Rüzgar türbini sistemi için yıldırım ve aşırı gerilim koruması

Küresel ısınma konusunda artan farkındalık ve fosil bazlı yakıtlarımızın sınırları ile birlikte, daha iyi yenilenebilir enerji kaynağı bulma ihtiyacı ortaya çıkıyor. Rüzgar enerjisinin kullanımı hızla büyüyen bir sektördür. Bu tür bir kurulum genellikle açık ve yüksek arazide bulunur ve bu nedenle yıldırım deşarjları için çekici yakalama noktaları sunar. Güvenilir besleme sağlanacaksa, aşırı voltaj hasarı kaynaklarının azaltılması önemlidir. LSP, hem doğrudan hem de kısmi yıldırım akımlarına uygun çok çeşitli aşırı gerilim koruma cihazları sağlar.

Rüzgar türbini sistemi için yıldırım ve aşırı gerilim koruması

LSP rüzgar türbini uygulamaları için eksiksiz bir aşırı gerilim koruma ürünleri paketine sahiptir. LSP'den çeşitli DIN rayına monte koruma ürünlerine ve dalgalanma ve yıldırım izlemeye kadar teklif. Tarihe, yeşil enerjiye ve teknolojiye doğru itmenin sürekli olarak daha fazla rüzgar çiftliğinin kurulmasına ve mevcut rüzgar çiftliklerinin genişletilmesine neden olduğu bir zamana girerken, hem türbin üreticileri hem de rüzgar çiftliği sahipleri / operatörleri, Şimşek çakması. Bir yıldırım çarpması durumunda operatörlerin uğradığı parasal zarar iki şekilde gelir; fiziksel hasar nedeniyle makinelerin değiştirilmesiyle ilgili maliyetler ve sistem çevrimdışı olması ve güç üretmemesiyle ilgili maliyetler. Türbin elektrik sistemleri, rüzgar türbinlerinin genellikle bir tesisattaki en yüksek yapılar olmasıyla, onları çevreleyen peyzajın sürekli zorluklarıyla karşı karşıyadır. Maruz kaldıkları sert hava nedeniyle, bir türbinin ömrü boyunca birkaç kez yıldırım çarpması beklentileriyle birleştiğinde, ekipman değiştirme ve onarım maliyetleri, herhangi bir rüzgar çiftliği operatörünün iş planına dahil edilmelidir. Doğrudan ve dolaylı yıldırım çarpması hasarı, geçici aşırı gerilimler oluşturan yoğun elektromanyetik alanlar tarafından yaratılır. Bu aşırı gerilimler daha sonra elektrik sisteminden doğrudan türbin içindeki hassas ekipmana geçirilir. Dalgalanma, devrelerde ve bilgisayarlı ekipmanlarda hem anında hem de gizli hasar üreterek sistem boyunca yayılır. Jeneratörler, transformatörler ve güç dönüştürücüler gibi bileşenler ile kontrol elektroniği, iletişim ve SCADA sistemleri, aydınlatmanın yarattığı dalgalanmalardan potansiyel olarak zarar görür. Doğrudan ve ani hasar aşikar olabilir, ancak birden fazla darbe veya tekrarlanan dalgalanmalara maruz kalmanın bir sonucu olarak ortaya çıkan gizli hasar, etkilenen bir rüzgar türbini içindeki ana güç bileşenlerinde meydana gelebilir, çoğu zaman bu hasar üretici garantileri kapsamında değildir ve bu nedenle onarım ve değiştirme maliyetleri operatörlere düşer.

Çevrimdışı maliyetler, bir rüzgar çiftliğiyle ilişkili herhangi bir iş planında hesaba katılması gereken bir başka önemli faktördür. Bu maliyetler, bir türbin devre dışı bırakıldığında ve üzerinde bir servis ekibi tarafından çalışılması veya hem satın alma, hem nakliye hem de kurulum maliyetlerini içeren bileşenlerin değiştirilmesi gerektiğinde ortaya çıkar. Tek bir yıldırım düşmesi nedeniyle kaybedilebilecek gelirler önemli olabilir ve zamanla üretilen gizli hasar bu toplama eklenir. LSP'nin rüzgar türbini koruma ürünü, birden çok çarpma olayından sonra bile, birden çok yıldırım dalgalanmasına arıza olmadan dayanabildiğinden, ilgili maliyetleri önemli ölçüde azaltır.

Rüzgar trubinleri için aşırı gerilim koruma sistemleri için durum

Fosil yakıtlara artan bağımlılıkla birleşen iklim koşullarındaki sürekli değişim, dünya çapında sürdürülebilir, yenilenebilir enerji kaynaklarına büyük ilgi sağlamıştır. Yeşil enerjide en umut verici teknolojilerden biri, yüksek başlangıç ​​maliyetleri dışında dünya çapında birçok ülkenin tercihi olacak rüzgar enerjisi. Örneğin, Portekiz'de 2006'dan 2010'a kadar rüzgar enerjisi üretim hedefi, rüzgar enerjisinin toplam enerji üretimini% 25'e çıkarmaktı, bu hedef daha sonraki yıllarda ulaşılan ve hatta aşılan bir hedefti. Rüzgar ve güneş enerjisi üretimini zorlayan agresif hükümet programları rüzgar endüstrisini önemli ölçüde genişletmişken, rüzgar türbinlerinin sayısındaki bu artışla birlikte türbinlerin yıldırım çarpması olasılığını da artırıyor. Rüzgar türbinlerine doğrudan saldırılar ciddi bir sorun olarak kabul edildi ve rüzgar enerjisinde yıldırımdan korunmayı diğer endüstrilere göre daha zor hale getiren benzersiz sorunlar var.

Rüzgar türbinlerinin inşası benzersizdir ve bu yüksek çoğunlukla metal yapılar yıldırım düşmelerinden kaynaklanan hasara karşı çok hassastır. Tek bir dalgalanmadan sonra kendilerini feda eden geleneksel aşırı gerilim koruma teknolojileri kullanılarak korunmaları da zordur. Rüzgar türbinlerinin yüksekliği 150 metreden fazla yükselebilir ve tipik olarak yıldırım çarpmaları da dahil olmak üzere elementlere maruz kalan uzak bölgelerde yüksek zeminlerde bulunur. Bir rüzgar türbininin en fazla maruz kalan bileşenleri kanatlar ve naseldir ve bunlar genellikle doğrudan yıldırım çarpmasına dayanamayan kompozit malzemelerden yapılır. Tipik bir doğrudan darbe genellikle kanatlara olur ve dalgalanmanın yel değirmeni içindeki tüm türbin bileşenleri boyunca ve potansiyel olarak çiftliğin elektrikle bağlı tüm alanlarına gittiği bir durum yaratır. Tipik olarak rüzgar çiftlikleri için kullanılan alanlar zayıf topraklama koşulları sunar ve modern rüzgar çiftliği inanılmaz derecede hassas işleme elektroniklerine sahiptir. Tüm bu sorunlar, rüzgar türbinlerinin yıldırım kaynaklı hasarlardan korunmasını en zorlayıcı hale getiriyor.

Rüzgar türbini yapısının kendi içinde, elektronik aksam ve yataklar yıldırım hasarına karşı çok hassastır. Rüzgar türbinleriyle ilgili bakım maliyetleri, bu bileşenlerin değiştirilmesindeki zorluklar nedeniyle yüksektir. Rüzgar üretimiyle ilgilenen çoğu yönetim kurulu odası ve devlet kurumunda, gerekli bileşen değişimi için istatistiksel ortalamaları iyileştirebilecek teknolojiler getirmek büyük bir tartışma kaynağıdır. Aşırı gerilim koruma ürün serisinin sağlam yapısı, aşırı gerilim koruma teknolojileri arasında benzersizdir, çünkü etkinleştirildiğinde bile ekipmanı korumaya devam eder ve bir yıldırım dalgalanmasından sonra değiştirme veya sıfırlamaya gerek yoktur. Bu, rüzgar enerjisi jeneratörlerinin daha uzun süre çevrimiçi kalmasını sağlar. Çevrim dışı durumların istatistiksel ortalamalarında ve türbinlerin bakım için kapalı olduğu sürelerde yapılacak herhangi bir iyileştirme, nihayetinde tüketiciye daha fazla maliyet getirecektir.

Çalışmalar rüzgar türbini arızalarının% 50'den fazlasının bu tür bileşenlerin arızalarından kaynaklandığını gösterdiğinden, düşük voltaj ve kontrol devrelerinin hasar görmesini önlemek çok önemlidir. Yıldırım çarpmasının hemen ardından yayılan doğrudan ve indüklenmiş yıldırım çarpmalarına ve geri akış dalgalanmalarına atfedilen ekipmanın belgelenmiş arızaları yaygındır. Sistemlerin elektrik şebekesi tarafına takılan yıldırım tutucuları, topraklama direncini azaltmak, tüm zincirin tek bir rüzgar türbinine çarpmaya dayanma kabiliyetini artırmak için alçak gerilim tarafı ile birlikte topraklanır.

Rüzgar türbinleri için yıldırım ve aşırı gerilim koruması

Bu makale, bir rüzgar türbinindeki elektrikli ve elektronik cihazlar ve sistemler için yıldırım ve aşırı gerilim koruma önlemlerinin uygulanmasını açıklamaktadır.

Rüzgar türbinleri, geniş yüzeyleri ve yükseklikleri nedeniyle doğrudan yıldırım çarpmalarının etkilerine karşı oldukça savunmasızdır. Bir rüzgar türbinine yıldırım çarpma riski yüksekliğiyle birlikte ikinci dereceden arttığından, çok megavatlık bir rüzgar türbininin kabaca her on iki ayda bir doğrudan yıldırım çarpmasıyla vurulduğu tahmin edilebilir.

Besleme tazminatı, yüksek yatırım maliyetlerini birkaç yıl içinde amorti etmelidir; bu, yıldırım ve ani hasarın bir sonucu olarak kesinti süresinin ve ilgili yeniden eşleştirme maliyetlerinin önlenmesi gerektiği anlamına gelir. Bu nedenle kapsamlı yıldırım ve aşırı gerilim koruma önlemleri gereklidir.

Rüzgar türbinleri için bir yıldırımdan korunma sistemi planlarken, yalnızca buluttan toprağa flaşlar değil, aynı zamanda yukarı doğru liderler olarak adlandırılan dünyadan buluta flaşlar da, maruz kalan yerlerde yüksekliği 60 m'den fazla olan nesneler için dikkate alınmalıdır. . Bu yukarı doğru liderlerin yüksek elektrik yükü, rotor kanatlarının korunması ve uygun yıldırım akımı tutucularının seçilmesi için özellikle dikkate alınmalıdır.

Standartlaştırma-Rüzgar türbini sistemi için yıldırım ve aşırı gerilim koruması
Koruma konsepti, uluslararası standartlar IEC 61400-24, IEC 62305 standart serisine ve Germanischer Lloyd sınıflandırma derneğinin yönergelerine dayanmalıdır.

Koruma önlemleri
IEC 61400-24, bir risk analizi daha düşük bir LPL'nin yeterli olduğunu göstermedikçe, bir rüzgar türbininin yıldırımdan korunma sisteminin tüm alt bileşenlerinin yıldırımdan korunma seviyesi (LPL) I'e göre seçilmesini önerir. Bir risk analizi, farklı alt bileşenlerin farklı LPL'lere sahip olduğunu da ortaya çıkarabilir. IEC 61400-24, yıldırımdan korunma sisteminin kapsamlı bir yıldırımdan korunma konseptine dayalı olmasını önerir.

Rüzgar türbini sistemi için yıldırım ve aşırı gerilim koruması, elektrikli ve elektronik ekipmanı korumak için harici bir yıldırım koruma sistemi (LPS) ve aşırı gerilim koruma önlemlerinden (SPM'ler) oluşur. Koruma önlemlerini planlamak için rüzgar türbininin yıldırımdan korunma bölgelerine (LPZ'ler) bölünmesi önerilir.

Rüzgar türbini sistemi için yıldırım ve aşırı gerilim koruması, yalnızca rüzgar türbinlerinde bulunabilen iki alt sistemi, yani rotor kanatlarını ve mekanik güç aktarma sistemini korur.

IEC 61400-24, bir rüzgar türbininin bu özel parçalarının nasıl korunacağını ve yıldırımdan korunma önlemlerinin etkinliğinin nasıl kanıtlanacağını ayrıntılı olarak açıklamaktadır.

Bu standarda göre, ortak bir deşarjda mümkünse ilk strok ve uzun strok ile ilgili sistemlerin yıldırım akımına dayanma kabiliyetini doğrulamak için yüksek gerilim testlerinin yapılması tavsiye edilir.

Rotor kanatlarının ve döner şekilde monte edilmiş parçaların / yatakların korunmasına ilişkin karmaşık sorunlar, ayrıntılı olarak incelenmeli ve bileşen üreticisine ve türüne bağlı olmalıdır. IEC 61400-24 standardı bu konuda önemli bilgiler sağlar.

Yıldırımdan korunma bölgesi konsepti
Yıldırımdan korunma bölgesi kavramı, bir nesnede tanımlanmış bir EMC ortamı oluşturmak için yapılan bir yapılandırma önlemidir. Tanımlanan EMC ortamı, kullanılan elektrikli ekipmanın bağışıklığı ile belirlenir. Yıldırımdan korunma bölgesi konsepti, sınırlarda gerçekleştirilen ve yayılan parazitin tanımlanmış değerlere indirgenmesine izin verir. Bu nedenle korunacak nesne koruma bölgelerine ayrılmıştır.

Yuvarlanan küre yöntemi, LPZ 0A'yı, yani bir rüzgar türbininin doğrudan yıldırım çarpmalarına maruz kalabilecek kısımlarını ve LPZ 0B'yi, yani bir rüzgar türbininin harici hava ile doğrudan yıldırım çarpmalarından korunan kısımlarını belirlemek için kullanılabilir. rüzgar türbininin parçalarına entegre edilmiş sonlandırma sistemleri veya hava sonlandırma sistemleri (örneğin rotor kanadında).

IEC 61400-24'e göre, yuvarlanan küre yöntemi rotor kanatları için kullanılmamalıdır. Bu nedenle, hava sonlandırma sisteminin tasarımı IEC 8.2.3-61400 standardının 24 bölümüne göre test edilmelidir.

Şekil 1, yuvarlanan küre yönteminin tipik bir uygulamasını gösterirken, Şekil 2 bir rüzgar türbininin farklı yıldırımdan korunma bölgelerine olası bölünmesini gösterir. Yıldırımdan korunma bölgelerine ayrılma, rüzgar türbininin tasarımına bağlıdır. Bu nedenle rüzgar türbininin yapısına dikkat edilmelidir.

Bununla birlikte, rüzgar türbini dışından LPZ 0A'ya enjekte edilen yıldırım parametrelerinin, rüzgar türbini içindeki elektrikli ve elektronik cihazların ve sistemlerin çalıştırılabilmesi için tüm bölge sınırlarında uygun koruma önlemleri ve aşırı gerilim koruma cihazları ile azaltılması belirleyicidir. güvenli bir şekilde.

Koruyucu önlemler
Kasa, kapsüllü bir metal kalkan olarak tasarlanmalıdır. Bu, kasada rüzgar türbini dışındaki alandan önemli ölçüde daha düşük bir elektromanyetik alana sahip bir hacmin elde edildiği anlamına gelir.

IEC 61400-24'e göre, ağırlıklı olarak büyük rüzgar türbinleri için kullanılan çelik boru şeklindeki bir kule, elektromanyetik koruma için en uygun olan neredeyse mükemmel bir Faraday kafesi olarak düşünülebilir. Kasa veya "nasel" ve varsa işletme binasındaki şalt ve kontrol kabinleri de metalden yapılmalıdır. Bağlantı kabloları, yıldırım akımlarını taşıyabilen harici bir kalkan içermelidir.

Blendajlı kablolar, yalnızca blendajlar her iki uçtaki eş potansiyel kuşaklamaya bağlanırsa EMC girişimine dirençlidir. Rüzgar türbinine EMC ile uyumlu olmayan uzun bağlantı kabloları takılmadan tamamen (360 °) temas eden terminaller aracılığıyla blendajlara temas edilmelidir.

Manyetik ekranlama ve kablo yönlendirme IEC 4-62305'ün 4. bölümüne göre yapılmalıdır. Bu nedenle, IEC / TR 61000-5-2'ye göre EMC uyumlu bir kurulum uygulaması için genel yönergeler kullanılmalıdır.

Koruyucu önlemler şunları içerir:

• GRP kaplı naseller üzerine metal bir örgü montajı.
• Metal kule.
• Metal şalt dolapları.
• Metal kontrol kabinleri.
• Yıldırım akımı taşıyan blendajlı bağlantı kabloları (metal kablo kanalı, ekranlı boru vb.).
• Kablo koruması.

Dış yıldırımdan korunma önlemleri
Harici LPS'nin işlevi, yıldırım çarpmaları dahil olmak üzere doğrudan yıldırım çarpmalarını rüzgar türbininin kulesine kesmek ve yıldırım akımını çarpma noktasından yere boşaltmaktır. Yangına veya patlamaya neden olabilecek ve insanları tehlikeye atabilecek termal veya mekanik hasar veya tehlikeli kıvılcım olmadan zemindeki yıldırım akımını dağıtmak için de kullanılır.

Bir rüzgar türbini için potansiyel çarpma noktaları (rotor kanatları hariç), Şekil 1'de gösterilen yuvarlanan küre yöntemi ile belirlenebilir. Rüzgar türbinleri için, LPS I sınıfının kullanılması tavsiye edilir. Bu nedenle, bir yuvarlanan küre ile çarpma noktalarını belirlemek için rüzgar türbini üzerinde r = 20 m'lik bir yarıçap döndürülür. Kürenin rüzgar türbini ile temas ettiği yerlerde hava sonlandırma sistemleri gereklidir.

Motor bölümü / kasa yapısı, motor bölümündeki yıldırım çarpmalarının bu yüke dayanabilecek doğal metal parçalara veya bu amaç için tasarlanmış bir hava sonlandırma sistemine çarpmasını sağlamak için yıldırımdan korunma sistemine entegre edilmelidir. CTP kaplamalı motor yuvalarına bir hava sonlandırma sistemi ve motor bölümü etrafında bir kafes oluşturan iniş iletkenleri takılmalıdır.

Bu kafeste çıplak iletkenleri içeren hava sonlandırma sistemi, seçilen yıldırım koruma seviyesine göre yıldırım çarpmalarına dayanabilmelidir. Faraday kafesindeki diğer iletkenler, maruz kalabilecekleri yıldırım akımının payına dayanacak şekilde tasarlanmalıdır. IEC 61400-24'e uygun olarak, motor bölümünün dışına monte edilen ölçüm ekipmanını korumak için hava sonlandırma sistemleri, IEC 62305-3 genel gerekliliklerine uygun olarak tasarlanmalı ve iniş iletkenleri yukarıda açıklanan kafese bağlanmalıdır.

Bir rüzgar türbininin içine / üzerine kalıcı olarak monte edilen ve değişmeden kalan iletken malzemelerden yapılmış "doğal bileşenler" (örneğin, rotor kanatlarının, yatakların, ana gövdelerin, hibrit kulenin vb. Yıldırımdan korunma sistemi) LPS'ye entegre edilebilir. Rüzgar türbinleri metal yapıya sahipse, IEC 62305'e göre LPS I sınıfı harici yıldırımdan korunma sistemi gereksinimlerini karşıladıkları varsayılabilir.

Bu, yıldırım çarpmasının rotor kanatlarının LPS'si tarafından güvenli bir şekilde durdurulmasını gerektirir, böylece yataklar, ana çerçeveler, kule ve / veya baypas sistemleri gibi doğal bileşenler yoluyla toprak sonlandırma sistemine boşaltılabilir (örn. Açık kıvılcım boşlukları, karbon fırçalar).

Hava sonlandırma sistemi / iniş iletken
Şekil 1'de gösterildiği gibi rotor kanatları; üst yapılar dahil olmak üzere nasel; rüzgar türbininin rotor göbeğine ve kulesine yıldırım düşebilir.
Maksimum 200 kA yıldırım darbe akımını güvenli bir şekilde kesip toprak sonlandırma sistemine deşarj edebilirlerse, rüzgar türbini harici yıldırımdan korunma sisteminin hava sonlandırma sisteminin "doğal bileşenleri" olarak kullanılabilirler.

Yıldırım çarpmaları için tanımlanmış vuruş noktalarını temsil eden metalik reseptörler, rotor kanatlarını yıldırımdan kaynaklanan hasarlara karşı korumak için sıklıkla CTP kanadı boyunca monte edilir. Bir iniş iletkeni, reseptörden kanat köküne yönlendirilir. Yıldırım düşmesi durumunda, yıldırım çarpmasının kanat ucuna (reseptöre) çarptığı ve daha sonra kanadın içindeki iniş iletkeni aracılığıyla nasel ve kule yoluyla toprak sonlandırma sistemine boşaltıldığı varsayılabilir.

Toprak sonlandırma sistemi
Bir rüzgar türbininin toprak sonlandırma sistemi, kişisel koruma, EMC koruması ve yıldırımdan korunma gibi çeşitli işlevleri yerine getirmelidir.

Yıldırım akımlarını dağıtmak ve rüzgar türbininin hasar görmesini önlemek için etkili bir toprak sonlandırma sistemi (bkz. Şekil 3) gereklidir. Ayrıca, toprak sonlandırma sistemi insanları ve hayvanları elektrik çarpmasına karşı korumalıdır. Yıldırım düşmesi durumunda, toprak sonlandırma sistemi yüksek yıldırım akımlarını toprağa vermeli ve onları tehlikeli termal ve / veya elektrodinamik etkiler olmaksızın toprağa dağıtmalıdır.

Genel olarak, rüzgar türbinini yıldırım çarpmalarına karşı korumak ve güç kaynağı sistemini topraklamak için kullanılan bir rüzgar türbini için bir toprak sonlandırma sistemi kurmak önemlidir.

Not: Cenelec HO 637 S1 gibi elektriksel yüksek voltaj yönetmelikleri veya geçerli ulusal standartlar, yüksek veya orta voltajlı sistemlerde kısa devrelerin neden olduğu yüksek temas ve adım voltajlarını önlemek için bir toprak sonlandırma sisteminin nasıl tasarlanacağını belirtir. Kişilerin korunmasına ilişkin olarak IEC 61400-24 standardı IEC // TS 60479-1 ve IEC 60479-4'e atıfta bulunmaktadır.

Toprak elektrotlarının düzenlenmesi

IEC 62305-3, rüzgar türbinleri için iki temel toprak elektrot düzenlemesi türünü açıklar:

Tip A: IEC 61400-24 Ek I'e göre, bu düzenleme rüzgar türbinleri için kullanılmamalıdır, ancak ekler için kullanılabilir (örneğin, ölçüm ekipmanı içeren binalar veya bir rüzgar çiftliği ile bağlantılı ofis sundurmaları). Tip A toprak elektrot düzenlemeleri, bina üzerindeki en az iki iniş iletkeni ile bağlanan yatay veya dikey toprak elektrotlarından oluşur.

Tip B: IEC 61400-24 Ek I'e göre, bu düzenleme rüzgar türbinleri için kullanılmalıdır. Ya zemine monte edilmiş bir harici halka toprak elektrodundan veya bir temel toprak elektrodundan oluşur. Temeldeki halka toprak elektrotları ve metal parçalar kule konstrüksiyonuna bağlanmalıdır.

Kule temelinin güçlendirilmesi, bir rüzgar türbininin topraklama konseptine entegre edilmelidir. Kule tabanının ve operasyon binasının toprak sonlandırma sistemi, mümkün olduğu kadar geniş bir alana yayılan bir toprak sonlandırma sistemi elde etmek için örgülü toprak elektrotları ağı aracılığıyla bağlanmalıdır. Yıldırım çarpması sonucu aşırı adım voltajlarını önlemek için, potansiyel kontrol ve korozyona dayanıklı halka toprak elektrotları (paslanmaz çelikten yapılmış), kişilerin korunmasını sağlamak için kule tabanının etrafına yerleştirilmelidir (bkz. Şekil 3).

Temel toprak elektrotları

Temel toprak elektrotları teknik ve ekonomik açıdan mantıklıdır ve örneğin güç kaynağı şirketlerinin Alman Teknik Bağlantı Koşullarında (TAB) gereklidir. Temel toprak elektrotları, elektrik tesisatının bir parçasıdır ve temel güvenlik işlevlerini yerine getirir. Bu nedenle, elektrik konusunda uzman kişiler tarafından veya elektrik konusunda deneyimli bir kişinin gözetimi altında kurulmaları gerekir.

Toprak elektrotları için kullanılan metaller, IEC 7-62305 Tablo 3'de listelenen malzemelere uygun olmalıdır. Zemindeki metalin korozyon davranışına her zaman uyulmalıdır. Temel toprak elektrotları, galvanizli veya galvanize olmayan çelikten (yuvarlak veya şerit çelik) yapılmalıdır. Yuvarlak çeliğin minimum çapı 10 mm olmalıdır. Şerit çeliğin minimum boyutları 30 x 3,5 mm olmalıdır. Bu malzemenin en az 5 cm beton ile kaplanması gerektiğini unutmayın (korozyon koruması). Temel toprak elektrodu, rüzgar türbinindeki ana eşpotansiyel kuşaklama barasına bağlanmalıdır. Paslanmaz çelikten yapılmış terminal pabuçlarının sabit topraklama noktaları aracılığıyla korozyona dayanıklı bağlantılar yapılmalıdır. Ayrıca, zemine paslanmaz çelikten yapılmış bir halka toprak elektrodu yerleştirilmelidir.

LPZ 0A'dan LPZ 1'e geçişte koruma

Elektrikli ve elektronik cihazların güvenli çalışmasını sağlamak için, LPZ'lerin sınırları yayılan parazitlere karşı korunmalı ve iletilen parazitlere karşı korunmalıdır (bkz. Şekil 2 ve 4). Yüksek yıldırım akımlarını tahrip etmeden boşaltabilen aşırı gerilim koruyucu cihazlar, LPZ 0A'dan LPZ 1'e geçişte kurulmalıdır (“yıldırım eş potansiyel kuşaklaması” olarak da adlandırılır). Bu aşırı gerilim koruyucu cihazlar, sınıf I yıldırım akımı tutucuları olarak adlandırılır ve 10/350 μs dalga formundaki darbe akımları ile test edilir. LPZ 0B'den LPZ 1 ve LPZ 1'e geçişte, sadece sistem dışında indüklenen gerilimlerin veya sistemde üretilen dalgalanmaların neden olduğu düşük enerjili darbe akımları ile başa çıkılmalıdır. Bu aşırı gerilim koruyucu cihazlar, sınıf II parafudrlar olarak adlandırılır ve 8/20 μs dalga biçimindeki dürtü akımları ile test edilir.

Yıldırımdan korunma bölgesi konseptine göre, gelen tüm kablolar ve hatlar, LPZ 0A'dan LPZ 1'e veya LPZ 0A'dan LPZ 2'ye sınırda sınıf I yıldırım akımı tutucuları vasıtasıyla istisnasız yıldırım eş potansiyel kuşaklamasına entegre edilmelidir.

Bu sınıra giren tüm kabloların ve hatların entegre edilmesi gereken başka bir yerel eşpotansiyel kuşaklama, korunacak hacim içindeki her ilave bölge sınırı için kurulmalıdır.

LPZ 2B'den LPZ 0'e ve LPZ 1'den LPZ 1'ye geçişte Tip 2 parafudrlar kurulmalıdır, oysa sınıf III parafudrlar LPZ 2'den LPZ 3'e geçişte kurulmalıdır. Sınıf II ve sınıf III'ün işlevi parafudrlar, yukarı akım koruma aşamalarının artık parazitini azaltmak ve rüzgar türbini içinde indüklenen veya üretilen dalgalanmaları sınırlamaktır.

Gerilim koruma seviyesine (Yukarı) ve ekipman bağışıklığına göre SPD'lerin seçilmesi

Bir LPZ'de Up'ı tanımlamak için, bir LPZ içindeki ekipmanın bağışıklık seviyeleri tanımlanmalıdır, örneğin IEC 61000-4-5 ve IEC 60664-1'e göre güç hatları ve ekipman bağlantıları için; IEC 61000-4-5, ITU-T K.20 ve ITU-T K.21'e göre telekomünikasyon hatları ve ekipman bağlantıları için ve üreticinin talimatlarına göre ekipmanın diğer hatları ve bağlantıları için.

Elektrikli ve elektronik bileşen üreticileri, EMC standartlarına göre bağışıklık düzeyi hakkında gerekli bilgileri sağlayabilmelidir. Aksi takdirde, rüzgar türbini üreticisi bağışıklık seviyesini belirlemek için testler yapmalıdır. Bir LPZ'deki bileşenlerin tanımlanmış bağışıklık seviyesi, LPZ sınırları için gerekli gerilim koruma seviyesini doğrudan tanımlar. Bir sistemin bağışıklığı, uygulanabildiği yerde, tüm SPD'ler kurulu ve korunacak ekipman ile kanıtlanmalıdır.

Güç kaynağı koruması

Bir rüzgar türbininin transformatörü farklı yerlere (ayrı bir dağıtım istasyonunda, kule tabanında, kulede, naselde) kurulabilir. Büyük rüzgar türbinleri durumunda, örneğin, kule tabanındaki korumasız 20 kV kablo, vakumlu devre kesici, mekanik olarak kilitli seçici anahtar ayırıcı, giden topraklama anahtarı ve koruyucu röleden oluşan orta gerilim şalt tesislerine yönlendirilir.

OG kabloları, rüzgar türbininin kulesindeki OG şalt tesisatından motor bölümünde bulunan trafoya yönlendirilir. Transformatör, bir TN-C sistemi (L1; L2; L3; PEN iletkeni; 3PhY; 3 W + G) aracılığıyla kule tabanındaki kontrol kabinini, motor bölümündeki şalt dolabını ve göbek içindeki eğim sistemini besler. Motor bölümündeki şalt panosu, elektrikli ekipmanı 230/400 V AC voltajla besler.

IEC 60364-4-44'e göre, bir rüzgar türbinine monte edilen tüm elektrikli ekipman, rüzgar türbininin nominal gerilimine göre belirli bir nominal darbe dayanım gerilimine sahip olmalıdır. Bu, kurulacak parafudrların sistemin nominal gerilimine bağlı olarak en azından belirtilen gerilim koruma seviyesine sahip olması gerektiği anlamına gelir. 400/690 V güç kaynağı sistemlerini korumak için kullanılan parafudrların minimum gerilim koruma seviyesi Up ≤2,5 kV olmalıdır, oysa 230/400 V güç kaynağı sistemlerini korumak için kullanılan parafudr gerilim koruma seviyesi Up ≤1,5 ​​olmalıdır Hassas elektrikli / elektronik ekipmanın korunmasını sağlamak için kV. Bu gereksinimi karşılamak için, 400/690 μs dalga biçimindeki yıldırım akımlarını tahrip etmeden iletebilen ve voltaj koruma seviyesi Up ≤10 kV sağlayan 350/2,5 V güç kaynağı sistemleri için aşırı gerilim koruma cihazları kurulmalıdır.

230/400 V güç kaynağı sistemleri

230/400 V TN-C sistemi (3PhY, 3W + G) vasıtasıyla kule tabanındaki kontrol kabininin, motor bölümündeki şalt dolabının ve göbek içindeki eğim sisteminin gerilim beslemesi sınıf II tarafından korunmalıdır. SLP40-275 / 3S gibi parafudrlar.

Uçak ikaz ışığının korunması

LPZ 0B'deki sensör direğindeki hava aracı uyarı lambası, ilgili bölge geçişlerinde (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2) bir sınıf II parafudr ile korunmalıdır (Tablo 1).

400 / 690V güç kaynağı sistemleri SLP400-690 / 40S gibi 750/3 V güç kaynağı sistemleri için yüksek akım sınırlamasına sahip koordineli tek kutuplu yıldırım akım arestörleri, 400/690 V transformatörü korumak için kurulmalıdır , inverterler, şebeke filtreleri ve ölçüm ekipmanları.

Jeneratör hatlarının korunması

Yüksek gerilim toleransları dikkate alındığında, jeneratörün rotor sargısını ve inverterin besleme hattını korumak için 1000 V'a kadar nominal gerilimler için sınıf II parafudrlar takılmalıdır. Potansiyel izolasyon için ve meydana gelebilecek gerilim dalgalanmalarından dolayı varistör esaslı parafudrların erken çalışmasını önlemek için nominal güç frekansı dayanım gerilimi UN / AC = 2,2 kV (50 Hz) olan ilave bir kıvılcım aralığı tabanlı tutucu inverterin çalışması sırasında. Jeneratörün statorunun her iki tarafına 690 V sistemler için varistörün yüksek nominal gerilimine sahip modüler bir üç kutuplu sınıf II parafudr monte edilmiştir.

SLP40-750 / 3S tipi modüler üç kutuplu sınıf II parafudrlar, rüzgar türbinleri için özel olarak tasarlanmıştır. Çalışma sırasında meydana gelebilecek voltaj dalgalanmaları dikkate alınarak, varistör Umov'un nominal voltajı 750 V AC'dir.

BT sistemleri için parafudrlar

Telekomünikasyon ve sinyalleme ağlarındaki elektronik ekipmanı yıldırım çarpmalarının ve diğer geçici dalgalanmaların dolaylı ve doğrudan etkilerine karşı korumak için parafudrlar IEC 61643-21'de açıklanmıştır ve yıldırımdan korunma bölgesi konseptine uygun olarak bölge sınırlarında kurulur.

Çok aşamalı tutucular kör nokta olmadan tasarlanmalıdır. Farklı koruma aşamalarının birbiri ile koordineli olması sağlanmalıdır, aksi takdirde tüm koruma aşamaları etkinleştirilmeyecek ve aşırı gerilim koruma cihazında arızalara neden olacaktır.

Çoğu durumda, cam elyaf kablolar BT hatlarını bir rüzgar türbinine yönlendirmek ve kontrol kabinlerini kule tabanından nasele bağlamak için kullanılır. Aktüatörler ve sensörler ile kontrol kabinleri arasındaki kablolama, korumalı bakır kablolarla gerçekleştirilir. Elektromanyetik ortamın paraziti hariç tutulduğundan, cam fiber kabloların, doğrudan eşpotansiyel bağlamaya entegre edilmesi gereken metalik bir kılıfa sahip olmadıkça veya aşırı gerilim koruyucu cihazlar aracılığıyla, parafudrlarla korunmaları gerekmez.

Genel olarak, aktüatörleri ve sensörleri kontrol kabinlerine bağlayan aşağıdaki korumalı sinyal hatları aşırı gerilim koruma cihazlarıyla korunmalıdır:

• Sensör çubuğundaki hava istasyonunun sinyal hatları.
• Merkezdeki motor bölümü ile perde sistemi arasında yönlendirilen sinyal hatları.
• Saha sistemi için sinyal hatları.

Meteoroloji istasyonunun sinyal hatları

Meteoroloji istasyonunun sensörleri ile şalt panosu arasındaki sinyal hatları (4 - 20 mA arayüzleri) LPZ 0B'den LPZ 2'ye yönlendirilir ve FLD2-24 ile korunabilir. Yer tasarrufu sağlayan bu kombine tutucular, iki veya dört tek hattı ortak referans potansiyeli ve dengesiz arayüzlerle korur ve doğrudan veya dolaylı ekran topraklamasıyla birlikte sunulur. Koruyucu topraklama için parafudrun korumalı ve korumasız tarafıyla kalıcı düşük empedanslı kalkan teması için iki esnek yay terminali kullanılır.

IEC 61400-24'e göre laboratuvar testleri

IEC 61400-24, rüzgar türbinleri için sistem düzeyinde bağışıklık testlerini gerçekleştirmek için iki temel yöntemi açıklar:

• Çalışma koşulları altında darbe akımı testleri sırasında, besleme gerilimi varken bir kontrol sisteminin ayrı hatlarına darbe akımları veya kısmi yıldırım akımları enjekte edilir. Bunu yaparken, tüm SPD'ler dahil olmak üzere korunacak ekipman, bir darbe akımı testine tabi tutulur.
• İkinci test yöntemi, yıldırım elektromanyetik darbelerinin (LEMP'ler) elektromanyetik etkilerini simüle eder. Yıldırım akımını boşaltan yapıya tam yıldırım akımı enjekte edilir ve elektrik sisteminin davranışı, çalışma koşulları altında mümkün olduğunca gerçekçi bir şekilde simüle edilerek analiz edilir. Yıldırım akımının dikliği, belirleyici bir test parametresidir.