Chống sét và chống sét lan truyền cho hệ thống tuabin gió

Với nhận thức ngày càng tăng về sự nóng lên toàn cầu và các giới hạn đối với nhiên liệu hóa thạch của chúng ta, nhu cầu tìm kiếm nguồn năng lượng tái tạo tốt hơn đang trở nên rõ ràng. Việc sử dụng năng lượng gió là một ngành công nghiệp đang phát triển nhanh chóng. Việc lắp đặt như vậy thường được đặt trên địa hình mở và cao và như vậy hiện tại các điểm thu hút phóng điện sét hấp dẫn. Nếu nguồn cung cấp đáng tin cậy được duy trì, điều quan trọng là phải giảm thiểu các nguồn gây hư hỏng quá điện áp. LSP cung cấp một loạt các thiết bị chống sét lan truyền phù hợp với cả dòng sét trực tiếp và một phần.

Chống sét và chống sét lan truyền cho hệ thống tuabin gió

LSP có đầy đủ các sản phẩm chống sét lan truyền cho các ứng dụng tuabin gió. Cung cấp từ LSP đến các sản phẩm bảo vệ gắn trên đường ray DIN khác nhau và giám sát sét và đột biến. Khi chúng ta bước vào thời kỳ lịch sử khi sự thúc đẩy hướng tới năng lượng xanh và công nghệ liên tục khiến nhiều trang trại gió được xây dựng hơn và các trang trại điện gió hiện tại được mở rộng, cả nhà sản xuất tuabin và chủ sở hữu / nhà vận hành trang trại gió ngày càng nhận thức được chi phí liên quan sét đánh. Thiệt hại bằng tiền mà người vận hành phải gánh chịu khi có trường hợp sét đánh có hai dạng, chi phí liên quan đến việc thay thế máy móc do hư hỏng vật lý và chi phí liên quan đến việc hệ thống ngoại tuyến và không sản xuất điện. Hệ thống điện tuabin phải đối mặt với những thách thức liên tục của cảnh quan xung quanh chúng, với tuabin gió nói chung là cấu trúc cao nhất trong hệ thống lắp đặt. Do thời tiết khắc nghiệt mà chúng sẽ phải tiếp xúc, kết hợp với việc tua bin bị sét đánh nhiều lần trong suốt tuổi thọ của nó, chi phí thay thế và sửa chữa thiết bị phải được tính vào kế hoạch kinh doanh của bất kỳ nhà điều hành trang trại điện gió nào. Sát thương do sét đánh trực tiếp và gián tiếp được tạo ra bởi các trường điện từ cường độ cao tạo ra quá điện áp nhất thời. Các quá điện áp này sau đó được truyền trực tiếp qua hệ thống điện đến các thiết bị nhạy cảm bên trong tuabin. Sự đột biến lan truyền qua hệ thống gây ra thiệt hại cả tức thời và tiềm ẩn đối với mạch điện và thiết bị máy tính. Các thành phần như máy phát điện, máy biến áp và bộ chuyển đổi điện năng cũng như hệ thống điện tử điều khiển, thông tin liên lạc và SCADA có khả năng bị hư hỏng do ánh sáng tạo ra xung đột. Thiệt hại trực tiếp và tức thì có thể rõ ràng, nhưng hư hỏng tiềm ẩn xảy ra do nhiều lần va chạm hoặc tiếp xúc nhiều lần với nước dâng có thể xảy ra đối với các bộ phận nguồn chính bên trong tuabin gió bị ảnh hưởng, nhiều khi thiệt hại này không được nhà sản xuất bảo hành, và do đó chi phí sửa chữa và thay thế thuộc vào người vận hành.

Chi phí ngoại tuyến là một yếu tố chính khác phải được tính đến trong bất kỳ kế hoạch kinh doanh nào liên quan đến trang trại điện gió. Những chi phí này xảy ra khi tuabin bị vô hiệu hóa và phải được nhóm dịch vụ làm việc hoặc thay thế các bộ phận, bao gồm cả chi phí mua, vận chuyển và lắp đặt. Doanh thu có thể bị mất do một vụ sét đánh có thể rất đáng kể và thiệt hại tiềm ẩn được tạo ra theo thời gian sẽ cộng vào tổng số đó. Sản phẩm bảo vệ tuabin gió của LSP giúp giảm đáng kể chi phí liên quan do có thể chịu được nhiều đợt sét mà không bị hỏng, ngay cả sau nhiều trường hợp va chạm.

Trường hợp cho hệ thống chống sét lan truyền cho ống gió

Sự thay đổi liên tục trong điều kiện khí hậu kết hợp với sự phụ thuộc ngày càng tăng vào nhiên liệu hóa thạch đã tạo ra mối quan tâm lớn đến các nguồn năng lượng tái tạo, bền vững trên toàn thế giới. Một trong những công nghệ hứa hẹn nhất về năng lượng xanh là năng lượng gió, ngoại trừ chi phí khởi động cao sẽ là sự lựa chọn của nhiều quốc gia trên toàn thế giới. Ví dụ, ở Bồ Đào Nha, mục tiêu sản xuất điện gió từ năm 2006 đến năm 2010 là tăng lên 25% tổng sản lượng năng lượng từ điện gió, một mục tiêu đã đạt được và thậm chí vượt qua trong những năm sau đó. Trong khi các chương trình tích cực của chính phủ thúc đẩy sản xuất năng lượng gió và năng lượng mặt trời đã mở rộng đáng kể ngành công nghiệp gió, với sự gia tăng số lượng tuabin gió này làm tăng khả năng tuabin bị sét đánh. Các cuộc tấn công trực tiếp vào tuabin gió đã được công nhận là một vấn đề nghiêm trọng và có những vấn đề đặc biệt khiến việc chống sét trong năng lượng gió trở nên khó khăn hơn so với các ngành khác.

Cấu tạo của các tuabin gió rất độc đáo, và những cấu trúc cao bằng kim loại này rất dễ bị hư hại do sét đánh. Chúng cũng khó được bảo vệ bằng cách sử dụng các công nghệ chống sét lan truyền thông thường mà chủ yếu hy sinh bản thân sau một lần tăng sóng duy nhất. Các tuabin gió có thể tăng chiều cao hơn 150 mét và thường được đặt trên mặt đất cao ở những khu vực hẻo lánh tiếp xúc với các yếu tố, kể cả sét đánh. Các thành phần tiếp xúc nhiều nhất của tuabin gió là các cánh quạt và nan hoa, và chúng thường được làm bằng vật liệu composite không thể chịu được một tia sét trực tiếp. Một cuộc tấn công trực tiếp điển hình thường xảy ra với các cánh quạt, tạo ra tình huống trong đó dòng điện truyền qua các bộ phận tuabin bên trong cối xay gió và có khả năng đến tất cả các khu vực được kết nối điện của trang trại. Các khu vực thường được sử dụng cho các trang trại gió có điều kiện tiếp đất kém và trang trại gió hiện đại có các thiết bị điện tử xử lý cực kỳ nhạy. Tất cả những vấn đề này làm cho việc bảo vệ tuabin gió khỏi những hư hại do sét gây ra trở nên khó khăn nhất.

Trong bản thân cấu trúc tuabin gió, các thiết bị điện tử và ổ trục rất dễ bị sét đánh. Chi phí bảo trì liên quan đến tuabin gió cao do những khó khăn trong việc thay thế các bộ phận này. Đưa các công nghệ có thể cải thiện mức trung bình thống kê để thay thế các thành phần cần thiết là một nguồn thảo luận lớn trong hầu hết các phòng hội đồng và các cơ quan chính phủ liên quan đến sản xuất gió. Bản chất mạnh mẽ của dòng sản phẩm chống sét lan truyền là duy nhất trong số các công nghệ chống sét lan truyền vì nó tiếp tục bảo vệ thiết bị ngay cả khi được kích hoạt và không cần thay thế hoặc đặt lại sau khi có tia sét. Điều này cho phép máy phát điện gió duy trì hoạt động trực tuyến trong thời gian dài hơn. Bất kỳ cải tiến nào đối với mức trung bình thống kê của các trạng thái ngoại tuyến và thời gian mà tuabin ngừng hoạt động để bảo trì cuối cùng sẽ mang lại chi phí cao hơn cho người tiêu dùng.

Việc ngăn ngừa hư hỏng đối với mạch điện áp thấp và điều khiển là rất quan trọng, vì các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hơn 50% sự cố tuabin gió là do sự cố của các loại linh kiện này. Các sự cố được ghi nhận bằng tài liệu của thiết bị do sét đánh trực tiếp và do sét đánh và dòng chảy ngược lan truyền ngay sau khi có sét đánh, là phổ biến. Các bộ chống sét được lắp đặt cho phía lưới điện của hệ thống được nối đất cùng với phía điện áp thấp để giảm điện trở tiếp đất, tăng khả năng chịu va đập của toàn bộ dây chuyền đối với một tuabin gió.

Chống sét và chống sét lan truyền cho tuabin gió

Bài báo này mô tả việc thực hiện các biện pháp chống sét và chống sét lan truyền cho các thiết bị và hệ thống điện và điện tử trong tuabin gió.

Các tuabin gió rất dễ bị ảnh hưởng bởi các tia sét trực tiếp do bề mặt và chiều cao tiếp xúc rộng lớn của chúng. Vì nguy cơ sét đánh vào tuabin gió tăng lên bậc hai theo chiều cao của nó, nên có thể ước tính rằng tuabin gió nhiều megawatt bị sét đánh trực tiếp khoảng XNUMX tháng một lần.

Khoản bồi thường đầu vào phải bù đắp được chi phí đầu tư cao trong vòng một vài năm, có nghĩa là phải tránh được thời gian ngừng hoạt động do sét và thiệt hại do sét đánh và chi phí ghép nối lại liên quan. Đây là lý do tại sao các biện pháp chống sét và chống sét lan truyền toàn diện là cần thiết.

Khi lập kế hoạch hệ thống chống sét cho tuabin gió, không chỉ các chớp mây-đất mà cả các chớp đất-mây, còn được gọi là các tia chớp hướng lên, phải được xem xét đối với các vật thể có chiều cao trên 60 m ở các vị trí lộ thiên. . Đặc biệt phải tính đến điện tích cao của các dây dẫn hướng lên này để bảo vệ các cánh rôto và lựa chọn bộ chống sét phù hợp.

Tiêu chuẩn hóa-Chống sét và chống sét lan truyền cho hệ thống tuabin gió
Khái niệm bảo vệ phải dựa trên tiêu chuẩn quốc tế IEC 61400-24, loạt tiêu chuẩn IEC 62305 và hướng dẫn của tổ chức phân loại Germanischer Lloyd.

Biện pháp bảo vệ
IEC 61400-24 khuyến nghị lựa chọn tất cả các thành phần phụ của hệ thống chống sét của tuabin gió theo cấp bảo vệ chống sét (LPL) I, trừ khi phân tích rủi ro chứng minh rằng LPL thấp hơn là đủ. Phân tích rủi ro cũng có thể tiết lộ rằng các thành phần phụ khác nhau có các LPL khác nhau. IEC 61400-24 khuyến nghị rằng hệ thống chống sét dựa trên khái niệm chống sét toàn diện.

Chống sét và chống sét lan truyền cho hệ thống tuabin gió bao gồm hệ thống chống sét bên ngoài (LPS) và các biện pháp chống sét lan truyền (SPM) để bảo vệ thiết bị điện và điện tử. Để lập kế hoạch các biện pháp bảo vệ, nên chia nhỏ tuabin gió thành các vùng chống sét (LPZ).

Hệ thống chống sét và chống sét lan truyền cho hệ thống tuabin gió bảo vệ hai hệ thống con mà chỉ có thể tìm thấy trong tuabin gió, đó là các cánh rôto và đầu tàu điện cơ học.

IEC 61400-24 mô tả chi tiết cách bảo vệ các bộ phận đặc biệt này của tuabin gió và cách chứng minh hiệu quả của các biện pháp chống sét.

Theo tiêu chuẩn này, nên thực hiện các thử nghiệm điện áp cao để xác minh khả năng chịu dòng sét của các hệ thống liên quan với hành trình đầu tiên và hành trình dài, nếu có thể, trong phóng điện chung.

Các vấn đề phức tạp liên quan đến việc bảo vệ cánh rôto và các bộ phận / ổ trục lắp quay được phải được kiểm tra chi tiết và tùy thuộc vào loại và nhà sản xuất linh kiện. Tiêu chuẩn IEC 61400-24 cung cấp thông tin quan trọng về mặt này.

Khái niệm vùng chống sét
Khái niệm vùng chống sét là một biện pháp cấu trúc để tạo ra một môi trường EMC xác định trong một đối tượng. Môi trường EMC xác định được quy định bởi khả năng miễn nhiễm của thiết bị điện được sử dụng. Khái niệm vùng chống sét cho phép giảm nhiễu được dẫn và bức xạ tại các ranh giới đến các giá trị xác định. Vì lý do này, đối tượng cần bảo vệ được chia thành các vùng bảo vệ.

Phương pháp quả cầu lăn có thể được sử dụng để xác định LPZ 0A, cụ thể là các bộ phận của tuabin gió có thể bị sét đánh trực tiếp và LPZ 0B, cụ thể là các bộ phận của tuabin gió được bảo vệ khỏi sét đánh trực tiếp từ không khí bên ngoài- hệ thống đầu cuối hoặc hệ thống đầu thu sét được tích hợp trong các bộ phận của tuabin gió (ví dụ như trong cánh rôto).

Theo IEC 61400-24, phương pháp quả cầu lăn không được sử dụng cho chính các cánh quạt. Vì lý do này, thiết kế của hệ thống đầu thu sét phải được thử nghiệm theo chương 8.2.3 của tiêu chuẩn IEC 61400-24.

Hình 1 cho thấy một ứng dụng điển hình của phương pháp quả cầu lăn, trong khi Hình 2 minh họa sự phân chia có thể có của tuabin gió thành các vùng chống sét khác nhau. Việc phân chia thành các vùng chống sét phụ thuộc vào thiết kế của tuabin gió. Do đó, cấu trúc của tuabin gió cần được quan sát.

Tuy nhiên, điều quyết định là các thông số sét được đưa từ bên ngoài tuabin gió vào LPZ 0A được giảm thiểu bằng các biện pháp che chắn thích hợp và thiết bị chống sét lan truyền ở tất cả các ranh giới vùng để các thiết bị và hệ thống điện, điện tử bên trong tuabin gió có thể hoạt động an toàn.

Biện pháp che chắn
Vỏ bọc phải được thiết kế như một tấm chắn kim loại bao bọc. Điều này có nghĩa là trong vỏ đạt được một thể tích có trường điện từ thấp hơn đáng kể so với trường bên ngoài tuabin gió.

Theo tiêu chuẩn IEC 61400-24, tháp thép hình ống, được sử dụng chủ yếu cho các tuabin gió lớn, có thể được coi là một lồng Faraday gần như hoàn hảo, phù hợp nhất để che chắn điện từ. Các thiết bị đóng cắt và tủ điều khiển trong vỏ hoặc “nacelle” và nếu có, trong nhà điều hành, cũng phải được làm bằng kim loại. Cáp kết nối phải có tấm chắn bên ngoài có khả năng mang dòng sét.

Cáp có vỏ bọc chỉ chống được nhiễu EMC nếu các tấm chắn được kết nối với liên kết đẳng thế ở cả hai đầu. Các tấm chắn phải được tiếp xúc bằng các thiết bị đầu cuối tiếp xúc hoàn toàn (360 °) mà không cần lắp đặt cáp nối dài không tương thích với EMC trên tuabin gió.

Che chắn từ tính và định tuyến cáp phải được thực hiện theo mục 4 của IEC 62305-4. Vì lý do này, nên sử dụng các hướng dẫn chung về thực hành lắp đặt tương thích với EMC theo IEC / TR 61000-5-2.

Các biện pháp che chắn bao gồm, ví dụ:

• Lắp đặt bện kim loại trên các nan phủ GRP.
• Tháp kim loại.
• Tủ thiết bị đóng cắt bằng kim loại.
• Tủ điều khiển bằng kim loại.
• Dòng điện sét mang cáp kết nối được che chắn (ống dẫn cáp kim loại, ống được bảo vệ hoặc tương tự).
• Cáp che chắn.

Các biện pháp chống sét bên ngoài
Chức năng của LPS bên ngoài là chặn sét đánh trực tiếp bao gồm sét đánh vào tháp của tuabin gió và phóng dòng sét từ điểm đánh xuống đất. Nó cũng được sử dụng để phân phối dòng điện sét trong lòng đất mà không có thiệt hại về nhiệt hoặc cơ học hoặc tia lửa nguy hiểm có thể gây cháy, nổ và gây nguy hiểm cho con người.

Có thể xác định điểm tiềm năng va đập của tuabin gió (ngoại trừ cánh của rôto) bằng phương pháp quả cầu lăn được thể hiện trong Hình 1. Đối với tuabin gió, nên sử dụng loại LPS I. Do đó, quả cầu lăn có một bán kính r = 20 m được lăn trên tuabin gió để xác định các điểm đánh. Cần có hệ thống đầu thu sét khi quả cầu tiếp xúc với tuabin gió.

Cấu trúc nacelle / vỏ nên được tích hợp trong hệ thống chống sét để đảm bảo rằng sét đánh trong nacelle đánh trúng các bộ phận kim loại tự nhiên có khả năng chịu tải này hoặc hệ thống đầu thu sét được thiết kế cho mục đích này. Nacelles với lớp phủ GRP phải được lắp với hệ thống đầu thu sét và các dây dẫn xuống tạo thành một cái lồng xung quanh nacelle.

Hệ thống đầu thu sét bao gồm các dây dẫn trần trong lồng này phải có khả năng chịu được sét đánh theo mức chống sét đã chọn. Các dây dẫn khác trong lồng Faraday phải được thiết kế sao cho chúng chịu được phần dòng sét mà chúng có thể phải chịu. Phù hợp với IEC 61400-24, hệ thống đầu thu sét để bảo vệ thiết bị đo lường được lắp bên ngoài ống nano phải được thiết kế phù hợp với các yêu cầu chung của IEC 62305-3 và các dây dẫn sét phải được nối với lồng mô tả ở trên.

“Các thành phần tự nhiên” làm bằng vật liệu dẫn điện được lắp đặt cố định trong / trên tuabin gió và không thay đổi (ví dụ: hệ thống chống sét của cánh quạt, ổ trục, máy tính lớn, tháp lai, v.v.) có thể được tích hợp trong LPS. Nếu tuabin gió có cấu tạo bằng kim loại, có thể giả định rằng chúng đáp ứng các yêu cầu đối với hệ thống chống sét bên ngoài cấp LPS I theo IEC 62305.

Điều này đòi hỏi tia sét phải được chặn một cách an toàn bởi LPS của các cánh rôto để nó có thể được phóng tới hệ thống đầu tiếp đất thông qua các bộ phận tự nhiên như ổ trục, máy tính lớn, tháp và / hoặc hệ thống rẽ nhánh (ví dụ: khe hở tia lửa, chổi than).

Hệ thống đầu thu sét / dây dẫn xuống
Như trong Hình 1, các cánh rôto; nacelle bao gồm cả cấu trúc thượng tầng; trung tâm rôto và tháp của tuabin gió có thể bị sét đánh trúng.
Nếu chúng có thể chặn dòng xung sét tối đa 200 kA một cách an toàn và có thể phóng nó tới hệ thống đầu tiếp đất, chúng có thể được sử dụng như "thành phần tự nhiên" của hệ thống đầu thu sét của hệ thống chống sét bên ngoài tuabin gió.

Các bộ phận tiếp nhận bằng kim loại, đại diện cho các điểm sét xác định, thường được lắp đặt dọc theo phiến GRP để bảo vệ các cánh rôto khỏi bị hư hỏng do sét. Một dây dẫn xuống được chuyển từ bộ phận tiếp nhận đến gốc phiến. Trong trường hợp xảy ra sét đánh, có thể giả định rằng tia sét đánh vào đầu lưỡi kiếm (bộ phận tiếp nhận) và sau đó được tích điện qua dây dẫn xuống bên trong lưỡi dao tới hệ thống đầu tiếp đất thông qua ống nano và tháp.

Hệ thống tiếp đất
Hệ thống đầu tiếp đất của tuabin gió phải thực hiện một số chức năng như bảo vệ cá nhân, bảo vệ EMC và chống sét.

Một hệ thống đầu tiếp đất hiệu quả (xem Hình 3) là điều cần thiết để phân phối dòng sét và ngăn tuabin gió bị phá hủy. Hơn nữa, hệ thống tiếp đất phải bảo vệ con người và động vật chống lại điện giật. Trong trường hợp có sét đánh, hệ thống đầu tiếp đất phải phóng các dòng sét cao xuống đất và phân phối chúng trong đất mà không có các tác động nhiệt và / hoặc điện động nguy hiểm.

Nói chung, điều quan trọng là phải thiết lập một hệ thống đầu tiếp đất cho tuabin gió được sử dụng để bảo vệ tuabin gió chống sét đánh và tiếp đất cho hệ thống cung cấp điện.

Lưu ý: Các quy định về điện cao áp như Cenelec HO 637 S1 hoặc các tiêu chuẩn quốc gia hiện hành quy định cách thiết kế hệ thống đầu tiếp đất để ngăn chặn điện áp chạm và điện áp bước cao gây ra bởi ngắn mạch trong hệ thống cao hoặc trung áp. Liên quan đến bảo vệ con người, tiêu chuẩn IEC 61400-24 đề cập đến IEC // TS 60479-1 và IEC 60479-4.

Bố trí điện cực đất

IEC 62305-3 mô tả hai kiểu bố trí điện cực đất cơ bản cho tuabin gió:

Loại A: Theo Phụ lục I của IEC 61400-24, bố trí này không được sử dụng cho tuabin gió, nhưng nó có thể được sử dụng cho các phụ lục (ví dụ, các tòa nhà chứa thiết bị đo lường hoặc nhà kho văn phòng kết nối với trang trại gió). Bố trí điện cực đất loại A bao gồm các điện cực đất nằm ngang hoặc thẳng đứng được nối với nhau bằng ít nhất hai dây dẫn xuống trên tòa nhà.

Loại B: Theo Phụ lục I của IEC 61400-24, bố trí này phải được sử dụng cho tuabin gió. Nó bao gồm một điện cực đất vòng ngoài được lắp đặt trong đất hoặc một điện cực đất nền móng. Điện cực đất vòng và các bộ phận kim loại trong móng phải được kết nối với kết cấu tháp.

Việc gia cố nền móng tháp nên được tích hợp trong khái niệm nối đất của tuabin gió. Hệ thống đầu tiếp đất của chân tháp và tòa nhà vận hành phải được kết nối bằng mạng lưới các điện cực đất nối lưới để có được hệ thống đầu tiếp đất có diện tích càng lớn càng tốt. Để ngăn ngừa điện áp bước quá mức do sét đánh, các điện cực đất vòng chống ăn mòn và kiểm soát điện thế (làm bằng thép không gỉ) phải được lắp đặt xung quanh chân tháp để đảm bảo bảo vệ con người (xem Hình 3).

Nền tảng điện cực đất

Điện cực nối đất nền móng có ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật, ví dụ, được yêu cầu trong Điều kiện kết nối kỹ thuật của Đức (TAB) của các công ty cung cấp điện. Điện cực đất nền là một phần của việc lắp đặt điện và thực hiện các chức năng an toàn thiết yếu. Vì lý do này, chúng phải được lắp đặt bởi những người có kỹ năng điện hoặc dưới sự giám sát của một người có kỹ năng điện.

Các kim loại được sử dụng cho điện cực đất phải phù hợp với các vật liệu được liệt kê trong Bảng 7 của IEC 62305-3. Hành vi ăn mòn của kim loại trong đất phải luôn được quan sát. Điện cực nối đất nền móng phải được làm bằng thép mạ kẽm hoặc không mạ kẽm (thép tròn hoặc thép vằn). Thép tròn phải có đường kính tối thiểu là 10 mm. Thép dải phải có kích thước tối thiểu là 30 x 3,5 mm. Lưu ý rằng vật liệu này phải được phủ bê tông ít nhất 5 cm (chống ăn mòn). Điện cực đất nền phải được nối với thanh liên kết đẳng thế chính trong tuabin gió. Các kết nối chống ăn mòn phải được thiết lập thông qua các điểm tiếp đất cố định của các vấu đầu cuối làm bằng thép không gỉ. Hơn nữa, một điện cực nối đất vòng làm bằng thép không gỉ phải được lắp vào đất.

Bảo vệ khi chuyển đổi từ LPZ 0A sang LPZ 1

Để đảm bảo hoạt động an toàn của các thiết bị điện và điện tử, ranh giới của các LPZ phải được che chắn chống nhiễu bức xạ và bảo vệ chống nhiễu dẫn (xem Hình 2 và 4). Các thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền có khả năng phóng dòng sét cao mà không bị phá hủy phải được lắp đặt khi chuyển đổi từ LPZ 0A sang LPZ 1 (còn được gọi là “liên kết đẳng thế sét”). Các thiết bị chống sét lan truyền này được gọi là bộ chống sét cấp I và được thử nghiệm bằng dòng điện xung có dạng sóng 10/350 μs. Tại quá trình chuyển đổi từ LPZ 0B sang LPZ 1 và LPZ 1 trở lên, chỉ các dòng xung năng lượng thấp gây ra bởi điện áp gây ra bên ngoài hệ thống hoặc dòng điện tạo ra trong hệ thống phải được đối phó. Các thiết bị chống sét lan truyền này được gọi là thiết bị chống sét lan truyền cấp II và được thử nghiệm bằng dòng xung có dạng sóng 8/20 μs.

Theo khái niệm vùng bảo vệ chống sét, tất cả các cáp và đường dây đến phải được tích hợp trong liên kết đẳng thế chống sét mà không có ngoại lệ bằng các bộ chống sét cấp I tại ranh giới từ LPZ 0A đến LPZ 1 hoặc từ LPZ 0A đến LPZ 2.

Một liên kết đẳng thế cục bộ khác, trong đó tất cả các cáp và đường dây đi vào ranh giới này phải được tích hợp, phải được lắp đặt cho mọi ranh giới vùng xa hơn trong phạm vi được bảo vệ.

Bộ chống sét lan truyền loại 2 phải được lắp đặt khi chuyển đổi từ LPZ 0B sang LPZ 1 và từ LPZ 1 sang LPZ 2, trong khi bộ chống sét lan truyền loại III phải được lắp đặt khi chuyển đổi từ LPZ 2 sang LPZ 3. Chức năng của loại II và loại III bộ chống sét lan truyền là để giảm nhiễu còn sót lại của các giai đoạn bảo vệ thượng nguồn và hạn chế các xung điện gây ra hoặc tạo ra trong tuabin gió.

Lựa chọn SPD dựa trên mức bảo vệ điện áp (Lên) và khả năng miễn nhiễm của thiết bị

Để mô tả Up trong LPZ, các mức miễn nhiễm của thiết bị trong LPZ phải được xác định, ví dụ đối với đường dây điện và kết nối của thiết bị theo IEC 61000-4-5 và IEC 60664-1; đối với đường dây viễn thông và kết nối của thiết bị theo IEC 61000-4-5, ITU-T K.20 và ITU-T K.21, và đối với đường dây và kết nối thiết bị khác theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

Các nhà sản xuất linh kiện điện và điện tử phải có khả năng cung cấp thông tin cần thiết về mức độ miễn nhiễm theo tiêu chuẩn EMC. Nếu không, nhà sản xuất tuabin gió phải thực hiện các thử nghiệm để xác định mức miễn nhiễm. Mức miễn nhiễm xác định của các thành phần trong LPZ trực tiếp xác định mức bảo vệ điện áp cần thiết cho các ranh giới LPZ. Khả năng miễn nhiễm của hệ thống phải được chứng minh, nếu có thể, với tất cả SPD được lắp đặt và thiết bị cần được bảo vệ.

Bảo vệ nguồn điện

Máy biến áp của tuabin gió có thể được lắp đặt ở các vị trí khác nhau (trong một trạm phân phối riêng, trong chân tháp, trong tháp, trong ống dẫn). Trong trường hợp tuabin gió lớn, ví dụ, cáp 20 kV không được che chắn trong chân tháp được chuyển đến các cơ sở lắp đặt thiết bị đóng cắt trung thế bao gồm bộ ngắt mạch chân không, bộ ngắt chuyển mạch chọn có khóa cơ học, công tắc nối đất đi ra và rơ le bảo vệ.

Các cáp MV được định tuyến từ việc lắp đặt thiết bị đóng cắt MV trong tháp của tuabin gió đến máy biến áp nằm trong ống dẫn. Máy biến áp cấp nguồn cho tủ điều khiển trong đế tháp, tủ thiết bị đóng cắt trong trục và hệ thống bước trong trung tâm bằng hệ thống TN-C (L1; L2; L3; dây dẫn PEN; 3PhY; 3 W + G). Tủ thiết bị đóng cắt trong ống dẫn cung cấp cho thiết bị điện điện áp xoay chiều 230/400 V.

Theo IEC 60364-4-44, tất cả các thiết bị điện được lắp đặt trong tuabin gió phải có điện áp chịu xung danh định cụ thể theo điện áp danh định của tuabin gió. Điều này có nghĩa là bộ chống sét lan truyền được lắp đặt ít nhất phải có cấp bảo vệ điện áp quy định tùy thuộc vào điện áp danh định của hệ thống. Bộ chống sét lan truyền được sử dụng để bảo vệ hệ thống cung cấp điện 400/690 V phải có cấp bảo vệ điện áp tối thiểu Lên ≤2,5 kV, trong khi bộ chống sét lan truyền được sử dụng để bảo vệ hệ thống cung cấp điện 230/400 V phải có cấp bảo vệ điện áp Lên ≤1,5 kV để đảm bảo bảo vệ các thiết bị điện / điện tử nhạy cảm. Để đáp ứng yêu cầu này, các thiết bị chống sét lan truyền cho hệ thống cung cấp điện 400/690 V có khả năng dẫn dòng sét ở dạng sóng 10/350 μs mà không bị phá hủy và đảm bảo mức bảo vệ điện áp lên ≤2,5 kV phải được lắp đặt.

Hệ thống cung cấp điện 230/400 V

Nguồn cung cấp điện áp của tủ điều khiển trong đế tháp, tủ thiết bị đóng cắt trong nacelle và hệ thống bước trong trung tâm bằng hệ thống 230/400 V TN-C (3PhY, 3W + G) phải được bảo vệ bằng cấp II chống sét lan truyền như SLP40-275 / 3S.

Bảo vệ đèn cảnh báo máy bay

Đèn cảnh báo máy bay trên cột cảm biến trong LPZ 0B phải được bảo vệ bằng thiết bị chống sét lan truyền cấp II tại các vùng chuyển tiếp liên quan (LPZ 0B → 1, LPZ 1 → 2) (Bảng 1).

Hệ thống cung cấp điện 400 / 690V Bộ chống sét đơn cực phối hợp có giới hạn dòng cao cho các hệ thống cung cấp điện 400/690 V như SLP40-750 / 3S, phải được lắp đặt để bảo vệ máy biến áp 400/690 V , biến tần, bộ lọc nguồn và thiết bị đo lường.

Bảo vệ đường dây máy phát điện

Xem xét dung sai điện áp cao, bộ chống sét lan truyền cấp II cho điện áp danh định lên đến 1000 V phải được lắp đặt để bảo vệ cuộn dây rôto của máy phát và đường dây cung cấp của biến tần. Một bộ chống sét bổ sung dựa trên khe hở tia lửa có điện áp chịu đựng tần số công suất danh định UN / AC = 2,2 kV (50 Hz) được sử dụng để cách ly tiềm năng và ngăn chặn bộ chống sét dựa trên biến thể hoạt động sớm do dao động điện áp có thể xảy ra trong quá trình hoạt động của biến tần. Một bộ chống sét mô-đun ba cực cấp II với điện áp danh định tăng lên của biến thể cho hệ thống 690 V được lắp đặt trên mỗi bên của stato của máy phát điện.

Bộ chống sét lan truyền ba cực cấp II mô-đun kiểu SLP40-750 / 3S được thiết kế đặc biệt cho tuabin gió. Chúng có điện áp định mức của biến thể Umov là 750 V AC, xem xét các dao động điện áp có thể xảy ra trong quá trình hoạt động.

Bộ chống sét lan truyền cho hệ thống CNTT

Bộ chống sét lan truyền để bảo vệ thiết bị điện tử trong mạng viễn thông và mạng tín hiệu chống lại các tác động gián tiếp và trực tiếp của sét đánh và các dòng điện quá độ khác được mô tả trong IEC 61643-21 và được lắp đặt tại các ranh giới vùng phù hợp với khái niệm vùng chống sét.

Bộ chống sét nhiều tầng phải được thiết kế không có điểm mù. Phải đảm bảo rằng các giai đoạn bảo vệ khác nhau được phối hợp với nhau, nếu không, không phải tất cả các giai đoạn bảo vệ sẽ được kích hoạt, gây ra lỗi trong thiết bị chống sét lan truyền.

Trong phần lớn các trường hợp, cáp sợi thủy tinh được sử dụng để định tuyến các đường dây CNTT vào tuabin gió và để kết nối tủ điều khiển từ đế tháp đến sợi trục. Hệ thống cáp giữa các thiết bị truyền động, cảm biến và tủ điều khiển được thực hiện bằng cáp đồng có vỏ bọc. Vì đã loại trừ nhiễu bởi môi trường điện từ, nên cáp sợi thủy tinh không phải được bảo vệ bằng bộ chống sét lan truyền trừ khi cáp sợi thủy tinh có vỏ bọc kim loại phải được tích hợp trực tiếp vào liên kết đẳng thế hoặc bằng các thiết bị chống sét lan truyền.

Nói chung, các đường tín hiệu được che chắn sau đây kết nối thiết bị truyền động và cảm biến với tủ điều khiển phải được bảo vệ bằng thiết bị chống sét lan truyền:

• Các vạch tín hiệu của trạm thời tiết trên cột cảm biến.
• Các đường tín hiệu được định tuyến giữa nacelle và hệ thống cao độ trong trung tâm.
• Các đường tín hiệu cho hệ thống cao độ.

Đường tín hiệu của trạm thời tiết

Các đường tín hiệu (giao diện 4 - 20 mA) giữa các cảm biến của trạm thời tiết và tủ thiết bị đóng cắt được định tuyến từ LPZ 0B đến LPZ 2 và có thể được bảo vệ bằng FLD2-24. Các bộ chống sét kết hợp tiết kiệm không gian này bảo vệ hai hoặc bốn đường dây đơn với điện thế tham chiếu chung cũng như các giao diện không cân bằng và có sẵn với nối đất lá chắn trực tiếp hoặc gián tiếp. Hai đầu cực lò xo dẻo để tiếp xúc với tấm chắn trở kháng thấp vĩnh viễn với mặt được bảo vệ và không được bảo vệ của bộ chống sét được sử dụng để nối đất cho tấm chắn.

Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm theo IEC 61400-24

IEC 61400-24 mô tả hai phương pháp cơ bản để thực hiện các thử nghiệm miễn nhiễm cấp hệ thống đối với tuabin gió:

• Trong các thử nghiệm dòng điện xung ở điều kiện làm việc, dòng điện xung hoặc dòng điện sét cục bộ được đưa vào các đường dây riêng lẻ của hệ thống điều khiển khi có điện áp nguồn. Khi làm như vậy, thiết bị được bảo vệ bao gồm tất cả SPD phải chịu thử nghiệm dòng điện xung.
• Phương pháp thử nghiệm thứ hai mô phỏng các hiệu ứng điện từ của các xung điện từ sét (LEMP). Dòng điện sét đầy đủ được đưa vào cấu trúc phóng ra dòng điện sét và hoạt động của hệ thống điện được phân tích bằng cách mô phỏng hệ thống cáp trong các điều kiện hoạt động càng thực tế càng tốt. Độ dốc dòng điện sét là một tham số thử nghiệm quyết định.