Villám- és túlfeszültség-védelem a szélturbinarendszerben


Villám- és túlfeszültség-védelem a szélturbinarendszerben

A globális felmelegedés növekvő tudatossága és a fosszilis alapú üzemanyagok korlátai miatt egyre nyilvánvalóbbá válik, hogy jobb megújuló energiaforrásokat kell találni. A szélenergia felhasználása gyorsan növekvő iparág. Az ilyen telepítés általában nyílt és magas terepen található, és mint ilyen vonzó rögzítési pontokat jelent a villámcsökkenések számára. A megbízható ellátás fenntartása érdekében fontos a túlfeszültség károsodásának enyhítése. Az LSP túlfeszültség-védelmi eszközök széles választékát kínálja, mind a közvetlen, mind a részleges villámáramokhoz.

Villám- és túlfeszültség-védelem a szélturbinarendszerben

LSP a szélturbina alkalmazásokhoz rendelkezésre álló túlfeszültség-védelmi termékekkel rendelkezik. Kínálat az LSP-től a különféle DIN sínre szerelt védelmi termékekig, valamint a túlfeszültség- és villámfigyelés. Ahogy belépünk a történelembe, amikor a zöld energia és a technológia felé történő törekvés folyamatosan több szélerőmű park építését és a jelenlegi szélerőművek bővülését okozza, mind a turbinagyártók, mind a szélerőművek tulajdonosai / üzemeltetői egyre inkább tudatában vannak a villámcsapások. Az üzemeltetők által elszenvedett pénzügyi károk villámcsapás esetén kétféle formában fordulnak elő: a gépek fizikai károsodás miatt történő cseréjével és a rendszerrel kapcsolatos költségek offline állapotban vannak, és nem termelnek áramot. A turbinás elektromos rendszerek szembesülnek az őket körülvevő táj folyamatos kihívásaival, a szélturbinák általában a legmagasabb építmények a telepítésben. A zord időjárási viszonyok miatt, valamint annak a várakozásnak a figyelembevételével, hogy egy turbina élettartama alatt többször is villámcsapás lesz, a berendezések cseréjének és javításának költségeit minden szélerőmű-üzemeltető üzleti tervében figyelembe kell venni. A közvetlen és közvetett villámcsapás károsodását intenzív elektromágneses mezők hozzák létre, amelyek átmeneti túlfeszültségeket hoznak létre. Ezeket a túlfeszültségeket ezután az elektromos rendszeren keresztül közvetlenül a turbina érzékeny berendezéseire vezetik át. A túlfeszültség a rendszeren keresztül terjed, azonnali és látens károkat okozva az áramkörökben és a számítógépes berendezésekben. Az olyan alkatrészeket, mint a generátorok, transzformátorok és áramátalakítók, valamint a vezérlő elektronika, a kommunikációs és a SCADA rendszerek potenciálisan károsodhatnak a megvilágítás által okozott túlfeszültségek miatt. A közvetlen és azonnali kár nyilvánvaló lehet, de többszörös sztrájk vagy ismételt túlfeszültség következtében bekövetkező látens károsodás bekövetkezhet a végrehajtott szélturbina fő áramellátó alkatrészeiben, sokszor erre a kárra nem vonatkoznak a gyártó szavatosságai. a javítás és csere költségei az üzemeltetőket terhelik.

Az offline költségek egy másik fő tényező, amelyet bele kell számítani a szélerőműpel kapcsolatos üzleti tervbe. Ezek a költségek akkor merülnek fel, amikor a turbina le van tiltva, és egy szervizcsoportnak kell dolgoznia rajta, vagy cserélni kell alkatrészeket, amelyek mind a beszerzési, mind a szállítási, mind a telepítési költségekkel járnak. Az egyetlen villámcsapás miatt elveszthető bevételek jelentősek lehetnek, és az idő múlásával keletkező látens kár hozzáadódik ehhez az összeghez. Az LSP szélturbinavédelmi terméke jelentősen csökkenti a kapcsolódó költségeket azáltal, hogy többszörös sztrájk után is képes hibátlanul ellenállni a több villámlásnak.

szélturbinarendszer túlfeszültség-védelme

A széltrubinek túlfeszültség-védelmi rendszereinek háza

Az éghajlati viszonyok folyamatos változása a fosszilis tüzelőanyagoktól való növekvő függőséggel együtt világszerte nagy érdeklődést mutatott a fenntartható, megújuló energiaforrások iránt. A zöld energia egyik legígéretesebb technológiája a szélenergia, amely a magas beindítási költségek kivételével világszerte sok nemzet választása lenne. Például Portugáliában a szélenergia termelési célja 2006 és 2010 között az volt, hogy 25% -ra növelje a szélenergia teljes energiatermelését. Ezt a célt a későbbi években elérték, sőt meghaladták. Míg a szél- és napenergia-termelést szorgalmazó agresszív kormányzati programok jelentősen kibővítették a szélipart, ezzel együtt a szélturbinák számának növekedése növeli annak valószínűségét, hogy a turbinákat villámlás sújtja. A szélturbinákra irányuló közvetlen ütközések komoly problémának bizonyultak, és vannak olyan egyedi kérdések, amelyek a villámvédelmet a szélenergiában nagyobb kihívássá teszik, mint más iparágakban.

A szélturbinák felépítése egyedülálló, és ezek a magas, főleg fémszerkezetek nagyon érzékenyek a villámcsapások okozta károkra. Nehéz megvédeni őket a hagyományos túlfeszültség-védelmi technológiák alkalmazásával is, amelyek elsősorban egyetlen túlfeszültség után áldozzák fel magukat. A szélturbinák magassága meghaladhatja a 150 métert, és jellemzően magas földön helyezkednek el távoli területeken, amelyek ki vannak téve az elemeknek, ideértve a villámcsapásokat is. A szélturbina leginkább kitett alkatrészei a lapátok és a nacellák, amelyek általában kompozit anyagokból készülnek, amelyek nem képesek közvetlen villámcsapást kiváltani. Egy tipikus közvetlen sztrájk általában a pengékkel történik, ami olyan helyzetet teremt, amikor a túlfeszültség a szélmalomban lévő turbina alkatrészeken és potenciálisan a gazdaság minden, elektromosan összekapcsolt részén keresztül halad. A szélerőművekhez általában használt területek földelési körülményei rosszak, és a modern szélerőműpark feldolgozó elektronikája hihetetlenül érzékeny. Mindezek a kérdések a szélturbinák villám okozta károk elleni védelmét jelentik a legnagyobb kihívást.

Magában a szélturbina szerkezetében az elektronika és a csapágyak nagyon érzékenyek a villámkárosodásokra. A szélerőművek karbantartási költségei magasak, mivel nehézségekbe ütközik ezen alkatrészek cseréje. Olyan technológiák bevezetése, amelyek javíthatják a szükséges alkatrészek cseréjének statisztikai átlagát, nagy vita forrása a széltermeléssel foglalkozó legtöbb tanácsteremben és kormányzati ügynökségben. A túlfeszültség-védelmi termékcsalád robusztus jellege egyedülálló a túlfeszültség-védelmi technológiák között, mivel aktiválva is továbbra is védi a berendezést, és villámcsökkenés után nincs szükség cserére vagy visszaállításra. Ez lehetővé teszi, hogy a szélenergia-generátorok hosszabb ideig online maradjanak. Az offline állapotok és a turbinák karbantartás miatt leállt idejének statisztikai átlagainak bármilyen javítása végül további költségeket jelent a fogyasztó számára.

szélturbinarendszer túlfeszültség-védelme

A kisfeszültségű és vezérlő áramkörök károsodásának megakadályozása kulcsfontosságú, mivel tanulmányok kimutatták, hogy a szélturbina meghibásodásainak több mint 50% -át az ilyen típusú alkatrészek meghibásodása okozza. A közvetlen és indukált villámcsapásoknak és a visszaáramlási hullámoknak tulajdonított dokumentált meghibásodások, amelyek közvetlenül a villámcsapások után terjednek, gyakoriak. A rendszerek áramellátó oldalán elhelyezett villámmegszakítókat az alacsony feszültségű oldallal együtt földelik annak érdekében, hogy csökkentsék a földelési ellenállást, növelve az egész lánc azon képességét, hogy ellenálljon egy szélturbina sztrájkjának.

Villám- és túlfeszültség-védelem szélturbináknál

Ez a cikk villám- és túlfeszültség-védelmi intézkedések végrehajtását írja le a szélturbinák elektromos és elektronikus készülékeire és rendszereire.

A szélturbinák rendkívül kiszolgáltatott felülete és magassága miatt rendkívül érzékenyek a közvetlen villámcsapások hatásaira. Mivel a szélturbina villámlásának kockázata a magasságával kvadratikusan növekszik, becsülhető, hogy egy több megawattos szélerőművet nagyjából tizenkét havonta ér egy közvetlen villámcsapás.

A betáplálási kompenzációnak néhány éven belül le kell amortizálnia a magas beruházási költségeket, ami azt jelenti, hogy el kell kerülni a villámlás és a túlfeszültség okozta károkat, valamint a kapcsolódó újrapárosítási költségeket. Ezért elengedhetetlenek az átfogó villám- és túlfeszültség-védelmi intézkedések.

A szélturbinák villámvédelmi rendszerének tervezésénél nemcsak felhő-föld villanásokat, hanem föld-felhő villanásokat, úgynevezett felfelé vezetőket is figyelembe kell venni azoknál a tárgyaknál, amelyek magassága meghaladja a 60 m-t, szabadon álló helyeken . Ezen rotorok magas elektromos töltését különösen figyelembe kell venni a rotorlapátok védelmében és a megfelelő villámáram-levezetők kiválasztásában.

Szabványosítás - Villám- és túlfeszültség-védelem a szélturbinarendszerben
A védelmi koncepciónak az IEC 61400-24, az IEC 62305 szabványsorozat nemzetközi szabványain és a Germanischer Lloyd osztályozó társaság irányelvein kell alapulnia.

Szélturbinarendszer villám- és túlfeszültség-védelme

Védelmi intézkedések
Az IEC 61400-24 javasolja a szélturbina villámvédelmi rendszerének valamennyi alkomponensének kiválasztását az I. villámvédelmi szint (LPL) szerint, hacsak egy kockázatelemzés nem igazolja, hogy alacsonyabb LPL elegendő. Kockázatelemzés azt is feltárhatja, hogy a különböző alkomponensek eltérő LPL-kkel rendelkeznek. Az IEC 61400-24 azt ajánlja, hogy a villámvédelmi rendszer egy átfogó villámvédelmi koncepción alapuljon.

A szélturbinák villám- és túlfeszültség-védelme egy külső villámvédelmi rendszerből (LPS) és túlfeszültség-védelmi intézkedésekből (SPM) áll az elektromos és elektronikus berendezések védelme érdekében. A védelmi intézkedések megtervezéséhez célszerű a szélturbinát villámvédelmi zónákra (LPZ) felosztani.

A szélturbinák villám- és túlfeszültség-védelme két alrendszert véd, amelyek csak a szélturbinákban találhatók meg, nevezetesen a rotorlapátokat és a mechanikus erőátvitelt.

Az IEC 61400-24 részletesen leírja, hogyan kell megvédeni a szélturbina ezen speciális részeit, és hogyan lehet bizonyítani a villámvédelmi intézkedések hatékonyságát.

E szabvány szerint célszerű nagyfeszültségű vizsgálatokat végezni annak ellenőrzése érdekében, hogy az adott rendszer villámáram-ellenállóképessége első lökettel és hosszú lökettel lehetséges-e közös kisülésben.

A rotorlapátok és a forgathatóan szerelt alkatrészek / csapágyak védelmével kapcsolatos összetett problémákat részletesen meg kell vizsgálni, és az alkatrész gyártójától és típusától függenek. Az IEC 61400-24 szabvány fontos információkat nyújt e tekintetben.

Villámvédelmi zóna koncepció
A villámvédelmi zóna koncepciója strukturáló intézkedés egy meghatározott EMC-környezet létrehozására egy objektumban. A meghatározott elektromágneses összeférhetőségi környezetet a felhasznált elektromos berendezések védettsége határozza meg. A villámvédelmi zóna koncepciója lehetővé teszi a vezetett és sugárzott interferencia csökkentését a meghatározott határok határán. Emiatt a védendő objektum védelmi zónákra oszlik.

Szélturbinarendszer villám- és túlfeszültség-védelme

A gördülőgömb-módszer alkalmazható az LPZ 0A meghatározására, nevezetesen a szélturbina azon részeire, amelyek közvetlen villámcsapásoknak lehetnek kitéve, és az LPZ 0B-re, nevezetesen a szélturbina azon részeire, amelyeket külső légáramlás véd a közvetlen villámcsapásoktól. a szélturbina részeibe (például a rotorlapátba) integrált végberendezések vagy légelzáró rendszerek.

Az IEC 61400-24 szerint a gördülőgömb módszer nem alkalmazható maguknak a rotorlapátoknak. Ezért a légelzáró rendszer kialakítását az IEC 8.2.3-61400 szabvány 24. Fejezete szerint kell tesztelni.

Az 1. ábra a gördülő gömb módszer tipikus alkalmazását mutatja, míg a 2. ábra a szélturbina lehetséges felosztását különböző villámvédelmi zónákra. A villámvédelmi zónákra történő felosztás a szélturbina kialakításától függ. Ezért meg kell figyelni a szélturbina szerkezetét.

Döntő azonban, hogy a szélturbina kívülről az LPZ 0A-ba bejuttatott villámparamétereket megfelelő árnyékoló intézkedések és túlfeszültség-védő eszközök csökkentik-e a zóna minden határán, hogy a szélturbinán belüli elektromos és elektronikus eszközök és rendszerek működhessenek biztonságosan.

Árnyékoló intézkedések
A burkolatot kapszulázott fém pajzsként kell megtervezni. Ez azt jelenti, hogy a burkolatban olyan térfogat érhető el, amelynek elektromágneses tere lényegesen alacsonyabb, mint a szélturbinán kívüli tér.

Az IEC 61400-24 szerint egy főleg nagy szélturbinákhoz használt csőszerű acéltorony szinte tökéletes Faraday ketrecnek tekinthető, amely a legalkalmasabb az elektromágneses árnyékoláshoz. A házban vagy a „nacellában”, és ha van ilyen, a műveleti épületben található kapcsolóberendezéseknek és vezérlőszekrényeknek szintén fémből kell készülniük. Az összekötő kábeleknek tartalmazniuk kell egy külső árnyékolást, amely képes villámáramok továbbítására.

Az árnyékolt kábelek csak akkor ellenállnak az EMC-interferenciának, ha az árnyékolások mindkét végén összekapcsolták az potenciálkiegyenlítést. Az árnyékolásokat teljesen (360 °) érintkező érintkezőkön keresztül kell érinteni, anélkül, hogy az EMC-kompatibilis hosszú csatlakozókábeleket a szélturbinára ne telepítenék.

A szélturbinák túlfeszültség-védelme

A mágneses árnyékolást és a kábelvezetést az IEC 4-62305 4. szakaszának megfelelően kell végrehajtani. Ezért az EMC-kompatibilis telepítési gyakorlatra vonatkozó általános irányelveket kell alkalmazni az IEC / TR 61000-5-2 szabvány szerint.

Az árnyékoló intézkedések például:

  • Fémfonat felszerelése GRP-vel bevont nacellákra.
  • Fém torony.
  • Fém kapcsolószekrények.
  • Fém vezérlőszekrények.
  • Villámáram, amely árnyékolt csatlakozókábeleket hordoz (fém kábelcsatorna, árnyékolt cső vagy hasonló).
  • Kábel árnyékolás.

Külső villámvédelmi intézkedések
A külső LPS feladata a közvetlen villámcsapások lehallgatása, ideértve a villámcsapásokat is a szélturbina tornyába, és a villámáram leadása az ütés helyétől a földig. Arra is szolgál, hogy a villámáramot eloszlassa a talajban hő- vagy mechanikai károsodás vagy veszélyes szikrázás nélkül, amely tüzet vagy robbanást okozhat, és embereket veszélyeztethet.

A szélturbinák lehetséges ütési pontjai (a rotorlapátok kivételével) az 1. ábrán bemutatott gördülőgömb-módszerrel határozhatók meg. A szélturbinák esetében célszerű az LPS I osztályt használni. Ezért a r = 20 m sugarat gördítenek a szélturbinára az ütési pontok meghatározásához. Légzáró rendszerekre van szükség, ahol a gömb érintkezik a szélturbinával.

A nacelle / burkolat szerkezetét be kell építeni a villámvédelmi rendszerbe annak biztosítása érdekében, hogy a nacellában lévő villámcsapások vagy természetes fémrészeket érjenek el, amelyek képesek ellenállni ennek a terhelésnek, vagy pedig egy erre a célra kialakított légelzáró rendszert. A GRP bevonattal ellátott nacellákat léglezáró rendszerrel és lefelé vezetőkkel kell felszerelni, amelyek ketrecet képeznek a nacelle körül.

A szélturbina villám- és túlfeszültség-védelme

Az ebben a ketrecben levő csupasz vezetőkkel rendelkező légelzáró rendszernek képesnek kell lennie a villámcsapások elviselésére a kiválasztott villámvédelmi szintnek megfelelően. A Faraday-ketrec további vezetőit úgy kell megtervezni, hogy azok ellenálljanak a villámáramnak. Az IEC 61400-24 szabványnak megfelelően a nacellán kívülre szerelt mérőberendezések védelmére szolgáló légzáró rendszereket az IEC 62305-3 általános követelményeinek megfelelően kell megtervezni, és a lefelé vezetőket a fent leírt ketrechez kell csatlakoztatni.

Az LPS-be integrálhatók olyan vezetőképes anyagokból készült „természetes alkatrészek”, amelyeket állandóan a szélturbinába vagy a szélre telepítenek és változatlanok maradnak (pl. A rotorlapátok villámvédelmi rendszere, csapágyak, nagykeretek, hibrid torony stb.). Ha a szélturbinák fémszerkezetűek, akkor feltételezhető, hogy megfelelnek az LPS I osztályú külső villámvédelmi rendszer követelményeinek az IEC 62305 szerint.

Ez megköveteli, hogy a villámcsapást a rotorlapátok LPS-jével biztonságosan lehallgassák, hogy természetes komponensek, például csapágyak, nagykeretek, torony és / vagy megkerülő rendszerek (pl. Nyitott szikrahézagok, szénkefék).

Légzáró rendszer / lefelé vezető
Amint az az 1. ábrán látható, a rotorlapátok; nacelle, beleértve a felépítményeket is; a szélturbina rotoragyát és tornyát villámcsapás érheti.
Ha biztonságosan képesek feltartóztatni a 200 kA maximális villámimpulzus-áramot és ki tudják vezetni a földdel záró rendszerbe, akkor a szélturbina külső villámvédelmi rendszerének levegő-lezáró rendszerének „természetes alkatrészeiként” használhatók.

A GRP penge mentén gyakran telepítenek fémes receptorokat, amelyek a villámcsapások meghatározott ütési pontjait képviselik, hogy megvédjék a rotorlapátokat a villámlás okozta károsodásoktól. Egy lefelé vezető vezetik a receptortól a penge gyökeréhez. Villámcsapás esetén feltételezhető, hogy a villámcsapás eltalálja a penge csúcsát (receptort), majd a kés belsejében lévő lefelé vezetőn keresztül a földgomb és a torony útján a földzáró rendszerbe kerül.

Föld-lezáró rendszer
A szélturbinák földzáró rendszerének több funkciót kell ellátnia, például személyi védelmet, EMC-védelmet és villámvédelmet.

A villamos áramok eloszlásához és a szélturbina tönkremenetelének megakadályozásához elengedhetetlen a hatékony földzáró rendszer (lásd a 3. ábrát). Ezenkívül a földet lezáró rendszernek meg kell védenie az embereket és az állatokat az áramütéstől. Villámcsapás esetén a földet lezáró rendszernek nagy villámáramokat kell a földre juttatnia, és azokat veszélyes hő- és / vagy elektrodinamikai hatások nélkül eloszlatnia a földben.

Általánosságban fontos egy szélturbinára vonatkozó földzáró rendszer létrehozása, amelyet arra használnak, hogy megvédje a szélturbinát a villámcsapásoktól és földelje az áramellátó rendszert.

Megjegyzés: Az elektromos nagyfeszültségű előírások, például a Cenelec HO 637 S1 vagy az alkalmazandó nemzeti szabványok meghatározzák, hogyan kell megtervezni egy földelő végződési rendszert a magas vagy közepes feszültségű rendszerek rövidzárlatai által okozott magas tapintási és lépésfeszültségek megelőzése érdekében. A személyek védelme tekintetében az IEC 61400-24 szabvány hivatkozik az IEC // TS 60479-1 és az IEC 60479-4 szabványokra.

Földelektródák elrendezése

Az IEC 62305-3 szabvány két alapvető típusú földelektróda elrendezést ír le a szélturbinák számára:

A típus: Az IEC 61400-24 szabvány I. melléklete szerint ezt az elrendezést nem szabad szélturbináknál használni, de mellékletekként (például mérőberendezéseket tartalmazó épületek vagy irodák fészerei mellett egy szélerőműpel kapcsolatban). Az A típusú földelektróda-elrendezések vízszintes vagy függőleges földelőelektródákból állnak, amelyeket az épület legalább két lefelé vezetője köt össze.

B típus: Az IEC 61400-24 szabvány I. melléklete szerint ezt az elrendezést kell alkalmazni a szélturbináknál. Vagy áll a földbe szerelt külső gyűrűs földelektródból, vagy egy alapozó földelőelektródából. A gyűrűs földelektródákat és az alapzatban lévő fém alkatrészeket össze kell kötni a torony szerkezetével.

A toronyalap megerősítését be kell építeni a szélturbina földelési koncepciójába. A toronyalap földelosztó rendszerét és a műveleti épületet földelt elektródák hálóval kell összekötni, hogy a lehető legnagyobb területen terjedő földzáró rendszert nyerjünk. A villámcsapás következtében fellépő túlzott feszültségek elkerülése érdekében a személyek védelme érdekében a torony alapja körül potenciálszabályozó és korrózióálló (rozsdamentes acélból készült) gyűrűs földelektródákat kell felszerelni (lásd 3. ábra).

Alapozó földelektródák

Az alapozó földelektródák műszaki és gazdasági értelemben vettek részt, és például az áramellátó vállalatok német műszaki csatlakozási feltételeiben (TAB) előírják őket. Az alapföldelektródák az elektromos berendezés részét képezik, és eleget tesznek az alapvető biztonsági funkcióknak. Ezért elektromosan jártas személyeknek, vagy villamosan képzett személyek felügyelete alatt kell őket felszerelni.

A földelektródákhoz használt fémeknek meg kell felelniük az IEC 7-62305 3. táblázatában felsorolt ​​anyagoknak. Mindig be kell tartani a fém korróziós viselkedését a talajban. Az alapozó földelektródákat horganyzott vagy nem horganyzott acélból (kerek vagy szalagacél) kell készíteni. A kerek acél átmérőjének legalább 10 mm-nek kell lennie. A szalagacél minimális méreteinek 30 x 3,5 mm-nek kell lennie. Ne feledje, hogy ezt az anyagot legalább 5 cm betonnal kell borítani (korrózióvédelem). Az alap földelő elektródát össze kell kötni a szélerőmű fő potenciálkiegyenlítő rúdjával. A korrózióálló csatlakozásokat rozsdamentes acélból készült kapcsok rögzített földelő pontjain keresztül kell kialakítani. Ezenkívül egy rozsdamentes acélból készült gyűrűs földelő elektródát kell a földbe beépíteni.

Védelem az LPZ 0A és az LPZ 1 közötti átmenetnél

Az elektromos és elektronikus eszközök biztonságos működésének biztosítása érdekében az LPZ-k határait le kell árnyékolni a sugárzott és a vezetett interferenciák ellen (lásd 2. és 4. ábra). Az LPZ 0A-ról az LPZ 1-re való átmenetnél túlfeszültség-védő berendezéseket kell elhelyezni, amelyek képesek nagy riasztási áramokat kisütni (ezt más néven „villám-potenciálkötésnek” nevezik). Ezeket a túlfeszültség-védelmi berendezéseket I. osztályú villámáram-levezetőknek nevezik, és 10/350 μs hullámformájú impulzusáramokkal tesztelik. Az LPZ 0B-ről az LPZ 1-re és az LPZ 1-re és magasabbra történő átmenetkor csak a rendszeren kívül indukált feszültségek vagy a rendszerben keletkező túlfeszültségek által okozott alacsony energiájú impulzusáramokkal kell megbirkózni. Ezeket a túlfeszültség-védelmi berendezéseket II. Osztályú túlfeszültség-korlátozóknak nevezik, és 8/20 μs hullámformájú impulzusáramokkal tesztelik.

A villámvédelmi zóna koncepciója szerint az összes bejövő kábelt és vezetéket kivétel nélkül be kell építeni a villámpotenciál-összekötésbe az I. osztályú villámáram-levezetők segítségével az LPZ 0A és LPZ 1, illetve az LPZ 0A és LPZ 2 határán.

A védendő térfogaton belül minden további zónahatárra egy másik helyi potenciálkiegyenlítést kell beépíteni, amelyben az ebbe a határba belépő összes kábelt és vezetéket be kell építeni.

A 2. típusú túlfeszültség-levezetőknek az LPZ 0B-ről az LPZ 1-re és az LPZ 1-ről az LPZ 2-re történő átmenetre kell települniük, míg a III. Osztályú túlfeszültség-levezetőknek az LPZ 2-ről az LPZ 3-ra történő átmenetnél kell lenniük. A II. És a III. Osztály funkciója a túlfeszültség-levezetőknek csökkenteniük kell a felfelé irányuló védelmi fokozatok maradék interferenciáját, és korlátozniuk kell a szélturbinában kiváltott vagy generált túlfeszültségeket.

SPD-k kiválasztása a feszültség védelmi szintje (Up) és a berendezés immunitása alapján

Az Up LPZ-ben történő leírásához meg kell határozni az LPZ-ben lévő készülékek immunitási szintjét, pl. Az elektromos vezetékek és a berendezések csatlakoztatása esetén az IEC 61000-4-5 és az IEC 60664-1 szerint; az IEC 61000-4-5, az ITU-T K.20 és az ITU-T K.21 szerinti távközlési vonalakhoz és berendezések csatlakoztatásához, valamint a berendezések egyéb vezetékeihez és csatlakozásaihoz a gyártó utasításai szerint.

Az elektromos és elektronikus alkatrészek gyártói számára lehetővé kell tenni, hogy az EMC szabványoknak megfelelően megadják a szükséges információkat az immunitás szintjéről. Ellenkező esetben a szélturbina gyártójának teszteket kell végrehajtania az immunitás szintjének meghatározására. Az LPZ alkatrészeinek meghatározott immunitási szintje közvetlenül meghatározza az LPZ határokhoz szükséges feszültségvédelmi szintet. Adott esetben a rendszer védettségét minden beépített SPD-vel és a védendő berendezéssel igazolni kell.

Tápellátás védelme

A szélturbina transzformátorát különböző helyekre lehet telepíteni (külön elosztóállomáson, a torony alapjában, a toronyban, a nacellában). Például nagy szélturbinák esetén a torony aljzatában lévő 20 kV-os árnyékolatlan kábelt a középfeszültségű kapcsolóberendezésekbe vezetik, amelyek vákuum megszakítóból, mechanikusan reteszelt választókapcsoló szakaszolóból, kimenő földelő kapcsolóból és védőreléből állnak.

Az MV kábeleket a szélturbina tornyában lévő MV kapcsoló berendezésektől a nacellában elhelyezett transzformátorig vezetik. A transzformátor TN-C rendszerrel táplálja a torony talapzatában lévő vezérlőszekrényt, a gyöngyház kapcsolószekrényét és az agyban lévő hangmagasság-rendszert (L1; L2; L3; PEN vezető; 3PhY; 3 W + G). A gyöngyház kapcsolószekrénye az elektromos berendezéseket 230/400 V AC feszültséggel látja el.

Az IEC 60364-4-44 szerint a szélturbinába telepített összes elektromos berendezésnek a névleges feszültségnek megfelelő névleges impulzusálló feszültséggel kell rendelkeznie. Ez azt jelenti, hogy a telepítendő túlfeszültség-levezetőknek a rendszer névleges feszültségétől függően legalább a megadott feszültségvédelmi szinttel kell rendelkezniük. A 400/690 V-os tápellátó rendszerek védelmére használt túlfeszültség-levezetők minimális feszültségvédelmi szintje legfeljebb Up 2,5 kV, míg a 230/400 V-os áramellátó rendszerek védelmére használt túlfeszültség-levezetők feszültség-védelmi szintje Up legfeljebb 1,5 kV az érzékeny elektromos / elektronikus berendezések védelmének biztosítása érdekében. Ennek a követelménynek a teljesítéséhez olyan 400/690 V-os tápellátó rendszerek túlfeszültség-védő eszközeit kell felszerelni, amelyek képesek 10/350 μs hullámformájú villámáramokat roncsolásmentesen vezetni, és biztosítják az Up ≤2,5 kV feszültségvédelmi szintet.

230/400 V tápellátó rendszerek

A torony talpában lévő vezérlőszekrény, a kapcsolószekrény a gyöngyházban és az osztómagasság-rendszer feszültségellátását egy 230/400 V-os TN-C rendszer (3PhY, 3W + G) segítségével a II. túlfeszültség-levezetők, például SLP40-275 / 3S.

A repülőgép figyelmeztető lámpájának védelme

Az LPZ 0B érzékelőoszlopán lévő repülőgép figyelmeztető lámpáját II. Osztályú túlfeszültség-levezetővel kell védeni a megfelelő zónaváltásoknál (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2) (1. táblázat).

400 / 690V-os tápellátó rendszerek A 400/690 V-os transzformátor védelme érdekében a 40/750 V-os tápegységekhez, például az SLP3-400 / 690S-hez összehangolt egypólusú villámáram-levezetőknek nagy követési áramkorlátozással kell rendelkezniük. , inverterek, hálózati szűrők és mérőberendezések.

A generátorvezetékek védelme

Figyelembe véve a nagyfeszültség-tűréseket, II. Osztályú túlfeszültség-levezetőknek 1000 V-ig terjedő névleges feszültségig kell lenniük a generátor rotortekercselésének és az inverter tápvezetékének védelme érdekében. Egy további szikrahéz alapú leválasztót névleges teljesítményfrekvenciával ellenáll az UN / AC = 2,2 kV (50 Hz) feszültségnek a potenciál elszigetelésére és annak megakadályozására, hogy a varisztor alapú levezetők idő előtt működjenek az esetlegesen fellépő feszültségingadozások miatt az inverter működése közben. A generátor állórészének mindkét oldalán egy moduláris hárompólusú, II. Osztályú túlfeszültség-levezető van felszerelve a varisztor megnövelt névleges feszültségével 690 V-os rendszerekhez.

Az SLP40-750 / 3S típusú, moduláris hárompólusú II osztályú túlfeszültség-levezetők kifejezetten szélturbinákhoz lettek kialakítva. Az Umov varisztor névleges feszültsége 750 V AC, figyelembe véve a működés közben fellépő feszültségingadozásokat.

Túlfeszültség-levezetők informatikai rendszerekhez

A távközlési és jelzőhálózatok elektronikus berendezéseinek villámcsapások és egyéb átmeneti túlfeszültségek közvetett és közvetlen hatásaival szembeni védelmét szolgáló túlfeszültség-levezetők az IEC 61643-21 szabványban vannak leírva, és a villámvédelmi zóna koncepciójának megfelelően vannak a zónahatárokra telepítve.

A többlépcsős korlátokat vakfoltok nélkül kell megtervezni. Biztosítani kell, hogy a különféle védelmi fokozatok összehangoltak legyenek, különben nem minden védelmi fokozat aktiválódik, ami hibákat okoz a túlfeszültség-védelmi eszközben.

Az esetek többségében üvegszálas kábeleket használnak az informatikai vonalak szélturbinába vezetésére, valamint a vezérlőszekrények összekapcsolására a torony aljától a peremig. A működtetők és érzékelők, valamint a kezelőszekrények közötti kábelezés árnyékolt rézkábelekkel történik. Mivel az elektromágneses környezet által okozott interferencia kizárt, az üvegszálas kábeleket nem kell túlfeszültség-levezetőkkel védeni, kivéve, ha az üvegszálas kábelnek van egy fémhüvelye, amelyet közvetlenül az potenciálkiegyenlítésbe vagy túlfeszültség-védő eszközökkel kell beépíteni.

Általában a következő árnyékolt jelvezetékeket, amelyek összekapcsolják a működtetőket és az érzékelőket a vezérlőszekrényekkel, túlfeszültség-védő eszközökkel kell védeni:

  • Az időjárás állomás jelvezetékei az érzékelőoszlopon.
  • Jelgörzsek vezetnek a nacelle és a hub hangmagasság-rendszere között.
  • Jelvezetékek a hangmagasság-rendszerhez.

Az időjárási állomás jelvonalai

Az időjárás állomás érzékelői és a kapcsolószekrény érzékelői közötti jelvezetékeket (4 - 20 mA interfészek) az LPZ 0B és az LPZ 2 között vezetik, és az FLD2-24 segítségével védhetők. Ezek a helytakarékos kombinált levezetők két vagy négy, egyforma referenciapotenciállal rendelkező vonalat és kiegyensúlyozatlan interfészeket védenek, és közvetlen vagy közvetett árnyékolással is elérhetők. Két rugalmas rugós sorkapcsot használnak az alacsony impedanciájú árnyékolás állandó érintkezéséhez a levezető védett és védtelen oldalával.

Laboratóriumi vizsgálatok az IEC 61400-24 szerint

Az IEC 61400-24 két alapvető módszert ír le a szélerőművek rendszerszintű immunitási tesztjeinek elvégzésére:

  • Az üzemi körülmények között végzett impulzusáram-vizsgálatok során impulzusáramokat vagy részleges villámáramokat fecskendeznek be a vezérlőrendszer egyes vezetékeibe, miközben tápfeszültség van jelen. Ennek során a védendő berendezéseket, beleértve az összes SPD-t, impulzusáram-tesztnek vetik alá.
  • A második vizsgálati módszer a villám elektromágneses impulzusainak (LEMP) elektromágneses hatásait szimulálja. A teljes villámáramot bejuttatjuk a villámáramot kibocsátó szerkezetbe, és elemezzük az elektromos rendszer viselkedését a kábelezés működési körülmények közötti lehető legreálisabb szimulálásával. A villámáram meredeksége döntő vizsgálati paraméter.