Заземление ветряных турбин является довольно детальным в силу их уникальных характеристик и требует применения специальных технологий. Так что же это за детали? Что учитывается при заземлении турбины? Какие стандарты принимаются во внимание?
1.Введение
Заземление имеет большое значение для ветряных электростанций, как и для всех электростанций. Заземление эффективно используется для защиты сотрудников станции и окружающих живых существ, создавая безопасную зону путем отвода токов утечки в землю, поддерживая напряжение на определенном уровне и минимизируя риск ударов молнии. Ветряные турбины более детализированы, чем другие конструкции, из-за уникальных характеристик районов электростанций, где они установлены. Эти электростанции расположены на очень большой, изолированной и высокой территории, и сопротивление грунта в местах их установки велико. Кроме того, высокие турбинные башни представляют значительную опасность с точки зрения риска удара молнии. По этим причинам применение обычных методов заземления в ветряных турбинах затруднено и требует специального применения.
2. Заземление ветряных турбин
Длинные и слегка закрученные лопасти ветряных турбин, а также изолированные и высокоомные участки, характерные для регионов, где установлены ветроэлектростанции, делают ветряные турбины более опасными с точки зрения грозового риска. Учитывая, что большинство необратимых повреждений лопастей, генераторов и панелей управления ветряных турбин вызвано прямыми ударами молнии или перенапряжением, заземление имеет большое значение для защиты ветряных турбин от молнии, предотвращая внезапные изменения перенапряжения и потенциала, тем самым защищая ветряную турбину и окружающие объекты.
Типичное заземление ветряной турбины состоит из кольцеобразного электрода и металлических стержней, подсоединенных к башням. Используемые вертикальные и горизонтальные электроды предназначены для снижения сопротивления земли и предотвращения возможного перенапряжения.
Рисунок 1: Общая схема заземления турбин
В турбинных башнях заземление основной конструкции в целом обычно осуществляется с помощью кольцевого проводника, помещенного на глубину 1 метр в фундамент, и металлических стержней, расположенных перпендикулярно к нему. Фундамент стальной обоймы турбинной башни также подключается к этой локальной сети. Таким образом, уравнивание потенциалов реализуется для предотвращения токов утечки и опасности ударов молнии.
Рисунок 2: Подключение эквипотенциального стержня к базовому электроду
Особенно при крупномасштабном заземлении кольцевой электрод действует как часть всей системы, а не только ветряной турбины. Этот кольцевой электрод также используется для бесперебойного заземления всего оборудования системы, что является важной деталью при заземлении ветроэлектростанций.
Силовые кабели турбин часто несут в себе кабель заземления. Таким образом, обеспечивается связь заземления каждой турбины с другими турбинами. Кроме того, параллельно силовым кабелям размещаются горизонтальные электроды, которые помогают снизить сопротивление заземления.
Рисунок 3: Заземление фундамента ветряной турбины
3. Молниезащита ветряных турбин
Ветровые турбины состоят из модулей выравнивания потенциалов, защиты от внезапного изменения напряжения и молниезащиты, а также зон электромагнитной гармонизации. Благодаря таким эффективным зонам защиты ветряных турбин постепенно снижаются затраты на ремонт, обслуживание и защиту, что подталкивает производителей к созданию турбин большей мощности и установке турбин в более эффективных морских местах.
Лопасть ветряной турбины поражена молнией из-за неправильного заземления
Три основных компонента ветряных турбин защищены различными способами.
3.1 Лопасти: Без сомнения, молния - злейший враг лопастей турбины. Такие эффекты, как высокая температура, вызванная ударами молнии, приводят к необратимым физическим повреждениям лопастей.
Рисунок 4. Моделирование тока, возникающего при ударе молнии в ветряную турбину мощностью 1,5 мегаватта. Такие огромные токи вызывают необратимые повреждения лопастей.
Для защиты крыльев от молнии на них устанавливаются медные проводники, называемые рецепторами. Эти медные проводники поддерживаются алюминиевыми проводниками вдоль крыла. Эти проводники размещаются на крыльях с помощью различных композитных материалов. Как правило, в крыльях используется термостойкая эпоксидная смола из стекловолокна и желатиновый защитный гель. Кроме того, для усиления конструкции в нее встраивается твердый полиуретан.
Рисунок 5: Конструкция молниезащиты крыльев в целом
3.2 Nasel: Для Nasel изготавливается навес из 5 мм стального листа, который действует как клетка Фарадея. Метеорологические приборы, расположенные за этой частью, защищены отдельной системой молниеотводов. Все компоненты должны быть тщательно заземлены, а воздействие ударов молнии временно предотвращается молниеотводами внутри контроллера.
Особенно оборудование в зоне Nasel должно быть хорошо защищено от молний. В этой области большое значение имеют ограничители перенапряжения.
3.3 Зона управления: Оборудование защищено от механических перегрузок, чтобы предотвратить внезапный взрыв в случае прямого удара молнии. Рельсы, дверцы шкафов и металлические детали внутри компонентов также должны быть заземлены.
4. стандарты молниезащиты ветряных турбин и защиты от скачков напряжения
4. Стандарты по молниезащите ветряных турбин и защите от изменений перенапряжения
Соответствующие стандарты имеют большое значение для защиты ветряных турбин от молний и перенапряжения. Благодаря этим стандартам был достигнут серьезный прогресс в защите ветряных турбин.
*IEC61400: Системы ветрогенераторов Часть-24: Молниезащита
*DIN EN 62305 Защита от молнии
*Germanischer Lyold (GL): Руководство по сертификации ветровых турбин, 2003, с приложением по электромонтажу 2004:8.9 Руководство по молниезащите для сертификации оффшорных ветровых турбин, 2005: Электромонтаж молниезащиты.
4.1 Определение уровней защиты
Задача зоны защиты - удерживать электромагнитные и эмиссионные помехи на желаемых значениях. В стандартах определены различные зоны защиты от LPZ 0 до LPZ 3.
Рисунок 6: Схема ветряной турбины с зоной молниезащиты
Зоны защиты LPZ 0A и LPZ 0B включают следующие компоненты.
*Пропеллер и внутренние элементы, лопасти пропеллера
*Внешние части кожуха турбины, если нет металлического кожуха, все оборудование внутри кожуха, генератор, датчики и т.д.
*Внешние части металлических распределительных коробок и внутренние части неметаллических распределительных коробок
*Бетонные башни или неметаллические башни, не оборудованные арматурными соединениями в соответствии со стандартами
*Внутренние помещения эксплуатационных зданий и трансформаторных подстанций без мер защиты
*Земляные или воздушные кабельные соединения между ветряной турбиной и эксплуатационными зданиями или трансформаторными подстанциями, если не предусмотрены меры защиты.
Зона молниезащиты LPZ 1 включает следующие компоненты.
5.ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Хорошее заземление, выполненное в соответствии со стандартами, позволяет снизить затраты на обслуживание, ремонт и защиту, а также максимально повысить безопасность установки. Благодаря этим эффективным методам защиты и заземления можно сделать энергию ветра, которая имеет огромное значение для нашего будущего, более надежным, устойчивым и экономичным источником энергии. Таким образом, энергия ветра сможет занять достойное место наряду с другими источниками энергии.
03/06/2024