Lyn- og overspændingsbeskyttelse til vindmøllesystem

Med den voksende bevidsthed om den globale opvarmning og grænserne for vores fossile baserede brændstoffer bliver behovet for at finde en bedre vedvarende energikilde synlig. Brugen af ​​vindenergi er en hurtigt voksende industri. En sådan installation er generelt placeret i åbent og forhøjet terræn og har som sådan attraktive fangstpunkter for lynudladninger. Hvis en pålidelig forsyning skal opretholdes, er det vigtigt, at kilder til overspændingsskader mindskes. LSP tilbyder et omfattende udvalg af overspændingsbeskyttelsesanordninger, der er velegnet til både direkte og delvise lynstrømme.

Lyn- og overspændingsbeskyttelse til vindmøllesystem

LSP har en komplet serie af overspændingsbeskyttelsesprodukter, der er tilgængelige til vindmølleanvendelser. Tilbuddet fra LSP til forskellige DIN-skinnemonterede beskyttelsesprodukter og overvågning af bølger og lyn. Når vi går ind i en tid i historien, hvor skubbet mod grøn energi og teknologi konstant får flere vindmølleparker til at blive bygget, og de nuværende vindmølleparker udvides, er både vindmølleproducenter og vindmølleejere / -operatører i stigende grad opmærksomme på omkostningerne forbundet med lynnedslag. Den monetære skade, som operatørerne lider, når der er et tilfælde af lynnedslag, findes i to former: omkostningerne forbundet med udskiftning af maskiner på grund af fysisk skade og omkostningerne forbundet med, at systemet er offline og ikke producerer strøm. Elektriske turbinesystemer står over for de løbende udfordringer i landskabet, der omgiver dem, idet vindmøller generelt er de højeste strukturer i en installation. På grund af det barske vejr, som de vil blive udsat for, kombineret med forventningerne om, at en vindmølle bliver ramt af lyn flere gange i hele sin levetid, skal omkostninger til udskiftning og reparation af udstyr tages med i forretningsplanen for enhver vindmølleoperatør. Den direkte og indirekte lynnedslag er skabt af intense elektromagnetiske felter, der skaber forbigående overspændinger. Disse overspændinger føres derefter gennem det elektriske system direkte til følsomt udstyr i selve turbinen. Bølgen spreder sig gennem systemet og producerer både øjeblikkelig og latent skade på kredsløb og edb-udstyr. Komponenter såsom generatorer, transformere og effektomformere samt styreelektronik, kommunikation og SCADA-systemer er potentielt beskadiget af lysstyrkede bølger. Direkte og øjeblikkelig skade kan være åbenbar, men latente skader, der opstår som et resultat af flere strejker eller gentagen udsættelse for overspændinger, kan forekomme på nøglekomponenter i en påvirket vindmølle, mange gange er denne skade ikke dækket af producentens garantier, og dermed omkostninger til reparation og udskiftning påhviler operatørerne.

Offlineomkostninger er en anden vigtig faktor, der skal figureres i enhver forretningsplan, der er knyttet til et vindmøllepark. Disse omkostninger kommer, når en turbine er deaktiveret og skal bearbejdes af et serviceteam, eller hvis komponenter udskiftes, hvilket både medfører indkøbs-, transport- og installationsomkostninger. De indtægter, der kan gå tabt på grund af et enkelt lynnedslag, kan være betydelige, og den latente skade, der produceres over tid, tilføjer det samlede beløb. LSP's vindmøllebeskyttelsesprodukt reducerer de tilknyttede omkostninger betydeligt ved at være i stand til at modstå flere lynbølger uden fiasko, selv efter flere tilfælde af strejke.

Sagen til overspændingsbeskyttelsessystemer til vindrubiner

Den løbende ændring i klimaforhold kombineret med den stigende afhængighed af fossile brændstoffer har givet stor interesse for bæredygtige, vedvarende energikilder verden over. En af de mest lovende teknologier inden for grøn energi er vindkraft, som bortset fra høje opstartsomkostninger ville være valg for mange nationer verden over. I Portugal var vindkraftproduktionsmålet for eksempel fra 2006 til 2010 at øge den samlede energiproduktion af vindkraft til 25%, et mål, der blev nået og endog overgået i de senere år. Mens aggressive regeringsprogrammer, der skubber vind- og solenergiproduktion, har udvidet vindindustrien betydeligt, med denne stigning i antallet af vindmøller kommer en stigning i sandsynligheden for, at møller bliver ramt af lyn. Direkte strejker til vindmøller er blevet anerkendt som et alvorligt problem, og der er unikke problemer, der gør lynbeskyttelse mere udfordrende i vindenergi end i andre industrier.

Opførelsen af ​​vindmøller er unik, og disse høje hovedsagelig metalkonstruktioner er meget modtagelige for skader fra lynnedslag. De er også vanskelige at beskytte ved hjælp af konventionelle overspændingsbeskyttelsesteknologier, som primært ofrer sig selv efter en enkelt bølge. Vindmøller kan stige mere end 150 meter i højden og er typisk placeret på høj grund i fjerntliggende områder, der er udsat for elementerne, herunder lynnedslag. De mest udsatte komponenter i en vindmølle er knive og nacelle, og disse er generelt lavet af kompositmaterialer, som ikke er i stand til at opretholde et direkte lynnedslag. En typisk direkte strejke sker generelt med knivene, hvilket skaber en situation, hvor bølgen bevæger sig gennem turbinkomponenterne i vindmøllen og potentielt til alle elektrisk forbundne områder på gården. Områderne, der typisk bruges til vindmølleparker, har dårlige jordforhold, og den moderne vindmøllepark har elektronik, der er utrolig følsom. Alle disse problemer gør beskyttelsen af ​​vindmøller mod lynrelaterede skader mest udfordrende.

Inden for selve vindmøllestrukturen er elektronikken og lejerne meget modtagelige for lynskader. Vedligeholdelsesomkostninger forbundet med vindmøller er høje på grund af vanskelighederne med at udskifte disse komponenter. At bringe teknologier, der kan forbedre statistiske gennemsnit for nødvendig komponentudskiftning, er en kilde til stor diskussion inden for de fleste bestyrelseslokaler og statslige agenturer, der er involveret i vindproduktion. Den robuste karakter af overspændingsbeskyttelsesproduktlinjen er unik blandt overspændingsbeskyttelsesteknologier, fordi den fortsætter med at beskytte udstyret, selv når det er aktiveret, og der ikke er behov for udskiftning eller nulstilling efter en lynbølge. Dette gør det muligt for vindkraftgeneratorer at forblive online i længere perioder. Enhver forbedring af de statistiske gennemsnit af offline-status og tider, hvor møller er nede til vedligeholdelse, vil i sidste ende medføre yderligere omkostninger for forbrugeren.

Forebyggelse af beskadigelse af lavspændings- og kontrolkredsløb er afgørende, da undersøgelser har vist, at mere end 50% af vindmøllesvigt er forårsaget af sammenbrud af denne type komponenter. Dokumenterede nedbrud på udstyr, der tilskrives direkte og induceret lynnedslag og tilbageløbsspændinger, der udbreder sig lige efter et lynnedslag, er almindelige. Lynafskærmere installeret på elsystemets side er jordet sammen med lavspændingssiden for at mindske jordingsmodstanden, hvilket øger hele kædens evne til at modstå et strejke til en enkelt vindmølle.

Lyn- og overspændingsbeskyttelse til vindmøller

Denne artikel beskriver implementeringen af ​​lyn- og overspændingsbeskyttelsesforanstaltninger for elektriske og elektroniske enheder og systemer i en vindmølle.

Vindmøller er meget sårbare over for virkningerne af direkte lynnedslag på grund af deres store udsatte overflade og højde. Da risikoen for lynnedslag på en vindmølle øges kvadratisk med dens højde, kan det estimeres, at en multi-megawatt vindmølle er ramt af et direkte lynnedslag omtrent hver XNUMX. måned.

Feed-kompensationen skal afskrive de høje investeringsomkostninger inden for få år, hvilket betyder, at nedetid som følge af lyn- og overspændingsskader og tilhørende omparringsomkostninger skal undgås. Derfor er omfattende lyn- og overspændingsbeskyttelsesforanstaltninger vigtige.

Når man planlægger et lynbeskyttelsessystem for vindmøller, skal ikke kun skyer til jordblitz, men også jord-til-skyblitz, såkaldte opadgående ledere, overvejes for objekter med en højde på mere end 60 m på udsatte steder . Den høje elektriske ladning af disse opadgående ledere skal især tages i betragtning for beskyttelsen af ​​rotorbladene og valg af passende lynstrømsafskærmere.

Standardisering-Lyn- og overspændingsbeskyttelse til vindmøllesystem
Beskyttelseskonceptet skal baseres på de internationale standarder IEC 61400-24, IEC 62305 standardserier og retningslinjerne fra Germanischer Lloyd klassifikationsselskab.

Beskyttelsesforanstaltninger
IEC 61400-24 anbefaler valg af alle underkomponenter i en vindmølles lynbeskyttelsessystem i henhold til lynbeskyttelsesniveau (LPL) I, medmindre en risikoanalyse viser, at en lavere LPL er tilstrækkelig. En risikoanalyse kan også afsløre, at forskellige underkomponenter har forskellige LPL'er. IEC 61400-24 anbefaler, at lynbeskyttelsessystemet er baseret på et omfattende lynbeskyttelseskoncept.

Lyn- og overspændingsbeskyttelsen til vindmøllesystemet består af et eksternt lynbeskyttelsessystem (LPS) og overspændingsbeskyttelsesforanstaltninger (SPM'er) til beskyttelse af elektrisk og elektronisk udstyr. For at planlægge beskyttelsesforanstaltninger tilrådes det at opdele vindmøllen i lynbeskyttelseszoner (LPZ'er).

Lyn- og overspændingsbeskyttelsen til vindmøllesystem beskytter to undersystemer, som kun findes i vindmøller, nemlig rotorbladene og det mekaniske drivlinje.

IEC 61400-24 beskriver detaljeret, hvordan man beskytter disse specielle dele af en vindmølle, og hvordan man kan bevise effektiviteten af ​​lynbeskyttelsesforanstaltningerne.

I henhold til denne standard tilrådes det at udføre højspændingstest for at verificere de relevante systemers lynmodstandsevne med det første slag og det lange slag, hvis det er muligt, i en almindelig afladning.

De komplekse problemer med hensyn til beskyttelsen af ​​rotorblade og roterbart monterede dele / lejer skal undersøges detaljeret og afhænger af komponentproducenten og typen. IEC 61400-24-standarden giver vigtig information i denne henseende.

Lynbeskyttelseszone koncept
Lynbeskyttelseszonekonceptet er en strukturerende foranstaltning til at skabe et defineret EMC-miljø i et objekt. Det definerede EMC-miljø specificeres af immuniteten af ​​det anvendte elektriske udstyr. Lynbeskyttelseszonekonceptet giver mulighed for reduktion ledet og udstrålet interferens ved grænserne til definerede værdier. Af denne grund er det objekt, der skal beskyttes, opdelt i beskyttelseszoner.

Rullende kuglemetoden kan anvendes til at bestemme LPZ 0A, nemlig de dele af en vindmølle, der kan udsættes for direkte lynnedslag, og LPZ 0B, nemlig de dele af en vindmølle, der er beskyttet mod direkte lynnedslag med ekstern luft- termineringssystemer eller lufttermineringssystemer integreret i dele af en vindmølle (f.eks. i rotorbladet).

I henhold til IEC 61400-24 må rullesfæremetoden ikke anvendes til selve rotorbladene. Af denne grund bør design af luftafslutningssystemet testes i henhold til kapitel 8.2.3 i IEC 61400-24-standarden.

Fig. 1 viser en typisk anvendelse af rullende kuglemetoden, mens Fig. 2 illustrerer den mulige opdeling af en vindmølle i forskellige lynbeskyttelseszoner. Opdelingen i lynbeskyttelseszoner afhænger af vindmøllens design. Derfor skal vindmøllens struktur overholdes.

Det er dog afgørende, at lynparametrene, der indsprøjtes uden for vindmøllen i LPZ 0A, reduceres ved hjælp af passende afskærmningsforanstaltninger og overspændingsbeskyttelsesanordninger ved alle zonegrænser, så de elektriske og elektroniske enheder og systemer inde i vindmøllen kan betjenes. sikkert.

Beskyttelsesforanstaltninger
Huset skal være designet som en indkapslet metalskærm. Dette betyder, at der opnås et volumen med et elektromagnetisk felt, der er betydeligt lavere end feltet uden for vindmøllen.

I overensstemmelse med IEC 61400-24 kan et rørformet ståltårn, der overvejende anvendes til store vindmøller, betragtes som et næsten perfekt Faraday-bur, der er bedst egnet til elektromagnetisk afskærmning. Koblingsudstyr og kontrolkabinetter i kabinettet eller “nacellen” og eventuelt i driftsbygningen skal også være lavet af metal. Forbindelseskablerne skal have en ekstern skærm, der kan bære lynstrømme.

Afskærmede kabler er kun modstandsdygtige over for EMC-interferens, hvis skærmene er forbundet med potentialudligningen i begge ender. Skjoldene skal kontaktes ved hjælp af fuldt (360 °) kontaktterminaler uden at installere EMC-inkompatible lange forbindelseskabler på vindmøllen.

Magnetisk afskærmning og kabelføring skal udføres i henhold til afsnit 4 i IEC 62305-4. Af denne grund skal de generelle retningslinjer for en EMC-kompatibel installationspraksis i henhold til IEC / TR 61000-5-2 anvendes.

Afskærmningsforanstaltninger inkluderer f.eks .:

• Installation af en metalfletning på GRP-belagte naceller.
• Metaltårn.
• Skabe til metaludstyr.
• Kontrolskabe i metal.
• Lynstrøm, der bærer afskærmede tilslutningskabler (metalkabelkanal, afskærmet rør eller lignende).
• Kabelafskærmning.

Eksterne lynbeskyttelsesforanstaltninger
Funktionen af ​​den eksterne LPS er at opfange direkte lynnedslag, herunder lynnedslag i vindmøllens tårn, og at aflade lynstrømmen fra strejkspunktet til jorden. Det bruges også til at distribuere lynstrømmen i jorden uden termisk eller mekanisk beskadigelse eller farlig gnistdannelse, som kan forårsage brand eller eksplosion og bringe mennesker i fare.

De potentielle strejkepunkter for en vindmølle (undtagen rotorbladene) kan bestemmes ved hjælp af den rullende kuglemetode vist i fig. 1. For vindmøller tilrådes det at bruge klasse LPS I. Derfor er en rullende kugle med en radius r = 20 m rulles over vindmøllen for at bestemme strejken. Der kræves luftafslutningssystemer, hvor kuglen berører vindmøllen.

Nacelle / beklædningskonstruktionen skal integreres i lynbeskyttelsessystemet for at sikre, at lynnedslag i nacellen rammer enten naturlige metaldele, der er i stand til at modstå denne belastning, eller et luftermineringssystem designet til dette formål. Naceller med GRP-belægning skal være udstyret med et luftafslutningssystem og nedledere, der danner et bur omkring nacellen.

Luftafslutningssystemet inklusive de bare ledere i dette bur skal være i stand til at modstå lynnedslag i henhold til det valgte lynbeskyttelsesniveau. Yderligere ledere i Faraday-buret skal være konstrueret på en sådan måde, at de modstår den andel lynstrøm, som de kan blive udsat for. I overensstemmelse med IEC 61400-24 skal luftafslutningssystemer til beskyttelse af måleudstyr monteret uden for nacellen konstrueres i overensstemmelse med de generelle krav i IEC 62305-3, og nedledere skal forbindes til buret beskrevet ovenfor.

”Naturlige komponenter” lavet af ledende materialer, der er installeret permanent i / på en vindmølle og forbliver uændrede (f.eks. Et lynbeskyttelsessystem for rotorblade, lejer, mainframes, hybridtårn osv.) Kan integreres i LPS. Hvis vindmøller er af metalkonstruktion, kan det antages, at de opfylder kravene til et eksternt lynbeskyttelsessystem i klasse LPS I i henhold til IEC 62305.

Dette kræver, at lynnedslagene opfanges sikkert af rotorbladenes LPS, så det kan udledes til jordafslutningssystemet via naturlige komponenter såsom lejer, mainframes, tårnet og / eller bypass-systemer (f.eks. Åbne gnistgab, kulbørster).

Luftafslutningssystem / nedleder
Som vist i fig. 1 er rotorbladene; nacelle inklusive overbygninger; rotornavet og vindmølletårnet kan blive ramt af lyn.
Hvis de kan opfange den maksimale lynimpulsstrøm på 200 kA sikkert og kan aflade den til jordafslutningssystemet, kan de bruges som “naturlige komponenter” i vindmøllens eksterne lynbeskyttelsessystem.

Metalliske receptorer, der repræsenterer definerede strejkepunkter for lynnedslag, installeres ofte langs GRP-klingen for at beskytte rotorbladene mod skader på grund af lyn. En nedleder føres fra receptoren til bladroten. I tilfælde af lynnedslag kan det antages, at lynnedslag rammer bladspidsen (receptoren) og derefter afledes via den nedre leder inde i bladet til jordafslutningssystemet via nacellen og tårnet.

Jordafslutningssystem
En vindmølles jordafslutningssystem skal udføre flere funktioner såsom personlig beskyttelse, EMC-beskyttelse og lynbeskyttelse.

Et effektivt jordafslutningssystem (se fig. 3) er vigtigt for at fordele lynstrømme og for at forhindre vindmøllen i at blive ødelagt. Desuden skal jordafslutningssystemet beskytte mennesker og dyr mod elektrisk stød. I tilfælde af lynnedslag skal jordafslutningssystemet aflade høje lynstrømme til jorden og fordele dem i jorden uden farlige termiske og / eller elektrodynamiske effekter.

Generelt er det vigtigt at etablere et jordafslutningssystem til en vindmølle, der bruges til at beskytte vindmøllen mod lynnedslag og jordforsyningssystemet.

Bemærk: Elektriske højspændingsbestemmelser såsom Cenelec HO 637 S1 eller gældende nationale standarder specificerer, hvordan et jordafslutningssystem skal designes for at forhindre høj berørings- og trinspænding forårsaget af kortslutning i høj- eller mellemspændingssystemer. Med hensyn til beskyttelse af personer henviser IEC 61400-24-standarden til IEC // TS 60479-1 og IEC 60479-4.

Arrangering af jordelektroder

IEC 62305-3 beskriver to grundlæggende typer jordelektroder til vindmøller:

Type A: I henhold til bilag I til IEC 61400-24 må dette arrangement ikke bruges til vindmøller, men det kan bruges til annekser (for eksempel bygninger, der indeholder måleudstyr eller kontorskure i forbindelse med et vindmøllepark). Type A-jordelektrodearrangementer består af vandrette eller lodrette jordelektroder forbundet med mindst to nedledere på bygningen.

Type B: I henhold til bilag I til IEC 61400-24 skal dette arrangement bruges til vindmøller. Den består enten af ​​en ekstern ringjordelektrode installeret i jorden eller en grundjordelektrode. Ringjordelektroder og metaldele i fundamentet skal forbindes til tårnkonstruktionen.

Forstærkningen af ​​tårnfundamentet bør integreres i jordkonceptet for en vindmølle. Jordafslutningssystemet i tårnbasen og driftsbygningen skal forbindes ved hjælp af et masket netværk af jordelektroder for at få et jordafslutningssystem, der strækker sig over et så stort område som muligt. For at forhindre for store trinspændinger som følge af lynnedslag skal der installeres potentielt styrende og korrosionsbestandige ringjordelektroder (lavet af rustfrit stål) omkring tårnbasen for at sikre beskyttelse af personer (se fig. 3).

Fundament jordelektroder

Grundjordelektroder giver teknisk og økonomisk mening og kræves for eksempel i de tyske tekniske forbindelsesbetingelser (TAB) for strømforsyningsselskaber. Jordjordelektroder er en del af den elektriske installation og opfylder væsentlige sikkerhedsfunktioner. Af denne grund skal de installeres af elektrikere eller under opsyn af en elektriker.

Metaller, der anvendes til jordelektroder, skal overholde de materialer, der er anført i tabel 7 i IEC 62305-3. Metalets korrosionsadfærd skal altid overholdes. Grundjordelektroder skal være lavet af galvaniseret eller ikke-galvaniseret stål (rundt eller båndstål). Rundt stål skal have en mindste diameter på 10 mm. Båndstål skal have en minimumsdimension på 30 x 3,5 mm. Bemærk, at dette materiale skal være dækket af mindst 5 cm beton (korrosionsbeskyttelse). Grundjordelektroden skal forbindes med den vigtigste potentialudligningsbjælke i vindmøllen. Korrosionsbestandige forbindelser skal etableres via faste jordforbindelsespunkter på klemmestifter lavet af rustfrit stål. Desuden skal der installeres en ringjordelektrode i rustfrit stål i jorden.

Beskyttelse ved overgangen fra LPZ 0A til LPZ 1

For at sikre sikker drift af elektriske og elektroniske apparater skal LPZ'ernes grænser være afskærmet mod udstrålet interferens og beskyttes mod udført interferens (se fig. 2 og 4). Overspændingsbeskyttelsesanordninger, der er i stand til at aflade høje lynstrømme uden ødelæggelse, skal installeres ved overgangen fra LPZ 0A til LPZ 1 (også kaldet “lyn potentialudligning”). Disse overspændingsbeskyttelsesanordninger benævnes klasse I lynstrømsafledere og testes ved hjælp af impulsstrømme på 10/350 μs bølgeform. Ved overgangen fra LPZ 0B til LPZ 1 og LPZ 1 og højere skal kun lavenergiimpulsstrømme forårsaget af spændinger induceret uden for systemet eller overspændinger genereret i systemet håndteres. Disse overspændingsbeskyttelsesanordninger kaldes klasse II overspændingsafledere og testes ved hjælp af impulsstrømme på 8/20 μs bølgeform.

I henhold til lynbeskyttelseszonekonceptet skal alle indgående kabler og ledninger integreres i lynets potentialudligning uden undtagelse ved hjælp af klasse I lynstrømsafledere ved grænsen fra LPZ 0A til LPZ 1 eller fra LPZ 0A til LPZ 2.

En anden lokal potentialudligning, hvor alle kabler og ledninger, der kommer ind i denne grænse, skal integreres, skal installeres for hver yderligere zonegrænse inden for den volumen, der skal beskyttes.

Type 2 overspændingsafledere skal installeres ved overgangen fra LPZ 0B til LPZ 1 og fra LPZ 1 til LPZ 2, mens klasse III overspændingsafledere skal installeres ved overgangen fra LPZ 2 til LPZ 3. Funktionen i klasse II og klasse III overspændingsafledere er at reducere den resterende interferens i opstrømsbeskyttelsestrinene og at begrænse de bølger, der induceres eller genereres i vindmøllen.

Valg af SPD'er baseret på spændingsbeskyttelsesniveau (Up) og udstyrets immunitet

For at beskrive Up i en LPZ skal immunitetsniveauerne for udstyret i en LPZ defineres, f.eks. For kraftledninger og forbindelser af udstyr i henhold til IEC 61000-4-5 og IEC 60664-1; til telekommunikationslinjer og forbindelser af udstyr i henhold til IEC 61000-4-5, ITU-T K.20 og ITU-T K.21 og til andre linjer og forbindelser af udstyr i henhold til producentens anvisninger.

Producenter af elektriske og elektroniske komponenter skal være i stand til at give de krævede oplysninger om immunitetsniveau i henhold til EMC-standarderne. Ellers skal vindmølleproducenten udføre test for at bestemme immunitetsniveauet. Det definerede immunitetsniveau for komponenter i en LPZ definerer direkte det krævede spændingsbeskyttelsesniveau for LPZ-grænserne. Systemets immunitet skal, hvor det er relevant, dokumenteres med alle SPD'er installeret og det udstyr, der skal beskyttes.

Beskyttelse mod strømforsyning

Transformatoren til en vindmølle kan installeres forskellige steder (i en separat distributionsstation, i tårnbasen, i tårnet, i nacellen). I tilfælde af store vindmøller ledes det uskærmede 20 kV kabel i tårnbasen for eksempel til mellemspændingsudstyrsinstallationer, der består af vakuumafbryder, mekanisk låst vælgerafbryder, udgående jordforbindelse og beskyttelsesrelæ.

MV-kablerne ledes fra MV-koblingsanlægget i vindmølletårnet til transformatoren i nacellen. Transformatoren føder kontrolkabinettet i tårnbasen, koblingsskabet i nacellen og tonehøjdesystemet i navet ved hjælp af et TN-C-system (L1; L2; L3; PEN-leder; 3PhY; 3 W + G). Koblingsudstyrskabet i nacellen forsyner det elektriske udstyr med en vekselstrøm på 230/400 V.

I henhold til IEC 60364-4-44 skal alt elektrisk udstyr installeret i en vindmølle have en specifik nominel impuls modstå spænding i henhold til den nominelle spænding på vindmøllen. Dette betyder, at de overspændingsafledere, der skal installeres, skal have mindst det specificerede spændingsbeskyttelsesniveau afhængigt af systemets nominelle spænding. Overspændingsafbrydere, der bruges til at beskytte 400/690 V strømforsyningssystemer, skal have et minimum spændingsbeskyttelsesniveau Op ≤2,5 kV, mens overspændingsafbryder, der bruges til at beskytte 230/400 V strømforsyningssystemer, skal have et spændingsbeskyttelsesniveau Op ≤1,5 kV for at sikre beskyttelse af følsomt elektrisk / elektronisk udstyr. For at opfylde dette krav skal overspændingsbeskyttelsesanordninger til 400/690 V strømforsyningssystemer, der er i stand til at lede lynstrømme på 10/350 μs bølgeform uden ødelæggelse, og sikre et spændingsbeskyttelsesniveau Op ≤2,5 kV skal installeres.

230/400 V strømforsyningssystemer

Spændingsforsyningen til kontrolkabinettet i tårnbasen, koblingsskabet i nacellen og tonehøjdesystemet i navet ved hjælp af et 230/400 V TN-C-system (3PhY, 3W + G) skal beskyttes af klasse II overspændingsafledere såsom SLP40-275 / 3S.

Beskyttelse af flyets advarselslys

Luftfartsadvarsellampen på sensormasten i LPZ 0B skal beskyttes ved hjælp af en klasse II-overspændingsafbryder ved de relevante zoneovergange (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2) (tabel 1).

400 / 690V strømforsyningssystemer Koordinerede enkeltpolede lynstrømsafbrydere med en høj følgestrømbegrænsning til 400/690 V strømforsyningssystemer som SLP40-750 / 3S skal installeres for at beskytte 400/690 V transformatoren , omformere, hovedfiltre og måleudstyr.

Beskyttelse af generatorledningerne

I betragtning af høje spændingstolerancer skal overspændingsafledere af klasse II til nominelle spændinger op til 1000 V installeres for at beskytte generatorens rotorvikling og omformerens forsyningsledning. En ekstra gnistgap-baseret afleder med en nominel effektfrekvens modstå spænding UN / AC = 2,2 kV (50 Hz) bruges til potentiel isolering og for at forhindre, at varistor-baserede afskærmere fungerer for tidligt på grund af spændingsudsving, der kan forekomme under drift af inverteren. En modulær tre-polet klasse II-overspændingsafbryder med en øget nominel spænding på varistoren til 690 V-systemer er installeret på hver side af generatorens stator.

Modulære trepolede klasse II overspændingsafledere af typen SLP40-750 / 3S er designet specielt til vindmøller. De har en nominel spænding på varistoren Umov på 750 V AC i betragtning af spændingsudsving, der kan forekomme under drift.

Overspændingsafledere til it-systemer

Overspændingsbeskyttere til beskyttelse af elektronisk udstyr i telekommunikations- og signalnetværk mod de indirekte og direkte virkninger af lynnedslag og andre forbigående overspændinger er beskrevet i IEC 61643-21 og er installeret ved zonegrænserne i overensstemmelse med lynbeskyttelseszonekonceptet.

Flertrins-afskærmere skal være designet uden blinde pletter. Det skal sikres, at de forskellige beskyttelsestrin er koordineret med hinanden, ellers vil ikke alle beskyttelsestrin blive aktiveret, hvilket forårsager fejl i det overspændingsbeskyttende udstyr.

I de fleste tilfælde anvendes glasfiberkabler til at dirigere IT-ledninger til en vindmølle og til at forbinde kontrolskaberne fra tårnbasen til nacellen. Kablingen mellem aktuatorer og sensorer og kontrolkabinetterne implementeres af afskærmede kobberkabler. Da interferens fra et elektromagnetisk miljø er udelukket, behøver glasfiberkablerne ikke at blive beskyttet af overspændingsafskærmere, medmindre glasfiberkablet har en metallisk kappe, der skal integreres direkte i potentialudligningen eller ved hjælp af overspændingsbeskyttelsesanordninger.

Generelt skal følgende afskærmede signallinjer, der forbinder aktuatorer og sensorer med kontrolkabinetterne, beskyttes af overspændingsbeskyttelsesanordninger:

• Vejrstationens signallinjer på sensormasten.
• Signallinjer dirigeret mellem nacellen og tonehøjdesystemet i navet.
• Signallinjer til tonehøjdesystemet.

Vejrstationens signallinjer

Signalledningerne (4 - 20 mA-grænseflader) mellem vejrstationens sensorer og koblingsskabet føres fra LPZ 0B til LPZ 2 og kan beskyttes ved hjælp af FLD2-24. Disse pladsbesparende kombinerede afskærmere beskytter to eller fire enkeltlinjer med fælles referencepotentiale såvel som ubalancerede grænseflader og fås med direkte eller indirekte skærmjording. To fleksible fjederterminaler til permanent kontakt med lav impedans afskærmning med den beskyttede og ubeskyttede side af aflederen anvendes til skjoldjording.

Laboratorietest i henhold til IEC 61400-24

IEC 61400-24 beskriver to grundlæggende metoder til at udføre immunitetsforsøg på systemniveau for vindmøller:

• Under impulsstrømsafprøvninger under driftsforhold indsprøjtes impulsstrømme eller delvise lynstrømme i de enkelte ledninger i et styresystem, mens forsyningsspænding er til stede. Dermed udsættes det udstyr, der skal beskyttes, inklusive alle SPD'er, for en impulsstrømstest.
• Den anden testmetode simulerer de elektromagnetiske effekter af lynets elektromagnetiske impulser (LEMP'er). Den fulde lynstrøm indsprøjtes i strukturen, der aflader lynstrømmen, og det elektriske systems opførsel analyseres ved hjælp af simulering af kabler under driftsforhold så realistisk som muligt. Lynstrømstyrken er en afgørende testparameter.