Perlindungan petir dan lonjakan arus untuk sistem turbin angin

Dengan meningkatnya kesadaran akan pemanasan global dan keterbatasan bahan bakar fosil kita, kebutuhan untuk menemukan sumber energi terbarukan yang lebih baik menjadi jelas. Penggunaan energi angin merupakan industri yang berkembang pesat. Instalasi semacam itu umumnya terletak di medan terbuka dan ditinggikan dan dengan demikian terdapat titik tangkap yang menarik untuk pelepasan petir. Jika pasokan yang andal harus dipertahankan, penting agar sumber kerusakan tegangan berlebih dikurangi. LSP menyediakan berbagai perangkat perlindungan lonjakan yang sesuai untuk arus petir langsung dan parsial.

LSP memiliki rangkaian lengkap produk pelindung lonjakan arus yang tersedia untuk aplikasi turbin angin. Penawaran dari LSP ke berbagai produk perlindungan yang dipasang di rel DIN serta pemantauan lonjakan dan petir. Saat kita memasuki masa dalam sejarah ketika dorongan menuju energi dan teknologi ramah lingkungan terus-menerus menyebabkan lebih banyak ladang angin dibangun, dan ladang angin saat ini diperluas, baik produsen turbin maupun pemilik / operator ladang angin semakin menyadari biaya yang terkait dengan sambaran petir. Kerusakan moneter yang dialami operator ketika ada kejadian sambaran petir datang dalam dua bentuk, biaya yang terkait dengan penggantian mesin karena kerusakan fisik dan biaya yang terkait dengan sistem yang offline dan tidak menghasilkan listrik. Sistem kelistrikan turbin menghadapi tantangan terus-menerus dari lanskap yang mengelilinginya, dengan turbin angin umumnya menjadi struktur tertinggi dalam sebuah instalasi. Karena cuaca buruk yang akan mereka hadapi, dikombinasikan dengan ekspektasi turbin yang disambar petir beberapa kali selama masa pakainya, biaya penggantian dan perbaikan peralatan harus diperhitungkan dalam rencana bisnis operator pembangkit listrik tenaga angin. Kerusakan sambaran petir langsung dan tidak langsung dibuat oleh medan elektromagnetik yang kuat yang menciptakan tegangan lebih transien. Tegangan lebih ini kemudian dilewatkan melalui sistem kelistrikan secara langsung ke peralatan sensitif di dalam turbin itu sendiri. Lonjakan tersebut menyebar melalui sistem yang menghasilkan kerusakan langsung dan laten pada sirkuit dan peralatan komputerisasi. Komponen seperti generator, trafo, dan konverter daya serta elektronik kontrol, komunikasi, dan sistem SCADA berpotensi rusak oleh gelombang listrik yang tercipta. Kerusakan langsung dan langsung mungkin terlihat jelas, tetapi kerusakan laten yang terjadi sebagai akibat dari beberapa pemogokan atau paparan berulang terhadap lonjakan dapat terjadi pada komponen daya utama dalam turbin angin yang terkena dampak, sering kali kerusakan ini tidak dicakup oleh jaminan pabrikan, dan dengan demikian biaya perbaikan dan penggantian ditanggung operator.

Biaya offline adalah faktor utama lain yang harus dimasukkan ke dalam rencana bisnis apa pun yang terkait dengan ladang angin. Biaya-biaya ini timbul saat turbin dinonaktifkan dan harus dikerjakan oleh tim servis, atau penggantian komponen yang melibatkan biaya pembelian, pengangkutan, dan pemasangan. Pendapatan yang bisa hilang karena satu sambaran petir bisa menjadi signifikan, dan kerusakan laten yang dihasilkan dari waktu ke waktu menambah total itu. Produk perlindungan turbin angin LSP secara signifikan mengurangi biaya terkait dengan mampu menahan beberapa lonjakan petir tanpa kegagalan, bahkan setelah beberapa kali sambaran.

Kasus untuk sistem proteksi lonjakan untuk trubines angin

Perubahan terus-menerus dalam kondisi iklim dikombinasikan dengan meningkatnya ketergantungan pada bahan bakar fosil telah memberikan perhatian besar pada sumber daya energi terbarukan yang berkelanjutan di seluruh dunia. Salah satu teknologi yang paling menjanjikan dalam energi hijau adalah tenaga angin, yang akan menjadi pilihan banyak negara di seluruh dunia kecuali biaya awal yang tinggi. Misalnya, di Portugal, tujuan produksi tenaga angin dari tahun 2006 hingga 2010 adalah untuk meningkatkan hingga 25% dari total produksi energi tenaga angin, suatu tujuan yang telah dicapai dan bahkan dilampaui di tahun-tahun berikutnya. Sementara program-program pemerintah yang agresif mendorong produksi energi angin dan matahari telah memperluas industri angin secara substansial, dengan peningkatan jumlah turbin angin ini meningkatkan kemungkinan turbin disambar petir. Serangan langsung ke turbin angin telah diakui sebagai masalah serius, dan ada masalah unik yang membuat proteksi petir lebih menantang dalam energi angin daripada di industri lain.

Konstruksi turbin angin itu unik, dan struktur tinggi yang sebagian besar terbuat dari logam ini sangat rentan terhadap kerusakan akibat sambaran petir. Mereka juga sulit dilindungi menggunakan teknologi perlindungan lonjakan konvensional yang terutama mengorbankan diri mereka sendiri setelah satu lonjakan. Turbin angin dapat mencapai ketinggian lebih dari 150 meter, dan biasanya terletak di dataran tinggi di daerah terpencil yang terkena elemen, termasuk sambaran petir. Komponen turbin angin yang paling terbuka adalah bilah dan nacelle, dan ini umumnya terbuat dari bahan komposit yang tidak dapat menahan sambaran petir langsung. Serangan langsung yang khas umumnya terjadi pada bilah, menciptakan situasi di mana lonjakan bergerak ke seluruh komponen turbin di dalam kincir angin dan berpotensi ke semua area pertanian yang terhubung secara listrik. Area yang biasanya digunakan untuk ladang angin menunjukkan kondisi pembumian yang buruk, dan ladang angin modern memiliki pemrosesan elektronik yang sangat sensitif. Semua masalah ini membuat perlindungan turbin angin dari kerusakan terkait petir paling menantang.

Di dalam struktur turbin angin itu sendiri, elektronik dan bearing sangat rentan terhadap kerusakan petir. Biaya perawatan yang terkait dengan turbin angin tinggi karena sulitnya mengganti komponen tersebut. Membawa teknologi yang dapat meningkatkan rata-rata statistik untuk penggantian komponen yang diperlukan adalah sumber diskusi yang bagus di sebagian besar ruang dewan dan lembaga pemerintah yang terlibat dengan produksi angin. Sifat kuat dari lini produk perlindungan lonjakan adalah unik di antara teknologi perlindungan lonjakan karena terus melindungi peralatan bahkan saat diaktifkan, dan tidak perlu penggantian atau pengaturan ulang setelah lonjakan petir. Hal ini memungkinkan generator tenaga angin tetap online untuk waktu yang lebih lama. Setiap peningkatan pada rata-rata statistik status offline dan waktu turbin mati untuk pemeliharaan pada akhirnya akan membawa biaya lebih lanjut kepada konsumen.

Mencegah kerusakan pada tegangan rendah dan sirkuit kontrol sangat penting, karena penelitian telah menunjukkan bahwa lebih dari 50% kegagalan turbin angin disebabkan oleh kerusakan komponen jenis ini. Kerusakan peralatan yang terdokumentasi yang dikaitkan dengan sambaran petir langsung dan yang diinduksi serta lonjakan arus balik yang menyebar tepat setelah sambaran petir, adalah hal biasa. Penangkal petir yang dipasang ke sisi jaringan daya sistem di-ground-kan bersama dengan sisi tegangan rendah untuk mengurangi tahanan pentanahan, meningkatkan kemampuan seluruh rantai untuk menahan sambaran ke turbin angin tunggal.

Perlindungan petir dan lonjakan untuk turbin angin

Artikel ini menjelaskan implementasi tindakan proteksi petir dan lonjakan untuk perangkat dan sistem listrik dan elektronik di turbin angin.

Turbin angin sangat rentan terhadap efek sambaran petir langsung karena permukaan dan ketinggiannya yang terbuka lebar. Karena risiko petir yang menyambar turbin angin meningkat secara kuadratik dengan ketinggiannya, dapat diperkirakan bahwa turbin angin multi-megawatt disambar petir langsung kira-kira setiap dua belas bulan.

Kompensasi feed-in harus mengurangi biaya investasi yang tinggi dalam beberapa tahun, yang berarti bahwa waktu henti akibat petir dan kerusakan lonjakan serta biaya pemasangan kembali yang terkait harus dihindari. Inilah sebabnya mengapa tindakan proteksi petir dan lonjakan yang komprehensif sangat penting.

Saat merencanakan sistem proteksi petir untuk turbin angin, tidak hanya kilatan awan-ke-bumi, tetapi juga kilatan bumi-ke-awan, yang disebut sebagai pemimpin ke atas, harus dipertimbangkan untuk objek dengan ketinggian lebih dari 60 m di lokasi yang terbuka. . Muatan listrik yang tinggi dari pemimpin atas ini harus secara khusus diperhitungkan untuk perlindungan bilah rotor dan memilih arester arus petir yang sesuai.

Standardisasi-Perlindungan petir dan lonjakan untuk sistem turbin angin
Konsep perlindungan harus didasarkan pada standar internasional IEC 61400-24, seri standar IEC 62305 dan pedoman dari masyarakat klasifikasi Germanischer Lloyd.

Tindakan perlindungan
IEC 61400-24 merekomendasikan pemilihan semua sub-komponen dari sistem proteksi petir dari turbin angin sesuai dengan tingkat proteksi petir (LPL) I, kecuali jika analisis risiko menunjukkan bahwa LPL yang lebih rendah sudah cukup. Analisis risiko juga dapat mengungkapkan bahwa sub-komponen yang berbeda memiliki LPL yang berbeda. IEC 61400-24 merekomendasikan bahwa sistem proteksi petir didasarkan pada konsep proteksi petir yang komprehensif.

Proteksi petir dan lonjakan untuk sistem turbin angin terdiri dari sistem proteksi petir eksternal (LPS) dan langkah-langkah proteksi lonjakan arus (SPM) untuk melindungi peralatan listrik dan elektronik. Untuk merencanakan tindakan proteksi, disarankan untuk membagi turbin angin menjadi zona proteksi petir (LPZ).

Perlindungan petir dan lonjakan arus untuk sistem turbin angin melindungi dua sub sistem yang hanya terdapat pada turbin angin, yaitu bilah rotor dan power train mekanik.

IEC 61400-24 menjelaskan secara rinci bagaimana melindungi bagian khusus dari turbin angin ini dan bagaimana membuktikan keefektifan tindakan proteksi petir.

Menurut standar ini, disarankan untuk melakukan uji tegangan tinggi untuk memverifikasi kemampuan menahan arus petir dari sistem yang relevan dengan sambaran pertama dan sambaran panjang, jika memungkinkan, dalam pelepasan umum.

Masalah kompleks yang berkaitan dengan perlindungan bilah rotor dan bagian / bantalan yang dipasang secara berputar harus diperiksa secara rinci dan bergantung pada pabrikan dan jenis komponen. Standar IEC 61400-24 memberikan informasi penting dalam hal ini.

Konsep zona proteksi petir
Konsep zona proteksi petir adalah ukuran penataan untuk menciptakan lingkungan EMC yang ditentukan dalam suatu objek. Lingkungan EMC yang ditentukan ditentukan oleh kekebalan peralatan listrik yang digunakan. Konsep zona proteksi petir memungkinkan pengurangan yang dilakukan dan interferensi radiasi pada batas-batas ke nilai yang ditentukan. Oleh karena itu, objek yang akan dilindungi dibagi lagi menjadi zona perlindungan.

Metode rolling sphere dapat digunakan untuk menentukan LPZ 0A yaitu bagian turbin angin yang dapat terkena sambaran petir langsung, dan LPZ 0B yaitu bagian turbin angin yang dilindungi dari sambaran petir langsung oleh udara luar. sistem terminasi atau sistem terminasi udara yang terintegrasi di bagian turbin angin (di bilah rotor, misalnya).

Menurut IEC 61400-24, metode bola bergulir tidak boleh digunakan untuk bilah rotor itu sendiri. Untuk alasan ini, desain sistem terminasi udara harus diuji sesuai dengan bab 8.2.3 dari standar IEC 61400-24.

Gbr. 1 menunjukkan aplikasi tipikal dari metode bola bergulir, sedangkan Gbr. 2 mengilustrasikan kemungkinan pembagian turbin angin menjadi zona proteksi petir yang berbeda. Pembagian zona proteksi petir tergantung pada desain turbin angin. Oleh karena itu, struktur turbin angin harus diperhatikan.

Bagaimanapun, menentukan bahwa parameter petir yang disuntikkan dari luar turbin angin ke LPZ 0A dikurangi dengan langkah-langkah pelindung yang sesuai dan perangkat pelindung lonjakan di semua batas zona sehingga perangkat dan sistem listrik dan elektronik di dalam turbin angin dapat dioperasikan. dengan aman.

Tindakan perisai
Casing harus dirancang sebagai pelindung logam yang dienkapsulasi. Ini berarti bahwa volume dengan medan elektromagnetik yang jauh lebih rendah daripada medan di luar turbin angin dicapai dalam casing.

Sesuai dengan IEC 61400-24, menara baja tubular, terutama digunakan untuk turbin angin besar, dapat dianggap sebagai sangkar Faraday yang hampir sempurna, paling sesuai untuk pelindung elektromagnetik. Switchgear dan kabinet kontrol di dalam casing atau "nacelle" dan, jika ada, di gedung operasi, juga harus terbuat dari logam. Kabel penghubung harus dilengkapi pelindung eksternal yang mampu membawa arus petir.

Kabel berpelindung hanya tahan terhadap gangguan EMC jika perisai dihubungkan ke ikatan ekuipotensial di kedua ujungnya. Pelindung harus disentuh dengan terminal kontak penuh (360 °) tanpa memasang kabel penghubung panjang yang tidak kompatibel EMC pada turbin angin.

Pelindung magnetik dan perutean kabel harus dilakukan sesuai dengan bagian 4 dari IEC 62305-4. Untuk alasan ini, pedoman umum untuk praktek instalasi yang kompatibel dengan EMC menurut IEC / TR 61000-5-2 harus digunakan.

Tindakan perlindungan meliputi, misalnya:

Pemasangan jalinan logam pada nacelles berlapis GRP.
Menara logam.
Lemari switchgear logam.
Lemari kontrol logam.
Arus petir membawa kabel penghubung berpelindung (saluran kabel logam, pipa berpelindung atau sejenisnya).
Pelindung kabel.

Tindakan proteksi petir eksternal
Fungsi LPS eksternal adalah untuk mencegat sambaran petir langsung termasuk sambaran petir ke menara turbin angin dan untuk melepaskan arus petir dari titik sambaran ke tanah. Ini juga digunakan untuk mendistribusikan arus petir di tanah tanpa kerusakan termal atau mekanis atau percikan berbahaya yang dapat menyebabkan kebakaran atau ledakan dan membahayakan orang.

Titik potensial serangan untuk turbin angin (kecuali bilah rotor) dapat ditentukan dengan metode bola gelinding yang ditunjukkan pada Gambar 1. Untuk turbin angin, disarankan untuk menggunakan kelas LPS I. Oleh karena itu, bola gelinding dengan radius r = 20 m digulung di atas turbin angin untuk menentukan titik sambaran. Sistem terminasi udara diperlukan jika bola bersentuhan dengan turbin angin.

Konstruksi nacelle / casing harus diintegrasikan dalam sistem proteksi petir untuk memastikan sambaran petir di nacelle mengenai bagian logam alami yang mampu menahan beban ini atau sistem penghentian udara yang dirancang untuk tujuan ini. Nacelles dengan lapisan GRP harus dilengkapi dengan sistem penghentian udara dan konduktor bawah yang membentuk sangkar di sekitar nacelle.

Sistem terminasi udara termasuk konduktor telanjang di kandang ini harus mampu menahan sambaran petir sesuai dengan tingkat proteksi petir yang dipilih. Konduktor lebih lanjut dalam sangkar Faraday harus dirancang sedemikian rupa sehingga mereka dapat menahan bagian arus petir yang mungkin mereka hadapi. Sesuai dengan IEC 61400-24, sistem terminasi udara untuk melindungi peralatan pengukuran yang dipasang di luar nacelle harus dirancang sesuai dengan persyaratan umum IEC 62305-3 dan konduktor bawah harus dihubungkan ke sangkar yang dijelaskan di atas.

“Komponen alami” yang terbuat dari bahan konduktif yang dipasang secara permanen di / pada turbin angin dan tetap tidak berubah (mis. Sistem proteksi petir pada bilah rotor, bantalan, rangka utama, menara hibrida, dll.) Dapat diintegrasikan di LPS. Jika turbin angin merupakan konstruksi logam, dapat diasumsikan bahwa turbin tersebut memenuhi persyaratan untuk sistem proteksi petir eksternal kelas LPS I menurut IEC 62305.

Hal ini mengharuskan sambaran petir dicegat dengan aman oleh LPS bilah rotor sehingga dapat dilepaskan ke sistem terminasi bumi melalui komponen alami seperti bantalan, rangka utama, menara dan / atau sistem bypass (misalnya celah percikan terbuka, sikat karbon).

Sistem terminasi udara / konduktor bawah
Seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 1, bilah rotor; nacelle termasuk suprastruktur; hub rotor dan menara turbin angin mungkin tersambar petir.
Jika mereka dapat mencegat arus impuls petir maksimum 200 kA dengan aman dan dapat melepaskannya ke sistem terminasi bumi, mereka dapat digunakan sebagai "komponen alami" dari sistem penghentian udara dari sistem proteksi petir eksternal turbin angin.

Reseptor logam, yang mewakili titik sambaran yang ditentukan untuk sambaran petir, sering dipasang di sepanjang bilah GRP untuk melindungi bilah rotor dari kerusakan akibat petir. Konduktor bawah disalurkan dari reseptor ke akar bilah. Dalam kasus sambaran petir, dapat diasumsikan bahwa sambaran petir mengenai ujung pisau (reseptor) dan kemudian dilepaskan melalui konduktor bawah di dalam pisau ke sistem penghentian bumi melalui nacelle dan menara.

Sistem penghentian bumi
Sistem terminasi bumi dari turbin angin harus menjalankan beberapa fungsi seperti perlindungan pribadi, perlindungan EMC, dan perlindungan petir.

Sistem terminasi bumi yang efektif (lihat Gambar 3) penting untuk mendistribusikan arus petir dan untuk mencegah turbin angin dari kehancuran. Selain itu, sistem terminasi bumi harus melindungi manusia dan hewan dari sengatan listrik. Jika terjadi sambaran petir, sistem terminasi bumi harus melepaskan arus petir yang tinggi ke tanah dan mendistribusikannya di tanah tanpa efek termal dan / atau elektrodinamik yang berbahaya.

Secara umum, penting untuk membangun sistem terminasi bumi untuk turbin angin yang digunakan untuk melindungi turbin angin dari sambaran petir dan untuk membumikan sistem catu daya.

Catatan: Peraturan tegangan tinggi kelistrikan seperti Cenelec HO 637 S1 atau standar nasional yang berlaku menentukan cara merancang sistem terminasi bumi untuk mencegah tegangan sentuh dan langkah tinggi yang disebabkan oleh korsleting dalam sistem tegangan tinggi atau menengah. Berkenaan dengan perlindungan orang, standar IEC 61400-24 mengacu pada IEC // TS 60479-1 dan IEC 60479-4.

Pengaturan elektroda arde

IEC 62305-3 menjelaskan dua tipe dasar pengaturan elektroda arde untuk turbin angin:

Tipe A: Menurut Lampiran I dari IEC 61400-24, pengaturan ini tidak boleh digunakan untuk turbin angin, tetapi dapat digunakan untuk lampiran (misalnya, bangunan yang berisi peralatan pengukuran atau gudang kantor yang berhubungan dengan ladang angin). Pengaturan elektroda arde tipe A terdiri dari elektroda arde horizontal atau vertikal yang dihubungkan oleh setidaknya dua konduktor bawah pada gedung.

Tipe B: Menurut Lampiran I dari IEC 61400-24, pengaturan ini harus digunakan untuk turbin angin. Ini terdiri dari elektroda arde cincin eksternal yang dipasang di arde atau elektroda arde pondasi. Elektroda ring earth dan bagian logam di pondasi harus disambungkan ke konstruksi menara.

Penguatan pondasi menara harus diintegrasikan dalam konsep pembumian turbin angin. Sistem terminasi bumi dari dasar menara dan gedung operasi harus dihubungkan dengan menggunakan jaringan elektroda bumi bertautan untuk mendapatkan sistem terminasi bumi yang mencakup area seluas mungkin. Untuk mencegah tegangan langkah yang berlebihan akibat sambaran petir, pengontrol potensial dan elektroda pembumian cincin tahan korosi (terbuat dari baja tahan karat) harus dipasang di sekitar dasar menara untuk memastikan perlindungan orang (lihat Gbr. 3).

Elektroda bumi pondasi

Elektroda arde dasar masuk akal secara teknis dan ekonomis dan, misalnya, diwajibkan dalam Ketentuan Koneksi Teknis Jerman (TAB) dari perusahaan pemasok daya. Elektroda arde pondasi adalah bagian dari instalasi listrik dan memenuhi fungsi keselamatan esensial. Untuk alasan ini, mereka harus dipasang oleh orang yang ahli di bidang listrik atau di bawah pengawasan orang yang ahli di bidang listrik.

Logam yang digunakan untuk elektroda arde harus memenuhi bahan yang tercantum dalam Tabel 7 dari IEC 62305-3. Perilaku korosi logam di dalam tanah harus selalu diperhatikan. Elektroda arde pondasi harus terbuat dari baja galvanis atau non-galvanis (baja bulat atau strip). Baja bulat harus memiliki diameter minimal 10 mm. Baja strip harus memiliki dimensi minimal 30 x 3,5 mm. Perhatikan bahwa material ini harus ditutup dengan beton minimal 5 cm (proteksi korosi). Elektroda arde pondasi harus dihubungkan dengan batang pengikat ekuipotensial utama di turbin angin. Sambungan tahan korosi harus dibuat melalui titik pentanahan tetap pada lugs terminal yang terbuat dari baja tahan karat. Selain itu, elektroda arde cincin yang terbuat dari baja tahan karat harus dipasang di arde.

Perlindungan pada transisi dari LPZ 0A ke LPZ 1

Untuk memastikan pengoperasian yang aman dari perangkat listrik dan elektronik, batas LPZ harus dilindungi dari interferensi radiasi dan dilindungi dari interferensi yang terkonduksi (lihat Gbr. 2 dan 4). Perangkat pelindung lonjakan arus yang mampu melepaskan arus petir tinggi tanpa kerusakan harus dipasang pada transisi dari LPZ 0A ke LPZ 1 (juga disebut sebagai "ikatan ekuipotensial petir"). Perangkat pelindung lonjakan arus ini disebut sebagai arester arus petir kelas I dan diuji dengan menggunakan arus impuls bentuk gelombang 10/350 μs. Pada transisi dari LPZ 0B ke LPZ 1 dan LPZ 1 dan lebih tinggi, hanya arus impuls berenergi rendah yang disebabkan oleh tegangan yang diinduksi di luar sistem atau lonjakan yang dihasilkan dalam sistem yang harus diatasi. Gawai proteksi lonjakan ini disebut sebagai arester surja kelas II dan diuji dengan menggunakan arus impuls bentuk gelombang 8/20 μs.

Menurut konsep zona proteksi petir, semua kabel dan saluran yang masuk harus diintegrasikan dalam ikatan ekuipotensial petir tanpa terkecuali dengan alat penangkal arus petir kelas I pada batas dari LPZ 0A ke LPZ 1 atau dari LPZ 0A ke LPZ 2.

Ikatan ekuipotensial lokal lainnya, di mana semua kabel dan jalur yang memasuki batas ini harus diintegrasikan, harus dipasang untuk setiap batas zona lebih lanjut dalam volume yang akan dilindungi.

Arester surja tipe 2 harus dipasang pada transisi dari LPZ 0B ke LPZ 1 dan dari LPZ 1 ke LPZ 2, sedangkan arester surja kelas III harus dipasang pada transisi dari LPZ 2 ke LPZ 3. Fungsi kelas II dan kelas III arester surja adalah untuk mengurangi gangguan sisa pada tahap perlindungan hulu dan untuk membatasi gelombang yang diinduksi atau dihasilkan di dalam turbin angin.

Memilih SPD berdasarkan level proteksi voltase (Naik) dan kekebalan peralatan

Untuk menjelaskan Naik di LPZ, tingkat kekebalan peralatan di dalam LPZ harus ditentukan, misalnya untuk saluran listrik dan sambungan peralatan menurut IEC 61000-4-5 dan IEC 60664-1; untuk jalur telekomunikasi dan sambungan perangkat sesuai dengan IEC 61000-4-5, ITU-T K.20 dan ITU-T K.21, dan untuk jalur dan sambungan perangkat lainnya sesuai dengan petunjuk pabrik.

Produsen komponen listrik dan elektronik harus dapat memberikan informasi yang diperlukan tentang tingkat kekebalan menurut standar EMC. Jika tidak, pabrikan turbin angin harus melakukan pengujian untuk menentukan tingkat kekebalan. Tingkat kekebalan yang ditentukan dari komponen dalam LPZ secara langsung menentukan tingkat perlindungan tegangan yang diperlukan untuk batas LPZ. Kekebalan sistem harus dibuktikan, jika memungkinkan, dengan semua SPD terpasang dan peralatan yang akan dilindungi.

Perlindungan catu daya

Trafo turbin angin dapat dipasang di lokasi yang berbeda (di stasiun distribusi terpisah, di pangkalan menara, di menara, di nacelle). Dalam kasus turbin angin besar, misalnya, kabel 20 kV yang tidak berpelindung di dasar menara dirutekan ke instalasi sakelar tegangan menengah yang terdiri dari pemutus sirkuit vakum, pemisah sakelar pemilih yang terkunci secara mekanis, sakelar pembumian keluar, dan relai pelindung.

Kabel MV dirutekan dari instalasi switchgear MV di menara turbin angin ke trafo yang terletak di nacelle. Trafo memberi makan kabinet kontrol di dasar menara, kabinet switchgear di nacelle dan sistem pitch di hub dengan menggunakan sistem TN-C (L1; L2; L3; konduktor PEN; 3PhY; 3 W + G). Kabinet switchgear di nacelle memasok peralatan listrik dengan tegangan AC 230/400 V.

Menurut IEC 60364-4-44, semua peralatan listrik yang dipasang di turbin angin harus memiliki tegangan ketahanan impuls pengenal tertentu sesuai dengan tegangan nominal turbin angin. Ini berarti bahwa arester surja yang akan dipasang harus memiliki setidaknya tingkat proteksi tegangan yang ditentukan tergantung pada tegangan nominal sistem. Surge arrester yang digunakan untuk melindungi sistem catu daya 400/690 V harus memiliki level proteksi tegangan minimum Up ≤2,5 kV, sedangkan surge arrester yang digunakan untuk melindungi sistem catu daya 230/400 V harus memiliki level proteksi tegangan Up ≤1,5 kV untuk memastikan perlindungan peralatan listrik / elektronik yang sensitif. Untuk memenuhi persyaratan ini, perangkat pelindung lonjakan arus untuk sistem catu daya 400/690 V yang mampu menghantarkan arus petir dari bentuk gelombang 10/350 μs tanpa kerusakan dan memastikan level proteksi tegangan Naik ≤2,5 kV harus dipasang.

Sistem catu daya 230/400 V.

Suplai tegangan dari kabinet kontrol di dasar menara, kabinet switchgear di nacelle dan sistem pitch di hub dengan menggunakan sistem TN-C 230/400 V (3PhY, 3W + G) harus dilindungi oleh kelas II arester lonjakan seperti SLP40-275 / 3S.

Perlindungan lampu peringatan pesawat

Lampu peringatan pesawat pada tiang sensor di LPZ 0B harus dilindungi dengan arester surja kelas II pada transisi zona yang relevan (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2) (Tabel 1).

Sistem catu daya 400 / 690V Arester arus petir kutub tunggal terkoordinasi dengan batasan arus ikuti tinggi untuk sistem catu daya 400/690 V seperti SLP40-750 / 3S, harus dipasang untuk melindungi transformator 400/690 V , inverter, filter listrik dan peralatan pengukuran.

Perlindungan jalur generator

Mempertimbangkan toleransi tegangan tinggi, arester surja kelas II untuk tegangan nominal hingga 1000 V harus dipasang untuk melindungi belitan rotor generator dan jalur suplai inverter. Arester berbasis celah percikan tambahan dengan tegangan tahan frekuensi daya pengenal UN / AC = 2,2 kV (50 Hz) digunakan untuk isolasi potensial dan untuk mencegah arester berbasis varistor beroperasi secara prematur karena fluktuasi tegangan yang mungkin terjadi selama pengoperasian inverter. Arester lonjakan kelas II tiga kutub modular dengan tegangan pengenal varistor yang ditingkatkan untuk sistem 690 V dipasang di setiap sisi stator generator.

Arester surja kelas II modular tiga kutub tipe SLP40-750 / 3S dirancang khusus untuk turbin angin. Mereka memiliki tegangan pengenal varistor Umov 750 V AC, dengan mempertimbangkan fluktuasi tegangan yang mungkin terjadi selama operasi.

Arester lonjakan arus untuk sistem TI

Arester surja untuk melindungi peralatan elektronik di telekomunikasi dan jaringan pensinyalan terhadap pengaruh tidak langsung dan langsung dari sambaran petir dan lonjakan transien lainnya dijelaskan dalam IEC 61643-21 dan dipasang pada batas zona sesuai dengan konsep zona proteksi petir.

Arester multi-tahap harus dirancang tanpa titik buta. Harus dipastikan bahwa tahapan perlindungan yang berbeda terkoordinasi satu sama lain, jika tidak, tidak semua tahapan perlindungan akan diaktifkan, menyebabkan kesalahan pada perangkat pelindung lonjakan arus.

Pada sebagian besar kasus, kabel fiber glass digunakan untuk merutekan jalur IT ke turbin angin dan untuk menghubungkan kabinet kontrol dari dasar menara ke nacelle. Pengkabelan antara aktuator dan sensor serta kabinet kontrol diimplementasikan dengan kabel tembaga berpelindung. Karena interferensi oleh lingkungan elektromagnetik dikecualikan, kabel serat kaca tidak harus dilindungi oleh arester lonjakan kecuali kabel serat kaca memiliki selubung logam yang harus diintegrasikan secara langsung ke dalam ikatan ekuipotensial atau dengan alat pelindung lonjakan arus.

Secara umum, jalur sinyal berpelindung berikut yang menghubungkan aktuator dan sensor dengan kabinet kontrol harus dilindungi oleh perangkat pelindung lonjakan arus:

Garis sinyal stasiun cuaca di tiang sensor.
Garis sinyal dirutekan antara nacelle dan sistem nada di hub.
Garis sinyal untuk sistem nada.

Garis sinyal stasiun cuaca

Garis sinyal (antarmuka 4-20 mA) antara sensor stasiun cuaca dan kabinet switchgear dirutekan dari LPZ 0B ke LPZ 2 dan dapat dilindungi dengan menggunakan FLD2-24. Arester gabungan hemat-ruang ini melindungi dua atau empat saluran tunggal dengan potensi referensi umum serta antarmuka yang tidak seimbang dan tersedia dengan pembumian pelindung langsung atau tidak langsung. Dua terminal pegas fleksibel untuk kontak pelindung impedansi rendah permanen dengan sisi arester yang dilindungi dan tidak terlindungi digunakan untuk pembumian pelindung.

Tes laboratorium sesuai dengan IEC 61400-24

IEC 61400-24 menjelaskan dua metode dasar untuk melakukan uji kekebalan tingkat sistem untuk turbin angin:

Selama pengujian arus impuls dalam kondisi operasi, arus impuls atau arus petir parsial diinjeksikan ke jalur individu dari sistem kontrol saat tegangan suplai ada. Dengan demikian, peralatan yang akan dilindungi termasuk semua SPD dikenakan uji arus impuls.
Metode pengujian kedua mensimulasikan efek elektromagnetik dari impuls elektromagnetik petir (LEMPs). Arus petir penuh diinjeksikan ke dalam struktur yang melepaskan arus petir dan perilaku sistem kelistrikan dianalisis dengan cara mensimulasikan pemasangan kabel dalam kondisi operasi senyata mungkin. Kecuraman arus petir adalah parameter uji yang menentukan.