Ochrona odgromowa i przepięciowa dla systemu turbiny wiatrowej

Wraz z rosnącą świadomością globalnego ocieplenia i ograniczeń dla naszych paliw kopalnych, potrzeba znalezienia lepszego odnawialnego źródła energii staje się oczywista. Wykorzystanie energii wiatrowej to szybko rozwijająca się branża. Takie instalacje są zazwyczaj zlokalizowane na otwartym i wzniesionym terenie i jako takie stanowią atrakcyjne punkty przechwytywania wyładowań atmosferycznych. Aby zapewnić niezawodne zasilanie, ważne jest, aby ograniczyć źródła uszkodzeń spowodowanych przepięciem. LSP zapewnia szeroką gamę urządzeń ochrony przed przepięciami, dostosowanych zarówno do bezpośrednich, jak i częściowych prądów piorunowych.

LSP posiada pełen zestaw produktów do ochrony przed przepięciami do zastosowań w turbinach wiatrowych. Oferta od LSP po różne produkty zabezpieczające montowane na szynie DIN oraz monitorowanie przepięć i wyładowań atmosferycznych. Wchodząc w czas w historii, w którym dążenie do zielonej energii i technologii nieustannie powoduje powstawanie coraz większej liczby farm wiatrowych, a obecne farmy wiatrowe są rozbudowywane, zarówno producenci turbin, jak i właściciele / operatorzy farm wiatrowych są coraz bardziej świadomi kosztów związanych z Błyskawica uderza. Szkody pieniężne, jakie ponoszą operatorzy w przypadku uderzenia pioruna, mają dwie formy: koszty związane z wymianą maszyn z powodu uszkodzeń fizycznych oraz koszty związane z wyłączeniem systemu i brakiem wytwarzania energii. Systemy elektryczne turbin stają w obliczu ciągłych wyzwań otaczającego je krajobrazu, a turbiny wiatrowe są na ogół najwyższymi konstrukcjami w instalacji. Ze względu na trudne warunki pogodowe, na jakie będą narażone, w połączeniu z oczekiwaniem na kilkakrotne uderzenie turbiny w piorun w całym okresie jej eksploatacji, koszty wymiany i naprawy sprzętu muszą zostać uwzględnione w biznesplanie każdego operatora farmy wiatrowej. Bezpośrednie i pośrednie uszkodzenia spowodowane uderzeniem pioruna są powodowane przez intensywne pola elektromagnetyczne, które powodują przejściowe przepięcia. Przepięcia te są następnie przekazywane przez układ elektryczny bezpośrednio do wrażliwego wyposażenia w samej turbinie. Fala rozprzestrzenia się w systemie, powodując zarówno natychmiastowe, jak i utajone uszkodzenia obwodów i sprzętu komputerowego. Elementy, takie jak generatory, transformatory i przetwornice mocy, a także elektronika sterująca, systemy komunikacyjne i systemy SCADA są potencjalnie uszkodzone przez przepięcia wywołane przez oświetlenie. Bezpośrednie i natychmiastowe uszkodzenie może być oczywiste, ale utajone uszkodzenie, które występuje w wyniku wielokrotnych uderzeń lub powtarzającego się narażenia na przepięcia, może wystąpić w kluczowych elementach mocy w turbinie wiatrowej, której dotyczy problem, często takie uszkodzenie nie jest objęte gwarancją producenta, a zatem koszty naprawy i wymiany ponoszą operatorzy.

Koszty offline to kolejny ważny czynnik, który należy uwzględnić w każdym biznesplanie związanym z farmą wiatrową. Koszty te pojawiają się, gdy turbina jest wyłączona i wymaga obsługi przez zespół serwisowy lub wymiany komponentów, co wiąże się z kosztami zakupu, transportu i instalacji. Przychody, które mogą zostać utracone z powodu pojedynczego uderzenia pioruna, mogą być znaczne, a ukryte szkody, które powstają w czasie, zwiększają tę sumę. Produkt zabezpieczający turbiny wiatrowe firmy LSP znacznie zmniejsza związane z tym koszty, ponieważ jest w stanie wytrzymać bezawaryjne wielokrotne uderzenia pioruna, nawet po wielu uderzeniach.

Skrzynia na systemy ochrony przeciwprzepięciowej dla trubin wiatrowych

Ciągła zmiana warunków klimatycznych w połączeniu z rosnącą zależnością od paliw kopalnych spowodowała duże zainteresowanie zrównoważonymi, odnawialnymi zasobami energii na całym świecie. Jedną z najbardziej obiecujących technologii w zielonej energii jest energia wiatrowa, która poza wysokimi kosztami uruchomienia byłaby wyborem wielu narodów na całym świecie. Na przykład w Portugalii celem produkcji energii wiatrowej w latach 2006-2010 było zwiększenie do 25% całkowitej produkcji energii wiatrowej, co zostało osiągnięte, a nawet przekroczone w późniejszych latach. Podczas gdy agresywne programy rządowe popychające produkcję energii wiatrowej i słonecznej znacznie rozszerzyły przemysł wiatrowy, wraz ze wzrostem liczby turbin zwiększa się prawdopodobieństwo porażenia turbin przez piorun. Bezpośrednie uderzenia w turbiny wiatrowe zostały uznane za poważny problem, a istnieją wyjątkowe problemy, które sprawiają, że ochrona odgromowa jest trudniejsza w energetyce wiatrowej niż w innych gałęziach przemysłu.

Konstrukcja turbin wiatrowych jest wyjątkowa, a te wysokie, w większości metalowe konstrukcje są bardzo podatne na uszkodzenia spowodowane uderzeniami piorunów. Są również trudne do ochrony przy użyciu konwencjonalnych technologii ochrony przed przepięciami, które poświęcają się głównie po pojedynczym przepięciu. Turbiny wiatrowe mogą wznosić się na wysokość ponad 150 metrów i są zwykle umieszczane na wysokim terenie w odległych obszarach, które są narażone na działanie elementów, w tym uderzeń piorunów. Najbardziej narażonymi elementami turbiny wiatrowej są łopaty i gondola, które są na ogół wykonane z materiałów kompozytowych, które nie są w stanie wytrzymać bezpośredniego uderzenia pioruna. Typowe uderzenie bezpośrednie zwykle zdarza się łopatom, tworząc sytuację, w której fala przepływa przez wszystkie elementy turbiny w wiatraku i potencjalnie do wszystkich połączonych elektrycznie obszarów farmy. Obszary typowo wykorzystywane pod farmy wiatrowe charakteryzują się złymi warunkami uziemienia, a nowoczesna farma wiatrowa posiada niezwykle czułą elektronikę przetwarzającą. Wszystkie te kwestie sprawiają, że ochrona turbin wiatrowych przed uszkodzeniami spowodowanymi wyładowaniami atmosferycznymi jest największym wyzwaniem.

W samej konstrukcji turbiny wiatrowej elektronika i łożyska są bardzo podatne na uszkodzenia spowodowane wyładowaniami atmosferycznymi. Koszty utrzymania turbin wiatrowych są wysokie ze względu na trudności w wymianie tych elementów. Dostarczanie technologii, które mogą poprawić średnie statystyczne w celu wymiany niezbędnych komponentów, jest źródłem wielkiej dyskusji w większości sal konferencyjnych i agencji rządowych zaangażowanych w produkcję wiatru. Wytrzymały charakter linii produktów do ochrony przed przepięciami jest wyjątkowy wśród technologii ochrony przeciwprzepięciowej, ponieważ nadal chroni sprzęt nawet po aktywacji i nie ma potrzeby wymiany lub resetowania po przepięciu piorunowym. Dzięki temu generatory wiatrowe mogą pozostawać online przez dłuższy czas. Wszelkie ulepszenia średnich statystycznych stanów offline i czasów, w których turbiny nie działają z powodu konserwacji, ostatecznie przyniosą dodatkowe koszty dla konsumenta.

Zapobieganie uszkodzeniom obwodów niskiego napięcia i obwodów sterujących ma kluczowe znaczenie, ponieważ badania wykazały, że ponad 50% awarii turbin wiatrowych jest spowodowanych awariami tego typu elementów. Udokumentowane awarie sprzętu przypisywane bezpośrednim i indukowanym uderzeniom piorunów i skokom przepływu wstecznego, które rozprzestrzeniają się zaraz po uderzeniu pioruna, są powszechne. Odgromniki instalowane po stronie sieci elektroenergetycznej systemów są uziemione razem ze stroną niskiego napięcia w celu zmniejszenia rezystancji uziemienia, zwiększając zdolność całego łańcucha do wytrzymania uderzenia w pojedynczą turbinę wiatrową.

Ochrona odgromowa i przepięciowa turbin wiatrowych

W artykule opisano wdrażanie środków ochrony odgromowej i przepięciowej urządzeń i systemów elektrycznych i elektronicznych w turbinie wiatrowej.

Turbiny wiatrowe są bardzo podatne na bezpośrednie uderzenia pioruna ze względu na ich rozległą odsłoniętą powierzchnię i wysokość. Ponieważ ryzyko uderzenia pioruna w turbinę wiatrową zwiększa się kwadratowo wraz z jej wysokością, można oszacować, że w wielomegawatową turbinę wiatrową trafia bezpośrednie uderzenie pioruna mniej więcej co dwanaście miesięcy.

Rekompensata gwarantowana musi zamortyzować wysokie koszty inwestycji w ciągu kilku lat, co oznacza, że należy unikać przestojów w wyniku wyładowań atmosferycznych i przepięć oraz związanych z nimi kosztów naprawy. Dlatego niezbędne są kompleksowe środki ochrony odgromowej i przepięciowej.

Planując system ochrony odgromowej dla turbin wiatrowych, należy wziąć pod uwagę nie tylko błyski chmura - ziemia, ale także błyski ziemia - chmura, tak zwane linie pionowe, dla obiektów o wysokości powyżej 60 mw miejscach narażonych . Wysoki ładunek elektryczny tych skierowanych ku górze linek musi być szczególnie uwzględniony przy zabezpieczaniu łopat wirnika i doborze odpowiednich odgromników.

Standaryzacja - ochrona odgromowa i przepięciowa dla systemu turbiny wiatrowej
Koncepcja ochrony powinna być oparta na międzynarodowych normach serii IEC 61400-24, IEC 62305 oraz wytycznych towarzystwa klasyfikacyjnego Germanischer Lloyd.

Środki ochrony
Norma IEC 61400-24 zaleca dobór wszystkich elementów składowych systemu ochrony odgromowej turbiny wiatrowej zgodnie z poziomem ochrony odgromowej (LPL) I, chyba że analiza ryzyka wykaże, że niższa LPL jest wystarczająca. Analiza ryzyka może również ujawnić, że różne podkomponenty mają różne licencje LPL. Norma IEC 61400-24 zaleca, aby system ochrony odgromowej był oparty na kompleksowej koncepcji ochrony odgromowej.

Ochrona odgromowa i przepięciowa systemu turbiny wiatrowej składa się z zewnętrznego systemu ochrony odgromowej (LPS) i środków ochrony przeciwprzepięciowej (SPM) w celu ochrony sprzętu elektrycznego i elektronicznego. Aby zaplanować działania ochronne, wskazane jest podzielenie turbiny wiatrowej na strefy ochrony odgromowej (LPZ).

Ochrona odgromowa i przepięciowa systemu turbiny wiatrowej chroni dwa podsystemy, które można znaleźć tylko w turbinach wiatrowych, a mianowicie łopaty wirnika i mechaniczny układ napędowy.

Norma IEC 61400-24 szczegółowo opisuje, jak chronić te specjalne części turbiny wiatrowej i jak udowodnić skuteczność środków ochrony odgromowej.

Zgodnie z tą normą zaleca się przeprowadzanie testów wysokonapięciowych w celu sprawdzenia wytrzymałości na prąd piorunowy odpowiednich układów przy pierwszym i długim skoku, jeśli to możliwe, przy wspólnym wyładowaniu.

Złożone problemy związane z ochroną łopat wirnika i obracających się części / łożysk muszą zostać szczegółowo zbadane i zależą od producenta i typu części. Norma IEC 61400-24 dostarcza ważnych informacji w tym zakresie.

Koncepcja strefy ochrony odgromowej
Koncepcja strefy ochrony odgromowej jest środkiem strukturalnym mającym na celu stworzenie określonego środowiska EMC w obiekcie. Określone środowisko EMC jest określone przez odporność używanego sprzętu elektrycznego. Koncepcja stref ochrony odgromowej pozwala na redukcję zakłóceń przewodzonych i promieniowanych na granicach do określonych wartości. Z tego powodu chroniony obiekt jest podzielony na strefy ochronne.

Metodę toczącej się kuli można wykorzystać do wyznaczenia LPZ 0A, czyli części turbiny wiatrowej, które mogą być narażone na bezpośrednie uderzenia piorunów, oraz LPZ 0B, czyli części turbiny wiatrowej, które są chronione przed bezpośrednim uderzeniem pioruna z powietrza systemy odgrodzeń lub odgrodzeń zintegrowane z częściami turbiny wiatrowej (na przykład w łopatce wirnika).

Zgodnie z IEC 61400-24 metoda toczącej się kuli nie może być stosowana do samych łopat wirnika. Z tego powodu projekt systemu zwodów należy przetestować zgodnie z rozdziałem 8.2.3 normy IEC 61400-24.

Na rys. 1 przedstawiono typowe zastosowanie metody toczącej się kuli, natomiast na rys. 2 przedstawiono możliwy podział turbiny wiatrowej na różne strefy ochrony odgromowej. Podział na strefy ochrony odgromowej zależy od projektu turbiny wiatrowej. Dlatego należy obserwować konstrukcję turbiny wiatrowej.

Decydujące jest jednak to, że parametry wyładowań atmosferycznych wprowadzane z zewnątrz turbiny wiatrowej do LPZ 0A są redukowane przez odpowiednie środki ekranujące i urządzenia chroniące przed przepięciami na wszystkich granicach stref, tak aby urządzenia elektryczne i elektroniczne oraz systemy wewnątrz turbiny wiatrowej mogły działać. bezpiecznie.

Środki ekranujące
Obudowa powinna być zaprojektowana jako zamknięta metalowa osłona. Oznacza to, że w obudowie uzyskuje się objętość z polem elektromagnetycznym, które jest znacznie mniejsze niż pole na zewnątrz turbiny wiatrowej.

Zgodnie z normą IEC 61400-24 rurową stalową wieżę, używaną głównie w dużych turbinach wiatrowych, można uznać za prawie idealną klatkę Faradaya, najlepiej nadającą się do ekranowania elektromagnetycznego. Rozdzielnice i szafy sterownicze w obudowie lub „gondoli” oraz ew. W budynku roboczym również powinny być metalowe. Kable połączeniowe powinny posiadać zewnętrzny ekran zdolny do przenoszenia prądów piorunowych.

Kable ekranowane są odporne na zakłócenia EMC tylko wtedy, gdy ekrany są podłączone do wyrównania potencjałów na obu końcach. Ekrany muszą być stykane za pomocą całkowicie (360 °) zacisków stykowych bez instalowania długich kabli połączeniowych niekompatybilnych z EMC na turbinie wiatrowej.

Ekranowanie magnetyczne i prowadzenie kabli należy wykonać zgodnie z sekcją 4 normy IEC 62305-4. Z tego powodu należy stosować ogólne wytyczne dotyczące praktyki instalacyjnej zgodnej z EMC zgodnie z normą IEC / TR 61000-5-2.

Środki ekranujące obejmują na przykład:

Montaż oplotu metalowego na gondolach powlekanych GRP.
Metalowa wieża.
Metalowe szafy rozdzielcze.
Metalowe szafy sterownicze.
Ekranowane kable połączeniowe przenoszące prąd piorunowy (metalowy kanał kablowy, ekranowana rura itp.).
Ekranowanie kabli.

Zewnętrzne środki ochrony odgromowej
Zadaniem zewnętrznego LPS jest przechwytywanie bezpośrednich uderzeń pioruna, w tym uderzeń pioruna w wieżę turbiny wiatrowej, i odprowadzanie prądu pioruna od miejsca uderzenia do ziemi. Służy również do rozprowadzania prądu piorunowego w ziemi bez uszkodzeń termicznych, mechanicznych lub niebezpiecznego iskrzenia, które mogą spowodować pożar lub wybuch i zagrozić ludziom.

Potencjalne punkty uderzenia turbiny wiatrowej (poza łopatami wirnika) można wyznaczyć metodą toczącej się kuli przedstawioną na rys. 1. Dla turbin wiatrowych zaleca się stosowanie klasy LPS I. Dlatego tocząca się kula o promień r = 20 m jest przewijany przez turbinę wiatrową w celu określenia punktów uderzenia. Tam, gdzie kula styka się z turbiną wiatrową, wymagane są systemy zwodów.

Konstrukcja gondoli / obudowy powinna być zintegrowana z systemem ochrony odgromowej, aby zapewnić, że uderzenia pioruna w gondolę uderzają w części z naturalnego metalu zdolne wytrzymać to obciążenie lub w system odgromników zaprojektowany do tego celu. Gondole z powłoką GRP należy wyposażyć w system odgrodzeń i przewody odprowadzające tworzące klatkę wokół gondoli.

System odgromników, w tym nieizolowane przewody w tej klatce, powinien być w stanie wytrzymać uderzenia pioruna zgodnie z wybranym poziomem ochrony odgromowej. Dalsze przewody w klatce Faradaya powinny być zaprojektowane w taki sposób, aby wytrzymywały część prądu piorunowego, na który mogą być narażone. Zgodnie z IEC 61400-24 układy odgromowe do ochrony urządzeń pomiarowych montowanych na zewnątrz gondoli powinny być projektowane zgodnie z ogólnymi wymaganiami normy IEC 62305-3, a przewody odprowadzające powinny być podłączone do klatki opisanej powyżej.

„Elementy naturalne” wykonane z materiałów przewodzących, które są zainstalowane na stałe w / na turbinie wiatrowej i pozostają niezmienione (np. System ochrony odgromowej łopat wirnika, łożysk, ramy główne, wieża hybrydowa, itp.) Mogą być zintegrowane z LPS. Jeżeli turbiny wiatrowe mają konstrukcję metalową, można przyjąć, że spełniają one wymagania dla zewnętrznego systemu ochrony odgromowej klasy LPS I zgodnie z normą IEC 62305.

Wymaga to bezpiecznego przechwycenia uderzenia pioruna przez LPS łopatek wirnika, tak aby mogło być odprowadzane do uziemienia za pośrednictwem elementów naturalnych, takich jak łożyska, ramy główne, wieża i / lub układy obejściowe (np. Otwarte iskierniki, szczotki węglowe).

System zwodów / przewód dolny
Jak pokazano na fig. 1, łopaty wirnika; gondola łącznie z nadbudówkami; w piastę wirnika i wieżę turbiny wiatrowej może dojść do uderzenia pioruna.
Jeśli potrafią bezpiecznie przechwycić maksymalny prąd udarowy piorunowy o wartości 200 kA i odprowadzić go do uziemienia, można je wykorzystać jako „naturalne komponenty” odgromnika zewnętrznego systemu ochrony odgromowej turbiny wiatrowej.

Metalowe receptory, które reprezentują określone punkty uderzenia piorunów, są często instalowane wzdłuż łopaty z TWS, aby chronić łopaty wirnika przed uszkodzeniami spowodowanymi wyładowaniami atmosferycznymi. Od receptora do nasady łopatki poprowadzony jest przewód odprowadzający. W przypadku uderzenia pioruna można założyć, że uderzenie pioruna uderza w końcówkę łopatki (receptor), a następnie jest rozładowywane przez przewód dolny wewnątrz łopaty do systemu uziemienia poprzez gondolę i wieżę.

System zakończenia ziemi
System uziemienia turbiny wiatrowej musi spełniać kilka funkcji, takich jak ochrona osób, ochrona EMC i ochrona odgromowa.

Skuteczny system uziemienia (patrz rys. 3) jest niezbędny do rozprowadzania prądów piorunowych i zapobiegania zniszczeniu turbiny wiatrowej. Ponadto system uziemienia musi chronić ludzi i zwierzęta przed porażeniem elektrycznym. W przypadku uderzenia pioruna uziemienie musi odprowadzać do ziemi duże prądy piorunowe i rozprowadzać je w ziemi bez niebezpiecznych skutków termicznych i / lub elektrodynamicznych.

Ogólnie rzecz biorąc, ważne jest ustanowienie systemu uziemienia dla turbiny wiatrowej, który jest używany do ochrony turbiny wiatrowej przed uderzeniami piorunów i uziemienia systemu zasilania.

Uwaga: Regulacje elektryczne dotyczące wysokiego napięcia, takie jak Cenelec HO 637 S1 lub obowiązujące normy krajowe, określają, jak zaprojektować system uziemienia, aby zapobiec wysokim napięciom dotykowym i skokowym spowodowanym zwarciami w systemach wysokiego lub średniego napięcia. W odniesieniu do ochrony osób norma IEC 61400-24 odnosi się do IEC // TS 60479-1 i IEC 60479-4.

Rozmieszczenie uziomów

Norma IEC 62305-3 opisuje dwa podstawowe typy uziemień dla turbin wiatrowych:

Typ A: Zgodnie z załącznikiem I do normy IEC 61400-24, tego rozwiązania nie wolno stosować w przypadku turbin wiatrowych, ale można je stosować jako załączniki (na przykład budynki zawierające sprzęt pomiarowy lub szopy biurowe połączone z farmą wiatrową). Układy uziomów typu A składają się z poziomych lub pionowych uziomów połączonych co najmniej dwoma przewodami odprowadzającymi na budynku.

Typ B: zgodnie z załącznikiem I normy IEC 61400-24, takie rozwiązanie musi być stosowane w turbinach wiatrowych. Składa się z zewnętrznej elektrody pierścieniowej zainstalowanej w gruncie lub uziomu fundamentowego. Uziomy pierścieniowe i metalowe elementy fundamentu należy łączyć z konstrukcją wieży.

Zbrojenie fundamentu wieży powinno być zintegrowane z koncepcją uziemienia turbiny wiatrowej. System uziemień podstawy wieży i budynku eksploatacyjnego należy połączyć siatkową siecią uziomów w celu uzyskania uziemienia o możliwie największej powierzchni. Aby zapobiec nadmiernym napięciom skokowym w wyniku uderzenia pioruna, wokół podstawy wieży należy zainstalować uziomy pierścieniowe (ze stali nierdzewnej) kontrolujące potencjał i odporne na korozję, aby zapewnić ochronę osób (patrz rys. 3).

Uziomy fundamentowe

Uziomy fundamentowe mają sens techniczny i ekonomiczny i są wymagane np. W niemieckich warunkach technicznych przyłącza (TAB) przedsiębiorstw energetycznych. Uziomy fundamentowe są częścią instalacji elektrycznej i spełniają podstawowe funkcje bezpieczeństwa. Z tego powodu muszą być instalowane przez elektryka lub pod nadzorem elektryka.

Metale używane do uziomów muszą być zgodne z materiałami wymienionymi w Tabeli 7 normy IEC 62305-3. Należy zawsze obserwować korozję metalu w gruncie. Uziomy fundamentowe muszą być wykonane ze stali ocynkowanej lub nieocynkowanej (stal okrągła lub taśmowa). Okrągła stal musi mieć minimalną średnicę 10 mm. Taśma stalowa musi mieć minimalne wymiary 30 x 3,5 mm. Należy pamiętać, że ten materiał musi być pokryty co najmniej 5 cm betonem (ochrona przed korozją). Uziom fundamentowy należy połączyć z głównym szyną wyrównawczą w turbinie wiatrowej. Połączenia odporne na korozję należy wykonywać poprzez stałe punkty uziemienia końcówek zaciskowych ze stali nierdzewnej. Ponadto w ziemi należy zamontować uziom otokowy wykonany ze stali nierdzewnej.

Zabezpieczenie na przejściu z LPZ 0A na LPZ 1

Aby zapewnić bezpieczną pracę urządzeń elektrycznych i elektronicznych, granice stref LPZ muszą być ekranowane przed zakłóceniami promieniowanymi oraz przed zakłóceniami przewodzonymi (patrz rys. 2 i 4). Na przejściu z LPZ 0A do LPZ 1 należy zainstalować ograniczniki przepięć zdolne do rozładowania wysokich prądów piorunowych bez zniszczenia (określane również jako „wyrównanie potencjałów odgromowych”). Te ograniczniki przepięć określane są jako ograniczniki przepięć klasy I i są testowane prądami impulsowymi o przebiegu 10/350 μs. Przy przejściu z LPZ 0B na LPZ 1 i LPZ 1 i wyższych należy sobie radzić tylko z niskoenergetycznymi prądami impulsowymi wywołanymi napięciami indukowanymi poza układem lub przepięciami generowanymi w układzie. Te ograniczniki przepięć określane są jako ograniczniki przepięć klasy II i są testowane prądami impulsowymi o przebiegu 8/20 μs.

Zgodnie z koncepcją stref ochrony odgromowej, wszystkie kable i linie doprowadzające muszą być zintegrowane w wyrównaniu potencjałów odgromowych bez wyjątku za pomocą ograniczników przepięć klasy I na granicy od LPZ 0A do LPZ 1 lub od LPZ 0A do LPZ 2.

Kolejne lokalne wyrównanie potencjałów, w którym wszystkie kable i linie wchodzące w tę granicę muszą być zintegrowane, należy zainstalować dla każdej kolejnej granicy strefy w chronionej objętości.

Ograniczniki przepięć typu 2 należy montować na przejściu z LPZ 0B do LPZ 1 oraz z LPZ 1 do LPZ 2, natomiast ograniczniki przepięć klasy III na przejściu z LPZ 2 do LPZ 3. Funkcja klasy II i III Ograniczniki przepięć mają na celu zmniejszenie szczątkowych zakłóceń poprzedzających stopni ochrony i ograniczenie przepięć indukowanych lub generowanych w turbinie wiatrowej.

Wybór SPD na podstawie poziomu ochrony napięcia (Up) i odporności sprzętu

Aby opisać Up in a LPZ, należy określić poziomy odporności sprzętu w LPZ, np. Dla linii energetycznych i połączeń urządzeń zgodnie z IEC 61000-4-5 i IEC 60664-1; dla linii telekomunikacyjnych i połączeń urządzeń zgodnie z IEC 61000-4-5, ITU-T K.20 i ITU-T K.21 oraz dla innych linii i połączeń urządzeń zgodnie z instrukcjami producenta.

Producenci komponentów elektrycznych i elektronicznych powinni być w stanie dostarczyć wymagane informacje o poziomie odporności zgodnie z normami EMC. W przeciwnym razie producent turbiny wiatrowej powinien przeprowadzić testy w celu określenia poziomu odporności. Zdefiniowany poziom odporności elementów w LPZ bezpośrednio określa wymagany poziom ochrony napięcia dla granic LPZ. Tam, gdzie ma to zastosowanie, należy sprawdzić odporność systemu z zainstalowanymi wszystkimi SPD i chronionym sprzętem.

Ochrona zasilania

Transformator turbiny wiatrowej może być zainstalowany w różnych miejscach (w wydzielonej stacji rozdzielczej, w podstawie wieży, w wieży, w gondoli). Na przykład w przypadku dużych turbin wiatrowych nieekranowany kabel 20 kV w podstawie wieży jest prowadzony do rozdzielnic średniego napięcia składających się z wyłącznika próżniowego, mechanicznie blokowanego przełącznika wyboru, uziemnika odpływowego i przekaźnika ochronnego.

Przewody SN prowadzone są z rozdzielnicy SN w wieży turbiny wiatrowej do transformatora znajdującego się w gondoli. Transformator zasila szafę sterowniczą w podstawie wieży, szafę rozdzielnicy w gondoli oraz układ skośny w piaście za pomocą układu TN-C (L1; L2; L3; przewód PEN; 3PhY; 3 W + G). Szafka sterownicza w gondoli zasila urządzenia elektryczne napięciem zmiennym 230/400 V.

Zgodnie z normą IEC 60364-4-44 wszystkie urządzenia elektryczne zainstalowane w turbinie wiatrowej muszą mieć określone znamionowe wytrzymywane napięcie udarowe zgodne z napięciem znamionowym turbiny wiatrowej. Oznacza to, że instalowane ograniczniki przepięć muszą mieć co najmniej określony poziom ochrony napięciowej zależny od napięcia znamionowego systemu. Ograniczniki przepięć stosowane do ochrony sieci 400/690 V muszą mieć minimalny poziom ochrony napięciowej Up ≤2,5 kV, natomiast ograniczniki przepięciowe stosowane do ochrony sieci 230/400 V muszą mieć poziom ochrony napięciowej Up ≤1,5 kV w celu zapewnienia ochrony wrażliwego sprzętu elektrycznego / elektronicznego. Aby spełnić ten wymóg, należy zainstalować ograniczniki przepięć do systemów zasilania 400/690 V, które są w stanie przewodzić prądy piorunowe o przebiegu 10/350 μs bez zniszczenia i zapewniają poziom ochrony Up ≤2,5 kV.

Systemy zasilania 230/400 V.

Zasilanie napięciem szafy sterowniczej w podstawie wieży, szafy rozdzielczej w gondoli oraz układu skoku w piaście za pomocą układu 230/400 V TN-C (3PhY, 3W + G) należy zabezpieczyć w klasie II ograniczniki przepięć, takie jak SLP40-275 / 3S.

Ochrona światła ostrzegawczego samolotu

Lampka ostrzegawcza statku powietrznego na maszcie czujnika w LPZ 0B powinna być chroniona ogranicznikiem przepięć klasy II na odpowiednich przejściach stref (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2) (tabela 1).

Systemy zasilania 400 / 690V Skoordynowane, jednobiegunowe ograniczniki prądów piorunowych z wysokim ograniczeniem prądu następczego dla systemów zasilania 400/690 V, takich jak SLP40-750 / 3S, muszą być zainstalowane w celu ochrony transformatora 400/690 V , falowniki, filtry sieciowe i sprzęt pomiarowy.

Ochrona linii generatora

Ze względu na wysokie tolerancje napięcia należy zainstalować ograniczniki przepięć klasy II dla napięć znamionowych do 1000 V w celu ochrony uzwojenia wirnika generatora i linii zasilającej falownik. Dodatkowy ogranicznik iskiernikowy o znamionowej częstotliwości sieciowej wytrzymywanej na napięcie UN / AC = 2,2 kV (50 Hz) służy do separacji potencjałów i zapobiegania przedwczesnemu zadziałaniu ograniczników warystorowych z powodu wahań napięcia, które mogą wystąpić. podczas pracy falownika. Modułowy trójbiegunowy ogranicznik przepięć klasy II o podwyższonym napięciu znamionowym warystora dla układów 690 V jest zamontowany po każdej stronie stojana generatora.

Modułowe trójbiegunowe ograniczniki przepięć klasy II typu SLP40-750 / 3S są zaprojektowane specjalnie do turbin wiatrowych. Posiadają znamionowe napięcie warystora Umov 750 V AC, biorąc pod uwagę wahania napięcia, które mogą wystąpić podczas pracy.

Ograniczniki przepięć do systemów IT

Ograniczniki przepięć do ochrony sprzętu elektronicznego w sieciach telekomunikacyjnych i sygnalizacyjnych przed pośrednimi i bezpośrednimi skutkami uderzeń piorunów i innych przepięć przejściowych są opisane w normie IEC 61643-21 i są instalowane na granicach stref zgodnie z koncepcją stref ochrony odgromowej.

Wielostopniowe ograniczniki muszą być projektowane bez martwych punktów. Należy upewnić się, że różne stopnie ochrony są ze sobą skoordynowane, w przeciwnym razie nie wszystkie stopnie ochronne zostaną aktywowane, powodując uszkodzenia w ograniczniku przepięć.

W większości przypadków kable z włókna szklanego są używane do poprowadzenia przewodów IT do turbiny wiatrowej i do podłączenia szaf sterowniczych od podstawy wieży do gondoli. Okablowanie pomiędzy elementami wykonawczymi i czujnikami a szafami sterowniczymi jest wykonane za pomocą ekranowanych kabli miedzianych. Ponieważ wykluczone są zakłócenia ze środowiska elektromagnetycznego, kable z włókna szklanego nie muszą być chronione ogranicznikami przepięć, chyba że kabel z włókna szklanego ma metalową powłokę, która musi być zintegrowana bezpośrednio z wyrównaniem potencjałów lub za pomocą urządzeń przeciwprzepięciowych.

Generalnie następujące ekranowane przewody sygnałowe łączące elementy wykonawcze i czujniki z szafami sterowniczymi muszą być chronione ogranicznikami przepięć:

Linie sygnałowe stacji pogodowej na maszcie czujnika.
Linie sygnałowe poprowadzone między gondolą a układem skoku w piaście.
Linie sygnałowe dla systemu pitch.

Linie sygnałowe stacji pogodowej

Przewody sygnałowe (interfejsy 4 - 20 mA) między czujnikami stacji pogodowej a szafą rozdzielczą poprowadzone są od LPZ 0B do LPZ 2 i mogą być chronione za pomocą FLD2-24. Te oszczędzające miejsce ograniczniki kombinowane chronią dwie lub cztery pojedyncze linie ze wspólnym potencjałem odniesienia, a także niezrównoważonymi interfejsami i są dostępne z bezpośrednim lub pośrednim uziemieniem ekranu. Do uziemienia ekranu służą dwa elastyczne zaciski sprężynowe do stałego styku ekranu o niskiej impedancji z chronioną i niezabezpieczoną stroną ogranicznika.

Badania laboratoryjne zgodnie z IEC 61400-24

IEC 61400-24 opisuje dwie podstawowe metody przeprowadzania testów odporności na poziomie systemu dla turbin wiatrowych:

Podczas testów prądów impulsowych w warunkach pracy prądy udarowe lub częściowe prądy piorunowe są wprowadzane do poszczególnych linii układu sterowania przy obecności napięcia zasilania. W ten sposób chroniony sprzęt, w tym wszystkie SPD, jest poddawany testowi prądu impulsowego.
Druga metoda badawcza symuluje skutki elektromagnetyczne piorunowych impulsów elektromagnetycznych (LEMP). Do konstrukcji wprowadzany jest pełny prąd piorunowy, który wyładowuje prąd piorunowy, a zachowanie układu elektrycznego jest analizowane za pomocą możliwie realistycznej symulacji okablowania w warunkach pracy. Decydującym parametrem testowym jest stromość prądu piorunowego.