풍력 터빈 시스템의 낙뢰 및 서지 보호

지구 온난화에 대한 인식이 높아지고 화석 기반 연료에 대한 한계가 높아지면서 더 나은 재생 가능 에너지 원을 찾아야 할 필요성이 분명 해지고 있습니다. 풍력 에너지의 사용은 빠르게 성장하는 산업입니다. 이러한 설치는 일반적으로 개방 된 고지대에 위치하므로 번개 방전을위한 매력적인 캡처 지점이 있습니다. 안정적인 공급을 유지하려면 과전압 손상의 원인을 완화하는 것이 중요합니다. LSP는 직접 및 부분 낙뢰 전류 모두에 적합한 광범위한 서지 보호 장치를 제공합니다.

LSP 풍력 터빈 애플리케이션에 사용할 수있는 서지 보호 제품의 전체 제품군을 보유하고 있습니다. LSP에서 다양한 DIN 레일 장착 보호 제품 및 서지 및 낙뢰 모니터링에 이르는 제품입니다. 그린 에너지와 기술을 향한 추진이 계속해서 더 많은 풍력 발전 단지를 건설하고 현재의 풍력 발전 단지를 확장하는 역사의 시대에 접어 들면서 터빈 제조업체와 풍력 발전 단지 소유주 / 운영자들은 점점 더 많은 비용을 인식하고 있습니다. 번개. 낙뢰가 발생했을 때 운영자가 입는 금전적 피해는 물리적 손상으로 인한 기계 교체 비용과 시스템이 오프라인 상태이고 전력을 생산하지 않는 것과 관련된 비용의 두 가지 형태로 나타납니다. 터빈 전기 시스템은 일반적으로 설치에서 가장 높은 구조물 인 풍력 터빈과 함께 주변 경관의 지속적인 문제에 직면 해 있습니다. 혹독한 날씨에 노출 될 것이며 터빈이 수명 기간 동안 여러 번 번개를 맞을 것이라는 기대와 함께 장비 교체 및 수리 비용을 풍력 발전소 운영자의 사업 계획에 반영해야합니다. 직간접적인 낙뢰 손상은 일시적인 과전압을 생성하는 강렬한 전자기장에 의해 생성됩니다. 이러한 과전압은 전기 시스템을 통해 터빈 자체 내의 민감한 장비로 직접 전달됩니다. 서지는 시스템을 통해 전파되어 회로 및 컴퓨터 장비에 즉각적이고 잠재적 인 손상을 모두 발생시킵니다. 발전기, 변압기, 전력 변환기, 제어 전자 장치, 통신 및 SCADA 시스템과 같은 구성 요소는 조명으로 인한 서지에 의해 잠재적으로 손상 될 수 있습니다. 직접적이고 즉각적인 손상은 분명 할 수 있지만 여러 번의 타격이나 반복적 인 서지 노출로 인해 발생하는 잠재적 인 손상은 영향을받는 풍력 터빈 내의 주요 전력 구성 요소에 발생할 수 있습니다. 이러한 손상은 제조업체의 보증에 포함되지 않는 경우가 많습니다. 수리 및 교체 비용은 작업자에게 떨어집니다.

오프라인 비용은 풍력 발전 단지와 관련된 모든 사업 계획에서 고려해야하는 또 다른 주요 요소입니다. 이러한 비용은 터빈이 비활성화 될 때 발생하며 서비스 팀에서 작업하거나 구매, 운송 및 설치 비용을 모두 포함하는 구성 요소를 교체해야합니다. 한 번의 낙뢰로 인해 손실 될 수있는 수익은 상당 할 수 있으며, 시간이 지남에 따라 발생하는 잠재적 인 피해가 총액에 추가됩니다. LSP의 풍력 터빈 보호 제품은 여러 번의 타격 후에도 고장없이 여러 번의 번개 서지를 견딜 수 있으므로 관련 비용을 크게 줄입니다.

풍력 터빈 용 서지 보호 시스템의 경우

화석 연료에 대한 의존도가 높아지면서 기후 조건의 지속적인 변화는 전 세계적으로 지속 가능하고 재생 가능한 에너지 자원에 대한 큰 관심을 불러 일으켰습니다. 그린 에너지에서 가장 유망한 기술 중 하나는 풍력이며, 높은 시작 비용을 제외하고는 전 세계 많은 국가에서 선택합니다. 예를 들어, 포르투갈에서 2006 년부터 2010 년까지 풍력 발전 생산 목표는 풍력 발전의 총 에너지 생산량의 25 %로 증가하는 것이 었는데,이 목표는 나중에 달성되었고 심지어는 초과 달성했습니다. 풍력 및 태양 에너지 생산을 추진하는 공격적인 정부 프로그램이 풍력 산업을 실질적으로 확장 시켰지만, 풍력 터빈 수가 증가함에 따라 터빈이 번개에 맞을 가능성이 높아졌습니다. 풍력 터빈에 대한 직접 타격은 심각한 문제로 인식되고 있으며, 다른 산업보다 풍력 에너지에서 낙뢰 보호를 더 어렵게 만드는 고유 한 문제가 있습니다.

풍력 터빈의 구조는 독특하며,이 키가 큰 금속 구조물은 낙뢰로 인한 손상에 매우 취약합니다. 또한 단일 서지 후 주로 희생되는 기존 서지 보호 기술을 사용하여 보호하기가 어렵습니다. 풍력 터빈은 높이가 150m 이상 올라갈 수 있으며 일반적으로 낙뢰를 포함하여 요소에 노출되는 외딴 지역의 고지대에 위치합니다. 풍력 터빈에서 가장 많이 노출되는 구성 요소는 블레이드와 나셀이며, 이들은 일반적으로 직접적인 낙뢰를 견딜 수없는 복합 재료로 만들어집니다. 일반적인 직접 타격은 일반적으로 블레이드에 발생하여 서지가 풍차 내의 모든 터빈 구성 요소를 통해 잠재적으로 농장의 모든 전기 연결 영역으로 이동하는 상황을 만듭니다. 일반적으로 풍력 발전 단지에 사용되는 지역은 접지 상태가 좋지 않으며 현대식 풍력 발전 단지에는 매우 민감한 처리 전자 장치가 있습니다. 이러한 모든 문제는 번개 관련 손상으로부터 풍력 터빈을 보호하는 것을 가장 어렵게 만듭니다.

풍력 터빈 구조 자체 내에서 전자 장치와 베어링은 낙뢰 손상에 매우 취약합니다. 풍력 터빈과 관련된 유지 관리 비용은 이러한 구성 요소를 교체하는 데 어려움이 있기 때문에 높습니다. 필요한 부품 교체에 대한 통계적 평균을 개선 할 수있는 기술을 도입하는 것은 풍력 생산과 관련된 대부분의 이사회 실 및 정부 기관에서 훌륭한 논의의 원천입니다. 서지 보호 제품 라인의 강력한 특성은 활성화 된 경우에도 장비를 계속 보호하고 낙뢰 서지 후 교체하거나 재설정 할 필요가 없기 때문에 서지 보호 기술 중에서 고유합니다. 이를 통해 풍력 발전기가 더 오랜 기간 동안 온라인 상태를 유지할 수 있습니다. 오프라인 상태의 통계적 평균과 유지 보수를 위해 터빈이 중단 된 시간을 개선하면 궁극적으로 소비자에게 추가 비용이 발생합니다.

연구에 따르면 풍력 터빈 고장의 50 % 이상이 이러한 유형의 부품 고장으로 인해 발생하는 것으로 나타났기 때문에 저전압 및 제어 회로의 손상을 방지하는 것이 중요합니다. 직접 및 유도 된 낙뢰와 낙뢰 직후 전파되는 역류 서지로 인한 장비의 문서화 된 고장은 일반적입니다. 시스템의 전력망 측에 설치된 낙뢰 방지기는 접지 저항을 줄이기 위해 저전압 측과 함께 접지되어 전체 체인이 단일 풍력 터빈에 대한 충격을 견딜 수있는 능력을 높입니다.

풍력 터빈의 낙뢰 및 서지 보호

이 기사에서는 풍력 터빈의 전기 및 전자 장치 및 시스템에 대한 낙뢰 및 서지 보호 조치 구현에 대해 설명합니다.

풍력 터빈은 노출 된 표면과 높이가 넓기 때문에 직접 낙뢰의 영향에 매우 취약합니다. 풍력 터빈에 낙뢰의 위험이 높이에 따라 XNUMX 차적으로 증가하기 때문에 수 메가 와트의 풍력 터빈은 약 XNUMX 개월마다 직접 낙뢰를받는 것으로 추정 할 수 있습니다.

병입 보상은 몇 년 내에 높은 투자 비용을 상각해야합니다. 즉, 낙뢰 및 서지 손상으로 인한 가동 중지 시간과 관련 수리 비용을 피해야합니다. 이것이 포괄적 인 낙뢰 및 서지 보호 조치가 필수적인 이유입니다.

풍력 터빈의 낙뢰 보호 시스템을 계획 할 때 노출 된 위치에서 높이가 60m 이상인 물체에 대해 구름 대 지구 플래시뿐만 아니라 소위 상향 리더라고하는 지구 대 구름 플래시도 고려해야합니다. . 이러한 상향 리더의 높은 전하는 특히 로터 블레이드를 보호하고 적절한 낙뢰 전류 피뢰기를 선택하기 위해 고려해야합니다.

표준화-풍력 터빈 시스템의 낙뢰 및 서지 보호
보호 개념은 국제 표준 IEC 61400-24, IEC 62305 표준 시리즈 및 Germanischer Lloyd 분류 협회의 지침을 기반으로해야합니다.

보호 조치
IEC 61400-24는 위험 분석에서 낮은 LPL로 충분하다고 입증되지 않는 한, 낙뢰 보호 수준 (LPL) I에 따라 풍력 터빈의 낙뢰 보호 시스템의 모든 하위 구성 요소를 선택할 것을 권장합니다. 위험 분석은 또한 다른 하위 구성 요소가 다른 LPL을 가지고 있음을 나타낼 수 있습니다. IEC 61400-24는 낙뢰 보호 시스템이 포괄적 인 낙뢰 보호 개념을 기반으로 할 것을 권장합니다.

풍력 터빈 시스템의 낙뢰 및 서지 보호는 전기 및 전자 장비를 보호하기위한 외부 낙뢰 보호 시스템 (LPS)과 서지 보호 조치 (SPM)로 구성됩니다. 보호 조치를 계획하려면 풍력 터빈을 낙뢰 보호 구역 (LPZ)으로 세분화하는 것이 좋습니다.

풍력 터빈 시스템의 번개 및 서지 보호는 풍력 터빈에서만 볼 수있는 두 개의 하위 시스템, 즉 로터 블레이드와 기계식 동력 전달 장치를 보호합니다.

IEC 61400-24는 풍력 터빈의 이러한 특수 부품을 보호하는 방법과 낙뢰 보호 조치의 효과를 증명하는 방법을 자세히 설명합니다.

이 표준에 따르면 가능한 경우 공통 방전에서 첫 번째 스트로크와 긴 스트로크로 관련 시스템의 낙뢰 전류 내력을 확인하기 위해 고전압 테스트를 수행하는 것이 좋습니다.

로터 블레이드 및 회전 가능하게 장착 된 부품 / 베어링의 보호와 관련된 복잡한 문제를 자세히 조사해야하며 구성 요소 제조업체 및 유형에 따라 다릅니다. IEC 61400-24 표준은 이와 관련하여 중요한 정보를 제공합니다.

번개 보호 영역 개념
낙뢰 보호 영역 개념은 개체에 정의 된 EMC 환경을 만들기위한 구조화 조치입니다. 정의 된 EMC 환경은 사용되는 전기 장비의 내성에 의해 지정됩니다. 낙뢰 보호 영역 개념을 통해 경계에서 전도 및 방사 간섭을 정의 된 값으로 줄일 수 있습니다. 이러한 이유로 보호 대상 개체는 보호 영역으로 세분됩니다.

롤링 스피어 방법은 LPZ 0A, 즉 직접 낙뢰를받을 수있는 풍력 터빈의 부분과 LPZ 0B, 즉 외부 공기에 의해 직접 낙뢰로부터 보호되는 풍력 터빈의 부분을 결정하는 데 사용될 수 있습니다. 풍력 터빈의 일부에 통합 된 종단 시스템 또는 수뢰 부 시스템 (예 : 로터 블레이드).

IEC 61400-24에 따라 회전 구체 방법을 로터 블레이드 자체에 사용해서는 안됩니다. 이러한 이유로 수뢰 부 시스템의 설계는 IEC 8.2.3-61400 표준의 24 장에 따라 테스트해야합니다.

그림 1은 롤링 스피어 방식의 일반적인 적용을 보여주고, 그림 2는 풍력 터빈을 다른 낙뢰 보호 구역으로 분할 할 수있는 가능성을 보여줍니다. 낙뢰 보호 구역으로의 구분은 풍력 터빈의 설계에 따라 다릅니다. 따라서 풍력 터빈의 구조를 관찰해야합니다.

그러나 풍력 터빈 외부에서 LPZ 0A로 주입되는 낙뢰 매개 변수는 적절한 차폐 조치와 모든 구역 경계에서 서지 보호 장치를 통해 감소하여 풍력 터빈 내부의 전기 및 전자 장치와 시스템을 작동 할 수 있도록하는 것이 중요합니다. 안전하게.

차폐 대책
케이스는 캡슐화 된 금속 실드로 설계되어야합니다. 이것은 풍력 터빈 외부의 자기장보다 상당히 낮은 전자기장을 가진 체적이 케이싱에서 달성된다는 것을 의미합니다.

IEC 61400-24에 따라 주로 대형 풍력 터빈에 사용되는 관형 강철 타워는 전자기 차폐에 가장 적합한 거의 완벽한 패러데이 케이지로 간주 될 수 있습니다. 케이싱 또는 "나셀"및 운영 건물 (있는 경우)의 스위치 기어 및 제어 캐비닛도 금속으로 만들어야합니다. 연결 케이블에는 낙뢰 전류를 전달할 수있는 외부 실드가 있어야합니다.

차폐 케이블은 차폐가 양쪽 끝의 등전위 본딩에 연결된 경우에만 EMC 간섭에 내성이 있습니다. 쉴드는 풍력 터빈에 EMC 비 호환 긴 연결 케이블을 설치하지 않고 완전 (360 °) 접촉 단자를 통해 접촉해야합니다.

자기 차폐 및 케이블 라우팅은 IEC 4-62305의 섹션 4에 따라 수행해야합니다. 이러한 이유로 IEC / TR 61000-5-2에 따른 EMC 호환 설치 관행에 대한 일반 지침을 사용해야합니다.

차폐 조치에는 다음이 포함됩니다.

GRP 코팅 된 나셀에 금속 브레이드 설치.
금속 타워.
금속 배전반 캐비닛.
금속 제어 캐비닛.
번개 전류가 흐르는 차폐 연결 케이블 (금속 케이블 덕트, 차폐 파이프 등).
케이블 차폐.

외부 낙뢰 보호 조치
외부 LPS의 기능은 낙뢰를 포함한 직접적인 낙뢰를 풍력 터빈의 타워로 차단하고 낙뢰 전류를 타격 지점에서지면으로 방전하는 것입니다. 또한 열 또는 기계적 손상이나 화재 또는 폭발을 유발하고 사람을 위험에 빠뜨릴 수있는 위험한 스파크없이 지상에 번개 전류를 분배하는 데 사용됩니다.

풍력 터빈 (로터 블레이드 제외)에 대한 잠재적 타격 지점은 그림 1에 표시된 롤링 구체 방법을 사용하여 결정할 수 있습니다. 풍력 터빈의 경우 LPS I 등급을 사용하는 것이 좋습니다. 따라서 반경 r = 20m는 타격 지점을 결정하기 위해 풍력 터빈 위로 굴러갑니다. 구가 풍력 터빈과 접촉하는 곳에 수뢰 부 시스템이 필요합니다.

나셀 / 케이싱 구조는 낙뢰 보호 시스템에 통합되어 나셀의 낙뢰가이 부하를 견딜 수있는 천연 금속 부품이나이 목적을 위해 설계된 수뢰 부 시스템에 부딪 히도록해야합니다. GRP 코팅이 된 나셀은 수뢰 부 시스템과 나셀 주위에 케이지를 형성하는 하향 도체를 장착해야합니다.

이 케이지의 나선을 포함하는 수뢰 부 시스템은 선택한 낙뢰 보호 수준에 따라 낙뢰를 견딜 수 있어야합니다. 패러데이 케이지의 추가 도체는 낙뢰 전류를 견딜 수 있도록 설계되어야합니다. IEC 61400-24에 따라 나셀 외부에 장착 된 측정 장비를 보호하기위한 수뢰 부 시스템은 IEC 62305-3의 일반 요구 사항을 준수하도록 설계되어야하며 하향 도체는 위에 설명 된 케이지에 연결되어야합니다.

풍력 터빈 내부 / 위에 영구적으로 설치되고 변경되지 않은 상태로 유지되는 전도성 재료로 만들어진 "천연 부품"(예 : 로터 블레이드, 베어링, 메인 프레임, 하이브리드 타워 등의 낙뢰 보호 시스템)이 LPS에 통합 될 수 있습니다. 풍력 터빈이 금속 구조 인 경우 IEC 62305에 따라 LPS I 등급의 외부 낙뢰 보호 시스템에 대한 요구 사항을 충족한다고 가정 할 수 있습니다.

이를 위해서는 로터 블레이드의 LPS가 낙뢰를 안전하게 차단하여 베어링, 메인 프레임, 타워 및 / 또는 우회 시스템 (예 : 개방 스파크 갭 카본 브러쉬).

수뢰 부 시스템 / 다운 도체
그림 1과 같이 로터 블레이드; 상부 구조를 포함하는 나셀; 로터 허브와 풍력 터빈의 타워가 번개에 맞을 수 있습니다.
200kA의 최대 낙뢰 임펄스 전류를 안전하게 차단하고 접지 시스템으로 방전 할 수 있다면 풍력 터빈 외부 낙뢰 보호 시스템의 수뢰 시스템의 "자연 구성 요소"로 사용할 수 있습니다.

낙뢰에 대한 정의 된 타격 지점을 나타내는 금속 수용체는 GRP 블레이드를 따라 자주 설치되어 낙뢰로 인한 손상으로부터 로터 블레이드를 보호합니다. 다운 컨덕터는 수용체에서 블레이드 루트로 라우팅됩니다. 낙뢰의 경우 낙뢰가 블레이드 팁 (수용체)에 닿은 다음 블레이드 내부의 다운 도체를 통해 나셀과 타워를 통해 접지 시스템으로 방전된다고 가정 할 수 있습니다.

접지 시스템
풍력 터빈의 접지 시스템은 개인 보호, EMC 보호 및 낙뢰 보호와 같은 여러 기능을 수행해야합니다.

효과적인 접지 시스템 (그림 3 참조)은 낙뢰 전류를 분배하고 풍력 터빈이 파괴되는 것을 방지하는 데 필수적입니다. 또한 접지 시스템은 감전으로부터 사람과 동물을 보호해야합니다. 낙뢰의 경우 접지 시스템은 높은 낙뢰 전류를 지상으로 방전하고 위험한 열 및 / 또는 전기 역학적 영향없이 지상에 분배해야합니다.

일반적으로 낙뢰로부터 풍력 터빈을 보호하고 전력 공급 시스템을 접지하는 데 사용되는 풍력 터빈의 접지 시스템을 구축하는 것이 중요합니다.

참고 : Cenelec HO 637 S1 또는 적용 가능한 국가 표준과 같은 전기 고전압 규정은 고전압 또는 중전 압 시스템의 단락으로 인한 높은 접촉 및 계단 전압을 방지하기 위해 접지 시스템을 설계하는 방법을 지정합니다. 사람 보호와 관련하여 IEC 61400-24 표준은 IEC // TS 60479-1 및 IEC 60479-4를 참조합니다.

접지극의 배열

IEC 62305-3은 풍력 터빈을위한 두 가지 기본 유형의 접지 전극 배열을 설명합니다.

유형 A : IEC 61400-24의 부록 I에 따라이 배열은 풍력 터빈에 사용해서는 안되지만 부속 건물 (예 : 풍력 발전소와 관련된 측정 장비 또는 사무실 창고가있는 건물)에 사용할 수 있습니다. 유형 A 접지 전극 배열은 건물에있는 두 개 이상의 다운 컨덕터로 연결된 수평 또는 수직 접지 전극으로 구성됩니다.

유형 B : IEC 61400-24의 부록 I에 따라이 배열은 풍력 터빈에 사용해야합니다. 접지에 설치된 외부 링 접지 전극 또는 기초 접지 전극으로 구성됩니다. 기초의 링 접지 전극과 금속 부품은 타워 구조에 연결되어야합니다.

타워 기초의 보강은 풍력 터빈의 접지 개념에 통합되어야합니다. 타워베이스의 접지 시스템과 운영 건물은 가능한 한 넓은 지역에 걸친 접지 시스템을 얻기 위해 접지 전극의 메시 네트워크를 통해 연결되어야합니다. 낙뢰로 인한 과도한 스텝 전압을 방지하려면 사람을 보호하기 위해 전위 제어 및 부식 방지 링 접지 전극 (스테인레스 스틸로 제작)을 타워베이스 주변에 설치해야합니다 (그림 3 참조).

기초 접지극

기초 접지극은 기술적이고 경제적으로 의미가 있으며, 예를 들어 전원 공급 회사의 독일 TAB (기술 연결 조건)에서 필요합니다. 기초 접지극은 전기 설비의 일부이며 필수 안전 기능을 수행합니다. 따라서 전기 기술자 또는 전기 기술자의 감독하에 설치해야합니다.

접지 전극에 사용되는 금속은 IEC 7-62305의 표 3에 나열된 재료를 준수해야합니다. 지면에서 금속의 부식 거동을 항상 관찰해야합니다. 기초 접지극은 아연 도금 또는 비아 연도 금 강철 (원형 또는 스트립 강철)로 만들어야합니다. 둥근 강철은 최소 직경이 10mm 여야합니다. 스트립 스틸의 최소 치수는 30 x 3,5 mm 여야합니다. 이 재료는 최소 5cm 콘크리트로 덮어야합니다 (부식 방지). 기초 접지극은 풍력 터빈의 주 등전위 본딩 바에 연결되어야합니다. 부식 방지 연결은 스테인리스 스틸로 만들어진 터미널 러그의 고정 접지 지점을 통해 설정되어야합니다. 또한 스테인리스 스틸로 만든 링 접지 전극을지면에 설치해야합니다.

LPZ 0A에서 LPZ 1로 전환시 보호

전기 및 전자 장치의 안전한 작동을 보장하려면 LPZ의 경계를 복사 간섭으로부터 보호하고 전도 간섭으로부터 보호해야합니다 (그림 2 및 4 참조). 파괴없이 높은 번개 전류를 방전 할 수있는 서지 보호 장치는 LPZ 0A에서 LPZ 1로 전환 할 때 설치해야합니다 ( "번개 등전위 본딩"이라고도 함). 이러한 서지 보호 장치를 클래스 I 낙뢰 전류 피뢰기라고하며 10 / 350μs 파형의 임펄스 전류를 통해 테스트됩니다. LPZ 0B에서 LPZ 1 및 LPZ 1 이상으로 전환 할 때 시스템 외부에서 유도 된 전압 또는 시스템에서 생성 된 서지로 인해 발생하는 저에너지 임펄스 전류 만 처리해야합니다. 이러한 서지 보호 장치를 클래스 II 서지 어 레스터라고하며 8/20 μs 파형의 임펄스 전류로 테스트됩니다.

낙뢰 보호 구역 개념에 따르면, 들어오는 모든 케이블과 라인은 LPZ 0A에서 LPZ 1까지 또는 LPZ 0A에서 LPZ 2까지의 경계에있는 클래스 I 낙뢰 전류 어 레스터를 사용하여 예외없이 낙뢰 등전위 본딩에 통합되어야합니다.

보호 할 볼륨 내의 모든 추가 영역 경계에 대해이 경계로 들어가는 모든 케이블과 라인이 통합되어야하는 또 다른 로컬 등전위 본딩을 설치해야합니다.

유형 2 서지 피뢰기는 LPZ 0B에서 LPZ 1로, LPZ 1에서 LPZ 2로 전환 할 때 설치해야하는 반면, 클래스 III 서지 피뢰기는 LPZ 2에서 LPZ 3으로 전환 할 때 설치해야합니다. 클래스 II 및 클래스 III의 기능 서지 피뢰기는 상류 보호 단계의 잔류 간섭을 줄이고 풍력 터빈 내에서 유도되거나 생성되는 서지를 제한하는 것입니다.

전압 보호 수준 (Up) 및 장비 내성을 기준으로 SPD 선택

LPZ에서 Up을 설명하려면 LPZ 내 장비의 내성 수준을 정의해야합니다 (예 : IEC 61000-4-5 및 IEC 60664-1에 따른 전력선 및 장비 연결). IEC 61000-4-5, ITU-T K.20 및 ITU-T K.21에 따른 통신 회선 및 장비 연결 및 제조업체 지침에 따른 기타 회선 및 장비 연결 용.

전기 및 전자 부품 제조업체는 EMC 표준에 따라 내성 수준에 대한 필수 정보를 제공 할 수 있어야합니다. 그렇지 않으면 풍력 터빈 제조업체가 내성 수준을 결정하기 위해 테스트를 수행해야합니다. LPZ에서 정의 된 구성 요소의 내성 수준은 LPZ 경계에 필요한 전압 보호 수준을 직접 정의합니다. 해당되는 경우 모든 SPD가 설치되고 보호 할 장비를 사용하여 시스템의 내성을 입증해야합니다.

전원 보호

풍력 터빈의 변압기는 서로 다른 위치 (별도의 분배 스테이션, 타워베이스, 타워, 나셀)에 설치할 수 있습니다. 예를 들어 대형 풍력 터빈의 경우 타워베이스의 차폐되지 않은 20kV 케이블은 진공 회로 차단기, 기계적으로 잠긴 선택기 스위치 단로기, 나가는 접지 스위치 및 보호 계전기로 구성된 고압 스위치 기어 설비로 라우팅됩니다.

MV 케이블은 풍력 터빈 타워의 MV 스위치 기어 설치에서 나셀에 위치한 변압기로 라우팅됩니다. 변압기는 TN-C 시스템 (L1; L2; L3; PEN 도체; 3PhY; 3 W + G)을 통해 타워베이스의 제어 캐비닛, 나셀의 스위치 기어 캐비닛 및 허브의 피치 시스템에 공급합니다. 나셀의 스위치 기어 캐비닛은 230 / 400V의 AC 전압을 전기 장비에 공급합니다.

IEC 60364-4-44에 따라 풍력 터빈에 설치된 모든 전기 장비는 풍력 터빈의 공칭 전압에 따라 특정 정격 임펄스 내전압을 가져야합니다. 이는 설치할 서지 피뢰기가 시스템의 공칭 전압에 따라 최소한 지정된 전압 보호 수준을 가져야 함을 의미합니다. 400 / 690V 전원 공급 시스템을 보호하는 데 사용되는 서지 피뢰기는 최소 전압 보호 수준 Up ≤2,5kV를 가져야하는 반면, 230 / 400V 전원 공급 시스템을 보호하는 데 사용되는 서지 피뢰기는 전압 보호 수준 Up ≤1,5를 가져야합니다. kV는 민감한 전기 / 전자 장비의 보호를 보장합니다. 이 요구 사항을 충족하려면 파괴없이 400 / 690μs 파형의 번개 전류를 전도 할 수 있고 전압 보호 수준 Up ≤10kV를 보장 할 수있는 350 / 2,5V 전원 공급 장치 시스템 용 서지 보호 장치를 설치해야합니다.

230 / 400V 전원 공급 시스템

230/400 V TN-C 시스템 (3PhY, 3W + G)을 사용하는 타워베이스의 제어 캐비닛, 나셀의 스위치 기어 캐비닛 및 허브의 피치 시스템의 전압 공급은 클래스 II로 보호되어야합니다. SLP40-275 / 3S와 같은 서지 피뢰기.

항공기 경고등 보호

LPZ 0B의 센서 마스트에있는 항공기 경고등은 관련 구역 전환 (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2)에서 클래스 II 서지 피뢰기로 보호해야합니다 (표 1).

400 / 690V 전원 공급 시스템 SLP400-690 / 40S와 같은 750/3 V 전원 공급 시스템에 대한 높은 추종 전류 제한이있는 조정 된 단극 낙뢰 전류 어 레스터는 400/690 V 변압기를 보호하기 위해 설치되어야합니다. , 인버터, 메인 필터 및 측정 장비.

발전기 라인 보호

고전압 허용 오차를 고려하여 최대 1000V의 정격 전압을위한 클래스 II 서지 피뢰기는 발전기의 회 전자 권선과 인버터의 공급 라인을 보호하기 위해 설치해야합니다. 정격 전원 주파수 내전압 UN / AC = 2,2kV (50Hz)의 추가 스파크 갭 기반 피뢰기는 잠재적 인 절연을 위해 사용되며 발생할 수있는 전압 변동으로 인해 배리스터 기반 피뢰기가 조기 작동하는 것을 방지합니다. 인버터 작동 중. 690 V 시스템 용 배리스터의 정격 전압이 증가 된 모듈 식 XNUMX 극 클래스 II 서지 피뢰기가 발전기 고정자의 각 측면에 설치됩니다.

SLP40-750 / 3S 유형의 모듈 식 750 극 클래스 II 서지 피뢰기는 풍력 터빈을 위해 특별히 설계되었습니다. 작동 중 발생할 수있는 전압 변동을 고려하여 배리스터 Umov의 정격 전압이 XNUMXV AC입니다.

IT 시스템 용 서지 피뢰기

번개 및 기타 과도 서지의 간접적 및 직접적인 영향으로부터 통신 및 신호 네트워크의 전자 장비를 보호하기위한 서지 피뢰기는 IEC 61643-21에 설명되어 있으며 번개 보호 구역 개념에 따라 구역 경계에 설치됩니다.

다단계 피뢰기는 사각 지대없이 설계되어야합니다. 서로 다른 보호 단계가 서로 조정되어 있는지 확인해야합니다. 그렇지 않으면 모든 보호 단계가 활성화되지 않아 서지 보호 장치에 오류가 발생합니다.

대부분의 경우 유리 섬유 케이블은 IT 라인을 풍력 터빈으로 라우팅하고 제어 캐비닛을 타워베이스에서 나셀로 연결하는 데 사용됩니다. 액추에이터와 센서 및 제어 캐비닛 사이의 케이블 링은 차폐 구리 케이블로 구현됩니다. 전자기 환경에 의한 간섭이 배제되기 때문에 유리 섬유 케이블에 등전위 본딩에 직접 통합되거나 서지 보호 장치를 통해 통합되어야하는 금속 피복이없는 경우 유리 섬유 케이블을 서지 피뢰기로 보호 할 필요가 없습니다.

일반적으로 액추에이터와 센서를 제어 캐비닛과 연결하는 다음 차폐 신호 라인은 서지 보호 장치로 보호해야합니다.

센서 마스트에있는 기상 관측소의 신호선.
나셀과 허브의 피치 시스템간에 라우팅되는 신호선.
피치 시스템을위한 신호 라인.

기상 관측소의 신호선

기상 관측소의 센서와 스위치 기어 캐비닛 사이의 신호 라인 (4 – 20mA 인터페이스)은 LPZ 0B에서 LPZ 2로 라우팅되며 FLD2-24를 통해 보호 할 수 있습니다. 이러한 공간 절약형 결합 어 레스터는 공통 기준 전위 및 불균형 인터페이스를 사용하여 XNUMX 개 또는 XNUMX 개의 단일 라인을 보호하고 직접 또는 간접 차폐 접지와 함께 사용할 수 있습니다. 피뢰기의 보호 및 비보호 측과의 영구적 인 저임피던스 실드 접촉을위한 두 개의 유연한 스프링 단자가 실드 접지에 사용됩니다.

IEC 61400-24에 따른 실험실 테스트

IEC 61400-24는 풍력 터빈에 대한 시스템 수준 내성 테스트를 수행하는 두 가지 기본 방법을 설명합니다.

작동 조건에서 임펄스 전류 테스트 중에 임펄스 전류 또는 부분 번개 전류가 공급 전압이 존재하는 동안 제어 시스템의 개별 라인에 주입됩니다. 이 과정에서 모든 SPD를 포함하여 보호 할 장비는 임펄스 전류 테스트를받습니다.
두 번째 테스트 방법은 번개 전자기 임펄스 (LEMP)의 전자기 효과를 시뮬레이션합니다. 낙뢰 전류를 방전하는 구조물에 전체 낙뢰 전류를 주입하고 가능한 한 현실적으로 작동 조건에서 케이블 링을 시뮬레이션하여 전기 시스템의 동작을 분석합니다. 낙뢰 전류 가파른 정도는 결정적인 테스트 매개 변수입니다.