Lyn- og overspenningsvern for vindturbinanlegg

Med den økende bevisstheten om den globale oppvarmingen og grensene for våre fossile drivstoff, blir behovet for å finne bedre fornybar energikilde tydelig. Bruk av vindenergi er en raskt voksende industri. Slik installasjon er generelt plassert på åpent og forhøyet terreng og har som sådan attraktive fangstpunkter for lynutslipp. Hvis pålitelig forsyning skal opprettholdes, er det viktig at kilder til overspenningsskader blir redusert. LSP tilbyr et omfattende utvalg av overspenningsvern som passer både til direkte og delvis lynstrøm.

Lyn- og overspenningsvern for vindturbinanlegg

LSP har en komplett pakke med overspenningsvernprodukter tilgjengelig for vindturbinapplikasjoner. Tilbudet fra LSP til forskjellige DIN-skinnemonterte beskyttelsesprodukter og overspennings- og lynovervåking. Når vi går inn i en tid i historien da presset mot grønn energi og teknologi kontinuerlig fører til at flere vindparker bygges, og dagens vindparker utvides, er både turbinprodusenter og vindkrafteiere / operatører i økende grad klar over kostnadene knyttet til lynnedslag. Den økonomiske skaden operatørene opplever når det er et tilfelle av et lynnedslag, kommer i to former, kostnadene forbundet med utskifting av maskiner på grunn av fysisk skade og kostnadene forbundet med at systemet er offline og ikke produserer strøm. Elektriske turbinesystemer møter de kontinuerlige utfordringene i landskapet som omgir dem, med vindturbiner som generelt er de høyeste konstruksjonene i en installasjon. På grunn av det harde været de vil bli utsatt for, kombinert med forventningene om at en turbin blir rammet av lyn flere ganger gjennom hele levetiden, må kostnadene ved utskifting og reparasjon av utstyr tas med i forretningsplanen til enhver vindparkoperatør. Den direkte og indirekte lynskaden er skapt av intense elektromagnetiske felt som skaper forbigående overspenninger. Disse overspenningene føres deretter gjennom det elektriske systemet direkte til sensitivt utstyr i selve turbinen. Overspenningen forplanter seg gjennom systemet og produserer både umiddelbar og latent skade på kretsløp og datautstyr. Komponenter som generatorer, transformatorer og strømomformere samt kontrollelektronikk, kommunikasjon og SCADA-systemer er potensielt skadet av lysspredning. Direkte og øyeblikkelig skade kan være åpenbar, men latent skade som oppstår som et resultat av flere slag eller gjentatt eksponering for overspenninger kan oppstå på viktige kraftkomponenter i en utført vindturbin, mange ganger dekkes ikke denne skaden av produsentens garantier, og dermed kostnadene for reparasjon og erstatning faller på operatørene.

Offline kostnader er en annen viktig faktor som må figureres i en forretningsplan knyttet til en vindpark. Disse kostnadene kommer når en turbin er deaktivert og må jobbes med av et serviceteam, eller hvis komponenter er skiftet ut, som både innebærer innkjøps-, transport- og installasjonskostnader. Inntektene som kan gå tapt på grunn av en enkelt lynnedslag kan være betydelige, og den latente skaden som produseres over tid legger til den totale. LSPs vindmøllebeskyttelsesprodukt reduserer de tilknyttede kostnadene betydelig ved å kunne tåle flere lynbølger uten svikt, selv etter flere tilfeller av streik.

Saken for overspenningsvernsystemer for vindrør

Den kontinuerlige endringen i klimaforhold kombinert med den økende avhengigheten av fossile brensler har gitt stor interesse for bærekraftige, fornybare energiressurser over hele verden. En av de mest lovende teknologiene innen grønn energi er vindkraft, som bortsett fra høye oppstartkostnader vil være valg for mange nasjoner over hele verden. For eksempel, i Portugal, var vindkraftproduksjonens mål fra 2006 til 2010 å øke den totale energiproduksjonen av vindkraft til 25%, et mål som ble oppnådd og til og med overgått senere år. Mens aggressive regjeringsprogrammer som driver vind- og solenergiproduksjon har utvidet vindindustrien betydelig, med denne økningen i antall vindturbiner, øker sannsynligheten for at turbiner blir rammet av lyn. Direkte angrep mot vindturbiner er blitt anerkjent som et alvorlig problem, og det er unike problemer som gjør lynbeskyttelse mer utfordrende i vindenergi enn i andre næringer.

Konstruksjonen av vindturbiner er unik, og disse høye metallkonstruksjonene er veldig utsatt for skader fra lynnedslag. De er også vanskelige å beskytte ved hjelp av konvensjonelle overspenningsvernteknologier som hovedsakelig ofrer seg selv etter en enkelt bølge. Vindturbiner kan stige mer enn 150 meter i høyden, og ligger vanligvis på høyt underlag i avsidesliggende områder som er utsatt for elementene, inkludert lynnedslag. De mest utsatte komponentene i en vindturbin er bladene og nacellen, og disse er vanligvis laget av komposittmaterialer som ikke klarer å opprettholde et direkte lynnedslag. En typisk direkte streik skjer vanligvis med bladene, og skaper en situasjon der overspenningen beveger seg gjennom turbinkomponentene i vindmøllen og potensielt til alle elektrisk tilkoblede områder av gården. Områdene som vanligvis brukes til vindparker har dårlige jordforhold, og den moderne vindparken har behandlingselektronikk som er utrolig følsom. Alle disse problemene gjør beskyttelsen av vindturbiner mot lynrelaterte skader mest utfordrende.

Innenfor selve vindturbinstrukturen er elektronikken og lagrene veldig utsatt for lynskader. Vedlikeholdskostnadene forbundet med vindturbiner er høye på grunn av vanskeligheter med å bytte ut disse komponentene. Å bringe teknologier som kan forbedre statistiske gjennomsnitt for nødvendig utskifting av komponenter, er en kilde til stor diskusjon i de fleste styrerom og statlige etater som er involvert i vindproduksjon. Den robuste karakteren til overspenningsbeskyttelsesproduktlinjen er unik blant overspenningsvernteknologier, fordi den fortsetter å beskytte utstyret selv når det er aktivert, og det ikke er behov for utskifting eller tilbakestilling etter lynoverspenning. Dette gjør at vindkraftgeneratorer kan forbli online i lengre perioder. Eventuelle forbedringer av de statistiske gjennomsnittene av frakoblede statuser og tider når turbiner er nede for vedlikehold, vil til slutt føre til ytterligere kostnader for forbrukeren.

Det er avgjørende å forhindre skade på lavspennings- og kontrollkretser, ettersom studier har vist at mer enn 50% av vindturbinfeil er forårsaket av sammenbrudd av denne typen komponenter. Dokumenterte sammenbrudd av utstyr tilskrevet direkte og indusert lynnedslag og tilbakeslagsstrøm som forplantes like etter et lynnedslag, er vanlige. Lynbeskyttere som er installert på strømnettet til systemene, er jordet sammen med lavspenningssiden for å redusere jordingsmotstanden, noe som øker hele kjedens evne til å tåle et slag mot en enkelt vindturbin.

Lyn- og overspenningsvern for vindturbiner

Denne artikkelen beskriver implementeringen av lyn- og overspenningsverntiltak for elektriske og elektroniske apparater og systemer i en vindturbin.

Vindturbiner er svært sårbare for virkningene av direkte lynnedslag på grunn av deres enorme utsatte overflate og høyde. Siden faren for lynnedslag på en vindturbin øker kvadratisk med høyden, kan det anslås at en multi-megawatt vindturbin blir rammet av et direkte lynnedslag omtrent hver tolvte måned.

Innmatingskompensasjonen må avskrive de høye investeringskostnadene i løpet av få år, noe som betyr at nedetid som følge av lyn- og overspenningsskader og tilhørende omparingskostnader må unngås. Dette er grunnen til at omfattende lyn- og overspenningsvern er avgjørende.

Når du planlegger et lynbeskyttelsessystem for vindmøller, må ikke bare sky-til-jord-blink, men også jord-til-sky-blink, såkalte oppadgående ledere, vurderes for gjenstander med en høyde på mer enn 60 m på utsatte steder. . Den høye elektriske ladningen til disse oppadgående lederne må tas spesielt i betraktning for beskyttelsen av rotorbladene og valg av passende lynstrømavledere.

Standardisering-Lyn- og overspenningsvern for vindturbinanlegg
Beskyttelseskonseptet bør være basert på de internasjonale standardene IEC 61400-24, IEC 62305-standardseriene og retningslinjene fra Germanischer Lloyd-klassifiseringssamfunnet.

Beskyttelsestiltak
IEC 61400-24 anbefaler valg av alle underkomponenter i lynbeskyttelsessystemet til en vindturbin i henhold til lynbeskyttelsesnivå (LPL) I, med mindre en risikoanalyse viser at en lavere LPL er tilstrekkelig. En risikoanalyse kan også avdekke at forskjellige underkomponenter har forskjellige LPL. IEC 61400-24 anbefaler at lynbeskyttelsessystemet er basert på et omfattende lynbeskyttelseskonsept.

Lyn- og overspenningsvern for vindturbinanlegg består av et eksternt lynbeskyttelsessystem (LPS) og overspenningsverntiltak (SPM) for å beskytte elektrisk og elektronisk utstyr. For å planlegge beskyttelsestiltak, anbefales det å dele vindturbinen inn i lynbeskyttelsessoner (LPZ).

Lyn- og overspenningsvern for vindturbinesystem beskytter to undersystemer som bare finnes i vindturbiner, nemlig rotorbladene og det mekaniske drivverket.

IEC 61400-24 beskriver i detalj hvordan du beskytter disse spesielle delene av en vindturbin og hvordan du kan bevise effektiviteten til lynbeskyttelsestiltakene.

I henhold til denne standarden er det tilrådelig å utføre høyspenningstester for å verifisere lynstrømmen for de aktuelle systemene med første slag og lang slag, om mulig, i vanlig utladning.

De komplekse problemene med hensyn til beskyttelsen av rotorbladene og roterbart monterte deler / lagre må undersøkes i detalj og avhenge av komponentprodusenten og typen. IEC 61400-24-standarden gir viktig informasjon i denne forbindelse.

Lynbeskyttelsessonekonsept
Lynbeskyttelsessonekonseptet er et strukturerende tiltak for å skape et definert EMC-miljø i et objekt. Det definerte EMC-miljøet spesifiseres av immuniteten til det elektriske utstyret som brukes. Lynbeskyttelsessonekonseptet tillater reduksjon ledet og utstrålt interferens ved grensene til definerte verdier. Av denne grunn er gjenstanden som skal beskyttes, delt inn i vernesoner.

Rullkule-metoden kan brukes til å bestemme LPZ 0A, nemlig delene av en vindturbin som kan bli utsatt for direkte lynnedslag, og LPZ 0B, nemlig delene av en vindturbin som er beskyttet mot direkte lynnedslag av ekstern luft. termineringssystemer eller lufttermineringssystemer integrert i deler av en vindturbin (for eksempel i rotorbladet).

I henhold til IEC 61400-24, må ikke rullesfæremetoden brukes til rotorbladene selv. Av denne grunn bør utformingen av lufttermineringssystemet testes i henhold til kapittel 8.2.3 i IEC 61400-24-standarden.

Fig. 1 viser en typisk anvendelse av metoden for rullende kule, mens Fig. 2 illustrerer den mulige inndelingen av en vindturbin i forskjellige lynbeskyttelsessoner. Inndelingen i lynbeskyttelsessoner avhenger av utformingen av vindturbinen. Derfor bør vindturbinens struktur følges.

Det er imidlertid avgjørende at lynparametrene som injiseres fra utsiden av vindturbinen til LPZ 0A, reduseres ved passende skjermingstiltak og overspenningsbeskyttende innretninger ved alle sonegrenser, slik at elektriske og elektroniske enheter og systemer inne i vindturbinen kan betjenes. trygt.

Skjermingstiltak
Huset skal utformes som et innkapslet metallskjerm. Dette betyr at det oppnås et volum med et elektromagnetisk felt som er betydelig lavere enn feltet utenfor vindturbinen.

I samsvar med IEC 61400-24, kan et rørformet ståltårn, hovedsakelig brukt til store vindturbiner, betraktes som et nesten perfekt Faraday-bur, best egnet for elektromagnetisk skjerming. Bryterutstyr og kontrollskap i kabinettet eller "nacelle" og eventuelt i driftsbygningen, bør også være laget av metall. Tilkoblingskablene skal ha et eksternt skjerm som kan bære lynstrømmer.

Skjermede kabler er bare motstandsdyktige mot EMC-forstyrrelser hvis skjoldene er koblet til potensialutjevningen i begge ender. Skjoldene må kontaktes ved hjelp av fullstendige (360 °) kontaktkontakter uten å installere EMC-inkompatible lange tilkoblingskabler på vindturbinen.

Magnetisk skjerming og kabelføring bør utføres i henhold til seksjon 4 i IEC 62305-4. Av denne grunn bør de generelle retningslinjene for en EMC-kompatibel installasjonspraksis i henhold til IEC / TR 61000-5-2 brukes.

Skjermingstiltak inkluderer for eksempel:

• Installasjon av metallflette på GRP-belagte naceller.
• Metalltårn.
• Skap av metall.
• Kontrollskap i metall.
• Lynstrømbærende skjermede tilkoblingskabler (metallkabelkanal, skjermet rør eller lignende).
• Kabelskjerming.

Eksterne lynbeskyttelsestiltak
Funksjonen til den eksterne LPS er å avskjære direkte lynnedslag inkludert lynnedslag i vindturbinens tårn og å tømme lynstrømmen fra streikpunktet til bakken. Den brukes også til å distribuere lynstrømmen i bakken uten termisk eller mekanisk skade eller farlig gnistdannelse som kan forårsake brann eller eksplosjon og sette mennesker i fare.

De potensielle streikepunktene for en vindturbin (unntatt rotorbladene) kan bestemmes ved hjelp av rullesfæremetoden vist i fig. 1. For vindturbiner anbefales det å bruke klasse LPS I. Derfor er en rullende kule med en radius r = 20 m rulles over vindturbinen for å bestemme streikepunktene. Luftavslutningssystemer kreves der sfæren kommer i kontakt med vindturbinen.

Nacelle / foringsrørskonstruksjonen bør integreres i lynbeskyttelsessystemet for å sikre at lynnedslag i nacellen treffer enten naturlige metalldeler som tåler denne belastningen eller et lufttermineringssystem designet for dette formålet. Naceller med GRP-belegg skal utstyres med et lufttermineringssystem og nedledere som danner et bur rundt nacellen.

Luftavslutningssystemet, inkludert ledere i dette buret, skal kunne tåle lynnedslag i henhold til det valgte lynbeskyttelsesnivået. Ytterligere ledere i Faraday-buret bør utformes på en slik måte at de tåler andelen lynstrøm de kan bli utsatt for. I samsvar med IEC 61400-24, bør lufttermineringssystemer for å beskytte måleutstyr montert utenfor nacellen utformes i samsvar med de generelle kravene i IEC 62305-3, og nedledere bør kobles til buret beskrevet ovenfor.

“Naturlige komponenter” laget av ledende materialer som er installert permanent i / på en vindturbin og forblir uendret (f.eks. Et lynbeskyttelsessystem for rotorbladene, lagrene, hovedrammene, hybridtårnet osv.) Kan integreres i LPS. Hvis vindturbiner er av metallkonstruksjon, kan det antas at de oppfyller kravene til et eksternt lynbeskyttelsessystem av klasse LPS I i henhold til IEC 62305.

Dette krever at lynnedslaget blir snappet opp av LPS på rotorbladene slik at det kan slippes ut til jordavslutningssystemet via naturlige komponenter som lagre, hovedrammer, tårnet og / eller bypass-systemer (f.eks. Åpne gnistgap, karbonbørster).

Luftavslutningssystem / nedleder
Som vist i fig. 1, er rotorbladene; nacelle inkludert overbygg; rotornavet og vindturbinens tårn kan bli truffet av lyn.
Hvis de kan fange den maksimale lynimpulsstrømmen på 200 kA trygt og kan tømme den til jordavslutningssystemet, kan de brukes som “naturlige komponenter” i luftavslutningssystemet til vindturbinens eksterne lynbeskyttelsessystem.

Metallreseptorer, som representerer definerte streikepunkter for lynnedslag, blir ofte installert langs GRP-bladet for å beskytte rotorbladene mot lyskader. En nedleder føres fra reseptoren til bladroten. I tilfelle lynnedslag kan det antas at lynnedslag treffer bladspissen (reseptoren) og deretter blir ført ut via nedlederen inne i bladet til jordavslutningssystemet via nacellen og tårnet.

Jordavslutningssystem
Jordterminasjonssystemet til en vindturbin må utføre flere funksjoner som personlig beskyttelse, EMC-beskyttelse og lynbeskyttelse.

Et effektivt jordavslutningssystem (se fig. 3) er viktig for å distribuere lynstrømmer og for å forhindre at vindturbinen ødelegges. Videre må jordavslutningssystemet beskytte mennesker og dyr mot elektrisk støt. I tilfelle lynnedslag må jordavslutningssystemet avgi høye strømmer til bakken og distribuere dem i bakken uten farlige termiske og / eller elektrodynamiske effekter.

Generelt er det viktig å etablere et jordavslutningssystem for en vindturbin som brukes til å beskytte vindturbinen mot lynnedslag og til å jorde strømforsyningssystemet.

Merk: Elektriske høyspenningsbestemmelser som Cenelec HO 637 S1 eller gjeldende nasjonale standarder spesifiserer hvordan man skal utforme et jordavslutningssystem for å forhindre høy berørings- og trinnspenning forårsaket av kortslutning i høyspenningssystemer. Når det gjelder beskyttelse av personer, refererer IEC 61400-24-standarden til IEC // TS 60479-1 og IEC 60479-4.

Ordning av jordelektroder

IEC 62305-3 beskriver to grunnleggende typer jordelektrodearrangementer for vindturbiner:

Type A: I henhold til vedlegg I i IEC 61400-24, må denne ordningen ikke brukes til vindturbiner, men den kan brukes til annekser (for eksempel bygninger som inneholder måleutstyr eller kontorboder i tilknytning til et vindkraftverk). Type A jordelektrodearrangementer består av horisontale eller vertikale jordelektroder forbundet med minst to nedledere på bygningen.

Type B: I henhold til vedlegg I til IEC 61400-24, må denne ordningen brukes for vindturbiner. Den består enten av en ekstern ringjordelektrode installert i bakken eller en grunnjordelektrode. Ringjordelektroder og metalldeler i fundamentet må kobles til tårnkonstruksjonen.

Forsterkningen av tårnfundamentet bør integreres i jordingskonseptet til en vindturbin. Jordavslutningssystemet til tårnbasen og driftsbygningen bør kobles sammen ved hjelp av et nettet av jordelektroder for å få et jordavslutningssystem som strekker seg over et så stort område som mulig. For å forhindre for store trinnspenninger som følge av lynnedslag, må potensialstyrende og korrosjonsbestandige ringjordelektroder (laget av rustfritt stål) installeres rundt tårnbunnen for å sikre beskyttelse av personer (se fig. 3).

Fundament jordelektroder

Fundamentjordelektroder gir teknisk og økonomisk mening og er for eksempel påkrevd i de tyske tekniske tilkoblingsbetingelsene (TAB) for strømforsyningsselskaper. Jordjordelektroder er en del av den elektriske installasjonen og oppfyller viktige sikkerhetsfunksjoner. Av denne grunn må de installeres av elektrikere eller under tilsyn av en elektriker.

Metaller som brukes til jordelektroder må være i samsvar med materialene oppført i tabell 7 i IEC 62305-3. Korrosjonsoppførselen til metall i bakken må alltid overholdes. Fundamentjordelektroder må være laget av galvanisert eller ikke-galvanisert stål (rundt eller stripestål). Rundt stål må ha en minimum diameter på 10 mm. Stripstål må ha minimumsdimensjoner på 30 x 3,5 mm. Merk at dette materialet må dekkes med minst 5 cm betong (korrosjonsbeskyttelse). Fundamentjordelektroden må være koblet til den viktigste potensialpotensialstangen i vindturbinen. Korrosjonsbestandige forbindelser må opprettes via faste jordingspunkter på klemmestikkene i rustfritt stål. Videre må en ringjordelektrode laget av rustfritt stål installeres i bakken.

Beskyttelse ved overgangen fra LPZ 0A til LPZ 1

For å sikre sikker drift av elektriske og elektroniske apparater, må grensene til LPZ-ene beskyttes mot utstrålt interferens og beskyttes mot utført interferens (se figur 2 og 4). Overspenningsvern som er i stand til å tømme høye lynstrømmer uten ødeleggelse, må installeres ved overgangen fra LPZ 0A til LPZ 1 (også referert til som "lynpotensialutjevning"). Disse overspenningsbeskyttende innretningene blir referert til som lyn I-avledere og testes ved hjelp av impulsstrømmer på 10/350 μs bølgeform. Ved overgangen fra LPZ 0B til LPZ 1 og LPZ 1 og høyere må bare lavenergiimpulsstrømmer forårsaket av spenninger indusert utenfor systemet eller overspenninger generert i systemet takles. Disse overspenningsbeskyttende innretningene kalles klasse II overspenningsvern og testes ved hjelp av impulsstrømmer på 8/20 μs bølgeform.

I henhold til lynbeskyttelsessonekonseptet, må alle innkommende kabler og ledninger integreres i lynpotensialutjevning uten unntak ved hjelp av klasse I lynstrømavledere ved grensen fra LPZ 0A til LPZ 1 eller fra LPZ 0A til LPZ 2.

En annen lokal ekvipotensiell binding, der alle kabler og ledninger som går inn i denne grensen, må være integrert, må installeres for alle ytterligere sonegrenser innenfor volumet som skal beskyttes.

Type 2 overspenningsavledere må installeres ved overgangen fra LPZ 0B til LPZ 1 og fra LPZ 1 til LPZ 2, mens overspenningsavledere i klasse III må installeres ved overgangen fra LPZ 2 til LPZ 3. Funksjonen til klasse II og klasse III overspenningsvern er å redusere restforstyrrelser fra oppstrømsbeskyttelsesstadiene og begrense overspenningene som er indusert eller generert i vindturbinen.

Velge SPD-er basert på spenningsbeskyttelsesnivå (Up) og utstyrsimmunitet

For å beskrive Up i en LPZ, må immunitetsnivået til utstyret i en LPZ defineres, f.eks. For kraftledninger og tilkoblinger av utstyr i henhold til IEC 61000-4-5 og IEC 60664-1; for telekommunikasjonslinjer og tilkoblinger av utstyr i henhold til IEC 61000-4-5, ITU-T K.20 og ITU-T K.21, og for andre linjer og tilkoblinger av utstyr i henhold til produsentens instruksjoner.

Produsenter av elektriske og elektroniske komponenter skal kunne gi den nødvendige informasjonen om immunitetsnivå i henhold til EMC-standardene. Ellers bør vindturbinprodusenten utføre tester for å bestemme immunitetsnivået. Det definerte immunitetsnivået til komponenter i en LPZ definerer direkte det nødvendige spenningsbeskyttelsesnivået for LPZ-grensene. Immuniteten til et system må påvises, der det er aktuelt, med alle SPD-er installert og utstyret som skal beskyttes.

Strømforsyningsbeskyttelse

Transformatoren til en vindturbin kan installeres på forskjellige steder (i en egen distribusjonsstasjon, i tårnbunnen, i tårnet, i nacellen). I tilfelle store vindturbiner føres den uskjermede 20 kV-kabelen i tårnbunnen til mellomspenningsutstyr som består av vakuumbryter, mekanisk låst bryterbryter, utgående jordingsbryter og beskyttelsesrelé.

MV-kablene føres fra MV-koblingsanlegget i vindturbinens tårn til transformatoren i nacellen. Transformatoren mater kontrollskapet i tårnbunnen, koblingsskapskapet i nacellen og stigesystemet i navet ved hjelp av et TN-C-system (L1; L2; L3; PEN-leder; 3PhY; 3 W + G). Koblingsskapskapet i nacellen forsyner det elektriske utstyret med en vekselstrøm på 230/400 V.

I henhold til IEC 60364-4-44 må alt elektrisk utstyr installert i en vindturbin ha en spesifikk nominell impuls motstå spenning i henhold til den nominelle spenningen til vindturbinen. Dette betyr at overspenningsavlederne som skal installeres, må ha minst det angitte spenningsbeskyttelsesnivået, avhengig av systemets nominelle spenning. Overspenningsvern som brukes til å beskytte 400/690 V strømforsyningssystemer, må ha et minimum spenningsbeskyttelsesnivå Opp ≤2,5 kV, mens overspenningsavleder som brukes til å beskytte 230/400 V strømforsyningssystemer, må ha et spenningsbeskyttelsesnivå Opp ≤1,5 kV for å sikre beskyttelse av følsomt elektrisk / elektronisk utstyr. For å oppfylle dette kravet må overspenningsvern for 400/690 V strømforsyningssystemer som er i stand til å lede lynstrømmer på 10/350 μs bølgeform uten ødeleggelse, og sikre et spenningsbeskyttelsesnivå Opp ≤2,5 kV må installeres.

230/400 V strømforsyningssystemer

Spenningsforsyningen til styreskapet i tårnbunnen, koblingsskapet i nacellen og stigningssystemet i navet ved hjelp av et 230/400 V TN-C-system (3PhY, 3W + G) skal beskyttes av klasse II overspenningsavledere som SLP40-275 / 3S.

Beskyttelse av flyets varsellys

Luftfartsvarsellampen på sensormasten i LPZ 0B skal beskyttes ved hjelp av en klasse II-overspenningsavleder ved de aktuelle sonegangene (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2) (tabell 1).

400 / 690V strømforsyningssystemer Koordinerte enpolede lynstrømsavledere med høy følgestrømbegrensning for 400/690 V strømforsyningssystemer som SLP40-750 / 3S, må installeres for å beskytte transformatoren 400/690 V , omformere, hovedfiltre og måleutstyr.

Beskyttelse av generatorlinjene

Med tanke på høyspenningstoleranser, må overspenningsavledere av klasse II for nominelle spenninger opp til 1000 V installeres for å beskytte rotorviklingen til generatoren og omformerens forsyningsledning. En ekstra gnistgapsbasert avleder med nominell effektfrekvens tåler spenning UN / AC = 2,2 kV (50 Hz) brukes for potensiell isolasjon og for å forhindre at varistorbaserte avledere fungerer tidlig, på grunn av spenningssvingninger som kan oppstå under drift av omformeren. En modulær trepolet klasse II overspenningsavleder med økt nominell spenning på varistoren for 690 V-systemer er installert på hver side av generatorens stator.

Modulære trepolede klasse II overspenningsavledere av typen SLP40-750 / 3S er designet spesielt for vindturbiner. De har en nominell spenning på varistoren Umov på 750 V AC, med tanke på spenningssvingninger som kan oppstå under drift.

Overspenningsavledere for IT-systemer

Overspenningsvernere for å beskytte elektronisk utstyr i telekommunikasjons- og signalnettverk mot de indirekte og direkte effektene av lynnedslag og andre forbigående overspenninger er beskrevet i IEC 61643-21 og er installert ved sonegrensene i samsvar med lynbeskyttelsessonekonseptet.

Flertrinnsfangere må utformes uten blinde flekker. Det må sikres at de forskjellige beskyttelsestegene er koordinert med hverandre, ellers vil ikke alle beskyttelsestegene bli aktivert, og forårsake feil i overspenningsvernet.

I de fleste tilfeller brukes glassfiberkabler til å dirigere IT-linjer inn i en vindturbin og til å koble kontrollskapene fra tårnbunnen til nacellen. Kablingen mellom aktuatorene og sensorene og kontrollskapene er implementert av skjermede kobberkabler. Siden forstyrrelser fra et elektromagnetisk miljø er ekskludert, trenger ikke glassfiberkablene å være beskyttet av overspenningsavledere med mindre glassfiberkabelen har en metallkappe som må integreres direkte i potensialutjevningen eller ved hjelp av overspenningsbeskyttende innretninger.

Generelt sett må følgende skjermede signallinjer som forbinder aktuatorene og sensorene med kontrollskapene beskyttes av overspenningsvern:

• Signallinjer for værstasjonen på sensormasten.
• Signallinjer ført mellom nacellen og tonehøyde-systemet i navet.
• Signallinjer for tonehøyde-systemet.

Signallinjer for værstasjonen

Signallinjene (4 - 20 mA-grensesnitt) mellom sensorene til værstasjonen og koblingsskapet føres fra LPZ 0B til LPZ 2 og kan beskyttes ved hjelp av FLD2-24. Disse plassbesparende kombinasjonslåsene beskytter to eller fire enkeltlinjer med felles referansepotensial samt ubalanserte grensesnitt og er tilgjengelig med direkte eller indirekte skjoldjording. To fleksible fjærterminaler for permanent lavimpedansskjoldkontakt med den beskyttede og ubeskyttede siden av arrester brukes til skjoldjording.

Laboratorietester i henhold til IEC 61400-24

IEC 61400-24 beskriver to grunnleggende metoder for å utføre immunitetstester på systemnivå for vindturbiner:

• Under impulsstrømstester under driftsforhold injiseres impulsstrømmer eller delvis lynstrømmer i de enkelte ledningene i et styringssystem mens forsyningsspenningen er til stede. Ved å gjøre dette blir utstyret som skal beskyttes, inkludert alle SPDer, utsatt for en impulsstrømstest.
• Den andre testmetoden simulerer de elektromagnetiske effektene av lynets elektromagnetiske impulser (LEMP). Full lynstrøm injiseres i strukturen som tømmer lynstrømmen, og det elektriske systemets oppførsel analyseres ved å simulere kablingen under driftsforhold så realistisk som mulig. Lynstrømbrattheten er en avgjørende testparameter.