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2009-05-20 13:43:04 admin www.pedaro.com.cn 點擊數:

人類對可再生能源的索取獲取,一直都是有增無減的。獲取的途徑主要有:風力發電、太陽能/光伏發電,以及利用沼氣或地熱發電。在德國,現今約有19000個風電設備供應商,總功率近21000兆瓦,已經超出了對能源總需求的百分之三。

據德國風能研究所的預言 ,至2030年,在公海上将安裝約4000個風電設備。 這樣,離岸風力發電場産生的額定功率約為2萬兆瓦,風電設備防雷保護的重要性由此顯而易見。

雷擊的危害

風電設施的經營者是無法承受停機所造成的損失的。與此相反,對風電設備的高額投資往往是相當巨大的。

每個風電設備都在極小空間裡集中了完備的電氣、電子裝置,所有在電氣、電子工程中能夠提供的裝置,都可以在這裡找到,如:開關櫃,馬達和驅動器、變頻器、總線系統及其傳感器和驅動器。毋庸置疑,電湧的出現會給系統帶來相當大的損害。雷擊的風險與設備高度的平方成正比,而兆瓦級的風力渦輪機的葉片總高度達150米,因此遭受雷擊的風險極大,對該設備進行全面的防雷擊及浪湧保護是十分必要的。

雷擊頻率

某地區每年的雲地閃電的數量可從知名的等雷頻線( isokeraunic level)中得到。在歐洲,海岸地區和中等高度的山脈地區的雷擊頻率為每年每平方公裡1至3個雲地閃電。

此外,還應考慮防雷裝置的空間尺寸。如果物體的高度大于60米,并暴露在雷擊的風險下,那麼,除了雲地閃電外,還存在地雲閃電,即所謂的上行先導。這就造成了實際值比上述公式計算所得理論值要大。

地雲閃電的發生,起始于高空的暴露物體, 雷電流的洩放強度一般都很大,因而這對轉子槳葉的保護和雷電流保護器的設計都提出了更高的要求。

标準化保護措施

德國勞埃德 (Lloyd)準則是雷電保護概念設計的基礎。

德國保險協會( GDV )在其出版物 VdS 2010《風險導向的雷電和浪湧保護》 中建議,風力發電設備應實施二級以上的防雷保護,以滿足保護這些設施的最低要求。

在這一科技文獻中,更主要關注是如何實施防雷保護措施,尤其是對風電設備中的電氣和電子儀器,如何采取保護措施,防止電湧的幹擾。

對轉子的槳葉和旋轉部件實施保護是十分複雜的,需要分别針對不同的生産商及其特定的産品類型,進行詳細地考察。

通過在沖擊電流實驗室進行的這些試驗,可驗證所選保護措施的有效性,并有助于優化“整體保護方案” 。

 

防雷分區概念

防雷分區概念是在某一界定範圍内,為了創造一個特定的抗電磁幹擾的環境 (抗EMC環境)所采取的結構性的措施。特定的抗EMC環境,是通過所使用電氣設備的抗電磁幹擾的能力來衡量的。

防雷分區概念作為一個保護措施,它限定了其所定義的邊界上的傳導及電磁幹擾,并力求降至最低。出于這個目的,我們将被保護的物體劃分在不同的保護分區内。在劃分風電設備的防雷分區時,應充分考慮其結構上的特征。重要的是,要将從外部進入雷電保護區 LPZ 0A 區的、起直接作用的雷電參數,通過屏蔽措施以及配置相應的浪湧保護裝置,盡可能地減小,以确保風電設備中的電力和電子系統能夠無幹擾地正常運行。

屏蔽措施

機 艙應設計為一個自閉的金屬屏蔽。相對于外部,機艙内的電磁場應得到極大的衰減。機艙中的,以及可能存在于在操作間中的開關櫃和控制櫃,都應由金屬制成。與其相連接的電纜也應配備相應的外部連接和屏蔽,并具有雷電流承載能力。從抗幹擾保護的角度出發,隻有當屏蔽線的兩端都連接到等電位連接中,屏蔽電纜才能有 效地隔離電磁幹擾。屏蔽接觸必須為圓形連接端子,以避免不利的電磁幹擾(EMC),不允許長的接線端子“ Pigtails  ”留存于設備側。

接地系統

在任何情況下,風電設備的接地系統都應利用鐵塔的鋼筋架構。在鐵塔的塔基以及在操作間的基礎中設立基礎接地體,首要應地考慮接地體的腐蝕風險。

塔基和操作間的接地裝置應通過接地網相互連接,以盡可能地獲得最大面積的接地系統。

在塔基周圍多大的範圍内敷設額外的控制等電位的環形接地體,取決于在發生雷擊時,最終可能形成的跨步電壓和接觸電壓的高低,以及如何能達到保護生命的目的。

防雷分區LPZ 0A至LPZ 1或更高分區的邊界處,對進入LPZ 0A區的線纜應采取保護。

為了電氣和電子儀器的安全運行,在防雷保護分區(LPZ)的邊界處,除了應屏蔽與場強相關的幹擾源,還應防止與電纜相關的幹擾源。

在防雷保護分區的LPZ 0A 至LPZ 1邊界處 (通常也稱為防雷保護-等電位連接)必須使用保護裝置,并且它們應具備傳導雷電流的能力。這些保護裝置為雷電流保護器(I型SPD),其測試電流脈沖波形為10/350μs。

在防雷保護分區的LPZ 0B 至LPZ 1及更高分區的邊界處,要控制來自外部感應電壓引起的低能量脈沖電流或者系統本身産生的電湧。這些保護裝置被稱為電湧保護器(II型 SPD),其測試電流脈沖的波形為8/20μs。

應根據電氣和電子系統的工作參數選擇相應的保護裝置。

用于供電系統的保護裝置,在雷電流洩放後,必須能夠安全地遮斷工頻續流。這是繼沖擊電流承載能力後,第二個重要的設計參數。

雷電流保護器的安裝可不考慮最小距離,即使在設備部件帶電的情況下,它們也可以被安裝到被保護的設備中。

當發生電感耦合和開關操作時,電湧保護器應能承受由此出現的負荷。在能量協調的前提下,它們可以和下遊的電湧保護器多級聯結。這樣,在金屬氧化物壓敏電阻構成的熱監控裝置上出現的工頻續流會很小。

與供電系統中使用的防雷保護器相反,對于用于信息技術系統的保護裝置,應特别注意系統的兼容性,以及測控線、數據線相關的特性參數。這些保護裝置應串聯在信息技術系統的線路中,它們的幹擾電頻必須低于被保護設備的靈敏度。

依據防雷保護概念,我們來觀察單一的一條電話線,并假定流經這條電話線的部分雷電流為總雷電流的5% 。對于III/IV級保護等級,部分雷電流的大小是5KA,波形為10/350μs。

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