Perlindungan kilat dan lonjakan untuk sistem turbin angin

Dengan kesedaran yang semakin meningkat mengenai pemanasan global dan had bahan bakar berasaskan fosil, keperluan untuk mencari sumber tenaga boleh diperbaharui yang lebih baik menjadi jelas. Penggunaan tenaga angin adalah industri yang berkembang pesat. Pemasangan sedemikian biasanya terletak di kawasan terbuka dan bertingkat tinggi dan dengan demikian terdapat tempat penangkapan menarik untuk melepaskan kilat. Sekiranya bekalan yang boleh dipercayai dijaga, adalah mustahak agar sumber kerosakan voltan berlebihan dapat dikurangkan. LSP menyediakan pelbagai peranti perlindungan lonjakan yang sesuai untuk arus kilat langsung dan separa.

LSP mempunyai rangkaian lengkap produk perlindungan lonjakan yang tersedia untuk aplikasi turbin angin. Penawaran dari LSP ke pelbagai produk perlindungan yang dipasang di rel DIN dan pemantauan lonjakan dan kilat. Ketika kita memasuki masa dalam sejarah ketika dorongan ke arah tenaga hijau dan teknologi terus menyebabkan lebih banyak ladang angin dibina, dan ladang angin semasa diperluas, kedua-dua pengeluar turbin dan pemilik / pengusaha ladang angin semakin menyedari kos yang berkaitan dengan sepantas kilat. Kerosakan wang yang ditanggung oleh pengendali apabila ada kejadian kilat datang dalam dua bentuk, kos yang berkaitan dengan penggantian mesin kerana kerosakan fizikal dan kos yang berkaitan dengan sistem yang berada di luar talian dan tidak menghasilkan tenaga. Sistem elektrik turbin menghadapi cabaran berterusan dari lanskap yang mengelilinginya, dengan turbin angin pada umumnya menjadi struktur tertinggi dalam pemasangan. Oleh kerana cuaca buruk yang akan mereka hadapi, digabungkan dengan jangkaan turbin disambar kilat beberapa kali sepanjang hayatnya, kos penggantian dan pembaikan peralatan mesti diambil kira dalam rancangan perniagaan mana-mana pengusaha ladang angin. Kerosakan kilat langsung dan tidak langsung diciptakan oleh medan elektromagnetik yang kuat yang menghasilkan voltan sementara. Lebihan voltan ini kemudian disalurkan melalui sistem elektrik terus ke peralatan sensitif di dalam turbin itu sendiri. Lonjakan merebak melalui sistem yang menghasilkan kerosakan segera dan laten pada litar dan peralatan berkomputer. Komponen seperti penjana, transformer, dan penukar kuasa serta kawalan elektronik, komunikasi dan sistem SCADA berpotensi rosak oleh lonjakan pencahayaan. Kerosakan langsung dan segera mungkin jelas, tetapi kerosakan terpendam yang berlaku sebagai akibat daripada banyak serangan atau pendedahan berulang terhadap lonjakan boleh berlaku pada komponen kuasa utama dalam turbin angin yang berlaku, berkali-kali kerosakan ini tidak dilindungi oleh jaminan pengeluar, dan oleh itu kos pembaikan dan penggantian jatuh ke atas pengendali.

Kos luar talian adalah faktor utama lain yang mesti dijelaskan dalam rancangan perniagaan yang berkaitan dengan ladang angin. Kos ini datang apabila turbin dilumpuhkan dan mesti dikendalikan oleh pasukan servis, atau diganti komponen yang melibatkan kedua-dua kos pembelian, pengangkutan dan pemasangan. Pendapatan yang dapat hilang akibat satu kilat boleh menjadi ketara, dan kerosakan terpendam yang dihasilkan dari masa ke masa menambah jumlah itu. Produk perlindungan turbin angin LSP secara signifikan mengurangkan kos yang berkaitan dengan dapat menahan banyak lonjakan kilat tanpa kegagalan, walaupun setelah beberapa kali berlaku serangan.

Kes untuk sistem perlindungan lonjakan trubin angin

Perubahan berterusan dalam keadaan iklim yang digabungkan dengan peningkatan kebergantungan pada bahan bakar fosil telah memberikan minat yang besar terhadap sumber tenaga yang boleh diperbaharui di seluruh dunia. Salah satu teknologi yang paling menjanjikan dalam tenaga hijau adalah tenaga angin, yang kecuali untuk kos permulaan yang tinggi akan menjadi pilihan banyak negara di seluruh dunia. Sebagai contoh, di Portugal, matlamat pengeluaran tenaga angin dari tahun 2006 hingga 2010 adalah untuk meningkat kepada 25% jumlah pengeluaran tenaga angin, suatu matlamat yang telah dicapai dan bahkan melampaui tahun-tahun kemudian. Walaupun program pemerintah yang agresif mendorong pengeluaran tenaga angin dan tenaga suria telah mengembangkan industri angin dengan ketara, dengan peningkatan jumlah turbin angin ini terjadi peningkatan kemungkinan turbin disambar petir. Serangan langsung ke turbin angin telah diakui sebagai masalah serius, dan ada masalah unik yang membuat perlindungan kilat lebih mencabar tenaga angin daripada di industri lain.

Pembinaan turbin angin adalah unik, dan struktur logam yang tinggi ini sangat mudah mengalami kerosakan akibat serangan kilat. Mereka juga sukar dilindungi menggunakan teknologi perlindungan lonjakan konvensional yang terutama mengorbankan diri setelah satu lonjakan. Turbin angin boleh naik lebih dari 150 meter, dan biasanya terletak di tanah tinggi di kawasan terpencil yang terdedah kepada unsur-unsur, termasuk kilat. Komponen turbin angin yang paling terdedah adalah bilah dan nacelle, dan ini biasanya dibuat dari bahan komposit yang tidak dapat menahan serangan kilat langsung. Serangan langsung yang biasa berlaku pada bilah, mewujudkan keadaan di mana lonjakan bergerak melalui komponen turbin di dalam kincir angin dan berpotensi ke semua kawasan yang bersambung dengan elektrik. Kawasan yang biasanya digunakan untuk ladang angin mempunyai keadaan pembumian yang buruk, dan ladang angin moden mempunyai elektronik pemprosesan yang sangat sensitif. Semua masalah ini menjadikan perlindungan turbin angin daripada kerosakan akibat kilat menjadi sangat mencabar.

Dalam struktur turbin angin itu sendiri, elektronik dan galasnya sangat terdedah kepada kerosakan kilat. Kos penyelenggaraan yang berkaitan dengan turbin angin tinggi kerana kesukaran menggantikan komponen ini. Membawa teknologi yang dapat meningkatkan rata-rata statistik untuk penggantian komponen yang diperlukan adalah sumber perbincangan hebat di kebanyakan bilik dewan dan agensi kerajaan yang terlibat dengan pengeluaran angin. Sifat teguh lini produk perlindungan lonjakan adalah unik di antara teknologi perlindungan lonjakan kerana ia terus melindungi peralatan walaupun diaktifkan, dan tidak perlu penggantian atau penyetelan semula setelah lonjakan kilat. Ini membolehkan penjana tenaga angin kekal dalam talian untuk jangka masa yang lebih lama. Sebarang penambahbaikan pada purata statistik status luar talian dan masa turbin dimatikan untuk penyelenggaraan akhirnya akan mendatangkan kos lebih tinggi kepada pengguna.

Mencegah kerosakan pada litar voltan rendah dan kawalan sangat penting, kerana kajian menunjukkan bahawa lebih daripada 50% kegagalan turbin angin disebabkan oleh kerosakan komponen jenis ini. Kerosakan peralatan yang didokumenkan disebabkan oleh serangan kilat langsung dan induksi dan lonjakan aliran balik yang merebak sejurus selepas serangan kilat, adalah perkara biasa. Alat penangkap kilat yang dipasang di sisi grid kuasa sistem dibumikan bersama-sama dengan sisi voltan rendah untuk mengurangkan rintangan pembumian, meningkatkan keupayaan seluruh rantai untuk menahan serangan ke satu turbin angin.

Perlindungan kilat dan lonjakan untuk turbin angin

Artikel ini menerangkan tentang pelaksanaan langkah-langkah perlindungan kilat dan lonjakan untuk alat dan sistem elektrik dan elektronik dalam turbin angin.

Turbin angin sangat terdedah kepada kesan serangan kilat langsung kerana permukaan dan ketinggiannya yang terdedah. Oleh kerana risiko kilat menyerang turbin angin meningkat secara kuadratik dengan ketinggiannya, dapat dianggarkan bahawa turbin angin multi-megawatt diserang oleh kilat langsung setiap dua belas bulan.

Pampasan feed-in mesti mengurangkan kos pelaburan yang tinggi dalam beberapa tahun, yang bermaksud bahawa downtime akibat kerosakan kilat dan lonjakan serta kos pasangan semula yang berkaitan mesti dielakkan. Inilah sebabnya mengapa langkah-langkah perlindungan kilat dan lonjakan yang menyeluruh sangat penting.

Semasa merancang sistem perlindungan kilat untuk turbin angin, bukan hanya kilatan awan-ke-bumi, tetapi juga kilatan bumi-ke-awan, yang disebut pemimpin ke atas, harus dipertimbangkan untuk objek dengan ketinggian lebih dari 60 m di lokasi yang terdedah . Caj elektrik yang tinggi bagi pemimpin ke atas ini mesti diambil kira untuk melindungi bilah pemutar dan memilih penahan arus kilat yang sesuai.

Standardisasi-Perlindungan kilat dan lonjakan untuk sistem turbin angin
Konsep perlindungan harus berdasarkan standard antarabangsa IEC 61400-24, siri standard IEC 62305 dan garis panduan masyarakat klasifikasi Germanischer Lloyd.

Langkah perlindungan
IEC 61400-24 mengesyorkan pemilihan semua sub-komponen sistem perlindungan kilat turbin angin mengikut tahap perlindungan kilat (LPL) I, kecuali jika analisis risiko menunjukkan bahawa LPL yang lebih rendah mencukupi. Analisis risiko juga dapat mendedahkan bahawa sub-komponen yang berlainan mempunyai LPL yang berbeza. IEC 61400-24 mengesyorkan agar sistem perlindungan kilat berdasarkan konsep perlindungan kilat yang komprehensif.

Perlindungan kilat dan lonjakan untuk sistem turbin angin terdiri daripada sistem perlindungan kilat luar (LPS) dan langkah perlindungan lonjakan (SPM) untuk melindungi peralatan elektrik dan elektronik. Untuk merancang langkah-langkah perlindungan, disarankan untuk membagi turbin angin menjadi zona perlindungan kilat (LPZ).

Perlindungan Kilat dan lonjakan untuk sistem turbin angin melindungi dua sub-sistem yang hanya dapat dijumpai di turbin angin, iaitu bilah pemutar dan kereta api mekanikal.

IEC 61400-24 menerangkan secara terperinci bagaimana melindungi bahagian khas turbin angin ini dan bagaimana membuktikan keberkesanan langkah-langkah perlindungan kilat.

Menurut piawaian ini, disarankan untuk melakukan ujian voltan tinggi untuk mengesahkan keupayaan menahan arus kilat dari sistem yang berkaitan dengan lejang pertama dan lejang panjang, jika mungkin, dalam pelepasan biasa.

Masalah yang rumit berkaitan dengan perlindungan bilah rotor dan bahagian / galas yang boleh dipusingkan harus diperiksa secara terperinci dan bergantung pada pengeluar komponen dan jenisnya. Piawaian IEC 61400-24 memberikan maklumat penting dalam hal ini.

Konsep zon perlindungan kilat
Konsep zon perlindungan kilat adalah ukuran penstrukturan untuk mewujudkan persekitaran EMC yang ditentukan dalam objek. Persekitaran EMC yang ditentukan ditentukan oleh kekebalan peralatan elektrik yang digunakan. Konsep zon perlindungan kilat memungkinkan pengurangan yang dilakukan dan gangguan terpancar di sempadan dengan nilai yang ditentukan. Atas sebab ini, objek yang akan dilindungi dibahagikan kepada zon perlindungan.

Kaedah putaran bola boleh digunakan untuk menentukan LPZ 0A, iaitu bahagian-bahagian turbin angin yang mungkin mengalami serangan kilat langsung, dan LPZ 0B, iaitu bahagian-bahagian turbin angin yang dilindungi dari serangan kilat langsung oleh udara luaran- sistem penamatan atau sistem penamatan udara yang disepadukan di bahagian-bahagian turbin angin (misalnya di bilah pemutar).

Menurut IEC 61400-24, kaedah rolling sfera tidak boleh digunakan untuk bilah rotor sendiri. Atas sebab ini, reka bentuk sistem penamatan udara harus diuji mengikut bab 8.2.3 dari standard IEC 61400-24.

Gambar 1 menunjukkan aplikasi khas kaedah sfera bergulir, sementara Gambar 2 menggambarkan kemungkinan pembelahan turbin angin ke zon perlindungan kilat yang berbeza. Pembahagian ke zon perlindungan kilat bergantung pada reka bentuk turbin angin. Oleh itu, struktur turbin angin harus diperhatikan.

Walau bagaimanapun, adalah menentukan bahawa parameter kilat yang disuntikkan dari luar turbin angin ke dalam LPZ 0A dikurangkan dengan langkah-langkah pelindung yang sesuai dan alat pelindung lonjakan di semua sempadan zon supaya alat dan sistem elektrik dan elektronik di dalam turbin angin dapat dikendalikan dengan selamat.

Langkah melindungi
Selongsong harus dirancang sebagai pelindung logam yang dikemas. Ini bermaksud bahawa isipadu dengan medan elektromagnetik yang jauh lebih rendah daripada medan di luar turbin angin dicapai dalam selongsong.

Sesuai dengan IEC 61400-24, menara keluli berbentuk tiub, yang digunakan terutama untuk turbin angin besar, dapat dianggap sebagai kandang Faraday yang hampir sempurna, paling sesuai untuk pelindung elektromagnetik. Almari suis dan kawalan di dalam selongsong atau "nacelle" dan, jika ada, di bangunan operasi, juga harus diperbuat daripada logam. Kabel penyambung harus mempunyai perisai luaran yang mampu membawa arus kilat.

Kabel terlindung hanya tahan terhadap gangguan EMC jika pelindung disambungkan ke ikatan equipotential di kedua-dua hujungnya. Perisai mesti dihubungi dengan menggunakan terminal yang sepenuhnya (360 °) tanpa memasang kabel penyambung panjang yang tidak sesuai dengan EMC pada turbin angin.

Perisai magnetik dan laluan kabel harus dilakukan mengikut bahagian 4 IEC 62305-4. Atas sebab ini, garis panduan umum untuk amalan pemasangan yang sesuai dengan EMC mengikut IEC / TR 61000-5-2 harus digunakan.

Langkah-langkah perlindungan merangkumi, misalnya:

Pemasangan jalinan logam pada nacelles bersalut GRP.
Menara logam.
Kabinet alat tukar logam.
Kabinet kawalan logam.
Arus kilat membawa kabel penyambung terlindung (saluran kabel logam, paip terlindung atau seumpamanya).
Perisai kabel.

Langkah perlindungan kilat luaran
Fungsi LPS luaran adalah untuk memintas kilat langsung termasuk serangan kilat ke menara turbin angin dan melepaskan arus kilat dari titik serangan ke tanah. Ia juga digunakan untuk menyebarkan arus kilat di dalam tanah tanpa kerosakan termal atau mekanikal atau percikan berbahaya yang boleh menyebabkan kebakaran atau letupan dan membahayakan orang.

Titik pemogokan yang berpotensi untuk turbin angin (kecuali bilah rotor) dapat ditentukan dengan kaedah sfera putaran yang ditunjukkan pada Gambar. 1. Untuk turbin angin, disarankan untuk menggunakan kelas LPS I. Oleh itu, bola sfera dengan jejari r = 20 m digulung di atas turbin angin untuk menentukan titik-titik pemogokan. Sistem penamatan udara diperlukan di mana sfera menghubungi turbin angin.

Pembinaan nacelle / casing harus disatukan dalam sistem pelindung kilat untuk memastikan bahawa kilat di nacelle memukul sama ada bahagian logam semula jadi yang mampu menahan beban ini atau sistem penamatan udara yang dirancang untuk tujuan ini. Nacelles dengan lapisan GRP harus dilengkapi dengan sistem penamatan udara dan konduktor bawah membentuk sangkar di sekitar nacelle.

Sistem penamatan udara termasuk konduktor telanjang di dalam sangkar ini harus mampu menahan serangan kilat mengikut tahap perlindungan kilat yang dipilih. Konduktor lebih jauh di dalam sangkar Faraday harus dirancang sedemikian rupa sehingga mereka menahan bahagian arus kilat yang mungkin dikenakan. Sesuai dengan IEC 61400-24, sistem penamatan udara untuk melindungi peralatan pengukuran yang dipasang di luar nacelle harus dirancang sesuai dengan keperluan umum IEC 62305-3 dan konduktor bawah harus disambungkan ke kandang yang dijelaskan di atas.

"Komponen semula jadi" yang terbuat dari bahan konduktif yang dipasang secara tetap di / pada turbin angin dan tetap tidak berubah (mis. Sistem perlindungan kilat dari bilah rotor, bantalan, kerangka utama, menara hibrida, dll.) Dapat disatukan dalam LPS. Sekiranya turbin angin mempunyai konstruksi logam, dapat diandaikan bahawa mereka memenuhi syarat untuk sistem perlindungan kilat luar kelas LPS I menurut IEC 62305.

Ini memerlukan agar kilat dapat dipintas dengan selamat oleh LPS bilah pemutar sehingga dapat disalurkan ke sistem penamatan bumi melalui komponen semula jadi seperti bantalan, kerangka utama, menara dan / atau sistem pintasan (misalnya jurang percikan terbuka, berus karbon).

Sistem penamatan udara / konduktor bawah
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, bilah rotor; nacelle termasuk struktur atas; hab pemutar dan menara turbin angin mungkin dilanda kilat.
Sekiranya mereka dapat memintas arus impuls kilat maksimum 200 kA dengan selamat dan dapat mengalirkannya ke sistem penamatan bumi, mereka dapat digunakan sebagai "komponen semula jadi" dari sistem penamatan udara sistem perlindungan kilat luar turbin angin.

Reseptor logam, yang mewakili titik pemogokan yang ditentukan untuk sambaran kilat, sering dipasang di sepanjang bilah GRP untuk melindungi bilah pemutar daripada kerosakan akibat kilat. Konduktor ke bawah diarahkan dari reseptor ke akar bilah. Sekiranya terjadi kilat, dapat diasumsikan bahwa sambaran petir memukul ujung pisau (reseptor) dan kemudian dilepaskan melalui konduktor bawah di dalam bilah ke sistem penamatan bumi melalui nacelle dan menara.

Sistem penamatan bumi
Sistem penghentian bumi turbin angin mesti melakukan beberapa fungsi seperti perlindungan diri, perlindungan EMC dan perlindungan kilat.

Sistem penamatan bumi yang berkesan (lihat Gambar 3) sangat penting untuk menyebarkan arus kilat dan untuk mengelakkan turbin angin musnah. Lebih-lebih lagi, sistem penamatan bumi mesti melindungi manusia dan haiwan daripada kejutan elektrik. Sekiranya berlaku kilat, sistem penamatan bumi mesti mengalirkan arus kilat tinggi ke tanah dan menyebarkannya ke dalam tanah tanpa kesan haba dan / atau elektrodinamik yang berbahaya.

Secara umum, penting untuk membuat sistem penghentian bumi untuk turbin angin yang digunakan untuk melindungi turbin angin dari serangan kilat dan untuk mematikan sistem bekalan kuasa.

Catatan: Peraturan voltan tinggi elektrik seperti Cenelec HO 637 S1 atau piawaian nasional yang berlaku menetapkan cara merancang sistem penamatan bumi untuk mengelakkan voltan sentuhan dan langkah tinggi yang disebabkan oleh litar pintas dalam sistem voltan tinggi atau sederhana. Berkenaan dengan perlindungan orang, standard IEC 61400-24 merujuk kepada IEC // TS 60479-1 dan IEC 60479-4.

Susunan elektrod bumi

IEC 62305-3 menerangkan dua jenis asas elektrod bumi untuk turbin angin:

Jenis A: Menurut Lampiran I IEC 61400-24, susunan ini tidak boleh digunakan untuk turbin angin, tetapi dapat digunakan untuk lampiran (misalnya, bangunan yang berisi peralatan pengukuran atau gudang pejabat yang berkaitan dengan ladang angin). Susunan elektrod bumi Jenis A terdiri daripada elektrod bumi mendatar atau menegak yang dihubungkan oleh sekurang-kurangnya dua konduktor bawah di bangunan.

Jenis B: Menurut Lampiran I IEC 61400-24, susunan ini mesti digunakan untuk turbin angin. Ia terdiri daripada elektrod bumi cincin luaran yang dipasang di dalam tanah atau elektrod bumi asas. Elektrod tanah cincin dan bahagian logam di pondasi mesti disambungkan ke pembinaan menara.

Pengukuhan pondasi menara harus disatukan dalam konsep pembumian turbin angin. Sistem penghentian bumi dari pangkalan menara dan bangunan operasi harus dihubungkan melalui jaringan elektrod bumi yang bersambung untuk mendapatkan sistem penutupan bumi yang luasnya seluas mungkin. Untuk mengelakkan voltan langkah yang berlebihan sebagai akibat dari kilat, elektrod tanah yang berpotensi mengawal dan tahan karat (terbuat dari keluli tahan karat) mesti dipasang di sekitar pangkalan menara untuk memastikan perlindungan orang (lihat Gambar 3).

Elektrod bumi asas

Elektrod bumi asas masuk akal teknikal dan ekonomi dan, misalnya, diperlukan dalam Syarat Penyambungan Teknikal Jerman (TAB) syarikat bekalan kuasa. Elektrod bumi asas adalah sebahagian daripada pemasangan elektrik dan memenuhi fungsi keselamatan yang penting. Atas sebab ini, mereka mesti dipasang oleh orang yang mahir elektrik atau di bawah pengawasan orang yang mahir elektrik.

Logam yang digunakan untuk elektrod bumi mesti mematuhi bahan yang disenaraikan dalam Jadual 7 IEC 62305-3. Kelakuan kakisan logam di dalam tanah mesti selalu diperhatikan. Elektrod bumi asas mesti dibuat daripada keluli tergalvani atau bukan galvanis (keluli bulat atau jalur). Keluli bulat mesti mempunyai diameter minimum 10 mm. Keluli jalur mesti mempunyai dimensi minimum 30 x 3,5 mm. Perhatikan bahawa bahan ini mesti ditutup dengan konkrit sekurang-kurangnya 5 cm (perlindungan kakisan). Elektrod landasan bumi mesti disambungkan dengan bar ikatan komponen kuat dalam turbin angin. Sambungan tahan kakisan mesti dibuat melalui titik pembumian tetap dari lug terminal yang diperbuat daripada keluli tahan karat. Lebih-lebih lagi, elektrod cincin bumi yang diperbuat daripada keluli tahan karat mesti dipasang di dalam tanah.

Perlindungan semasa peralihan dari LPZ 0A ke LPZ 1

Untuk memastikan operasi elektrik dan elektronik yang selamat, batas LPZ mesti dilindungi daripada gangguan terpancar dan dilindungi dari gangguan yang dilakukan (lihat Gambar. 2 dan 4). Peranti pelindung lonjakan yang mampu melepaskan arus kilat tinggi tanpa kerosakan mesti dipasang pada peralihan dari LPZ 0A ke LPZ 1 (juga disebut sebagai "ikatan elektrotensial kilat"). Peranti pelindung lonjakan ini disebut sebagai penahan arus kilat kelas I dan diuji dengan arus impuls gelombang gelombang 10/350 μs. Pada peralihan dari LPZ 0B ke LPZ 1 dan LPZ 1 dan lebih tinggi hanya arus impuls tenaga rendah yang disebabkan oleh voltan yang disebabkan oleh luar sistem atau lonjakan yang dihasilkan dalam sistem mesti ditangani. Peranti pelindung lonjakan ini disebut sebagai penahan lonjakan kelas II dan diuji dengan menggunakan arus impuls bentuk gelombang 8/20 μs.

Mengikut konsep zon perlindungan kilat, semua kabel dan garisan yang masuk mesti disatukan dalam ikatan perlengkapan kilat tanpa pengecualian dengan cara penangkap arus kilat kelas I di sempadan dari LPZ 0A hingga LPZ 1 atau dari LPZ 0A hingga LPZ 2.

Satu lagi ikatan equipotential tempatan, di mana semua kabel dan saluran yang memasuki sempadan ini mesti disatukan, mesti dipasang untuk setiap sempadan zon yang lebih jauh dalam kelantangan yang akan dilindungi.

Penahan lonjakan jenis 2 mesti dipasang pada peralihan dari LPZ 0B ke LPZ 1 dan dari LPZ 1 ke LPZ 2, sedangkan penahan lonjakan kelas III mesti dipasang pada peralihan dari LPZ 2 ke LPZ 3. Fungsi kelas II dan kelas III penahan lonjakan adalah untuk mengurangkan gangguan sisa tahap perlindungan hulu dan untuk membatasi lonjakan yang disebabkan atau dihasilkan dalam turbin angin.

Memilih SPD berdasarkan tahap perlindungan voltan (Up) dan kekebalan peralatan

Untuk menerangkan Peningkatan dalam LPZ, tahap kekebalan peralatan dalam LPZ mesti ditentukan, misalnya untuk talian kuasa dan sambungan peralatan mengikut IEC 61000-4-5 dan IEC 60664-1; untuk talian telekomunikasi dan sambungan peralatan mengikut IEC 61000-4-5, ITU-T K.20 dan ITU-T K.21, dan untuk talian dan sambungan peralatan lain mengikut arahan pengeluar.

Pengilang komponen elektrik dan elektronik harus dapat memberikan maklumat yang diperlukan mengenai tahap imuniti mengikut piawaian EMC. Jika tidak, pengeluar turbin angin harus melakukan ujian untuk menentukan tahap imuniti. Tahap imuniti komponen yang ditentukan dalam LPZ secara langsung menentukan tahap perlindungan voltan yang diperlukan untuk sempadan LPZ. Kekebalan sistem mesti dibuktikan, di mana berlaku, dengan semua SPD dipasang dan peralatan harus dilindungi.

Perlindungan bekalan kuasa

Transformer turbin angin boleh dipasang di lokasi yang berbeza (di stesen pengedaran yang berasingan, di pangkalan menara, di menara, di nacelle). Sekiranya terdapat turbin angin besar, kabel 20 kV yang tidak terlindung di dasar menara diarahkan ke pemasangan alat suis voltan sederhana yang terdiri daripada pemutus litar vakum, pemutus suis pemilih terkunci secara mekanik, suis pembumian keluar dan relay pelindung.

Kabel MV dialihkan dari pemasangan alat suis MV di menara turbin angin ke transformer yang terletak di nacelle. Transformer memberi makan kabinet kawalan di pangkalan menara, kabinet alat suis di nacelle dan sistem nada di hub dengan menggunakan sistem TN-C (L1; L2; L3; konduktor PEN; 3PhY; 3 W + G). Kabinet alat suis di nacelle membekalkan peralatan elektrik dengan voltan AC 230/400 V.

Menurut IEC 60364-4-44, semua peralatan elektrik yang dipasang di turbin angin mesti mempunyai voltan tahan impuls berkadar tertentu mengikut voltan nominal turbin angin. Ini bermaksud bahawa penahan lonjakan yang akan dipasang mesti mempunyai sekurang-kurangnya tahap perlindungan voltan yang ditentukan bergantung pada voltan nominal sistem. Surge arrester yang digunakan untuk melindungi sistem bekalan kuasa 400/690 V mesti mempunyai tahap perlindungan voltan minimum Naik ≤2,5 kV, sedangkan arrester lonjakan yang digunakan untuk melindungi sistem bekalan kuasa 230/400 V mesti mempunyai tahap perlindungan voltan Naik ≤1,5 kV untuk memastikan perlindungan peralatan elektrik / elektronik sensitif. Untuk memenuhi keperluan ini, alat pelindung lonjakan untuk sistem bekalan kuasa 400/690 V yang mampu melakukan arus kilat dengan bentuk gelombang 10/350 μs tanpa kemusnahan dan memastikan tahap perlindungan voltan Hingga ≤2,5 kV mesti dipasang.

Sistem bekalan kuasa 230/400 V

Bekalan voltan kabinet kawalan di dasar menara, kabinet alat suis di nacelle dan sistem nada di hub dengan menggunakan sistem TN-C 230/400 V (3PhY, 3W + G) harus dilindungi oleh kelas II penangkap lonjakan seperti SLP40-275 / 3S.

Perlindungan lampu amaran pesawat

Lampu amaran pesawat pada tiang sensor di LPZ 0B harus dilindungi dengan menggunakan penangkap lonjakan kelas II pada peralihan zon yang berkaitan (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2) (Jadual 1).

Sistem bekalan kuasa 400 / 690V Penahan arus kilat tunggal tiang terkoordinasi dengan had arus ikutan tinggi untuk sistem bekalan kuasa 400/690 V seperti SLP40-750 / 3S, mesti dipasang untuk melindungi transformer 400/690 V , penyongsang, penapis utama dan peralatan pengukuran.

Perlindungan garis penjana

Memandangkan toleransi voltan tinggi, penahan lonjakan kelas II untuk voltan nominal hingga 1000 V mesti dipasang untuk melindungi penggulungan pemutar penjana dan saluran bekalan penyongsang. Penangkap berasaskan jurang percikan tambahan dengan frekuensi kuasa undian dengan voltan tahan UN / AC = 2,2 kV (50 Hz) digunakan untuk pengasingan yang berpotensi dan untuk mengelakkan penangkap berasaskan varistor beroperasi sebelum waktunya kerana turun naik voltan yang mungkin berlaku semasa operasi penyongsang. Penangkal lonjakan kelas II tiang modular dengan voltan voltan yang meningkat bagi sistem 690 V dipasang pada setiap sisi stator penjana.

Penahan lonjakan kelas II tiang modular jenis SLP40-750 / 3S direka khas untuk turbin angin. Mereka mempunyai voltan undian dari varistor Umov 750 V AC, dengan mempertimbangkan turun naik voltan yang mungkin berlaku semasa operasi.

Surge penangkap untuk sistem IT

Penangkap lonjakan untuk melindungi peralatan elektronik dalam rangkaian telekomunikasi dan isyarat daripada kesan tidak langsung dan langsung dari kilat kilat dan lonjakan sementara yang lain dijelaskan dalam IEC 61643-21 dan dipasang di sempadan zon sesuai dengan konsep zon perlindungan kilat.

Penangkap pelbagai peringkat mesti dirancang tanpa bintik buta. Ini mesti dipastikan bahawa tahap perlindungan yang berlainan dikoordinasikan satu sama lain, jika tidak tidak semua tahap perlindungan akan diaktifkan, menyebabkan kerosakan pada alat pelindung lonjakan.

Dalam kebanyakan kes, kabel gentian kaca digunakan untuk merutekan jalur IT ke turbin angin dan untuk menghubungkan kabinet kawalan dari pangkalan menara ke nacelle. Kabel antara penggerak dan sensor dan kabinet kawalan dilaksanakan oleh kabel tembaga terlindung. Oleh kerana gangguan oleh persekitaran elektromagnetik dikecualikan, kabel gentian kaca tidak harus dilindungi oleh penahan lonjakan kecuali kabel gentian kaca mempunyai sarung logam yang mesti disatukan secara langsung ke ikatan ekuototensial atau dengan alat pelindung lonjakan.

Secara amnya, garis isyarat terlindung berikut yang menghubungkan penggerak dan sensor dengan kabinet kawalan mesti dilindungi oleh alat pelindung lonjakan:

Garis isyarat stesen cuaca di tiang sensor.
Garis isyarat dihalakan antara nacelle dan sistem nada di hub.
Garis isyarat untuk sistem nada.

Garis isyarat stesen cuaca

Garis isyarat (antara muka 4 - 20 mA) antara sensor stesen cuaca dan kabinet suis diarahkan dari LPZ 0B ke LPZ 2 dan dapat dilindungi dengan menggunakan FLD2-24. Penangkap gabungan yang menjimatkan ruang ini melindungi dua atau empat baris tunggal dengan potensi rujukan yang sama serta antara muka yang tidak seimbang dan tersedia dengan pembumian perisai langsung atau tidak langsung. Dua terminal pegas fleksibel untuk hubungan perisai impedans rendah kekal dengan bahagian pelindung yang dilindungi dan tidak dilindungi digunakan untuk pembumian pelindung.

Ujian makmal mengikut IEC 61400-24

IEC 61400-24 menerangkan dua kaedah asas untuk melakukan ujian kekebalan tahap sistem untuk turbin angin:

Semasa ujian arus impuls dalam keadaan operasi, arus impuls atau arus separa kilat disuntikkan dalam garis individu sistem kawalan semasa voltan bekalan hadir. Dengan berbuat demikian, peralatan yang harus dilindungi termasuk semua SPD dikenakan ujian arus impuls.
Kaedah ujian kedua mensimulasikan kesan elektromagnetik impuls elektromagnetik kilat (LEMPs). Arus kilat penuh disuntikkan ke dalam struktur yang melepaskan arus kilat dan tingkah laku sistem elektrikal dianalisis dengan cara mensimulasikan pengkabelan dalam keadaan operasi se realistik mungkin. Kekukuhan arus kilat adalah parameter ujian yang menentukan.