Защита от перенапряжений в системах ветроэнергетики: выбор устройств защиты от перенапряжений для цепей переменного и постоянного тока

Почему системы ветроэнергетики нуждаются в специализированном плане защиты от перенапряжений

Грозозащита ветряной турбины отличается от общей защиты зданий по нескольким конструктивным признакам. Башня высокая, гондола вращается, а одна установка объединяет сбор среднего напряжения, низковольтное переменное напряжение, постоянное управляющее питание и чувствительные сигнальные кабели — и всё это размещено в одном корпусе.

Прямой или близкий удар молнии может одновременно индуцировать энергию по нескольким из этих путей. Одного устройства на вводе питающей линии редко бывает достаточно для защиты всех возможных маршрутов.

Скоординированный план, как правило, более эффективен. Каждая цепь имеет различное напряжение, форму волны и требования к устойчивости к аварийным режимам, поэтому   Ветроэнергетика SPD   Выбор обычно осуществляется по отдельным контурам, а затем согласовывается в рамках всей системы.

Где ветровая турбина принимает броски тока

Энергия перепада давления поступает к турбинному оборудованию по ограниченному числу путей. Выявление каждого из них — первый шаг в любом…   защита от перенапряжений для ветровой турбины  design.

Прямая и близкая молния

Удар молнии по лопасти, башне или гондоле вводит ток в конструкцию и далее в подключённые проводники. Молниеприёмник лопасти предназначен для отвода этого тока, однако часть тока всё же может попасть в электрические цепи посредством индуктивной связи.

Переходные процессы при переключении со стороны сети

Работа сборного питателя, трансформатора и преобразователя порождает быстрые переходные процессы в точке присоединения к сети переменного тока. Эти коммутационные перенапряжения по энергии обычно ниже, чем грозовые, но возникают гораздо чаще.

Генераторные и сторонние посторонние перенапряжения на стороне постоянного тока

Генераторная цепь, приводы тангажа и рыскания, а также вспомогательные системы постоянного тока способны выдерживать индуктированные или проводимые перенапряжения. Турбины с переменной скоростью и полными преобразователями особенно чувствительны к перенапряжениям на звене постоянного тока.

Линии связи и датчиков

Кабели для передачи оптического, полевого и аналогового сигналов прокладываются на большие расстояния по башне. Медные линии подвергаются воздействию наведённых перенапряжений на всём протяжении.

Рост потенциала земли

Ток молнии, рассеивающийся через заземлитель фундамента, может повышать локальный опорный потенциал по сравнению с удалёнными точками. Это оказывает влияние на межшкафную проводку и удалённые каналы связи.

Практичный план предусматривает размещение устройства в каждой из этих зон, а не полагание на одно единственное место, охватывающее все возможные пути.

Выбор ПЗВ для цепей переменного тока (со стороны преобразователя)

Соединение преобразователя со стороны сети является наиболее уязвимой точкой переменного тока в турбине. В современных турбинах обычно применяется сбор переменного тока низкого напряжения — 690 В или 1140 В.

Устройство защиты от перегрузки (УЗО) в данном случае подбирается по тем же электротехническим параметрам, что и промышленное распределительное устройство, с учётом специфических значений напряжения и уровня тока короткого замыкания турбины.

Напряжение и конфигурация полюсов

Непрерывное рабочее напряжение (U _c ) выбирается с учётом запаса сверх максимального непрерывного напряжения между фазой и нулевым проводом, включая допуск и временное превышение напряжения (TOV).

Трёхфазные модули УЗИП для ветроэнергетики обычно поставляются в конфигурациях 3P+N или 4P. Это обеспечивает защиту всех фаз и нулевого провода.

Ток заряда и разряда

Для ввода в основание башни, по которому может поступать ток прямого удара, следует использовать устройство типа 1 или типа 1+2, рассчитанное на импульсный ток (I _имп , 10/350 мкс) в целом является приемлемым.

Этап со стороны преобразователя обычно представляет собой устройство типа 2, рассчитанное на номинальный ток разряда (I _н ) и максимальный ток разряда (I _макс , 8/20 мкс). Координация между двумя ступенями осуществляется в соответствии с теми же принципами развязки, которые применяются в традиционной каскадной защите.

Сопротивление короткому замыканию

Устойчивость к коротким замыканиям представляет особую проблему в турбинах, поскольку уровень тока при повреждении сборного питателя может быть высоким. Устройство защиты от перенапряжений (УЗИП) и его резервное устройство защиты от сверхтоков должны быть проверены с учётом предполагаемого тока короткого замыкания в данной точке.

Тот   Устройство защиты от перенапряжения типа 1+2 в комбинации   Опция может упростить эту координацию в условиях ограниченного пространства или длины проводки.

Выбор класса напряжения: 690 В против 1140 В

Выбор между модулем класса 690 В и модулем класса 1140 В определяется рабочим напряжением турбины. Система на 1140 В, как правило, работает при более высоком значении U. _c   модуль для предотвращения перегрузок при нормальной эксплуатации или в случае аварии ТОВ.

Выбор класса напряжения на основе электрической однолинейной схемы, а не на основе произвольного допущения, позволяет избежать как заниженного, так и завышенного номинала.

Сценическая координация

Координация между ступенями «башня–основание» и «преобразователь» также зависит от длины соединительного провода между ними. Минимальное расстояние — как правило, несколько метров — позволяет устройству на верхнем уровне сработать первым и уменьшает энергию, поглощаемую нижестоящей ступенью.

В случаях, когда такой длины нет, распространённой альтернативой является развязывающий индуктор или комбинированное устройство.

Выбор SPD для цепей постоянного тока

Генератор и несколько вспомогательных цепей турбины работают на постоянном токе.   Ветер для защиты от перенапряжения в постоянном токе   Требования отличаются от требований к стороне переменного тока по трём ключевым параметрам: полярности, классу напряжения и поведению при отключении.

Генератор и цепи постоянного тока для рыскания и крена

Турбины с переменной скоростью направляют мощность генератора через преобразователь, а цепь постоянного тока или цепь со стороны генератора способны выдерживать индуцированные перенапряжения. Системы управления углом атаки и рысканием обеспечивают ориентацию лопастей и гондолы с помощью приводов постоянного тока, имеющих собственную кабельную разводку, проходящую через вращающуюся конструкцию.

DC‑SPD с чётко определёнными положительным и отрицательным выводами, подходящее U _c   выше максимального рабочего напряжения постоянного тока и с уровнем защиты, достаточно низким (U _п ) для подключённого диска обычно указывается.

Разъединение постоянного тока и поведение электрической дуги

Дуговые разряды в постоянном токе не обладают естественным моментом перехода тока через ноль. Внутренний отключающий элемент УЗИП и предшествующая защита должны быть выбраны таким образом, чтобы устранять повреждение без поддержания дуги.

Это является одной из ключевых причин, по которой обычный переменный модуль не подходит в качестве замены в цепи постоянного тока.

Согласование напряжений и запас по холодному климату

У _c   На стороне постоянного тока устанавливается выше напряжения холостого хода и рабочего напряжения соответствующей цепи, с учётом запаса на случай повышения напряжения, связанного с температурой, в холодных климатических условиях.

Напряжения холостого хода генератора и привода, как правило, растут при понижении температуры. Турбина, установленная на высокогорном или северном объекте, может выдавать более высокое постоянное напряжение, чем аналогичная модель, эксплуатируемая в умеренных климатических условиях.

У _c   Поэтому допуск проверяется по минимальной температуре на объекте, а не по единому номинальному значению. Подтверждение коэффициента теплопередачи модуля U _c   Противодействие фактическому напряжению шины постоянного тока предотвращает преждевременное старение варисторных элементов.

Защита линий управления и связи

Система управления координирует работу турбины и передаёт данные в центр диспетчерского управления. Сигнальные линии более чувствительны, чем силовые линии, поэтому уровень защиты обычно соответствует уровню стойкости оборудования.

Коммуникационные интерфейсы

Оптоволоконные линии связи в значительной степени защищены от проводных перенапряжений. Однако медные кабели полевых шин, аналоговые цепи и цепи релейного управления по‑прежнему остаются уязвимыми.

SPD сигнального класса с низким U _п   а соответствующая совместимость по скорости передачи данных, как правило, обеспечивается на уровне ввода в шкаф, где эти кабели подключаются.

Подключение датчиков и ввода/вывода

Датчики вибрации, температуры и скорости вращения ротора прокладываются на большие расстояния внутри башни. Экранированная кабельная продукция с надлежащим заземлением экрана в сочетании с низким уровнем помех… _п   Сигнал SPD на интерфейсе уменьшает уровень наведённого перенапряжения, поступающего на контроллер.

Дисциплина прокладки кабелей

Прокладка кабелей столь же важна, как и сам прибор. Разделение сигнальных кабелей с силовыми и тормозными цепями позволяет уменьшить индуктивную связь.

Вход в шкаф через герметичную сальниковую пластину дополнительно снижает уровень взаимной связи. В случаях, когда кабель датчика прокладывается в одном лотке с кабелем привода, дополнительное разделение, как правило, проявляется в повышении значения U _п   Бюджет по этой строке.

Размещение ШПД у входа в шкаф, а не глубоко внутри панели, также сокращает длину незащищённого провода, которая является источником остаточного напряжения.

Тот   Конструкция, устойчивая к высоким altitudes и вибрациям   Обсуждение касается механической надёжности самих модулей, что имеет значение для устройств, установленных в гондоле и на башне, где вибрация носит постоянный характер.

Среда заземления и уравнивания потенциалов

Эффективность защиты от перенапряжений зависит как от системы заземления, так и от номинала УЗИП. В турбине молниеприёмник лопасти, каркас гондолы, башня и электрод фундамента образуют единый стержень и путь заземления.

Эquipотенциальная связь

Все металлические конструкции и экранировки кабелей соединяются с заземляющим контуром турбины, обеспечивая для тока удара низкоимпедансный путь. Подключение заземляющего вывода устройства защиты от перенапряжений к этому контуру необходимо для эффективного отвода тока.

Рост потенциала земли между корпусами

Во время проведения испытаний потенциал опорного электрода может повышаться относительно заземления системы сбора. Выравнивание опорного потенциала УЗИП между разъединёнными шкафами с соединённой экранирующей оболочкой помогает минимизировать повреждения, возникающие между корпусами.

В случае, когда турбина взаимодействует с удалённо заземлённой станцией, устройство защиты от перенапряжений (SPD) на интерфейсе ограничивает разность потенциалов на медном соединении.

Координация со структурной молниезащитой

Электрическая система защиты от перенапряжений (SPD) и конструктивная система улавливания молнии проектируются совместно. Энергетические характеристики SPD учитывают ту часть тока молнии, которая не была поглощена лопастным приёмником и токоотводом.

Оценка риска на один МЭК 62305 является полезным исходным данным для определения этих оценок.

Грунтовые условия участка

Непрерывность электрического соединения обычно проверяется при вводе в эксплуатацию и в ходе плановых сервисных интервалов. Измеренное значение сопротивления заземления, остающееся низким по всей конструкции — от гондолы до башни и фундамента — обеспечивает предсказуемость пути протекания тока перенапряжения.

Там, где турбина установлена на скальном или сухом грунте с ограниченной площадью электродов, сопротивление заземления фундамента может быть выше. Соответственно пересматривается координация УЗИП, а не принимается по умолчанию на основе типового значения.

Разработка комплексного плана SPD для ветроэнергетического проекта

Следующий контрольный список представляет собой практическое руководство по спецификации   защита от перенапряжений для ветровой турбины   в рамках проекта. Предназначено в качестве отправной точки и подлежит уточнению с учётом конкретной модели турбины и оценки рисков на данном объекте.

Зачем выбирать проверенный устройство защиты от перенапряжений для ветровой энергетики?

Ветроэнергетический проект обычно эксплуатируется в течение двух десятилетий при ограниченном доступе к оборудованию гондолы и башни. При выборе…   Ветроэнергетика SPD   Поставщик с подтверждённой квалификацией обеспечивает долгосрочную надёжность.

Стандарты и типовые испытания

Устройства, разработанные и испытанные в соответствии со стандартом IEC 61643‑11, обеспечивают чётко определённую основу для оценок по импульсным и разрядным характеристикам. Отчёты о типовых испытаниях и заявленное значение U _п , я _н , и я _имп   Значения позволяют инженеру проверить координацию, а не лишь оценивать её.

Термическая и механическая прочность

Модули, предназначенные для эксплуатации на турбинах, как правило, проходят оценку с учётом диапазона температур, вибрации и высоты над уровнем моря, характерных для типичных установок. Термические разъединители и видимые индикаторы состояния позволяют обслуживающему персоналу чётко определить момент окончания срока службы, не вскрывая корпус.

Удалённый мониторинг и поддержка

СДП, оснащённые терминалами удалённой сигнализации, интегрируются с системой управления турбиной. Вышедший из строя модуль можно запланировать к замене во время планового визита, а не при вызове в экстренной ситуации.

В сочетании с документированным комплектом запасных частей и техническими паспортами это позволяет сократить незапланированные простои во всем парке.

Логистика единообразной продуктовой линейки

Единая семейство изделий для переменного тока, постоянного тока и сигнальных цепей упрощает логистику. Когда на нескольких участках турбины применяются одинаковые габариты модулей и схема подключения клемм, запасные компоненты и процедуры технического обслуживания остаются единообразными.

Это является практическим преимуществом в ходе операции, охватывающей весь флот.

Тот   Руководство по выбору промышленных устройств защиты от перенапряжений   охватывает соответствующие технические требования, такие как стойкость к коротким замыканиям и дистанционная сигнализация, которые также применимы к турбинным шкафам.

Часто задаваемые вопросы

Может ли один устройство защиты от перенапряжений (УЗП) обеспечивать защиту как переменного, так и постоянного тока на турбине?

Как правило, нет. Цепи переменного и постоянного тока различаются по уровню напряжения, полярности и поведению электрической дуги, поэтому обычно предусматриваются отдельные модули, рассчитанные на каждую из этих цепей. В одном общем корпусе для переменного и постоянного тока могут размещаться оба типа, однако внутренние элементы защиты остаются привязанными к конкретной цепи.

Требуется ли в целом устройство защиты от перенапряжений типа 1 у основания башни?

Там, где ток прямого удара молнии может попасть на вводный кабель, обычно целесообразно использовать устройство типа 1 или типа 1+2. Конкретные требования зависят от системы молниезащиты здания и результатов оценки риска для данного объекта.

Каким должен быть Uc у DC SPD?

У _c   Выбирается выше максимального постоянного напряжения эксплуатации конкретной схемы, с учётом запаса на повышение напряжения при низких температурах и на перенапряжения отключённых устройств. Проверка этого значения по паспортным данным генератора или привода является общепринятой практикой.

Почему заземление так же важно, как и значение SPD?

Устройство защиты от перенапряжений (УЗО) отводит ток перенапряжения на землю. Если путь уравнивания потенциалов и заземления обладает высоким импедансом, отведённый ток повышает локальный потенциал и может создавать дополнительные напряжения на корпусах оборудования и межшкафной проводке. Поэтому эффективное уравнивание потенциалов является неотъемлемой частью проекта.

Нужны ли УЗИП на оптоволоконных линиях связи?

Оптоволоконные линии в значительной степени устойчивы к проводным перенапряжениям, поэтому обычно не требуют установки устройств защиты от перенапряжений (УЗИП). Медные коммуникационные и сенсорные кабели, прокладываемые внутри башни, как правило, выигрывают от низкого уровня помех. _п   Сигнал SPD на входе в шкаф.

Как осуществляется мониторинг состояния СПД на ветровой электростанции?

Модули с терминалами удалённой сигнализации передают информацию о состоянии контроллеру турбины. Впоследствии техническое обслуживание планируется на основе указанного состояния, что обеспечивает проведение сервиса по состоянию оборудования, а не только по календарному графику.

Поделитесь моделью турбины, классами напряжения и замечаниями по уровню риска на площадке — наша инженерная команда подготовит согласованную схему установки устройств защиты от перенапряжений для ветроэнергетической установки.

Запрос плана SPD ветрового проекта