Ochrana před bleskem a přepětím pro systém větrných turbín

S rostoucím povědomím o globálním oteplování a limity našich fosilních paliv se ukazuje potřeba najít lepší obnovitelný zdroj energie. Využívání větrné energie je rychle rostoucím odvětvím. Takové instalace jsou obvykle umístěny na otevřeném a vyvýšeném terénu a jako takové představují atraktivní záchytné body pro výboje blesku. Má-li být zachováno spolehlivé napájení, je důležité zmírnit zdroje poškození přepětím. LSP poskytuje širokou škálu zařízení přepěťové ochrany vhodných pro přímé i částečné bleskové proudy.

LSP má k dispozici kompletní sadu produktů přepěťové ochrany pro aplikace větrných turbín. Nabídka od LSP po různé ochranné produkty montované na DIN lištu a monitorování přepětí a blesků. Když vstupujeme do historie, kdy tlak na zelenou energii a technologii neustále způsobuje, že se buduje více větrných farem a rozšiřují se současné větrné farmy, jak výrobci turbín, tak majitelé / provozovatelé větrných farem si stále více uvědomují náklady spojené s údery blesku. Peněžní škody, které operátoři utrpí v případě úderu blesku, mají dvě formy: náklady spojené s výměnou strojního zařízení v důsledku fyzického poškození a náklady spojené s tím, že systém je offline a neprodukuje energii. Elektrické systémy turbín čelí neustálým výzvám krajiny, která je obklopuje, přičemž větrné turbíny jsou obecně nejvyššími strukturami v instalaci. Vzhledem k nepříznivému počasí, kterému budou vystaveni, v kombinaci s očekáváním, že turbína bude během své životnosti několikrát zasažena bleskem, musí být náklady na výměnu a opravu zařízení zahrnuty do obchodního plánu každého provozovatele větrné farmy. Přímé a nepřímé poškození bleskem je vytvářeno intenzivními elektromagnetickými poli, která vytvářejí přechodná přepětí. Tato přepětí jsou poté vedena elektrickým systémem přímo do citlivých zařízení v samotné turbíně. Náraz se šíří systémem, který způsobuje okamžité i latentní poškození obvodů a počítačového vybavení. Komponenty, jako jsou generátory, transformátory a výkonové měniče, jakož i řídicí elektronika, komunikační systémy a systémy SCADA, jsou potenciálně poškozeny výboji způsobenými osvětlením. Přímé a okamžité poškození může být zřejmé, ale latentní poškození, ke kterému dojde v důsledku vícenásobných úderů nebo opakovaného vystavení rázům, může dojít ke klíčovým výkonovým součástem v rámci ovlivněné větrné turbíny, mnohokrát toto poškození není kryto zárukami výrobce, a proto náklady na opravu a výměnu spadají na operátory.

Offline náklady jsou dalším významným faktorem, který je třeba zohlednit v každém obchodním plánu spojeném s větrnou farmou. Tyto náklady přicházejí, když je turbína deaktivována, a musí na nich pracovat servisní tým nebo nechat vyměnit komponenty, což zahrnuje náklady na nákup, přepravu i instalaci. Výnosy, které mohou být ztraceny v důsledku jediného úderu blesku, mohou být značné a latentní poškození, které se v průběhu času vytváří, se k tomuto součtu přidává. Produkt ochrany LSP proti větrné turbíně významně snižuje související náklady tím, že je schopen odolat několika bleskovým rázům bez selhání, a to i po několika případech úderu.

Pouzdro pro systémy přepěťové ochrany větrných trubic

Neustálá změna klimatických podmínek spolu s rostoucí závislostí na fosilních palivech vyvolala velký zájem o udržitelné obnovitelné zdroje energie na celém světě. Jednou z nejslibnějších technologií v oblasti zelené energie je větrná energie, která by kromě vysokých nákladů na spuštění byla volbou mnoha národů po celém světě. Například v Portugalsku bylo cílem výroby větrné energie od roku 2006 do roku 2010 zvýšit na 25% celkovou výrobu energie z větrné energie, což bylo cíle, kterého bylo v pozdějších letech dosaženo. Zatímco agresivní vládní programy prosazující výrobu větrné a sluneční energie podstatně rozšířily větrný průmysl, s tímto nárůstem počtu větrných turbín přichází i pravděpodobnost zásahu blesku do turbíny. Přímé údery na větrné turbíny se staly vážným problémem a existují jedinečné problémy, díky nimž je ochrana před bleskem náročnější ve větrné energii než v jiných průmyslových odvětvích.

Konstrukce větrných turbín je jedinečná a tyto vysoké převážně kovové konstrukce jsou velmi náchylné k poškození bleskem. Je také obtížné je chránit pomocí konvenčních technologií přepěťové ochrany, které se obětují hlavně po jediném přepětí. Větrné turbíny mohou stoupat více než 150 metrů na výšku a jsou umístěny typicky na vyvýšeném místě v odlehlých oblastech, které jsou vystaveny povětrnostním vlivům, včetně úderů blesku. Nejexponovanějšími součástmi větrné turbíny jsou lopatky a gondola, které jsou obecně vyrobeny z kompozitních materiálů, které nejsou schopné udržet přímý úder blesku. Typický přímý úder se obecně děje s lopatkami, což vytváří situaci, kdy přepětí prochází všemi součástmi turbíny ve větrném mlýně a potenciálně do všech elektricky propojených oblastí farmy. Oblasti, které se obvykle používají pro větrné farmy, představují špatné podmínky uzemnění a moderní větrná farma má neuvěřitelně citlivou elektroniku pro zpracování. Všechny tyto problémy činí ochranu větrných turbín před poškozením bleskem nejnáročnější.

V samotné konstrukci větrné turbíny jsou elektronika a ložiska velmi náchylná na poškození bleskem. Náklady na údržbu spojené s větrnými turbínami jsou vysoké kvůli obtížím při výměně těchto komponent. Přinášení technologií, které mohou zlepšit statistické průměry pro nutnou výměnu komponent, je zdrojem velké diskuse ve většině zasedacích místností a vládních agentur zabývajících se výrobou větru. Robustní povaha produktové řady přepěťové ochrany je mezi technologiemi přepěťové ochrany jedinečná, protože nadále chrání zařízení, i když je aktivována, a po přepětí bleskem není třeba ji vyměňovat ani resetovat. To umožňuje větrným generátorům zůstat online delší dobu. Jakákoli vylepšení statistických průměrů offline stavů a časů, kdy jsou turbíny z důvodu údržby nefunkční, přinese v konečném důsledku spotřebiteli další náklady.

Předcházení poškození nízkonapěťových a řídicích obvodů je zásadní, protože studie ukázaly, že více než 50% poruch větrných turbín je způsobeno poruchami těchto typů komponent. Dokumentované poruchy zařízení připisované přímým a vyvolaným úderům blesku a zpětným rázům, které se šíří těsně po úderu blesku, jsou běžné. Svodiče blesku instalované na straně rozvodné sítě systémů jsou uzemněny společně se stranou nízkého napětí, aby se snížil zemnící odpor a zvýšila schopnost celého řetězu odolat úderu na jedinou větrnou turbínu.

Ochrana před bleskem a přepětím pro větrné turbíny

Tento článek popisuje implementaci opatření ochrany před bleskem a přepětím pro elektrická a elektronická zařízení a systémy ve větrné turbíně.

Větrné turbíny jsou velmi zranitelné vůči účinkům přímých úderů blesku díky své obrovské exponované ploše a výšce. Vzhledem k tomu, že riziko úderu blesku na větrnou turbínu se kvadraticky zvyšuje s její výškou, lze odhadnout, že vícemegawattová větrná turbína je zasažena přímým úderem blesku zhruba každých dvanáct měsíců.

Kompenzace výkupu musí amortizovat vysoké investiční náklady během několika let, což znamená, že je třeba zabránit prostojům v důsledku poškození bleskem a přepětím a souvisejícím nákladům na opětovné spárování. Proto jsou nezbytná komplexní opatření na ochranu před bleskem a přepětím.

Při plánování systému ochrany před bleskem pro větrné turbíny je třeba u exponovaných míst s výškou větší než 60 m vzít v úvahu nejen záblesky mrak-země, ale také záblesky země-mrak, tzv. Vodítka nahoru. . Vysoký elektrický náboj těchto vodítek směrem vzhůru je třeba vzít v úvahu zejména pro ochranu listů rotoru a výběr vhodných svodičů bleskového proudu.

Standardizace - ochrana před bleskem a přepětím pro systém větrných turbín
Koncept ochrany by měl být založen na mezinárodních standardech IEC 61400-24, standardních sériích IEC 62305 a pokynech klasifikační společnosti Germanischer Lloyd.

Ochranná opatření
Norma IEC 61400-24 doporučuje zvolit všechny dílčí komponenty systému ochrany před bleskem větrné turbíny podle úrovně ochrany před bleskem (LPL) I, pokud analýza rizik neprokáže, že stačí nižší LPL. Analýza rizik může také odhalit, že různé dílčí komponenty mají různé LPL. IEC 61400-24 doporučuje, aby systém ochrany před bleskem byl založen na komplexní koncepci ochrany před bleskem.

Ochrana před bleskem a přepětím pro systém větrné turbíny se skládá z externího systému ochrany před bleskem (LPS) a opatření na ochranu proti přepětí (SPM) k ochraně elektrických a elektronických zařízení. Pro plánování ochranných opatření je vhodné rozdělit větrnou turbínu do zón ochrany před bleskem (LPZ).

Ochrana před bleskem a přepětím pro systém větrných turbín chrání dva subsystémy, které lze nalézt pouze ve větrných turbínách, a to listy rotoru a mechanický pohon.

IEC 61400-24 podrobně popisuje, jak chránit tyto speciální části větrné turbíny a jak prokázat účinnost opatření na ochranu před bleskem.

Podle této normy je vhodné provádět zkoušky vysokým napětím, aby se ověřila schopnost příslušných systémů vydržet bleskový proud s prvním a dlouhým zdvihem, pokud je to možné, při společném výboji.

Složité problémy s ohledem na ochranu listů rotoru a otočně namontovaných dílů / ložisek je třeba podrobně prozkoumat a závisí na výrobci a typu součásti. V tomto ohledu poskytuje důležité informace norma IEC 61400-24.

Koncept zóny ochrany před bleskem
Koncept zóny ochrany před bleskem je strukturační opatření k vytvoření definovaného prostředí EMC v objektu. Definované prostředí EMC je určeno odolností použitého elektrického zařízení. Koncept zóny ochrany před bleskem umožňuje snížit rušivé a vyzařované rušení na hranicích na definované hodnoty. Z tohoto důvodu je objekt, který má být chráněn, rozdělen do ochranných zón.

K určení LPZ 0A, konkrétně částí větrné turbíny, které mohou být vystaveny přímým úderům blesku, lze použít metodu valivé koule a LPZ 0B, konkrétně částí větrné turbíny, které jsou chráněny před přímými údery blesku vnějším vzduchem ukončovací systémy nebo jímací systémy integrované v částech větrné turbíny (například v listu rotoru).

Podle normy IEC 61400-24 se metoda valivé koule nesmí používat pro samotné listy rotoru. Z tohoto důvodu by měla být konstrukce jímacího systému testována podle kapitoly 8.2.3 normy IEC 61400-24.

Na obr. 1 je znázorněno typické použití metody valivé koule, zatímco na obr. 2 je znázorněno možné rozdělení větrné turbíny do různých zón ochrany před bleskem. Rozdělení do zón ochrany před bleskem závisí na konstrukci větrné turbíny. Proto by měla být dodržována struktura větrné turbíny.

Je však rozhodující, že parametry blesku vstřikované zvenčí větrné turbíny do LPZ 0A jsou sníženy vhodnými stínícími opatřeními a přepěťovými ochranami na všech hranicích zón, aby bylo možné provozovat elektrická a elektronická zařízení a systémy uvnitř větrné turbíny bezpečně.

Ochranná opatření
Pouzdro by mělo být navrženo jako zapouzdřený kovový štít. To znamená, že v pouzdru je dosaženo objemu s elektromagnetickým polem, které je podstatně nižší než pole vně větrné turbíny.

V souladu s normou IEC 61400-24 lze trubkovou ocelovou věž, používanou převážně pro velké větrné turbíny, považovat za téměř dokonalou Faradayovu klec, nejvhodnější pro elektromagnetické stínění. Rozváděče a ovládací skříně v plášti nebo „gondole“ a případně v provozní budově by měly být také kovové. Připojovací kabely by měly mít vnější stínění schopné přenášet bleskové proudy.

Stíněné kabely jsou odolné vůči rušení EMC, pouze pokud jsou stínění připojena k vyrovnání potenciálů na obou koncích. Stínění musí být kontaktováno plně kontaktujícími svorkami (360 °) bez instalace dlouhých spojovacích kabelů nekompatibilních s EMC na větrnou turbínu.

Magnetické stínění a vedení kabelů by měly být prováděny podle části 4 normy IEC 62305-4. Z tohoto důvodu by měly být použity obecné pokyny pro instalační praxi kompatibilní s EMC podle IEC / TR 61000-5-2.

Mezi ochranná opatření patří například:

Instalace kovového opletení na gondoly potažené GRP.
Kovová věž.
Kovové rozváděčové skříně.
Kovové ovládací skříně.
Stíněné připojovací kabely nesoucí bleskový proud (kovové kabelové kanály, stíněné potrubí apod.).
Stínění kabelu.

Vnější opatření na ochranu před bleskem
Úkolem externího LPS je zachytit přímé údery blesku, včetně úderů blesku do věže větrné turbíny, a vyvést bleskový proud z místa úderu na zem. Používá se také k distribuci bleskového proudu v zemi bez tepelného nebo mechanického poškození nebo nebezpečného jiskření, které může způsobit požár nebo výbuch a ohrozit lidi.

Potenciální body úderu pro větrnou turbínu (kromě lopatek rotoru) lze určit pomocí metody valivé koule zobrazené na obr. 1. Pro větrné turbíny je vhodné použít třídu LPS I. Proto je valivá koule s po větrné turbíně se převalí poloměr r = 20 m, aby se určily body úderu. Tam, kde se koule dotýká větrné turbíny, jsou vyžadovány jímací systémy.

Konstrukce gondoly / pouzdra by měla být integrována do systému ochrany před bleskem, aby bylo zajištěno, že údery blesku do gondoly zasáhnou buď přírodní kovové části schopné odolat tomuto zatížení, nebo jímací systém určený pro tento účel. Nacelles s GRP povlakem by měly být vybaveny jímacím systémem a dolními vodiči tvořícími klec kolem gondoly.

Jímací systém včetně holých vodičů v této kleci by měl být schopen odolat úderům blesku podle zvolené úrovně ochrany před bleskem. Další vodiče ve Faradayově kleci by měly být navrženy tak, aby odolaly podílu bleskového proudu, kterému mohou být vystaveny. V souladu s normou IEC 61400-24 by měly být jímací systémy pro ochranu měřicího zařízení namontované mimo gondolu navrženy v souladu s obecnými požadavky normy IEC 62305-3 a dolní vodiče by měly být připojeny k výše popsané kleci.

Do LPS mohou být integrovány „přírodní komponenty“ vyrobené z vodivých materiálů, které jsou trvale instalovány ve / na větrné turbíně a zůstávají nezměněny (např. Systém ochrany rotorů před lopatkami, ložisky, mainframy, hybridními věžemi atd.). Jsou-li větrné turbíny kovové konstrukce, lze předpokládat, že splňují požadavky na vnější systém ochrany před bleskem třídy LPS I podle IEC 62305.

To vyžaduje, aby úder blesku byl bezpečně zachycen pomocí LPS lopatek rotoru, aby mohl být vybíjen do zemnícího systému prostřednictvím přírodních komponent, jako jsou ložiska, sálové počítače, věž a / nebo obtokové systémy (např. Otevřené jiskřiště, uhlíkové kartáče).

Jímací systém / spodní vodič
Jak je znázorněno na obr. 1, listy rotoru; gondola včetně nástaveb; náboj rotoru a věž větrné turbíny mohou být zasaženy bleskem.
Pokud dokážou bezpečně zachytit maximální bleskový proud 200 kA a mohou jej vybít do uzemňovacího systému, mohou být použity jako „přirozené součásti“ jímacího systému externí ochrany před bleskem větrné turbíny.

Kovové receptory, které představují definované body úderu při úderu blesku, jsou často instalovány podél listu GRP, aby chránily listy rotoru před poškozením bleskem. Dolní vodič je veden z receptoru do kořene lopatky. V případě úderu blesku lze předpokládat, že úder blesku zasáhne hrot čepele (receptor) a poté je vybit prostřednictvím spodního vodiče uvnitř čepele do zemnícího systému přes gondolu a věž.

Zemnící systém
Zemnící systém větrné turbíny musí vykonávat několik funkcí, jako je osobní ochrana, ochrana EMC a ochrana před bleskem.

Účinný zemnící systém (viz obr. 3) je nezbytný pro distribuci bleskových proudů a pro zabránění zničení větrné turbíny. Zemnící systém musí navíc chránit lidi a zvířata před úrazem elektrickým proudem. V případě úderu blesku musí zemnící systém vypouštět do země vysoké bleskové proudy a distribuovat je v zemi bez nebezpečných tepelných a / nebo elektrodynamických účinků.

Obecně je důležité zřídit zemnící systém pro větrnou turbínu, který se používá k ochraně větrné turbíny před údery blesku a k uzemnění systému napájení.

Poznámka: Předpisy elektrického vysokého napětí, jako je Cenelec HO 637 S1 nebo příslušné národní normy, specifikují, jak navrhnout zemnící systém, aby se zabránilo vysokému dotykovému a skokovému napětí způsobenému zkraty ve vysokonapěťových systémech. Pokud jde o ochranu osob, norma IEC 61400-24 odkazuje na IEC // TS 60479-1 a IEC 60479-4.

Uspořádání zemních elektrod

IEC 62305-3 popisuje dva základní typy uspořádání zemních elektrod pro větrné turbíny:

Typ A: Podle přílohy I normy IEC 61400-24 nesmí být toto uspořádání použito pro větrné turbíny, ale může být použito pro přílohy (například budovy obsahující měřící zařízení nebo kancelářské přístřešky ve spojení s větrnou farmou). Uspořádání zemních elektrod typu A sestává z vodorovných nebo svislých zemních elektrod připojených nejméně dvěma dolními vodiči na budově.

Typ B: Podle přílohy I k IEC 61400-24 musí být toto uspořádání použito pro větrné turbíny. Skládá se buď z externí prstencové zemní elektrody instalované v zemi, nebo ze zemnící elektrody. Kruhové uzemňovací elektrody a kovové části základu musí být připojeny ke konstrukci věže.

Výztuha základu věže by měla být integrována do koncepce uzemnění větrné turbíny. Systém uzemnění základny věže a provozní budovy by měl být propojen pomocí síťované sítě zemních elektrod, aby se získal systém uzemnění v rozsahu co největší plochy. Aby se zabránilo nadměrnému skokovému napětí v důsledku úderu blesku, musí být kolem základny věže instalovány potencionální a korozivzdorné prstencové zemní elektrody (vyrobené z nerezové oceli), aby byla zajištěna ochrana osob (viz obr. 3).

Základové zemní elektrody

Zemní elektrody základu mají technický a ekonomický smysl a jsou například požadovány v německých technických podmínkách připojení (TAB) energetických společností. Základové zemní elektrody jsou součástí elektrické instalace a plní základní bezpečnostní funkce. Z tohoto důvodu musí být instalovány elektricky kvalifikovanými osobami nebo pod dohledem elektrikáře.

Kovy používané pro zemní elektrody musí vyhovovat materiálům uvedeným v tabulce 7 normy IEC 62305-3. Vždy je třeba dodržovat korozní chování kovu v zemi. Základové zemní elektrody musí být vyrobeny z pozinkované nebo neinkované oceli (kruhové nebo pásové oceli). Kulatá ocel musí mít minimální průměr 10 mm. Pásová ocel musí mít minimální rozměry 30 x 3,5 mm. Pamatujte, že tento materiál musí být pokryt minimálně 5 cm betonem (ochrana proti korozi). Zemnící elektroda musí být spojena s hlavní tyčí vyrovnání potenciálů ve větrné turbíně. Spoje odolné proti korozi musí být vytvořeny pomocí pevných uzemňovacích bodů koncových ok z nerezové oceli. Kromě toho musí být v zemi instalována prstencová zemnící elektroda z nerezové oceli.

Ochrana při přechodu z LPZ 0A na LPZ 1

Aby byl zajištěn bezpečný provoz elektrických a elektronických zařízení, musí být hranice LPZ chráněna proti vyzařovanému rušení a chráněna proti rušení vedenému (viz obr. 2 a 4). Při přechodu z LPZ 0A na LPZ 1 musí být instalována přepěťová ochranná zařízení schopná odvádět vysoké bleskové proudy bez destrukce (označované také jako „vyrovnání potenciálů blesku“). Tato přepěťová ochrana se označují jako svodiče bleskových proudů třídy I a jsou testována pomocí impulzních proudů s vlnovým průběhem 10/350 μs. Při přechodu z LPZ 0B na LPZ 1 a LPZ 1 a vyšší musí být vyrovnány pouze nízkoenergetické impulzní proudy způsobené napětím vyvolaným mimo systém nebo přepětí generovanými v systému. Tato přepěťová ochrana se označují jako svodiče přepětí třídy II a jsou testována pomocí impulzních proudů s vlnovým průběhem 8/20 μs.

Podle koncepce zóny ochrany před bleskem musí být všechny přívodní kabely a vedení bez výjimky integrovány do vyrovnání potenciálů blesku pomocí svodičů bleskového proudu třídy I na hranici od LPZ 0A do LPZ 1 nebo od LPZ 0A do LPZ 2.

Pro každou další hranici zóny v chráněném svazku musí být nainstalováno další místní vyrovnání potenciálů, ve kterém musí být integrovány všechny kabely a vedení vstupující do této hranice.

Svodiče přepětí typu 2 musí být instalovány při přechodu z LPZ 0B na LPZ 1 a z LPZ 1 na LPZ 2, zatímco svodiče přepětí třídy III musí být instalovány při přechodu z LPZ 2 na LPZ 3. Funkce třídy II a třídy III Omezovače přepětí znamená snížit zbytkové rušení předřazených ochranných stupňů a omezit přepětí indukované nebo generované ve větrné turbíně.

Výběr SPD na základě úrovně ochrany napětí (nahoru) a odolnosti zařízení

Abychom popsali vzestup v LPZ, musí být definovány úrovně odolnosti zařízení v LPZ, např. Pro elektrické vedení a připojení zařízení podle IEC 61000-4-5 a IEC 60664-1; pro telekomunikační vedení a připojení zařízení podle IEC 61000-4-5, ITU-T K.20 a ITU-T K.21 a pro další vedení a připojení zařízení podle pokynů výrobce.

Výrobci elektrických a elektronických součástek by měli být schopni poskytnout požadované informace o úrovni odolnosti podle norem EMC. Jinak by měl výrobce větrné turbíny provést testy ke stanovení úrovně odolnosti. Definovaná úroveň odolnosti komponentů v LPZ přímo definuje požadovanou úroveň ochrany napětí pro hranice LPZ. Je-li to možné, musí být prokázána imunita systému se všemi nainstalovanými SPD a chráněným zařízením.

Ochrana napájení

Transformátor větrné turbíny může být instalován na různých místech (v samostatné distribuční stanici, v základně věže, ve věži, v gondole). Například u velkých větrných turbín je nestíněný kabel 20 kV v základně věže veden k rozvodnám vysokého napětí sestávajícím z vakuového vypínače, mechanicky uzamčeného odpojovače voliče, výstupního uzemňovače a ochranného relé.

Kabely VN jsou vedeny z instalace rozváděče VN ve věži větrné turbíny do transformátoru umístěného v gondole. Transformátor napájí skříň rozvaděče v základně věže, skříň rozváděče v gondole a rozteč systému v náboji prostřednictvím systému TN-C (L1; L2; L3; vodič PEN; 3PhY; 3 W + G). Skříň rozvaděče v gondole napájí elektrická zařízení střídavým napětím 230/400 V.

Podle IEC 60364-4-44 musí mít všechna elektrická zařízení instalovaná ve větrné turbíně specifické jmenovité impulzní výdržné napětí podle jmenovitého napětí větrné turbíny. To znamená, že instalované svodiče přepětí musí mít alespoň specifikovanou úroveň ochrany napětí v závislosti na jmenovitém napětí systému. Svodiče přepětí používané k ochraně napájecích systémů 400/690 V musí mít minimální úroveň ochrany napětí až ≤ 2,5 kV, zatímco svodič přepětí používaný k ochraně napájecích systémů 230/400 V musí mít úroveň ochrany napětí až ≤ 1,5 kV k zajištění ochrany citlivých elektrických / elektronických zařízení. Pro splnění tohoto požadavku musí být instalovány přepěťové ochrany pro napájecí systémy 400/690 V, které jsou schopné vést bleskové proudy s vlnovým průběhem 10/350 μs bez zničení a zajišťují úroveň ochrany napětí do ≤ 2,5 kV.

Napájecí systémy 230/400 V

Napájení řídicí skříně ve základně věže, rozvaděčové skříně v gondole a roztečné soustavy v náboji pomocí systému 230/400 V TN-C (3PhY, 3W + G) by mělo být chráněno třídou II svodiče přepětí jako SLP40-275 / 3S.

Ochrana výstražného světla letadla

Výstražná kontrolka letadla na stožáru snímače v LPZ 0B by měla být chráněna pomocí svodiče přepětí třídy II na příslušných přechodech zón (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2) (tabulka 1).

400/690 V napájecí systémy Koordinované jednopólové svodiče bleskových proudů s vysokým omezením následného proudu pro napájecí systémy 400/690 V, jako je SLP40-750 / 3S, musí být instalovány pro ochranu transformátoru 400/690 V , střídače, síťové filtry a měřicí zařízení.

Ochrana vedení generátoru

Vzhledem k tolerancím vysokého napětí je nutné instalovat svodiče přepětí třídy II pro jmenovitá napětí do 1000 V, aby bylo chráněno vinutí rotoru generátoru a napájecí vedení střídače. Pro izolaci potenciálu a pro zabránění předčasnému provozu svodičů na základě varistoru v důsledku kolísání napětí se používá další svodič na bázi jiskřiště se jmenovitým výdržným napětím UN / AC = 2,2 kV (50 Hz) během provozu střídače. Na každé straně statoru generátoru je instalován modulární třípólový svodič přepětí třídy II se zvýšeným jmenovitým napětím varistoru pro systémy 690 V.

Modulární třípólové svodiče přepětí třídy II typu SLP40-750 / 3S jsou navrženy speciálně pro větrné turbíny. Mají jmenovité napětí varistoru Umov 750 V AC, s ohledem na kolísání napětí, ke kterému může během provozu dojít.

Svodiče přepětí pro IT systémy

Svodiče přepětí pro ochranu elektronických zařízení v telekomunikačních a signalizačních sítích před nepřímými a přímými účinky úderů blesku a jiných přechodných rázů jsou popsány v IEC 61643-21 a jsou instalovány na hranici zóny v souladu s koncepcí zóny ochrany před bleskem.

Vícestupňové svodiče musí být konstruovány bez mrtvých úhlů. Musí být zajištěno, že jsou různé stupně ochrany vzájemně koordinovány, jinak nebudou aktivovány všechny stupně ochrany, což způsobí poruchy přepěťové ochrany.

Ve většině případů se kabely ze skleněných vláken používají pro směrování IT vedení do větrné turbíny a pro připojení řídicích skříní od základny věže k gondole. Kabeláž mezi akčními členy a senzory a ovládacími skříněmi je realizována stíněnými měděnými kabely. Protože je vyloučeno rušení elektromagnetickým prostředím, nemusí být kabely ze skleněných vláken chráněny svodiči přepětí, pokud kabel ze skleněných vláken nemá kovový plášť, který musí být integrován přímo do vyrovnání potenciálů nebo pomocí přepěťových ochran.

Obecně platí, že následující stíněná signální vedení spojující akční členy a senzory s rozvaděči musí být chráněna přepěťovými ochranami:

Signální vedení meteorologické stanice na stožáru senzoru.
Signální čáry vedené mezi gondolou a výškovým systémem v náboji.
Signální čáry pro systém výšky tónu.

Signální čáry meteorologické stanice

Signální vedení (rozhraní 4 - 20 mA) mezi čidly meteorologické stanice a skříní rozváděče jsou vedena z LPZ 0B do LPZ 2 a mohou být chráněna pomocí FLD2-24. Tyto prostorově úsporné kombinované svodiče chrání dvě nebo čtyři samostatná vedení se společným referenčním potenciálem i nevyvážená rozhraní a jsou k dispozici s přímým nebo nepřímým uzemněním stínění. Pro uzemnění stínění jsou použity dvě pružné pružinové svorky pro trvalý nízkoimpedanční kontakt stínění s chráněnou a nechráněnou stranou svodiče.

Laboratorní testy podle IEC 61400-24

IEC 61400-24 popisuje dvě základní metody pro provádění testů odolnosti na úrovni systému pro větrné turbíny:

Během zkoušek impulzního proudu za provozních podmínek jsou do jednotlivých vedení řídicího systému injektovány impulzní proudy nebo částečné bleskové proudy, když je k dispozici napájecí napětí. Přitom je zařízení, které má být chráněno, včetně všech SPD podrobeno zkoušce impulzním proudem.
Druhá zkušební metoda simuluje elektromagnetické účinky elektromagnetických impulzů blesku (LEMP). Plný bleskový proud je vstřikován do konstrukce, která bleskový proud vybíjí, a chování elektrického systému je analyzováno pomocí simulace kabeláže za provozních podmínek co nejrealističtěji. Strmost bleskového proudu je rozhodujícím parametrem zkoušky.