أهمية اختبار الحماية من الصواعق في توربينات الرياح

أحد أهم المخاطر التي تواجه توربينات الرياح هو الضرر الناتج عن ضربات البرق. تعد مطالبات الأضرار الناجمة عن الإضرابات واحدة من أعلى التعويضات التي تدفعها شركات التأمين. وجدت دراسة ألمانية حديثة أن ما يصل إلى 80% من مطالبات التأمين المتعلقة بتوقف التوربينات كانت بسبب أضرار ناجمة عن البرق. في الحقيقة,كان البرق مسؤولاً عن ما يقرب من 85% من فترات التوقف عن العمل في إحدى مزارع الرياح التجارية في الولايات المتحدة، مما كلف المالك مبلغًا إضافيًا قدره 250 دولارًا,000 في السنة الأولى من تشغيل المشروع.

مزرعة رياح كبيرة أخرى في بحر الشمال,بالقرب من جزيرة هيلغولاند الألمانية,تكبدت خسائر فادحة بسبب الصواعق لدرجة أن تشغيلها لم يعد فعالاً من حيث التكلفة.

تختلف أخطاء البرق عن الأعطال الكهربائية النموذجية وتتسبب في خسارة أكبر في توافر توربينات الرياح وإنتاجها. ومن المعروف أن عدد حالات الفشل الناجمة عن الصواعق يزداد مع ارتفاع البرج,ويشير عدد من الدراسات إلى أن توربينات الرياح الدوارة قد تكون أكثر عرضة لضربات البرق من الهياكل الثابتة. بالنظر إلى أنه من المتوقع أن تزداد ارتفاعات التوربينات وأن الصناعة تنمو,ومن المرجح أن يرتفع أيضًا عدد حالات فشل التوربينات.

غالبًا ما يُعزى الضرر الذي يلحق بالتوربينات بسبب الصواعق إلى عدم كفاية الحماية من الضربات,الترابط والتأريض غير الصحيح أو غير الكافي (التأريض),وعدم كفاية الحماية المؤقتة. بالإضافة إلى ضربة مباشرة للشفرة,يمكن أن تتسبب حالات التيار الزائد والجهد الزائد ذات الطاقة العالية الناتجة عن ضربات البرق المباشرة وغير المباشرة في حدوث أضرار كبيرة عندما تُترك هذه الهياكل الضخمة دون حماية.

الحماية المناسبة&أمبير;اختبار
إحدى الطرق لتقليل احتمالية حدوث أضرار ناجمة عن الضربات هي بناء حماية من الصواعق مباشرة في توربينات الرياح.

يتبع هذا الشكل من الحماية مسارًا منخفض المقاومة إلى الأرض وينتقل من طرف شفرة التوربين إلى قاعدة برجه. في حالة حدوث صاعقة,يتدفق التيار من خلال نظام الحماية ومباشرة إلى الأرض,تجنب المعدات الحساسة في الجهاز.

ومن الأهمية بمكان أن يظل نظام الحماية متصلاً بالإنترنت في جميع الأوقات,ويعمل على الفور عند الحاجة. للقيام بذلك,وينبغي قياس مقاومة المسار إلى الأرض على فترات منتظمة,التأكد من أنها تلبي الحدود المحددة من قبل الشركة المصنعة للتوربين (عادة,يقتصر المسار على 15 إلى 30 متر مكعب,ولكن هذا يعتمد على حجم التوربين).

لمثل هذا الاختبار,فمن الأفضل استخدام مقياس أومتر منخفض المقاومة. أهم جهاز يتم اختباره هو الموصل الموجود داخل الشفرة. يتم أخذ هذا القياس بين طرف النصل والجذر. يوصى بتيار أمبير واحد أو أكثر للاختبار.

ولكن مجرد التحقق من الاستمرارية,الذي يتحقق من تدفق التيار الكهربائي,غير كاف. وذلك لأن الموصل قد يتعرض لكمية كبيرة من الإجهاد والكسر عندما تنثني الشفرة في مهب الريح. إذا كان الموصل المكسور يتلامس عند نقطة التوقف أثناء اختبار الاستمرارية,ربما لا يزال من الممكن اجتياز الاختبار.

المشكلة مع شفرات
يمثل طول شفرات توربينات الرياح تحديًا عند اختبار الحماية المضمنة من الصواعق نظرًا لأن أسلاك اختبار الاستمرارية منخفضة المقاومة تكون عادةً قصيرة للغاية. يتطلب الاختبار المناسب خيوطًا طويلة جدًا تصل غالبًا إلى 100 متر. فضلاً عن ذلك,يجب أن تحافظ هذه الخيوط الطويلة على مقاومة منخفضة بدرجة كافية لضمان إمكانية القياس الدقيق.

لتحقيق هذا,من المهم فهم تصميم أداة الاختبار. على سبيل المثال,بعض الأدوات لها عامل تعويض,مما يسمح بفقد الطاقة في خيوط الاختبار القياسية. عند استخدام خيوط اختبار طويلة,لكن,التعويض عن فقدان الطاقة غير كافٍ، كما انخفض نطاق اختبار الجهاز.