Salama- ja ylijännitesuoja tuuliturbiinijärjestelmälle

Ilmaston lämpenemisen ja fossiilisten polttoaineiden rajojen lisääntyneen tietämyksen myötä tarve löytää parempia uusiutuvia energialähteitä käy ilmi. Tuulienergian käyttö on nopeasti kasvava ala. Tällaiset asennukset sijaitsevat yleensä avoimella ja korotetulla maastolla, ja sinänsä niillä on houkuttelevat sieppauspaikat salaman purkauksia varten. Luotettavan virransyötön ylläpitämiseksi on tärkeää, että ylijännitevahinkojen lähteitä lievennetään. LSP tarjoaa laajan valikoiman ylijännitesuojalaitteita, jotka soveltuvat sekä suoralle että osittaiselle salamavirralle.

Salama- ja ylijännitesuoja tuuliturbiinijärjestelmälle

LSP on täydellinen sarja ylijännitesuojatuotteita tuuliturbiinisovelluksiin. Tarjonta LSP: stä erilaisiin DIN-kiskoon asennettaviin suojatuotteisiin sekä ylijännite- ja salamanvalvontaan. Kun historiaan tulee aika, jolloin vihreän energian ja teknologian suuntaaminen lisää jatkuvasti tuulipuistojen rakentamista ja nykyisten tuulipuistojen laajentumista, sekä turbiinien valmistajat että tuulipuistojen omistajat / operaattorit ovat yhä tietoisia kustannuksista, jotka liittyvät salama iskee. Rahoitusvauriot, joita operaattorit kärsivät salamaniskusta, ovat kahta muotoa: fyysisten vahinkojen aiheuttamat koneiden korvaamiseen liittyvät kustannukset ja järjestelmän ulkopuoliset eivätkä tuota virtaa. Turbiinien sähköjärjestelmät kohtaavat niitä ympäröivän maiseman jatkuvat haasteet, ja tuuliturbiinit ovat yleensä asennuksen korkeimpia rakenteita. Kovien sääolosuhteiden vuoksi, joita heille altistuu, yhdistettynä odotuksiin, että turbiini on salamaniskuttama useita kertoja koko elinkaarensa ajan, laitteiden vaihto- ja korjauskustannukset on sisällytettävä kaikkien tuulipuisto-operaattoreiden liiketoimintasuunnitelmaan. Suorat ja epäsuorat salamaniskut aiheuttavat voimakkaat sähkömagneettiset kentät, jotka aiheuttavat ohimeneviä ylijännitteitä. Nämä ylijännitteet johdetaan sitten sähköjärjestelmän läpi suoraan herkkiin laitteisiin itse turbiinissa. Ylijännite etenee järjestelmän läpi, mikä aiheuttaa piireille ja atk-laitteille sekä välitöntä että piilevää vahinkoa. Komponentit, kuten generaattorit, muuntajat ja virtamuuntajat sekä ohjauselektroniikka-, tietoliikenne- ja SCADA-järjestelmät, voivat vahingoittua valaistuksen aiheuttamasta ylijännitteestä. Suorat ja välittömät vahingot voivat olla ilmeisiä, mutta piileviä vahinkoja, jotka aiheutuvat useista iskuista tai toistuvasta altistumisesta ylijännitteille, voi tapahtua tehdyn tuuliturbiinin tärkeimmille tehokomponenteille, monesti tuottajan takuut eivät kata tätä vahinkoa. korjaus- ja vaihtokustannukset laskevat käyttäjille.

Offline-kustannukset ovat toinen merkittävä tekijä, joka on otettava huomioon kaikissa tuulipuistoon liittyvissä liiketoimintasuunnitelmissa. Nämä kustannukset syntyvät, kun turbiini on poistettu käytöstä ja huoltotiimin on työskenneltävä niiden kanssa tai vaihdettava komponentit, joihin sisältyy sekä osto-, kuljetus- että asennuskustannuksia. Tulot, jotka voivat menettää yhden salamaniskun takia, voivat olla merkittäviä, ja ajan myötä syntyvät piilevät vahingot lisäävät tätä kokonaismäärää. LSP: n tuuliturbiinien suojaustuote vähentää merkittävästi siihen liittyviä kustannuksia kykenemällä kestämään useita salamahäiriöitä vikaantumatta, jopa useiden iskujen jälkeen.

Tuuliturbiinien ylijännitesuojajärjestelmien kotelo

Ilmasto-olosuhteiden jatkuva muutos yhdistettynä lisääntyvään riippuvuuteen fossiilisista polttoaineista on antanut suurta kiinnostusta kestäviin, uusiutuviin energialähteisiin maailmanlaajuisesti. Yksi lupaavimmista vihreän energian tekniikoista on tuulivoimaa, joka lukuun ottamatta korkeita käynnistyskustannuksia olisi monien maiden valinta maailmanlaajuisesti. Esimerkiksi Portugalissa tuulivoiman tuotantotavoitteena vuosina 2006–2010 oli nostaa tuulivoiman kokonaistuotanto 25 prosenttiin. Tämä tavoite saavutettiin ja jopa ylitettiin myöhempinä vuosina. Vaikka tuulen ja aurinkoenergian tuotantoa edistävät aggressiiviset valtioneuvoston ohjelmat ovat laajentaneet tuuliteollisuutta huomattavasti, tämä tuulivoimaloiden määrän kasvu lisää todennäköisyyttä, että salamat iskeytävät turbiinit. Suorat iskut tuulivoimaloille on tunnustettu vakavaksi ongelmaksi, ja on ainutlaatuisia asioita, jotka tekevät salaman suojauksesta haastavamman tuulienergiassa kuin muilla teollisuudenaloilla.

Tuuliturbiinien rakenne on ainutlaatuinen, ja nämä pitkät, enimmäkseen metallirakenteet ovat erittäin alttiita salamaniskun aiheuttamille vaurioille. Niitä on myös vaikea suojata käyttämällä tavanomaisia ​​ylijännitesuojaustekniikoita, jotka uhrautuvat pääasiassa yhden ylijännitteen jälkeen. Tuuliturbiinit voivat nousta yli 150 metriä korkeaksi, ja ne sijaitsevat tyypillisesti korkealla syrjäisillä alueilla, jotka altistuvat elementeille, mukaan lukien salamaniskut. Tuuliturbiinin kaikkein altistuneimmat komponentit ovat terät ja helminauha, ja ne on yleensä valmistettu komposiittimateriaaleista, jotka eivät kykene kestämään suoraa salamaniskua. Tyypillinen suora isku tapahtuu yleensä terille, mikä luo tilanteen, jossa ylijännite kulkee kaikki tuulimyllyn turbiinikomponenttien läpi ja mahdollisesti kaikkiin tilan sähköisesti kytkettyihin alueisiin. Tuulipuistoille tyypillisesti käytetyillä alueilla on huonot maadoitusolosuhteet, ja nykyaikaisessa tuulipuistossa on käsittelemätöntä elektroniikkaa, joka on uskomattoman herkkä. Kaikki nämä asiat tekevät tuuliturbiinien suojaamisesta salaman aiheuttamilta vaurioilta haastavimmat.

Itse tuuliturbiinirakenteessa elektroniikka ja laakerit ovat erittäin alttiita salaman vaurioille. Tuuliturbiinien ylläpitokustannukset ovat korkeat johtuen näiden komponenttien vaihtamisvaikeuksista. Teknologian tuominen, joka voi parantaa tilastollisia keskiarvoja tarvittaville komponenttien vaihtamisille, on suuren keskustelun lähde useimmissa tuulituotantoon liittyvissä hallituksissa ja valtion virastoissa. Ylijännitesuojatuotevalikoiman vankka luonne on ainutlaatuinen ylijännitesuojaustekniikoissa, koska se suojaa laitteita edelleen myös aktivoituna, eikä salaman ylijäämän jälkeen tarvitse vaihtaa tai nollata niitä. Tämä sallii tuulivoimageneraattoreiden olla verkossa pidempään. Mahdolliset parannukset offline-tilojen tilastoihin ja aikoihin, jolloin turbiinit ovat poissa huollosta, tuovat lopulta lisäkustannuksia kuluttajalle.

Pienjännite- ja ohjauspiirien vahingoittumisen estäminen on ratkaisevan tärkeää, koska tutkimukset ovat osoittaneet, että yli 50% tuuliturbiinivikoista johtuu tämän tyyppisten komponenttien rikkoutumisesta. Suoraan ja indusoituun salamaniskuun ja takaiskuvirtaukseen liittyvien laitteiden dokumentoidut viat ovat yleisiä. Järjestelmien sähköverkkopuolelle asennetut salamanpysäyttimet maadoitetaan yhdessä matalajännitepuolen kanssa maadoitusresistanssin vähentämiseksi, mikä lisää koko ketjun kykyä kestää iskut yhteen tuuliturbiiniin.

Salama- ja ylijännitesuoja tuuliturbiinille

Tässä artikkelissa kuvataan sähköturvallisuustoimenpiteiden toteuttaminen tuuliturbiinin sähkö- ja elektroniikkalaitteille ja järjestelmille.

Tuuliturbiinit ovat erittäin alttiita suorien salamaniskujen vaikutuksille niiden suuren altistuvan pinnan ja korkeuden vuoksi. Koska salaman isku tuulivoimalaitokseen kasvaa neliöllisesti sen korkeuden kanssa, voidaan arvioida, että suoran salaman isku osuu monen megawatin tuuliturbiiniin suunnilleen kahdentoista kuukauden välein.

Syöttökorvauksen on poistettava korkeat investointikustannukset muutaman vuoden kuluessa, mikä tarkoittaa, että salaman ja ylijännitteen aiheuttamasta seisokista ja siihen liittyvistä uudelleenpariliitoskustannuksista on vältettävä. Siksi kattavat salama- ja ylijännitesuojatoimet ovat välttämättömiä.

Suunnitellessaan tuuliturbiinien salaman suojausjärjestelmää, on otettava huomioon paitsi pilvi-maa-välähdykset, myös maa-pilvi-välähdykset, ns. Ylöspäin suuntautuvat johtajat kohteissa, joiden korkeus on yli 60 m avoimissa paikoissa . Näiden ylöspäin suuntautuvien johtajien suuri sähkövaraus on otettava erityisesti huomioon roottorin siipien suojauksessa ja sopivien salamavirtapiirien valinnassa.

Standardointi - salama- ja ylijännitesuoja tuuliturbiinijärjestelmälle
Suojauskonseptin olisi perustuttava kansainvälisiin standardeihin IEC 61400-24, IEC 62305 ja sarjaan Germanischer Lloyd.

Suojatoimenpiteet
IEC 61400-24 suosittelee tuuliturbiinin salaman suojausjärjestelmän kaikkien osien valintaa salaman suojaustason (LPL) I mukaan, ellei riskianalyysi osoita, että alempi LPL on riittävä. Riskianalyysi voi myös paljastaa, että eri osa-alueilla on erilaiset LPL: t. IEC 61400-24 suosittelee, että salamasuojausjärjestelmän tulisi perustua kattavaan salamansuojakonseptiin.

Tuuliturbiinijärjestelmän salama- ja ylijännitesuoja koostuu ulkoisesta salamansuojajärjestelmästä (LPS) ja ylijännitesuojatoimista (SPM) sähkö- ja elektroniikkalaitteiden suojaamiseksi. Suojatoimenpiteiden suunnittelemiseksi on suositeltavaa jakaa tuuliturbiini salaman suojavyöhykkeiksi (LPZ).

Tuuliturbiinijärjestelmän salama- ja ylijännitesuoja suojaa kahta alijärjestelmää, jotka löytyvät vain tuuliturbiinista, nimittäin roottorin siivet ja mekaaninen voimansiirto.

IEC 61400-24 kuvaa yksityiskohtaisesti, miten nämä tuuliturbiinin erityisosat suojataan ja kuinka salaman suojaustoimenpiteiden tehokkuus osoitetaan.

Tämän standardin mukaan on suositeltavaa suorittaa suurjännitetestit asianmukaisten järjestelmien salamavirran kestokyvyn varmistamiseksi ensimmäisellä ja pitkällä iskulla, jos mahdollista, yhteisellä purkauksella.

Roottorin siipien ja pyörivästi asennettujen osien / laakereiden suojaamiseen liittyvät monimutkaiset ongelmat on tutkittava yksityiskohtaisesti ja riippuvaisia ​​komponentin valmistajasta ja tyypistä. IEC 61400-24 -standardi antaa tältä osin tärkeitä tietoja.

Salaman suojavyöhykekonsepti
Salamasuojausvyöhykekonsepti on strukturoitava toimenpide määritetyn EMC-ympäristön luomiseksi esineeseen. Määritetty EMC-ympäristö määritetään käytettävien sähkölaitteiden häiriönsiedolla. Salaman suojavyöhykekonsepti sallii johtuvan ja säteilevän häiriön vähentämisen raja-arvoilla määriteltyihin arvoihin. Tästä syystä suojattava kohde on jaettu suojavyöhykkeisiin.

Vierintäpallomenetelmää voidaan käyttää määrittämään LPZ 0A, nimittäin tuuliturbiinin osat, joihin voidaan kohdistaa suoria salamaniskuja, ja LPZ 0B, nimittäin tuuliturbiinin osat, jotka on suojattu suorilta salamaniskuilta ulkoisen ilman vaikutuksesta. päätejärjestelmät tai ilmanvaihtojärjestelmät, jotka on integroitu tuuliturbiinin osiin (esimerkiksi roottorin siipeen).

Standardin IEC 61400-24 mukaan vierintäpallomenetelmää ei saa käyttää itse roottorin siipiin. Tästä syystä ilmanvaihtojärjestelmän suunnittelu on testattava IEC 8.2.3-61400 -standardin luvun 24 mukaisesti.

Kuvio 1 esittää tyypillistä vierintäpallomenetelmän sovellusta, kun taas kuvio 2 havainnollistaa tuuliturbiinin mahdollista jakautumista eri salaman suojavyöhykkeiksi. Salamansuojavyöhykkeisiin jakautuminen riippuu tuuliturbiinin rakenteesta. Siksi tuuliturbiinin rakennetta tulisi noudattaa.

On kuitenkin ratkaisevaa, että tuuliturbiinin ulkopuolelta LPZ 0A: een ruiskutettuja salamaparametreja vähennetään sopivilla suojaustoimenpiteillä ja ylijännitesuojalaitteilla kaikilla vyöhykerajoilla, jotta tuuliturbiinin sisällä olevia sähköisiä ja elektronisia laitteita ja järjestelmiä voidaan käyttää turvallisesti.

Suojaustoimenpiteet
Kotelo on suunniteltava kapseloiduksi metallisuojukseksi. Tämä tarkoittaa, että kotelossa saavutetaan tilavuus, jonka sähkömagneettinen kenttä on huomattavasti pienempi kuin tuuliturbiinin ulkopuolella oleva kenttä.

Standardin IEC 61400-24 mukaan putkimaista terästornia, jota käytetään pääasiassa suuriin tuuliturbiineihin, voidaan pitää melkein täydellisenä Faradayn häkkinä, joka soveltuu parhaiten sähkömagneettiseen suojaukseen. Kotelon tai ”nauhan” ja mahdollisen käyttörakennuksen kytkinlaitteiden ja ohjauskaappien tulisi myös olla metallia. Liitäntäkaapeleissa tulisi olla ulkoinen suoja, joka kykenee kuljettamaan salamavirtaa.

Suojatut kaapelit kestävät EMC-häiriöitä vain, jos suojat on kytketty molempien päiden potentiaalintasaan. Suojukset on kosketettava täysin (360 °) kosketuksissa olevien liittimien avulla asentamatta tuuliturbiiniin EMC-yhteensopimattomia pitkiä liitäntäkaapeleita.

Magneettisuojaus ja kaapelireititys tulee suorittaa IEC 4-62305 -kohdan 4 mukaisesti. Tästä syystä on käytettävä standardin IEC / TR 61000-5-2 mukaisia ​​EMC-yhteensopivan asennuksen yleisiä ohjeita.

Suojaustoimenpiteitä ovat esimerkiksi:

• Metallipunoksen asennus GRP-pinnoitettuihin nauhoihin.
• Metallitorni.
• Metalliset kytkentäkaapit.
• Metalliset ohjauskaapit.
• Salamavirtaa kuljettavat suojatut liitäntäkaapelit (metallikaapelikanava, suojattu putki tai vastaava).
• Kaapelien suojaus.

Ulkoiset salaman suojaustoimenpiteet
Ulkoisen LPS: n tehtävänä on siepata suorat salamaniskut, mukaan lukien salamaniskut tuuliturbiinin torniin, ja purkaa salamavirta iskupisteestä maahan. Sitä käytetään myös jakamaan salamavirta maahan ilman lämpö- tai mekaanisia vaurioita tai vaarallisia kipinöitä, jotka voivat aiheuttaa tulipalon tai räjähdyksen ja vaarantaa ihmisiä.

Tuuliturbiinin (roottorin siipiä lukuun ottamatta) potentiaaliset iskupisteet voidaan määrittää kuvassa 1 esitetyllä valssauspallomenetelmällä. Tuuliturbiinien kohdalla on suositeltavaa käyttää luokkaa LPS I. säde r = 20 m vieritetään tuuliturbiinin yli iskupisteiden määrittämiseksi. Ilmanpoistojärjestelmiä tarvitaan siellä, missä pallo koskettaa tuuliturbiinia.

Naselli- / kotelorakenne olisi integroitava salamansuojajärjestelmään sen varmistamiseksi, että nellin salama iski joko luonnollisiin metalliosiin, jotka kykenevät kestämään tämän kuormituksen, tai tähän tarkoitukseen suunnitellulla ilmanpäätteellä. GRP-päällysteiset nauhat tulisi varustaa ilmanpäätteellä varustetulla järjestelmällä ja alas johtimilla, jotka muodostavat häkin helmen ympärille.

Ilmakytkentäjärjestelmän, joka sisältää paljaat johtimet tässä häkissä, pitäisi pystyä kestämään salamaniskut valitun salaman suojaustason mukaan. Faradayn häkissä olevat muut johtimet tulisi suunnitella siten, että ne kestävät salamavirran osuuden, johon ne voivat altistua. Standardin IEC 61400-24 mukaisesti ilmansuodatinjärjestelmät, jotka suojaavat päällysteen ulkopuolelle asennettuja mittauslaitteita, on suunniteltava IEC 62305-3 -standardin yleisten vaatimusten mukaisesti, ja alas johtimet tulisi liittää edellä kuvattuun häkkiin.

Johtavista materiaaleista valmistetut "luonnonkomponentit", jotka on asennettu pysyvästi tuuliturbiiniin / tuuliturbiiniin ja pysyvät muuttumattomina (esim. Roottorin siipien, laakereiden, keskusyksiköiden, hybriditornin jne. Salamansuojajärjestelmä), voidaan integroida LPS: ään. Jos tuuliturbiinit ovat metallirakenteita, voidaan olettaa, että ne täyttävät IEC 62305 -standardin LPS I -luokan ulkoisen salamansuojajärjestelmän vaatimukset.

Tämä edellyttää, että roottorin siipien LPS pysäyttää salaman iskut turvallisesti, jotta se voidaan johtaa maadoitusjärjestelmään luonnollisten komponenttien, kuten laakereiden, keskusyksiköiden, tornin ja / tai ohitusjärjestelmien (esim. Avoimet kipinävälit, hiiliharjat).

Ilmanpoistojärjestelmä / alasjohdin
Kuten kuvassa 1 on esitetty, roottorin siivet; helmiäinen, mukaan lukien päällirakenteet; roottorin napa ja tuuliturbiinin torni voivat osua salamaan.
Jos he pystyvät sieppaamaan 200 kA: n suurimman salaman impulssivirran turvallisesti ja purkamaan sen maadoitusjärjestelmään, niitä voidaan käyttää tuuliturbiinin ulkoisen salamanestojärjestelmän ilmapäätejärjestelmän "luonnollisina komponentteina".

Metalliset reseptorit, jotka edustavat määriteltyjä salaman iskutilanteita, asennetaan usein pitkin GRP-terää suojaamaan roottorin siipiä salaman aiheuttamilta vaurioilta. Alasjohdin ohjataan reseptorista terän juurelle. Salamaiskun sattuessa voidaan olettaa, että salamanisku iskee terän kärkeen (reseptoriin) ja purkautuu sitten terän sisäpuolella olevan johtimen kautta maadoitusjärjestelmään nauhan ja tornin kautta.

Maadoitusjärjestelmä
Tuuliturbiinin maadoitusjärjestelmän on suoritettava useita toimintoja, kuten henkilökohtainen suoja, EMC-suojaus ja salamasuojaus.

Tehokas maadoitusjärjestelmä (katso kuva 3) on välttämätön salamavirtausten jakamiseksi ja tuuliturbiinin tuhoutumisen estämiseksi. Lisäksi maadoitusjärjestelmän on suojattava ihmisiä ja eläimiä sähköiskulta. Salamaniskun sattuessa maadoitusjärjestelmän on purettava korkeat salamavirrat maahan ja jaettava ne maahan ilman vaarallisia lämpö- ja / tai elektrodynaamisia vaikutuksia.

Yleensä on tärkeää perustaa tuuliturbiinin maadoitusjärjestelmä, jota käytetään suojaamaan tuuliturbiinia salamaniskulta ja maadoittamaan virtalähde.

Huomautus: Sähkökäyttöiset suurjännitemääräykset, kuten Cenelec HO 637 S1 tai soveltuvat kansalliset standardit, määrittelevät maadoitusjärjestelmän suunnittelun estämään korkea- tai keskijännitteisten järjestelmien oikosulkujen aiheuttamat korkeat kosketus- ja portajännitteet. Henkilöiden suojelun osalta IEC 61400-24 -standardi viittaa IEC // TS 60479-1- ja IEC 60479-4 -standardeihin.

Maadoituselektrodien järjestely

IEC 62305-3 kuvaa kahta perustyyppiä maadoituselektrodijärjestelyistä tuuliturbiinille:

Tyyppi A: IEC 61400-24 -standardin liitteen I mukaan tätä järjestelyä ei saa käyttää tuuliturbiinien osalta, mutta sitä voidaan käyttää liitteissä (esimerkiksi rakennuksissa, joissa on mittauslaitteita, tai tuulipuiston yhteydessä sijaitsevista toimistotiloista). A-tyypin maadoituselektrodijärjestelyt koostuvat vaaka- tai pystysuuntaisista maadoituselektrodeista, jotka on yhdistetty vähintään kahdella rakennuksen alas johtimella.

Tyyppi B: IEC 61400-24 -standardin liitteen I mukaan tätä järjestelyä on käytettävä tuuliturbiinien osalta. Se koostuu joko maadoitetusta ulkoisesta maadoituselektrodista tai maadoituselektrodista. Rengasmaadoituselektrodit ja perustuksen metalliosat on kytkettävä tornirakenteeseen.

Tornin perustuksen vahvistaminen tulisi integroida tuuliturbiinin maadoituskonseptiin. Tornin pohjan maadoitusjärjestelmä ja operaatiorakennus tulisi yhdistää maadoituselektrodien silmäkokoisella verkolla maadoitusjärjestelmän saamiseksi mahdollisimman suurelle alueelle. Salamaniskun aiheuttamien liiallisten askeljännitteiden estämiseksi tornin jalustan ympärille on asennettava potentiaalia hallitsevat ja korroosionkestävät rengasmaadoituselektrodit (valmistettu ruostumattomasta teräksestä) ihmisten suojelun varmistamiseksi (katso kuva 3).

Pohjamaadoituselektrodit

Pohjamaadoituselektrodeilla on tekninen ja taloudellinen merkitys, ja niitä vaaditaan esimerkiksi virtalähdeyritysten Saksan teknisissä liitäntäehdoissa (TAB). Pohjamaadoituselektrodit ovat osa sähköasennusta ja täyttävät olennaiset turvallisuusfunktiot. Siksi ne on asennettava sähköalan ammattilaisten toimesta tai sähköalan ammattilaisten valvonnassa.

Maadoituselektrodeissa käytettävien metallien on oltava IEC 7-62305: n taulukossa 3 lueteltujen materiaalien mukaisia. Metallin korroosiokäyttäytymistä maassa on aina noudatettava. Perusmaadoituselektrodien on oltava sinkittyä tai sinkittämätöntä terästä (pyöreä tai nauhateräs). Pyöreän teräksen halkaisijan on oltava vähintään 10 mm. Nauhateräksen on oltava vähintään 30 x 3,5 mm. Huomaa, että tämä materiaali on peitettävä vähintään 5 cm betonilla (korroosiosuojaus). Perusmaadoituselektrodi on kytkettävä tuuliturbiinin pääpotentiaalintasaustankoon. Korroosionkestävät liitännät on muodostettava ruostumattomasta teräksestä valmistettujen liittimien korvakkeiden kiinteiden maadoituspisteiden kautta. Lisäksi maahan on asennettava ruostumattomasta teräksestä valmistettu maadoituselektrodi.

Suojaus siirtymässä LPZ 0A: sta LPZ 1: een

Sähkö- ja elektroniikkalaitteiden turvallisen toiminnan varmistamiseksi LPZ-laitteiden rajat on suojattava säteileviltä häiriöiltä ja suojattava johtuvilta häiriöiltä (katso kuvat 2 ja 4). Ylijännitesuojat, jotka kykenevät purkamaan suuret salamavirrat tuhoutumatta, on asennettava siirtymässä LPZ 0A: sta LPZ 1: een (kutsutaan myös nimellä "salaman potentiaalintasaus"). Näitä ylijännitesuojaimia kutsutaan luokan I salamavirtapysäyttimiksi, ja ne testataan 10/350 μs: n aaltomuodon impulssivirroilla. Siirtymässä LPZ 0B: stä LPZ 1: een ja LPZ 1: een ja sitä korkeammiin, vain järjestelmän ulkopuolella aiheutettujen jännitteiden tai järjestelmässä syntyvien ylijännitteiden aiheuttamat pienenergiset impulssivirrat on kohdeltava. Näitä ylijännitesuojaimia kutsutaan luokan II ylijännitesuojaksi ja ne testataan 8/20 μs: n aaltomuodon impulssivirroilla.

Salaman suojavyöhykekonseptin mukaan kaikki saapuvat kaapelit ja johdot on integroitava salaman potentiaalintasaukseen poikkeuksetta luokan I salamavirtapysäyttimillä rajalla LPZ 0A - LPZ 1 tai LPZ 0A - LPZ 2.

Jokaiselle uudelle vyöhykerajalle on asennettava toinen paikallinen potentiaalintasaus, johon kaikki integroidut kaapelit ja linjat on integroitava.

Tyypin 2 ylijännitesuojat on asennettava siirtymässä LPZ 0B: stä LPZ 1: een ja LPZ 1: stä LPZ 2: een, kun taas luokan III ylijännitesuojat on asennettava siirtymässä LPZ 2: sta LPZ 3: een. Luokan II ja III toiminta ylijännitesuojat on vähentää ylävirran suojausvaiheiden jäännöshäiriöitä ja rajoittaa tuuliturbiinin sisällä aiheutuvia tai syntyviä ylijännitteitä.

SPD: n valinta jännitesuojaustason (Up) ja laitteen häiriön perusteella

LPZ: ssä olevan Up-arvon kuvaamiseksi on määriteltävä LPZ: n laitteiden häiriönsietotasot, esimerkiksi voimajohdoille ja laitteiden liitännöille standardien IEC 61000-4-5 ja IEC 60664-1 mukaisesti; tietoliikennelinjoille ja laitteiden liitännöille IEC 61000-4-5, ITU-T K.20 ja ITU-T K.21 mukaan sekä muille linjoille ja laitteiden liitännöille valmistajan ohjeiden mukaisesti.

Sähkö- ja elektroniikkakomponenttien valmistajien olisi voitava antaa tarvittavat tiedot häiriönsietotasosta EMC-standardien mukaisesti. Muussa tapauksessa tuuliturbiinin valmistajan tulisi suorittaa testit immuniteettitason määrittämiseksi. LPZ: n komponenttien määritelty immuniteettitaso määrittää suoraan vaaditun jännitesuojaustason LPZ-rajoille. Järjestelmän häiriönsieto on osoitettava soveltuvin osin kaikkien asennettujen SPD-laitteiden ja suojattavien laitteiden kanssa.

Virtalähteen suojaus

Tuuliturbiinin muuntaja voidaan asentaa eri paikkoihin (erilliseen jakeluasemaan, tornin alustaan, torniin, nacelliin). Esimerkiksi suurten tuuliturbiinien tapauksessa tornin pohjassa oleva suojaamaton 20 kV: n kaapeli johdetaan keskijännitekojeistoihin, jotka koostuvat tyhjiökatkaisimesta, mekaanisesti lukitusta valintakytkimen erottimesta, lähtevästä maadoituskytkimestä ja suojareleestä.

MV-kaapelit reititetään tuuliturbiinin tornissa sijaitsevasta MV-kytkinlaitoksen asennuksesta nacellessa olevaan muuntajaan. Muuntaja syöttää tornin alustan kytkentäkaapin, päällysteen kytkentäkaapin ja navan pikijärjestelmän TN-C-järjestelmän avulla (L1; L2; L3; PEN-johdin; 3PhY; 3 W + G). Nacellen kytkentäkaappi syöttää sähkölaitteita vaihtovirralla 230/400 V.

IEC 60364-4-44 -standardin mukaan kaikilla tuuliturbiiniin asennetuilla sähkölaitteilla on oltava erityinen nimellinen impulssin kestävä jännite tuuliturbiinin nimellisjännitteen mukaan. Tämä tarkoittaa, että asennettavilla ylijännitesuojailla on oltava vähintään määritelty jännitesuojaustaso järjestelmän nimellisjännitteestä riippuen. 400/690 V: n virransyöttöjärjestelmien suojaamiseen käytetyillä ylijännitesuojailla on oltava vähintään jännitesuojataso Up ≤2,5 kV, kun taas 230/400 V: n virransyöttöjärjestelmien suojaamiseen käytetyillä ylijännitesuojaimilla on oltava jännitesuojaustaso Up ≤1,5 kV herkkien sähkö- / elektroniikkalaitteiden suojaamiseksi. Tämän vaatimuksen täyttämiseksi on asennettava 400/690 V: n virransyöttöjärjestelmien ylijännitesuojat, jotka kykenevät johtamaan 10/350 μs: n aaltomuotoja tuhoutumatta ja varmistamaan, että jännitesuojaustaso on enintään ≤ 2,5 kV.

230/400 V: n virransyöttöjärjestelmät

Tornialustan kytkentäkaapin, napin kytkentäkaapin ja navassa olevan pikijärjestelmän jännitesyöttö 230/400 V: n TN-C-järjestelmän (3PhY, 3W + G) avulla tulisi suojata luokassa II ylijännitesuojat, kuten SLP40-275 / 3S.

Ilma-aluksen varoitusvalon suojaus

Ilma-aluksen varoitusvalo anturin mastossa LPZ 0B: ssä tulisi suojata luokan II ylijännitesuojalla asianomaisilla vyöhykkeen siirtymillä (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2) (taulukko 1).

400 / 690V-virransyöttöjärjestelmät 400/690 V -muuntajan suojaamiseksi on asennettava koordinoidut yksinapaiset salamavirtasuojat, joilla on suuri seurausvirran rajoitus 40/750 V: n virransyöttöjärjestelmille, kuten SLP3-400 / 690S. , invertterit, verkkosuodattimet ja mittauslaitteet.

Generaattorilinjojen suojaus

Kun otetaan huomioon suurjännitetoleranssit, luokan II ylijännitesuojat on asennettava nimellisjännitteille, jotka ovat enintään 1000 V, suojaamaan generaattorin roottorikäämitystä ja invertterin syöttöjohtoa. Ylimääräistä kipinävälipohjaista pidintä, jonka nimellistehotaajuus kestää jännitettä UN / AC = 2,2 kV (50 Hz), käytetään potentiaalieristykseen ja estämään varistoripohjaisten pidätinten ennenaikaista toimintaa mahdollisten jännitevaihtelujen vuoksi taajuusmuuttajan käytön aikana. Generaattorin staattorin molemmille puolille on asennettu modulaarinen kolminapainen luokan II ylijännitesuoja, jonka varistorin nimellisjännite on kasvanut 690 V: n järjestelmille.

SLP40-750 / 3S-tyypin modulaariset kolminapaiset luokan II ylijännitesuojat on suunniteltu erityisesti tuuliturbiinien käyttöön. Niillä on varistorin Umov nimellisjännite 750 V AC, kun otetaan huomioon käytön aikana mahdollisesti esiintyvät jännitteen vaihtelut.

Ylijännitesuojat IT-järjestelmille

Ylijännitesuojat telekommunikaatio- ja merkinantoverkkojen elektronisten laitteiden suojaamiseksi salamaniskun ja muun ohimenevän ylijännitteen epäsuorilta ja suorilta vaikutuksilta on kuvattu standardissa IEC 61643-21, ja ne on asennettu vyöhykerajoille salaman suojavyöhykekonseptin mukaisesti.

Monivaiheiset pidättimet on suunniteltava ilman kuolleita kulmia. On varmistettava, että eri suojausvaiheet koordinoidaan keskenään, muuten kaikki suojausvaiheet eivät aktivoidu aiheuttaen vikoja ylijännitesuojalaitteessa.

Useimmissa tapauksissa lasikuitukaapeleita käytetään IT-linjojen reitittämiseen tuuliturbiiniin ja kytkentäkaappien kytkemiseen tornin pohjalta helmiin. Toimilaitteiden ja antureiden sekä ohjauskaappien välinen kaapelointi toteutetaan suojatuilla kuparikaapeleilla. Koska sähkömagneettisen ympäristön aiheuttama häiriö on poissuljettu, lasikuitukaapeleita ei tarvitse suojata ylijännitesuojailla, paitsi jos lasikuitukaapelissa on metallivaippa, joka on integroitava suoraan potentiaalintasausliitokseen tai ylijännitesuojalaitteiden avulla.

Seuraavat suojatut signaalijohdot, jotka yhdistävät toimilaitteet ja anturit ohjauskaappeihin, on suojattava ylijännitesuojalaitteilla:

• Sääaseman signaalilinjat anturimastossa.
• Signaalilinjat reititetään gondolin ja navan säveljärjestelmän väliin.
• Signaalilinjat äänenkorkeusjärjestelmälle.

Sääaseman signaalilinjat

Sääaseman antureiden ja kytkentäkaapin väliset signaalilinjat (4 - 20 mA rajapinnat) reititetään LPZ 0B: stä LPZ 2: een ja ne voidaan suojata FLD2-24: llä. Nämä tilaa säästävät yhdistelmäpysäyttimet suojaavat kahta tai neljää yksittäistä johtoa, joilla on yhteinen vertailupotentiaali, sekä epätasapainoisia liitäntöjä, ja niitä on saatavana suoralla tai epäsuoralla suojamaadoituksella. Suojamaadoitukseen käytetään kahta joustavaa jousiliitintä pysyvän matalan impedanssin suojakontaktille suojan suojatun ja suojaamattoman puolen kanssa.

Laboratoriotestit standardin IEC 61400-24 mukaan

IEC 61400-24 kuvaa kaksi perusmenetelmää tuuliturbiinien järjestelmätason immuniteettitestien suorittamiseksi:

• Pulssivirta-testien aikana käyttöolosuhteissa impulssivirta tai osittainen salamavirta ruiskutetaan ohjausjärjestelmän yksittäisiin johtimiin syöttöjännitteen ollessa läsnä. Tällöin suojattavalle laitteelle, mukaan lukien kaikki SPD: t, tehdään impulssivirtatesti.
• Toinen testimenetelmä simuloi salamien sähkömagneettisten impulssien (LEMP) sähkömagneettisia vaikutuksia. Koko salamavirta ruiskutetaan rakenteeseen, joka purkaa salamavirran, ja sähköjärjestelmän käyttäytymistä analysoidaan simuloimalla kaapelointi käyttöolosuhteissa mahdollisimman realistisesti. Salamavirran jyrkkyys on ratkaiseva testiparametri.