مدونة

إن تأريض توربينات الرياح مفصل تمامًا نظرًا لخصائصه الفريدة ويتطلب تقنيات خاصة. فما هي هذه التفاصيل؟ ما الذي يجب مراعاته عند تأريض التوربين؟ ما هي المعايير التي تؤخذ في الاعتبار؟

1. المقدمة

 

التأريض له أهمية كبيرة في محطات طاقة الرياح، كما هو الحال في جميع محطات الطاقة. يتم استخدام التأريض بشكل فعال لحماية موظفي محطة الطاقة والكائنات الحية في المنطقة المحيطة، ولإنشاء منطقة آمنة عن طريق تفريغ تيارات التسرب إلى الأرض، وللحفاظ على الجهد عند معايير معينة، وللتقليل من مخاطر الصواعق. يعتبر تأريض توربينات الرياح أكثر تفصيلاً من الهياكل الأخرى نظرًا للخصائص الفريدة لمناطق محطات الطاقة التي تم تركيبها فيها. تنتشر محطات توليد الطاقة هذه على مساحة كبيرة جدًا ومعزولة وعالية، كما أن المقاومة الأرضية للمنطقة التي يتم تركيبها فيها عالية. بالإضافة إلى ذلك، تشكل أبراج التوربينات العالية خطرًا كبيرًا لضربات البرق. ولهذه الأسباب، يصعب تطبيق طرق التأريض التقليدية في توربينات الرياح وتتطلب تطبيقات خاصة.

2. تأريض توربينات الرياح

 

إن الشفرات الطويلة والمنحنية قليلاً لتوربينات الرياح والمناطق المعزولة وعالية المقاومة التي تعتبر نموذجية في المناطق التي يتم فيها تركيب محطات طاقة الرياح تجعل توربينات الرياح أكثر خطورة من حيث خطر البرق. مع الأخذ في الاعتبار أن معظم الأضرار التي لا يمكن إصلاحها لشفرات توربينات الرياح والمولدات ولوحات التحكم تحدث نتيجة ضربات البرق المباشرة أو الجهد الزائد، فإن التأريض له أهمية كبيرة في حماية توربينات الرياح من الصواعق، ومنع التغيرات المفاجئة في الجهد الزائد والجهد، وبالتالي حماية توربينات الرياح والأشياء المحيطة بها.

 

يتكون التأريض النموذجي لتوربينات الرياح من قطب كهربائي على شكل حلقة وقضبان معدنية متصلة بالأبراج. بفضل الأقطاب الكهربائية الرأسية والأفقية المستخدمة، يهدف إلى تقليل مقاومة التربة ومنع الجهد الزائد المحتمل.

الشكل 1: مخطط التأريض العام للتوربينات

يتم تحقيق التأريض بشكل متكامل مع الهيكل الرئيسي في أبراج التوربينات بشكل عام من خلال موصل على شكل حلقة يوضع على عمق متر واحد في الأساس وقضبان معدنية موضوعة عموديًا. ويرتبط أساس القفص الفولاذي لبرج التوربينات أيضًا بهذه الشبكة المحلية. وبالتالي، يتم تحقيق الترابط متساوي الجهد لمنع تسرب التيارات وخطر الصواعق.

 

الشكل 2: توصيل قضيب متساوي الجهد بالقطب الأساسي

خاصة في حالات التأريض واسعة النطاق، يعمل القطب الكهربائي ذو الشكل الدائري كما لو كان جزءًا من النظام بأكمله، وليس فقط توربينات الرياح. يُستخدم هذا القطب الكهربائي على شكل حلقة أيضًا في التأريض المستمر لجميع معدات النظام، وهو جزء مهم في تأريض محطات طاقة الرياح.

غالبًا ما تحمل كابلات الطاقة في التوربينات أسلاكًا أرضية. وبالتالي، يتم ضمان اتصال كل توربينة أرضية بالتوربينات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، فإن وضع أقطاب كهربائية أفقية موازية لكابلات الطاقة يساعد على تقليل المقاومة الأرضية.

الشكل 3: التأريض الأساسي لتوربينات الرياح

 

3. الحماية من الصواعق لتوربينات الرياح

تتكون توربينات الرياح من وحدات معادلة الجهد والتغير المفاجئ في الجهد ومنع الصواعق ومناطق الحماية المنسقة الكهرومغناطيسية. وبفضل مناطق الحماية الفعالة لتوربينات الرياح، انخفضت تكاليف الإصلاح والصيانة والحماية تدريجيًا، مما دفع الشركات المصنعة إلى تصنيع توربينات ذات طاقة أكبر وتركيب توربينات في بحار أكثر كفاءة.

ضرب البرق شفرة توربينات الرياح بسبب التأريض غير السليم

تتم حماية المكونات الثلاثة الرئيسية لتوربينات الرياح بطرق مختلفة.

3.1 الشفرات: مما لا شك فيه أن البرق هو أكبر عدو لشفرات التوربينات. تتسبب التأثيرات مثل ارتفاع درجة الحرارة الناتجة عن ضربة البرق في حدوث ضرر مادي لا يمكن إصلاحه للشفرات.

الشكل 4: محاكاة التيار الناتج عن ضربة صاعقة على توربينة رياح بقدرة 1.5 ميجاوات. تسبب مثل هذه التيارات الضخمة أضرارًا لا رجعة فيها للأجنحة.

ولحماية الأجنحة من البرق، يتم وضع موصلات نحاسية تسمى المستقبلات على الأجنحة. يتم دعم هذه الموصلات النحاسية بواسطة موصلات الألومنيوم في جميع أنحاء الزعنفة. يتم وضع هذه الموصلات على الأجنحة بمواد مركبة مختلفة. بشكل عام، يتم استخدام راتنجات إيبوكسي الألياف الزجاجية المقاومة للحرارة والجيلاتين الواقي على الأجنحة. بالإضافة إلى ذلك، تم تضمين مادة البولي يوريثين الصلبة في هذا الهيكل لتقويته.

الشكل 5: التصميم العام للحماية من الصواعق للشفرات

3.2 الكنة: تم إنتاج مظلة من صفيحة فولاذية مقاس 5 مم تعمل بمثابة قفص فاراداي للكنة. أجهزة الأرصاد الجوية الموجودة خلف هذا القسم محمية بواسطة نظام مانع صواعق منفصل. يجب تأريض جميع المكونات بعناية ويتم منع تأثيرات الصواعق مؤقتًا بواسطة مانعات زيادة التيار داخل وحدة التحكم.

وخاصة الأجهزة الموجودة في منطقة الكنة يجب أن تكون محمية بشكل جيد ضد البرق. تعتبر مانعات الصواعق ذات أهمية كبيرة في هذا القسم.

3.3 منطقة التحكم: تتم حماية الأجهزة عن طريق التحميل الزائد الميكانيكي لمنع الانفجار المفاجئ في مواجهة ضربة البرق المباشرة. يجب أيضًا توفير التأريض لقضبان DIN وأبواب الخزانات والأجزاء المعدنية داخل المكونات.

4. معايير الحماية من الصواعق والحماية من تغيرات الجهد الزائد لتوربينات الرياح

4. الحماية من الصواعق ومعايير الحماية لتوربينات الرياح من تغيرات الجهد الزائد

تعتبر المعايير المتعلقة بهذا الموضوع ذات أهمية كبيرة لحماية توربينات الرياح من البرق والجهد الزائد. وبفضل هذه المعايير، تم إحراز تقدم كبير في حماية توربينات الرياح.

*IEC61400: أنظمة مولدات توربينات الرياح الجزء 24: الحماية من الصواعق

*DIN EN 62305 الحماية من الصواعق

* Germanischer Lyold (GL): إرشادات لإصدار شهادات توربينات الرياح، 2003، مع ملحق للتركيبات الكهربائية 2004:8.9 إرشادات الحماية من الصواعق لإصدار شهادات توربينات الرياح البحرية، 2005: التركيبات الكهربائية للحماية من الصواعق.

4.1 تعريف مستويات الحماية

تتمثل مهمة منطقة الحماية في الحفاظ على الاضطرابات الكهرومغناطيسية والانبعاثات عند القيم المطلوبة. يتم تعريف مناطق الحماية المختلفة في المعايير، من LPZ 0 إلى LPZ 3.

الشكل 6: رسم تخطيطي لتوربينة الرياح مع منطقة الحماية من الصواعق

 

تحتوي مناطق الحماية LPZ 0A وLPZ 0B على المكونات التالية.

*المروحة والعناصر الداخلية وشفرات المروحة

* الأجزاء الخارجية لغلاف التوربين، في حالة عدم وجود غلاف معدني، يتم تغطية جميع الأجهزة الموجودة داخل الغلاف والمولد وأجهزة الاستشعار وما إلى ذلك.

* الأجزاء الخارجية لصناديق المفاتيح المعدنية هي الأجزاء الداخلية لصناديق المفاتيح غير المعدنية.

*الأبراج الخرسانية أو الأبراج غير المعدنية غير المزودة بوصلات تسليح حسب المواصفات

*الديكورات الداخلية للمباني العاملة ومحطات المحولات دون إجراءات وقائية

*توصيلات الكابلات الأرضية أو العلوية بين توربينات الرياح والمباني العاملة أو محطات المحولات في حالة عدم وجود إجراءات وقائية

تشتمل منطقة الحماية من الصواعق LPZ 1 على المكونات التالية.

 

* الأجزاء الداخلية لغلاف التوربين المبطن بالكامل بالمعدن، مع ما يرتبط بها من تدابير توصيل الصواعق

* الأجزاء الداخلية لجميع المعدات المكسوة بالمعدن إذا كانت متصلة بنظام ربط متساوي الجهد بالطريقة المناسبة

* مانعات الصواعق وأجهزة استشعار أجهزة قياس الرياح إذا كانت تحتوي على موصلات مناسبة

* الأجزاء الداخلية للأبراج الخرسانية والأبراج المعدنية مصممة حسب المعايير الخاصة بالتسليح ومتصلة بقطب تأريض الأساس

* الأجزاء الداخلية لمباني التشغيل ومحطات المحولات مغطاة بصفائح فولاذية رقيقة أو بوسائل حماية

* الأجزاء الداخلية لشفرات المروحة، بما في ذلك محور المروحة، بشرط اتخاذ تدابير فعالة للتوصيل والحماية من الصواعق

تشتمل منطقة الحماية من الصواعق LPZ 2 على معدات LPZ 1 في حالة إضافة وسائل حماية لتقليل تأثيرات التداخل بشكل إضافي.

5.الخلاصة

مع التأريض الجيد وفقًا للمعايير، يتم تقليل تكاليف الصيانة والإصلاح والحماية وتعظيم سلامة محطة الطاقة. بفضل طرق الحماية والتأريض الفعالة هذه، سيكون من الممكن تحويل طاقة الرياح، التي لها أهمية كبيرة لمستقبلنا، إلى مصدر طاقة أكثر موثوقية واستدامة واقتصادية. وبالتالي فإن طاقة الرياح ستكون قادرة على أخذ مكانها المستحق بين مصادر الطاقة الأخرى.