Ochrana pred bleskom a prepätím pre systém veterných turbín

S rastúcim povedomím o globálnom otepľovaní a obmedzeniami na naše fosílne palivá sa ukazuje potreba nájsť lepší obnoviteľný zdroj energie. Využívanie veternej energie je rýchlo sa rozvíjajúcim odvetvím. Takéto zariadenia sa spravidla nachádzajú na otvorenom a vyvýšenom teréne a ako také predstavujú atraktívne záchytné body pre výboje blesku. Ak sa má zachovať spoľahlivé napájanie, je dôležité, aby sa zdroje poškodenia prepätím zmiernili. LSP poskytuje rozsiahlu škálu zariadení na ochranu proti prepätiu vhodných pre priame aj čiastočné bleskové prúdy.

LSP má k dispozícii celú sadu produktov prepäťovej ochrany pre aplikácie veterných turbín. Ponuka od LSP po rôzne ochranné výrobky montované na DIN lištu a sledovanie nárazov a bleskov. Keď vstúpime do histórie, keď tlak na zelenú energiu a technológie neustále spôsobuje, že sa buduje viac veterných elektrární a rozširujú sa súčasné veterné farmy, výrobcovia turbín aj majitelia / prevádzkovatelia veterných fariem si čoraz viac uvedomujú náklady spojené s údery bleskov. Peňažné škody, ktoré operátorom vzniknú v prípade úderu blesku, majú dve formy: náklady spojené s výmenou strojov v dôsledku fyzického poškodenia a náklady spojené s odpojením systému od výroby a bez výroby energie. Elektrické systémy turbín čelia neustálym výzvam krajiny, ktorá ich obklopuje, pričom veterné turbíny sú všeobecne najvyššími štruktúrami v zariadení. Z dôvodu nepriaznivého počasia, ktorému budú vystavení, v kombinácii s očakávaniami zásahu blesku niekoľkokrát počas jeho životnosti musia byť náklady na výmenu a opravu zariadenia zapracované do obchodného plánu každého prevádzkovateľa veternej farmy. Priame a nepriame poškodenie bleskom je vytvárané intenzívnymi elektromagnetickými poľami, ktoré vytvárajú prechodné prepätia. Tieto prepätia sa potom vedú cez elektrický systém priamo do citlivých zariadení v samotnej turbíne. Náraz sa šíri cez systém a spôsobuje okamžité aj latentné poškodenie obvodov a počítačového zariadenia. Súčasti ako generátory, transformátory a výkonové meniče, ako aj riadiaca elektronika, komunikácia a systémy SCADA sú potenciálne poškodené prepätím. Priame a okamžité škody môžu byť zrejmé, ale môže dôjsť k latentnému poškodeniu, ku ktorému dôjde v dôsledku viacnásobných úderov alebo opakovaného vystavenia prepätiu, u kľúčových výkonových komponentov v rámci vykonanej veternej turbíny. Mnohokrát toto poškodenie nie je kryté zárukami výrobcu, a teda náklady na opravu a výmenu spadajú na operátorov.

Offline náklady sú ďalším hlavným faktorom, ktorý je potrebné zohľadniť v každom obchodnom pláne spojenom s veternou farmou. Tieto náklady prichádzajú, keď je turbína nefunkčná, a musí na nich pracovať servisný tím alebo nechať vymeniť komponenty, čo zahŕňa náklady na nákup, prepravu, ako aj inštaláciu. Výnosy, ktoré môžu byť stratené v dôsledku jedného zásahu blesku, môžu byť značné a k tomuto celkovému súčtu sa pridáva aj latentné poškodenie, ktoré sa časom vytvorí. Produkt na ochranu pred veternými turbínami spoločnosti LSP významne znižuje súvisiace náklady tým, že je schopný bez porúch odolávať niekoľkým nárazom blesku, a to aj po viacerých prípadoch štrajku.

Prípad systémov prepäťovej ochrany pre veterné trubice

Neustála zmena klimatických podmienok v kombinácii s rastúcou závislosťou od fosílnych palív priniesla veľký záujem o udržateľné a obnoviteľné zdroje energie na celom svete. Jednou z najsľubnejších technológií v oblasti zelenej energie je veterná energia, ktorú by si okrem vysokých nákladov na spustenie mohla zvoliť mnoho krajín na celom svete. Napríklad v Portugalsku bolo cieľom výroby veternej energie od roku 2006 do roku 2010 zvýšiť na 25% celkovú výrobu energie z veternej energie, čo sa podarilo dosiahnuť a v neskorších rokoch prekonať. Zatiaľ čo agresívne vládne programy tlačiace na výrobu veternej a slnečnej energie výrazne rozšírili veterný priemysel, s týmto nárastom počtu veterných turbín prichádza aj pravdepodobnosť zásahu blesku do turbín. Priame údery do veterných turbín sa stali vážnymi problémami a existujú jedinečné problémy, ktoré spôsobujú, že ochrana pred bleskom je vo veternej energii náročnejšia ako v iných priemyselných odvetviach.

Konštrukcia veterných turbín je jedinečná a tieto vysoké väčšinou kovové konštrukcie sú veľmi náchylné na poškodenie zásahom blesku. Je tiež ťažké ich chrániť pomocou konvenčných technológií prepäťovej ochrany, ktoré sa obetujú hlavne po jedinom prepätí. Veterné turbíny môžu stúpať do výšky viac ako 150 metrov a sú umiestnené zvyčajne na vyvýšenom mieste v odľahlých oblastiach, ktoré sú vystavené účinkom prvkov, vrátane bleskov. Najexponovanejšími súčasťami veternej turbíny sú čepele a gondola, ktoré sú zvyčajne vyrobené z kompozitných materiálov, ktoré nie sú schopné vydržať priamy úder blesku. Typický priamy úder sa všeobecne deje s lopatkami, čo vytvára situáciu, keď prepätie prechádza všetkými komponentmi turbíny vo veternom mlyne a potenciálne do všetkých elektricky prepojených oblastí farmy. Oblasti, ktoré sa zvyčajne používajú pre veterné farmy, majú zlé uzemňovacie podmienky a moderná veterná farma má neuveriteľne citlivú elektroniku na spracovanie. Všetky tieto problémy spôsobujú, že ochrana veterných turbín pred poškodením spôsobeným bleskom je najnáročnejšia.

V samotnej konštrukcii veternej turbíny sú elektronika a ložiská veľmi náchylné na poškodenie bleskom. Náklady na údržbu spojené s veternými turbínami sú vysoké kvôli problémom pri výmene týchto komponentov. Prinášanie technológií, ktoré môžu zlepšiť štatistické priemery pre nevyhnutnú výmenu komponentov, je zdrojom veľkej diskusie vo väčšine zasadacích miestností a vládnych agentúr zaoberajúcich sa výrobou vetra. Robustná povaha produktovej rady prepäťovej ochrany je medzi technológiami prepäťovej ochrany jedinečná, pretože naďalej chráni zariadenie, aj keď je aktivovaná, a po prepätí blesku nie je potrebné ju vymieňať alebo resetovať. To umožňuje veterným generátorom zostať dlhšie online. Akékoľvek vylepšenie štatistických priemerov offline stavov a časových intervalov, počas ktorých sú turbíny z dôvodu údržby nefunkčné, v konečnom dôsledku prinesie spotrebiteľovi ďalšie náklady.

Prevencia poškodenia nízkonapäťových a riadiacich obvodov je zásadná, pretože štúdie preukázali, že viac ako 50% porúch veterných turbín je spôsobených poruchami týchto typov komponentov. Dokumentované poruchy zariadenia pripisované priamym a vyvolaným úderom blesku a spätnému rázu, ktoré sa šíria tesne po údere blesku, sú bežné. Zvodiče blesku inštalované na strane elektrickej siete systémov sú uzemnené spolu so stranou nízkeho napätia, aby sa znížil odpor uzemnenia a zvýšila sa schopnosť celého reťazca vydržať úder do jednej veternej turbíny.

Ochrana pred bleskom a prepätím pre veterné turbíny

Tento článok popisuje implementáciu opatrení na ochranu pred bleskom a prepätím pre elektrické a elektronické zariadenia a systémy vo veternej turbíne.

Veterné turbíny sú veľmi zraniteľné voči účinkom priamych úderov blesku kvôli svojej obrovskej exponovanej ploche a výške. Pretože riziko úderu blesku do veternej turbíny sa kvadraticky zvyšuje s jeho výškou, dá sa odhadnúť, že viacmegawatovú veternú turbínu zasiahne priamy úder blesku zhruba každých dvanásť mesiacov.

Kompenzácia napájania musí do niekoľkých rokov amortizovať vysoké investičné náklady, čo znamená, že sa musí zabrániť prestojom v dôsledku poškodenia bleskom a prepätím a súvisiacim nákladom na opravu. Preto sú nevyhnutné komplexné opatrenia na ochranu pred bleskom a prepätím.

Pri plánovaní systému ochrany pred bleskom pre veterné turbíny je potrebné pri exponovaných miestach brať do úvahy nielen záblesky typu oblak-zem, ale aj záblesky typu zem-oblak, takzvané vodítka nahor. . Vysoký elektrický náboj týchto vodiacich členov smerom nahor je potrebné brať osobitne do úvahy pri ochrane listov rotora a výbere vhodných zvodičov bleskového prúdu.

Normalizácia - ochrana pred bleskom a prepätím pre systém veterných turbín
Koncepcia ochrany by mala byť založená na medzinárodných normách IEC 61400-24, štandardných radoch IEC 62305 a pokynoch klasifikačnej spoločnosti Germanischer Lloyd.

Ochranné opatrenia
Norma IEC 61400-24 odporúča výber všetkých čiastkových komponentov systému ochrany pred bleskom veternej turbíny podľa úrovne ochrany pred bleskom (LPL) I, pokiaľ analýza rizika nepreukáže, že postačuje nižšia LPL. Analýza rizika môže tiež odhaliť, že rôzne podzložky majú rôzne LPL. Norma IEC 61400-24 odporúča, aby bol systém ochrany pred bleskom založený na komplexnej koncepcii ochrany pred bleskom.

Systém ochrany pred bleskom a prepätím pre veterné turbíny sa skladá z externého systému ochrany pred bleskom (LPS) a opatrení na ochranu proti prepätiu (SPM) na ochranu elektrických a elektronických zariadení. Pri plánovaní ochranných opatrení je vhodné rozdeliť veternú turbínu na zóny ochrany pred bleskom (LPZ).

Ochrana pred bleskom a prepätím pre systém veterných turbín chráni dva podsystémy, ktoré sa nachádzajú iba vo veterných turbínach, a to listy rotora a mechanický pohon.

Norma IEC 61400-24 podrobne popisuje, ako chrániť tieto špeciálne časti veternej turbíny a ako preukázať účinnosť opatrení na ochranu pred bleskom.

Podľa tejto normy sa odporúča vykonať vysokonapäťové skúšky na overenie odolnosti bleskových prúdov príslušných systémov pri prvom a dlhom zdvihu, pokiaľ je to možné, pri spoločnom výboji.

Komplexné problémy týkajúce sa ochrany listov rotora a otočne namontovaných častí / ložísk musia byť podrobne preskúmané a závisia od výrobcu a typu komponentu. V tomto ohľade poskytuje dôležité informácie norma IEC 61400-24.

Koncept zóny ochrany pred bleskom
Koncept zóny ochrany pred bleskom je štruktúrujúcim opatrením na vytvorenie definovaného prostredia EMC v objekte. Definované prostredie EMC je určené odolnosťou použitého elektrického zariadenia. Koncepcia zóny ochrany pred bleskom umožňuje zníženie rušeného a vyžarovaného rušenia na hraniciach na definované hodnoty. Z tohto dôvodu sa objekt, ktorý sa má chrániť, rozdelí na ochranné pásma.

Na určenie LPZ 0A, konkrétne tých častí veternej turbíny, ktoré môžu byť vystavené priamym úderom blesku, sa môže použiť metóda valivej gule, a LPZ 0B, konkrétne tých častí veternej turbíny, ktoré sú chránené pred priamymi údermi blesku vonkajším vzduchom. ukončovacie systémy alebo ukončovacie systémy integrované v častiach veternej turbíny (napríklad v listu rotora).

Podľa IEC 61400-24 sa metóda valivej gule nesmie používať pre samotné listy rotora. Z tohto dôvodu by sa mal návrh jímacieho systému testovať podľa kapitoly 8.2.3 normy IEC 61400-24.

Obrázok 1 zobrazuje typické použitie metódy valiacej sa gule, zatiaľ čo obrázok 2 zobrazuje možné rozdelenie veternej turbíny do rôznych zón ochrany pred bleskom. Rozdelenie do zón ochrany pred bleskom závisí od konštrukcie veternej turbíny. Preto by sa mala dodržiavať štruktúra veternej turbíny.

Je však rozhodujúce, aby sa parametre blesku injektované z vonkajšej strany veternej turbíny do LPZ 0A znížili vhodnými tieniacimi opatreniami a prepäťovými ochrannými zariadeniami na všetkých hraniciach zón, aby bolo možné ovládať elektrické a elektronické zariadenia a systémy vo vnútri veternej turbíny. bezpečne.

Tieniace opatrenia
Plášť by mal byť navrhnutý ako zapuzdrený kovový štít. To znamená, že v puzdre sa dosiahne objem s elektromagnetickým poľom, ktoré je podstatne menšie ako pole mimo veternej turbíny.

V súlade s normou IEC 61400-24 možno rúrkovú vežu z ocele, používanú predovšetkým pre veľké veterné turbíny, považovať za takmer dokonalú Faradayovu klietku, ktorá je najvhodnejšia na elektromagnetické tienenie. Rozvádzače a ovládacie skrinky v kryte alebo v „gondole“ a prípadne v prevádzkovej budove by mali byť tiež vyrobené z kovu. Prepojovacie káble by mali mať vonkajšie tienenie schopné prenášať bleskové prúdy.

Tienené káble sú odolné voči rušeniu EMC, iba ak sú tienenia pripojené k vyrovnanému potenciálu na oboch koncoch. Štíty musia byť kontaktované pomocou úplne (360 °) kontaktujúcich svoriek bez inštalácie dlhých spojovacích káblov nekompatibilných s EMC na veternej turbíne.

Magnetické tienenie a vedenie káblov by sa mali vykonávať v súlade s časťou 4 normy IEC 62305-4. Z tohto dôvodu by sa mali použiť všeobecné pokyny pre inštalačný postup kompatibilný s EMC podľa IEC / TR 61000-5-2.

Medzi tieniace opatrenia patria napríklad:

Inštalácia kovového opletenia na gondoly potiahnuté GRP.
Kovová veža.
Kovové rozvádzače.
Kovové ovládacie skrinky.
Tienené spojovacie káble prenášajúce bleskový prúd (kovové káblové vedenie, tienené potrubie alebo podobne).
Tienenie káblov.

Vonkajšie opatrenia na ochranu pred bleskom
Funkciou externého LPS je zachytávať priame údery blesku vrátane bleskov do veže veternej turbíny a vybíjať bleskový prúd z miesta dopadu na zem. Používa sa tiež na distribúciu bleskového prúdu v zemi bez tepelného alebo mechanického poškodenia alebo nebezpečného iskrenia, ktoré môže spôsobiť požiar alebo výbuch a ohroziť ľudí.

Potenciálne body úderu pre veternú turbínu (okrem listov rotora) je možné určiť pomocou metódy valivej gule znázornenej na obrázku 1. Pre veterné turbíny sa odporúča použiť triedu LPS I. Preto sa valivá guľa s na veterné turbíny sa prevalí polomer r = 20 m, aby sa určili body úderu. Tam, kde sa guľa dotýka veternej turbíny, sú potrebné jímacie systémy.

Konštrukcia gondoly / krytu by mala byť integrovaná do systému ochrany pred bleskom, aby sa zabezpečilo, že údery blesku do gondoly zasiahnu buď prírodné kovové časti, ktoré sú schopné vydržať toto zaťaženie, alebo jímací systém navrhnutý na tento účel. Nacelles s povlakom GRP by mali byť vybavené vzduchovým uzáverom a spodnými vodičmi tvoriacimi klietku okolo gondoly.

Jímací systém vrátane holých vodičov v tejto klietke by mal byť schopný odolávať úderom blesku podľa zvolenej úrovne ochrany pred bleskom. Ďalšie vodiče vo Faradayovej klietke by mali byť konštruované tak, aby odolali podielu bleskového prúdu, ktorému môžu byť vystavené. V súlade s normou IEC 61400-24 by mali byť jímacie systémy na ochranu meracích zariadení namontované mimo gondolu navrhnuté v súlade so všeobecnými požiadavkami normy IEC 62305-3 a spodné vodiče by mali byť pripojené k klietke opísanej vyššie.

Do LPS môžu byť integrované „prírodné komponenty“ vyrobené z vodivých materiálov, ktoré sú trvale inštalované vo / na veternej turbíne a zostávajú nezmenené (napr. Systém ochrany listov rotora, ložísk, sálových počítačov, hybridných veží atď.) Pred bleskom. Ak sú veterné turbíny kovovej konštrukcie, dá sa predpokladať, že spĺňajú požiadavky na externý systém ochrany pred bleskom triedy LPS I podľa IEC 62305.

To si vyžaduje, aby bol úder blesku bezpečne zachytený LPS lopatiek rotora, aby sa mohol vybíjať do uzemňovacieho systému prostredníctvom prírodných komponentov, ako sú ložiská, mainframy, veža a / alebo obtokové systémy (napr. Otvorené iskrište, uhlíkové kefy).

Jímací systém / spodný vodič
Ako je znázornené na obr. 1, listy rotora; gondola vrátane nadstavieb; do náboja rotora a veže veternej turbíny môže byť zasiahnutý bleskom.
Ak dokážu bezpečne zachytiť maximálny bleskový prúd 200 kA a môžu ho vybiť do uzemňovacieho systému, môžu sa použiť ako „prirodzené komponenty“ jímacieho systému vonkajšej ochrany pred bleskom veternej turbíny.

Pozdĺž GRP listu sú často inštalované kovové receptory, ktoré predstavujú definované body úderu pre úder blesku, aby chránili listy rotora pred poškodením bleskom. Dolný vodič je vedený z receptora do koreňa čepele. V prípade úderu blesku sa dá predpokladať, že úder blesku zasiahne hrot čepele (receptor) a potom je vyvedený cez spodný vodič vo vnútri čepele do uzemňovacieho systému cez gondolu a vežu.

Systém zakončenia Zeme
Systém uzemnenia veternej turbíny musí vykonávať niekoľko funkcií, ako sú osobná ochrana, ochrana EMC a ochrana pred bleskom.

Účinný systém zemného zakončenia (pozri obr. 3) je nevyhnutný na distribúciu bleskových prúdov a na zabránenie zničenia veternej turbíny. Systém uzemnenia musí navyše chrániť ľudí a zvieratá pred úrazom elektrickým prúdom. V prípade úderu blesku musí uzemňovací systém vybíjať vysoké bleskové prúdy do zeme a distribuovať ich v zemi bez nebezpečných tepelných a / alebo elektrodynamických účinkov.

Všeobecne je dôležité vytvoriť uzemňovací systém pre veternú turbínu, ktorý sa používa na ochranu veternej turbíny pred úderom blesku a na uzemnenie systému napájania.

Poznámka: Elektrické predpisy o vysokom napätí, ako napríklad Cenelec HO 637 S1 alebo príslušné národné normy, určujú, ako navrhnúť uzemňovací systém, aby sa zabránilo vysokému dotykovému a skokovému napätiu spôsobenému skratom vo vysokonapäťových systémoch. Pokiaľ ide o ochranu osôb, norma IEC 61400-24 odkazuje na IEC // TS 60479-1 a IEC 60479-4.

Usporiadanie zemných elektród

Norma IEC 62305-3 popisuje dva základné typy usporiadaní uzemňovacích elektród pre veterné turbíny:

Typ A: Podľa prílohy I k IEC 61400-24 sa toto usporiadanie nesmie používať pre veterné turbíny, ale môže sa použiť pre prílohy (napríklad budovy obsahujúce meracie zariadenie alebo kancelárske búdy spojené s veternou farmou). Usporiadanie uzemňovacích elektród typu A pozostáva z vodorovných alebo zvislých uzemňovacích elektród pripojených najmenej dvoma spodnými vodičmi na budove.

Typ B: Podľa prílohy I k IEC 61400-24 sa toto usporiadanie musí použiť pre veterné turbíny. Skladá sa buď z externej prstencovej uzemňovacej elektródy inštalovanej v zemi alebo z uzemňovacej elektródy. Kruhové uzemňovacie elektródy a kovové časti v základni musia byť pripojené ku konštrukcii veže.

Výstuž základne veže by mala byť integrovaná do koncepcie uzemnenia veternej turbíny. Systém uzemnenia základne veže a prevádzkovej budovy by mal byť prepojený pomocou sieťovanej siete zemných elektród, aby sa získal systém uzemnenia siahajúci na čo najväčšiu plochu. Aby sa zabránilo nadmernému skokovému napätiu v dôsledku úderu blesku, musia byť okolo základne veže nainštalované kruhové elektródy na riadenie potenciálu a korózie (z nehrdzavejúcej ocele), aby bola zaistená ochrana osôb (pozri obr. 3).

Základové zemné elektródy

Zemné elektródy majú technický a ekonomický zmysel a sú napríklad požadované v Nemeckých technických podmienkach pripojenia (TAB) energetických spoločností. Základové zemné elektródy sú súčasťou elektrickej inštalácie a plnia základné bezpečnostné funkcie. Z tohto dôvodu musia byť inštalované odborne spôsobilými osobami alebo pod dohľadom odborne spôsobilých pracovníkov.

Kovy použité pre uzemňovacie elektródy musia vyhovovať materiálom uvedeným v tabuľke 7 normy IEC 62305-3. Vždy je potrebné dodržiavať korózne vlastnosti kovu v zemi. Základové uzemňovacie elektródy musia byť vyrobené z pozinkovanej alebo galvanizovanej ocele (kruhová alebo pásová). Okrúhla oceľ musí mať minimálny priemer 10 mm. Pásová oceľ musí mať minimálne rozmery 30 x 3,5 mm. Upozorňujeme, že tento materiál musí byť pokrytý najmenej 5 cm betónom (ochrana proti korózii). Zemniaca elektróda musí byť pripojená k hlavnej tyči vyrovnania potenciálov vo veternej turbíne. Spoje odolné proti korózii musia byť vytvorené prostredníctvom pevných uzemňovacích bodov koncoviek z nehrdzavejúcej ocele. V zemi musí byť navyše nainštalovaná prstencová uzemňovacia elektróda z nehrdzavejúcej ocele.

Ochrana pri prechode z LPZ 0A na LPZ 1

Na zaistenie bezpečnej prevádzky elektrických a elektronických prístrojov musia byť hranice LPZ tienené proti vyžarovanému rušeniu a chránené proti rušeniu vedenému (pozri obrázky 2 a 4). Pri prechode z LPZ 0A na LPZ 1 (tiež nazývaného „bleskové vyrovnanie potenciálov“) musia byť nainštalované prepäťové ochrany schopné odvádzať vysoké bleskové prúdy bez poškodenia. Tieto prepäťové ochrany sa označujú ako zvodiče bleskových prúdov triedy I a testujú sa pomocou impulzných prúdov s vlnovým priebehom 10/350 μs. Pri prechode z LPZ 0B na LPZ 1 a LPZ 1 a vyššie je potrebné vyrovnať sa iba s nízkoenergetickými impulznými prúdmi spôsobenými napätiami indukovanými mimo sústavu alebo prepätiami generovanými v sústave. Tieto prepäťové ochrany sa označujú ako zvodiče prepätia triedy II a testujú sa pomocou impulzných prúdov s vlnovým priebehom 8/20 μs.

Podľa koncepcie zóny ochrany pred bleskom musia byť všetky prichádzajúce káble a vedenia bez výnimky integrované do vyrovnania potenciálu blesku pomocou zvodičov bleskového prúdu triedy I na hranici od LPZ 0A do LPZ 1 alebo od LPZ 0A do LPZ 2.

Pre každú ďalšiu hranicu zóny v objeme, ktorý sa má chrániť, musí byť nainštalované ďalšie miestne vyrovnanie potenciálov, do ktorého musia byť integrované všetky káble a vedenia vstupujúce do tejto hranice.

Zvodiče prepätia typu 2 musia byť inštalované pri prechode z LPZ 0B na LPZ 1 a z LPZ 1 na LPZ 2, zatiaľ čo zvodiče prepätia triedy III musia byť inštalované pri prechode z LPZ 2 na LPZ 3. Funkcia triedy II a triedy III Zvodiče prepätia majú znížiť zvyškové rušenie stupňov ochrany proti prúdu a obmedziť prepätia indukované alebo generované vo veternej turbíne.

Výber SPD na základe úrovne ochrany napätia (hore) a odolnosti zariadenia

Na opísanie vzostupu v LPZ musia byť definované úrovne odolnosti zariadení v rámci LPZ, napr. Pre elektrické vedenia a pripojenia zariadení podľa IEC 61000-4-5 a IEC 60664-1; pre telekomunikačné vedenia a prípojky zariadení podľa IEC 61000-4-5, ITU-T K.20 a ITU-T K.21 a pre ďalšie vedenia a prípojky zariadení podľa pokynov výrobcu.

Výrobcovia elektrických a elektronických komponentov by mali byť schopní poskytnúť požadované informácie o úrovni odolnosti podľa noriem EMC. V opačnom prípade by mal výrobca veternej turbíny vykonať testy na stanovenie úrovne odolnosti. Definovaná úroveň odolnosti komponentov v LPZ priamo definuje požadovanú úroveň ochrany napätia pre hranice LPZ. Tam, kde je to vhodné, musí byť preukázaná imunita systému so všetkými nainštalovanými SPD a chráneným zariadením.

Ochrana napájacieho zdroja

Transformátor veternej turbíny môže byť inštalovaný na rôznych miestach (v samostatnej distribučnej stanici, v podstavci veže, vo veži, v gondole). Napríklad v prípade veľkých veterných turbín je netienený kábel 20 kV v podstavci veže vedený do vysokonapäťových rozvádzačov pozostávajúcich z vákuového vypínača, mechanicky blokovaného odpojovača voliča, výstupného uzemňovača a ochranného relé.

Káble VN sú vedené z inštalácie rozvádzača VN vo veži veternej turbíny do transformátora umiestneného v gondole. Transformátor napája riadiacu skriňu v podstavci veže, rozvádzačovú skriňu v gondole a rozstupový systém v náboji pomocou systému TN-C (L1; L2; L3; vodič PEN; 3PhY; 3 W + G). Rozvádzačová skriňa v gondole napája elektrické zariadenie striedavým napätím 230/400 V.

Podľa IEC 60364-4-44 musia mať všetky elektrické zariadenia inštalované vo veternej turbíne špecifické menovité výdržné impulzné napätie podľa menovitého napätia veternej turbíny. To znamená, že inštalované zvodiče prepätia musia mať minimálne špecifikovanú úroveň ochrany napätia v závislosti od menovitého napätia systému. Zvodiče prepätia používané na ochranu napájacích systémov 400/690 V musia mať minimálnu úroveň ochrany napätia do ≤ 2,5 kV, zatiaľ čo zvodič prepätia používaný na ochranu napájacích systémov 230/400 V musí mať úroveň ochrany napätia do ≤ 1,5. kV na zabezpečenie ochrany citlivých elektrických / elektronických zariadení. Na splnenie tejto požiadavky musia byť pre napájacie systémy s napätím 400/690 V nainštalované prepäťové ochrany, ktoré sú schopné viesť bleskové prúdy s vlnovým priebehom 10/350 μs bez poškodenia a zabezpečujú úroveň ochrany napätia do ≤ 2,5 kV.

Systémy napájania 230/400 V

Napájanie rozvádzača v podstavci veže, rozvádzača v gondole a rozstupového systému v náboji pomocou systému TN-C 230/400 V (3PhY, 3W + G) by malo byť chránené triedou II zvodiče prepätia ako SLP40-275 / 3S.

Ochrana výstražného svetla lietadla

Výstražné svetlo lietadla na stožiari snímača v LPZ 0B by malo byť chránené pomocou zvodiča prepätia triedy II pri prechodoch príslušných zón (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2) (tabuľka 1).

Systémy napájania 400 / 690V Na ochranu transformátora 400/690 V musia byť nainštalované koordinované jednopólové zvodiče bleskového prúdu s vysokým obmedzením následného prúdu pre napájacie systémy 40/750 V, ako je SLP3-400 / 690S. , invertory, sieťové filtre a meracie zariadenia.

Ochrana vedení generátora

S ohľadom na vysoké tolerancie napätia musia byť na ochranu vinutia rotora generátora a napájacieho vedenia invertora nainštalované zvodiče prepätia triedy II pre menovité napätie do 1000 V. Na izoláciu potenciálu a na zabránenie predčasnému pôsobeniu zvodičov na základe kolísania napätia sa používa prídavný zvodič na báze iskier s menovitým výdržným napätím UN / AC = 2,2 kV (50 Hz) počas prevádzky meniča. Na každej strane statora generátora je inštalovaný modulárny trojpólový zvodič prepätia triedy II so zvýšeným menovitým napätím varistora pre systémy 690 V.

Modulárne trojpólové zvodiče prepätia triedy II typu SLP40-750 / 3S sú určené špeciálne pre veterné turbíny. Majú menovité napätie varistora Umov 750 V AC, berúc do úvahy kolísanie napätia, ktoré sa môže vyskytnúť počas prevádzky.

Zvodiče prepätia pre IT systémy

Zvodiče prepätia na ochranu elektronických zariadení v telekomunikačných a signalizačných sieťach pred nepriamymi a priamymi účinkami úderov blesku a iných prechodných rázov sú opísané v norme IEC 61643-21 a sú inštalované na hraniciach zón v súlade s koncepciou zóny ochrany pred bleskom.

Viacstupňové zvodiče musia byť skonštruované bez slepých uhlov. Musí sa zabezpečiť vzájomná koordinácia rôznych stupňov ochrany, inak sa neaktivujú všetky stupne ochrany, čo spôsobí poruchy prepäťovej ochrany.

Vo väčšine prípadov sa káble zo sklenených vlákien používajú na smerovanie IT vedení do veternej turbíny a na pripojenie ovládacích skriniek od základne veže k gondole. Kabeláž medzi akčnými členmi a senzormi a riadiacimi skrinkami je realizovaná tienenými medenými káblami. Pretože je vylúčené rušenie elektromagnetickým prostredím, nemusia byť káble zo sklenených vlákien chránené zvodičmi prepätia, pokiaľ kábel zo sklenených vlákien nemá kovový plášť, ktorý musí byť integrovaný priamo do vyrovnania potenciálov alebo pomocou prepäťových ochranných zariadení.

Nasledujúce tienené signálne vedenia spájajúce akčné členy a snímače s riadiacimi skrinkami musia byť všeobecne chránené proti prepätiu:

Signálne vedenia meteorologickej stanice na stožiari snímača.
Signálové čiary vedené medzi gondolou a výškovým systémom v náboji.
Signálne čiary pre systém výšky tónu.

Signálne čiary meteorologickej stanice

Signálne vedenia (rozhrania 4 - 20 mA) medzi senzormi meteorologickej stanice a skriňou rozvádzača sú vedené z LPZ 0B do LPZ 2 a môžu byť chránené pomocou FLD2-24. Tieto priestorovo úsporné kombinované zvodiče chránia dve alebo štyri jednotlivé vedenia so spoločným referenčným potenciálom, ako aj nevyvážené rozhrania a sú k dispozícii s priamym alebo nepriamym uzemnením štítu. Na uzemnenie štítu sa používajú dve pružné pružinové svorky pre trvalý nízkoimpedančný kontakt štítu s chránenou a nechránenou stranou zvodiča.

Laboratórne skúšky podľa IEC 61400-24

Norma IEC 61400-24 popisuje dve základné metódy vykonávania testov odolnosti na úrovni systému pre veterné turbíny:

Počas testov impulzného prúdu za prevádzkových podmienok sú do jednotlivých vedení riadiaceho systému za prítomnosti napájacieho napätia privádzané impulzné prúdy alebo čiastočné bleskové prúdy. Pritom je zariadenie, ktoré má byť chránené, vrátane všetkých SPD podrobené testu impulzného prúdu.
Druhá skúšobná metóda simuluje elektromagnetické účinky bleskových elektromagnetických impulzov (LEMP). Celý bleskový prúd sa vstrekuje do konštrukcie, ktorá bleskový prúd vybíja, a správanie elektrického systému sa analyzuje pomocou čo najrealistickejšej simulácie kabeláže za prevádzkových podmienok. Strmosť bleskového prúdu je rozhodujúcim parametrom skúšky.