МЭК 61400-24 молниезащита ветряных турбин

                           МЭК 61400-24 молниезащита ветряных турбин

 

Структура нового стандарта МЭК 61400-24 Молниезащита ветряных турбин

Как и большинство других международных стандартов,МЭК 61400-24 состоит из основной нормативной части.,который определяет конкретные проблемы для ветряных турбин и ссылается на другие стандарты, которые следует учитывать при проектировании молниезащиты для ветряных турбин.,и с подробностями более инструктивного характера, помещенными в информативных приложениях.. Схема структуры и содержания представлена ​​в таблице 1.

Молниезащита узлов ветряной турбины

Стандарт рекомендует применять процедуры молниезащиты, определенные в IEC 62305, к ветряным турбинам.,и рекомендует, чтобы все подкомпоненты были защищены в соответствии с LPL-I, если только анализ рисков не покажет и не продемонстрирует, что более низкий уровень является адекватным.

Применение метода катящейся сферы к ветряной турбине показано на рис.. 4, по которому можно определить части конструкции, подвергающиеся прямому воздействию молнии, т.е.. LPZ 0A в соответствии с концепцией молниезащитного зонирования.,а также зоны, защищенные самой конструкцией LPZ 0B (например,. область на земле рядом с башней).

Кроме того, на рис.. 5 показан пример применения концепции молниезащитного зонирования, определяющей внутренние LPZ 1 и LPZ 2, т.е.. зоны ветроэнергетической установки с более высоким уровнем защиты и более низкими уровнями параметров молнии.

 

 

Я. Лезвия

Лопасти представляют собой одну из двух особых проблем молниезащиты, уникальных для ветряных турбин.. Лопасти сложны по геометрии и конструкции и имеют длину более 60 м.,изготовлен из армированных волокном композитных материалов,размещается на башнях высотой более 100 м и вращается в вертикальной плоскости (ветряные турбины с горизонтальной осью) – при прямом воздействии молнии. Лопасти ветряной турбины являются наиболее незащищенными частями турбины.,это ясно при применении метода катящейся сферы,который идентифицирует большую часть поверхностей лезвий как зону 0A (см.. инжир. 4),и испытайте полное электромагнитное и механическое (волна давления) воздействие и энергию тока молнии.,электрическое поле и магнитное поле, связанные с ударами молнии. Поэтому лезвия должны быть защищены соответствующим образом.

Критерии адекватности защиты лопастей должны показать, что конструкция и расположение молниеприемника на лопасти обеспечивают эффективный перехват молнии.,и что система токоотвода может выдерживать воздействие тока молнии, соответствующего уровню молниезащиты I (если в результате анализа риска не будет доказано, что LPL-II или LPL-III достаточны, как показано в таблице 2).

 

Хотя метод катящейся сферы показывает, что молния может прикрепиться где угодно на большинстве поверхностей лезвия.,Из практического опыта видно, что большинство молниеотводов расположены на кончике лезвия.,и что лишь меньшинство прикрепляется в другом месте на лезвии. Таким образом, в стандарте делается вывод, что инструменты позиционирования системы молниеприемника (катящаяся сфера),защитный угол и т. д.) в МЭК 62305-3 не применяются к лопастям ветряных турбин.,и поэтому стандарт требует, чтобы способность системы молниеприемника и токоотвода перехватывать удары молнии и проводить токи молнии должна быть проверена любым из следующих методов::

1. Испытания на высокое напряжение и сильный ток (обсуждаются в разделе H ниже)

2. Демонстрация сходства типа (конструкции) лопасти с ранее сертифицированным типом лопасти.,или тип лопасти с документально подтвержденной успешной молниезащитой, эксплуатируемой в течение длительного периода в условиях удара молнии.

3. Используя инструменты анализа, предварительно проверенные путем сравнения с результатами испытаний или с конструкциями защиты лезвий, имеющими успешный опыт эксплуатации.

Более того,стандарт описывает известные методы молниезащиты лопастей (например,. концепции, показанные на рис.. 6),как учитывать влияние электропроводящих компонентов и деталей,такие как наконечники валов,композиты из углеродного волокна и проводка для датчиков в лопастях в конструкции системы молниезащиты, а также способы проведения соответствующих испытаний для проверки конструкции.

 

II.Гондола и другие конструктивные элементы

Молниезащита гондолы и других конструктивных элементов ветряной турбины (т.е.. центр,гондола и башня – ср.. инжир. 1 и рис.. 2) должны быть изготовлены с использованием как можно большего количества крупных металлических конструкций для молниеотвода.,эквипотенциализация,экранирование и отведение тока молнии к системе заземления. Дополнительные компоненты молниезащиты, такие как молниеприемники и стержни для защиты метеорологических приборов и заградительных огней на гондоле.,Токоотводы и соединительные соединения должны быть изготовлены и иметь размеры в соответствии с IEC 62305–3.

В общем,молниезащита гондолы и других конструктивных элементов ветряной турбины проста и должна выполняться в соответствии с методами, описанными в серии стандартов IEC 62305.. Ветряную турбину следует разделить на молниезащитные зоны.,ЛПЗ,как показано на рис.. 5. Для каждой ЗМЗ проектировщик молниезащиты должен оценить уровень грозовой угрозы.,и должен спроектировать молниезащиту на основе уравнивания потенциалов.,электромагнитное экранирование и применение устройств защиты от перенапряжения (УЗП).

Подробная информация о том, как обеспечить молниезащиту гондолы и других конструктивных элементов, включена в стандарт.

III. Механическая трансмиссия и система рыскания

Механическая приводная передача представляет собой еще одну серьезную проблему молниезащиты, которая является уникальной для ветряных турбин.. Это связано с тем, что механическая трансмиссия,с большими вращающимися подшипниками,валы,зубчатые передачи и связанные с ними гидравлические и электрические приводные системы,находятся на прямом пути тока молнии, когда молния попадает на лезвия.

Стандарт рекомендует, чтобы все части механической приводной передачи, подверженные повреждениям из-за токов молнии или дуговых разрядов между движущимися частями,,например, подшипники и приводы должны быть защищены скользящими контактами или искровыми разрядниками.. Эти компоненты предназначены для отвода тока молнии от защищаемого компонента или уменьшения тока молнии, протекающего через компонент, до уровня, который компонент может выдержать и выдержать.. Стандарт требует, чтобы эффективность таких систем защиты подтверждалась путем испытаний (см. раздел H) и/или анализа.,и что ожидаемый срок службы изнашиваемых деталей, таких как скользящие контакты и искровые разрядники, должен быть документирован.

 

IV.Электрические системы и электронные системы и установки

Электрические системы, электронные системы и установки ветряной турбины подвержены повреждениям от электромагнитного воздействия молнии.пязва,ЛЕМП,возникающий от импульсного тока молнии. Фактически статистика повреждений показывает, что большинство повреждений ветряных турбин, связанных с молнией, затрагивают электрические и электронные системы.

Стандарт требует, чтобы были предусмотрены меры защиты LEMP (LPMS) для защиты от повреждений и предотвращения сбоев этих систем.. Требуется, чтобы защита проектировалась с использованием систематического подхода к зонам молниезащиты (LPZ см.. инжир. 7) концепция согласно IEC 62305-4 и использование соответствующих методов, включая:

• Заземление

• Склеивание

• Магнитное и электрическое экранирование и прокладка линий (установка системы)

• Скоординированная защита УЗИП

• Обеспечение надлежащего уровня ЭМС-устойчивости систем и оборудования.

• Изоляция,схемотехника,балансные схемы,последовательные импедансы,и т. д..

Этот системный подход требует, чтобы необходимость защиты определялась для каждой цепи, пересекающей LPZ.

граница,а также оцениваться для длинных цепей внутри одной зоны (т.е.. длиннее 10 метров). Защита может быть достигнута с помощью УЗИП.,с использованием экранированных кабелей,с использованием трасс экранированных кабелей или их комбинаций – как показано на рис.. 7.

В общем,Стандарт относится к соответствующим электрическим стандартам для электрических систем и установок низкого напряжения, включая. МЭК 60204-1,МЭК 60204-11 [10] относительно электрических систем низкого и высокого напряжения для машин соответственно.,и IEC 60364 по электроустановкам зданий.,и IEC 61000-5-2 относительно (ЭМС) рекомендаций по установке и смягчению последствий при заземлении и прокладке кабелей и, конечно же, IEC 62305-4 Защита от молнии – Часть 4:

Электрические и электронные системы внутри конструкций.

Стандарт требует, чтобы УЗИП соответствовали IEC 61643-1 для низковольтных энергосистем и IEC 61643-21 для телекоммуникационных и сигнальных систем.,и что УЗИП выбраны и установлены в соответствии с IEC 60364-4-44.,IEC 60364-5-53 и IEC 61643-12 для защиты энергосистем.,и IEC 61643-22 по защите систем управления и связи.. Кроме того, стандарт описывает дополнительные требования к выбору и установке УЗИП в ветроэнергетических установках.. 

Стандарт содержит рекомендации о том, как обеспечить координацию SPD.,координировать свои действия с выдерживаемыми возможностями защищаемых компонентов,и определяет соответствующие тесты для проверки выбора и конструкции.

Стандарт рекомендует использовать металлооксидные разрядники без воздушного зазора в соответствии с IEC 60099-4 для защиты энергосистем высокого напряжения.,и должен выбираться и применяться в соответствии со стандартом IEC 60099-5.,если только не будет проведено исследование координации изоляции высокого напряжения, которое покажет, что разрядники высокого напряжения не нужны.