IEC 61400-24 الحماية من الصواعق لتوربينات الرياح

                           IEC 61400-24 الحماية من الصواعق لتوربينات الرياح

 

هيكل المواصفة IEC 61400-24 الجديدة للحماية من الصواعق لتوربينات الرياح

كما هو الحال مع معظم المعايير الدولية الأخرى,يتم تنظيم IEC 61400-24 بجزء معياري رئيسي,الذي يحدد القضايا المحددة لتوربينات الرياح ويشير إلى المعايير الأخرى التي يجب مراعاتها عند تصميم الحماية من الصواعق لتوربينات الرياح,ومع تفاصيل ذات طبيعة مفيدة أكثر موضوعة في الملاحق الإعلامية. ويرد مخطط تفصيلي للهيكل والمحتويات في الجدول 1.

الحماية من الصواعق للمكونات الفرعية لتوربينات الرياح

توصي هذه المواصفة القياسية بتطبيق إجراءات الحماية من الصواعق المحددة في المواصفة القياسية IEC 62305 على توربينات الرياح,ويوصي بضرورة حماية جميع المكونات الفرعية وفقًا لـ LPL-I ما لم يظهر ويثبت من خلال تحليل المخاطر أن المستوى الأدنى كافٍ.

يظهر في الشكل 1 تطبيق طريقة الكرة المتدحرجة على توربينات الرياح. 4ـ يمكن من خلالها التعرف على أجزاء الهيكل المعرضة لمرفق وميض البرق المباشر أي. LPZ 0A وفقًا لمفهوم تقسيم الحماية من الصواعق,وكذلك المناطق المحمية بالهيكل نفسه LPZ 0B (على سبيل المثال. المنطقة على الأرض القريبة من البرج).

علاوة على ذلك في الشكل. يُعرض الشكل 5 مثالاً لتطبيق مفهوم تقسيم المناطق للحماية من الصواعق الذي يحدد LPZ 1 وLPZ 2 الداخلي، أي. مناطق توربينات الرياح ذات مستوى حماية أعلى ومستويات معلمة صاعقة أقل.

 

 

أنا. شفرات

تمثل الشفرات أحد التحديات الخاصة بالحماية من الصواعق والتي تنفرد بها توربينات الرياح. الشفرات معقدة من حيث هندستها وبنيتها ويصل طولها إلى أكثر من 60 مترًا,مصنوعة من مواد مركبة معززة بالألياف,يتم وضعها على أبراج يصل ارتفاعها إلى أكثر من 100 متر وتدور في مستوى عمودي (توربينات الرياح ذات المحور الأفقي) - أثناء تعرضها لتأثير البرق المباشر. شفرات توربينات الرياح هي الأجزاء الأكثر تعرضًا للتوربينات,كما هو واضح عند تطبيق طريقة الكرة المتدحرجة,والتي تحدد معظم أسطح الشفرة على أنها المنطقة 0A (راجع. تين. 4),وتجربة التأثير الكهرومغناطيسي والميكانيكي الكامل (موجة الضغط) ومحتوى الطاقة من تيار البرق,المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي المرتبط بضربات البرق. ولذلك يجب حماية الشفرات وفقًا لذلك.

تتمثل معايير كفاية الحماية للشفرات في إظهار أن تصميم وموضع نظام إنهاء هواء البرق على الشفرة يضمن اعتراض البرق بكفاءة,وأن نظام الموصل السفلي يمكنه تحمل تأثيرات تيار البرق المطابق لمستوى الحماية من الصواعق I (ما لم يُظهر تحليل المخاطر أن LPL-II أو LPL-III كافيان كما هو موضح في الجدول 2).

 

على الرغم من أن طريقة الكرة المتدحرجة تشير إلى أن البرق قد يعلق في أي مكان على معظم أسطح الشفرة,يتضح من الخبرة الميدانية أن غالبية ملحقات البرق موجودة عند طرف الشفرة,وأن أقلية فقط تعلق في مكان آخر على النصل. ولذلك يستنتج في المعيار أن أدوات تحديد موقع نظام إنهاء الهواء (المجال المتداول,زاوية الحماية وما إلى ذلك) في المواصفة IEC 62305-3 لا تنطبق على شفرات توربينات الرياح,وبالتالي يتطلب المعيار أنه يجب التحقق من قدرة نظام إنهاء الهواء ونظام الموصل السفلي على اعتراض ضربات البرق وإجراء تيارات البرق بأي من الطرق التالية:

1. اختبارات الجهد العالي والتيار العالي (تتم مناقشتها في القسم ح أدناه)

2. إظهار تشابه نوع الشفرة (التصميم) مع نوع الشفرة المعتمد مسبقًا,أو نوع شفرة مزود بحماية من الصواعق ناجحة وموثقة في الخدمة لفترة طويلة في ظل ظروف الصواعق.

3. باستخدام أدوات التحليل التي تم التحقق منها مسبقًا من خلال المقارنة مع نتائج الاختبار أو مع تصميمات حماية الشفرة التي تتمتع بتجربة خدمة ناجحة.

بالإضافة إلى,يصف المعيار طرق الحماية من الصواعق المعروفة للشفرات (على سبيل المثال. المفاهيم الموضحة في الشكل. 6),كيفية النظر في آثار المكونات والأجزاء الموصلة كهربائيا,مثل مهاوي طرف,مركبات ألياف الكربون وأسلاك أجهزة الاستشعار في الشفرات في تصميم نظام الحماية من الصواعق وكيفية إجراء الاختبارات المناسبة للتحقق من التصميم.

 

ثانيا.الكنة والمكونات الهيكلية الأخرى

الحماية من الصواعق للكنة والمكونات الهيكلية الأخرى لتوربينات الرياح (أي. مَركَز,الكنة والبرج – راجع. تين. 1 والشكل. 2) ينبغي أن يتم استخدام الهياكل المعدنية الكبيرة نفسها قدر الإمكان لإنهاء الهواء البرق,تكافؤ الجهد,التدريع وتوصيل تيار البرق إلى نظام التأريض. مكونات إضافية للحماية من الصواعق مثل أطراف الهواء والقضبان لحماية أجهزة الأرصاد الجوية وأضواء العوائق الموجودة على الكنة,يتم تصنيع الموصلات السفلية ووصلات الربط وتحديد أبعادها طبقاً للمواصفة IEC 62305–3.

على العموم,تكون الحماية من الصواعق للكنة والمكونات الهيكلية الأخرى لتوربينات الرياح مستقيمة للأمام ويجب أن تتم وفقًا للطرق الموضحة في السلسلة القياسية IEC 62305. ينبغي تقسيم توربينات الرياح إلى مناطق الحماية من الصواعق,LPZ,كما هو موضح في الشكل. 5. بالنسبة لكل منطقة LPZ، يجب على مصمم الحماية من الصواعق تقييم مستوى تهديد الصواعق,وينبغي تصميم الحماية من الصواعق على أساس الترابط متساوي الجهد,التدريع الكهرومغناطيسي وتطبيق أجهزة الحماية من زيادة التيار (SPDs).

تم تضمين تفاصيل كيفية تطبيق الحماية من الصواعق على الكنة والمكونات الهيكلية الأخرى في المعيار.

ثالثا. مجموعة الدفع الميكانيكية ونظام الانعراج

يمثل نظام الدفع الميكانيكي التحدي الكبير الآخر للحماية من الصواعق والذي تنفرد به توربينات الرياح. وذلك لأن قطار الحركة الميكانيكية,مع المحامل الدوارة الكبيرة,مهاوي,التروس وأنظمة التشغيل الهيدروليكية والكهربائية المرتبطة بها,تكون في المسار المباشر لتيار البرق عندما يعلق البرق على الشفرات.

يوصي المعيار بحماية جميع أجزاء مجموعة الحركة الميكانيكية المعرضة للتلف بسبب التيارات الصاعقة أو أقواس البرق بين الأجزاء المتحركة,على سبيل المثال، تتم حماية المحامل والمحركات عن طريق نقاط اتصال منزلقة أو فجوات شرارة. تم تصميم هذه المكونات لتحويل تيار البرق بعيدًا عن المكون المراد حمايته أو تقليل تيار البرق المتدفق عبر المكون إلى مستوى يمكن للمكون تحمله وتحمله. يتطلب المعيار التحقق من كفاءة أنظمة الحماية هذه عن طريق الاختبار (انظر القسم ح) و/أو التحليل,ويجب توثيق العمر المتوقع لأجزاء التآكل مثل نقاط الاتصال المنزلقة وفجوات الشرر.

 

رابعا.الأنظمة الكهربائية والأنظمة والتركيبات الإلكترونية

تتعرض الأنظمة الكهربائية والأنظمة الإلكترونية وتركيبات توربينات الرياح للتلف من البرق الكهرومغناطيسيصulse,ليمب,تنشأ من تيار نبض البرق. في الواقع، تظهر إحصائيات الأضرار أن معظم الأضرار المرتبطة بالبرق في توربينات الرياح تؤثر على الأنظمة الكهربائية والإلكترونية.

يتطلب المعيار توفير تدابير حماية LEMP (LPMS) للحماية من الأضرار ولتجنب فشل هذه الأنظمة. من الضروري أن يتم تصميم الحماية باستخدام النهج المنهجي لمناطق الحماية من الصواعق (LPZ cf. تين. 7) المفهوم طبقاً للمواصفة IEC 62305-4 واستخدام الطرق المناسبة بما في ذلك:

• التأريض

• الترابط

• التدريع المغناطيسي والكهربائي وتوجيه الخط (تركيب النظام)

• حماية منسقة لـ SPD

• ضمان مستويات كافية من الحصانة EMC للأنظمة والأجهزة

• عزل,تصميم الدوائر,الدوائر المتوازنة,ممانعات السلسلة,إلخ.

يتطلب هذا النهج المنهجي تحديد الحاجة إلى الحماية لكل دائرة تعبر منطقة LPZ

الحدود,ويتم تقييمها أيضًا للدوائر الطويلة داخل منطقة واحدة (أي. أطول من 10 أمتار). يمكن تحقيق الحماية باستخدام SPDs,باستخدام الكابلات المحمية,باستخدام مسارات كابلات التدريع أو مجموعات منها - كما هو موضح في الشكل. 7.

على العموم,يشير المعيار إلى المعايير الكهربائية ذات الصلة للأنظمة والمنشآت الكهربائية ذات الجهد المنخفض بما في ذلك. إيك 60204-1,IEC 60204-11 [10] بشأن الأنظمة الكهربائية ذات الجهد المنخفض والعالي للآلات على التوالي,والمواصفة IEC 60364 الخاصة بالتركيبات الكهربائية للمباني,والمواصفة IEC 61000-5-2 المتعلقة بإرشادات التثبيت والتخفيف (EMC) بشأن التأريض والكابلات وبالطبع المواصفة IEC 62305-4 الحماية ضد البرق - الجزء 4:

الأنظمة الكهربائية والإلكترونية داخل الهياكل.

يتطلب المعيار أن تتوافق أجهزة SPDs مع المواصفة IEC 61643-1 لأنظمة الطاقة ذات الجهد المنخفض ومع المواصفة IEC 61643-21 لأنظمة الاتصالات والإشارات,ويتم تحديد أجهزة SPD وتثبيتها وفقًا للمواصفة IEC 60364—4-44,IEC 60364—5-53 وIEC 61643-12 لحماية أنظمة الطاقة,والمواصفة IEC 61643-22 لحماية أنظمة التحكم والاتصالات. علاوة على ذلك، يصف المعيار المتطلبات الإضافية لاختيار وتركيب أجهزة SPD في تطبيقات توربينات الرياح. 

يوفر المعيار إرشادات حول كيفية ضمان التنسيق بين SPDs,التنسيق مع قدرات تحمل المكونات المراد حمايتها,ويحدد الاختبارات المناسبة للتحقق من الاختيار والتصميم.

توصي هذه المواصفة القياسية باستخدام مانعات الأكسيد المعدني التي لا تحتوي على فجوة هوائية وفقًا للمواصفة IEC 60099-4 لحماية أنظمة الطاقة ذات الجهد العالي.,ويجب أن يتم اختياره وتطبيقه وفقًا للمواصفة IEC 60099-5,ما لم يتم إجراء دراسة تنسيق عزل الجهد العالي لإثبات عدم الحاجة إلى مانعات الجهد العالي.