Blixt- och överspänningsskydd för vindkraftsystem

Med den växande medvetenheten om den globala uppvärmningen och gränserna för våra fossilbaserade bränslen blir behovet av att hitta en bättre förnybar energikälla uppenbart. Användningen av vindenergi är en snabbt växande industri. Sådan installation är i allmänhet belägen på öppen och upphöjd terräng och utgör som sådan attraktiva fångstpunkter för blixtnedsläpp. Om en tillförlitlig försörjning ska upprätthållas är det viktigt att källorna till överspänningsskador mildras. LSP tillhandahåller ett omfattande utbud av överspänningsskydd som passar både direkta och partiella blixtströmmar.

Blixt- och överspänningsskydd för vindkraftsystem

LSP har en komplett uppsättning överspänningsskyddsprodukter tillgängliga för vindkraftapplikationer. Erbjudandet från LSP till olika DIN-skenmonterade skyddsprodukter och överspännings- och blixtövervakning. När vi går in i en tid i historien då drivkraften mot grön energi och teknik ständigt får fler vindkraftsparker att byggas och nuvarande vindkraftsparker utvidgas, blir både turbintillverkare och vindkraftsägare / operatörer alltmer medvetna om kostnaderna blixtnedslag. Den monetära skada som operatörerna drabbar när det finns en blixtnedslag finns i två former, kostnaderna för att byta ut maskiner på grund av fysisk skada och kostnaderna för att systemet är offline och inte producerar ström. Turbinelektriska system står inför de ständiga utmaningarna i landskapet som omger dem, med vindkraftverk som i allmänhet är de högsta strukturerna i en installation. På grund av det hårda vädret som de kommer att utsättas för, i kombination med förväntningarna om att en turbin drabbas av åskväder flera gånger under hela dess livstid, måste kostnader för utbyte och reparation av utrustning tas med i affärsplanen för alla vindkraftsoperatörer. Den direkta och indirekta blixtnedslag skapas av intensiva elektromagnetiska fält som skapar övergående överspänningar. Dessa överspänningar förs sedan genom det elektriska systemet direkt till känslig utrustning i själva turbinen. Ökningen sprids genom systemet och producerar både omedelbar och latent skada på kretsar och datorutrustning. Komponenter som generatorer, transformatorer och kraftomvandlare samt styrelektronik, kommunikation och SCADA-system kan potentiellt skadas av ljus som skapas. Direkt och omedelbar skada kan vara uppenbar, men latent skada som uppstår till följd av flera slag eller upprepad exponering för överspänningar kan uppstå på viktiga kraftkomponenter i en verkad vindkraftverk, många gånger täcks inte denna skada av tillverkarens garantier, och därmed kostnader för reparation och utbyte faller på operatörerna.

Offline-kostnader är en annan viktig faktor som måste räknas in i alla affärsplaner som är kopplade till en vindkraftspark. Dessa kostnader kommer när en turbin är inaktiverad och måste bearbetas av ett serviceteam eller om komponenter har bytts ut, vilket innebär både köp-, transport- och installationskostnader. De intäkter som kan gå förlorade på grund av en enda blixtnedslag kan vara betydande, och den latenta skada som produceras över tiden ökar den totala summan. LSP: s produkt för vindkraftsskydd minskar avsevärt de därmed sammanhängande kostnaderna genom att kunna motstå flera blixtnedslag utan fel, även efter flera strejkfall.

Fallet för överspänningsskyddssystem för vindtrubiner

Den ständiga förändringen av klimatförhållandena i kombination med det ökande beroendet av fossila bränslen har gett ett stort intresse för hållbara, förnybara energikällor världen över. En av de mest lovande teknikerna inom grön energi är vindkraft, som förutom höga startkostnader skulle vara valet för många länder över hela världen. Till exempel i Portugal var vindkraftsproduktionsmålet från 2006 till 2010 att öka den totala energiproduktionen av vindkraft till 25%, ett mål som uppnåddes och till och med överträffades senare år. Medan aggressiva regeringsprogram som driver vind- och solenergiproduktion har utvidgat vindindustrin avsevärt, med denna ökning av antalet vindkraftverk kommer sannolikheten för att turbiner drabbas av blixtar. Direkta strejker till vindkraftverk har blivit erkända som ett allvarligt problem, och det finns unika frågor som gör blixtskyddet mer utmanande inom vindkraft än i andra industrier.

Konstruktionen av vindkraftverk är unik, och dessa höga metallkonstruktioner är mycket känsliga för skador från blixtnedslag. De är också svåra att skydda med konventionella överspänningsskyddstekniker som huvudsakligen offrar sig själva efter en enda överspänning. Vindkraftverk kan stiga mer än 150 meter i höjd och ligger vanligtvis på hög mark i avlägsna områden som är utsatta för elementen, inklusive blixtnedslag. De mest exponerade komponenterna i en vindturbin är blad och nacelle, och dessa är i allmänhet gjorda av kompositmaterial som inte kan upprätthålla ett direkt blixtnedslag. En typisk direkt strejk sker vanligtvis med knivarna, vilket skapar en situation där överspänningen rör sig genom turbinkomponenterna i väderkvarnen och potentiellt till alla elektriskt anslutna områden på gården. De områden som vanligtvis används för vindkraftsparker har dåliga jordförhållanden och den moderna vindkraftsparken har elektronik som är otroligt känslig. Alla dessa problem gör skyddet av vindkraftverk mot blixtrelaterade skador mest utmanande.

Inom själva vindkraftstrukturen är elektroniken och lagren mycket mottagliga för blixtnedslag. Underhållskostnaderna för vindkraftverk är höga på grund av svårigheterna att byta ut dessa komponenter. Att ta med tekniker som kan förbättra statistiska medelvärden för nödvändig komponentersättning är en källa till stor diskussion inom de flesta styrelserum och statliga myndigheter som arbetar med vindproduktion. Den robusta karaktären hos produktserien för överspänningsskydd är unik bland överspänningsskyddsteknologier eftersom den fortsätter att skydda utrustningen även när den är aktiverad, och det finns inget behov av byte eller återställning efter en blixtnedslag. Detta gör att vindkraftgeneratorer kan vara online under längre perioder. Alla förbättringar av de statistiska medelvärdena för offline-status och tider då turbiner är nere för underhåll kommer i slutändan att medföra ytterligare kostnader för konsumenten.

Att förhindra skador på lågspännings- och styrkretsar är avgörande, eftersom studier har visat att mer än 50% av vindkraftsfel orsakas av haverier av dessa typer av komponenter. Dokumenterade nedbrytningar av utrustning som tillskrivs direkta och inducerade blixtnedslag och återflödessvängningar som sprider sig strax efter ett blixtnedslag är vanliga. Blixtstoppare installerade på elsystemets sida är jordade tillsammans med lågspänningssidan för att minska jordningsmotståndet, vilket ökar hela kedjans förmåga att motstå ett slag mot en enda vindturbin.

Blixt- och överspänningsskydd för vindkraftverk

Denna artikel beskriver implementeringen av blixt- och överspänningsskyddsåtgärder för elektriska och elektroniska apparater och system i en vindkraftverk.

Vindkraftverk är mycket sårbara för effekterna av direkta blixtnedslag på grund av deras enorma exponerade yta och höjd. Eftersom risken för att blixtnedslag på en vindkraftverk ökar kvadratiskt med sin höjd kan man uppskatta att en multi-megawatt vindkraftverk drabbas av ett direkt blixtnedslag ungefär var tolv månad.

Inmatningskompensationen måste avskriva de höga investeringskostnaderna inom några år, vilket innebär att stillestånd som ett resultat av blixtnedslag och överspänningsskador och tillhörande omparningskostnader måste undvikas. Detta är anledningen till omfattande åsk- och överspänningsskyddsåtgärder.

När man planerar ett blixtskyddssystem för vindkraftverk måste inte bara moln-till-jord-blixtar utan också jord-till-moln-blixtar, så kallade uppåtgående ledare, övervägas för objekt med en höjd över 60 m på utsatta platser . Den höga elektriska laddningen hos dessa uppåtriktade ledare måste särskilt tas i beaktande för skyddet av rotorbladen och valet av lämpliga blixtströmskydd.

Standardisering-Blixt- och överspänningsskydd för vindkraftsystem
Skyddskonceptet bör baseras på de internationella standarderna IEC 61400-24, IEC 62305-standardserien och riktlinjerna från Germanischer Lloyd-klassificeringssamhället.

Skyddsåtgärder
IEC 61400-24 rekommenderar valet av alla underkomponenter i ett vindkraftssystems blixtskydd enligt blixtskyddsnivå (LPL) I, såvida inte en riskanalys visar att en lägre LPL är tillräcklig. En riskanalys kan också avslöja att olika delkomponenter har olika LPL. IEC 61400-24 rekommenderar att blixtskyddssystemet bygger på ett omfattande blixtskyddskoncept.

Blixt- och överspänningsskyddet för vindkraftsystem består av ett externt blixtskyddssystem (LPS) och överspänningsskyddsåtgärder (SPM) för att skydda elektrisk och elektronisk utrustning. För att planera skyddsåtgärder är det lämpligt att dela vindkraftverket i blixtskyddszoner (LPZ).

Blixt- och överspänningsskyddet för vindkraftsystemet skyddar två delsystem som endast finns i vindkraftverk, nämligen rotorbladen och det mekaniska drivsystemet.

IEC 61400-24 beskriver i detalj hur man skyddar dessa speciella delar av en vindkraftverk och hur man kan bevisa effektiviteten hos åskskyddsåtgärderna.

Enligt denna standard är det tillrådligt att utföra högspänningstester för att verifiera de relevanta systemens blixtströmsförmåga med första slaget och långt slag, om möjligt, i en gemensam urladdning.

De komplexa problemen när det gäller skyddet av rotorbladen och roterbart monterade delar / lager måste undersökas i detalj och bero på komponenttillverkaren och typen. IEC 61400-24-standarden ger viktig information i detta avseende.

Blixtzonskoncept
Blixtskyddszonskonceptet är en strukturerande åtgärd för att skapa en definierad EMC-miljö i ett objekt. Den definierade EMC-miljön specificeras av immuniteten hos den elektriska utrustningen som används. Blixtskyddskonceptet möjliggör reduktion av ledning och utstrålning av störningar vid gränserna till definierade värden. Av denna anledning är objektet som ska skyddas uppdelat i skyddszoner.

Rullande sfärmetoden kan användas för att bestämma LPZ 0A, nämligen de delar av en vindturbin som kan utsättas för direkta blixtnedslag och LPZ 0B, nämligen de delar av en vindturbin som skyddas från direkta blixtnedslag genom extern luft- avslutningssystem eller luftavslutningssystem integrerade i delar av en vindturbin (till exempel i rotorbladet).

Enligt IEC 61400-24 får rullningssfärmetoden inte användas för själva rotorbladen. Av denna anledning bör utformningen av luftavslutningssystemet testas enligt kapitel 8.2.3 i IEC 61400-24-standarden.

Fig. 1 visar en typisk tillämpning av rullande sfärmetoden, medan Fig. 2 illustrerar den möjliga uppdelningen av en vindturbin i olika blixtskyddszoner. Uppdelningen i blixtskyddszoner beror på vindkraftverkets utformning. Därför bör vindkraftverkets struktur beaktas.

Det är emellertid avgörande att blixtparametrarna som injiceras från utsidan av vindkraftverket till LPZ 0A reduceras med lämpliga skärmningsåtgärder och överspänningsskydd vid alla zongränser så att de elektriska och elektroniska enheterna och systemen inuti vindkraftverket kan drivas säkert.

Skyddsåtgärder
Höljet ska utformas som en inkapslad metallskärm. Detta innebär att en volym med ett elektromagnetiskt fält som är betydligt lägre än fältet utanför vindturbinen uppnås i höljet.

I enlighet med IEC 61400-24 kan ett rörformat ståltorn, som huvudsakligen används för stora vindkraftverk, betraktas som en nästan perfekt Faraday-bur, bäst lämpad för elektromagnetisk avskärmning. Kopplings- och manöverskåp i höljet eller ”nacellen” och, om någon, i operationsbyggnaden, bör också vara gjorda av metall. Anslutningskablarna ska ha en extern skärm som kan bära blixtströmmar.

Skärmade kablar är endast motståndskraftiga mot EMC-störningar om skärmarna är anslutna till potentialutjämningen i båda ändar. Skärmarna måste kontaktas med helt (360 °) kontaktkontakter utan att installera EMC-inkompatibla långa anslutningskablar på vindkraftverket.

Magnetisk skärmning och kabeldragning ska utföras enligt avsnitt 4 i IEC 62305-4. Av denna anledning bör de allmänna riktlinjerna för en EMC-kompatibel installationsmetod enligt IEC / TR 61000-5-2 användas.

Avskärmningsåtgärder inkluderar till exempel:

• Installation av en metallfläta på GRP-belagda naceller.
• Metalltorn.
• Metallkopplingsskåp.
• Kontrollskåp av metall.
• Blixtström som bär skärmade anslutningskablar (metallkabelkanal, skärmad rör eller liknande).
• Kabelavskärmning.

Externa skydd mot blixtar
Funktionen för den externa LPS är att fånga upp direkta blixtnedslag inklusive blixtnedslag i vindkraftverkets torn och att tömma blixtströmmen från strejkpunkten till marken. Den används också för att fördela blixtströmmen i marken utan termisk eller mekanisk skada eller farlig gnistbildning som kan orsaka brand eller explosion och äventyra människor.

De potentiella strejkpunkterna för en vindturbin (förutom rotorbladen) kan bestämmas med hjälp av den rullande sfärmetoden som visas i fig. 1. För vindturbiner rekommenderas det att använda klass LPS I. Därför en rullande sfär med en radie r = 20 m rullas över vindkraftverket för att bestämma slagpunkterna. Luftavslutningssystem krävs där sfären kommer i kontakt med vindkraftverket.

Nacelle / höljeskonstruktionen bör integreras i blixtskyddssystemet för att säkerställa att blixtnedslag i nacellen träffar antingen naturliga metalldelar som klarar denna belastning eller ett luftavslutningssystem som är utformat för detta ändamål. Naceller med GRP-beläggning bör förses med ett luftavslutningssystem och nedledare som bildar en bur runt nacellen.

Luftavslutningssystemet inklusive nakna ledare i denna bur bör kunna motstå blixtnedslag i enlighet med den valda blixtskyddsnivån. Ytterligare ledare i Faradays bur bör utformas på ett sådant sätt att de tål den andel blixtström som de kan utsättas för. I enlighet med IEC 61400-24 bör luftavslutningssystem för att skydda mätutrustning monterad utanför nacellen utformas i enlighet med de allmänna kraven i IEC 62305-3 och nedledare bör anslutas till buret som beskrivs ovan.

”Naturliga komponenter” gjorda av ledande material som installeras permanent i / på en vindkraftverk och förblir oförändrade (t.ex. blixtskyddssystem för rotorbladen, lager, stordatorer, hybridtorn etc.) kan integreras i LPS. Om vindkraftverk är av metallkonstruktion kan det antas att de uppfyller kraven för ett externt blixtskyddssystem i klass LPS I enligt IEC 62305.

Detta kräver att blixtnedslag säkert fångas upp av rotorbladens LPS så att det kan släppas ut till jordavslutningssystemet via naturliga komponenter som lager, huvudramar, tornet och / eller bypass-system (t.ex. öppna gnistgap, kolborstar).

Luftavslutningssystem / nedledare
Såsom visas i fig. 1 är rotorbladen; nacelle inklusive överbyggnader; rotornavet och vindkraftverkets torn kan drabbas av blixtar.
Om de kan fånga upp den maximala blixtimpulsströmmen på 200 kA säkert och kan släppa ut den till jordavslutningssystemet, kan de användas som ”naturliga komponenter” i vindturbinens externa blixtskyddssystem.

Metallreceptorer, som representerar definierade strejkpunkter för blixtnedslag, installeras ofta längs GRP-bladet för att skydda rotorbladen mot blixtskador. En nedledare dirigeras från receptorn till bladroten. I händelse av ett blixtnedslag kan det antas att blixtnedslag träffar bladspetsen (receptorn) och sedan släpps ut via den nedre ledaren inuti bladet till jordavslutningssystemet via nacellen och tornet.

Jordavslutningssystem
En vindturbins jordavslutningssystem måste utföra flera funktioner såsom personligt skydd, EMC-skydd och blixtskydd.

Ett effektivt jordavslutningssystem (se fig. 3) är viktigt för att fördela blixtströmmar och förhindra att vindkraftverk förstörs. Dessutom måste jordavslutningssystemet skydda människor och djur mot elektrisk stöt. I händelse av ett blixtnedslag måste jordavslutningssystemet släppa ut höga blixtströmmar till marken och fördela dem i marken utan farliga termiska och / eller elektrodynamiska effekter.

I allmänhet är det viktigt att upprätta ett jordavslutningssystem för en vindkraftverk som används för att skydda vindkraftverket mot blixtnedslag och för att jorda strömförsörjningssystemet.

Obs: Elektriska högspänningsregler som Cenelec HO 637 S1 eller tillämpliga nationella standarder anger hur ett jordanslutningssystem ska utformas för att förhindra höga berörings- och stegspänningar orsakade av kortslutningar i hög- eller mellanspänningssystem. När det gäller skydd av personer hänvisar standarden IEC 61400-24 till IEC // TS 60479-1 och IEC 60479-4.

Arrangemang av jordelektroder

IEC 62305-3 beskriver två grundläggande typer av jordelektrodarrangemang för vindkraftverk:

Typ A: Enligt bilaga I till IEC 61400-24 får detta arrangemang inte användas för vindkraftverk, men det kan användas för bilagor (till exempel byggnader som innehåller mätutrustning eller kontorsstugor i anslutning till en vindkraftspark). Jordelektrodarrangemang av typ A består av horisontella eller vertikala jordelektroder anslutna av minst två nedledare på byggnaden.

Typ B: Enligt bilaga I till IEC 61400-24 måste detta arrangemang användas för vindkraftverk. Den består antingen av en extern ringjordelektrod installerad i marken eller en grundjordelektrod. Ringjordelektroder och metalldelar i fundamentet måste anslutas till tornkonstruktionen.

Förstärkningen av tornfundamentet bör integreras i jordningskonceptet för en vindkraftverk. Jordavslutningssystemet i tornbasen och operationsbyggnaden bör anslutas med hjälp av ett nätverk av jordelektroder för att få ett jordavslutningssystem som sträcker sig över ett så stort område som möjligt. För att förhindra alltför stora stegspänningar till följd av ett blixtnedslag måste potentiellt reglerande och korrosionsbeständiga ringjordelektroder (gjorda av rostfritt stål) installeras runt tornbasen för att skydda personer (se fig. 3).

Grundjordelektroder

Grundjordelektroder är tekniska och ekonomiska meningsfulla och krävs till exempel i de tyska tekniska anslutningsvillkoren (TAB) för elförsörjningsföretag. Grundjordelektroder är en del av den elektriska installationen och uppfyller viktiga säkerhetsfunktioner. Av denna anledning måste de installeras av elektriker eller under överinseende av en elektriker.

Metaller som används för jordelektroder måste uppfylla de material som anges i tabell 7 i IEC 62305-3. Korrosionsbeteendet hos metall i marken måste alltid beaktas. Grundjordelektroder måste vara gjorda av galvaniserat eller icke-galvaniserat stål (rund eller bandstål). Runt stål måste ha en minsta diameter på 10 mm. Bandstål måste ha minsta mått på 30 x 3,5 mm. Observera att detta material måste täckas med minst 5 cm betong (korrosionsskydd). Grundjordelektroden måste anslutas till den huvudsakliga potentialpotentialen i vindkraftverket. Korrosionsbeständiga anslutningar måste upprättas via fasta jordningspunkter på terminalklackar av rostfritt stål. Dessutom måste en ringjordelektrod av rostfritt stål installeras i marken.

Skydd vid övergången från LPZ 0A till LPZ 1

För att säkerställa säker användning av elektriska och elektroniska enheter måste gränserna för LPZ-skärmarna skyddas mot utstrålad störning och skyddas mot ledd störning (se fig. 2 och 4). Överspänningsskyddsanordningar som kan tömma höga blixtströmmar utan förstörelse måste installeras vid övergången från LPZ 0A till LPZ 1 (även kallad "blixtens potentialpotential"). Dessa överspänningsskyddsanordningar kallas blixtströmavledare klass I och testas med hjälp av impulsströmmar på 10/350 μs vågform. Vid övergången från LPZ 0B till LPZ 1 och LPZ 1 och högre måste endast lågenergiimpulsströmmar orsakade av spänningar som induceras utanför systemet eller spänningar som genereras i systemet hanteras. Dessa överspänningsskyddsanordningar kallas överspänningsavledare av klass II och testas med hjälp av impulsströmmar med en vågform på 8/20 μs.

Enligt blixtskyddskonceptet måste alla inkommande kablar och ledningar integreras i blixtens potentialutjämning utan undantag med hjälp av blixtströmavledare klass I vid gränsen från LPZ 0A till LPZ 1 eller från LPZ 0A till LPZ 2.

En annan lokal potentialutjämning, där alla kablar och ledningar som går in i denna gräns måste integreras, måste installeras för varje ytterligare zongräns inom den volym som ska skyddas.

Överspänningsavledare typ 2 måste installeras vid övergången från LPZ 0B till LPZ 1 och från LPZ 1 till LPZ 2, medan överspänningsavledare av klass III måste installeras vid övergången från LPZ 2 till LPZ 3. Funktionen för klass II och klass III överspänningsavledare är att minska reststörningarna i uppströmsskyddsstegen och att begränsa de vågor som induceras eller genereras i vindkraftverket.

Välja SPD baserat på spänningsskyddsnivå (upp) och utrustningsimmunitet

För att beskriva Up i en LPZ måste immunitetsnivåerna för utrustningen inom en LPZ definieras, t.ex. för kraftledningar och anslutningar av utrustning enligt IEC 61000-4-5 och IEC 60664-1; för telekommunikationslinjer och anslutningar av utrustning enligt IEC 61000-4-5, ITU-T K.20 och ITU-T K.21, och för andra linjer och anslutningar av utrustning enligt tillverkarens instruktioner.

Tillverkare av elektriska och elektroniska komponenter bör kunna tillhandahålla den information som krävs om immunitetsnivån enligt EMC-standarderna. I annat fall bör vindturbintillverkaren utföra tester för att bestämma immunitetsnivån. Den definierade immunitetsnivån för komponenter i en LPZ definierar direkt den nödvändiga spänningsskyddsnivån för LPZ-gränserna. Ett systems immunitet måste bevisas, där så är tillämpligt, med alla SPD: er installerade och utrustningen som ska skyddas.

Strömförsörjningsskydd

Transformatorn för en vindturbin kan installeras på olika platser (i en separat distributionsstation, i tornbasen, i tornet, i nacellen). I fall av stora vindkraftverk, till exempel, dirigeras den oskärmade 20 kV-kabeln i tornbasen till mellanspänningsställen som består av vakuumbrytare, mekaniskt låst väljarbrytare, utgående jordningsbrytare och skyddsrelä.

MV-kablarna dras från MV-ställverket i vindkraftverkets torn till transformatorn i nacellen. Transformatorn matar styrskåpet i tornbasen, kopplingsskåpet i gondolen och tonhöjdssystemet i navet med hjälp av ett TN-C-system (L1; L2; L3; PEN-ledare; 3PhY; 3 W + G). Kopplingsskåpet i nacellen försörjer den elektriska utrustningen med en växelspänning på 230/400 V.

Enligt IEC 60364-4-44 måste all elektrisk utrustning installerad i en vindkraftverk ha en specifik nominell impuls motståndsspänning i enlighet med vindkraftverkets nominella spänning. Detta innebär att de överspänningsavledare som ska installeras måste ha åtminstone den angivna spänningsskyddsnivån beroende på systemets nominella spänning. Överspänningsavledare som används för att skydda 400/690 V strömförsörjningssystem måste ha en lägsta spänningsskyddsnivå Upp ≤2,5 kV, medan överspänningsavledare som används för att skydda 230/400 V strömförsörjningssystem måste ha en spänningsskyddsnivå Upp ≤1,5 kV för att säkerställa skydd av känslig elektrisk / elektronisk utrustning. För att uppfylla detta krav måste överspänningsskydd för 400/690 V strömförsörjningssystem som kan leda blixtströmmar på 10/350 μs vågform utan förstörelse och säkerställa en spänningsskyddsnivå Upp ≤2,5 kV måste installeras.

230/400 V strömförsörjningssystem

Spänningsförsörjningen till styrskåpet i tornbasen, kopplingsskåpet i gondolen och tonhöjdssystemet i navet med hjälp av ett 230/400 V TN-C-system (3PhY, 3W + G) bör skyddas av klass II överspänningsavledare som SLP40-275 / 3S.

Skydd av flygplanets varningslampa

Flygplansvarningslampan på sensormasten i LPZ 0B ska skyddas med en överspänningsavledare av klass II vid relevanta zonövergångar (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2) (tabell 1).

400 / 690V strömförsörjningssystem Samordnade enpoliga blixtströmavledare med hög följdströmbegränsning för 400/690 V strömförsörjningssystem som SLP40-750 / 3S, måste installeras för att skydda transformatorn 400/690 V , växelriktare, nätfilter och mätutrustning.

Skydd av generatorledningarna

Med tanke på höga spänningstoleranser måste överspänningsavledare klass II för nominella spänningar upp till 1000 V installeras för att skydda generatorns rotorlindning och växelriktarens matningsledning. Ytterligare en gnistgap-baserad avledare med en nominell effektfrekvens motstå spänning UN / AC = 2,2 kV (50 Hz) används för potentiell isolering och för att förhindra att varistorbaserade avledare arbetar i förtid på grund av spänningsvariationer som kan uppstå under drift av växelriktaren. En modulär trepolig klass II-överspänningsavledare med ökad märkspänning för varistorn för 690 V-system är installerad på vardera sidan om generatorns stator.

Modulära trepoliga klass II-överspänningsavledare av typ SLP40-750 / 3S är konstruerade speciellt för vindkraftverk. De har en märkspänning på varistorn Umov på 750 V AC, med tanke på spänningsvariationer som kan uppstå under drift.

Överspänningsavledare för IT-system

Överspänningsavledare för att skydda elektronisk utrustning i telekommunikations- och signaleringsnät mot de indirekta och direkta effekterna av blixtnedslag och andra övergående överspänningar beskrivs i IEC 61643-21 och installeras vid zongränserna i överensstämmelse med blixtskyddskonceptet.

Flerstegsavledare måste utformas utan blinda fläckar. Det måste säkerställas att de olika skyddsstegen koordineras med varandra, annars aktiveras inte alla skyddssteg, vilket orsakar fel i överspänningsskyddet.

I de flesta fall används glasfiberkablar för att leda IT-ledningar till en vindkraftverk och för att ansluta styrskåp från tornbasen till nacellen. Kablarna mellan ställdonen och sensorerna och manöverskåpen genomförs med skärmade kopparkablar. Eftersom störningar från en elektromagnetisk miljö är uteslutna behöver glasfiberkablarna inte skyddas av överspänningsavledare om inte glasfiberkabeln har en metallhölje som måste integreras direkt i potentialutjämningen eller med hjälp av överspänningsskydd.

I allmänhet måste följande skärmade signallinjer som förbinder ställdonen och sensorerna med manöverskåpen skyddas av överspänningsskydd:

• Väderstationens signallinjer på sensormasten.
• Signallinjer dirigerade mellan nacellen och tonhöjdssystemet i navet.
• Signallinjer för tonhöjdssystemet.

Väderstationens signallinjer

Signalledningarna (4 - 20 mA-gränssnitt) mellan väderstationens sensorer och ställverksskåpet dirigeras från LPZ 0B till LPZ 2 och kan skyddas med hjälp av FLD2-24. Dessa rymdbesparande kombinerade avledare skyddar två eller fyra enstaka linjer med gemensam referenspotential samt obalanserade gränssnitt och finns med direkt eller indirekt skärmjordning. Två flexibla fjäderterminaler för permanent lågimpedansskyddskontakt med den skyddade och oskyddade sidan av avledaren används för skärmjordning.

Laboratorietester enligt IEC 61400-24

IEC 61400-24 beskriver två grundläggande metoder för att utföra immunitetstester på systemnivå för vindkraftverk:

• Under impulsströmstester under driftsförhållanden injiceras impulsströmmar eller partiella blixtströmmar i de enskilda ledningarna i ett styrsystem medan matningsspänningen är närvarande. På så sätt utsätts utrustningen som ska skyddas inklusive alla SPD: er för ett impulsströmstest.
• Den andra testmetoden simulerar de elektromagnetiska effekterna av blixtens elektromagnetiska impulser (LEMP). Hela blixtströmmen sprutas in i strukturen som urladdar blixtströmmen och beteendet hos det elektriska systemet analyseras med hjälp av att simulera kablarna under driftsförhållanden så realistiskt som möjligt. Blixtens branthet är en avgörande testparameter.