Zaštita od munje i prenapona za sustav vjetroagregata

S rastućom sviješću o globalnom zatopljenju i ograničenjima naših fosilnih goriva, postaje očigledna potreba za pronalaženjem boljeg obnovljivog izvora energije. Korištenje energije vjetra je industrija koja brzo raste. Takve se instalacije uglavnom nalaze na otvorenom i povišenom terenu i kao takve predstavljaju atraktivne točke hvatanja za pražnjenje groma. Ako se želi održavati pouzdana opskrba, važno je ublažiti izvore prenaponskih oštećenja. LSP nudi široku paletu uređaja za zaštitu od prenaponske struje koji odgovaraju i izravnoj i djelomičnoj struji groma.

Zaštita od munje i prenapona za sustav vjetroagregata

LSP ima čitav paket proizvoda za zaštitu od prenaponske struje dostupan za primjenu vjetroagregata. Ponuda od LSP-a za razne proizvode za zaštitu na DIN tračnicama i nadzor prenapona i groma. Kako ulazimo u povijest, kada potisak prema zelenoj energiji i tehnologiji kontinuirano uzrokuje izgradnju više vjetroelektrana i proširenje sadašnjih vjetroelektrana, i proizvođači turbina i vlasnici / operateri vjetroelektrana sve su svjesniji troškova povezanih s udara groma. Novčana šteta koju operateri pretrpe u slučaju udara groma dolazi u dva oblika: troškovi povezani s zamjenom strojeva zbog fizičke štete i troškovi povezani sa sustavom koji nije povezan i ne proizvodi energiju. Turbinski električni sustavi suočavaju se s neprestanim izazovima krajolika koji ih okružuje, a vjetroagregati su obično najviše konstrukcije u postrojenju. Zbog oštrih vremenskih uvjeta kojima će biti izloženi, u kombinaciji s očekivanjima da će turbinu grom udariti nekoliko puta tijekom njezinog životnog vijeka, troškovi zamjene opreme i popravka moraju se uključiti u poslovni plan bilo kojeg operatora vjetroelektrane. Izravna i neizravna šteta od udara groma nastaje intenzivnim elektromagnetskim poljima koja stvaraju privremene prenapone. Ovi prenaponi se zatim propuštaju kroz električni sustav izravno na osjetljivu opremu unutar same turbine. Prenaponski val se širi kroz sustav proizvodeći trenutnu i latentnu štetu na strujnim krugovima i računalnoj opremi. Komponente kao što su generatori, transformatori i pretvarači snage, kao i upravljačka elektronika, komunikacijski i SCADA sustavi potencijalno su oštećeni prenaponskim svjetlima. Izravna i neposredna oštećenja mogu biti očita, ali latentna oštećenja koja nastaju kao rezultat višestrukih udara ili opetovane izloženosti prenaponskim udarima mogu se pojaviti na ključnim komponentama snage u izvedenoj vjetroturbini, mnogo puta ta šteta nije pokrivena jamstvom proizvođača, a time troškovi popravka i zamjene padaju na operatere.

Izvanmrežni troškovi još su jedan od glavnih čimbenika koji se moraju uvrstiti u bilo koji poslovni plan povezan s vjetroelektranom. Ovi troškovi nastaju kada je turbina onemogućena i na njoj mora raditi servisni tim ili ako se zamijene dijelovi što uključuje troškove kupnje, prijevoza i ugradnje. Prihodi koji se mogu izgubiti jednim udarom groma mogu biti značajni, a latentna šteta koja nastane tijekom vremena dodaje se tom ukupnom iznosu. LSP-ov proizvod za zaštitu od vjetroagregata značajno smanjuje povezane troškove time što je u stanju bez problema podnijeti višestruke udare groma, čak i nakon višestrukih udara.

Slučaj za sustave prenaponske zaštite za vjetrovne trubine

Stalna promjena klimatskih uvjeta u kombinaciji sa sve većom ovisnošću o fosilnim gorivima stvorila je velik interes za održivim, obnovljivim izvorima energije širom svijeta. Jedna od najperspektivnijih tehnologija u zelenoj energiji je energija vjetra, koja bi, osim visokih troškova pokretanja, bila izbor mnogih država širom svijeta. Primjerice, u Portugalu je cilj proizvodnje energije vjetra od 2006. do 2010. godine bio povećati ukupnu proizvodnju energije vjetra na 25%, što je postignuto, pa čak i premašeno u kasnijim godinama. Iako su agresivni vladini programi koji potiskuju proizvodnju energije vjetra i sunčeve energije znatno proširili industriju vjetra, s ovim povećanjem broja vjetroagregata dolazi do povećanja vjerojatnosti da će turbine pogoditi grom. Izravni udari na vjetroagregate postali su prepoznati kao ozbiljan problem, a postoje jedinstveni problemi koji zaštitu od munje čine izazovnijom u energiji vjetra nego u drugim industrijama.

Konstrukcija vjetroagregata jedinstvena je, a ove visoke uglavnom metalne konstrukcije vrlo su osjetljive na oštećenja od udara groma. Također ih je teško zaštititi pomoću konvencionalnih tehnologija zaštite od prenapona koje se uglavnom žrtvuju nakon jednog prenapona. Vjetroagregati se mogu podići više od 150 metara u visinu, a obično se nalaze na uzvišenju u udaljenim područjima koja su izložena elementima, uključujući udare groma. Najizloženiji dijelovi vjetroagregata su lopatice i gondola, a oni su uglavnom izrađeni od kompozitnih materijala koji nisu u stanju izdržati izravan udar groma. Tipični izravni udar općenito se događa lopaticama, stvarajući situaciju kada val prelazi kroz sve dijelove turbine unutar vjetrenjače i potencijalno u sva električno povezana područja farme. Područja koja se obično koriste za vjetroelektrane imaju loše uvjete za uzemljenje, a moderna vjetroelektrana ima obrađujuću elektroniku koja je nevjerojatno osjetljiva. Zbog svih ovih problema zaštita vjetroagregata od štete uzrokovane munjama predstavlja najveći izazov.

Unutar same strukture vjetroagregata elektronika i ležajevi vrlo su osjetljivi na oštećenja od groma. Troškovi održavanja povezani s vjetroagregatima visoki su zbog poteškoća u zamjeni ovih komponenata. Donošenje tehnologija koje mogu poboljšati statističke prosjeke za potrebnu zamjenu komponenata izvor je velike rasprave u većini prostorija odbora i državnih agencija koje se bave proizvodnjom vjetra. Robusna priroda linije proizvoda za zaštitu od prenapona jedinstvena je među tehnologijama zaštite od prenapona, jer i dalje štiti opremu čak i kad se aktivira, a nema potrebe za zamjenom ili resetiranjem nakon udara groma. To omogućuje generatorima energije vjetra da ostanu na mreži dulje vrijeme. Sva poboljšanja statističkih prosjeka izvanmrežnih statusa i vremena kada turbine ne rade zbog održavanja u konačnici će donijeti daljnje troškove za potrošača.

Sprječavanje oštećenja niskonaponskih i upravljačkih krugova presudno je, jer su studije pokazale da je više od 50% kvarova vjetroagregata uzrokovano kvarovima ovih vrsta komponenata. Uobičajeni su dokumentirani kvarovi opreme koji se pripisuju izravnim i induciranim udarima groma i prenaponskim protokovima koji se šire odmah nakon udara groma. Gromobrani instalirani na strani elektroenergetske mreže uzemljeni su zajedno s niskonaponskom stranom kako bi se smanjio otpor uzemljenja, povećavajući sposobnost cijelog lanca da izdrži udar u jednu vjetroelektranu.

Zaštita od groma i prenapona za vjetroturbine

Ovaj članak opisuje provedbu mjera zaštite od udara groma i prenapona za električne i elektroničke uređaje i sustave u vjetroagregatu.

Vjetroagregati su vrlo ranjivi na učinke izravnih udara groma zbog svoje ogromne izložene površine i visine. Budući da se rizik od udara groma u vjetroagregat povećava kvadratno sa njegovom visinom, može se procijeniti da je vjetroturbinu od nekoliko megavata pogodio izravni udar groma otprilike svakih dvanaest mjeseci.

Ulazna naknada mora amortizirati visoke investicijske troškove u roku od nekoliko godina, što znači da se mora izbjeći zastoj kao posljedica munje i prenaponske štete te povezani troškovi ponovnog uparivanja. Zbog toga su sveobuhvatne mjere munje i prenaponske zaštite ključne.

Pri planiranju sustava zaštite od munje za vjetroelektrane, za objekte visine veće od 60 m na izloženim mjestima moraju se uzeti u obzir ne samo bljeskovi oblak-zemlja, već i bljeskovi zemlja-oblak, takozvani vođe prema gore. . Visoki električni naboj ovih uzlaznih vodilica mora se posebno uzeti u obzir za zaštitu lopatica rotora i odabir prikladnih odvodnika struje groma.

Standardizacija - Zaštita od munje i prenapona za sustav vjetroagregata
Koncept zaštite trebao bi se temeljiti na međunarodnim standardima IEC 61400-24, standardnim serijama IEC 62305 i smjernicama klasifikacijskog društva Germanischer Lloyd.

Mjere zaštite
IEC 61400-24 preporučuje odabir svih potkomponenata sustava zaštite od munje vjetroagregata prema stupnju zaštite od groma (LPL) I, osim ako analiza rizika ne pokaže da je niži LPL dovoljan. Analiza rizika također može otkriti da različite podkomponente imaju različite LPL-ove. IEC 61400-24 preporučuje da se sustav zaštite od munje temelji na sveobuhvatnom konceptu zaštite od munje.

Zaštita od munje i prenapona za sustav vjetroagregata sastoji se od vanjskog sustava zaštite od munje (LPS) i mjera zaštite od prenaponske zaštite (SPM) za zaštitu električne i elektroničke opreme. Za planiranje zaštitnih mjera preporučljivo je vjetroagregat podijeliti na zone zaštite od munje (LPZ).

Zaštita od munje i prenapona za sustav vjetroagregata štiti dva podsustava koja se mogu naći samo u vjetroagregatima, a to su lopatice rotora i mehanički pogonski sklop.

IEC 61400-24 detaljno opisuje kako zaštititi ove posebne dijelove vjetroagregata i kako dokazati učinkovitost mjera zaštite od groma.

Prema ovom standardu, preporučljivo je provesti visokonaponska ispitivanja kako bi se provjerilo izdržljivost struje groma relevantnih sustava s prvim i dužim hodom, ako je moguće, u zajedničkom pražnjenju.

Složeni problemi u vezi sa zaštitom lopatica rotora i rotirano montiranih dijelova / ležajeva moraju se detaljno ispitati i ovise o proizvođaču i tipu komponente. Norma IEC 61400-24 pruža važne informacije u tom pogledu.

Koncept zone zaštite od munje
Koncept zone zaštite od munje strukturna je mjera za stvaranje definiranog EMC okruženja u objektu. Definirano EMC okruženje određeno je imunošću korištene električne opreme. Koncept zone zaštite od munje omogućuje smanjenje provedenih i zračenih smetnji na granicama na definirane vrijednosti. Iz tog razloga objekt koji se štiti podijeljen je u zaštitne zone.

Metoda kotrljajuće kugle može se koristiti za određivanje LPZ 0A, naime dijelovi vjetroagregata koji mogu biti izloženi izravnim udarima groma, i LPZ 0B, odnosno dijelovi vjetroagregata koji su zaštićeni od izravnih udara groma vanjskim zrakom. završni sustavi ili sustavi za zaustavljanje zraka integrirani u dijelove vjetroagregata (na primjer u lopatici rotora).

Prema IEC 61400-24, metoda valjanja kugle ne smije se koristiti za same lopatice rotora. Iz tog razloga, dizajn sustava za završetak zraka treba ispitati u skladu s poglavljem 8.2.3 standarda IEC 61400-24.

Slika 1 prikazuje tipičnu primjenu metode kotrljajuće kugle, dok slika 2 ilustrira moguću podjelu vjetroagregata u različite zone zaštite od munje. Podjela na zone zaštite od munje ovisi o dizajnu vjetroagregata. Stoga treba promatrati strukturu vjetroagregata.

Međutim, odlučujuće je da se parametri munje ubrizgani izvan vjetroagregata u LPZ 0A smanje odgovarajućim zaštitnim mjerama i prenaponskim zaštitnim uređajima na svim granicama zone kako bi se mogli raditi električni i elektronički uređaji i sustavi unutar vjetroturbine sigurno.

Mjere zaštite
Kućište treba biti izvedeno kao kapsulirani metalni štit. To znači da se u kućištu postiže volumen s elektromagnetskim poljem koji je znatno niži od polja izvan vjetroagregata.

U skladu s IEC 61400-24, cjevasti čelični toranj, koji se pretežno koristi za velike vjetroturbine, može se smatrati gotovo savršenim Faradayevim kavezom, najprikladnijim za elektromagnetsko štitanje. Razvodni i upravljački ormari u kućištu ili "gondoli" i, ako postoje, u operativnoj zgradi, također bi trebali biti izrađeni od metala. Spojni kabeli trebali bi imati vanjski štit sposoban za pronošenje struja groma.

Zaštićeni kabeli otporni su na EMC smetnje samo ako su štitovi spojeni na izjednačavanje potencijala na oba kraja. Štitovi se moraju kontaktirati pomoću potpuno (360 °) kontaktnih stezaljki bez postavljanja dugih spojnih kabela koji nisu kompatibilni s EMC-om na vjetroagregat.

Magnetsko oklopljenje i usmjeravanje kabela treba izvesti prema odjeljku 4. IEC 62305-4. Iz tog razloga trebaju se koristiti opće smjernice za EMC-kompatibilnu praksu ugradnje prema IEC / TR 61000-5-2.

Mjere zaštite uključuju, na primjer:

• Ugradnja metalne pletenice na gondole presvučene GRP-om.
• Metalni toranj.
• Metalni razvodni ormari.
• Metalni ormarići za upravljanje.
• Struja groma koja nosi zaštićene spojne kablove (metalni kabelski kanal, zaštićena cijev ili slično).
• Zaštita kabela.

Vanjske mjere zaštite od munje
Funkcija vanjskog LPS-a je presretanje izravnih udara groma, uključujući udare groma, u toranj vjetroagregata i pražnjenje struje groma od mjesta udara do tla. Također se koristi za raspodjelu struje groma u zemlji bez toplinskih ili mehaničkih oštećenja ili opasnih iskrenja koja mogu izazvati požar ili eksploziju i ugroziti ljude.

Potencijalne točke udara za vjetroagregat (osim lopatica rotora) mogu se odrediti metodom kotrljajuće kugle prikazanom na slici 1. Za vjetroturbine je preporučljivo koristiti klasu LPS I. Stoga kotrljajuća kugla s radijus r = 20 m se kotrlja preko vjetroagregata kako bi se odredile točke udara. Sustavi za zaustavljanje zraka potrebni su tamo gdje kugla dodiruje vjetroagregat.

Konstrukcija gondole / kućišta trebala bi biti integrirana u sustav zaštite od munje kako bi se osiguralo da udari groma u gondolu pogodiju ili prirodne metalne dijelove koji mogu izdržati ovo opterećenje, ili sustav za završetak zraka dizajniran u tu svrhu. Gondole s GRP premazom trebaju biti opremljene sustavom za završetak zraka i donjim vodičima koji čine kavez oko gondole.

Sustav za zaustavljanje zraka, uključujući gole vodiče u ovom kavezu, trebao bi biti sposoban izdržati udare groma prema odabranoj razini zaštite od groma. Daljnji vodiči u Faradayevom kavezu trebaju biti projektirani na takav način da podnose udio struje groma kojem mogu biti izloženi. U skladu s IEC 61400-24, sustavi za zaustavljanje zraka za zaštitu mjerne opreme postavljene izvan gondole trebaju biti projektirani u skladu s općim zahtjevima IEC 62305-3, a odvodni vodiči trebaju biti povezani na gore opisani kavez.

U LPS se mogu integrirati "prirodni dijelovi" izrađeni od vodljivih materijala koji su trajno ugrađeni u / na vjetroturbini i ostaju nepromijenjeni (npr. Sustav zaštite od munje lopatica rotora, ležajeva, glavnih okvira, hibridnog tornja, itd.). Ako su vjetroagregati metalne konstrukcije, može se pretpostaviti da ispunjavaju zahtjeve za vanjski sustav zaštite od munje klase LPS I prema IEC 62305.

To zahtijeva da LPS lopatica rotora sigurno presretne udar groma kako bi se mogao ispustiti u sustav zaustavljanja zemlje putem prirodnih komponenata kao što su ležajevi, glavni okviri, toranj i / ili obilazni sustavi (npr. Otvorene svjećice, karbonske četke).

Sustav za zaustavljanje zraka / donji vodič
Kao što je prikazano na slici 1, lopatice rotora; gondola uključujući nadgradnje; glavčina rotora i toranj vjetroagregata mogu biti pogođeni gromom.
Ako mogu sigurno presresti maksimalnu impulsnu struju munje od 200 kA i mogu ga odvesti u sustav za završetak uzemljenja, mogu se koristiti kao „prirodne komponente“ sustava za završetak zraka vanjskog sustava zaštite od munje vjetroturbine.

Metalni receptori, koji predstavljaju definirane točke udara groma, često su instalirani duž GRP lopatice kako bi zaštitili lopatice rotora od oštećenja uslijed groma. Donji vodič usmjeren je od receptora do korijena oštrice. U slučaju udara groma, može se pretpostaviti da udar groma udari u vrh oštrice (receptora), a zatim se odvodi putem donjeg vodiča unutar oštrice u sustav zaustavljanja zemlje preko gondole i tornja.

Sustav za prestanak uzemljenja
Sustav zaustavljanja uzemljenja vjetroagregata mora obavljati nekoliko funkcija poput osobne zaštite, EMC zaštite i zaštite od munje.

Učinkovit sustav zaustavljanja uzemljenja (vidi sliku 3) neophodan je za raspodjelu struja groma i za sprečavanje uništenja vjetroagregata. Štoviše, sustav zaustavljanja zemlje mora zaštititi ljude i životinje od električnog udara. U slučaju udara groma, sustav zaustavljanja zemlje mora isprazniti velike struje groma u zemlju i rasporediti ih u zemlju bez opasnih toplinskih i / ili elektrodinamičkih učinaka.

Općenito je važno uspostaviti sustav zaustavljanja uzemljenja za vjetroturbinu koji se koristi za zaštitu vjetroturbine od udara groma i za uzemljenje sustava napajanja.

Napomena: Propisi o električnom visokom naponu, kao što je Cenelec HO 637 S1 ili primjenjivi nacionalni standardi, određuju kako se projektira sustav završetka uzemljenja kako bi se spriječili visoki naponi dodira i koraka uzrokovani kratkim spojevima u visokonaponskim ili srednjenaponskim sustavima. Što se tiče zaštite osoba, standard IEC 61400-24 odnosi se na IEC // TS 60479-1 i IEC 60479-4.

Raspored zemaljskih elektroda

IEC 62305-3 opisuje dvije osnovne vrste sklopa zemaljskih elektroda za vjetroturbine:

Tip A: Prema Aneksu I IEC 61400-24, ovaj se raspored ne smije koristiti za vjetroturbine, ali se može koristiti za depandanse (na primjer, zgrade koje sadrže mjernu opremu ili uredske šupe povezane s vjetroelektranom). Uređaji za uzemljenje elektroda tipa A sastoje se od vodoravnih ili okomitih elektroda za uzemljenje povezane najmanje dva donja vodiča na zgradi.

Tip B: Prema Aneksu I IEC 61400-24, ovaj se raspored mora koristiti za vjetroturbine. Sastoji se od vanjske prstenaste uzemljive elektrode ugrađene u tlo ili temeljne uzemljive elektrode. Prstenaste elektrode i metalni dijelovi u temelju moraju biti povezani s konstrukcijom tornja.

Ojačanje temelja tornja trebalo bi integrirati u koncept uzemljenja vjetroagregata. Sustav za završetak uzemljenja baze tornja i operativna zgrada trebaju biti povezani umreženom mrežom zemaljskih elektroda kako bi se dobio sustav za zaustavljanje uzemljenja u rasponu od što veće površine. Da bi se spriječili prekomjerni naponi koraka kao rezultat udara groma, oko podnožja tornja moraju se instalirati potencijalne elektrode za uzemljenje i prsten otporni na koroziju (izrađeni od nehrđajućeg čelika) kako bi se osigurala zaštita ljudi (vidi sliku 3).

Temeljne elektrode za uzemljenje

Temeljne elektrode za uzemljenje imaju tehnički i ekonomski smisao te su, na primjer, potrebne u njemačkim uvjetima tehničkog povezivanja (TAB) elektroenergetskih tvrtki. Temeljne elektrode za uzemljenje dio su električne instalacije i ispunjavaju bitne sigurnosne funkcije. Iz tog razloga ih moraju instalirati stručno osposobljene osobe ili pod nadzorom stručne osobe.

Metali koji se koriste za uzemljenje elektroda moraju biti u skladu s materijalima navedenima u tablici 7 IEC 62305-3. Uvijek se mora poštivati ​​korozijsko ponašanje metala u tlu. Temeljne elektrode za uzemljenje moraju biti izrađene od pocinčanog ili pocinčanog čelika (okrugli ili trakasti čelik). Okrugli čelik mora imati najmanji promjer 10 mm. Trakasti čelik mora imati minimalne dimenzije 30 x 3,5 mm. Imajte na umu da ovaj materijal mora biti prekriven betonom od najmanje 5 cm (zaštita od korozije). Temeljna elektroda za uzemljenje mora biti povezana s glavnom šipkom za izjednačavanje potencijala u vjetroturbini. Priključci otporni na koroziju moraju se uspostaviti preko fiksnih točaka uzemljenja terminalnih ušica izrađenih od nehrđajućeg čelika. Štoviše, u zemlju mora biti ugrađena prstenasta elektroda od nehrđajućeg čelika.

Zaštita na prijelazu iz LPZ 0A u LPZ 1

Kako bi se osigurao siguran rad električnih i elektroničkih uređaja, granice LPZ-a moraju biti zaštićene od zračenih smetnji i zaštićene od provedenih smetnji (vidi slike 2 i 4). Uređaji za zaštitu od prenaponske struje sposobni za pražnjenje jakih struja groma bez razaranja moraju se instalirati na prijelazu iz LPZ 0A u LPZ 1 (također se naziva "izjednačavanje potencijala groma"). Ovi prenaponski zaštitni uređaji nazivaju se odvodnicima struje groma razreda I i ispituju se pomoću impulsnih struja valnog oblika 10/350 μs. Na prijelazu iz LPZ 0B u LPZ 1 i LPZ 1 i više, moraju se nositi samo impulsne struje niske energije uzrokovane naponima induciranim izvan sustava ili prenaponama generiranim u sustavu. Ovi prenaponski zaštitni uređaji nazivaju se odvodnicima prenaponske klase klase II i ispituju se pomoću impulsnih struja valnog oblika 8/20 μs.

Prema konceptu zone zaštite od munje, svi dolazni kabeli i vodovi moraju biti integrirani u izjednačavanje potencijala groma bez iznimke pomoću odvodnika struje groma razreda I na granici od LPZ 0A do LPZ 1 ili od LPZ 0A do LPZ 2.

Još jedno lokalno izjednačavanje potencijala, u koje moraju biti integrirani svi kabeli i vodovi koji ulaze na ovu granicu, mora biti instalirano za svaku daljnju granicu zone unutar volumena koji se štiti.

Odvodnici prenaponske zaštite tipa 2 moraju se instalirati na prijelazu iz LPZ 0B u LPZ 1 i iz LPZ 1 u LPZ 2, dok se odvodnici prenaponske klase III moraju instalirati na prijelazu iz LPZ 2 u LPZ 3. Funkcija klase II i klase III odvodnici prenapona moraju smanjiti zaostale smetnje uzvodnih stupnjeva zaštite i ograničiti prenaponske udare inducirane ili generirane unutar vjetroagregata.

Odabir SPD-ova na temelju razine zaštite napona (gore) i otpornosti opreme

Da bi se opisao Up u LPZ-u, moraju se definirati razine otpornosti opreme unutar LPZ-a, npr. Za dalekovode i spojeve opreme prema IEC 61000-4-5 i IEC 60664-1; za telekomunikacijske vodove i priključke opreme prema IEC 61000-4-5, ITU-T K.20 i ITU-T K.21, a za ostale vodove i priključke opreme prema uputama proizvođača.

Proizvođači električnih i elektroničkih komponenata trebali bi biti u mogućnosti pružiti tražene informacije o razini imunosti prema EMC standardima. Inače, proizvođač vjetroagregata trebao bi provesti ispitivanja za određivanje razine imunosti. Definirana razina imunosti komponenata u LPZ-u izravno definira potrebnu razinu zaštite od napona za granice LPZ-a. Imunost sustava mora biti dokazana, tamo gdje je to primjenjivo, sa svim instaliranim SPD-ovima i opremom koja se štiti.

Zaštita napajanja

Transformator vjetroagregata može se instalirati na različitim mjestima (u zasebnoj distribucijskoj stanici, u podnožju tornja, u tornju, u gondoli). Na primjer, u slučaju velikih vjetroagregata, neoklopljeni kabel od 20 kV u podnožju tornja usmjerava se na srednjenaponske rasklopne uređaje koji se sastoje od vakuumskog prekidača, mehanički zaključanog rastavljača prekidača selektora, prekidača uzemljenja i zaštitnog releja.

SN kablovi su usmjereni od SN postrojenja u kuli vjetroagregata do transformatora smještenog u gondoli. Transformator napaja upravljački ormar u podnožju tornja, razvodni ormar u gondoli i sustav tona u glavčini pomoću TN-C sustava (L1; L2; L3; PEN vodič; 3PhY; 3 W + G). Razvodni ormar u gondoli napaja električnu opremu izmjeničnim naponom od 230/400 V.

Prema IEC 60364-4-44, sva električna oprema ugrađena u vjetroagregat mora imati specifični nazivni podnosivi napon impulsa prema nominalnom naponu vjetroturbine. To znači da odvodnici prenaponske struje koji se ugrađuju moraju imati najmanje navedenu razinu zaštite od napona, ovisno o nominalnom naponu sustava. Odvodnici prenaponske struje koji se koriste za zaštitu sustava napajanja 400/690 V moraju imati minimalnu razinu zaštite napona Up ≤2,5 kV, dok odvodnici prenaponske struje koji se koriste za zaštitu sustava napajanja 230/400 V moraju imati razinu zaštite napona Up ≤1,5 kV kako bi se osigurala zaštita osjetljive električne / elektroničke opreme. Da bi se ispunio ovaj zahtjev, moraju se instalirati prenaponski zaštitni uređaji za sustave napajanja 400/690 V koji su sposobni provoditi struje groma od 10/350 μs valnog oblika bez razaranja i osigurati razinu naponske zaštite Up ≤2,5 kV.

Sustavi napajanja 230/400 V

Opskrba naponom upravljačkog ormara u podnožju tornja, razvodnog ormara u gondoli i sustava tona u glavčini pomoću 230/400 V TN-C sustava (3PhY, 3W + G) treba zaštititi razredom II odvodnici prenaponske struje poput SLP40-275 / 3S.

Zaštita svjetla upozorenja zrakoplova

Svjetlo upozorenja zrakoplova na jarbolnom senzoru u LPZ 0B treba zaštititi odvodnikom prenaponske klase klase II na odgovarajućim prijelazima zone (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2) (tablica 1).

Sustavi napajanja 400 / 690V Koordinirani jednopolni odvodnici struje groma s visokim ograničenjem struje praćenja za sustave napajanja 400/690 V kao što je SLP40-750 / 3S, moraju se instalirati kako bi zaštitili transformator 400/690 V , pretvarači, mrežni filtri i mjerna oprema.

Zaštita vodova generatora

Uzimajući u obzir tolerancije visokog napona, za zaštitu namota rotora generatora i opskrbnog voda pretvarača moraju se instalirati odvodnici prenaponske klase II za nominalne napone do 1000 V. Dodatni odvodnik na bazi iskrišta s nazivnim podnosivim naponom frekvencije snage UN / AC = 2,2 kV (50 Hz) koristi se za potencijalnu izolaciju i za sprečavanje preranog rada odvodnika na bazi varistora zbog fluktuacija napona koje mogu nastati tijekom rada pretvarača. Na svakoj strani statora generatora ugrađen je modularni tropolni odvodnik prenaponske klase klase II s povećanim nazivnim naponom varistora za sustave od 690 V.

Modularni tropolni odvodnici prenaponske klase klase II tipa SLP40-750 / 3S dizajnirani su posebno za vjetroturbine. Imaju nazivni napon varistora Umov od 750 V izmjenične struje, uzimajući u obzir fluktuacije napona koje se mogu pojaviti tijekom rada.

Odvodnici prenapona za IT sustave

Odvodnici prenapona za zaštitu elektroničke opreme u telekomunikacijskim i signalnim mrežama od neizravnih i izravnih učinaka udara groma i drugih privremenih prenaponskih udara opisani su u IEC 61643-21 i ugrađeni su na granicama zone u skladu s konceptom zone zaštite od munje.

Višestepeni odvodnici moraju biti izvedeni bez slijepih mjesta. Mora se osigurati međusobna koordinacija različitih stupnjeva zaštite, inače se neće aktivirati svi stupnjevi zaštite, što uzrokuje kvarove na prenaponskom zaštitnom uređaju.

U većini slučajeva, kablovi od staklenih vlakana koriste se za usmjeravanje IT vodova u vjetroturbinu i za povezivanje upravljačkih ormara od postolja tornja do gondole. Kabliranje između aktuatora i senzora te upravljačkih ormara izvedeno je oklopljenim bakrenim kabelima. Budući da su isključene smetnje elektromagnetskog okruženja, kablovi od staklenih vlakana ne moraju biti zaštićeni odvodnicima prenaponske struje, osim ako kabel od staklenih vlakana ima metalnu ovojnicu koja se mora integrirati izravno u izjednačavanje potencijala ili pomoću uređaja za zaštitu od prenapona.

Općenito, sljedeći zaštićeni signalni vodovi koji spajaju aktuatore i senzore s upravljačkim ormarima moraju biti zaštićeni prenaponskim zaštitnim uređajima:

• Signalne crte meteorološke stanice na jarbolu senzora.
• Signalne crte usmjerene između gondole i sustava tona u glavčini.
• Signalne linije za sustav tona.

Signalne crte meteorološke stanice

Signalne linije (sučelja 4 - 20 mA) između senzora meteorološke stanice i razvodnog ormara usmjerene su s LPZ 0B na LPZ 2 i mogu se zaštititi pomoću FLD2-24. Ovi kombinirani odvodnici koji štede prostor štite dva ili četiri pojedinačna voda sa zajedničkim referentnim potencijalom, kao i neuravnotežena sučelja, a dostupni su s izravnim ili neizravnim uzemljenjem oklopa. Za uzemljenje štita koriste se dvije fleksibilne stezaljke opruge za trajni kontakt oklopa niske impedance sa zaštićenom i nezaštićenom stranom odvodnika.

Laboratorijska ispitivanja prema IEC 61400-24

IEC 61400-24 opisuje dvije osnovne metode za provođenje ispitivanja otpornosti na razini sustava za vjetroelektrane:

• Tijekom ispitivanja impulsne struje u radnim uvjetima, impulsne struje ili djelomične struje munje ubrizgavaju se u pojedine vodove upravljačkog sustava dok je prisutan napon napajanja. Pritom se oprema koja se štiti, uključujući sve SPD, podvrgava ispitivanju impulsne struje.
• Druga metoda ispitivanja simulira elektromagnetske učinke elektromagnetskih impulsa munje (LEMP). Puna struja groma ubrizgava se u strukturu koja prazni struju groma, a ponašanje električnog sustava analizira se simulacijom kablova u radnim uvjetima što je realnije moguće. Strmina struje groma presudan je ispitni parametar.