IEC 61400-24 protección contra rayos de aerogeneradores

                           IEC 61400-24 protección contra rayos de aerogeneradores

 

Estructura de la nueva IEC 61400-24 Protección contra rayos de aerogeneradores

Como ocurre con la mayoría de los demás estándares internacionales.,IEC 61400-24 está organizada con una parte normativa principal.,que define las cuestiones específicas de las turbinas eólicas y hace referencia a otras normas que se deben tener en cuenta al diseñar la protección contra rayos para turbinas eólicas.,y con detalles de carácter más instructivo colocados en Anexos informativos. En la Tabla 1 se ofrece un resumen de la estructura y el contenido.

Protección contra rayos de subcomponentes de aerogeneradores

La norma recomienda la aplicación de los procedimientos de protección contra rayos definidos en IEC 62305 a aerogeneradores,y recomienda que todos los subcomponentes se protejan de acuerdo con LPL-I, a menos que un análisis de riesgos muestre y demuestre que un nivel más bajo es adecuado.

La aplicación del método de la esfera rodante a una turbina eólica se muestra en la figura.. 4 mediante el cual se pueden identificar las partes de la estructura expuestas a la fijación directa del rayo, es decir. LPZ 0A según el concepto de Zonificación de Protección contra Rayos,así como las áreas protegidas por la propia estructura LPZ 0B (p. ej.. el área en el terreno cercana a la torre).

Además en la figura. 5 se muestra un ejemplo de aplicación del Concepto de Zonificación de Protección contra Rayos que define las LPZ 1 y LPZ 2 internas, es decir. zonas del aerogenerador con mayor nivel de protección y menores niveles de parámetros de rayo.

 

 

I. Cuchillas

Las palas representan uno de los dos desafíos especiales de protección contra rayos exclusivos de las turbinas eólicas.. Las palas son complejas en cuanto a su geometría y construcción y pueden alcanzar más de 60 m de longitud.,hecho de materiales compuestos reforzados con fibra,colocados en torres de hasta más de 100 m de altura y que giran en un plano vertical (turbinas eólicas de eje horizontal), mientras están expuestos a la caída directa de rayos. Las palas de los aerogeneradores son las partes más expuestas de la turbina,como queda claro al aplicar el método de la esfera rodante,que identifica la mayoría de las superficies de las palas como Zona 0A (cf.. Higo. 4),y experimente el impacto electromagnético y mecánico completo (onda de presión) y el contenido de energía de la corriente del rayo.,El campo eléctrico y el campo magnético asociados con la caída de rayos.. Por lo tanto, las palas deben protegerse adecuadamente.

Los criterios para la adecuación de la protección de las palas deben demostrar que el diseño y la ubicación del sistema de captación de rayos en la pala garantizan una interceptación eficiente del rayo.,y que el sistema de bajante puede soportar los efectos de la corriente del rayo correspondiente al nivel de protección contra rayos I (a menos que demuestre mediante análisis de riesgo que LPL-II o LPL-III es suficiente como se muestra en la tabla 2).

 

Aunque el método de la esfera rodante indica que los rayos pueden caer en cualquier lugar de la mayoría de las superficies de las palas.,De la experiencia de campo se desprende claramente que la mayoría de los accesorios para rayos están ubicados en la punta de la pala.,y que sólo una minoría se adhiere a otras partes de la hoja. Por lo tanto, se concluye en la norma que las herramientas de posicionamiento del sistema captador (esfera rodante,ángulo de protección, etc.) en IEC 62305-3 no se aplican a las palas de turbinas eólicas.,y, por lo tanto, la norma requiere que la capacidad del sistema de captación de aire y del sistema de conductores de bajada para interceptar rayos y conducir corrientes de rayos debe verificarse mediante cualquiera de los siguientes métodos:

1. Pruebas de alto voltaje y alta corriente (discutidas en la sección H a continuación)

2. Demostración de similitud del tipo de pala (diseño) con un tipo de pala previamente certificado,o un tipo de pala con protección contra rayos exitosa documentada en servicio durante un período prolongado en condiciones de impacto de rayos.

3. Mediante el uso de herramientas de análisis previamente verificadas mediante comparación con resultados de pruebas o con diseños de protección de palas que hayan tenido una experiencia de servicio exitosa.

Además,La norma describe métodos conocidos de protección contra rayos para palas (p. ej.. los conceptos mostrados en la figura. 6),Cómo considerar los efectos de los componentes y piezas conductores de electricidad.,como ejes de punta,compuestos de fibra de carbono y cableado para sensores en las palas en el diseño del sistema de protección contra rayos y cómo realizar las pruebas adecuadas para verificar el diseño.

 

II.Góndola y otros componentes estructurales.

Protección contra rayos de la góndola y otros componentes estructurales de la turbina eólica (es decir,. centro,góndola y torre – cf. Higo. 1 y figura. 2) debe hacerse utilizando las grandes estructuras metálicas en la medida de lo posible para la terminación del rayo.,equipotencialización,Blindaje y conducción de la corriente del rayo al sistema de puesta a tierra.. Componentes adicionales de protección contra rayos, como terminales de aire y barras para protección de instrumentos meteorológicos y luces de obstáculos en la góndola.,Los conductores de bajada y las conexiones de unión se realizarán y dimensionarán de acuerdo con IEC 62305–3.

En general,La protección contra rayos de la góndola y otros componentes estructurales de la turbina eólica es sencilla y debe realizarse de acuerdo con los métodos descritos en la serie de normas IEC 62305.. La turbina eólica debe dividirse en zonas de protección contra rayos.,LPZ,como se ejemplifica en la figura. 5. Para cada LPZ, el diseñador de protección contra rayos debe evaluar el nivel de amenaza del rayo.,y debe diseñar la protección contra rayos basándose en la conexión equipotencial,blindaje electromagnético y aplicación de dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD).

La norma incluye detalles sobre cómo aplicar protección contra rayos a la góndola y otros componentes estructurales.

III. Tren de transmisión mecánico y sistema de guiñada.

El tren de transmisión mecánico representa el otro desafío importante de protección contra rayos que es exclusivo de las turbinas eólicas.. Esto se debe a que el tren de transmisión mecánico,con los grandes cojinetes giratorios,ejes,Engranajes y sistemas de actuadores hidráulicos y eléctricos asociados.,se encuentran en el camino directo de la corriente del rayo cuando el rayo se adhiere a las palas.

La norma recomienda que todas las partes del tren de transmisión mecánica que estén sujetas a daños debido a corrientes de rayo o arcos de rayo entre partes móviles,por ejemplo, los rodamientos y actuadores estarán protegidos mediante contactos deslizantes o vía de chispas.. Estos componentes están diseñados para desviar la corriente del rayo lejos del componente que se va a proteger o reducir la corriente del rayo que fluye a través del componente a un nivel que el componente pueda sostener y soportar.. La norma requiere que la eficiencia de dichos sistemas de protección sea validada mediante pruebas (ver sección H) y/o análisis.,y que se documente la vida útil prevista de las piezas de desgaste, como los contactos deslizantes y los explosores.

 

IV.Sistemas eléctricos y sistemas e instalaciones electrónicas.

Los sistemas eléctricos y electrónicos y las instalaciones de un aerogenerador están sujetos a daños por rayos electromagnéticos.pagulse,LEMP,procedente de la corriente de impulso del rayo. De hecho, las estadísticas de daños muestran que la mayoría de los daños relacionados con los rayos en las turbinas eólicas afectan a los sistemas eléctricos y electrónicos.

La norma requiere que se proporcionen medidas de protección LEMP (LPMS) para proteger contra daños y evitar fallas de estos sistemas.. Se requiere que la protección se diseñe utilizando el enfoque sistemático de las Zonas de Protección contra Rayos (LPZ cf.. Higo. 7) concepto según IEC 62305-4 y utilizando los métodos apropiados, incluidos:

• Puesta a tierra

• Vinculación

• Blindaje magnético y eléctrico y guiado de líneas (instalación del sistema)

• Protección SPD coordinada

• Garantizar niveles adecuados de inmunidad EMC para sistemas y aparatos

• Aislamiento,diseño de circuito,circuitos balanceados,impedancias en serie,etc..

Este enfoque sistemático requiere que se determine la necesidad de protección para cada circuito que cruce una LPZ.

límite,y también ser evaluado para circuitos largos dentro de una zona (es decir,. más de 10 metros). La protección se puede lograr mediante el uso de SPD.,mediante el uso de cables blindados,mediante el uso de rutas de cable blindado o combinaciones de las mismas, como se indica en la Fig.. 7.

En general,la norma se refiere a las normas eléctricas pertinentes para sistemas e instalaciones eléctricas de baja tensión, incluidas. CEI 60204-1,IEC 60204-11 [10] sobre sistemas eléctricos de baja y alta tensión para maquinaria, respectivamente.,y IEC 60364 sobre instalaciones eléctricas de edificios.,y a IEC 61000-5-2 sobre instalación (EMC) y pautas de mitigación sobre puesta a tierra y cableado y, por supuesto, a IEC 62305-4 Protección contra rayos - Parte 4:

Sistemas eléctricos y electrónicos dentro de estructuras.

La norma exige que los SPD cumplan con la norma IEC 61643-1 para sistemas de energía de baja tensión y con la norma IEC 61643-21 para sistemas de telecomunicaciones y señalización.,y que los SPD se seleccionen e instalen de acuerdo con IEC 60364—4-44,IEC 60364—5-53 e IEC 61643-12 para la protección de sistemas de energía,y IEC 61643-22 para la protección de los sistemas de control y comunicación.. Además, la norma describe los requisitos adicionales para la selección e instalación de SPD en aplicaciones de turbinas eólicas.. 

La norma proporciona orientación sobre cómo garantizar la coordinación de los SPD.,Coordinar con las capacidades de resistencia de los componentes a proteger.,y define pruebas apropiadas para verificar la selección y el diseño.

La norma recomienda el uso de pararrayos de óxido metálico sin entrehierro según IEC 60099-4 para la protección de sistemas de energía de alta tensión.,y debe seleccionarse y aplicarse de acuerdo con IEC 60099-5,a menos que se realice un estudio de coordinación del aislamiento de alta tensión que demuestre que no se necesitan descargadores de alta tensión.