ؛ موصل PEN ؛ 3 PHY ؛ 3 W + G). تزود خزانة المفاتيح في الكنة المعدات الكهربائية بجهد تيار متردد 230/400 فولت.

وفقًا للمواصفة IEC 60364-4-44 ، يجب أن تحتوي جميع المعدات الكهربائية المثبتة في توربينات الرياح على قوة دفع محددة تحمل الجهد وفقًا للجهد الاسمي لتوربينات الرياح. هذا يعني أن مانعات الصواعق التي سيتم تركيبها يجب أن يكون لها مستوى حماية الجهد المحدد على الأقل اعتمادًا على الجهد الاسمي للنظام. يجب أن يكون لموانع الصواعق المستخدمة لحماية أنظمة الإمداد بالطاقة 400/690 فولت مستوى حماية من الجهد الأدنى يصل إلى 2,5،230 كيلو فولت ، بينما يجب أن يكون لمانع الصواعق المستخدمة لحماية أنظمة إمداد الطاقة 400/1,5 فولت مستوى حماية للجهد يصل إلى voltage400،690 kV لضمان حماية المعدات الكهربائية / الإلكترونية الحساسة. للوفاء بهذا المطلب ، يجب تثبيت أجهزة الحماية من زيادة التيار لأنظمة الإمداد بالطاقة 10/350 فولت والتي تكون قادرة على إجراء تيارات البرق لشكل موجة 2,5/XNUMX μs دون تدمير وضمان مستوى حماية الجهد يصل إلى XNUMX،XNUMX kV.

أنظمة الإمداد بالطاقة 230/400 فولت

يجب حماية مصدر الجهد لخزانة التحكم في قاعدة البرج ، وخزانة مجموعة المفاتيح في الكنة ونظام الملعب في المحور عن طريق نظام 230/400 فولت TN-C (3PhY ، 3W + G) بواسطة الفئة II مانعات الصواعق مثل SLP40-275 / 3S.

ضوء تحذير حماية الطائرة

يجب حماية ضوء تحذير الطائرة الموجود على سارية المستشعر في LPZ 0B عن طريق مانع الصواعق من الفئة الثانية في انتقالات المنطقة ذات الصلة (LPZ 0B → 1 ، LPZ 1 → 2) (الجدول 1).

أنظمة إمداد الطاقة 400/690 فولت يجب أن تكون موانع البرق أحادية القطب المنسقة ذات الحد الحالي العالي للمتابعة لأنظمة الإمداد بالطاقة 400/690 فولت مثل SLP40-750 / 3S ، مثبتة لحماية المحول 400/690 فولت والمحولات والمرشحات الرئيسية ومعدات القياس.

حماية خطوط المولدات

مع الأخذ في الاعتبار تفاوتات الجهد العالي ، يجب تثبيت مانعات الصواعق من الفئة الثانية للجهد الاسمي حتى 1000 فولت لحماية الملف الدوار للمولد وخط إمداد العاكس. يتم استخدام مانع إضافي قائم على فجوة الشرر مع جهد تحمل تردد الطاقة المقنن UN / AC = 2,2،50 كيلو فولت (690 هرتز) للعزل المحتمل ولمنع الموانع القائمة على المتغير من العمل قبل الأوان بسبب تقلبات الجهد التي قد تحدث أثناء تشغيل العاكس. يتم تثبيت مانع الصواعق المعياري من الدرجة الثانية ثلاثي الأقطاب مع زيادة الفولتية المقدرة للمكثف لأنظمة XNUMX فولت على كل جانب من الجزء الثابت للمولد.

موانع الصواعق المعيارية ثلاثية الأقطاب من الفئة الثانية من النوع SLP40-750 / 3S مصممة خصيصًا لتوربينات الرياح. لديهم جهد مقنن من مكثف أوموف من 750 فولت تيار متردد ، مع الأخذ في الاعتبار تقلبات الجهد التي قد تحدث أثناء التشغيل.

مانعات الصواعق لأنظمة تكنولوجيا المعلومات

موانع الصواعق لحماية المعدات الإلكترونية في شبكات الاتصالات والإشارات ضد التأثيرات غير المباشرة والمباشرة لضربات الصواعق والارتفاعات العابرة الأخرى موصوفة في IEC 61643-21 ويتم تثبيتها على حدود المنطقة بما يتوافق مع مفهوم منطقة الحماية من الصواعق.

يجب تصميم الموانع متعددة المراحل بدون نقاط عمياء. يجب التأكد من تنسيق مراحل الحماية المختلفة مع بعضها البعض ، وإلا فلن يتم تنشيط جميع مراحل الحماية ، مما يتسبب في حدوث أعطال في جهاز الحماية من زيادة التيار.

في معظم الحالات ، تُستخدم كابلات الألياف الزجاجية لتوجيه خطوط تكنولوجيا المعلومات إلى توربينات الرياح ولتوصيل خزانات التحكم من قاعدة البرج إلى الهيكل. يتم تنفيذ الكابلات بين المشغلات وأجهزة الاستشعار وخزانات التحكم بواسطة كابلات نحاسية محمية. نظرًا لاستبعاد التداخل الناتج عن البيئة الكهرومغناطيسية ، لا يلزم حماية كبلات الألياف الزجاجية بواسطة مانعات الصواعق ما لم يكن كابل الألياف الزجاجية يحتوي على غلاف معدني يجب دمجه مباشرةً في الترابط المتساوي الجهد أو عن طريق أجهزة الحماية من زيادة التيار.

بشكل عام ، يجب حماية خطوط الإشارة المحمية التالية التي تربط المشغلات وأجهزة الاستشعار بخزانات التحكم بواسطة أجهزة الحماية من زيادة التيار:

• خطوط إشارة محطة الطقس على سارية جهاز الاستشعار.
• يتم توجيه خطوط الإشارة بين الكنة ونظام الملعب في المحور.
• خطوط الإشارة لنظام الملعب.

خطوط إشارة محطة الطقس

يتم توجيه خطوط الإشارة (واجهات 4-20 مللي أمبير) بين مستشعرات محطة الطقس وخزانة المفاتيح من LPZ 0B إلى LPZ 2 ويمكن حمايتها عن طريق FLD2-24. تعمل هذه الموانع المدمجة الموفرة للمساحة على حماية خطين أو أربعة خطوط مفردة ذات إمكانات مرجعية مشتركة بالإضافة إلى واجهات غير متوازنة وهي متوفرة مع تأريض درع مباشر أو غير مباشر. يتم استخدام طرفي زنبركي مرن للتلامس الدائم للدرع منخفض المقاومة مع الجانب المحمي وغير المحمي من الصواعق لتأريض الدرع.

الاختبارات المعملية وفقًا للمواصفة IEC 61400-24

تصف المواصفة القياسية IEC 61400-24 طريقتين أساسيتين لإجراء اختبارات المناعة على مستوى النظام لتوربينات الرياح:

• أثناء اختبارات التيار النبضي في ظل ظروف التشغيل ، يتم حقن التيارات الدافعة أو التيارات الصاعقة الجزئية في الخطوط الفردية لنظام التحكم أثناء وجود جهد الإمداد. عند القيام بذلك ، تخضع المعدات المراد حمايتها بما في ذلك جميع أجهزة SPD لاختبار التيار النبضي.
• طريقة الاختبار الثانية تحاكي التأثيرات الكهرومغناطيسية للنبضات الكهرومغناطيسية الصاعقة (LEMPs). يتم حقن تيار البرق الكامل في الهيكل الذي يقوم بتفريغ تيار البرق ويتم تحليل سلوك النظام الكهربائي عن طريق محاكاة الكابلات في ظل ظروف التشغيل بأكبر قدر ممكن من الواقعية. شدة الانحدار الحالية البرق هي معلمة اختبار حاسمة.