Protecció contra llamps i sobretensions per a sistema d’aerogeneradors
Amb la consciència creixent de l’escalfament global i els límits dels nostres combustibles fòssils, es fa evident la necessitat de trobar una font d’energia renovable millor. L’ús de l’energia eòlica és una indústria en ràpid creixement. Aquesta instal·lació es troba generalment en terrenys oberts i elevats i, per tant, presenta atractius punts de captura per a descàrregues de llamps. Si es vol mantenir el subministrament fiable, és important que es mitiguin les fonts de danys per sobrevoltatge. LSP proporciona una àmplia gamma de dispositius de protecció contra sobretensions adequats tant per a corrents de raig directes com parcials.
Protecció contra llamps i sobretensions per a sistema d’aerogeneradors
LSP disposa d’un conjunt complet de productes de protecció contra sobretensions disponibles per a aplicacions d’aerogeneradors. L’oferta de LSP a diversos productes de protecció muntats en carril DIN i control de sobretensions i llamps. A mesura que entrem en un moment de la història en què l’empenta cap a l’energia i la tecnologia verds provoca contínuament la construcció de més parcs eòlics i l’ampliació dels parcs eòlics actuals, tant els fabricants de turbines com els propietaris / operadors de parcs eòlics són cada vegada més conscients dels costos associats a llamps. Els danys monetaris que pateixen els operadors quan es produeix un llamp es produeixen en dues formes: els costos associats a la substitució de la maquinària a causa de danys físics i els costos associats al sistema estan fora de línia i no produeixen energia. Els sistemes elèctrics de turbina s’enfronten als reptes continus del paisatge que els envolta, en general els aerogeneradors són les estructures més altes d’una instal·lació. A causa de la intempèrie a la qual estaran exposats, combinada amb les expectatives que una turbina sigui impactada per un llamp diverses vegades al llarg de la seva vida útil, els costos de la substitució i la reparació d'equips s'han de tenir en compte en el pla comercial de qualsevol operador de parcs eòlics. El dany directe i indirecte causat per un llamp és creat per intensos camps electromagnètics que creen sobretensions transitòries. Aquestes sobretensions es passen a través del sistema elèctric directament a equips sensibles de la pròpia turbina. La sobretensió es propaga a través del sistema produint danys immediats i latents als circuits i als equips informàtics. Components com ara generadors, transformadors i convertidors de potència, així com sistemes electrònics de control, comunicacions i sistemes SCADA estan potencialment danyats per les sobretensions creades per la il·luminació. Els danys directes i immediats poden ser evidents, però es poden produir danys latents com a conseqüència de diversos cops o exposicions repetides a sobretensions als components de potència clau d’un aerogenerador afectat, moltes vegades aquest dany no està cobert per les garanties del fabricant i, per tant, els costos de reparació i substitució recauen en els operadors.
Els costos fora de línia són un altre factor important que s’ha de tenir en compte en qualsevol pla de negoci associat a un parc eòlic. Aquests costos es produeixen quan una turbina està desactivada i ha de ser treballada per un equip de servei o bé se substitueixen components que impliquen costos de compra, transport i instal·lació. Els ingressos que es poden perdre a causa d’un sol llamp poden ser importants i el dany latent que es produeix al llarg del temps s’afegeix a aquest total. El producte de protecció de l'aerogenerador de LSP redueix significativament els costos associats en poder suportar múltiples sobretensions sense falles, fins i tot després de múltiples casos de vaga.
El cas dels sistemes de protecció contra sobretensions de les trubines de vent
El canvi continu de les condicions climàtiques combinat amb la dependència creixent dels combustibles fòssils ha proporcionat un gran interès pels recursos energètics sostenibles i renovables a tot el món. Una de les tecnologies més prometedores en energia verda és l’energia eòlica, que excepte els alts costos d’inici seria l’elecció de moltes nacions del món. Per exemple, a Portugal, l'objectiu de producció d'energia eòlica del 2006 al 2010 era augmentar fins al 25% la producció total d'energia eòlica, un objectiu que es va assolir i fins i tot es va superar en anys posteriors. Tot i que els programes governamentals agressius que impulsen la producció d’energia eòlica i solar han ampliat substancialment la indústria eòlica, amb aquest augment del nombre de turbines eòliques s’incrementa la probabilitat que els llamps es vegin afectats. Els atacs directes als aerogeneradors s’han reconegut com un greu problema i hi ha problemes únics que fan que la protecció contra raigs sigui més difícil en l’energia eòlica que en altres indústries.
La construcció de turbines eòliques és única i aquestes estructures altes, principalment metàl·liques, són molt susceptibles als danys causats per un llamp. També són difícils de protegir mitjançant tecnologies convencionals de protecció contra sobretensions que es sacrifiquen principalment després d’una sola sobretensió. Els aerogeneradors poden elevar-se a més de 150 metres d’alçada i es troben normalment en terrenys elevats en zones remotes que estan exposades als elements, inclosos els llamps. Els components més exposats d’un aerogenerador són les pales i la góndola, que generalment estan fetes de materials compostos que no poden suportar un llamp directe. Un atac directe típic sol passar a les pales, creant una situació en què la sobretensió viatja a través dels components de la turbina dins del molí de vent i potencialment a totes les zones connectades elèctricament de la granja. Les zones que s’utilitzen normalment per als parcs eòlics presenten unes condicions de terra deficients i el modern parc eòlic disposa d’electrònics de processament que són increïblement sensibles. Tots aquests problemes fan que la protecció dels aerogeneradors contra els danys causats pels llamps sigui el més difícil.
Dins de la pròpia estructura del aerogenerador, l'electrònica i els coixinets són molt susceptibles a danys per raigs. Els costos de manteniment associats als aerogeneradors són elevats a causa de les dificultats per substituir aquests components. Portar tecnologies que puguin millorar les mitjanes estadístiques per a la substitució de components necessària és una font de gran discussió a la majoria de sales de juntes i agències governamentals implicades en la producció eòlica. La naturalesa robusta de la línia de productes de protecció contra sobretensions és única entre les tecnologies de protecció contra sobretensions, ja que continua protegint l’equip fins i tot quan s’activa i no és necessari substituir-lo ni restablir-lo després d’una sobretensió. Això permet als generadors d’energia eòlica romandre en línia durant períodes més llargs. Qualsevol millora en les mitjanes estadístiques dels estats fora de línia i dels temps de manteniment de les turbines comportarà, en última instància, costos addicionals per al consumidor.
Prevenir els danys als circuits de baixa tensió i de control és crucial, ja que els estudis han demostrat que més del 50% de les fallades dels aerogeneradors són causades per avaries d’aquest tipus de components. Són habituals les avaries documentades dels equips atribuïts a llamps directes i induïts i a sobrecàrregues que es propaguen just després d’un llamp. Els descarregadors instal·lats al costat de la xarxa elèctrica dels sistemes es posen a terra juntament amb el costat de baixa tensió per tal de disminuir la resistència a terra, augmentant la capacitat de tota la cadena de suportar un atac a un sol aerogenerador.
Protecció contra llamps i sobretensions per a aerogeneradors
Aquest article descriu la implementació de mesures de protecció contra llamps i sobretensions per a dispositius i sistemes elèctrics i electrònics en un aerogenerador.
Els aerogeneradors són altament vulnerables als efectes dels llamps directes a causa de la seva gran superfície i alçada exposades. Atès que el risc de llamps contra un aerogenerador augmenta quadràticament amb la seva alçada, es pot estimar que un aerogenerador de diversos megawatts és afectat per un llamp directe aproximadament cada dotze mesos.
La compensació d’alimentació haurà d’amortitzar els alts costos d’inversió en pocs anys, cosa que significa que s’ha d’evitar el temps d’inactivitat com a conseqüència de danys causats per llamps i sobretensions i els costos associats de reparellament. Per això, són essencials mesures integrals de protecció contra llamps i sobretensions.
Quan es planeja un sistema de protecció contra llamps per a aerogeneradors, cal considerar no només els flaixos núvol-terra, sinó també els flaixos terra-núvol, els anomenats líders ascendents, per a objectes amb una alçada superior a 60 m en llocs exposats. . Cal tenir molt en compte l’elevada càrrega elèctrica d’aquests líders ascendents per a la protecció de les pales del rotor i la selecció de descàrregues de corrent de llamp adequades.
Estandardització-Protecció contra llamps i sobretensions per a sistemes de turbines eòliques
El concepte de protecció s’ha de basar en les normes internacionals IEC 61400-24, IEC 62305 sèrie estàndard i les directrius de la societat de classificació Germanischer Lloyd.
Mesures de protecció
La norma IEC 61400-24 recomana la selecció de tots els subcomponents del sistema de protecció contra llamps d’un aerogenerador segons el nivell de protecció contra llamps (LPL) I, tret que una anàlisi de risc demostri que és suficient un LPL inferior. Una anàlisi de risc també pot revelar que diferents sub-components tenen LPL diferents. La norma IEC 61400-24 recomana que el sistema de protecció contra el llamp es basi en un concepte de protecció contra el llamp.
El sistema de protecció contra llamps i sobretensions per a aerogeneradors consisteix en un sistema de protecció contra llamps (LPS) i mesures de protecció contra sobretensions (SPM) per protegir els equips elèctrics i electrònics. Per planificar mesures de protecció, és aconsellable subdividir l’aerogenerador en zones de protecció contra llamps (LPZ).
El sistema de protecció contra llamps i sobretensions per a turbines eòliques protegeix dos subsistemes que només es poden trobar a les turbines eòliques, és a dir, les pales del rotor i el tren mecànic.
La norma CEI 61400-24 descriu detalladament com protegir aquestes parts especials d’un aerogenerador i com demostrar l’eficàcia de les mesures de protecció contra raigs.
Segons aquesta norma, és aconsellable realitzar proves d’alta tensió per verificar la capacitat de resistència del corrent de llamp dels sistemes rellevants amb la primera carrera i la carrera llarga, si és possible, en una descàrrega comuna.
Els problemes complexos relacionats amb la protecció de les pales del rotor i de les parts / coixinets muntats de manera rotativa s’han d’examinar amb detall i dependre del fabricant i del tipus de components. La norma IEC 61400-24 proporciona informació important al respecte.
Concepte de zona de protecció contra raigs
El concepte de zona de protecció contra raigs és una mesura estructurant per crear un entorn EMC definit en un objecte. L’entorn EMC definit s’especifica per la immunitat de l’equip elèctric utilitzat. El concepte de zona de protecció contra raigs permet reduir les interferències radiades i conduïdes als límits fins als valors definits. Per aquest motiu, l'objecte a protegir es subdivideix en zones de protecció.
El mètode de l’esfera rodant es pot utilitzar per determinar LPZ 0A, és a dir, les parts d’un aerogenerador que poden ser objecte de llamps directes, i LPZ 0B, és a dir, les parts d’un aerogenerador que estan protegides contra els llamps directes per aire extern. sistemes de terminació o sistemes de terminació d’aire integrats en parts d’un aerogenerador (per exemple, a la pala del rotor).
Segons la IEC 61400-24, el mètode de l’esfera rodant no s’ha d’utilitzar per a les mateixes pales de rotor. Per aquest motiu, s’ha de provar el disseny del sistema de terminació d’aire segons el capítol 8.2.3 de la norma IEC 61400-24.
La figura 1 mostra una aplicació típica del mètode de l’esfera rodant, mentre que la figura 2 il·lustra la possible divisió d’un aerogenerador en diferents zones de protecció contra llamps. La divisió en zones de protecció contra llamps depèn del disseny del aerogenerador. Per tant, s’ha d’observar l’estructura del aerogenerador.
No obstant això, és decisiu que els paràmetres del llamp injectats des de l'exterior del turbina eòlica a LPZ 0A es redueixin mitjançant mesures de protecció adequades i dispositius de protecció contra sobretensions a tots els límits de la zona, de manera que es puguin accionar els dispositius i sistemes elèctrics i electrònics a l'interior de l'aerogenerador. de forma segura.
Mesures de protecció
La carcassa s’ha de dissenyar com un escut metàl·lic encapsulat. Això vol dir que a la carcassa s’aconsegueix un volum amb un camp electromagnètic que és considerablement inferior al camp exterior del aerogenerador.
D'acord amb la norma IEC 61400-24, una torre tubular d'acer, que s'utilitza principalment per a grans aerogeneradors, es pot considerar una gàbia Faraday gairebé perfecta, la més adequada per al blindatge electromagnètic. Els aparells de commutació i control de la carcassa o de la "góndola" i, si n'hi ha, a l'edifici d'operacions, també haurien de ser de metall. Els cables de connexió haurien de tenir un escut extern capaç de transportar corrents de llamp.
Els cables blindats només són resistents a les interferències CEM si els blindatges estan connectats a l’enllaç equipotencial dels dos extrems. Cal posar-se en contacte amb els blindatges mitjançant terminals de contacte totalment (360 °) sense instal·lar cables de connexió llargs incompatibles amb EMC al aerogenerador.
El blindatge magnètic i el recorregut de cables s’han de realitzar segons la secció 4 de la IEC 62305-4. Per aquest motiu, s’han d’utilitzar les directrius generals per a una pràctica d’instal·lació compatible amb EMC segons IEC / TR 61000-5-2.
Les mesures de protecció inclouen, per exemple:
- Instal·lació d’una trena metàl·lica sobre nacelles recobertes de PRFV.
- Torre de metall.
- Quadres metàl·lics.
- Armaris de control metàl·lics.
- Corrent de llamp que transporta cables de connexió apantallats (conducte de cable metàl·lic, canonada apantallada o similars).
- Apantallament de cables.
Mesures externes de protecció contra llamps
La funció del LPS extern és interceptar els llamps directes, inclosos els llamps, a la torre de l’aerogenerador i descarregar el corrent del llamp des del punt d’atac fins a terra. També s’utilitza per distribuir el corrent del llamp al terra sense danys tèrmics o mecànics ni espurnes perilloses que puguin causar incendis o explosions i posar en perill les persones.
Els possibles punts d’atac d’un aerogenerador (excepte les pales del rotor) es poden determinar mitjançant el mètode d’esfera rodant mostrat a la figura 1. Per a aerogeneradors, es recomana utilitzar la classe LPS I. Per tant, una esfera rodant amb es fa rodar sobre l’aerogenerador un radi r = 20 m per determinar els punts d’atac. Els sistemes de terminació d'aire són necessaris quan l'esfera entra en contacte amb l'aerogenerador.
La construcció de la góndola / carcassa s’hauria d’integrar al sistema de protecció contra llamps per assegurar-se que els llamps de la góndola afectin parts metàl·liques naturals capaces de suportar aquesta càrrega o bé un sistema de terminació d’aire dissenyat per a aquest propòsit. Els nacells amb recobriment de PRFV haurien d’estar equipats amb un sistema de terminació d’aire i conductors cap avall formant una gàbia al voltant de la góndola.
El sistema de terminació d’aire, inclosos els conductors nus d’aquesta gàbia, hauria de ser capaç de suportar els llamps segons el nivell de protecció contra llamps seleccionat. Altres conductors de la gàbia de Faraday haurien de ser dissenyats de manera que suportessin la part del corrent de llamp a la qual podrien estar sotmesos. De conformitat amb la IEC 61400-24, els sistemes de terminació d’aire per protegir els equips de mesura muntats fora de la góndola haurien de dissenyar-se de conformitat amb els requisits generals de la IEC 62305-3 i els conductors de baixada haurien d’estar connectats a la gàbia descrita anteriorment.
Els “components naturals” fets de materials conductors que s’instal·len permanentment a / sobre un aerogenerador i que es mantenen inalterats (per exemple, un sistema de protecció contra llamps de les pales del rotor, coixinets, mainframes, torre híbrida, etc.) es poden integrar al LPS. Si els aerogeneradors són de construcció metàl·lica, es pot suposar que compleixen els requisits per a un sistema de protecció contra llamps extern de classe LPS I segons la IEC 62305.
Això requereix que el llamp sigui interceptat de forma segura per l'LPS de les pales del rotor de manera que pugui ser descarregat al sistema de terminació de terra mitjançant components naturals com ara coixinets, centrals principals, la torre i / o sistemes de derivació (per exemple, espurnes obertes, raspalls de carboni).
Sistema de terminació d'aire / conductor de baixada
Com es mostra a la figura 1, les pales del rotor; nàcula incloent superestructures; el cub del rotor i la torre de l’aerogenerador poden ser impactats per un llamp.
Si poden interceptar el corrent d’impuls llamp màxim de 200 kA de forma segura i el poden descarregar al sistema de terminació a terra, es poden utilitzar com a “components naturals” del sistema de terminació d’aire del sistema de protecció contra llamps del turbina eòlica.
Els receptors metàl·lics, que representen punts definits d’atac per als llamps, s’instal·len sovint al llarg de la fulla de GRP per protegir les fulles del rotor contra els danys causats pels llamps. Un conductor cap avall s’encamina des del receptor fins a l’arrel de la fulla. En cas de cop de llamp, es pot suposar que el cop de llamp colpeja la punta de la fulla (receptor) i es descarrega a través del conductor cap avall a l'interior de la fulla fins al sistema de terminació de terra a través de la góndola i la torre.
Sistema de terminació de la terra
El sistema de terminació a terra d’un aerogenerador ha de realitzar diverses funcions, com ara protecció personal, protecció CEM i protecció contra llamps.
Un sistema eficaç de terminació de la terra (vegeu la figura 3) és essencial per distribuir els corrents de llamps i evitar que es destrueixi l’aerogenerador. A més, el sistema de terminació de la terra ha de protegir humans i animals contra les descàrregues elèctriques. En cas de llamp, el sistema de terminació de terra ha de descarregar a terra corrents de llamp elevats i distribuir-los per terra sense efectes tèrmics i / o electrodinàmics perillosos.
En general, és important establir un sistema de terminació de terra per a un aerogenerador que s’utilitzi per protegir l’aerogenerador contra els llamps i posar a terra el sistema d’alimentació.
Nota: Les regulacions elèctriques d’alta tensió, com ara Cenelec HO 637 S1 o les normes nacionals aplicables, especifiquen com dissenyar un sistema de terminació de terra per evitar tensions de pas i tacte elevades causades per curtcircuits en sistemes d’alta o mitjana tensió. Pel que fa a la protecció de les persones, la norma IEC 61400-24 fa referència a IEC // TS 60479-1 i IEC 60479-4.
Disposició dels elèctrodes de terra
La IEC 62305-3 descriu dos tipus bàsics de disposició d’elèctrodes de terra per a aerogeneradors:
Tipus A: segons l’annex I de la IEC 61400-24, aquesta disposició no s’ha d’utilitzar per a aerogeneradors, però sí per annexos (per exemple, edificis que contenen equips de mesura o naus d’oficines en connexió amb un parc eòlic). Els dispositius d’elèctrodes de terra de tipus A consisteixen en elèctrodes de terra horitzontals o verticals connectats com a mínim per dos conductors de baixada a l’edifici.
Tipus B: segons l’annex I de la IEC 61400-24, aquesta disposició s’ha d’utilitzar per a aerogeneradors. Consisteix en un elèctrode de terra anell extern instal·lat a terra o en un elèctrode de terra de fonamentació. Els elèctrodes de terra anellats i les parts metàl·liques de la base han d’estar connectats a la construcció de la torre.
El reforç de la base de la torre s’hauria d’integrar en el concepte de posada a terra d’un aerogenerador. El sistema de terminació de terra de la base de la torre i l’edifici de funcionament s’haurien de connectar mitjançant una xarxa mallada d’elèctrodes de terra per obtenir un sistema de terminació de terra que abastés una àrea tan gran com sigui possible. Per evitar tensions de pas excessives com a conseqüència d’un cop de llamp, s’han d’instal·lar al voltant de la base de la torre uns elèctrodes de terra d’anells de control potencial i resistents a la corrosió (fabricats en acer inoxidable) per garantir la protecció de les persones (vegeu la figura 3).
Elèctrodes de terra de fonamentació
Els elèctrodes de terra fonamental tenen un sentit tècnic i econòmic i, per exemple, són obligatoris a les Condicions de connexió tècnica alemanyes (TAB) de les empreses de subministrament elèctric. Els elèctrodes de terra fonamental formen part de la instal·lació elèctrica i compleixen funcions essencials de seguretat. Per aquest motiu, han de ser instal·lats per persones qualificades elèctricament o sota la supervisió d’una persona habilitada elèctricament.
Els metalls utilitzats per a elèctrodes de terra han de complir els materials indicats a la taula 7 de la IEC 62305-3. Sempre s’ha d’observar el comportament a la corrosió del metall a terra. Els elèctrodes de terra de fonamentació han de ser d’acer galvanitzat o no galvanitzat (d’acer rodó o de cinta). L'acer rodó ha de tenir un diàmetre mínim de 10 mm. Les tires d'acer han de tenir unes dimensions mínimes de 30 x 3,5 mm. Tingueu en compte que aquest material s’ha de cobrir amb formigó com a mínim de 5 cm (protecció contra la corrosió). L’elèctrode de terra de fonamentació ha d’estar connectat amb la barra d’enllaç equipotencial principal del aerogenerador. Les connexions resistents a la corrosió s’han d’establir a través de punts de terra fixos de les puntes terminals d’acer inoxidable. A més, s'ha d'instal·lar a terra un elèctrode de terra anell fet d'acer inoxidable.
Protecció en la transició de LPZ 0A a LPZ 1
Per garantir un funcionament segur dels dispositius elèctrics i electrònics, els límits de les LPZ s'han de protegir contra les interferències radiades i protegir-les de les interferències conduïdes (vegeu les figures 2 i 4). Els dispositius de protecció contra sobretensions capaços de descarregar grans corrents de llamp sense destrucció s’han d’instal·lar a la transició de LPZ 0A a LPZ 1 (també anomenat “enllaç equipotencial de llamps”). Aquests dispositius de protecció contra sobretensions es coneixen com a descarregadors de corrent de llamp de classe I i es proven mitjançant corrents d’impuls de 10/350 μs de forma d’ona. En la transició de LPZ 0B a LPZ 1 i LPZ 1 i superior només s’han de fer front als corrents d’impuls de baixa energia causats per tensions induïdes fora del sistema o per sobretensions generades al sistema. Aquests dispositius de protecció contra sobretensions s’anomenen descarregadors de sobretensions de classe II i es comproven mitjançant corrents d’impuls de forma d’ona de 8/20 μs.
Segons el concepte de zona de protecció contra llamps, tots els cables i línies entrants s’han d’integrar a l’enllaç equipotencial del llamp sense excepció mitjançant descarregadors de corrent de llamp de classe I al límit de LPZ 0A a LPZ 1 o de LPZ 0A a LPZ 2.
Cal instal·lar un altre enllaç equipotencial local, en el qual s’han d’integrar tots els cables i línies que entrin en aquest límit, per a cada altre límit de zona dins del volum a protegir.
Els descargadors de sobretensions tipus 2 s’han d’instal·lar a la transició de LPZ 0B a LPZ 1 i de LPZ 1 a LPZ 2, mentre que els descàrregues de sobretensions de classe III s’han d’instal·lar a la transició de LPZ 2 a LPZ 3. La funció de classe II i classe III Els descarregadors de sobretensions consisteixen a reduir la interferència residual de les etapes de protecció aigües amunt i a limitar les sobretensions induïdes o generades a l’aerogenerador.
Selecció de SPD basats en el nivell de protecció de tensió (amunt) i la immunitat dels equips
Per descriure la pujada en una LPZ, s'han de definir els nivells d'immunitat de l'equip dins d'una LPZ, per exemple, per a línies elèctriques i connexions d'equips segons IEC 61000-4-5 i IEC 60664-1; per a línies de telecomunicacions i connexions d'equips segons la IEC 61000-4-5, UIT-T K.20 i UIT-T K.21, i per a altres línies i connexions d'equips segons les instruccions del fabricant.
Els fabricants de components elèctrics i electrònics haurien de poder proporcionar la informació necessària sobre el nivell d’immunitat d’acord amb les normes EMC. En cas contrari, el fabricant d’aerogeneradors hauria de realitzar proves per determinar el nivell d’immunitat. El nivell d'immunitat definit dels components d'una LPZ defineix directament el nivell de protecció de voltatge requerit per als límits de la LPZ. S'ha de demostrar la immunitat d'un sistema, si escau, amb tots els SPD instal·lats i els equips a protegir.
Protecció d'alimentació
El transformador d'un aerogenerador es pot instal·lar en diferents llocs (en una estació de distribució independent, a la base de la torre, a la torre, a la góndola). En el cas de grans aerogeneradors, per exemple, el cable no blindat de 20 kV a la base de la torre s’encamina a les instal·lacions d’aparell de mitja tensió que consisteixen en un interruptor automàtic de buit, un seccionador del selector de bloqueig mecànic, un interruptor de terra de sortida i un relé de protecció.
Els cables MT són encaminats des de la instal·lació de quadres MT a la torre de l’aerogenerador fins al transformador situat a la góndola. El transformador alimenta l’armari de control a la base de la torre, l’armari de commutació a la góndola i el sistema de pas al cub mitjançant un sistema TN-C (L1; L2; L3; conductor PEN; 3PhY; 3 W + G). L’armari de commutació de la góndola subministra l’equip elèctric amb una tensió CA de 230/400 V.
Segons la IEC 60364-4-44, tots els equips elèctrics instal·lats en un aerogenerador han de tenir una tensió de resistència d’impulsos específica segons la tensió nominal de l’aerogenerador. Això vol dir que els descarregadors de sobretensió que s’instal·laran han de tenir com a mínim el nivell de protecció de tensió especificat en funció de la tensió nominal del sistema. Els descargadors de sobretensions que s’utilitzen per protegir els sistemes d’alimentació d’alimentació de 400/690 V han de tenir un nivell de protecció de tensió mínim fins a ≤ 2,5 kV, mentre que els descarregadors de sobretensions que s’utilitzen per protegir els sistemes d’alimentació de 230/400 V han de tenir un nivell de protecció de tensió fins a ≤ 1,5 kV per garantir la protecció dels equips elèctrics / electrònics sensibles. Per complir aquest requisit, s’han d’instal·lar dispositius de protecció contra sobretensions per a sistemes d’alimentació de 400/690 V que siguin capaços de conduir corrents de llamps de forma d’ona de 10/350 μs sense destrucció i que garanteixin un nivell de protecció de tensió de fins a ≤ 2,5 kV.
Sistemes d’alimentació de 230/400 V.
L’alimentació de tensió de l’armari de control a la base de la torre, l’armari de commutació a la góndola i el sistema de pas al concentrador mitjançant un sistema TN-C de 230/400 V (3PhY, 3W + G) haurien d’estar protegits per la classe II descarregadors de sobretensions com SLP40-275 / 3S.
Protecció del llum d'advertència de l'avió
El llum d’advertència de l’avió al pal sensor del LPZ 0B s’hauria de protegir mitjançant un parapresses de classe II a les transicions de zona corresponents (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2) (Taula 1).
Sistemes d’alimentació de 400 / 690V Descarregadors de corrent unipolar coordinats unipolar amb una limitació de corrent de seguiment elevada per a sistemes d’alimentació de 400/690 V com SLP40-750 / 3S, s’han d’instal·lar per protegir el transformador de 400/690 V , inversors, filtres de xarxa i equips de mesura.
Protecció de les línies del generador
Tenint en compte les toleràncies d’alta tensió, cal instal·lar descarregadors de sobretensions de classe II per a tensions nominals de fins a 1000 V per protegir l’enrotllament del rotor del generador i la línia d’alimentació de l’inversor. Un descargador addicional basat en escletxes amb una tensió de resistència de freqüència nominal de potència UN / AC = 2,2 kV (50 Hz) s’utilitza per a aïllar el potencial i evitar que els descarregadors basats en varistor funcionin prematurament a causa de les fluctuacions de voltatge que es poden produir durant el funcionament de l’inversor. A cada costat de l’estator del generador s’instal·la un descargador de sobretensions modular de tres pols de classe II amb un voltatge nominal augmentat del varistor per a sistemes de 690 V.
Els descarregadors modulars de trípola classe II de tres tipus SLP40-750 / 3S estan dissenyats específicament per a aerogeneradors. Tenen una tensió nominal del varistor Umov de 750 V CA, tenint en compte les fluctuacions de tensió que es poden produir durant el funcionament.
Descarregadors de sobretensions per a sistemes informàtics
Els descargadors de sobretensions per protegir els equips electrònics de les xarxes de telecomunicacions i senyalització contra els efectes indirectes i directes dels llamps i altres sobretensions transitòries es descriuen a la IEC 61643-21 i s’instal·len als límits de la zona d’acord amb el concepte de zona de protecció contra llamps.
Els descarregadors de diverses etapes han de ser dissenyats sense punts cecs. S'ha d'assegurar que les diferents etapes de protecció estan coordinades entre si, en cas contrari no s'activaran totes les etapes de protecció, causant avaries al dispositiu de protecció contra sobretensions.
En la majoria dels casos, els cables de fibra de vidre s’utilitzen per encaminar línies de TI a un aerogenerador i per connectar els armaris de control des de la base de la torre fins a la góndola. El cablejat entre els actuadors i els sensors i els armaris de control s’implementa mitjançant cables de coure apantallats. Atès que s’exclou la interferència d’un entorn electromagnètic, els cables de fibra de vidre no han de ser protegits per descàrregues a excepció que el cable de fibra de vidre tingui una funda metàl·lica que s’ha d’integrar directament a l’enllaç equipotencial o mitjançant dispositius de protecció contra sobretensions.
En general, les següents línies de senyal blindades que connecten els actuadors i els sensors amb els armaris de control han de ser protegides per dispositius de protecció contra sobretensions:
- Línies de senyalització de l’estació meteorològica al pal del sensor.
- Línies de senyal encaminades entre la góndola i el sistema de pas al hub.
- Línies de senyal per al sistema de tonalitat.
Línies de senyalització de l’estació meteorològica
Les línies de senyal (interfícies de 4-20 mA) entre els sensors de l’estació meteorològica i l’armari de commutació s’encaminen des de LPZ 0B a LPZ 2 i es poden protegir mitjançant FLD2-24. Aquests descargadors combinats que estalvien espai protegeixen dues o quatre línies individuals amb potencial de referència comú, així com interfícies desequilibrades i estan disponibles amb connexió a terra directa o indirecta. S’utilitzen dos terminals de molles flexibles per a un contacte permanent de blindatge de baixa impedància amb el costat protegit i no protegit de l’aparell per a la presa de terra.
Proves de laboratori segons IEC 61400-24
La IEC 61400-24 descriu dos mètodes bàsics per realitzar proves d’immunitat a nivell de sistema per a aerogeneradors:
- Durant les proves de corrent d’impuls en condicions de funcionament, s’injecten corrents d’impuls o corrents parcials de llamp a les línies individuals d’un sistema de control mentre hi hagi tensió d’alimentació. En fer-ho, l’equip a protegir, inclosos tots els SPD, se sotmet a una prova de corrent d’impuls.
- El segon mètode de prova simula els efectes electromagnètics dels impulsos electromagnètics llampecs (LEMPs). El corrent total de llamp s’injecta a l’estructura que descarrega el corrent de llamp i s’analitza el comportament del sistema elèctric mitjançant la simulació del cablejat en condicions de funcionament de la manera més realista possible. La pendent del corrent del llamp és un paràmetre de prova decisiu.
