Proteção contra raios e sobretensão para sistema de turbina eólica

Com a crescente conscientização sobre o aquecimento global e os limites de nossos combustíveis fósseis, a necessidade de encontrar melhores fontes renováveis de energia está se tornando aparente. O uso de energia eólica é uma indústria em rápido crescimento. Essas instalações estão geralmente localizadas em terrenos abertos e elevados e, como tal, apresentam pontos de captura atraentes para descargas atmosféricas. Se o fornecimento confiável deve ser mantido, é importante que as fontes de danos por sobretensão sejam mitigadas. O LSP oferece uma ampla gama de dispositivos de proteção contra sobretensão adequados para correntes diretas e parciais de raios.

LSP tem um conjunto completo de produtos de proteção contra surtos disponíveis para aplicações em turbinas eólicas. A oferta de LSP a vários produtos de proteção montados em trilhos DIN e monitoramento de sobretensão e raios. À medida que entramos em um momento da história em que o impulso para a energia e tecnologia verdes está continuamente causando a construção de mais parques eólicos, e os atuais parques eólicos a serem expandidos, tanto os fabricantes de turbinas quanto os proprietários / operadores de parques eólicos estão cada vez mais cientes dos custos associados com queda de raios. O dano monetário que os operadores sofrem quando há um caso de queda de raio vem de duas formas: os custos associados à substituição de máquinas devido a danos físicos e os custos associados ao sistema estar offline e não produzir energia. Os sistemas elétricos de turbina enfrentam os desafios contínuos da paisagem que os cerca, com as turbinas eólicas geralmente sendo as estruturas mais altas em uma instalação. Devido ao clima adverso a que estarão expostos, combinado com as expectativas de uma turbina ser atingida por um raio várias vezes ao longo de sua vida útil, os custos de substituição e reparo de equipamentos devem ser considerados no plano de negócios de qualquer operador de parque eólico. O dano direto e indireto do raio é criado por campos eletromagnéticos intensos que criam sobretensões transitórias. Essas sobretensões são então passadas através do sistema elétrico diretamente para equipamentos sensíveis dentro da própria turbina. O surto se propaga através do sistema, produzindo danos imediatos e latentes aos circuitos e equipamentos computadorizados. Componentes como geradores, transformadores e conversores de energia, bem como eletrônicos de controle, sistemas de comunicação e SCADA são potencialmente danificados por picos de luz criados. Danos diretos e imediatos podem ser óbvios, mas danos latentes que ocorrem como resultado de vários ataques ou exposição repetida a picos podem ocorrer em componentes de energia importantes dentro de uma turbina eólica afetada, muitas vezes esses danos não são cobertos pelas garantias do fabricante e, portanto, o os custos de reparo e substituição recaem sobre os operadores.

Os custos offline são outro fator importante que deve ser considerado em qualquer plano de negócios associado a um parque eólico. Esses custos surgem quando uma turbina é desativada e deve ser trabalhada por uma equipe de serviço, ou ter seus componentes substituídos, o que envolve custos de compra, transporte e instalação. As receitas que podem ser perdidas devido a um único relâmpago podem ser significativas, e os danos latentes que são produzidos ao longo do tempo aumentam esse total. O produto de proteção de turbinas eólicas da LSP reduz significativamente os custos associados, sendo capaz de resistir a vários picos de raios sem falha, mesmo após várias ocorrências de queda.

O caso para sistemas de proteção contra sobretensão para trubinas eólicas

A mudança contínua nas condições climáticas, combinada com a crescente dependência de combustíveis fósseis, proporcionou um grande interesse em recursos de energia renováveis e sustentáveis em todo o mundo. Uma das tecnologias mais promissoras em energia verde é a energia eólica, que exceto pelos altos custos de inicialização seria a escolha de muitas nações em todo o mundo. Por exemplo, em Portugal, o objetivo de produção de energia eólica de 2006 a 2010 era aumentar para 25% a produção total de energia eólica, objetivo este que foi alcançado e mesmo ultrapassado em anos posteriores. Embora os programas governamentais agressivos que impulsionam a produção de energia eólica e solar tenham expandido substancialmente a indústria eólica, com esse aumento no número de turbinas eólicas vem um aumento na probabilidade de as turbinas serem atingidas por raios. Os ataques diretos às turbinas eólicas foram reconhecidos como um problema sério e existem questões únicas que tornam a proteção contra raios mais desafiadora em energia eólica do que em outras indústrias.

A construção de turbinas eólicas é única, e essas estruturas altas, em sua maioria de metal, são muito suscetíveis a danos causados por raios. Eles também são difíceis de proteger usando tecnologias convencionais de proteção contra surtos, que se sacrificam principalmente após um único surto. As turbinas eólicas podem subir mais de 150 metros de altura e estão localizadas normalmente em terrenos elevados em áreas remotas que estão expostas aos elementos, incluindo quedas de raios. Os componentes mais expostos de uma turbina eólica são as lâminas e a nacela, geralmente feitas de materiais compósitos incapazes de sustentar a queda direta de um raio. Um ataque direto típico geralmente acontece com as pás, criando uma situação em que o pico se espalha por todos os componentes da turbina dentro do moinho de vento e, potencialmente, para todas as áreas eletricamente conectadas da fazenda. As áreas tipicamente usadas para parques eólicos apresentam más condições de aterramento, e o parque eólico moderno possui eletrônicos de processamento que são incrivelmente sensíveis. Todas essas questões tornam a proteção das turbinas eólicas contra danos causados por raios mais desafiadora.

Dentro da própria estrutura da turbina eólica, os componentes eletrônicos e rolamentos são muito suscetíveis a danos por raios. Os custos de manutenção associados às turbinas eólicas são elevados devido às dificuldades de substituição desses componentes. Trazer tecnologias que podem melhorar as médias estatísticas para a substituição de componentes necessários é uma fonte de grande discussão na maioria das salas de diretoria e agências governamentais envolvidas com a produção eólica. A natureza robusta da linha de produtos de proteção contra sobretensão é única entre as tecnologias de proteção contra sobretensão porque continua a proteger o equipamento mesmo quando ativado, e não há necessidade de substituição ou reinicialização após uma sobretensão. Isso permite que os geradores de energia eólica permaneçam online por períodos mais longos. Quaisquer melhorias nas médias estatísticas de status off-line e tempos em que as turbinas estão inativas para manutenção acabarão por trazer mais custos para o consumidor.

Prevenir danos aos circuitos de baixa tensão e controle é fundamental, pois estudos têm demonstrado que mais de 50% das falhas em turbinas eólicas são causadas por quebras desses tipos de componentes. Quebras documentadas de equipamentos atribuídas a descargas atmosféricas diretas e induzidas e surtos de refluxo que se propagam logo após a queda de um raio são comuns. Os pára-raios instalados no lado da rede elétrica dos sistemas são aterrados junto com o lado de baixa tensão para diminuir a resistência do aterramento, aumentando a capacidade de toda a cadeia de resistir a um impacto em uma única turbina eólica.

Proteção contra raios e sobretensão para turbinas eólicas

Este artigo descreve a implementação de medidas de proteção contra raios e sobretensões para dispositivos e sistemas elétricos e eletrônicos em uma turbina eólica.

As turbinas eólicas são altamente vulneráveis aos efeitos dos raios diretos devido à sua vasta superfície exposta e altura. Como o risco de um raio atingir uma turbina eólica aumenta quadraticamente com sua altura, pode-se estimar que uma turbina eólica de vários megawatts é atingida por um raio direto aproximadamente a cada XNUMX meses.

A compensação de feed-in deve amortizar os altos custos de investimento dentro de alguns anos, o que significa que o tempo de inatividade como resultado de raios e danos de sobretensão e custos de reparo associados devem ser evitados. É por isso que medidas abrangentes de proteção contra raios e sobretensão são essenciais.

Ao planejar um sistema de proteção contra raios para turbinas eólicas, não apenas os flashes nuvem-terra, mas também flashes terra-nuvem, os chamados líderes ascendentes, devem ser considerados para objetos com altura de mais de 60 m em locais expostos . A alta carga elétrica dessas guias ascendentes deve ser levada em consideração principalmente para a proteção das pás do rotor e para a seleção de pára-raios adequados.

Padronização - Proteção contra raios e sobretensão para sistema de turbina eólica
O conceito de proteção deve ser baseado nas normas internacionais IEC 61400-24, série de normas IEC 62305 e nas diretrizes da sociedade de classificação Germanischer Lloyd.

Medidas de proteção
A IEC 61400-24 recomenda a seleção de todos os subcomponentes do sistema de proteção contra raios de uma turbina eólica de acordo com o nível de proteção contra raios (LPL) I, a menos que uma análise de risco demonstre que um LPL inferior é suficiente. Uma análise de risco também pode revelar que diferentes subcomponentes têm diferentes LPLs. A IEC 61400-24 recomenda que o sistema de proteção contra raios seja baseado em um conceito abrangente de proteção contra raios.

A proteção contra raios e sobretensões para o sistema de turbina eólica consiste em um sistema externo de proteção contra raios (LPS) e medidas de proteção contra sobretensões (SPMs) para proteger equipamentos elétricos e eletrônicos. Para planejar as medidas de proteção, é aconselhável subdividir a turbina eólica em zonas de proteção contra raios (LPZs).

O sistema de proteção contra raios e sobretensões para turbinas eólicas protege dois subsistemas que só podem ser encontrados em turbinas eólicas: as pás do rotor e o trem de força mecânico.

IEC 61400-24 descreve em detalhes como proteger essas peças especiais de uma turbina eólica e como provar a eficácia das medidas de proteção contra raios.

De acordo com esta norma, é aconselhável realizar testes de alta tensão para verificar a capacidade de suportar a corrente atmosférica dos sistemas relevantes com o primeiro curso e o curso longo, se possível, em uma descarga comum.

Os problemas complexos com relação à proteção das pás do rotor e peças / rolamentos montados rotativamente devem ser examinados em detalhes e dependem do fabricante e do tipo do componente. A norma IEC 61400-24 fornece informações importantes a esse respeito.

Conceito de zona de proteção contra raios
O conceito de zona de proteção contra raios é uma medida estruturante para criar um ambiente EMC definido em um objeto. O ambiente EMC definido é especificado pela imunidade do equipamento elétrico usado. O conceito de zona de proteção contra descargas atmosféricas permite a redução das interferências conduzidas e irradiadas nos limites para valores definidos. Por este motivo, o objeto a ser protegido é subdividido em zonas de proteção.

O método de esfera rolante pode ser usado para determinar LPZ 0A, ou seja, as partes de uma turbina eólica que podem ser sujeitas a descargas atmosféricas diretas, e LPZ 0B, ou seja, as partes de uma turbina eólica que são protegidas de descargas atmosféricas diretas sistemas de terminação ou sistemas de terminação de ar integrados em partes de uma turbina eólica (na pá do rotor, por exemplo).

De acordo com a IEC 61400-24, o método da esfera rolante não deve ser usado para as próprias pás do rotor. Por esta razão, o projeto do sistema de terminação de ar deve ser testado de acordo com o capítulo 8.2.3 da norma IEC 61400-24.

A Fig. 1 mostra uma aplicação típica do método da esfera rolante, enquanto a Fig. 2 ilustra a possível divisão de uma turbina eólica em diferentes zonas de proteção contra raios. A divisão em zonas de proteção contra raios depende do projeto da turbina eólica. Portanto, a estrutura da turbina eólica deve ser observada.

É, no entanto, decisivo que os parâmetros de relâmpago injetados de fora da turbina eólica em LPZ 0A sejam reduzidos por medidas de proteção adequadas e dispositivos de proteção contra sobretensão em todos os limites de zona para que os dispositivos e sistemas elétricos e eletrônicos dentro da turbina eólica possam ser operados com segurança.

Medidas de blindagem
A caixa deve ser projetada como uma proteção de metal encapsulada. Isso significa que um volume com um campo eletromagnético que é consideravelmente menor do que o campo fora da turbina eólica é alcançado no invólucro.

De acordo com a IEC 61400-24, uma torre tubular de aço, usada predominantemente para grandes turbinas eólicas, pode ser considerada uma gaiola de Faraday quase perfeita, mais adequada para blindagem eletromagnética. O quadro de distribuição e os gabinetes de controle no invólucro ou “nacela” e, se houver, no prédio de operação, também devem ser de metal. Os cabos de conexão devem apresentar uma blindagem externa capaz de transportar correntes elétricas.

Cabos blindados só são resistentes à interferência EMC se as blindagens estiverem conectadas à ligação equipotencial em ambas as extremidades. As blindagens devem ser contatadas por meio de terminais de contato total (360 °) sem instalar cabos de conexão longos incompatíveis com EMC na turbina eólica.

A blindagem magnética e o roteamento do cabo devem ser executados de acordo com a seção 4 da IEC 62305-4. Por esse motivo, as diretrizes gerais para uma prática de instalação compatível com EMC de acordo com IEC / TR 61000-5-2 devem ser usadas.

As medidas de proteção incluem, por exemplo:

Instalação de trança metálica em naceles revestidas com GRP.
Torre de metal.
Gabinetes de distribuição de metal.
Armários de controle de metal.
Cabos de conexão blindados com corrente de raios (duto de cabo metálico, tubo blindado ou semelhantes).
Blindagem de cabo.

Medidas externas de proteção contra raios
A função do LPS externo é interceptar descargas atmosféricas diretas, incluindo descargas atmosféricas, na torre da turbina eólica e descarregar a corrente elétrica do ponto de impacto até o solo. Também é usado para distribuir a corrente elétrica no solo sem danos térmicos ou mecânicos ou faíscas perigosas que podem causar incêndio ou explosão e colocar pessoas em perigo.

Os pontos potenciais de ataque para uma turbina eólica (exceto as pás do rotor) podem ser determinados por meio do método da esfera rolante mostrado na Fig. 1. Para turbinas eólicas, é aconselhável usar a classe LPS I. Portanto, uma esfera rolante com um raio r = 20 m é rolado sobre a turbina eólica para determinar os pontos de impacto. Os sistemas de terminação de ar são necessários onde a esfera entra em contato com a turbina eólica.

A construção da nacela / carcaça deve ser integrada ao sistema de proteção contra raios para garantir que os raios na nacela atinjam partes de metal naturais capazes de suportar esta carga ou um sistema de terminação de ar projetado para esse fim. As nacelas com revestimento GRP devem ser equipadas com um sistema de terminação de ar e condutores descendentes formando uma gaiola ao redor da nacela.

O sistema de terminação de ar, incluindo os condutores desencapados nesta gaiola, deve ser capaz de resistir à queda de raios de acordo com o nível de proteção contra raios selecionado. Outros condutores na gaiola de Faraday devem ser projetados de tal forma que possam suportar a parcela da corrente elétrica à qual podem estar sujeitos. Em conformidade com a IEC 61400-24, os sistemas de terminação de ar para proteger o equipamento de medição montado fora da nacela devem ser projetados em conformidade com os requisitos gerais da IEC 62305-3 e os condutores de descida devem ser conectados à gaiola descrita acima.

“Componentes naturais” feitos de materiais condutores que são instalados permanentemente em / em uma turbina eólica e permanecem inalterados (por exemplo, sistema de proteção contra raios das pás do rotor, rolamentos, estruturas centrais, torre híbrida, etc.) podem ser integrados no LPS. Se as turbinas eólicas forem de construção metálica, pode-se presumir que atendem aos requisitos de um sistema de proteção contra raios externa da classe LPS I de acordo com a IEC 62305.

Isso requer que o raio seja interceptado com segurança pelo LPS das pás do rotor para que possa ser descarregado para o sistema de terminação de terra por meio de componentes naturais, como rolamentos, mainframes, a torre e / ou sistemas de desvio (por exemplo, centelhadores abertos, escovas de carvão).

Sistema de terminação de ar / condutor inferior
Como mostrado na Fig. 1, as pás do rotor; nacela incluindo superestruturas; o cubo do rotor e a torre da turbina eólica podem ser atingidos por um raio.
Se eles podem interceptar a corrente máxima de impulso de raio de 200 kA com segurança e podem descarregá-la no sistema de terminação à terra, eles podem ser usados como "componentes naturais" do sistema de terminação de ar do sistema de proteção externa contra raios da turbina eólica.

Receptores metálicos, que representam pontos definidos de impacto para descargas atmosféricas, são freqüentemente instalados ao longo da pá de GRP para proteger as pás do rotor contra danos causados por raios. Um condutor descendente é encaminhado do receptor para a raiz da lâmina. No caso de um raio, pode-se presumir que o raio atinge a ponta da lâmina (receptor) e é então descarregado através do condutor descendente dentro da lâmina para o sistema de terminação de terra através da nacela e da torre.

Sistema de terminação à terra
O sistema de terminação à terra de uma turbina eólica deve executar várias funções, como proteção pessoal, proteção EMC e proteção contra raios.

Um sistema de terminação à terra eficaz (ver Fig. 3) é essencial para distribuir as correntes de raios e evitar que a turbina eólica seja destruída. Além disso, o sistema de terminação à terra deve proteger humanos e animais contra choques elétricos. No caso de queda de um raio, o sistema de terminação de terra deve descarregar altas correntes de raio para o solo e distribuí-las no solo sem efeitos térmicos e / ou eletrodinâmicos perigosos.

Em geral, é importante estabelecer um sistema de terminação à terra para uma turbina eólica, que é usado para proteger a turbina eólica contra quedas de raios e para aterrar o sistema de fornecimento de energia.

Nota: Regulamentações elétricas de alta tensão, como Cenelec HO 637 S1 ou padrões nacionais aplicáveis, especificam como projetar um sistema de terminação de terra para evitar altas tensões de toque e degrau causadas por curtos-circuitos em sistemas de alta ou média tensão. Com relação à proteção de pessoas, a norma IEC 61400-24 refere-se a IEC // TS 60479-1 e IEC 60479-4.

Arranjo de eletrodos de aterramento

IEC 62305-3 descreve dois tipos básicos de arranjos de eletrodos de aterramento para turbinas eólicas:

Tipo A: De acordo com o Anexo I da IEC 61400-24, este arranjo não deve ser usado para turbinas eólicas, mas pode ser usado para anexos (por exemplo, edifícios contendo equipamentos de medição ou galpões de escritório em um parque eólico). Os arranjos de eletrodos de aterramento Tipo A consistem em eletrodos de aterramento horizontais ou verticais conectados por pelo menos dois condutores descendentes no edifício.

Tipo B: De acordo com o Anexo I da IEC 61400-24, este arranjo deve ser usado para turbinas eólicas. Ele consiste em um eletrodo de aterramento de anel externo instalado no solo ou em um eletrodo de aterramento de base. Eletrodos de aterramento em anel e peças de metal na fundação devem ser conectados à construção da torre.

O reforço da fundação da torre deve ser integrado no conceito de aterramento de uma turbina eólica. O sistema de terminação de aterramento da base da torre e do prédio de operação deve ser conectado por meio de uma rede entrelaçada de eletrodos de aterramento para obter um sistema de terminação de aterramento abrangendo a maior área possível. Para evitar tensões de degrau excessivas como resultado de um raio, eletrodos de anel de aterramento resistentes à corrosão e de controle de potencial (feitos de aço inoxidável) devem ser instalados ao redor da base da torre para garantir a proteção das pessoas (ver Fig. 3).

Eletrodos de aterramento de base

Eletrodos de aterramento de fundação fazem sentido técnico e econômico e são, por exemplo, exigidos nas Condições Técnicas de Conexão Alemãs (TAB) das empresas de fornecimento de energia. Os eletrodos de aterramento são parte da instalação elétrica e cumprem funções essenciais de segurança. Por esta razão, eles devem ser instalados por eletricistas ou sob a supervisão de um eletricista.

Os metais usados para eletrodos de aterramento devem estar de acordo com os materiais listados na Tabela 7 da IEC 62305-3. O comportamento à corrosão do metal no solo deve ser sempre observado. Os eletrodos de aterramento de base devem ser feitos de aço galvanizado ou não galvanizado (redondo ou laminado de aço). O aço redondo deve ter um diâmetro mínimo de 10 mm. A fita de aço deve ter dimensões mínimas de 30 x 3,5 mm. Observe que este material deve ser coberto com pelo menos 5 cm de concreto (proteção anticorrosiva). O eletrodo de aterramento da fundação deve ser conectado à barra de ligação equipotencial principal na turbina eólica. As conexões resistentes à corrosão devem ser estabelecidas através de pontos de aterramento fixos de terminais em aço inoxidável. Além disso, um eletrodo de aterramento em anel de aço inoxidável deve ser instalado no solo.

Proteção na transição de LPZ 0A para LPZ 1

Para garantir a operação segura de dispositivos elétricos e eletrônicos, os limites dos LPZs devem ser protegidos contra interferência irradiada e protegidos contra interferência conduzida (consulte as Figs. 2 e 4). Dispositivos de proteção contra surtos capazes de descarregar altas correntes de raios sem destruição devem ser instalados na transição de LPZ 0A para LPZ 1 (também referido como “ligação equipotencial de raio”). Esses dispositivos de proteção contra surtos são chamados de pára-raios classe I e são testados por meio de correntes de impulso de forma de onda de 10/350 μs. Na transição de LPZ 0B para LPZ 1 e LPZ 1 e superior, apenas as correntes de impulso de baixa energia causadas por tensões induzidas fora do sistema ou surtos gerados no sistema devem ser enfrentadas. Esses dispositivos de proteção contra surtos são chamados de pára-raios classe II e são testados por meio de correntes de impulso de forma de onda de 8/20 μs.

De acordo com o conceito de zona de proteção contra raios, todos os cabos e linhas de entrada devem ser integrados na ligação equipotencial de raios, sem exceção, por meio de pára-raios classe I na fronteira de LPZ 0A a LPZ 1 ou de LPZ 0A a LPZ 2.

Outra ligação equipotencial local, na qual todos os cabos e linhas que entram neste limite devem ser integrados, deve ser instalada para cada limite de zona adicional dentro do volume a ser protegido.

Os pára-raios tipo 2 devem ser instalados na transição de LPZ 0B para LPZ 1 e de LPZ 1 para LPZ 2, enquanto os pára-raios classe III devem ser instalados na transição de LPZ 2 para LPZ 3. A função das classes II e III Os pára-raios destinam-se a reduzir a interferência residual dos estágios de proteção a montante e a limitar os surtos induzidos ou gerados dentro da turbina eólica.

Seleção de SPDs com base no nível de proteção de tensão (Up) e imunidade do equipamento

Para descrever o Up em uma LPZ, os níveis de imunidade do equipamento dentro de uma LPZ devem ser definidos, por exemplo, para linhas de energia e conexões de equipamento de acordo com IEC 61000-4-5 e IEC 60664-1; para linhas de telecomunicações e conexões de equipamentos de acordo com IEC 61000-4-5, ITU-T K.20 e ITU-T K.21, e para outras linhas e conexões de equipamentos de acordo com as instruções do fabricante.

Os fabricantes de componentes elétricos e eletrônicos devem ser capazes de fornecer as informações exigidas sobre o nível de imunidade de acordo com os padrões EMC. Caso contrário, o fabricante da turbina eólica deve realizar testes para determinar o nível de imunidade. O nível de imunidade definido dos componentes em um LPZ define diretamente o nível de proteção de tensão necessário para os limites do LPZ. A imunidade de um sistema deve ser comprovada, quando aplicável, com todos os SPDs instalados e os equipamentos a serem protegidos.

Proteção da fonte de alimentação

O transformador de uma turbina eólica pode ser instalado em diferentes locais (em uma estação de distribuição separada, na base da torre, na torre, na nacela). No caso de grandes turbinas eólicas, por exemplo, o cabo não blindado de 20 kV na base da torre é encaminhado para as instalações de quadro de média tensão que consistem em disjuntor a vácuo, chave seccionadora mecanicamente travada, chave de aterramento de saída e relé de proteção.

Os cabos MV são encaminhados da instalação do quadro MV na torre da turbina eólica até o transformador situado na nacela. O transformador alimenta o gabinete de controle na base da torre, o gabinete do quadro de distribuição na nacela e o sistema de pitch no hub por meio de um sistema TN-C (L1; L2; L3; condutor PEN; 3PhY; 3 W + G). O gabinete do quadro na nacela fornece ao equipamento elétrico uma tensão CA de 230/400 V.

De acordo com a IEC 60364-4-44, todo equipamento elétrico instalado em uma turbina eólica deve ter uma tensão suportável de impulso nominal específica de acordo com a tensão nominal da turbina eólica. Isso significa que os pára-raios a serem instalados devem ter pelo menos o nível de proteção de tensão especificado dependendo da tensão nominal do sistema. Os pára-raios usados para proteger os sistemas de alimentação de 400/690 V devem ter um nível de proteção de tensão mínimo Up ≤ 2,5 kV, enquanto os pára-raios usados para proteger os sistemas de alimentação de 230/400 V devem ter um nível de proteção de tensão Acima ≤1,5 kV para garantir a proteção de equipamentos elétricos / eletrônicos sensíveis. Para cumprir este requisito, devem ser instalados dispositivos de proteção contra sobretensão para sistemas de alimentação de 400/690 V que são capazes de conduzir correntes de raio de forma de onda de 10/350 μs sem destruição e garantir um nível de proteção de tensão Acima ≤2,5 kV.

Sistemas de alimentação de 230/400 V

A alimentação de tensão do gabinete de controle na base da torre, o gabinete do quadro na nacele e o sistema de pitch no hub por meio de um sistema TN-C 230/400 V (3PhY, 3W + G) devem ser protegidos pela classe II pára-raios, como SLP40-275 / 3S.

Proteção da luz de advertência da aeronave

A luz de advertência da aeronave no mastro do sensor em LPZ 0B deve ser protegida por meio de um pára-raios classe II nas transições de zona relevantes (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2) (Tabela 1).

Sistemas de fonte de alimentação de 400/690 V Os pára-raios unipolares coordenados com uma alta limitação de corrente de seguimento para sistemas de alimentação de 400/690 V, como SLP40-750 / 3S, devem ser instalados para proteger o transformador de 400/690 V , inversores, filtros de rede e equipamentos de medição.

Proteção das linhas do gerador

Considerando as tolerâncias de alta tensão, para-raios classe II para tensões nominais de até 1000 V devem ser instalados para proteger o enrolamento do rotor do gerador e a linha de alimentação do inversor. Um pára-raios adicional baseado em centelha com uma tensão suportável de frequência de potência nominal UN / AC = 2,2 kV (50 Hz) é usado para isolamento de potencial e para evitar que os pára-raios baseados em varistor operem prematuramente devido a flutuações de tensão que podem ocorrer durante a operação do inversor. Um pára-raios modular classe II tripolar com uma tensão nominal aumentada do varistor para sistemas de 690 V é instalado em cada lado do estator do gerador.

Os pára-raios modulares tripolares classe II do tipo SLP40-750 / 3S são projetados especificamente para turbinas eólicas. Eles têm uma tensão nominal do varistor Umov de 750 V AC, considerando as flutuações de tensão que podem ocorrer durante a operação.

Pára-raios para sistemas de TI

Os pára-raios para proteção de equipamentos eletrônicos em redes de telecomunicação e sinalização contra os efeitos indiretos e diretos de descargas atmosféricas e outros surtos transitórios são descritos na IEC 61643-21 e são instalados nos limites da zona em conformidade com o conceito de zona de proteção contra raios.

Os pára-raios de vários estágios devem ser projetados sem pontos cegos. Deve-se garantir que os diferentes estágios de proteção estejam coordenados entre si, caso contrário, nem todos os estágios de proteção serão ativados, causando falhas no dispositivo de proteção contra surtos.

Na maioria dos casos, cabos de fibra de vidro são usados para direcionar linhas de TI em uma turbina eólica e para conectar os gabinetes de controle da base da torre à nacela. O cabeamento entre os atuadores e sensores e os painéis de controle é executado por cabos de cobre blindados. Uma vez que a interferência por um ambiente eletromagnético é excluída, os cabos de fibra de vidro não precisam ser protegidos por pára-raios, a menos que o cabo de fibra de vidro tenha uma bainha metálica que deve ser integrada diretamente na ligação equipotencial ou por meio de dispositivos de proteção contra sobretensão.

Em geral, as seguintes linhas de sinal blindadas que conectam os atuadores e sensores com os gabinetes de controle devem ser protegidas por dispositivos de proteção contra sobretensão:

Linhas de sinal da estação meteorológica no mastro do sensor.
Linhas de sinal encaminhadas entre a nacele e o sistema de inclinação no cubo.
Linhas de sinal para o sistema de pitch.

Linhas de sinalização da estação meteorológica

As linhas de sinal (interfaces de 4 - 20 mA) entre os sensores da estação meteorológica e o gabinete do painel são roteadas de LPZ 0B para LPZ 2 e podem ser protegidas por meio de FLD2-24. Esses pára-raios combinados que economizam espaço protegem duas ou quatro linhas simples com potencial de referência comum, bem como interfaces não balanceadas e estão disponíveis com aterramento de blindagem direto ou indireto. Dois terminais de mola flexível para contato permanente da blindagem de baixa impedância com o lado protegido e não protegido do pára-raios são usados para o aterramento da blindagem.

Testes de laboratório de acordo com IEC 61400-24

IEC 61400-24 descreve dois métodos básicos para realizar testes de imunidade em nível de sistema para turbinas eólicas:

Durante os testes de corrente de impulso sob condições operacionais, correntes de impulso ou correntes parciais de raio são injetadas nas linhas individuais de um sistema de controle enquanto a tensão de alimentação está presente. Ao fazer isso, o equipamento a ser protegido, incluindo todos os SPDs, é submetido a um teste de corrente de impulso.
O segundo método de teste simula os efeitos eletromagnéticos dos impulsos eletromagnéticos de relâmpagos (LEMPs). A corrente total do raio é injetada na estrutura que a descarrega e o comportamento do sistema elétrico é analisado por meio da simulação do cabeamento em condições de operação da forma mais realista possível. A inclinação da corrente elétrica é um parâmetro de teste decisivo.