Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10687-24:2015 (IEC 61400-24:2010) về Tuabin gió - Phần 24: Bảo vệ chống sét

A.1.4.1  Sét âm từ mây xuống đất

Trong trường hợp một chùm sét âm, tiên đạo sét từng bậc đi từ đám mây xuống đất theo các bước vài chục mét với thời gian dừng giữa các bước xấp xỉ 50 µs. Các bước có dòng điện xung thời gian ngắn (điển hình 1 µs) lớn hơn 1 kA. Khi được phát triển đầy đủ, luồng tiên đạo sét có tổng điện tích khoảng 10 C hoặc lớn hơn. Đường kính luồng trong phạm vi lên đến vài chục mét. Tổng thời gian quá trình tiên đạo sét từng bậc cỡ vài chục mili giây. Luồng tiên đạo sét mờ thường không nhìn thấy được bằng mắt thường.

Kết thúc tiên đạo sét, đầu tiên đạo sét, là tại điện thế vượt quá 10 MV so với trái đất. Khi đầu tiên đạo tiếp cận trái đất, điện thế cao này tăng cường độ điện trường tại bề mặt trái đất. Khi điện trường trên mặt đất vượt quá giá trị đánh thủng không khi, các tiên đạo sét "trả lời" (di chuyển hướng lên) được phát ra từ trái đất hoặc từ các kết cấu trên mặt đất. Các tiên đạo sét dịch chuyển hướng lên này thường được gọi là các tiên đạo sét kết nối. Các tiên đạo sét kết nối đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định các điểm sét đánh vào đối tượng.

Khi tiên đạo sét từng bậc đi xuống gặp tiên đạo sét kết nối hướng lên sẽ tạo ra đường dẫn liên tục từ đám mây xuống đất. Điện tích đưa vào luồng tiên đạo sét thường được phóng xuống đất bởi sóng dòng điện truyền tới luồng ion hóa ở khoảng một phần ba tốc độ ánh sáng. Quá trình này được gọi là cú sét phản hồi đầu tiên. Cú sét phản hồi đầu tiên có thể có giá trị đỉnh lên đến vài trăm kilo ampe và thời gian cỡ vài trăm micro giây. Quá trình sét đánh truyền xuống được minh họa trong Hình A.1.

Hình A.1 - Quá trình liên quan đến sự hình thành của sét từ mây xuống đất

Sau một khoảng thời gian cỡ từ 10 ms đến vài trăm ms, chuỗi các cú sét tiên đạo/phản hồi tiếp sau có thể theo đường dẫn được thực hiện bởi cú sét phản hồi đầu tiên. Tiên đạo sét (phóng ra) trước những cú sét phản hồi tiếp theo này thường không phải là tiên đạo từng bậc và nhanh hơn nhiều (thời gian cỡ vài ms). Trung bình, một chùm sét đánh thường có 3 đến 4 cú sét phản hồi (bao gồm cả cú sét đầu tiên). Các cú sét phản hồi tạo ra phần nhìn thấy được của chùm sét đánh.

Theo sau một hoặc nhiều cú sét phản hồi, một dòng điện liên tục (còn được gọi là cú sét dài) có thể dẫn qua các luồng vẫn còn ion hóa. Dòng điện liên tục khác nhau khá nhiều so với các dòng điện biên độ cao, thời gian ngắn của các cú sét phản hồi: biên độ dòng trung bình trong khoảng vài trăm ampe, trong khi thời gian có thể kéo dài tới vài trăm ms. Dòng điện liên tục sẽ dịch chuyển số lượng lớn điện tích trực tiếp từ mây xuống đất. Khoảng một nửa các chùm sét từ mây tới đất có chứa thành phần dòng liên tục.

Hình A.2 thể hiện biên dạng điển hình của dòng điện sét trong chùm sét âm từ mây tới đất. Theo sau tiếp xúc của tiên đạo sét từng bậc và tiên đạo sét kết nối, có một cú sét phản hồi tạo ra (tại đất) dòng điện xung biên độ cao kéo dài vài trăm µs. Giá trị đỉnh của dòng điện trong dải từ vài kA đến 100 kA, giá trị trung bình khoảng 30 kA (Bảng A.1). Tiếp sau các cú sét phản hồi đầu tiên, (các) cú sét phản hồi tiếp theo và (các) dòng điện liên tục có thể xuất hiện. Mặc dù các cú sét phản hồi kéo theo thường có giá trị dòng đỉnh thấp hơn và thời gian ngắn hơn so với cú sét phản hồi ban đầu, nhưng chúng thường có tốc độ gia tăng dòng điện cao hơn. Sự phóng điện âm từ mây tới đất có thể bao gồm các kết hợp khác nhau của các thành phần dòng điện khác nhau đề cập ở trên, như thể hiện trong Hình A.5.

Hình A.2 - Biên dạng điển hình của chùm sét âm từ mây tới đất (không theo tỷ lệ)

Dòng điện sét gồm một hoặc nhiều cú sét khác nhau:

- các cú sét ngắn có thời gian nhỏ hơn 2 ms (Hình A.3);

- các cú sét dài có thời gian lớn hơn 2 ms (Hình A.4).

CHÚ DẪN:

O₁  điểm gốc giả định

I  dòng điện đỉnh

i  dòng điện

t  thời gian

T₁  thời gian sườn trước

T₂  thời gian tới một nửa giá trị

Hình A.3 - Xác định các tham số cú sét ngắn (điển hình T₂ ≤ 2 ms)

CHÚ DẪN:

T  khoảng thời gian

Q_long  điện tích cú sét dài

Hình A.4 - Xác định các tham số cú sét dài (điển hình 2 ms ≤ T_long ≤ 1 s)

(Hình A.2 trong IEC 62305-1)

Bảng A.1 - Các tham số dòng điện sét từ mây tới đất

(chuyển từ Bảng A.1 trong IEC 62305-1)

Tham số	Giá trị cố định cho LPL I	Các giá trị			Loại cú sét
		95 %	50%	5%
I (kA)		4 (98 %)	20 (80 %)	90	Cú sét ngắn mang điện âm đầu tiên
	50	4,9	11,8	28,6	Cú sét ngắn mang điện âm tiếp theo
	200	4,6	35	250	Cú sét ngắn mang điện dương đầu tiên (đơn)
Q flash (C)		1,3	7,5	40	Chùm sét âm
	300	20	80	350	Chùm sét dương
Qshort (C)		1,1	4,5	20	Cú sét ngắn mang điện âm đầu tiên
		0,22	0,95	4	Cú sét ngắn mang điện âm tiếp theo
	100	2	16	150	Cú sét ngắn mang điện dương đầu tiên (đơn)
W/R (kJ/Ω)		6	55	550	Cú sét ngắn mang điện âm đầu tiên
		0,55	6	52	Cú sét ngắn mang điện âm tiếp theo
	10000	25	650	15000	Cú sét ngắn mang điện dương đầu tiên
di/dtmax (kA/µs)		9,1	24,3	65	Cú sét ngắn mang điện âm đầu tiên
		9,9	39,9	161,5	Cú sét ngắn mang điện âm tiếp theo
	20	0,2	2,4	32	Cú sét ngắn mang điện dương đầu tiên
di/dt30/90% (kA/µS)	200	4,1	20,1	98,5	Cú sét ngắn mang điện âm tiếp theo
Qlong  (C)	200				Cú sét dài
tlong (s)	0,5				Cú sét dài
Thời gian sườn trước (µs)		1,8	5,5	18	Cú sét ngắn mang điện âm đầu tiên
		0,22	1,1	4,5	Cú sét ngắn mang điện âm tiếp theo
		3,5	22	200	Cú sét ngắn mang điện dương đầu tiên (đơn)
Thời gian cú sét (µs)		30	75	200	Cú sét ngắn mang điện âm đầu tiên
		6,5	32	140	Cú sét ngắn mang điện âm tiếp theo
		25	230	2000	Cú sét ngắn mang điện dương đầu tiên (đơn)
Khoảng thời gian (ms)		7	33	150	Cú sét chùm mang điện âm
Tổng thời gian sét đánh (ms)		0,15	13	1100	Sét mang điện âm (tất cả)
		31	180	900	Sét mang điện âm (không có đánh đơn)
		14	85	500	Sét mang điện dương
CHÚ THÍCH: Các giá trị I = 4 kA và I = 20 kA tương ứng với xác suất 98 % và 80 %.

Hình A.5 - Thành phần có thể có của sét hướng xuống (điển hình trên địa hình bằng phẳng và tới các kết cấu thấp) (Hình A.3 trong IEC 62305-1)

A.1.4.2  Sét dương từ mây xuống đất

Ngược với các chùm sét âm, các chùm sét dương từ mây về đất được khởi phát từ một tiên đạo sét truyền xuống liên tục mà không có các bước riêng rẽ. Tiên đạo kết nối và các giai đoạn đánh phản hồi tương tự như các quá trình mô tả ở trên cho các chùm sét âm. Một chùm sét dương từ mây về đất thường chỉ bao gồm một cú sét phản hồi và có thể theo sau bằng một dòng điện liên tục.

Các chùm sét dương từ mây về đất rất quan trọng đối với bảo vệ chống sét thực tiễn vì giá trị dòng điện đỉnh (I), tổng điện tích dịch chuyển (Q), và năng lượng riêng (W/R) có thể lớn hơn so với chùm sét âm. Cú sét phản hồi có xu hướng có tốc độ phát sinh dòng thấp hơn so với cú sét phản hồi ban đầu âm. Biên dạng điển hình của dòng điện đối với sét dương từ mây xuống đất được biểu diễn trên Hình A.6. Tham số điện điển hình được tổng hợp trong Bảng A.1 cùng với các tham số phóng sét âm [2] [3].

Hình A.6 - Biên dạng điển hình của chùm sét dương từ mây tới đất

A.1.5  Sét hướng lên

Điện tích trong mây dông gây ra sự gia tăng điện trường trên bề mặt trái đất, nhưng thường không đủ để khởi phóng một tiên đạo sét di chuyển hướng lên. Tuy nhiên, điện trường có thể được tăng cường đáng kể ở vùng núi, các đối tượng đặt trên mặt đất cao, hoặc các kết cấu cao như các tòa tháp hoặc tuabin gió. Tại các địa điểm như vậy, cường độ điện trường có thể trở nên đủ lớn để khởi phát một tiên đạo sét di chuyển hướng từ mặt đất lên điện tích mây dông. Kết cấu có chiều cao vượt quá 100 m so với địa hình xung quanh (như tuabin gió hiện đại) chịu tiếp xúc đặc biệt với các chùm sét khởi phát hướng lên.

Một chùm sét khởi phát hướng lên có giai đoạn dòng liên tục. Trên xung dòng điện liên tục, các dòng điện có thể bị xếp chồng (Hình A.7). Giai đoạn dòng điện liên tục có thể được theo sau bởi các cú sét phản hồi dọc theo cùng một luồng. Các cú sét phản hồi khá giống với các cú sét phản hồi kéo theo của các chùm sét từ mây xuống đất. Các chùm sét khởi phát hướng lên không chứa thành phần nào tương tự như cú sét phản hồi ban đầu của các chùm sét từ mây xuống đất. Vị trí mà chùm sét khởi phát hướng lên đánh vào kết cấu đơn giản là cùng một điểm hình thành tiên đạo sét hướng lên.

Hình A.7 - Biên dạng điển hình của chùm sét khởi phát hướng lên tích điện âm

Việc đo các tham số của sét hướng lên được thực hiện trên các đối tượng cao thường phải chịu kiểu sét này. Thông tin chi tiết từ những quan sát trên toàn thế giới cũng như thảo luận toàn diện về sét hướng lên của Rakov và Uman có thể được tìm thấy trong [1]. Trong những năm gần đây, các chùm sét hướng lên cũng đã được nghiên cứu bởi các phép đo trên tuabin gió [4].

Các thông tin dưới đây về tham số dòng liên quan đến các chùm sét âm hướng lên, do đó mặc dù quan sát được nhưng các chùm sét dương khởi phát hướng lên rất hiếm.

Mặc dù các giá trị dòng điện đỉnh khoảng 10 kA là tương đối thấp, nhưng điện tích dịch chuyển liên quan đến dòng liên tiếp ban đầu có trong các trường hợp hiếm hoi lại rất cao tới 300 C như thể hiện trong Bảng A.2 [1]. Các chùm sét khởi phát hướng lên cũng có thể gồm các kết hợp khác nhau của các thành phần dòng khác nhau đề cập ở trên, như thể hiện trong Hình A.8.

Nói chung, chùm sét khởi phát hướng lên có giá trị tham số dòng thấp hơn so với chùm sét hướng xuống, có thể có trường hợp ngoại lệ về tổng điện tích dịch chuyển. Hơn nữa, rõ ràng là các đối tượng cao được đặt ở các vị trí chịu tác động có thể thường xuyên gặp chùm sét hướng lên, đặc biệt là trong những dông bão mùa đông khi hàng chục chùm sét đánh hướng lên đã được quan sát thấy trên các đối tượng cao chịu tác động nhiều.

Điều này rất phù hợp cho tuabin gió vì vị trí cao và chịu tác động nhiều là một lợi thế đối với tuabin gió do điều kiện gió thuận lợi. Vì vậy cần thiết phải xem xét rủi ro của chùm sét hướng lên, và người triển khai nên tìm kiếm thông tin về các điều kiện sét mùa đông tại các vị trí kỳ vọng. Khi chùm sét hướng lên bắt nguồn từ đầu các tuabin gió (tức là các cánh và các hệ thống đầu thu sét bảo vệ thiết bị đo đạc khí tượng trên vỏ tuabin), điểm sét đánh được đưa ra, và miễn là bảo vệ chống sét được thiết kế đúng, nó có thể được dự kiến cũng sẽ hoạt động tốt đối với các chùm sét hướng lên.

Tuy nhiên, tần suất sét đánh mùa đông cao có thể cần các hệ thống đầu thu sét bền hơn hoặc cần thay thế định kỳ hệ thống đầu thu sét.

Bảng A.2 - Tham số dòng điện sét khởi phát hướng lên

Tham số		Giá trị tối đa
Tổng điện tích dịch chuyển	C	300
Tổng thời gian	s	0,5 đến 1,0
Dòng điện đỉnh	kA	20
Tốc độ gia tăng trung bình của dòng điện xung xếp chồng	kA/µs	20
Số lượng dòng điện xung xếp chồng		50

Hình A.8 - Các thành phần có thể có của các chùm sét hướng lên (điển hình tới các kết cấu cao hơn hoặc/và chịu tác động) (Hình A.4 trong IEC 62305-1)

A.2  Tham số dòng điện sét liên quan đến điểm sét đánh

Nói chung, các tham số dòng điện sét đóng vai trò trong sự liền mạch của hệ thống LPS gồm dòng điện đỉnh I, điện tích Q, năng lượng riêng W/R, thời gian T và độ dốc trung bình của dòng di/dt. Mỗi tham số có xu hướng chi phối một cơ chế hỏng hóc khác nhau. Các tham số dòng được xem xét đối với các thử nghiệm là sự kết hợp của các giá trị này, được lựa chọn để đại diện trong phòng thí nghiệm cơ chế hỏng hóc thực tế của LPS cần thử nghiệm. Bảng A.3 ghi lại các giá trị lớn nhất của I, Q, W/R, T và di/dt cần xem xét cho các thử nghiệm là hàm của cấp bảo vệ được yêu cầu (xem IEC 62305-1, Phụ lục D để biết thêm chi tiết).

Bảng A.3 - Tóm tắt các tham số đe dọa sét được xem xét khi tính toán các giá trị thử nghiệm cho các thành phần hệ thống LPS khác nhau và cho các mức bảo vệ LPL khác nhau (Bảng D.1 trong IEC 62305-1)

Thành phần	Vấn đề chính	Các tham số đe dọa của sét					Chú thích
Đầu thu sét	Ăn mòn tại các mối nối (ví dụ tấm kim loại mỏng)	Mức	QLONG	T
		LPL	C
		I	200	<1s (áp dụng QLONG trong một xung ngắn đơn)
		II	150
		III-IV	100
Đầu thu sét và bộ dẫn điện xuống	Đốt nóng thuần trở	Mức LPL	W/R kJ/Ω	T			Định kích thước theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) trả về thử nghiệm không cần thiết
		I	10000	Áp dụng W/R theo cấu hình bảo toàn nhiệt
		II	5600
		III-IV	2500
	Hiệu ứng cơ học	Mức LPL	I kA	W/R kJ/Ω
		I	200	10000
		II	150	5600
		III-IV	100	2500
Các thành phần kết nối	Hiệu ứng kết hợp (nhiệt, cơ và hồ quang)	Mức LPL	I kA	W/R kJ/Q	T
		I	200	10000	<2µs (áp dụng I và W/R trong một xung đơn)
		II	150	5600
		III-IV	100	2500
Các đầu nối đất	Ăn mòn tại các mối nối	Mức LPL	QLONG C	T			Định kích thước thường được xác định theo hiệu ứng hóa học/cơ khí (như ăn mòn)
		I	200	<1s (áp dụng QLONG trong một xung ngắn đơn)
		II	150
		III-IV	100
Các SPD có các khe đánh lửa	Hiệu ứng kết hợp (nhiệt, cơ và hồ quang)	Mức LPL	I kA	QSHORT C	W/R kJ/Ω	di/dt kA/µs	Áp dụng I, QSHORT và W/R ở xung đơn (có T<2ms); áp dụng Δi/Δt ở xung tách rời
		I	200	100	10000	200
		II	150	75	5600	150
		III-IV	100	50	2500	100
Các SPD có các khối điện trở oxit kim loại	Hiệu ứng năng lượng (quá tải)	Mức LPL	QSHORT C				Cần kiểm tra cả hai hiệu ứng
		I	100
		II	75
		III-IV	50
	Hiệu ứng điện môi (phóng lửa hồ quăng/ rạn nứt)	Mức LPL	I kA	T			Có thể xem xét các thử nghiệm tách rời
		I	200	<2ms (áp dụng I trong một xung đơn)
		II	150
		III-IV	100

A.3  Dòng điện tiên đạo sét không có cú sét phản hồi

Các tiên đạo sét hướng lên được khởi phát từ chính tuabin gió khi trường tĩnh điện cao có mặt do các đám mây dông trên cao hoặc tiếp cận với tiên đạo sét từ mây dông. Khi các tiên đạo sét hướng lên này không nối với tiên đạo sét từ đám mây, không có cú sét phản hồi. Các dòng xung kết hợp với tiên đạo sét thường cỡ vài kA và có thể lên đến 10 kA. Các tiên đạo sét chỉ có thể bắt đầu ở nơi có thể tạo ra trường tĩnh điện cao.

A.4  Hiệu ứng xung sét điện từ, LEMP

Các hiệu ứng của LEMP do quá điện áp có thể có năng lượng nhỏ hơn các đột biến, do các cú sét đánh trực tiếp mà có thể xuất hiện với tần suất lớn. Loại quá áp và đột biến điện này có thể do:

- dòng điện sét dẫn một phần;

- ghép nối điện cảm/điện dung;

- sét đánh gần tuabin gió;

- lan truyền trên đường dây (các đường dây điện và/hoặc các đường dây viễn thông do sét đánh vào hoặc gần các đường dây này).

 

Phụ lục B

(tham khảo)

Đánh giá chịu tác động sét

B.1  Qui định chung

Điều B.2 của phụ lục này giải thích các thuật ngữ được sử dụng cho thiệt hại và tổn thất (B.2.1), rủi ro và các thành phần rủi ro (B.2.2), hợp thành các thành phần rủi ro liên quan đến tuabin gió (B.2.3), hợp thành các thành phần rủi ro liên quan đến đường dây cung cấp (B.2.4).

Điều B.3 đánh giá các giá trị của xác suất, P_x, đối với các kiểu thiệt hại khác nhau theo IEC 62305-2, Phụ lục B, và nhận xét liên quan đến sự phù hợp đối với ứng dụng tuabin gió.

Điều B.4 đánh giá tổng tổn thất, L_x, theo IEC 62305-2, Phụ lục C, và nhận xét liên quan đến sự phù hợp đối với ứng dụng tuabin gió.

Điều B.5 đánh giá xác suất P'_x đối với thiệt hại đến dịch vụ, theo IEC 62305-2, Phụ lục D, và nhận xét liên quan đến sự phù hợp đối với ứng dụng tuabin gió.

Điều B.6 đánh giá tổng tổn thất L'_x trong đường dây cung cấp theo IEC 62305-2, Phụ lục E.

Điều B.7, ước tính chi phí tổn thất theo IEC 62305-2, Phụ lục G.

B.2  Giải thích các thuật ngữ

B.2.1  Thiệt hại và tổn thất

Các thuật ngữ đề cập đến thiệt hại và tổn thất được xác định trong IEC 62305-2. Trong phụ lục này sẽ đưa ra các thuật ngữ được xem xét có liên quan đến các tuabin gió.

Dòng điện sét là nguồn thiệt hại chính. Các nguồn sau đây được xác định dựa vào điểm sét đánh (xem Bảng B.1):

S1: sét đánh vào tuabin gió;

S2: sét đánh gần tuabin gió;

S3: sét đánh vào đường dây cung cấp (như dây điện hoặc dây viễn thông);

S4: sét đánh gét đường dây cung cấp

CHÚ THÍCH 1: S2 sét đánh gần tuabin gió không được coi là nguy cơ trong trường hợp có bảo vệ đối với sét đánh trực tiếp.

CHÚ THÍCH 2: S4 sét đánh gần đường cung cấp không được coi là nguy cơ trong trường hợp có bảo vệ đối với sét đánh trực tiếp.

Có 3 kiểu thiệt hại do sét được xem xét (xem Bảng B.2):

D1: tổn thương sinh vật;

D2: thiệt hại vật chất;

D3: Hỏng các hệ thống bên trong.

Thiệt hại tới tuabin gió do sét có thể được giới hạn ở một bộ phận của tuabin gió hoặc có thể mở rộng tới toàn bộ tuabin gió.

Sét ảnh hưởng tới đường dây cung cấp có thể gây thiệt hại cho chính hệ thống cung cấp (ví dụ như cáp cung cấp) hoặc cho các hệ thống điện và điện tử được nối vào đường dây cung cấp.

Mỗi kiểu thiệt hại, riêng lẻ hoặc kết hợp với loại khác, có thể sinh ra hệ quả tổn thất trong tuabin gió. Các kiểu tổn thất được xem xét liên quan đến tuabin gió là:

L1: chết người

L4: tổn thất các giá trị kinh tế (các chi phí sửa chữa thiệt hại cho tuabin gió và tổn thất thu nhập).

CHÚ THÍCH 3: Tổn thất L2 cho đường dây cung cấp tới khu vực công cộng và tổn thất L3 đến di sản văn hóa không được coi là liên quan đến tuabin gió.

Các kiểu tổn thất được coi là liên quan đến đường dây cung cấp (như dây điện và dây viễn thông) là:

L'4: tổn thất giá trị kinh tế (chi phí sửa chữa thiệt hại cho đường dây cung cấp và tổn thất thu nhập).

CHÚ THÍCH 4: Tổn thất L'2 của đường dây cung cấp được coi là có liên quan.

Bảng B.1 - Nguồn thiệt hại, kiểu thiệt hại và kiểu tổn thất theo điểm sét đánh (tương ứng Bảng 1 trong IEC 62305-2)

		Tuabin gió		Đường dây cung cấp
Điểm sét đánh	Nguồn thiệt hại	Kiểu thiệt hại	Kiểu tổn thất	Kiểu thiệt hại	Kiểu tổn thất
Đánh vào tuabin gió	S1	D1	L1, L4b
		D2	L1, L4	D2	L'4
		D3	L1a, L4	D3	L'4
Đánh gần tuabin gió	S2	D3	L1a, L4
Đánh vào đường dây cung cấp	S3	D1	L1, L4b
		D2	L1, L4	D2	L'4
		D3	L1a, L4	D3	L'4
Đánh gần đường dây cung cấp	S4	D3	L1a, L4	D3	L'4
a Chỉ khi hỏng hệ thống bên trong gây nguy hiểm ngay đến tinh mạng con người. b Chỉ ở những nơi có thể có tổn thất về động vật (ví dụ như trang trại chăn nuôi có thể nằm trong phạm 3 m tính từ cột tháp của tuabin gió).

Bảng B.2- Rủi ro trong tuabin gió đối với mỗi kiểu thiệt hại và kiểu tổn thất (tương ứng với Bảng 2 trong IEC 62305-2)

Tổn thất	L1	L4
Thiệt hại	Tổn thất cuộc sống con người	Tổn thất giá trị kinh tế
D1 Tổn thương sinh vật	Rs	Rsb
D2 Thiệt hại vật chất	RF	RF
D3 Hỏng các hệ thống bên trong	Roa	Ro
a Chỉ khi hỏng hệ thống bên trong gây nguy hiểm ngay đến tính mạng con người. b Chỉ ở những nơi có thể có tổn thất về động vật (ví dụ như trang trại chăn nuôi có thể nằm trong phạm 3 m tính từ cột tháp của tuabin gió).

B.2.2  Rủi ro và các thành phần rủi ro

Rủi ro R là giá trị tổn thất trung bình hàng năm có thể có. Đối với mỗi kiểu tổn thất mà có thể xuất hiện trong tuabin gió hoặc đường dây cung cấp, phải đánh giá rủi ro liên quan.

Các rủi ro cần được đánh giá trong tuabin gió có thể là:

R₁: rủi ro thiệt hại đến tính mạng con người;

R₄: rủi ro tổn thất giá trị kinh tế.

Rủi ro cần được đánh giá cho đường dây cung cấp có thể là:

R’₄: rủi ro tổn thất giá trị kinh tế.

Phải xác định và tính toán để đánh giá rủi ro, R, các thành phần rủi ro liên quan (các rủi ro riêng phần phụ thuộc vào nguồn thiệt hại và kiểu thiệt hại).

Mỗi rủi ro, R, là tổng của các rủi ro thành phần. Khi tính toán rủi ro, các thành phần rủi ro có thể được nhóm lại theo nguồn thiệt hại và kiểu thiệt hại.

Các thành phần rủi ro cho tuabin gió do sét đánh vào tuabin gió là:

R_A: Thành phần liên quan đến tổn thương cho con người bên trong tuabin gió và tổn thương sinh vật do điện áp bước và điện áp chạm trong các khu vực đến 3 m bên ngoài cột tháp tuabin gió. Có thể phát sinh tổn thất kiểu L1 và, trong trường hợp các trang trại chăn nuôi, tổn thất kiểu L4.

R_B: Thành phần liên quan đến thiệt hại vật chất do phát tia lửa nguy hiểm bên trong kết cấu kích hoạt cháy. Có thể phát sinh kiểu tổn thất L1 và L4.

R_C: Thành phần liên quan đến hỏng hệ thống bên trong do xung sét điện từ, LEMP. Có thể phát sinh tổn thất kiểu L4 hoặc L1, trong trường hợp hỏng hệ thống bên trong gây nguy hiểm ngay đến tính mạng con người.

Thành phần rủi ro đối với tuabin gió do sét đánh vào đường dây cung cấp nối với tuabin gió là:

R_U: Thành phần liên quan đến tổn thương con người gây ra bởi điện áp chạm bên trong tuabin gió do dòng điện sét truyền vào trong đường dây vào tuabin gió. Có thể phát sinh tổn thất kiểu L1.

R_V: Thành phần liên quan đến thiệt hại vật chất (cháy bị kích hoạt do nguy hiểm phát tia lửa điện giữa các lắp đặt bên ngoài và bộ phận kim loại, thường tại điểm đầu vào của đưa vào tuabin gió) do dòng điện sét truyền qua hoặc dọc theo đường dây vào. Có thể phát sinh tổn thất L1 và L4.

R_W: Thành phần liên quan đến hỏng các hệ thống bên trong do quá điện áp cảm ứng trên các đường dây đi vào và truyền đến tuabin gió. Có thể xuất hiện tổn thất kiểu L4 hoặc L1 trong trường hợp hỏng các hệ thống bên trong gây nguy hiểm ngay đến tính mạng con người.

Thành phần rủi ro đối với tuabin gió do sét đánh gần đường dây nối với tuabin gió:

R_Z: Thành phần liên quan đến hỏng hệ thống bên trong do quá điện áp cảm ứng trên các đường dây đi vào và truyền đến tuabin gió. Có thể xuất hiện tổn thất kiểu L4 hoặc L1 trong trường hợp hỏng các hệ thống bên trong gây nguy hiểm ngay đến tính mạng con người.

Thành phần rủi ro cho đường dây cung cấp do sét đánh vào đường dây cung cấp được nối với tuabin gió:

R’_V: Thành phần liên quan đến thiệt hại vật chất do tác động cơ và nhiệt của dòng điện sét. Có thể phát sinh tổn thất kiểu L'4.

R'_W: Thành phần liên quan đến hỏng đường dây và thiết bị được kết nối do quá điện áp cảm ứng trên đường dây. Có thể phát sinh tổn thất kiểu L'4.

Thành phần rủi ro đối với đường dây cung cấp do sét đánh gần đường dây cung cấp được nối với tuabin gió:

R'_Z: Thành phần liên quan đến hỏng đường dây và thiết bị kết nối do quá điện áp cảm ứng trên đường dây. Có thể phát sinh tổn thất kiểu L’4.

Thành phần rủi ro đối với đường dây cung cấp do sét đánh vào tuabin gió nối tới đường dây cung cấp:

R'_B: Thành phần liên quan đến thiệt hại vật chất do tác động cơ và nhiệt của dòng điện sét dẫn dọc đường dây. Có thể phát sinh tổn thất kiểu L'4.

R'_C: Thành phần liên quan đến hỏng đường dây và thiết bị kết nối do quá điện áp vì ghép cặp điện trở. Có thể phát sinh tổn thất kiểu L'4.

B.2.3  Kết hợp của các thành phần rủi ro liên quan đến tuabin gió

Các thành phần rủi ro cần được xem xét đối với mỗi kiểu tổn thất trong tuabin gió được liệt kê sau đây:

R₁: Rủi ro nguy hiểm tính mạng con người:

R₁ = R_A + R_B + R_C⁶⁾ + R_U + R_V + R_W⁶⁾ + R_Z5)           (B.1)

R₄: Rủi ro tổn thất kinh tế:

R₄ = R_A⁷⁾ + R_B + R_C + R_U6) + R_V + R_W + R_Z          (B.2)

Kết hợp các thành phần rủi ro tương ứng với nguồn thiệt hại

R = R_D + R_I            (B.3)

trong đó:

R_D là rủi ro do sét đánh vào tuabin gió (nguồn S1), được xác định theo tổng sau:

R_D = R_A + R_B + R_C       (B.4)

R_I là rủi ro do sét ảnh hưởng đến nhưng không đánh vào tuabin gió (nguồn: S3 và S4), được xác định theo tổng sau:

R_I = R_U + R_V + R_W + R_Z       (B.5)

Kết hợp các thành phần rủi ro tương ứng với kiểu thiệt hại:

R = R_S + R_F + R_O     (B.6)

trong đó:

R_S là rủi ro tổn thương sinh vật (D1) được xác định theo tổng:

R_S = R_A + R_U    (B.7)

R_F là rủi ro thiệt hại vật chất (D2) được xác định theo tổng:

R_F = R_B + R_V   (B.8)

R_O là rủi ro hỏng các hệ thống bên trong (D3) được xác định theo tổng:

R_O = R_C + R_W + R_Z   (B.9)

B.2.4  Kết hợp của các thành phần rủi ro liên quan đến đường dây cung cấp

Các thành phần rủi ro được xem xét đối với mỗi kiểu tổn thất trên đường dây cung cấp được liệt kê sau đây:

R’₄: rủi ro tổn thất giá trị kinh tế:

R’₄ = R’_V + R’_W + R'_Z + R’_B + R'_C    (B.10)

Kết hợp các thành phần rủi ro tương ứng với nguồn thiệt hại:

R’ = R’_D + R’_I     (B.11)

trong đó:

R’_D là rủi ro do sét đánh vào đường dây cung cấp (nguồn S3), được xác định theo tổng:

R’_D = R’_V + R’_W    (B.12)

R’_I là rủi ro do sét ảnh hưởng đến nhưng không đánh vào đường dây cung cấp (nguồn: S1 và S4), được xác định theo tổng:

R’_I = R’_B + R’_C + R’_Z     (B.13)

Kết hợp các thành phần rủi ro tương ứng với kiểu thiệt hại:

R’ = R’_F + R’_O     (B.14)

trong đó:

R’_F là rủi ro thiệt hại vật chất (D2) được xác định theo tổng:

R’_F = R’_V + R’_B     (B.15)

R’_O là rủi ro hỏng các hệ thống bên trong (D3) được xác định theo tổng:

R’_O = R’_W + R’_Z + R’_C      (B.16)

B.3  Đánh giá xác suất thiệt hại đến tuabin gió

B.3.1  Xác suất, P_A, mà chùm sét đánh vào tuabin gió sẽ gây ra tổn thương sinh vật

Các giá trị xác suất, P_A, gây sốc điện sinh vật do điện áp bước và điện áp chạm từ chùm sét đánh vào kết cấu (tức là tuabin gió), là hàm của các biện pháp bảo vệ điển hình đã được đưa ra trong Bảng B.3. Nếu thực hiện nhiều hơn một biện pháp bảo vệ, giá trị P_A là tích của các P_A tương ứng

Bảng B.3 - Xác suất, P_A, mà một chùm sét đánh vào tuabin gió sẽ gây điện giật cho sinh vật do điện áp bước và điện áp chạm nguy hiểm (tương ứng Bảng B.1 của IEC 62305-2)

Biện pháp bảo vệ	PA	Giải thích
Không có các biện pháp bảo vệ	1
Cách ly về điện của dây dẫn sét để trần (ví dụ polyethylene liên kết ngang tối thiểu là 3 mm)	10-2	Không liên quan đối với tuabin gió sử dụng kết cấu cột tháp làm dây dẫn sét.
Đẳng thế đất hiệu quả	10-2	Bắt buộc đối với tuabin gió chứa thiết bị HV theo các quy tắc điện cơ bản.
Các chú thích cảnh báo	10-1

B.3.2  Xác suất, P_B, mà chùm sét đánh vào tuabin gió sẽ gây thiệt hại vật chất

Các giá trị xác suất, P_B, của thiệt hại vật chất do chùm sét đánh vào tuabin gió là hàm của mức bảo vệ chống sét (LPL) được nêu trong Bảng B.4

Bảng B.4 - Các giá trị xác suất, P_B, phụ thuộc vào biện pháp bảo vệ để giảm thiệt hại vật chất (tương ứng Bảng B.2 trong IEC 62305-2)

Đặc trưng của tuabin gió	Loại hệ thống LPS	PB
Tuabin gió không được bảo vệ bằng hệ thống LPS	-	1
Tuabln gió được bảo vệ bằng hệ thống LPS	IV	0,2
	III	0,1
	II	0,05
	I	0,02
Tuabin gió có bảo vệ chống sét cho cánh và vỏ tuabin phù hợp với LPS I và cột tháp hoạt động như hệ thống dẫn sét tự nhiên.		0,01
Tuabin gió có bảo vệ chống sét cho cánh, mái của vỏ tuabin bằng kim loại (hoặc lưới kim loại tương đương) có bảo vệ hoàn toàn cho các lắp đặt mái che bất kỳ chống sét đánh trực tiếp và cột tháp hoạt động như một hệ thống dẫn sét tự nhiên.		0,001

CHÚ THÍCH: Có thể có các giá trị P_B khác với các giá trị cho trong Bảng B.4 nếu dựa trên một nghiên cứu chi tiết tham khảo trong IEC 62305-2, Điều B.2.

B.3.3  Xác suất, P_C, mà chùm sét đánh vào tuabin gió sẽ gây hỏng các hệ thống bên trong

Giá trị xác suất, P_C của việc hỏng hệ thống bên trong do sét đánh vào tuabin gió phụ thuộc vào bảo vệ của SPD kết hợp đã chấp nhận:

P_C = P_SPD        (B.17)

Giá trị P_SPD phụ thuộc vào cấp bảo vệ chống sét (LPL) mà SPD được thiết kế như cho trong Bảng B.5.

Bảng B.5 - Giá trị xác suất P_SPD là hàm của LPL mà SPD được thiết kế (tương ứng với Bảng B.3 trong IEC 62305-2)

Mức bảo vệ sét LPL	PSPD
Không có bảo vệ SPD kết hợp	1
III - IV	0,03
II	0,02
I	0,01
Xem CHÚ THÍCH 3	0,005 đến 0,001

CHÚ THÍCH 1: “Bảo vệ SPD kết hợp” chỉ có hiệu quả trong việc giảm xác suất P_C. Bảo vệ SPD kết hợp chỉ có hiệu quả giảm P_C khi hub, vỏ tuabin và cột tháp của các tuabin gió được bảo vệ bằng LPS, hoặc khi các kết cấu có khung bê tông cốt thép liên tục hoặc tăng cường đóng vai trò như một LPS tự nhiên trong đó đáp ứng các yêu cầu về liên kết và nối đất theo IEC 62305-3.

CHÚ THÍCH 2: Các hệ thống che chắn bên trong được nối với đường dây bên ngoài gồm cả cáp hoặc hệ thống bảo vệ chống sét có dây dẫn nằm trong các ống dẫn cáp bảo vệ chống sét, đường ống kim loại hoặc ống kim loại; có thể không đòi hỏi sử dụng bảo vệ phối hợp.

CHÚ THÍCH 3: Có thể có giá trị P_SPD nhỏ hơn trong trường hợp các SPD có các đặc tính bảo vệ tốt hơn (khả năng chịu dòng điện cao hơn, mức bảo vệ thấp hơn, v.v.. ) so với các yêu cầu được xác định cho cấp LPL I tại các vị trí lắp đặt có liên quan.

B.3.4  Xác suất P_M mà chùm sét đánh gần tuabin sẽ gây hỏng hệ thống bên trong

Do chiều cao của tuabin gió, hầu hết các chùm sét sẽ đánh trực tiếp vào các tuabin mà không đánh vào khu vực gần tuabin gió. Hơn nữa, các kết cấu kim loại lớn sẽ bảo vệ các hệ thống bên trong. Do đó xác suất mà một chùm sét đánh gần tuabin gió sẽ gây ra hỏng hệ thống bên trong có thể được coi là không đáng kể khi các hub, vỏ tuabin và cột tháp của tuabin gió được bảo vệ bằng hệ thống LPS hoặc khi các kết cấu có khung bê tông cốt thép hoặc kim loại liên tục đóng vai trò như LPS tự nhiên đáp ứng các yêu cầu về liên kết và nối đất theo IEC 62305-3.

B.3.5  Xác suất P_U mà chùm sét đánh vào đường dây cung cấp sẽ gây tổn thương sinh vật

Các giá trị xác suất P_U của tổn thương sinh vật do điện áp chạm gây ra bởi chùm sét đánh vào đường dây cung cấp dẫn vào tuabin gió (cáp điện hoặc cáp viễn thông) phụ thuộc vào các đặc tính bảo vệ của đường dây cung cấp, điện áp chịu xung của hệ thống bên trong nối với đường dây cung cấp, các biện pháp bảo vệ điển hình (hạn chế về khoảng cách, lưu ý cảnh báo, v.v... (xem Bảng B.3)) và các SPD ở lối vào của đường dây cung cấp.

Khi không có SPD cho các liên kết đẳng thế theo IEC 62305-3, giá trị P_U bằng với giá trị P_LD, trong đó PLD là xác suất hỏng hệ thống bên trong do sét đánh vào đường dây cung cấp.

Các giá trị xác suất P_LD được đưa ra trong Bảng B.6.

Khi có các SPD cho các liên kết đẳng thế theo IEC 62305-3, giá trị P_U thấp hơn giá trị nằm giữa P_SPD (Bảng B.5) và P_LD.

CHÚ THÍCH: Trong trường hợp này, bảo vệ SPD phối hợp theo IEC 62305-4 là không cần thiết để giảm xác suất P_U. Các SPD phù hợp với IEC 62305-3 là đủ.

Bảng B.6 - Các giá trị xác suất, P_LD, phụ thuộc vào điện trở R_S của màn chắn cáp và điện áp chịu xung U_W của thiết bị (Bảng B.6 trong IEC 62305-2)

UW kV	5 < RS ≤ 20 Ω/km	1 < RS ≤ 5 Ω/km	RS ≤ 1 Ω/km
1,5	1	0,8	0,4
2,5	0,95	0,6	0,2
4	0,9	0,3	0,04
6	0,8	0,1	0,02
RS [Ω/km] điện trở vỏ cáp.

Đối với đường dây cung cấp không có màn chắn, lấy P_LD = 1.

Khi có các biện pháp bảo vệ như các hạn chế về khoảng cách, các chú ý cảnh báo, v.v... thì xác suất P_U sẽ giảm hơn nữa bằng cách nhân nó với các giá trị xác suất P_A cho trong Bảng B.3.

B.3.6  Xác suất P_V mà chùm sét đánh vào đường dây cung cấp sẽ gây thiệt hại vật chất

Giá trị xác suất P_V của thiệt hại vật chất do chùm sét đánh vào đường dây cung cấp dẫn vào tuabin gió phụ thuộc vào các thuộc tính của vỏ đường dây cung cấp, điện áp chịu xung của hệ thống bên trong được nối vào đường dây cung cấp và các SPD.

Khi không có SPD cho các liên kết đẳng thế theo IEC 62305-3, thì giá trị P_V bằng với giá trị P_LD, trong đó P_LD là xác suất hỏng hệ thống bèn trong do chùm sét đánh vào đường dây cung cấp.

Giá trị P_LD được cho trong Bảng B.6.

Khi có các SPD cho các liên kết đẳng thế theo IEC 62305-3, giá trị P_V thấp hơn giá trị nằm giữa P_SPD (Bảng B.5) và P_LD.

CHÚ THÍCH: Trong trường hợp này, bảo vệ SPD phối hợp theo IEC 62305-4 là không cần thiết để giảm P_U. Các SPD phù hợp với IEC 62305-3 là đủ.

B.3.7  Xác suất P_W mà chùm sét đánh vào đường dây cung cấp sẽ gây hỏng hệ thống bên trong

Các giá trị xác suất P_W của hỏng các hệ thống bên trong do chùm sét đánh vào đường dây cung cấp dẫn vào tuabin gió phụ thuộc vào các đặc trưng của màn chắn đường dây cung cấp, điện áp chịu xung của hệ thống bên trong được nối tới đường dây cung cấp và các SPD.

Khi không có bảo vệ SPD phối hợp theo IEC 62305-4, giá trị P_W bằng với giá trị P_LD, trong đó P_LD là xác suất hỏng các hệ thống bên trong do chùm sét đánh vào đường dây cung cấp.

Các giá trị P_LD được cho trong Bảng B.6.

Khi có bảo vệ SPD phối hợp theo IEC 62305-4, giá trị P_W thấp hơn giá trị nằm giữa P_SPD (Bảng B.5) và P_LD.

B.3.8  Xác suất P_Z mà chùm sét đánh gần một đường dây cung cấp đi vào sẽ gây hỏng các hệ thống bên trong

Các giá trị xác suất P_Z mà chùm sét đánh gần đường dây cung cấp đi vào kết cấu sẽ gây hỏng các hệ thống bên trong phụ thuộc vào các đặc trưng của màn chắn đường dây cung cấp, điện áp chịu xung của hệ thống được nối tới đường dây cung cấp và các biện pháp bảo vệ.

Khi có bảo vệ SPD phối hợp theo IEC 62305-4, giá trị P_Z bằng với giá trị P_LI, trong đó P_LI là xác suất hỏng các hệ thống bên trong do chùm sét đánh gần đường dây cung cấp.

Các giá trị P_LI được nêu trong Bảng B.7.

Khi bảo vệ SPD phối hợp tuân theo IEC 62305-4 đã được cung cấp, giá trị P_Z thấp hơn giá trị nằm giữa P_SPD (Bảng B.5) và P_LI.

Bảng B.7 - Giá trị xác suất P_LI phụ thuộc vào điện trở R_S của màn chắn cáp và điện áp chịu U_W xung của thiết bị (Bảng B.7 trong IEC 62305-2)

UW kV	Không có màn chắn	Màn chắn không nối với thanh liên kết đẳng thế mà thiết bị được nối tới	Màn chắn nối với thanh liên kết đẳng thế mà thiết bị được nối tới
			5 < RS ≤ 20 Ω/km	1 < RS ≤ 5 Ω/km	RS ≤ 1 Ω/km
1,5	1	0,5	0,15	0,04	0,02
2,5	0,4	0,2	0,06	0,02	0,008
4	0,2	0,1	0,03	0,008	0,004
6	0,1	0,05	0,02	0,004	0,002
RS [Ω/km] điện trở vỏ cáp. CHÚ THÍCH: Đánh giá chính xác hơn về KS đối với các phần có màn chắn và không có màn chắn có thể được tìm thấy trong khuyến nghị ITU K.46.

B.4  Đánh giá tổng tổn thất, LX, trong một tuabin gió

B.4.1  Qui định chung

Các giá trị của tổng tổn thất, L_X, phải được đánh giá và cố định bởi nhà thiết kế bảo vệ chống sét (hoặc chủ sở hữu tuabin gió). Giá trị trung bình điển hình đưa ra trong phụ lục này chỉ đơn thuần là các giá trị do ban kỹ thuật đề xuất. Các giá trị khác có thể được chỉ định theo mỗi ủy ban quốc gia (hoặc được thống nhất giữa khách hàng và người mua hàng).

B.4.2  Tổng tổn thất tương đối trung bình mỗi năm

Tổn thất L_X đề cập đến số lượng tương đối trung bình của kiểu thiệt hại cụ thể mà có thể do chùm sét đánh, xét cả về mức độ và ảnh hưởng của nó.

Giá trị tổng tổn thất phụ thuộc vào:

• số người và thời gian mà họ vẫn còn ở nơi nguy hiểm;

• giá trị tổn thất sản xuất;

• giá trị các thành phần tuabin gió ảnh hưởng bởi thiệt hại.

Tổn thất L_X thay đổi theo các kiểu tổn thất được xét đến (L1, L2, L3 và L4) và, đối với mỗi kiểu tổn thất với kiểu thiệt hại (D1, D2 và D3) gây ra tổn thất. Các ký hiệu sau được sử dụng:

• L_t là tổn thất do tổn thương từ điện áp chạm và điện áp bước;

• L_f là tổn thất do thiệt hại vật lý;

• L_o là tổn thất do hỏng hệ thống bên trong.

B.4.3  Tổn thất cuộc sống con người

Giá trị L_t, L_f và L_o có thể được xác định xét về số lượng tương đối của các nạn nhân từ quan hệ xấp xỉ sau đây:

L_X = (n_p / n_t).(t_p / 8760)     (B.18)

trong đó:

n_p  số người có thể bị đe dọa (nạn nhân);

n_t  tổng số người được dự kiến (trong tuabin gió);

t_p  thời gian tính theo giờ hàng năm mà mỗi người có mặt ở nơi nguy hiểm, bên ngoài tuabin gió (chỉ có L_t) hay bên trong tuabin gió (L_t, L_f và L_o)

Tổn thất đời sống con người bị ảnh hưởng bởi các đặc tính của kết cấu tuabin gió. Các đặc tính này có tính đến hệ số tăng (h_z) và hệ số giảm (r_f, r_p, r_a, r_u) như sau:

LA =  ra. Lt	(B.19)
LU = ru. Lt	(B.20)
LB = LV = rp.hz.rf.Lf	(B.21)
LC= LM = LW= LZ= LO	(B.22)

trong đó:

L_A  tổn thất liên quan đến tổn thương sinh vật;

L_B  tổn thất trong kết cấu liên quan đến thiệt hại vật chất (đánh vào kết cấu);

L_C  tổn thất liên quan đến hỏng hệ thống bên trong (đánh vào đường dây cung cấp);

L_M  tổn thất liên quan đến hỏng hệ thống bên trong (đánh gần kết cấu);

L_U  tổn thất liên quan đến tổn thương sinh vật (đánh vào đường dây cung cấp);

L_V  tổn thất trong kết cấu liên quan đến thiệt hại vật chất (đánh vào đường dây cung cấp);

r_a là hệ số giảm tổn thất tới cuộc sống con người phụ thuộc vào loại đất (xem Bảng B.8);

r_u là hệ số giảm tổn thất tới cuộc sống con người phụ thuộc vào loại sàn (xem Bảng B.8);

r_p là hệ số giảm tổn thất do thiệt hại vật chất phụ thuộc vào các dự phòng được thực hiện để giảm hậu quả của cháy (xem Bảng B.9);

r_f là hệ số giảm tổn thất do thiệt hại vật chất phụ thuộc vào rủi ro cháy trong tuabin gió (xem Bảng B 10);

h_z là hệ số tăng tổn thất do thiệt hại vật chất khi một nguy hiểm đặc biệt hiện diện (xem Bảng B.11).

Bảng B.8 - Giá trị các hệ số giảm r_a và r_u làm hàm của loại bề mặt sàn nhà hoặc đất (tương ứng với Bảng C.2 trong IEC 62305-2)

Loại bề mặt	Trở kháng tiếp xúc kΩa	ra và ru
Bề mặt nông nghiệp, bê tông	≤ 1	10-2
Đá cẩm thạch, gốm sứ	1 đến 10	10-3
Đá dăm	10 đến 100	10-4
Nhựa đường, gỗ	≥ 100	10-5
a Các giá trị được đo giữa điện cực 400cm2 bị ép với một lực đồng đều 500 N và một điểm vô cùng.

Bảng B.9 - Giá trị hệ số giảm r_p là hàm dự phòng thực hiện để giảm hậu quả do cháy (Bảng C.3 trong IEC 62305-2)

Các dự phòng	rp
Không có dự phòng	1
Một trong những dự phòng sau: bình chữa cháy, các lắp đặt hệ thống chữa cháy cố định được vận hành bằng tay, các lắp đặt báo động bằng tay; các vòi nước, các khoang chống cháy, các lối thoát hiểm.	0,5
Một trong những dự phòng sau: lắp đặt hệ thống chữa cháy cố định được vận hành tự động, lắp đặt báo động tự độnga	0,2
a Chỉ khi được bảo vệ chống quá điện áp và các thiệt hại khác và khi lính cứu hỏa có thể đến trong vòng chưa đầy 10 min.

Nếu thực hiện nhiều hơn một dự phòng, thì giá trị r_p được lấy theo các các giá trị có liên quan thấp nhất.

CHÚ THÍCH 1: Rủi ro do nổ không được coi là có liên quan đối với tuabin gió.

Bảng B.10 - Giá trị hệ số giảm r_f là hàm của rủi ro cháy hoặc cháy của tuabin gió (tương ứng Bảng C.4 trong IEC 62305-2)

Rủi ro do cháy	rf
Cao	10-1
Trung bình	10-2
Thấp	10-3
Không	0

tmai

CHÚ THÍCH 2: Kết cấu được coi là có rủi ro cháy mức cao có thể được giả định là kết cấu có vật liệu bề mặt (cánh và mái vỏ tuabin) được làm bằng vật liệu dễ bắt lửa có sức cháy cụ thể lớn hơn 800 MJ/m².

CHÚ THÍCH 3: Kết cấu coi là có rủi ro cháy bình thường có thể được giả định là kết cấu có vật liệu bề mặt (cánh và mái vỏ tuabin) được làm bằng vật liệu dễ bắt lửa với sức cháy cụ thể từ 800 MJ/m² đến 400 MJ/m².

CHÚ THÍCH 4: Kết cấu coi là có rủi ro cháy thấp có thể được giả định là kết cấu có vật liệu bề mặt (cánh và mái vỏ tuabin) được làm bằng vật liệu dễ bắt lửa với sức cháy cụ thể nhỏ hơn 400 MJ/m².

CHÚ THÍCH 5: Sức cháy cụ thể là tỷ số năng lượng của tổng số vật liệu dễ bắt lửa trong một kết cấu và tổng diện tích bề mặt của kết cấu.

Bảng B.11 - Hệ số h_z tăng tổng tổn thất tương đối khi có nguy hiểm đặc biệt (tương ứng với Bảng C.5 trong IEC 62305-2)

Loại nguy hiểm đặc biệt	hz
Không có nguy hiểm đặc biệt	1
Áp lực mức thấp (một vài người)	2
Mức độ khó khăn của việc di tản	5

CHÚ THÍCH 6: Tổn thất dịch vụ công cộng không được coi là có liên quan đến tuabin gió, vì tổn thất doanh thu từ sản xuất điện chỉ được coi là tổn thất về kinh tế.

CHÚ THÍCH 7: Tổn thất di sản văn hóa không thể thay thế không được coi là có liên quan đến tuabin gió.

B.4.4  Tổn thất về kinh tế

Giá trị L_t, L_f và L_o liên quan đến tổng tổn thất tương đối có thể được xác định từ quan hệ sau:

L_X = c / c_t    (B.23)

trong đó:

c là giá trị tổn thất trung bình có thể có của tuabin gió (gồm các thành phần, thu nhập hàng năm và thu nhập thường xuyên) tính thành tiền;

c_t là tổng giá trị của tuabin gió (gồm các thành phần và thu nhập hàng năm) tính bằng tiền.

Khi việc xác định c và c_t là không chắc chắn hoặc khó khăn, có thể sử dụng giá trị trung bình tiêu biểu của L_t, L_f và L_o cho trong Bảng B.12.

Bảng B.12 - Các giá trị trung bình tiêu biểu của L_t, L_f và L_o (tương ứng Bảng C.7 trong IEC 62305-2)

Tuabin gió	Giá trị
Lt bên trong	10-4
Lt bên ngoài	10-2
Lf	10-1
Lo	10-4

Giá trị tổn thất kinh tế ảnh hưởng bởi các đặc trưng của kết cấu. Chúng được tính đến bằng cách tăng tăng (h_z) và hệ số giảm (r_f, r_p, r_a, r_u) như sau:

LA =  ra. Lt	(B.24)
LU = ru. Lt	(B.25)
LB = LV = rp.hz.rf.Lf	(B.26)
LC= LM = LW= LZ= LO	(B.27)

trong đó:

L_A  tổn thất liên quan đến tổn thương sinh vật;

L_B  tổn thất trong kết cấu liên quan đến thiệt hại vật chất (đánh vào kết cấu);

L_C  tổn thất liên quan đến hỏng hệ thống bên trong (đánh vào đường dây cung cấp);

L_M  tổn thất liên quan đến hỏng hệ thống bên trong (đánh gần kết cấu);

L_U  tổn thất liên quan đến tổn thương sinh vật (đánh vào đường dây cung cấp);

L_V  tổn thất trong kết cấu liên quan đến thiệt hại vật chất (đánh vào đường dây cung cấp);

r_a là hệ số giảm tổn thất tới cuộc sống con người phụ thuộc vào loại đất (xem Bảng B.8);

r_u là hệ số giảm tổn thất tới cuộc sống con người phụ thuộc vào loại sàn (xem Bảng B.8);

r_p là hệ số giảm tổn thất do thiệt hại vật chất phụ thuộc vào các dự phòng được thực hiện để giảm hậu quả của cháy (xem Bảng B.9);

r_f là hệ số giảm tổn thất do thiệt hại vật chất phụ thuộc vào rủi ro cháy trong tuabin gió (xem Bảng B.10);

h_z là hệ số tăng tổn thất do thiệt hại vật chất khi có nguy hiểm đặc biệt (xem Bảng B.11).

B.5  Đánh giá xác suất P’X của thiệt hại tới một đường dây cung cấp

B.5.1  Đường dây cung cấp có dây dẫn bằng kim loại

B.5.1.1  Xác suất P’_B và P’_C mà chùm sét đánh vào tuabin gió nối với đường dây cung cấp sẽ gây thiệt hại

Xác suất P’_B mà chùm sét đánh vào tuabin gió có nối đường dây cung cấp sẽ gây ra thiệt hại vật chất, và xác suất P’_C mà chùm sét đánh vào tuabin gió có nối đường dây cung cấp sẽ gây ra hỏng hóc thiết bị đường đường dây cung cấp liên quan đến dòng điện sự cố I_a. Dòng điện I_a phụ thuộc vào các đặc tính của đường dây cung cấp, số lượng đường dây cung cấp đi vào tuabin gió và các biện pháp bảo vệ.

Đối với các đường dây cung cấp không có màn chắn, giả định I_a= 0 kA.

Đối với các đường dây cung cấp có màn chắn, dòng điện sự cố I_a(kA) phải được đánh giá theo:

I_a = 25 n . U_W / (R_S . K_d . K_p)              (B.28)

trong đó:

K_d là hệ số phụ thuộc các đặc tính của đường dây cung cấp (xem Bảng B.13);

K_p là hệ số tính đến hiệu quả các biện pháp bảo vệ (xem Bảng B.14);

U_W [kV] là điện áp chịu xung (xem Bảng B.15 đối với cáp và Bảng B.16 đối với thiết bị);

R_S [Ω/km] là điện trở màn chắn của cáp;

n là số đường dây cung cấp đưa vào tuabin gió.

CHÚ THÍCH: Các SPD tại điểm đầu vào bên trong tuabin gió làm tăng dòng điện sự cố I_a và có thể có hiệu quả bảo vệ tích cực.

Bảng B.13 - Các giá trị của hệ số K_d là hàm của các đặc tính của đường dây cung cấp có màn chắn (tương ứng với Bảng D.1 trong IEC 62305-2)

Đường dây cung cấp	Kd
Có vỏ tiếp xúc với đất	1
Có vỏ không tiếp xúc với đất	0,4

Bảng B.14 - Giá trị của hệ số K_p là hàm của biện pháp bảo vệ (Bảng D.2 trong IEC 62305-2)

Biện pháp bảo vệ	Kp
Không có biện pháp bảo vệ	1
Các dây cỏ vỏ - dây dẫn một lõia	0,6
Các dây có vỏ - dây dẫn hai lõia	0,4
Ống cáp bảo vệ chống sét	0,1
Cáp bảo vệ chống sét	0,02
Các dây có vỏ - ống thép	0,01
a Dây có màn chắn được đặt ở khoảng 30 cm phía trên cáp; hai dây có màn chắn được đặt ở 30 cm cao hơn cáp được bố trí đối xứng quanh trục của cáp.

Bảng B.15 - Điện áp chịu xung U_W là hàm của kiểu cáp (Bảng D.3 trong IEC 62305-2)

Kiểu cáp	Un kV	Uw kV
TLC - cách điện giấy	-	1,5
TLC - PVC, cách điện PE	-	5
Cáp điện lực	≤ 1	15
Cáp điện lực	3	45
Cáp điện lực	6	60
Cáp điện lực	10	75
Cáp điện lực	15	95
Cáp điện lực	20	125

Bảng B.16 - Điện áp chịu xung U_W là hàm của loại thiết bị (Bảng D.4 trong IEC 62305-2)

Loại thiết bị	UW kV
Điện tử	1,5
Thiết bị sử dụng điện tử (Un<1 kV)	2,5
Thiết bị nối mạng điện tử (Un<1 kV)	6

Các giá trị P’_B và P’_C là hàm của dòng điện sự cố I_a cho trong Bảng B.17.

Bảng B.17 - Các giá trị xác suất P’_B, P’_C, P’_V và P’_W là hàm của dòng điện sự cố I_a (Bảng D.5 trong IEC 62305-2)

Ia kV	P’B, P’C, P’V, P’W
0	1
3	0,99
5	0,95
10	0,9
20	0,8
30	0,6
40	0,4
50	0,3
60	0,2
80	0,1
100	0,05
150	0,02
200	0,01
300	0,005
400	0,002
600	0,001

B.5.1.2  Xác suất P’_V và P’_W mà chùm sét đánh vào đường dây cung cấp sẽ gây thiệt hại

Xác suất P’_V mà chùm sét đánh vào đường dây cung cấp sẽ gây ra thiệt hại vật chất, và xác suất P’_W mà chùm sét đánh vào đường dây cung cấp sẽ gây ra hỏng thiết bị đường dây cung cấp liên quan đến dòng điện sự cố I_a, lần lượt phụ thuộc vào các đặc trưng của đường dây cung cấp và vào các biện pháp bảo vệ.

Đối với các đường dây cung cấp không có màn chắn, giả định I_a= 0 kA.

Đối với các đường dây cung cấp có màn chắn, dòng điện sự cố I_a (kA) phải được đánh giá theo:

I_a = 25 . U_W / (R_S . K_d . K_p)            (B.29)

trong đó

K_d là hệ số phụ thuộc các đặc tính của đường dây cung cấp (xem Bảng B.13);

K_p là hệ số tính đến hiệu quả các biện pháp bảo vệ (xem Bảng B.14);

U_W [kV] là điện áp chịu xung (xem Bảng B.15 đối với cáp và Bảng B.16 đối với thiết bị);

R_S [Ω/km] là điện trở của màn chắn cáp;

Khi đánh giá P’_V đối với các đường dây viễn thông, giá trị tối đa của dòng điện sét I_a được ước tính như sau:

I_a = 40 kA đối với cáp có màn chắn chì;

I_a = 20 kA đối với cáp có màn chắn nhôm.

CHÚ THÍCH: Các giá trị này là ước tính sơ bộ cho dòng thử nghiệm (I_t) thiệt hại cáp viễn thông điển hình tại điểm sét đánh. Nếu có bằng chứng cho thấy các giá trị này không thể áp dụng cho một thiết kế cáp nhất định, thì có thể sử dụng các giá trị khác. Trong trường hợp này, các thử nghiệm phải được sử dụng để đánh giá dòng điện sự cố.

Các giá trị P’_V và P’_W là hàm của các giá trị dòng điên sự cố I_a cho trong Bảng B.17.

B.5.1.3  Xác suất P’_Z mà chùm sét đánh gần đường dây cung cấp sẽ gây thiệt hại

Xác suất P’_Z mà chùm sét đánh gần đường dây cung cấp sẽ gây hỏng các thiết bị được nối phụ thuộc vào các đặc tính của đường dây cung cấp và vào các biện pháp bảo vệ. Khi không có SPD phù hợp với IEC 62305-4, giá trị P’_Z bằng với giá trị P_LI.

Giá trị P_LI được nêu trong Bảng B.7.

Khi có SPD phù hợp với IEC 62305-4 thì giá trị P’_Z thấp hơn các giá trị nằm giữa P_SPD (xem Bảng B.5) và P_LI.

B.5.1.4  Cáp sợi quang

Đang xem xét.

B.6  Đánh giá tổng tổn thất L’X trên đường dây cung cấp

B.6.1  Qui định chung

Tổn thất L’_X đề cập đến số lượng trung bình liên quan của kiểu thiệt hại cụ thể mà có thể xuất hiện như kết quả của chùm sét đánh vào một đường dây cung cấp, xem xét tới cả mức độ và hậu quả tác động.

Giá trị của nó phụ thuộc vào:

- Loại và mức độ quan trọng của đường dây cung cấp được trang bị công cộng;

- Giá trị các mặt hàng bị ảnh hưởng bởi thiệt hại.

Tổn thất L’_X thay đổi với kiểu tổn thất (L’₁, L’₂ và L’₄) được xem xét, đối với mỗi kiểu tổn thất, có kiểu thiệt hại (D2 và D3) gây ra tổn thất. Sử dụng các ký hiệu sau:

L’_f  tổn thất do thiệt hại vật chất;

L’_o  tổn thất do hỏng hệ thống bên trong.

CHÚ THÍCH: Tổn thất dịch vụ công cộng không được coi là có liên quan đến tuabin gió, do đó tổn thất L’_X trên đường dây cung cấp chỉ được xem như một tổn thất kinh tế.

B.6.2  Tổn thất kinh tế

Giá trị L’_X và L’_O có thể được xác định liên quan đến số lượng của tổn thất có thể có từ quan hệ sau:

L’_X = c / ct          (B.30)

trong đó:

c là giá trị tổn thất trung bình có thể có của tuabin gió, các thành phần trong nó và các hoạt động liên quan, tính thành tiền;

c_t là tổng giá trị L’_f và L’_o, để sử dụng cho tất cả các loại đường dây cung cấp khi việc xác định c và c_t gặp khó khăn hoặc không chắc chắn, như sau:

L’_f = 10^-1

L’_o = 10^-3

Tổn thất các giá trị kinh tế bị ảnh hưởng bởi các đặc tính đường dây cung cấp như sau:

L’_B = L’_V = L’_f                (B.31)

L’_C = L’_W = L’_Z = L’_o        (B.32)

B.7  Đánh giá chi phí tổn thất

Chi phí tổng tổn thất C_L có thể tính toán theo công thức sau:

(B.33)

trong đó:

R_A và R_U là các thành phần rủi ro liên quan đến tổn thất về động vật, không có các biện pháp bảo vệ;

R_B và R_V là các thành phần rủi ro liên quan đến thiệt hại vật lý, không có các biện pháp bảo vệ;

R_C, R_M, R_W, R_Z là các thành phần rủi ro liên quan đến hỏng hóc hệ thống điện và điện tử, không có các biện pháp bảo vệ;

C_A  chi phí về động vật;

C_B  chi phí của hệ thống trong tuabin gió;

C_S  chi phí của tuabin gió;

C_C  chi phí các thành phần bên trong của tuabin gió.

Tổng chi phí C_RL của các tổn thất còn lại mặc dù có thể tính toán các biện pháp bảo vệ theo công thức:

(B.34)

trong đó:

R’_A và R’_U là các thành phần rủi ro liên quan đến tổn thất về động vật, có các biện pháp bảo vệ;

R’_B và R’_V là các thành phần rủi ro liên quan đến thiệt hại vật chất, có các biện pháp bảo vệ;

R’_C, R’_M, R’_W, R’_Z là các thành phần rủi ro liên quan đến hỏng hóc các hệ thống điện và điện tử, có các biện pháp bảo vệ;

Chi phí C_PM hàng năm của các biện pháp bảo vệ có thể được tính toán bằng công thức:

C_PM = C_P . (i + a + m)           (B.35)

trong đó:

C_P là chi phí cho các biện pháp bảo vệ;

i là mức lãi suất;

a là mức độ hao mòn;

m là hệ số mức độ bảo trì.

Số tiền tiết kiệm hàng năm S là:

S = C_L - (C_PM + C_RL)     (B.36)

Việc bảo vệ là thuận lợi nếu số tiền tiết kiệm hàng năm S > 0.

B.8  Các trường hợp cụ thể

Đang xem xét.

 

Phụ lục C

(tham khảo)

Các biện pháp bảo vệ cánh tuabin

C.1  Qui định chung

C.1.1  Các loại cánh và các kiểu biện pháp bảo vệ cánh

Cánh tuabin gió hiện đại là những kết cấu rỗng lớn được sản xuất bằng vật liệu tổng hợp, như nhựa được gia cố bằng sợi thủy tinh (GFRP), gỗ, gỗ dán và nhựa được gia cố bằng sợi cacbon (CFRP). CFRP thường được sử dụng để gia cố kết cấu cánh hoặc cho các thành phần đặc biệt như đầu trục cánh có hãm đầu cánh (cơ chế phanh giảm tốc). Một số bộ phận và thành phần rời rạc như mặt bích gá lắp, đối trọng, bản lề, vòng bi, dây dẫn, dây điện, lò xo và đồ gá được làm bằng kim loại. Ở một số thời điểm, để đạt hy vọng cao về việc sét không đánh vào các cánh chỉ khi chế tạo bằng vật liệu không dẫn điện, nhưng kinh nghiệm thực tế cho thấy điều này là không khả thi. Trong thực tế sét đánh cả vào những cánh không có thành phần kim loại, và bất cứ khi nào có hồ quang sét hình thành bên trong thì cánh bị thiệt hại nghiêm trọng.

Hai mặt hoặc các bề mặt của cánh thường được sản xuất như các tấm sợi thủy tinh hoặc vật liệu tổng hợp khác nhau tách rời được gắn với nhau dọc theo mép sau của cánh và cách đều và với một kết cấu chịu tải cũng được làm từ sợi tổng hợp. Bên trong cánh, có các khoang lớn chứa đầy không khí được hình thành từ bề mặt và kết cấu bên trong và kéo dài toàn bộ chiều dài của cánh. Một cách khác, bề mặt cánh cũng cung cấp độ bền cơ khí của cánh trong đó tránh xà dọc cánh chịu tải. Cuối cùng, các cánh có thể được đúc dạng một tấm liền và do đó các cánh như vậy không có bề mặt tiếp xúc được gắn vào như đã nói ở trên.

Có nhiều loại cánh phụ thuộc vào cơ cấu điều khiển và hãm, và việc sử dụng cách điện và các vật liệu tổng hợp dẫn. Năm loại chính được thể hiện trong Hình C.1.

Các cánh loại A sử dụng một cánh treo (cánh liệng) ở phía ngoài của cánh trước đối với hệ thống phanh. Trên các cánh loại A, điểm sét đánh thường được thấy là trên bản lề cánh treo, và thiệt hại nghiêm trọng thường thấy do mặt cắt ngang của các dây thép được sử dụng cho hoạt động cánh treo thường là không đủ để dẫn dòng điện sét.

Hình C.1 - Các loại cánh tuabin gió

Cánh loại B sử dụng một phanh đầu được giữ bằng một lò xo và ngắt ở tốc độ quay vượt quá lực ly tâm. Với cánh loại B, điểm sét đánh chủ yếu nhìn thấy trong vài chục xentimét tính từ đầu ngoài cùng, hoặc ở các cạnh của đầu cánh tại vị trí đầu ngoài cùng của trục đầu cánh. Từ điểm sét đánh, một hồ quang sét được hình thành bên trong phần đầu cánh đến đầu ngoài cùng của trục đầu cánh, và từ đầu kia của trục, một hồ quang được hình thành bên trong cánh chính xuống đến mặt bích gá lắp bằng thép ở phần trên của cánh. Các hồ quang bên trong như vậy luôn gây phá hủy nghiêm trọng cho cánh. Các cánh loại A và B thường được sử dụng với các tuabin gió đời cũ lớn hơn 100 kW.

Loại C là một cánh có một phanh đầu được kiểm soát bởi một dây thép. Với các cánh loại C, điểm sét đánh chủ yếu được tìm thấy trong vòng vài chục cm từ đầu ngoài cùng của cánh, hoặc ở các cạnh của đầu cánh tại vị trí đầu ngoài cùng của trục đầu cánh. Các cánh loại C như với loại B, một hồ quang sét hình thành bên trong phần đầu cánh giữa điểm sét đánh và đầu ngoài cùng của trục gây thiệt hại nghiêm trọng. Trên các cánh loại C, thiệt hại cho phần chính của cánh thường được nhìn thấy khi dây thép không thể mang dòng điện sét. Dây thép được sử dụng cho mục đích này có đường kính tối thiểu 10 mm hoặc 12 mm đối với các cánh dài 17 m. Các dây như vậy có khả năng dẫn hầu hết các dòng điện sét, và do đó bảo vệ cho cánh chính khỏi thiệt hại (xem Điều C.6 để thảo luận thêm về kích cỡ của hệ thống bảo vệ).

Loại D là một cánh được cấu tạo hoàn toàn từ các vật liệu không dẫn điện. Trải nghiệm với các cánh không dẫn điện thấy rằng như với các loại cánh khác, điểm sét đánh chủ yếu thấy ở gần đầu cánh. So với các loại cánh khác, điểm sét đánh cũng có thể được thấy phân bố ngẫu nhiên tại các vị trí khác dọc theo chiều dài của cánh.

Loại E là một cánh mà ở đó một số thành phần kết cấu được thay thế bằng vật liệu tổng hợp sợi carbon (CFC), vì nó có tính chất cơ học mong muốn. Tùy thuộc vào thiết kế riêng, CFC có thể được sử dụng như thành phần gia cố cho vỏ cánh, cũng như chịu tải các thành phần kết cấu, như xà dọc cánh trung tâm và phân lớp chính. Do tính chất điện, cánh có thể được tích hợp vào các hệ thống bảo vệ chống sét hình thành các bộ phận của dây dẫn sét. Vấn đề bảo vệ chống sét cho các cánh của tuabin gió có CFC được khảo sát tại Điều C.3.

Sét đánh vào các cánh không dẫn điện hoặc tới các bộ phận cách ly của cánh có chứa các bộ phận dẫn điện có thể được giải thích ít nhất một phần do thực tế về sự ô nhiễm và nước làm cho các cánh như vậy dẫn điện hơn theo thời gian. Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm cao áp đã chỉ ra rằng hồ quang xuất hiện kèm theo với một cánh không dẫn điện bị phun nước muối gần như giống khi cánh là kim loại [9]. Một phần khác của giải thích là các cánh hoàn toàn theo đường sét đánh vào tuabin gió. Ngoài ra, đã biết rằng sự phát triển phóng điện dọc theo một bề mặt dễ dàng hơn trong không khí, và đặc biệt nếu bề mặt bị ô nhiễm do ô nhiễm nước muối và nước. Trong mọi trường hợp, kinh nghiệm thực tế cho thấy thiệt hại sét đánh nghiêm trọng cho cả hai loại cánh không dẫn điện (loại D) và cánh có CFC (loại E) là khá phổ biến và do đó cần bảo vệ chống sét.

CHÚ THÍCH: Tham khảo các tài liệu được đánh số [X] trong Phụ lục này đã được liệt kê ở Thư mục tài liệu tham khảo.

C.1.2  Cơ chế thiệt hại cánh

Các kiểu thiệt hại điển hình tại điểm sét đánh là nung nóng và phân lớp bề mặt vật liệu tổng hợp, và đốt nóng hay nóng chảy các thành phần kim loại bao bọc tại điểm sét đánh.

Tuy nhiên, hầu hết thiệt hại nghiêm trọng cho các cánh tuabin gió xuất hiện khi sét hình thành hồ quang năng lượng cao bên trong cánh do đánh vào một bộ phận không được bảo vệ của bề mặt cánh. Các hồ quang có thể hình thành trong không khí bên trong cánh và dọc theo các bề mặt bên trong. Kiểu thiệt hại khác được nhìn thấy khi dòng điện sét hoặc bộ phận của nó dẫn trong hoặc giữa các phân lớp của vật liệu tổng hợp hoặc trong các rãnh ghép kết nối với các hệ thống dẫn xuống, có lẽ bởi vì các lớp và các rãnh như thế giữ ẩm. Sóng xung sốc áp lực gây ra bởi các hồ quang điện bên trong như vậy có thể gây nổ cánh thực sự, làm tách riêng vỏ bề mặt cánh dọc theo các cạnh và từ cánh treo chịu tải bên trong. Tất cả cấp thiệt hại được nhìn thấy có phạm vi từ bề mặt nứt gẫy tới lúc hoàn toàn phá hủy cánh. Trong một số trường hợp, sóng áp lực đã được truyền từ cánh bị sét đánh qua hub và đưa vào các cánh khác gây thiệt hại áp lực cho chúng.

Hồ quang bên trong thường hình thành giữa các điểm sét đánh tại đầu của cánh và một số thành phần dẫn điện bên trong cánh. Với loại C, thiệt hại thường được giới hạn ở phần đầu cánh, trong khi cánh chính không hề hấn gì. Thiệt hại cho loại C các cánh chính thường thấy khi một hồ quang đã hình thành bên trong cánh chính. Thông thường, điều này đã xảy ra trong trường hợp dây thép kiểm soát phanh đầu có tiết diện không đủ để dẫn dòng điện sét từ trục đầu ống tới hub. Với các cánh loại A, cánh chính bị phá hủy.

Do đó, hiện tượng gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho kết cấu tới các cánh của tuabin gió là sự hình thành một sóng xung sốc áp lực xung quanh một hồ quang điện của sét bên trong cánh. Thiệt hại thứ cấp có thể xuất hiện khi một hồ quang sét được hình thành trên bề mặt bên ngoài hoặc khi dòng điện sét được dẫn bởi các thành phần kim loại có tiết diện không đủ.

Hồ quang bên trong năng lượng cao gây ra thiệt hại kết cấu sẽ không bị nhầm lẫn với phóng điện một phần năng lượng thấp được nhận xét trong C.2.4.

C.2  Các phương pháp bảo vệ

C.2.1  Qui định chung

Các vấn đề chung bảo vệ chống sét các cánh tuabin gió là dẫn dòng điện sét an toàn từ điểm sét đánh về hub, theo cách như vậy tránh được sự hình thành một hồ quang sét bên trong cánh. Điều này có thể đạt được bằng cách chuyển hướng dòng điện sét từ điểm sét đánh dọc theo cổ cánh, sử dụng dây dẫn kim loại hoặc cố định vào bề mặt cánh hoặc bên trong cánh. Phương pháp khác là bổ sung vật liệu dẫn điện cho chính vật liệu bề mặt cánh, như thế làm cho cánh dẫn điện đủ lớn để mang dòng điện sét an toàn về cổ cánh. Các biến thể của cả hai phương pháp này được sử dụng cho các cánh tuabin gió (xem Hình C.2).

Hình C.2 - Các khái niệm bảo vệ chống sét cho các cánh tuabin gió hiện đại kích thước lớn

C.2.2  Hệ thống đầu thu sét trên bề mặt cánh hoặc gắn trên bề mặt

Dây dẫn kim loại trên bề mặt cánh đáp ứng như hệ thống đầu thu sét hoặc một hệ thống dây dẫn sét phải có mặt cắt ngang đủ để có thể chịu được sét đánh trực tiếp và dẫn toàn bộ dòng điện sét. Ngoài ra, kích thước nhất định là cần thiết để đạt được cố định đáng tin cậy cho bề mặt cánh. Mặt cắt ngang tối thiểu đối với nhôm là 50 mm² và đạt được cố định đáng tin cậy cho các dây dẫn mà có thể có vấn đề. Hơn nữa, các dây dẫn gắn trên bề mặt cánh có thể làm ảnh hưởng tới khí động học của cánh hoặc tạo ra tiếng ồn không mong muốn [10] [11].

Đối với dây dẫn sét gắn vào cánh, sử dụng các sợi hoặc sợi thủy tinh bện của nhôm hay đồng. Trong tài liệu, nhiều hệ thống bảo vệ được mô tả một dây dẫn kim loại nối vào cổ cánh được đặt ở trên bề mặt cánh dọc theo mép sau của cánh hoặc gắn vào trong mép sau. Một số thiết kế cánh có dây dẫn kim loại được đặt dọc theo cả hai mép sau và dẫn hướng (loại C). Ngoài ra, một số có dây bảo vệ chống sét kim loại đặt trên bề mặt xung quanh cánh tại một số vị trí dọc theo cánh, mỗi cánh được nối với dây dẫn đặt dọc theo các cạnh cánh [11] [12] [13] [14] [15].

C.2.3  Đai bảo vệ chống sét được phân đoạn và băng dính bằng kim loại

Băng dính kim loại đặt trên bề mặt cánh đã được sử dụng trong một số khảo sát. Tuy nhiên, sau vài tháng các băng dính như vậy có xu hướng bong [12] [16]. Với điều kiện là có thể giải quyết vấn đề giữ băng dính trên lưỡi dao, thì băng dính kim loại có thể là một phương pháp bảo vệ lý thú, đặc biệt như một trang bị thêm cho cánh không được bảo vệ hiện có. Tuy nhiên, lưu ý rằng sóng áp lực lớn có liên quan đến dẫn hướng sét gần với bề mặt cánh [10]. Điều này có thể dẫn đến tổn thương kết cấu.

Một số thí nghiệm hứa hẹn với đai bảo vệ chống sét được phân đoạn đã được thực hiện trong quá khứ [17] [18]. Các đai phân đoạn như vậy được sử dụng trên các mái che rada của máy bay bởi vì chúng không làm nhiễu tín hiệu rada. Việc sử dụng các đai bảo vệ chống sét phân đoạn kéo dài như một bộ phận bảo vệ chống sét cho một cánh tuabin gió chứa CFC đã được mô tả trong tài liệu [26].

Cũng có thể sử dụng băng dính kim loại như một yêu cầu bảo vệ đơn xung thay thế sau một cú sét đánh.

C.2.4  Hệ thống dây dẫn sét bên trong

Một giải pháp cho vấn đề dây dẫn đặt trên bề mặt cánh phải có các dây dẫn sét đặt bên trong cánh. Các bộ gá kim loại để dây dẫn xuyên qua bề mặt cánh và đáp ứng như các đầu thu sét rời rạc. Hệ thống bảo vệ như vậy được sử dụng trên máy bay [10].

Hệ thống bảo vệ chống sét được sử dụng trên nhiều cánh hiện nay trong sản xuất có các đầu thu sét rời rạc đặt ở đầu cánh (loại A và B trong Hình C.2). Từ các đầu thu ở đầu, một hệ thống dây dẫn sét bên trong dẫn dòng điện sét vào đấu chặn cánh. Với cánh có phanh đầu, dây thép kiểm soát đầu cánh được sử dụng như một dây dẫn sét (loại A). Nếu cánh không có phanh đầu thì một dây đồng được đặt dọc theo xà dọc bên trong được sử dụng như một dây dẫn sét (loại B).

Hàng ngàn cánh có hệ thống bảo vệ chống sét loại này (loại A và B trong Hình C.2) đã được sản xuất. Các kinh nghiệm với các hệ thống bảo vệ chống sét này cho cánh dài chừng 20 m là rất khả quan [19]. Nguyên tắc có một hoặc nhiều đầu thu sét bên ngoài nối với dây dẫn sét bên trong đã được sử dụng rộng rãi đến ngày công bố bởi nhiều nhà chế tạo cánh dài đến 60 m. Với cánh dài như vậy, kinh nghiệm cho thấy rằng có một rủi ro sét đánh trực tiếp qua tấm dán tới dây dẫn sét bên trong gây thiệt hại nghiêm trọng cho cánh. Những vấn đề này xuất hiện có liên quan đến phát triển phóng một phần không được kiểm soát từ các bộ phận dẫn điện bên trong (các dây dẫn sét, các thành phần kết nối, v.v....)

Khi phóng một phần năng lượng thấp như vậy được cho phép bắt đầu từ các bộ phận kim loại bên trong của cánh, chúng sẽ lan truyền liên tục nhanh chóng như dòng bắt đầu từ đầu thu. Một trong những lần phóng điện bên trong này đánh vào bề mặt bên trong của cánh, liên quan đến phía ngoài cánh, chúng sẽ tăng cường ứng suất điện đi qua lớp dán. Ứng suất gia tăng có thể không phải là một vấn đề đối với số lần thay đổi trường nhanh được giới hạn (sét đánh vào các đầu thu hoặc gần kết cấu), nhưng khi cánh được tiếp xúc với nhiều lần tác động trong toàn bộ thời gian phục vụ của nó, thì ứng suất có thể phát triển cuối cùng thành một lần phóng điện hoàn chỉnh. Tác động vật lý lên cánh từ như một luồng phóng điện áp cao như vậy là khá hạn chế, nhưng những thiệt hại liên quan đến việc dẫn dòng điện sét sẽ là thảm họa như được nhận xét trong C.1.2.

Sự phóng điện như thế có thể bị cản trở hoặc bị trễ nhờ việc bọc kín đầu dẫn sét bên trong và các bộ phận dẫn điện khác trong cánh với vật liệu cách điện, do đó giảm được vấn đề này [27] [28].

C.2.5  Vật liệu bề mặt dẫn điện

Thay thế cho một hệ thống đầu thu sét đặt trên bề mặt cánh là làm cho bề mặt của nó tự dẫn điện. Trong ngành công nghiệp máy bay, để đạt được bảo vệ chống sét của vật liệu tổng hợp sợi thủy tinh và carbon cho các cánh và các bề mặt chịu tác động của sét bằng cách thêm vật liệu dẫn điện cho các lớp bên ngoài, do đó làm giảm thiệt hại cho một khu vực nhỏ tại điểm sét đánh. Vật liệu dẫn điện có thể được đan dây kim loại vào các lớp bên ngoài của vật liệu tổng hợp, hoặc lưới đan bằng kim loại được đặt ngay bên dưới bề mặt [10] [15] [21] và [20]. Bảo vệ chống sét cho cánh tuabin gió đã được thực hiện với lưới kim loại được đặt dọc theo các cạnh của cánh ngay dưới lớp keo (loại D trên Hình C.2). Đôi khi các đỉnh đầu mút của cánh hoặc được làm bằng kim loại hoặc phủ bằng một tấm kim loại [12] [13] [14] [15] [22] và [23].

Lợi thế của việc sử dụng lưới kim loại hoặc các bề mặt dẫn điện mỏng khác cho các dây dẫn sét là các phần tử dẫn điện nội bộ (CFC) có thể được bảo vệ chống điện trường, do đó bảo vệ chống sét đánh trực tiếp. Sụt điện áp cảm ứng dọc theo chiều dài của dây dẫn kết hợp với biến thiên dòng điện cao sẽ giảm đôi chút, một hiệu ứng quan trọng xem là rủi ro của các sét phụ. Tuy nhiên, cũng phải xét đến cả rủi ro nhận sét đánh trực tiếp vào các cạnh hình học mỏng như vậy, và khả năng phân phối dòng không đồng đều do các hiệu ứng bề mặt.

C.3  Thành phần kết cấu CFC

Sợi Cacbon tổng hợp (CFC) đã được sử dụng cho các đầu trục đối với các cánh nhỏ và hiện nay thường sử dụng là vật liệu gia cố cho các cánh lớn. Vật liệu được sử dụng hoặc cho xà dọc chịu lực trung tâm hoặc trực tiếp trên vỏ cánh do các thuộc tính cơ học ưu việt của nó. Sử dụng vật liệu CFC cho các thành phần kết cấu được mong đợi để tăng thêm nữa theo kích thước tăng lên của các cánh.

Vấn đề chính đối với vật liệu CFC là cách nó phản ứng với các tác động từ dòng điện sét có thể đi vào và dẫn trong vật liệu. Hai tính chất điện ở đây của vật liệu CFC làm cho nó khác đáng kể với các vật liệu dẫn đẳng hướng như kim loại, dẫn điện DC và mức độ không đẳng hướng.

Độ dẫn điện một chiều của vật liệu CFC thường được gán một giá trị thấp hơn 1 000 lần so với kim loại, tức là 3,5.10⁴ S/m. Đây là một giá trị gần đúng được tìm thấy cho các tấm đan CFC hai trục sử dụng cho vỏ máy bay cỡ nhỏ, được đo song song với bề mặt của mẫu thử [25] [21].

Tùy thuộc vào cấu tạo và kỹ thuật đan kết thực tế, độ dẫn điện của vật liệu CFC biểu diễn mức độ bất đẳng hướng rất cao. Đối với các mẫu thử nghiệm CFC sử dụng để thử nghiệm sét trong ngành công nghiệp điện tử hàng không, độ dẫn điện đo được và thay đổi trong vòng bốn bậc độ lớn đối với các hướng dòng điện khác nhau [29].

Do đó, nhiệt điện trở của vật liệu CFC khi tiếp xúc với mật độ dòng cao có thể quan trọng. Đặc biệt tại các điểm sét đánh nơi dòng điện cao đi vào khu vực khá hạn chế, nhiệt độ do tổn thất nhiệt lượng Jun có thể vượt quá nhiệt độ bay hơi của chất kết dính (khoảng 200 °C). Khi chất kết dính bay hơi, áp suất từ các khí bay ra có thể gây ra vỡ và tách lớp của các lớp vật liệu CFC. Vật liệu CFC thậm chí có thể bị đốt, đặc biệt tại các điểm sét đánh [21].

Khi vật liệu CFC được sử dụng trong máy bay, xem như bắt buộc phải trang bị bảo vệ chống sét cho các thành phần CFC mà có thể bị sét đánh hoặc có thể dẫn dòng điện sét [10].

Có những ví dụ về các đầu trục CFC cho các cánh tuabin gió đã bị hỏng do sét đánh. Một số thí nghiệm trong phòng thí nghiệm cũng đã chứng minh vấn đề với các trục CFC dẫn dòng điện sét [24]. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho các cánh có vỏ CFC đã cho thấy sự tách lớp bề mặt và đốt tại điểm sét đánh [9] [26]. Do đó, cần phải bảo vệ cho các bề mặt CFC bảo vệ chống sét đánh trực tiếp, hoặc bằng cách phủ kín bằng một lớp vật liệu cách điện đủ dày hoặc bảo vệ bằng các thiết bị bảo vệ chống sét chụp bên ngoài.

Do vật liệu CFC dẫn điện hầu hết bằng đường dẫn song song với dòng điện sét, liên quan đến dây dẫn sét, thực hiện liên kết hợp lý giữa vật liệu CFC và các thành phần dẫn điện khác. Đối với mỗi thiết kế cánh. Cụ thể, cần xác định liệu khoảng cách giữa các liên kết đẳng thế đủ nhỏ để tránh sự phát triển điện áp tới hạn giữa vật liệu CFC và các dây dẫn sét. Điện áp tới hạn trong ngữ cảnh này là điện áp có thể gây thủng tiềm ẩn lớp cách điện giữa vật liệu CFC và các dây dẫn sét, ảnh hưởng đến độ bền cơ học của kết cấu.

Mỗi dòng điện sét được phân bố trên tiết diện dây nối của vật liệu CFC, các kết cấu như thế có thể dẫn được dòng điện sét mà không bị thiệt hại.

C.4  Các vấn đề riêng với các thành phần dẫn điện

Các thành phần dẫn điện trong điều này gồm tất cả các bộ phận dẫn điện khác trong cánh bên cạnh các đầu thu và hệ thống dẫn xuống đã được mô tả ở Điều C.2, và vật liệu CFC hợp lý được mô tả ở Điều C.3.

Hình C.3 - Điện áp cảm ứng sét giữa dây dẫn sét hoặc kết cấu và dây cảm biến

Dây dẫn cho cảm biến đặt trên hoặc bên cánh có thể chịu tác động của từ trường mạnh mà có thể tạo ra các điện áp thiệt hại giữa các dây dẫn sét và dây dẫn khác trong cánh, như minh họa trong Hình C.3. Dây dẫn như vậy phải tránh nếu có thể. Nếu không, cả cảm biến và dây dẫn phải được bảo vệ bằng cách liên kết đẳng thế phù hợp với hệ thống dây dẫn sét và bảo vệ hoặc bao phủ bằng các đầu thu sét bên ngoài. Khi có bộ nhận sét bên ngoài chịu tác động tốt nằm trực tiếp bên ngoài các thành phần dẫn điện bên trong, cần phải bảo vệ các kết cấu bên trong tránh sét đánh trực tiếp. Hơn nữa, rủi ro bị phóng điện một phần từ dây dẫn bên trong được giảm thiểu bằng cách bao phủ các dây dẫn điện cẩn thận bằng các vật liệu cách điện. Chú thích rằng dòng điện và điện áp cao có thể được cảm ứng trong vòng dây dẫn điện được cách ly trong vùng lân cận hệ thống dây dẫn sét. Các đột biến điện như vậy có thể dẫn đến đánh lửa bên trong. Các thiết kế có thể tích hợp dây dẫn điện kết hợp với các cảm biến, đèn chiếu và các hệ thống khác có hệ thống bảo vệ chống sét, bao gồm dây dẫn sét, có thể đạt thành công nhất để tránh thiệt hại cho các hệ thống này. Việc phối hợp cẩn thận các thiết kế của tất cả các hệ thống bên trong một cánh là thiết yếu để bảo vệ chống sét thành công cho cánh và chức năng của các hệ thống bên trong cánh.

Các thành phần kết cấu kim loại bên trong cánh, là đối trọng, giảm chấn, bệ đỡ, v.v... phải được khảo sát tương tự. Tất cả các bộ phận dẫn điện trong cánh phải được thiết kế để giảm thiểu tăng cường điện trường và được kết nối bằng liên kết đẳng thế để giảm rủi ro phóng điện bên trong. Như với các dây dẫn, điều quan trọng là các đầu thu sét bảo vệ các thành phần dẫn điện bên trong khỏi điện trường, do đó bảo vệ các khu vực này tránh sét đánh trực tiếp.

Nếu các thành phần dẫn điện khác được đặt trong cánh, tức là đèn chiếu chuyển hướng đầu cánh, cảm biến sét, thiết bị giám sát điều kiện, v.v..., phải luôn được bảo vệ bằng các đầu thu sét bên ngoài do đó giảm thiểu rủi ro sét đánh trực tiếp đến kết cấu. Như mô tả ở trước, rủi ro do phóng điện bên trong có thể dẫn đến thủng vỏ cánh có thể được giảm thiểu bằng cách phủ kín tất cả các bộ phận dẫn điện bên trong cẩn thận bằng vật liệu cách điện.

C.5  Hiệu quả ngăn chặn

Hiệu quả ngăn chặn là một vấn đề với các phương pháp bảo vệ chống sét sử dụng hệ thống đầu thu sét rời rạc đặt trên bề mặt cánh. Bất kỳ đầu thu sét và phần mở rộng của đầu thu sét (các dây dẫn điện rắn và các dây bảo vệ chống sét phân đoạn trên bề mặt) phải được đặt theo cách mà khả năng thủng mặt không dẫn điện do sét được giảm xuống một mức độ có thể chấp nhận được.

Vị trí các đầu thu sét sẽ đặt sao cho điện áp phóng điện bề mặt dọc theo mặt cánh không dẫn điện nhỏ hơn điện áp phóng điện đánh thủng của vỏ cánh. Trong thực tế, cả hai điện áp phóng điện đánh thủng của vỏ cánh và điện áp phóng điện bề mặt sẽ rất khó để thiết lập, vì phải dự kiến các biến động do vật liệu tổng hợp khác nhau cũng như ảnh hưởng của lão hóa, vết nứt, độ ẩm và ô nhiễm. Hơn nữa, hiệu quả ngăn chặn của dây bảo vệ chống sét phân đoạn và các đầu thu rời rạc sẽ bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các vật liệu dẫn điện bên trong cánh [10].

Đối với các cánh dài đến 20 m, các đầu thu tại đầu cánh đã được chứng minh được đầy đủ. Công bố gần đây về phân bố điểm sét đánh vào các cánh sợi kim loại dài 39 m cho thấy phần lớn các chùm sét đánh vào vùng đầu cánh (88 %) trong khi các cú sét còn lại là tới các đầu thu sâu vào 5 m so với đầu [30].

Các thử nghiệm cú sét cao áp vào các mẫu thử đại diện cho thiết kế là hữu ích để bộc lộ bảo vệ không đủ của các đầu thu. Tuy nhiên, cần nghiên cứu sâu hơn, đặc biệt là những ảnh hưởng của cánh ướt, ô nhiễm và lão hóa.

Phương pháp số được sử dụng để xác định các khu vực trên cánh và vỏ tuabin có khả năng bị sét đánh và ước tính số lần sét đánh trực tiếp hàng năm tới kết cấu nhất định hiện đang được phát triển [32] [33]. Một khi hiểu đầy đủ về điện thế và việc sử dụng các mô hình này, chúng có thể được sử dụng để ước tính những bề mặt dễ bị sét tấn công nếu các bề mặt này dẫn điện hoặc có đầu thu. Tuy nhiên, phương pháp mô phỏng số không có khả năng có thể dự báo chắc chắn xem liệu một kết cấu cánh không dẫn điện có bị thùng, hoặc thiết lập số lượng và vị trí bộ nhận cần thiết để ngăn chặn thủng. Điều này là do sự phức tạp của các kết cấu cánh, và động lực học của sự tạo thành và phát triển nhiều phần tử tạo dòng. Do đó, phương pháp số có thể trở thành công cụ thiết kế hữu ích, nhưng các thử nghiệm đánh cao áp, được mô tả trong Điều D.2 về các thiết kế dự phòng phải được sử dụng để cung cấp bảo đảm bổ sung cho hiệu quả bảo vệ.

C.6  Kích thước các hệ thống bảo vệ chống sét

Các vật liệu được sử dụng để bảo vệ chống sét cho cánh tuabin gió phải có thể chịu được các hiệu ứng kết hợp của điện, nhiệt và các ứng suất điện động đặt lên bởi dòng điện sét. Các kích thước danh định cho các vật liệu được sử dụng cho đầu thu sét và các dây dẫn sét được liệt kê trong Bảng C.1 (xem thêm IEC 62305-3).

Bảng C.1 - Vật liệu, cấu hình và tiết diện danh định tối thiểu của các đầu thu sét, các cột thu sét và các dây dẫn sét (tương ứng Bảng 6 trong IEC 62305-3)

Vật liệu	Cấu hình	Tiết diện danh định mm2	Ghi chú i,j
Đồng	Dẹt đặc	50 h	Chiều dày 2 mm
	Tròn đặc g	50 h	Đường kính 8 mm
	Xoắn nhiều sợi	50 h	Mỗi cáp có đường kính 1,7 mm
	Tròn đặc c,d	200	Đường kính 15 mm
Thiếc mạ đồng a	Dẹt dặc	50 h	Chiều dày 2 mm
	Tròn đặc g	50 h	Đường kính 8 mm
	Được xoắn lại	50 h	Mỗi cáp có đường kính 1,7 mm
Nhôm	Dẹt đặc	70	Chiều dày 3 mm
	Tròn đặc	50 h	Đường kính 8 mm
	Xoắn nhiều sợi	50 h	Mỗi cáp có đường kính tối thiểu 1,7 mm
Hợp kim nhôm	Dẹt đặc	50 h	Chiều dày 2,5 mm
	Tròn đặc	50	Đường kính 8 mm
	Xoắn nhiều sợi	50 h	Mỗi cáp có đường kính 1,7 mm
	Tròn đặc c	200	Đường kính 15 mm
	Tròn đặc mạ đồng	50	Đường kính tối thiểu 250 μm, mạ đồng 99,9 % đồng
Thép mạ kẽm nóngb	Dẹt đặc	50 h	Chiều dày 2,5 mm
	Tròn đặc	50	Đường kính 8 mm
	Xoắn nhiều sợi	50 h	Mỗi cáp có đường kính 1,7 mm
	Tròn đặc c, d	200	Đường kính 15 mm
Thép không gỉ e	Dẹt đặc f	50 h	Chiều dày 2 mm
	Tròn đặc f	50	Đường kính 8 mm
	Xoắn nhiều sợi	70 h	Mỗi cáp có đường kính 1,7 mm
	Tròn đặc c, d	200	Đường kính 15 mm
Thép	Tròn đặc mạ đồng	50	Đường kính tối thiểu 250 µm, mạ đồng 99,9 % đồng
a Nhúng nóng hoặc mạ điện độ dày tối thiểu lớp mạ 1 mm. b Lớp mạ trơn, liên tục và không bị cháy đổi màu với trọng lượng lớp mạ tối thiểu là 350 g/m2 đối với các dây dẫn tròn đặc và 500 g/m2 đối với các dây dẫn dẹt đặc. c Chỉ dùng cho các đầu thu sét. Đối với các áp dụng nơi có các ứng suất cơ học như tải trọng gió không giới hạn, sử dụng cọc đầu thu sét dài tối đa 10 m, đường kính 10 mm và có đầu gia cố bổ sung. d Chỉ dùng cho các cọc cắm vào đất. e Crôm ≥ 16 %, nicken ≥ 8 %, cacbon ≤ 0,07 %. f Đối với thép không gỉ được gắn vào trong bê tông, và/hoặc tiếp xúc trực tiếp với vật liệu dễ cháy, kích thước tối thiểu phải tăng tới 78 mm2 (đường kính 10 mm) đối với loại tròn đặc và 75 mm2 (3 mm chiều dày tối thiểu) đối với loại dẹt đặc. g 50 mm2 (đường kính 8 mm) có thể giảm xuống 28 mm2 (đường kính 6 mm) trong các ứng dụng đã biết ở đó độ bền cơ học không phải là yêu cầu thiết yếu. Trong trường hợp này, cần xem xét để giảm khoảng cách giữa các chốt. h Khi nhiệt và cơ là quan trọng, các kích thước này có thể được tăng tới 60 mm2 đối với loại dẹt đặc và tới 78 mm2 đối với loại tròn đặc. i Mặt cắt ngang tối thiểu để tránh nóng chảy là 16 mm2 (đồng), 25 mm2 (nhôm), 50 mm2 (thép) và 50 mm2 (thép không gỉ) đối với năng lượng riêng 10 000 kJ/Ω. Để biết thêm thông tin, xem Phụ lục E của IEC 62305-3. j Dung sai cho phép với tiết diện là 3 %.

Tiết diện đưa ra ở trên có ý nghĩa như một chỉ dẫn bắt đầu cho các dây dẫn đơn giản. Đối với hình học như vậy, sự gia tăng nhiệt độ kết hợp với dòng điện sét có thể được đánh giá phân tích hoặc số hóa. Xem xét các thành phần cho các ứng dụng đặc biệt, như các dây dẫn sét linh hoạt, và hình học phức tạp hơn như các đầu thu, các thành phần kết nối, lá mở rộng, v.v..., kích thước khác nhau có thể được xem xét; đối với các thành phần như vậy, thẩm tra thiết kế phải dựa trên các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Khi các thành phần bảo vệ chống sét riêng được đặt cùng với định dạng lắp đặt toàn bộ cánh, đề xuất thử nghiệm giải pháp cuối cùng.

Các thành phần chịu tải như dây thép cho phanh đầu có thể phải được thậm chí đặc hơn khi độ bền cơ học bị giảm nếu bị đốt nóng đến nhiệt độ cao. Có một vài kinh nghiệm với dây thép để kiểm soát phanh đầu đã bị đứt hoặc tan chảy do dòng điện sét ngay cả đối với dây có đường kính lên đến 10 mm (tiết diện 78 mm²).

Sự gia tăng nhiệt độ của dây dẫn mang dòng điện sét có thể được đánh giá như thể hiện trong công thức C.1 (xem thêm IEC 62305-1). Các nhà xây dựng phải xem xét sự gia tăng nhiệt độ của tất cả các thành phần phải chịu cho tất cả hoặc một phần dòng điện sét và đảm bảo các thành phần như vậy có đủ độ bền để thực hiện chức năng của nó ngay lập tức sau cú sét đánh.

(C.1)

trong đó:

θ - θ₀ [K] phát sinh nhiệt độ của dây dẫn;

α [1/K] hệ số nhiệt của điện trở;

W/R [J/Ω] năng lượng riêng của xung dòng điện;

p₀ [Ωm] điện trở riêng một chiều của dây dẫn ở nhiệt độ môi trường;

q [m²] tiết diện của dây dẫn;

γ [kg/m³] mật độ vật chất;

C_w [J/kgK] nhiệt dung.

Bảng C.2 biểu diễn các đầu vào của công thức này đối với các vật liệu dùng chung, và Bảng C.3 biểu diễn sự gia tăng nhiệt độ đối với các dây dẫn khác nhau. Phải chú ý rằng trong trường hợp các dây đã có tải trước đó, gia tăng nhiệt không phải là đạt tới điểm nóng chảy gây hỏng.

Bảng C.2 - Các đặc trưng vật lý của các vật liệu điển hình được sử dụng trong hệ thống LPS (Bảng D.2 trong IEC 62350-1)

Đại lượng	Vật liệu
	Nhôm	Thép non	Đồng	Thép không gỉ a
p0 (Ωm)	29 x 10-9	120 x 10-9	17,8 x 10-9	700 x 10-9
α (1/K)	4,0 x 10-3	6,5 x 10-3	3,92 x 10-3	0,8 x 10-3
γ (kg/m3)	2700	7700	8920	8000
θs (°C)	658	1530	1080	1500
Cs (J/kg)	397 x 103	272 x 103	209 x 103	-
Cw (J/kgK)	908	469	385	500
θs [°C] nhiệt độ nóng chảy; Cs [J/kg] nhiệt ẩn nóng chảy.
a Khoáng chất Auxtenit không từ tính.

Bảng C.3 - Gia tăng nhiệt [K] cho các dây dẫn khác nhau là hàm của W/R (Bảng D.3 trong IEC 62305-1)

Tiết diện mm2	Vật liệu
	Nhôm			Thép non			Đồng			Thép không gỉ a
	W/R MJ/Ω			W/R MJ/Ω			W/R MJ/Ω			W/R MJ/Ω
	2,5	5,6	10	2,5	5,6	10	2,5	5,6	10	2,5	5,6	10
4	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
10	564	-	-	-	-	-	169	542	-	-	-	-
16	146	454	-	1120	-	-	56	143	309	-	-	-
25	52	132	283	211	913		22	51	98	940	-
50	12	28	52	37	96	211	5	12	22	190	460	940
100	3	7	12	9	20	37	1	3	5	45	100	190
a Khoáng chất Auxtenit không từ tính.

Xem xét tác động tới đầu thu sét, IEC 62305-1 đề xuất việc sử dụng mô hình sụt áp anode hoặc cathode. Mô hình giả thiết rằng tất cả các năng lượng được phun từ trong cung hồ quang được sử dụng để làm bốc hơi vật liệu thể tích lớn, do đó bỏ qua sự khuếch tán nhiệt trong kim loại. Thể tích nóng chảy sử dụng phương pháp tiếp cận bảo toàn này có thể được tìm thấy bằng cách sử dụng công thức C.2.

(C.2)

trong đó:

V [m³] thể tích kim loại nóng chảy;

u_a,c [V] sụt áp trên a nốt hoặc ca tốt (được giả thiết là hằng số);

Q [C] điện tích dòng điện sét;

γ [kg/m³] mật độ vật chất;

C_w [J/kgK] nhiệt dung;

θ_s [°C] nhiệt độ nóng chảy;

θ_u [°C] nhiệt độ môi trường;

c_s [J/kg] nhiệt ẩn nóng chảy.

Sử dụng sụt áp trên a nốt hoặc ca tốt điển hình u_a,c cỡ khoảng vài chục vôn, mô hình dẫn đến ước tính vượt mức thể tích nóng chảy.

C.7  Kết nối cánh vào hub

Tại cổ cánh, hệ thống dẫn xuống thường hoặc kết thúc tại mặt bích gờ gắn cánh hoặc tại hub.

Nếu cánh được quy định là loại chòng cành (loại D), dòng điện sét hoặc là cho phép dẫn không được kiểm soát qua vòng bi xoay cánh hoặc một số loại liên kết ngang vòng bi được cung cấp như một tiếp xúc quay trượt hoặc cáp liên kết linh hoạt đủ chùng để cho phép dịch chuyển xoay cánh. Liên kết linh hoạt ngang vòng bi có thể được kết hợp với phần trong cùng của dây dẫn sét từ cánh.

Trong cánh có phanh đầu (loại C), hệ thống thủy lực hoạt động bằng dây kiểm soát, phải được bảo vệ. Xi lanh thủy lực tiêu chuẩn thường được sử dụng có thể bị hư hỏng do phóng điện xuyên qua từ thanh đến vỏ xi lanh. Thông thường, xi lanh thủy lực được bảo vệ bằng cách chuyển hướng sét thông qua một cáp liên kết linh hoạt đủ chùng để cho phép dịch chuyển, hoặc cách khác một khe hở trượt không khí hoặc chổi than được sử dụng để chuyển hướng dòng điện sét từ các xi lanh thủy lực. Cách tiếp cận khác với cấu tạo khe hở trượt không khí đã được mô tả [24].

Phải chú ý quan tâm đến việc giảm khe chùng trong các cáp liên kết như vậy, do sụt điện áp cảm ứng trên khe chùng có thể trở nên rất cao, vì vậy dẫn đến bảo vệ kém hiệu quả cho xilanh [24].

 

Phụ lục D

(tham khảo)

Thông số kỹ thuật thử nghiệm

D.1  Qui định chung

Phụ lục này mô tả các phương pháp thử nghiệm có thể có để phát triển thiết kế cánh mới hoặc thẩm định thiết kế cánh hiện có liên quan đến khả năng xử lý của chúng đối với các tác động phóng sét. Các thử nghiệm được mô tả cho cánh, nhưng cũng có thể được áp dụng cho các đối tượng khác như mâm quay, hub, vỏ tuabin hoặc bộ phận của chúng.

Các hạng mục cần thử nghiệm sẽ là các mẫu thử của cánh, bao gồm cả đầu cánh và đầy đủ các phần của cánh phía trong đầu để đại diện cho thiết kế bảo vệ chống sét hoàn chỉnh và kết cấu cánh mẫu, cũng như sự tương tác của hệ thống đầu thu sét, các dây dẫn sét, các thành phần kết nối dẫn xuống, các thành phần khác của hệ thống bảo vệ chống sét, và kết cấu cánh mẫu. Các đặc điểm kỹ thuật thử nghiệm được chia thành hai phần phụ.

Các thử nghiệm sét đánh cao áp được áp dụng để xác định điểm sét đánh cụ thể và đường dẫn phóng điện đánh thủng đi qua hay qua các vật liệu không dẫn điện như cánh tuabin gió và vỏ động. Do dòng điện dẫn trong các thử nghiệm này là chỉ đại diện cho dòng tiên đạo sét, và không lớn hơn dòng điện của cú sét mạnh hơn, các thử nghiệm sét đánh chỉ được dự kiến để chỉ rõ đường dẫn có thể mang dòng phóng điện sét. Thiệt hại gây ra bởi các thử nghiệm này là không thể so sánh với thiệt hại có thể từ các dòng điện sét.

Các thử nghiệm thiệt hại vật chất dòng cao được sử dụng để đánh giá thiệt hại thực tế do dòng điện sét. Các phương pháp thử nghiệm được trình bày có thể áp dụng cho cả các thiết kế đầu hoàn chỉnh, và các phần nhỏ hơn của dây dẫn sét như các thành phần kết nối, v.v.... Những thử nghiệm này không đưa ra bất cứ thông tin về các điểm sét đánh có khả năng nhất.

Tiêu chí qua/loại bỏ đối với mỗi thử nghiệm phải được nhà chế tạo xác định và công bố.

CHÚ THÍCH: Tham khảo các tài liệu được đánh số [X] trong phụ lục này và trong Thư mục tài liệu tham khảo.

D.2  Các thử nghiệm sét đánh cao áp

Các thử nghiệm này được sử dụng để xác định điểm sét đánh và phóng điện áp đánh thủng dẫn qua hoặc ngang qua các vật liệu không dẫn điện.

D.2.1  Thử nghiệm gắn với tiên đạo sét ban đầu

D.2.1.1  Mục đích thử nghiệm

Thử nghiệm này dành cho cánh tuabin gió, mà có thể áp dụng cho cả các vỏ tuabin được chế tạo từ sợi thủy tinh hay các vật liệu không dẫn điện khác. Thử nghiệm này được sử dụng để đánh giá:

• Vị trí có thể có của các điểm tiên đạo sét đánh xuống và các đường dẫn phóng điện đánh thủng hay đường dẫn thủng trên các cánh và các kết cấu không dẫn điện khác;

• Tối ưu hóa vị trí của các thiết bị bảo vệ (các hệ thống đầu thu sét, các đầu thu sét);

• Các đường dẫn phóng điện đánh thủng hay đường dẫn thủng dọc hoặc qua bề mặt điện môi;

• Tính năng của thiết bị bảo vệ.

D.2.1.2  Mẫu thử

Mẫu thử phải là cánh hoặc phần cánh nguyên mẫu. Phần của cánh cần được thử nghiệm phụ thuộc vào các chi tiết kết cấu của cánh và vào thiết kế bảo vệ chống sét. Một số hướng dẫn để lựa chọn các mẫu thử cánh như hình dưới đây. Các nguyên tắc để tiếp xúc với tất cả các khía cạnh của cánh và thiết kế bảo vệ nó theo các điện trường trước mỗi tiên đạo sét đánh vào.

• Nếu cánh có cùng chiều dày vật liệu tổng hợp trên hầu hết chiều dài cánh, có thể thử nghiệm một phần bên ngoài của cánh.

• Nếu bảo vệ chống sét cho cánh chỉ sử dụng một hoặc hai đầu thu sét rời rạc được đặt ở vùng đầu, thì có thể thử nghiệm một phần cánh bên ngoài, nhưng nếu dây dẫn sét nằm bên trong cánh phần được thử nghiệm phải đủ dài để kiểm tra những vết thủng mà sẽ không xuất hiện phía trong so với đầu xuyên qua vỏ tới hệ thống dây dẫn sét.

• Nếu bảo vệ chống sét cho cánh sử dụng một hệ thống đầu thu sét có nhiều cặp đầu thu sét rời rạc (tức là các đầu thu trên các bề mặt đối diện nhau của cánh) đặt cách riêng x mét và mục đích để xác định khoảng cách tối đa x, do đó mẫu thử phải có ít nhất hai cặp đầu thu sét cộng tối thiểu một nửa khoảng cách tới các đầu thu sét kế tiếp bên trong. Chiều dài mẫu thử đã cho kết quả tương tự như đáp ứng trải nghiệm có phạm vi dài từ 6 m đến 20 m.

• Nếu bảo vệ chống sét cho cánh sử dụng thiết kế các đầu thu sét và dây dẫn sét khác, kích thước của mẫu phải có tất cả các chi tiết sẽ được thử nghiệm. Đối với các dây dẫn được lắp bên ngoài, các đầu của các mẫu thử phải được làm tròn bằng các xuyến dẫn điện để tránh tăng cường cho trường không chủ ý ở các đầu mút này.

• Nếu mục đích thử nghiệm để khảo sát và phát triển một lựa chọn thiết kế chi tiết chỉ liên quan đến một phần nhỏ cánh (tức là đầu cánh hoặc một phần giữa của cánh), thì có thể thử nghiệm các mẫu thử nhỏ, liên quan đến các tùy chọn thiết kế. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng điện trường tồn tại giữa một mẫu thử nhỏ và điện cực đối diện là khác nhau so với khi có mặt cả cánh. Với những khác biệt này, các xuyến cấp phối trường hoặc các điện cực đối diện tròn có thể cần để ngăn chặn phóng điện đánh thủng phi thực tế từ đầu phía trong của các mẫu thử như vậy, tùy thuộc vào hình học thực tế.

• Chiều dài mẫu thử cho kết quả tương tự như đáp ứng trải nghiệm, với mục đích tối ưu hóa thiết kế đầu cánh, chiều dài dao động từ 3 m đến 6 m.

Bất kỳ bề mặt hoàn thiện và được sơn phải có các kết quả thử nghiệm đảm bảo thực tế.

Các thành phần dẫn điện, như đèn báo và cảm biến và các dây dẫn sét (s), thường được đặt trên hoặc bên trong mẫu thử (một cánh, đầu cánh hoặc phần giữa của cánh) phải được đại diện trong mẫu thử.

Các mục này phải được đặt tại các vị trí tương tự trong mẫu thử như chúng sẽ nằm trong lắp đặt cánh hoặc vỏ tuabin. Nếu mẫu thử dẫn điện có thể được định hướng ở một số vị trí, các vị trí mà đại diện cho những trường hợp xấu nhất phải có trong các thử nghiệm. Thông thường đó là các vị trí mà dẫn đến các khoảng cách nhỏ nhất với vỏ không dẫn điện, hoặc cường độ điện trường mạnh nhất theo các hướng thông thường với bề mặt bên ngoài. Có thể sử dụng mẫu cánh mới hay mẫu mà trước đây đã có tuổi thọ cơ khí, miễn sao chúng không bị hư hại do quá trình lão hóa cơ học.

D.2.1.3  Bố trí thử nghiệm

Có ba kiểu bố trí thử nghiệm có thể được sử dụng cho bố trí thử nghiệm được chỉ định loại A, loại B và loại C. Các bố trí thử nghiệm A và B là thích hợp nhất cho các thử nghiệm trên cánh hoàn chỉnh được sử dụng để phát triển và thẩm định thiết kế. Bố trí thử nghiệm C thích hợp nhất cho các thử nghiệm phát triển để đánh giá cấu tạo mặt vỏ và các cấu hình dải dây bảo vệ chống sét.

Mỗi bố trí thử nghiệm được thiết kế để có kết quả khởi đầu của hoạt động điện, như quầng sáng, dải phát xạ và các tiên đạo, tại mẫu thử (và không ở điện cực bên ngoài) khi xảy ra tại cánh tuabin gió ngay trước khi một chùm sét đánh vào. Bắt đầu ion hóa không khí ở mẫu thử, dải phát xạ sẽ tiến về phía điện cực đối diện có dạng hình học lớn dùng để đại diện cho một mặt đẳng thế điện trường cách xa cực cánh một chút. Bằng cách này, ảnh hưởng của các điện cực thử nghiệm bên ngoài trên các kết quả thử nghiệm được giảm thiểu. Qui định chung về các sắp xếp thử nghiệm cho thấy các máy phát điện cao áp, mẫu thử và điện cực ngoài trong các bố trí thử nghiệm A, B và C được minh họa trong Hình D.1, Hình D.3, Hình D.4 và Hình D.5.

Bố trí thử nghiệm A là sắp xếp mong đợi nhất, vì nó thường cho phép một điện cực ngoài kích thước lớn hơn (tức là bề mặt dẫn điện trên sàn thí nghiệm) và một môi trường điện trường thực tế hơn xung quanh các mẫu cánh được cung cấp.

Bố trí thử nghiệm B được dùng để tạo ra một sắp xếp điện trường tương tự với mẫu thử như trong bố trí thử nghiệm A trong khi cho phép mẫu thử lớn hơn hoặc nặng hơn và kết cấu hỗ trợ được đặt trên sàn phòng thí nghiệm. Trong sắp xếp này, một điện cực đường kính lớn phải được treo trên mẫu thử. Đường kính lớn là điều thiết yếu để tránh sự tăng cường trường không thực tế do các cạnh của điện cực treo.

Bố trí thử nghiệm C thích hợp nhất cho các thử nghiệm phát triển để đánh giá hoặc so sánh độ bền điện môi của các vật liệu vỏ ứng được dùng và/hoặc thiết kế bảo vệ cục bộ. Tuy nhiên, các thử nghiệm cho các tấm không được áp dụng để thẩm định các thiết kế bảo vệ hoàn chỉnh, do các mẫu thử dạng tấm không đại diện cho tất cả các tính năng quan trọng của kết cấu không dẫn điện được xác minh.

D.2.1.3.1  Bố trí thử nghiệm loại A

Sắp xếp thử nghiệm chung cho bố trí thử nghiệm loại A được minh họa trên hình D.1.

Hình D.1 - Bố trí thử nghiệm loại A cho tiên đạo sét đánh ban đầu (mẫu thử phải được thử nghiệm ở vài vị trí đại diện cho các hướng khác nhau của tiên đạo sét tương ứng)

Mẫu thử, có hệ thống bảo vệ chống sét kết nối với đầu ra của một máy phát điện Marx, được nâng lên trên điện cực bên ngoài, một mặt đất diện tích lớn. Mặt đất phải có kích thước đủ để tránh hiệu ứng cạnh, tức là để tránh phóng điện đánh thủng tận cùng trên cạnh mặt đất. Mẫu thử bình thường được thử nghiệm ở một số hướng, để đại diện cho hướng điện trường mà phần này của mẫu thử có thể gặp trên tuabin.

Một ví dụ về các hướng như vậy được đưa ra trong Hình D.2. Ở đây sử dụng ba góc độ khác nhau của cánh tương đối so với mặt đất (90°, 60° và 30° so với trục ngang), và bốn góc xoay cánh khác nhau. Bằng cách áp dụng ba lần phóng điện tại mỗi cực và ở mỗi hướng, cánh sẽ trải qua 54 tác động.

Các cánh dài thường được thử nghiệm với các mẫu thử ở các vị trí 5° và 10° theo chiều ngang, đại diện cho khả năng lớn các tiên đạo sét tiếp cận trong khoảng cách đánh ở một vị trí phía trong đầu cánh trong khi cánh ở vị trí nằm ngang.

Các giới hạn thực tế không gian đứng và các hiệu lực của cần trục có thể đòi hỏi rằng các thử nghiệm ở các vị trí 60° và 90° được áp dụng cho mẫu thử cánh ngắn hơn, có thể dài 2 m đến 4 m.

Hình D.2 - Vị trí các hướng đối với bố trí thử nghiệm A tiên đạo sét ban đầu đánh xuống

Áp dụng hai điều kiện cho một thử nghiệm hợp lệ khi sử dụng bố trí thử nghiệm loại A:

a) Kết nối dải phát xạ phải xuất hiện trong phần thấp hơn của khe hở không khí giữa cánh hoạt động mạnh và mặt đất, tức là hơn một nửa phóng điện bề mặt cách xa mẫu cánh. Điều này có thể được xác nhận bởi các hình ảnh phóng điện bề mặt. Điểm kết nối tiên đạo sét được thể hiện trong Hình D.3. Yêu cầu thường được đáp ứng bằng cách giữ các khoảng cách sau đây.

1) Mặt đất tối thiểu cách 2 m so với phần tử dẫn điện gần nhất (bên trong hay ngoài mẫu thử).

2) Mặt đất phải tối thiểu cách 1,5 m so với bề mặt mẫu thử gần nhất như điều kiện chiếm ưu thế.

b) Dải phát xạ từ mặt đất không phải xuất phát từ cạnh của mặt đất. Trong trường hợp như vậy, kích thước mặt đất phải tăng lên.

Hình D.3 - Điểm kết nối tiên đạo sét phải cách xa mẫu thử

Các kích thước cụ thể và các hướng mẫu thử phải được mô tả trong kế hoạch thử nghiệm.

D.2.1.3.2  Bố trí thử nghiệm loại B

Sắp xếp thử nghiệm chung cho bố trí thử nghiệm loại B được minh họa trong Hình D.4

Mẫu thử phải được thử nghiệm ở một vài vị trí đại diện cho các hướng tiếp cận tiên đạo sét khác nhau.

Hình D.4 - Tiên đạo sét ban đầu gắn với bố trí thử nghiệm loại B

Bố trí thử nghiệm B phù hợp với các mẫu thử quá lớn để nâng trong cơ cấu thử nghiệm như các dầm dọc dụng cụ khí tượng, hub, mũ chụp đầu, v.v.... Sự sắp xếp này bất lợi mà mặt đất trên sàn cơ cấu thử nghiệm có thể làm biến dạng điện trường gần mẫu thử. Độ lỏng ổ trục tối thiểu cho kết cấu ngoại lai có trong TCVN 6099-1 (IEC 60060-1) quy định là 1,5 lần khoảng cách phóng điện bề mặt tối thiểu giữa hai điện cực đối diện. Để giảm thiểu sự biến dạng điện trường có mặt trong khe hở, do đó mặt đất và các kết cấu dẫn điện khác phải cách ít nhất 1,5 lần chiều dài khe hở, tức là 3 m khi chiều dài khe hở là 2 m trên Hình D.4.

Mẫu thử được nâng cao hơn mặt đất trên để đỡ một khoảng cách lớn hơn 1,5 lần khoảng cách giữa đầu thu sét trên các mẫu thử và các điện cực bên ngoài để giảm thiểu ảnh hưởng của mặt đất lên kết quả thử nghiệm. Điện cực ngoài được treo lên trên mẫu thử và ở điện thế cao khi áp dụng thử nghiệm. Điện cực bên ngoài phải có kích thước đủ để tránh hiệu ứng cạnh, tức là tránh phóng điện bề mặt tận cùng trên cạnh của điện cực ngoài. Mẫu thử phải thường được thử nghiệm với hai hoặc nhiều hướng, để đại diện cho các hướng có thể có của điện trường mà phần cánh này hoặc các kết cấu khác có thể gặp trong quá trình làm việc.

Có ba điều kiện phải áp dụng cho một thử nghiệm hợp lệ khi bố trí thử nghiệm B được sử dụng:

a) Kết nối dải phát xạ phải xuất hiện trong phần cao hơn của khe hở không khí giữa điện cực ngoài hoạt động mạnh và mẫu thử, tức là hơn một nửa phóng điện bề mặt cách xa mẫu thử. Điều này có thể được xác nhận bởi các hình ảnh phóng điện bề mặt. Điểm kết nối tiên đạo sét được thể hiện trong Hình D.4. Thường đáp ứng các yêu cầu bằng cách giữ các khoảng cách sau đây.

1) Điện cực ngoài phải cách ít nhất 2 m với phần tử dẫn điện gần nhất (bên trong hoặc ngoài mẫu thử).

2) Điện cực ngoài phải có khoảng cách ít nhất 1,5 m từ vỏ mẫu thử, như điều kiện chiếm ưu thế.

b) Dải phát xạ từ điện cực ngoài phải không được xuất phát từ cạnh của điện cực này.

c) Đầu tận cùng của thiết bị bảo vệ hoặc các phần tử dẫn điện khác trong mẫu thử phải được nâng cao khỏi mặt đất với một khoảng cách lớn hơn 1,5 lần khoảng cách giữa đầu thu sét trên mẫu thử và điện cực ngoài. Kích thước cụ thể và hướng mẫu thử phải được mô tả trong kế hoạch thử nghiệm.

D.2.1.3.3  Bố trí thử nghiệm loại C

Sắp xếp thử nghiệm chung cho bố trí thử nghiệm loại C được minh họa trong Hình D.5.

Trong kiểu bố trí này, thiết bị bảo vệ được sử dụng và thiết bị đặt trên mẫu thử vỏ không dẫn điện có thể được đánh giá trước để thiết lập một thiết kế bảo vệ và lắp đặt các thiết bị như vậy trên một mẫu thử lớn hơn và hoàn chỉnh hơn.

Một tấm vỏ điện môi tiêu biểu có hình vuông từ 1 m² đến 2 m², có thể chấp nhận các kích thước và hình dáng khác, đủ để chứa một bố trí đầy đủ các thiết bị bảo vệ. Các vật liệu bề mặt cùng dây truyền sản xuất, sử dụng bề mặt hoàn thiện và đã được sơn. Thử nghiệm này thường được sử dụng để xác nhận khoảng không của dải dây bảo vệ chống sét được lắp trên một bề mặt cánh hoặc vỏ tuabin.

Một mô hình thử nghiệm của bất kỳ phần dẫn điện phía sau bề mặt bảo vệ phải được đặt ở một vị trí thích hợp sau vỏ một khoảng cách (d). Các thiết bị bảo vệ thường có điện thế đất thử nghiệm tiện ích và các điện cực có thế cao. Để áp dụng một điều kiện thử nghiệm thực tế, kinh nghiệm cho thấy các điện cực phải được định vị giữa các dải dây bảo vệ chống sét, như trong ví dụ của Hình D.5, để ngăn chặn sét đánh xung quanh các cạnh của mẫu thử hoặc một kết quả không thực tế. Các điện cực phải được nâng lên trên bề mặt tấm điện môi với một khoảng cách bằng với kích thước của tấm điện môi nếu nó hình vuông, hoặc kích thước nhỏ hơn của một tấm điện môi hình chữ nhật. Các dải dây bảo vệ chống sét có thể được thay đổi vị trí tại khoảng cách lớn hơn hoặc nhỏ hơn để tối ưu hóa thiết kế và chống thủng.

Hình D.5 - Bố trí thiết bị bảo vệ cục bộ (như dây bảo vệ chống sét) - Đánh giá bố trí thử nghiệm C

Bố trí trên Hình D.5 không tương đương với bố trí thử nghiệm kiểm chứng của các bố trí thử nghiệm loại A và B, nhưng kinh nghiệm cho thấy khoảng cách dây bảo vệ chống sét được xác định từ các thử nghiệm phát triển như được minh họa trong Hình D.5 đã được chứng minh thành công trong các thử nghiệm thẩm định theo sau của các bố trí bảo vệ cục bộ như mở rộng dây bảo vệ chống sét của các hệ thống đầu thu sét trên vỏ cánh, áp dụng khoảng cách dây bảo vệ chống sét tương tự. Một thử nghiệm thẩm định phải được thực hiện sử dụng bố trí thử nghiệm loại A và B.

D.2.1.4  Dạng sóng điện áp thử nghiệm

Dạng sóng điện áp được sử dụng phải là điện áp xung kiểu chuyển đổi theo hàm số mũ bậc hai có thời gian đạt đỉnh là 250 µs ± 20 % và thời gian suy giảm là một nửa giá trị của 2 500 µs ± 60 %. Dạng sóng điện áp này được chọn vì nó đại diện cho hầu hết điện trường trong vùng lân cận kết cấu trong khi có một tiên đạo sét đánh ban đầu. Để thử nghiệm tiên đạo sét đánh ban đầu, sẽ sử dụng điện áp như phát sinh để phóng điện bề mặt xuất hiện trước khi tới đỉnh của dạng sóng. Thời gian giữa điểm bắt đầu dạng sóng điện áp và điểm đánh thủng bề mặt trên kết cấu phải ít nhất là 50 µs.

Các dạng sóng như vậy có thể thu được bằng cách sử dụng điện áp xung kiểu chuyển mạch trong TCVN 6099-1 (IEC 60060-1). Vì điện áp được sử dụng như một phát sinh để phóng điện bề mặt, thời gian suy giảm không được quan tâm riêng. Một dạng sóng điện áp thử nghiệm điển hình được biểu diễn trên Hình D.6.

Hình D.6 - Điện áp xung chuyển mạch điển hình phát sinh để phóng điện bề mặt (100 µs trên dây bảo vệ chống sét)

Phải áp dụng ít nhất ba lần phóng điện với mỗi cực và theo mỗi hướng của mẫu thử đối với các điện cực [30] và [34]. Thử nghiệm theo nhiều hướng khác nhau của mẫu thử đối với điện cực đối diện đảm bảo khả năng hỏng đáng kể trong trường hợp thiết kế cánh không đúng.

Trong trường hợp xảy ra thủng vỏ cánh trong các thử nghiệm, những thiệt hại có thể được làm sạch và sửa chữa bằng cách sử dụng nhựa polymer thích hợp. Tuy nhiên, kinh nghiệm cho thấy mẫu thử phải chịu một số lượng lớn các tác động sẽ suy giảm về điện theo thời gian; tình huống này không chỉ ảnh hưởng đến các vết thủng được sửa chữa mà còn ảnh hưởng đến tấm nhiều lớp. Do đó các nhà chế tạo phải lưu ý rằng số lần phóng điện cho mỗi mẫu thử không được vượt quá khoảng 100 lần phóng để tránh thiệt hại do lão hóa điện. Các quy trình thử nghiệm trong D.2.1.6 được xác định để giảm thiểu tác động của lão hóa điện suốt các thử nghiệm.

Vấn đề lão hóa điện của tấm mỏng nhiều lớp của cánh do ảnh hưởng của sét chưa được hiểu đầy đủ tại thời điểm công bố. Các phần đang quan tâm những vấn đề này hy vọng sẽ được cải thiện trong các phiên bản trong tương lai.

Dòng phóng điện của máy phát HV thường nhỏ hơn 2 000 A, trong đó bao gồm hầu hết các dòng tiên đạo sét. Do đó, các hiệu ứng vật lý của dòng sẽ không đại diện cho những dòng đánh nghiêm trọng hơn, hoặc các dòng liên tục, mà có thể dẫn theo cùng đường dẫn như tiên đạo sét.

D.2.1.5  Đo và ghi số liệu

Tiến hành các phép đo và bản ghi số liệu sau đây:

• Hình ảnh và mô tả cho mỗi bố trí thử nghiệm.

• Đồ thị dạng sóng của các dạng sóng điện áp thử nghiệm.

• Hồ sơ hình ảnh của tất cả các thử nghiệm. Các hồ sơ này phải có khái quát hoàn chỉnh về các khu vực thử nghiệm của mẫu thử. Một máy quay cho phép phân tích sơ bộ tức thời thử nghiệm sẽ được thực hiện sao cho bất kỳ các vết thủng nào cũng được nhận biết ngay lập tức. Một máy quay phụ chiếu vào phần bên trong của mẫu cánh có thể hữu ích để theo dõi động thái của tiên đạo sét/dải phát xạ trong các thử nghiệm.

• Hình ảnh cho mỗi vị trí điện cực.

• Các hình ảnh vị trí bị thủng và các hiệu ứng quan trọng khác.

• Hồ sơ dữ liệu môi trường phòng thí nghiệm (như nhiệt độ, áp suất và độ ẩm), ngày tháng năm thử nghiệm, những người thực hiện và chứng kiến việc thử nghiệm và vị trí thử nghiệm.

• Hồ sơ về bất kỳ sai lệch so với quy trình thử nghiệm.

• Hồ sơ các kết quả của mỗi thử nghiệm cho thấy phân cực điện cực, biên độ và dạng sóng điện áp.

D.2.1.6  Quy trình thử nghiệm

Áp dụng quy trình thử nghiệm sau cho tất cả các bố trí thử nghiệm (A, B, và C).

a) Đo các điều kiện môi trường phòng thí nghiệm.

b) Xem xét và thực hiện các quy trình an toàn. Một số khu vực quan tâm như sau. Các khu vực thử nghiệm phải an toàn và sạch sẽ trước khi cắm điện thiết bị thử nghiệm. Các bộ tụ điện phải được ngắn mạch sau các thử nghiệm và trước khi tái đưa vào cá thể bên trong khu vực thử nghiệm. Phải bảo vệ cho mắt và tai phù hợp.

c) Hiệu chỉnh máy phát điện HV và thiết bị đo đạc như sau:

1) Kiểm tra cẩn thận mẫu thử cho bất cứ thiếu sót sau này có thể bị nhầm lẫn với ảnh hưởng của các thử nghiệm, và xác định những thiếu sót mà không bị nhầm với kết quả thử nghiệm tiếp theo.

2) Bao gồm các bề mặt hướng về điện cực đối diện (tức là mặt đất phẳng) có một lá dẫn điện và nối lá này tới dây dẫn sét của cánh.

3) Chọn cực ban đầu và bắt đầu một thử nghiệm cho lá trong khi đo điện áp sử dụng. Đề xuất cho cực mẫu thử ban đầu là dương (+), bất kể sử dụng bố trí thử nghiệm loại A hay loại B. Kinh nghiệm cho thấy kết quả trong điều kiện này có xác suất thủng vật liệu không dẫn điện thấp hơn do các dải phát xạ bắt nguồn từ diễn tiến xa hơn của thiết bị bảo vệ mẫu thử bên trong khe hở không khí trước khi được tham gia bằng cách chống lại các lại phát xạ từ điện cực âm.

4) Nếu các dạng sóng là không đúng hoặc phóng điện bề mặt không xảy ra khi tăng sườn trước của sóng trước khi đến đỉnh của dạng sóng điện áp, điều chỉnh các tham số máy phát điện hoặc khe hở không khí giữa mẫu thử và điện cực đối diện khi cần thiết để có được các dạng sóng và phóng điện bề mặt quy định.

5) Lặp lại các bước từ 3) đến 4) nếu cần thiết để thu được các điều kiện yêu cầu.

6) Tháo rời lá khỏi mẫu thử.

d) Vệ sinh mẫu thử với kỹ thuật thích hợp để loại bỏ độ ẩm, bụi, mảnh vỡ, và chất gây ô nhiễm khác có thể ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

e) Áp dụng một lần phóng điện tới mẫu thử, trong khi đo điện áp áp dụng và lấy những bức ảnh chụp các đường phóng điện bề mặt. Đảm bảo phóng điện bề mặt vẫn còn xảy ra tại sườn trước tăng của sóng trước khi tới đỉnh của dạng sóng điện áp.

f) Kiểm tra mẫu thử và ghi kết quả vào tài liệu.

g) Nếu xảy ra thủng, thực hiện một đánh giá để xác định mẫu thử bị thất bại khi thử nghiệm. Nếu nó được coi là đã thất bại, thì trình tự thử nghiệm có thể cần phải được chấm dứt, hoặc sửa chữa thiệt hại thử nghiệm hoặc sửa đổi hệ thống bảo vệ chống sét cánh thực hiện trước khi tiếp tục các thử nghiệm.

h) Lặp lại các bước e) đến h) cho đến khi áp dụng ba lần phóng điện cực dương theo các điều kiện tương tự.

i) Chuyển cực của máy phát điện HV để đảm bảo cực của mẫu thử là âm đối với mặt đất (bố trí thử nghiệm A) hoặc điện cực bên ngoài (bố trí thử nghiệm B).

j) Hiệu chỉnh máy phát điện HV và thiết bị đo đạc như sau:

1) Xếp lên mẫu thử một lá dẫn điện.

2) Bắt đầu một thử nghiệm cho lá trong khi đo điện áp áp dụng.

3) Nếu dạng sóng không đúng hoặc không xảy ra phóng điện bề mặt khi phát sinh sườn trước của sóng trước khi tới đỉnh sóng điện áp, cần điều chỉnh các tham số máy phát điện hoặc khe hở không khí giữa mẫu thử và điện cực ngoài để có các dạng sóng và phóng điện bề mặt quy định.

4) Lặp lại bước 2) đến 3) khi cần thiết để có được những điều kiện cần thiết.

5) Tháo bỏ các lá từ mẫu thử.

k) Lặp lại các bước e) đến i) đến khi áp dụng ba phóng điện cực tính âm trong các điều kiện tương tự.

l) Định vị lại mẫu thử (bố trí thử nghiệm A) hoặc điện cực bên ngoài (bố trí thử nghiệm B) như yêu cầu của quy trình thử nghiệm.

m) Lặp lại các bước c) đến m) theo yêu cầu của quy trình thử nghiệm.

Các thử nghiệm tiên đạo sét ban đầu có thể được thực hiện trên các mẫu cánh bị ô nhiễm và ướt.

Vì xảy ra phóng điện bề mặt dễ dàng hơn trên các bề mặt ẩm ướt hoặc bị ô nhiễm, do đó ít có khả năng tạo thủng, nó có thể không quan trọng để áp dụng cho các bề mặt bị ô nhiễm bên ngoài. Tuy nhiên, các bề mặt bên trong bị ướt hoặc bị ô nhiễm có thể dẫn các dải phát xạ nhanh hơn tới các liên kết cạnh cánh, ở đó các vết thủng được biết là đã xảy ra. Vì vậy, các thử nghiệm cho mẫu thử cánh có các mặt bên trong ướt và/hoặc bị ô nhiễm có thể thích hợp nếu điều kiện như vậy được cho là tồn tại trong một cánh trong quá trình làm việc do môi trường.

CHÚ THÍCH: Do tuabin gió thường được thiết kế để hoạt động trong 20 năm với việc bảo trì tối thiểu, điều quan trọng là số lần phóng điện có thể so sánh với các mối đe dọa dự kiến cho các vị trí tuabin gió thực tế. Do đó tối thiểu 3 lần phóng điện cho mỗi cực và hướng được áp dụng cho các mục đích kiểm định và chứng minh, trong khi số thử nghiệm lớn hơn có thể được thực hiện trong quá trình phát triển thiết kế mới.

D.2.1.7  Giải thích dữ liệu

Mẫu thử phải trải qua một đánh giá thử nghiệm đạt chuẩn kỹ lưỡng để xác định sự phù hợp của thiết kế đối với chuẩn đạt/không đạt.

D.2.2  Thử nghiệm gắn với kênh quét

D.2.2.1  Mục đích thử nghiệm

Thử nghiệm này có thể áp dụng bình thường cho các bề mặt cánh tuabin gió mà tiếp xúc trực tiếp khi tiên đạo sét ban đầu đánh xuống khi cánh đang quay, do đó một tiên đạo sét có thể “quét” dọc theo bề mặt một khoảng cách ngắn trước khi tới cú sét đầu tiên. Thử nghiệm này có thể được sử dụng để đánh giá:

• Vị trí thủng có thể có trên các bề mặt không dẫn điện (là điện môi);

• Đường dẫn phóng điện bề mặt trên các bề mặt không dẫn điện; hoặc

• Tính năng các thiết bị bảo vệ, như các dải dây bảo vệ chống sét.

D.2.2.2  Mẫu thử

Mẫu thử phải là một phần của cả một cánh, như đầu cánh hay bề mặt khác mà có một bộ nhận sét hay thiết bị bảo vệ khác. Bất kỳ bề mặt hoàn thiện nào, bao gồm các chất độn bề mặt hoặc sơn được cung cấp để đảm bảo các đặc trưng phóng điện bề mặt thực tế. Nếu thiết bị bảo vệ cánh gồm một dây dẫn sét mà có bên trong cánh, mẫu thử cũng phải gắn với một dây dẫn như vậy.

D.2.2.3  Bố trí thử nghiệm

Bố trí thử nghiệm như sau.

• Quy định chung về một bố trí thử nghiệm điển hình cho thấy quan sát mặt cắt ngang của mẫu thử và vị trí điện cực thử nghiệm điển hình được minh họa trong Hình D.7. Các thử nghiệm thường được áp dụng từ một vài vị trí điện cực, đại diện cho các hướng có thể có của quét tiên đạo sét.

• Đế đỡ mẫu thử trên mặt đất phẳng ở khoảng cách ít nhất 1,5 lần khoảng cách phóng điện bề mặt tối thiểu như được mô tả trong TCVN 6099-1 (IEC 60060-1).

• Các đầu thu và bất kỳ dây dẫn bảo vệ chống sét liên quan phải ở điện thế đất.

• Nối đầu ra của máy phát HV vào điện cực cao áp. Điện cực phải hình cầu có bán kính từ 25 mm và 50 mm. Bề mặt của điện cực HV được đặt cách 50 mm từ bề mặt trên mẫu thử được tác động để đại diện cho điện áp được áp dụng bởi một luồng sét quét trên bề mặt mẫu thử.

• Thiết lập thiết bị đo và ghi điện áp thử nghiệm được áp dụng.

Hình D.7 - Bố trí thử nghiệm kênh quét

D.2.2.4  Dạng sóng điện áp thử nghiệm

Điện trường liên kết với một tiên đạo sét quét đánh vào là do xung điện tích dẫn trong luồng tiên đạo sét. Điều này làm nhanh chóng gia tăng điện trường đại diện thích hợp hơn bằng dạng sóng điện áp "xung sét" định nghĩa trong TCVN 6099-1 (IEC 60060-1). Sóng điện áp xung sét đầy đủ có thời gian tới đỉnh T1 là 1,2 µs và thời gian suy giảm theo một nửa giá trị T2 là 50 µs theo quy định tại TCVN 6099-1 (IEC 60060-1) và biểu diễn trong Hình D.8.

Dạng sóng này được áp dụng với điện áp đỉnh hiệu dụng cao hơn cần thiết để ion hóa khe hở không khí giữa điện cực thử nghiệm và bề mặt mẫu thử sao cho phóng điện bề mặt xảy ra ở sườn trước như chỉ trên Hình D.9.

Hình D.8- Dạng sóng điện áp xung sét (Hình 6 trong TCVN 6099-1 (IEC 60060-1))

Hình D.9 - Dạng sóng điện áp xung sét biểu diễn đánh thủng bề mặt ở sườn trước (Hình 7 trong TCVN 6099-1 (IEC 60060-1))

D.2.2.5  Đo và ghi số liệu

Tiến hành các phép đo và các bản ghi số liệu sau:

• Các hình ảnh và mô tả mỗi bố trí thử nghiệm và vị trí điện cực

• Hồ sơ hình ảnh tất cả các thử nghiệm. Các máy quay phải cung cấp quét 360° mẫu thử. Mỗi máy quay cho phép phân tích sơ bộ tức thời hình ảnh thử nghiệm thực hiện sao cho bất kỳ các vết thủng nào cũng được nhận biết tức thời. Một máy quay phụ chiếu vào phần bên trong của mẫu cánh có thể hữu ích để theo dõi động thái của tiên đạo sét/dải phát xạ trong các thử nghiệm.

• Hình ảnh vị trí bị thủng hay các hiệu ứng quan trọng khác.

• Hồ sơ dữ liệu môi trường phòng thí nghiệm (như nhiệt độ, áp suất và độ ẩm), ngày tháng năm thử nghiệm, những người thực hiện và chứng kiến việc thử nghiệm và vị trí thử nghiệm.

• Hồ sơ về bất kỳ sai lệch so với quy trình thử nghiệm.

• Hồ sơ các kết quả của mỗi thử nghiệm cho thấy phân cực điện cực, biên độ và dạng sóng điện áp.

D.2.2.6  Quy trình thử nghiệm

Quy trình thử nghiệm như sau:

a) Đo điều kiện môi trường phòng thí nghiệm.

b) Xem xét và thực hiện các quy trình an toàn. Một số khu vực quan tâm như sau: Các khu vực thử nghiệm phải an toàn và sạch sẽ trước khi cắm điện thiết bị thử nghiệm. Các bộ tụ điện phải được ngắn mạch sau các thử nghiệm và trước khi tái đưa vào cá thể bên trong khu vực thử nghiệm. Có thể yêu cầu bảo vệ mắt và tai.

c) Kiểm tra cẩn thận mẫu thử để bất cứ thiếu sót mà sau này có thể bị nhầm lẫn với ảnh hưởng của các thử nghiệm, và xác định những thiếu sót mà không bị nhầm với kết quả thử nghiệm tiếp theo.

d) Hiệu chỉnh máy phát điện và dụng cụ đo đạc như sau.

1) Treo mẫu thử với một lá dẫn điện.

2) Các thử nghiệm phải được tiến hành với các điện cực ở cả hai cực âm và dương. Chọn cực ban đầu và bắt đầu một thử nghiệm phóng điện cho lá trong khi đo điện áp sử dụng. Đề xuất cực của điện cực ban đầu là âm (-). Điều này đặt mẫu thử ở vị trí cực dương. Kinh nghiệm cho thấy kết quả trong điều kiện này có xác suất thủng các vật liệu không dẫn điện thấp hơn do các dải phát xạ bắt nguồn từ diễn tiến xa hơn của thiết bị bảo vệ mẫu thử bên trong khe hở không khí trước khi được tham gia bằng cách chống lại các phát xạ từ điện cực âm.

3) Nếu dạng sóng được yêu cầu là không đúng, điều chỉnh các tham số máy phát hoặc khoảng cách điện cực cần thiết để thu được dạng sóng quy định.

4) Tháo bỏ các lá.

e) Vệ sinh mẫu thử với kỹ thuật thích hợp để loại bỏ độ ẩm, bụi, mảnh vỡ, và chất gây ô nhiễm khác có thể ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

f) Áp dụng một lần phóng điện tới mẫu thử, trong khi đo điện áp áp dụng và lấy những bức ảnh chụp các đường phóng điện bề mặt.

g) Kiểm tra mẫu thử và ghi kết quả vào tài liệu. Đánh dấu và chụp tất cả các vết thủng hoặc các hiệu ứng khác trên mẫu thử.

h) Nếu xảy ra thủng, thực hiện một đánh giá để xác định mẫu thử bị thất bại khi thử nghiệm. Nếu nó được coi là đã thất bại, thì trình tự thử nghiệm có thể cần phải được chấm dứt.

i) Lặp lại các bước e) đến h) cho mỗi thử nghiệm, các cực tính điện cực và các vị trí điện cực được gọi lại trong các quy trình thử nghiệm.

CHÚ THÍCH: Do một tuabin gió thường được thiết kế để hoạt động trong 20 năm với chỉ một lần bảo trì tối thiểu, quan trọng là số lần phóng điện có thể so sánh với các mối đe dọa dự kiến cho các vị trí tuabin gió thực tế. Do đó tối thiểu 3 lần phóng điện cho mỗi cực và hướng được áp dụng cho các mục đích chứng minh và trình diễn, trong khi số thử nghiệm lớn hơn có thể được thực hiện trong quá trình phát triển thiết kế mới.

D.2.2.7  Giải thích dữ liệu

Mẫu thử phải trải qua một đánh giá thử nghiệm đạt chuẩn kỹ lưỡng để xác định sự phù hợp của thiết kế đối với chuẩn đạt/không đạt.

D.3  Thử nghiệm thiệt hại vật chất dòng cao

D.3.1  Quy định chung

Các thử nghiệm này được sử dụng để xác định các hiệu ứng của một lần sét đánh vào bề mặt cánh hoặc vỏ tuabin và dòng điện đi từ điểm sét đánh như vậy. Các hiệu ứng này có thể được đánh giá ở các điểm sét đánh và dọc theo đường dẫn dòng điện sét.

D.3.2  Thử nghiệm hồ quang điện đầu vào

D.3.2.1  Mục đích thử nghiệm

Thử nghiệm này có thể áp dụng cho các kết cấu như cánh và vỏ tuabin gió chịu tác động sét đánh trực tiếp hoặc dòng dẫn sét.

Thử nghiệm được sử dụng để xác định các hiệu ứng trực tiếp (thiệt hại vật chất) mà có thể dẫn đến tại các vị trí có thể có luồng sét đánh vào cánh hoặc ở nơi mật độ năng lượng và dòng điện cao có thể dẫn ra từ một điểm lối vào khi sét đánh. Ví dụ như hệ thống đầu thu sét cánh và dây dẫn điện kết hợp, lá kim loại, dải dây bảo vệ chống sét và các mối nối, các dây dẫn trên đường dẫn dòng điện sét.

Sử dụng thử nghiệm để đánh giá:

• Thiệt hại kèm theo của hồ quang;

• Hình thức phát nóng;

• Ăn mòn kim loại tạo các hệ thống đầu thu sét;

• Sự đầy đủ của các vật liệu và thiết bị bảo vệ;

• Các tác động lực từ;

• Các hiệu ứng luồng gió và sóng xung kích;

• Biểu hiện của các mối ghép và các bộ phận lắp ráp phần cứng;

• Điện áp và dòng điện tại các điểm quan tâm trong cả hệ thống bảo vệ chống sét.

D.3.2.2  Mẫu thử

Các thử nghiệm này có thể được thực hiện trên các bộ phận được sản xuất tỷ lệ hoặc đại diện như nguyên mẫu. Các thử nghiệm này cũng có thể được thực hiện trên các tấm vật liệu, mẫu thí nghiệm hoặc các phần phụ của cánh, hay các bộ phận tuabin gió khác. Các tấm vật liệu, mẫu thí nghiệm hoặc các phần phụ phải được chế tạo với quy trình sản xuất phù hợp, sơn và hoàn thiện khác, mối ghép và vật liệu. Đối với các thiết bị bảo vệ đòi hỏi phải có một điện áp cụ thể để ion hóa, như các dải dây bảo vệ chống sét phân đoạn, chiều dài của mẫu thử ion hóa phải đủ ngắn để ion hóa trong quá trình thử nghiệm dòng điện cao, do phát dòng điện cao thường không áp dụng lớn hơn 100 kv.

D.3.2.3  Bố trí thử nghiệm

Bố trí thử nghiệm như sau:

• Gắn mẫu thử vào một bộ phận gá mà có thể đỡ mẫu thử một cách an toàn.

• Nối đất tất cả các phần cứng để kết cấu mẫu thử được nối đất bình thường

• Nối máy phát điện hồi tiếp về bộ phận lắp ráp để các dòng điện sét được dẫn ra khỏi mẫu thử theo cách tái diễn khi cánh hay vỏ tuabin bị sét đánh. Đảm bảo rằng các lực từ và tương tác khác liên quan đến dòng điện dẫn trong khi kiểm soát thiết lập sao cho chúng thể hiện tình trạng tự nhiên và không quá mức ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

• Hướng một điện cực thử nghiệm 50 mm trên khu vực mẫu thử được đánh giá. Đối với hầu hết các thử nghiệm hồ quang đầu vào, điện cực phải là kiểu “chống luồng sét” như chỉ trên Hình D.10. Kiểu điện cực này được biểu diễn để thể hiện tốt nhất các hiệu ứng sóng xung sốc của sét đánh tự nhiên, và tối giản độ lớn của vật liệu điện cực được phủ lên trên bề mặt mẫu thử [31].

• Đặt cực tính máy phát là âm để phát sinh thiệt hại tối đa do các gốc hồ quang được tập trung hơn vào anốt.

• Nếu muốn, có thể sử dụng một dây kim loại tốt, đường kính không quá 0,1 mm, để hướng hồ quang tới điểm quan tâm cụ thể trên mẫu thử. Phương pháp này hữu ích cho các máy phát điện sử dụng điện áp thấp. Kết quả thử nghiệm sẽ không bị ảnh hưởng bởi các dây nối mà bay hơi ngay sau khi dòng bắt đầu dẫn qua.

• Đặt thiết bị cảm biến và ghi lại.

D.3.2.4  Các dạng sóng dòng điện thử nghiệm

Áp dụng các dòng thử nghiệm lấy từ Điều 8 của IEC 62305-1. Các giá trị này bao gồm cả cú sét ngắn đầu tiên và cú sét dài. Thường được áp dụng cho một lần phóng. Các tham số quan trọng của dòng điện thử nghiệm này được biểu diễn trong Bảng A.1.

Các tham số I, W/R và Q_flash và dung sai của nó sẽ được thu nhận trong cùng một xung. Điều này có thể đạt được bằng một dòng điện suy giảm xấp xỉ theo hàm mũ với T2 trong khoảng 350 µs được kéo theo bằng một dòng điện liên tục cung cấp điện tích còn lại. Áp dụng các dòng điện thử nghiệm cụ thể được xác định theo cấp bảo vệ (LPL) đã được chỉ định cho bộ phận cánh hoặc kết cấu tuabin gió khác sẽ được thử nghiệm.

D.3.2.5  Đo và ghi các số liệu

Thực hiện các phép đo và ghi số liệu sau.

• Các hình ảnh và mô tả bố trí thử nghiệm

• Hồ sơ hình ảnh của mẫu thử trước, trong và sau mỗi thử nghiệm. Máy quay phim hồng ngoại để xác định các diện tích đốt nóng cục bộ trong khi thử nghiệm có thể có ích.

• Các hình ảnh và mô tả thiệt hại cho mẫu thử.

• Hồ sơ dữ liệu môi trường phòng thí nghiệm (như nhiệt độ, áp suất và độ ẩm), ngày tháng năm thử nghiệm, những người thực hiện và chứng kiến việc thử nghiệm và vị trí thử nghiệm.

• Hồ sơ về bất kỳ sai lệch so với quy trình thử nghiệm.

• Hồ sơ các kết quả của mỗi thử nghiệm cho thấy phân cực điện cực, biên độ dòng điện, các dạng sóng, các năng lượng riêng và các điện tích dịch chuyển tạo các điểm thử nghiệm có thể áp dụng.

CHÚ THÍCH: Các phép đo hiệu ứng không trực tiếp được yêu cầu vài lần cho các hệ thống điện như các đèn chiếu, các đầu nhiệt và các cảm biến kiểm soát mà được lắp đặt trong bộ phận được thử nghiệm (xem điều 8). Nếu cần thiết, một số phép đo này có thể được tiến hành trong các thử nghiệm hiệu ứng trực tiếp, miễn là các tham số sóng chính như tốc độ gia tăng đỉnh, là chính xác hoặc được tính theo cách khác.

Hình D.10 - Các điện cực thử nghiệm dây bảo vệ chống sét luồng điển hình

D.3.2.6  Quy trình thử nghiệm

Quy trình thử nghiệm như sau:

a) Đo điều kiện môi trường phòng thí nghiệm.

b) Xem xét và thực hiện các quy trình an toàn. Một số khu vực quan tâm như sau: Các khu vực thử nghiệm phải an toàn và sạch sẽ trước khi cắm điện thiết bị thử nghiệm. Các bộ tụ điện phải được ngắn mạch sau các thử nghiệm và trước khi tái đưa vào cá thể bên trong khu vực thử nghiệm. Bảo vệ mắt và tai có thể được yêu cầu.

c) Hiệu chỉnh máy phát điện và dụng cụ đo đạc như sau.

1) Chèn một thanh dẫn điện hoặc tấm vật liệu vào chỗ đặt mẫu thử có các thuộc tính vật liệu tương tự như mẫu thử

2) Nối thanh hoặc tấm vật liệu vào máy phát thử nghiệm dòng phản hồi.

3) Khởi tạo một thử nghiệm cho thanh trong khi đo dạng sóng dòng điện sử dụng.

4) Nếu mức dòng điện hoặc dạng sóng không đúng, điều chỉnh các tham số máy phát.

5) Lặp lại các bước 3) sang 4) nếu cần để thu được dạng sóng yêu cầu.

6) Tháo bỏ thanh hoặc tấm vật liệu và lắp mẫu thử.

d) Áp dụng một thử nghiệm cho mẫu thử.

e) Kiểm tra mẫu thử và ghi các kết quả vào tài liệu.

f) Nếu cần, đặt điện cực tại một vị trí mới trên mẫu thử và lặp lại các bước d) sang e).

Nói chung, phương pháp thử nghiệm này ít nhất phải đại diện cho các đe dọa dự kiến từ điểm sét đánh thực tế tới cánh trong vòng đời phục vụ của nó, ví dụ 20 năm. Xem xét năng lượng riêng và các lực từ, chỉ cần quan tâm đến mức dòng cao nhất, và chỉ áp dụng một vài lần phóng ở mức này (EN 50164-1). Xem xét sự ăn mòn bề mặt của hệ thống đầu thu sét do điện tích được dẫn, thiệt hại dồn lại. Điều này có nghĩa rằng điện tích được tích lũy được dẫn trong khi thử nghiệm sẽ giúp xác định khoảng thời gian/tần suất kiểm tra thay thế, miễn sao tính toán được tổng điện tích thực tế được áp dụng.

D.3.2.7  Giải thích các số liệu

Các mẫu thử phải trải qua một đánh giá thử nghiệm đạt chuẩn kỹ lưỡng để xác định sự phù hợp của thiết kế liên quan đối với tiêu chuẩn đạt/không đạt. Trong kết nối với các hệ thống đầu thu sét, tiêu chuẩn như vậy nên bao gồm nhiễu như một hệ quả của ăn mòn bề mặt, dễ thay thế, v.v...

D.3.3  Thử nghiệm các bề mặt không dẫn điện

D.3.3.1  Mục đích thử nghiệm

Thử nghiệm này được áp dụng cho các bề mặt không dẫn điện như bề mặt cánh tuabin gió. Thử nghiệm này được sử dụng để xác định ảnh hưởng của một luồng sét quét trên bề mặt không dẫn điện, sau đó gắn đúng vào hệ thống đầu thu sét.

Đối với các bộ phận không dẫn điện, có thể xảy ra một vết thủng và sau đó đánh vào các bộ phận dẫn điện nằm dưới (dây buộc của hệ thống đầu thu sét, hệ thống dây dẫn sét, v.v...), cũng thực hiện thử nghiệm luồng sét đánh trong D.2.2. Nếu xảy ra thủng trong khi thử nghiệm kèm theo kênh quét, thiết kế kết cấu phải được cải thiện để tránh thiệt hại như vậy trong các thử nghiệm tương lai. Thử nghiệm này có thể được sử dụng để đánh giá:

• Các hiệu ứng sóng xung sốc và nhiệt trên các bề mặt và vỏ không dẫn điện;

• các hiệu ứng hồ quang bề mặt trên các kết cấu dẫn điện được đưa vào hoặc ở dưới bề mặt cánh (các lưới kim loại dưới bề mặt được sử dụng như các dây dẫn sét, vật liệu CFC nằm ngay dưới bề mặt, v.v..)

• bề mặt không dẫn điện cho toàn bộ khung gắn, trong trường hợp các thành phần cấu thành đỡ vỏ cánh.

D.3.3.2  Mẫu thử

Tùy thuộc vào mục đích thử nghiệm, mẫu thử phải là bộ phận sản xuất tỷ lệ, một nguyên mẫu đại diện hoặc một mẫu thí nghiệm nhỏ hơn có các diện tích quan tâm. Các bộ phận cánh được thử nghiệm sẽ là các khu vực trong vùng lân cận các hệ thống đầu thu sét (như các đầu thu đầu và mặt), các mặt cách nhiệt trên vật liệu CFC và/hoặc lưới kim loại dẫn điện. Bộ phận phải đủ hoàn chỉnh để đánh giá thiệt hại có thể có mà không ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm. Nếu mục đích thử nghiệm là để so sánh các thiết kế khác nhau, tất cả các mẫu thử phải có cùng kích thước.

D.3.3.3  Bố trí thử nghiệm

Bố trí thử nghiệm như sau:

• Đỡ mẫu thử trong một dụng cụ gá để nâng mẫu thử lên khoảng cách đủ lớn so với các bề mặt dẫn điện khác sao cho điều này không ảnh hưởng đến các kết quả thử nghiệm. Hình D.11 biểu diễn bố trí tiêu biểu.

Hình D.11 - Bố trí thử nghiệm dòng điện cao cho các bề mặt không dẫn điện

• Nối đất tất cả phần cứng tới kết cấu mẫu thử mà thường được nối đất.

• Nối máy phát hồi tiếp về mẫu thử để các dòng điện sét được dẫn ra từ mẫu thử theo cách điển hình khi cánh tuabin gió bị sét đánh. Đảm bảo các lực từ và các tương tác khác liên quan đến dòng chảy trong thiết lập được kiểm soát để chúng đại diện cho tình huống tự nhiên.

• Điểm cách điện cực “dây bảo vệ chống sét luồng” (xem Hình D.11) 50 mm hoặc lớn hơn diện tích mẫu thử sẽ được đánh giá.

• Nối đầu dây ra của máy phát dòng cao tới điện cực.

• Đối với thử nghiệm này, hoặc là áp dụng cực dương hoặc là cực âm.

• Sử dụng một dây kim loại tốt, đường kính không quá 0,1 mm, để hướng hồ quang tới điểm quan tâm cụ thể trên mẫu thử. Dây dẫn khởi phát từ điện cực trực tiếp đi qua bề mặt không dẫn điện dọc theo hướng của một tiên đạo sét. Dây khởi phát đặt trên bề mặt mẫu thử xấp xỉ 20 mm.

• Đặt thiết bị cảm biến và ghi.

D.3.3.4  Các dạng sóng dòng điện thử nghiệm

Áp dụng các dòng điện thử nghiệm được lấy từ Điều 8 của IEC 62305-1 và được mô tả trong D.3.2.4.

D.3.3.5  Đo và ghi các số liệu

Thực hiện các phép đo và ghi số liệu sau.

• Các hình ảnh và mô tả bố trí thử nghiệm.

• Hình ảnh mẫu thử trước, trong và sau mỗi thử nghiệm. Máy quay phim hồng ngoại để xác định các diện tích đốt nóng cục bộ trong các thử nghiệm có thể hữu ích.

• Các hình ảnh và mô tả thiệt hại cho mẫu thử.

• Ghi lại các dữ liệu môi trường phòng thí nghiệm (như nhiệt độ, áp suất và độ ẩm), ngày thử nghiệm, người thực hiện và làm chứng cho các thử nghiệm và vị trí thử nghiệm.

• Ghi các sau lệch bất kỳ so với quy trình thử nghiệm.

• Ghi các kết quả của mỗi thử nghiệm biểu diễn cực tính, biên độ dòng, dạng sóng, năng lượng riêng và điện tích dịch chuyển tại các điểm thử nghiệm có thể áp dụng.

D.3.3.6  Quy trình thử nghiệm

Quy trình thử nghiệm như sau:

a) Đo điều kiện môi trường phòng thí nghiệm.

b) Xem xét và thực hiện các quy trình an toàn. Một số khu vực quan tâm như sau: Các khu vực thử nghiệm phải an toàn và sạch sẽ trước khi cắm điện thiết bị thử nghiệm, các bộ tụ điện phải được ngắn mạch sau các thử nghiệm và trước khi tái đưa vào cá thể bên trong khu vực thử nghiệm. Bảo vệ mắt và tai có thể được yêu cầu.

c) Hiệu chỉnh máy phát điện và dụng cụ đo đạc như sau.

1) Chèn một thanh dẫn điện lên trên hoặc trong chỗ đặt mẫu thử có các thuộc tính vật liệu tương tự như mẫu thử để đảm bảo phóng điện máy phát sẽ không thiệt hại mẫu thử.

2) Nối thanh dẫn điện vào đầu nối dòng phản hồi của máy phát dòng thử nghiệm.

3) Khởi tạo phóng điện tới thanh trong khi đo dạng sóng dòng điện sử dụng.

4) Nếu mức dòng điện hoặc dạng sóng không đúng, điều chỉnh các tham số máy phát.

5) Lặp lại các bước 3) sang 4) nếu cần để thu được dạng sóng yêu cầu.

6) Tháo bỏ thanh dẫn điện.

d) Làm sạch mẫu thử để loại bỏ bụi bẩn, các mảnh vụn và các chất ô nhiễm khác mà có thể ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

e) Áp dụng thử nghiệm ban đầu cho mẫu thử.

f) Kiểm tra mẫu thử và ghi các kết quả vào tài liệu.

g) Nếu kế hoặc thử nghiệm yêu cầu, tháo điện cực sang vị trí mới và lặp lại các bước e) và (f).

D.3.3.7  Giải thích số liệu

Các mẫu thử phải trải qua một đánh giá thử nghiệm đạt chuẩn kỹ lưỡng để xác định sự phù hợp của thiết kế liên quan đối với tiêu chí đạt/không đạt. Các hình ảnh biểu diễn đường hồ quang, điểm lối vào và các diện tích thiệt hại trên mẫu thử phải được xem xét để cung cấp một hiểu biết về các hiệu ứng thiệt hại.

D.3.4  Thử nghiệm dòng điện dẫn

D.3.4.1  Mục đích thử nghiệm

Thử nghiệm này có thể áp dụng cho các dây dẫn sét, các thành phần kết nối và các thành phần cơ khí cố định hoặc linh hoạt khác mà có trong đường dẫn dòng giữa hệ thống đầu thu sét và hệ thống nối đất tuabin gió. Thử nghiệm có thể so sánh với các phương pháp thử nghiệm trong EN 50164-1 mà không áp dụng điều kiện/tuổi thọ. Nếu sử dụng EN 50164-1 cho việc kiểm tra các bộ phận nối sét trên các tuabin gió, các mức thử nghiệm dòng điện sét phải được chọn theo cú sét ngắn ban đầu của mức LPL được chọn.

Thử nghiệm có thể được sử dụng để đánh giá.

• Khả năng dẫn dòng điện sét;

• Gia tăng nhiệt độ trong các dây dẫn và các kết nối;

• Hồ quang và đánh lửa trong các vòng bi, các tiếp điểm trượt, các chổi than và các thành phần kết nối chung;

• Các hiệu ứng lực từ;

• Dẫn điện phù hợp của các giao điểm và vật liệu sợi cacbon tổng hợp.

D.3.4.2  Mẫu thử

Mẫu thử phải là một bộ phận sản xuất tỷ lệ như các phần hoặc phần phụ của các kết cấu dẫn điện hay của các dây dẫn sét mà có các giao điểm giữa các thành phần hoặc bộ phận cấu thành, như các mối nối liên kết kết dính, các mối nối được xiết chặt, các vòng bi và chổi than. Các mẫu thử kết cấu phải đủ lớn để cho phép thu nhận được một phân bố dòng điện sét tiêu biểu.

D.3.4.3  Bố trí thử nghiệm

Bố trí thử nghiệm như sau:

• Gắn mẫu thử trong một thiết bị gá. Hình D.12 biểu diễn cách bố trí tiêu biểu.

• Nối đất tất cả các phần cứng tới kết cấu mẫu thử được nối đất bình thường.

• Nối các đầu nối phản hồi và ra của máy phát tới mẫu thử để các dòng điện thử nghiệm được dẫn qua mẫu thử theo cách điển hình khi cánh hoặc kết cấu khác khi bị sét đánh. Cực tính của máy phát thường không liên quan. Đảm bảo các lực từ và các tương tác khác liên quan đến dòng chảy trong mẫu thử được kiểm soát để đảm bảo chúng đại diện cho tình huống tự nhiên.

• Đặt thiết bị cảm biến và ghi.

CHÚ THÍCH: Một bố trí bán đồng trục của các dây dẫn và các mẫu thử có thể được sử dụng để giảm thiểu lực từ do dòng điện trong dây dẫn mang dòng thử nghiệm đi ra và đi vào mẫu thử và để thu được một phân bố dòng điện thực tế dẫn qua mẫu thử. Hình D.11 cho thấy một sự sắp xếp điển hình cho thử nghiệm một phần cánh tuabin gió. Đo điện áp cảm ứng bên trong dây điện mà có thể được lắp đặt trong một cánh cũng có thể được thực hiện trong các thử nghiệm dẫn điện, như được mô tả trong Điều 8.

D.3.4.4  Các dạng sóng dòng điện thử nghiệm

Áp dụng các dòng thử nghiệm được lấy từ Điều 8 của IEC 62305-1, và được mô tả trong D.3.2.4.

Áp dụng các dòng thử nghiệm cụ thể được xác định bởi mức độ bảo vệ đã được chỉ định cho bộ phận kết cấu tuabin gió đang được thử nghiệm. Biên độ dòng thử nghiệm được áp dụng cho mẫu thử chỉ đại diện cho một phần của mặt cắt ngang dẫn điện của kết cấu (ví dụ như hai dây dẫn sét song song trong cánh) phải được thu nhỏ dựa trên tỷ lệ phần trăm của mặt cắt ngang mẫu thử theo toàn bộ mặt cắt ngang (giả sử độ dẫn đồng nhất). Thông thường, dòng điện này được tăng lên đến 50 % theo các giá trị không cân bằng có thể của dòng điện phân bố trong cả mặt cắt ngang kết cấu.

D.3.4.5  Đo và ghi lại các số liệu

Thực hiện các phép đo và các bản ghi số liệu sau:

• Các hình ảnh và mô tả bố trí thử nghiệm.

• Các hình ảnh về các điểm phun.

• Các hình ảnh của mẫu thử trước, trong và sau mỗi thử nghiệm. Máy quay phim hồng ngoài để xác định các khu vực tỏa nhiệt cục bộ trong các thử nghiệm có thể hữu ích.

• Các hình ảnh và mô tả thiệt hại cho mẫu thử.

• Ghi lại các dữ liệu môi trường phòng thí nghiệm (như nhiệt độ, áp suất và độ ẩm), ngày thử nghiệm, người thực hiện và làm chứng cho các thử nghiệm và vị trí thử nghiệm.

• Ghi các sai lệch bất kỳ so với quy trình thử nghiệm.

• Ghi các kết quả của mỗi thử nghiệm biểu diễn cực tính, biên độ dòng, dạng sóng, năng lượng riêng và điện tích dịch chuyển tại các điểm thử nghiệm có thể áp dụng.

Các bố trí khác xác nhận cho các thử nghiệm dòng điện, như nguyên lý đòn bẩy, cũng được phép sử dụng.

Hình D.12 - Ví dụ về bố trí thử nghiệm dòng điện dẫn

D.3.4.6  Quy trình thử nghiệm

Quy trình thử nghiệm như sau:

a) Đo điều kiện môi trường phòng thí nghiệm.

b) Xem xét và thực hiện các quy trình an toàn. Một số khu vực quan tâm như sau: Các khu vực thử nghiệm phải an toàn và sạch sẽ trước khi cắm điện thiết bị thử nghiệm, các bộ tụ điện phải được ngắn mạch sau các thử nghiệm và trước khi tái đưa vào cá thể bên trong khu vực thử nghiệm. Bảo vệ mắt và tai có thể được yêu cầu.

c) Hiệu chỉnh máy phát điện và dụng cụ đo đạc như sau.

1) Tháo máy phát dòng điện phản hồi và cao khỏi mẫu thử và nối chúng vào thanh cái dẫn điện gần hoặc đặt trong mẫu thử. Thanh dẫn phải có các thuộc tính vật liệu tương tự như mẫu thử.

2) Sử dụng một thử nghiệm cho thanh dẫn trong đi đo dạng sóng dòng điện áp dụng.

3) Nếu mức dòng điện hoặc dạng sóng không đúng, điều chỉnh các tham số máy phát.

4) Lặp lại các bước 2) sang 3) nếu cần để thu được dạng sóng yêu cầu.

5) Tháo bỏ thanh dẫn và gắn lại máy phát vào mẫu thử.

d) Làm sạch mẫu thử sử dụng kỹ thuật thích hợp để loại bỏ bụi bẩn, các mảnh vụn và các chất ô nhiễm khác mà có thể ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

e) Áp dụng thử nghiệm cho mẫu thử.

f) Kiểm tra mẫu thử và ghi các kết quả vào tài liệu.

g) Lặp lại các bước e) và (f) để áp dụng các thử nghiệm bổ sung như được đề ra trong kế hoạch thử nghiệm.

CHÚ THÍCH: Thường thích hợp áp dụng các dòng điện có biên độ thấp cho mẫu thử để xác định các cài đặt máy phát cần thiết để đạt được dòng điện tỷ lệ mong đợi. Nếu điều này được thực hiện, bước c) có thể được bỏ qua.

D.3.4.7  Giải thích kết quả

Các mẫu thử phải trải qua một đánh giá thử nghiệm đạt chuẩn kỹ lưỡng để xác định sự phù hợp của thiết kế đối với tiêu chuẩn đạt/không đạt.

Các tiêu chí đạt/không đạt được xác định trong EN 50164-1, mà có thể được chấp nhận.

 

Phụ lục E

(tham khảo)

Áp dụng khái niệm các vùng bảo vệ chống sét (LPZ) trong tuabin gió

E.1  Định nghĩa các vùng bảo vệ chống sét

Để thiết kế một hệ thống bảo vệ chống sét cho một kết cấu, thuận tiện khi chia kết cấu vào các vùng bảo vệ chống sét (LPZ), trong đó định nghĩa môi trường điện từ sét. Bảng E.1 liệt kê các định nghĩa về vùng bảo vệ chống sét theo IEC 62305-1.

Bảng E.1 - Định nghĩa các vùng bảo vệ chống sét theo IEC 62305-1

Khu vực ngoài trời
LPZ 0	Vùng mà đe dọa do trường điện từ sét không suy giảm và các hệ thống bên trong có thể phải chịu toàn bộ hoặc một phần dòng đột biến điện. LPZ 0 được chia thành:
LPZ 0A	Vùng mà đe dọa do sét đánh trực tiếp và trường điện từ sét toàn phần. Các hệ thống bên trong có thể phải chịu một phần hoặc toàn bộ dòng đột biến sét
LPZ 0B	Vùng được bảo vệ chống sét đánh trực tiếp nhưng tại đó có đe dọa trường điện từ sét toàn phần. Các hệ thống bên trong có thể phải chịu một phần dòng đột biến sét
Khu vực trong nhà
LPZ 1	Vùng mà dòng đột biến bị hạn chế bằng cách chia dòng và bằng các giao diện cách ly và/hoặc bằng SPD ở đường biên. Màn chắn không gian có thể giảm trường điện từ sét
LPZ 2, ..., n	Vùng mà dòng đột biến có thể được tiếp tục hạn chế bằng cách chia dòng và bằng các giao diện cách ly và/hoặc các SPD bổ sung cho đường biên. Có thể sử dụng màn chắn không gian tăng cường để tiếp tục giảm trường điện từ sét.
CHÚ THÍCH 1: Nói chung, chỉ số của vùng riêng càng cao thì các tham số trường điện từ môi trường càng thấp. CHÚ THÍCH 2: Giới hạn dòng điện bằng cách phân dòng đề cập đến việc giảm tải mang dòng của các dây dẫn riêng rẽ của hệ thống bảo vệ chống sét nhờ phân bố dòng điện sét ban đầu giữa một số dây dẫn.

E.2  Vùng LPZ 0

Ranh giới giữa LPZ 0_A và LPZ 0_B có thể được xác định bằng mô hình quả cầu lăn như thể hiện trong Hình E.1 (xem thêm IEC 62305-1 và IEC 62305-3). Các vùng đánh dấu màu xám là LPZ 0_B nơi sét không thể đánh vào, và phần còn lại của bề mặt tuabin gió là LPZ 0_A. Các vị trí tựa vào nhau làm quả cầu không thể lăn được bảo vệ chống sét đánh trực tiếp. Như có thể thấy, sét có thể đánh vào hầu hết các bề mặt của tuabin gió - các vùng như vậy được gọi là LPZ 0_A. Mô hình tính toán cũng có thể được sử dụng; các mô hình này thường dựa trên phương pháp quả cầu lăn. Các hệ thống bên trong của LPZ 0_B có thể phải chịu một phần dòng đột biến sét.

Bằng các đầu thu sét (ví dụ các cọc dẫn sét) được đặt ở rìa phía sau của nắp vỏ tuabin, một LPZ 0_B có thể được tạo ra ở phía trên của vỏ tuabin do đó các dụng cụ khí tượng học có thể được bảo vệ chống sét đánh trực tiếp. Dưới chân của tuabin gió đó cũng là một LPZ 0_B, nơi mà nếu có một buồng chứa máy biến áp thì nó sẽ được bảo vệ chống sét đánh trực tiếp.

Các công cụ định vị hệ thống đầu thu sét (quả cầu lăn, góc bảo vệ, v.v...) trong IEC 62305-3 không áp dụng cho cánh gió tuabin. Do đó, thiết kế hệ thống đầu thu sét phải được kiểm tra xác nhận theo 8.2.3.

Hình E.1 - Mô hình quả cầu lăn

E.3  Các vùng khác

Ranh giới giữa LPZ 0_A hoặc LPZ 0_B và LPZ 1 có thể được thực hiện tại cột tháp hoặc tại điểm cao nhất của vỏ tuabin nếu có một vỏ kim loại hoặc lưới bảo vệ kim loại đủ để bảo vệ các thành phần bên trong (lồng Faraday xung quanh phần bên trong của vỏ tuabin là tối ưu). Trong trường hợp các lớp phủ vỏ tuabin là vật liệu GFRP, đề xuất một khung hoặc đai kim loại được tích hợp vào trong lớp phủ vỏ bọc động cơ tối thiểu xác định diện tích bên trong như vùng 0_B để bảo vệ các thành phần vỏ bọc động cơ tránh sét đánh trực tiếp hoặc dòng tiên đạo sét không có cú sét phản hồi (xem Hình E.2 và E.3). Điều này phải được liên kết xuyên suốt cho đế truyền động điều khiển cơ khí của động cơ. Lý tưởng nhất, một lưới kim loại trong một vỏ vật liệu GFRP phải được tích hợp vào khung này để xác định vỏ tuabin như LPZ 1. Một lưới có kích thước dạng lưới đan lớn, lên đến vài mét kích cỡ dạng lưới đan, sẽ bảo vệ vỏ tuabin bảo vệ chống sét đánh trực tiếp và dòng tiên đạo sét không có cú sét phản hồi. Từ trường và điện trường sẽ chỉ có suy giảm nhỏ.

Một lưới có kích thước dạng lưới đan nhỏ cũng sẽ bảo vệ đối với sét đánh trực tiếp và dòng tiên đạo sét không có cú sét phản hồi. Tùy thuộc vào kích thước dạng lưới đan và độ dày của lưới, lưới có thể có độ suy giảm cao đối với các điện trường và từ trường. Theo quy luật của dông, suy giảm sẽ có hiệu lực ở một khoảng cách từ lưới bằng với kích thước dạng lưới đan.

Các Hình E.5 và E.6 biểu diễn cách mà bên trong tuabin gió có thể được chia thành các vùng bảo vệ LPZ 1 và LPZ 2. Vỏ tuabin (có một số lưới bao phủ), cột tháp và các kiốt biến áp là vùng bảo vệ LPZ 1. Các thiết bị bên trong buồng kim loại trong các diện tích LPZ 1 nằm trong vùng bảo vệ LPZ 2 (xem Chú thích). Ví dụ, kiểm soát trong buồng bên trong một cột tháp kim loại là vùng LPZ 2, nhưng trong buồng kim loại bên ngoài cột tháp lại là LPZ 1 hoặc LPZ 2 (Chú thích 1).

Nếu cột tháp được làm bằng một ống kim loại và có kết nối điện tốt giữa các bộ phận của cột tháp, LPZ bên trong cột tháp có thể được xác định như LPZ 2. Một cột tháp thép hình ống là một lồng Faraday rất hiệu quả, miễn là nó điện từ kín ở trên và dưới. Thiết bị rất nhạy cảm có thể được đặt bên trong một vùng vẫn được bảo vệ nhiều hơn, LPZ 3, ở mức các buồng kim loại khác (Chú thích 1). Có độ nhạy của các thành phần trong một vùng nhất định (tức là các giới hạn chịu đựng) xác định độ ảnh hưởng của sét (như từ và điện trường dòng điện, điện áp) phải được giảm xuống trong vùng đó. Do đó, không có giá trị cụ thể của dòng điện, điện áp và điện từ trường trong từng vùng được đề xuất trong bộ tiêu chuẩn IEC 62305.

CHÚ THÍCH: Đối với một buồng kim loại, chống lại sự suy giảm từ và điện trường phụ thuộc vào cách thiết kế buồng kim loại. Đối với các buồng EMC, nhà chế tạo có thể cung cấp các phép đo độ suy giảm của từ và điện trường.

Hình E.2 - Lưới có kích thước dạng lưới đan lớn cho vỏ tuabin phủ vật liệu GFRP

Hình E.3 - Lưới có kích thước dạng lưới đan nhỏ cho vỏ tuabin phủ vật liệu GFRP

E.4  Các ranh giới vùng

Tại mỗi ranh giới vùng, phải đảm bảo rằng cáp và dây dẫn qua ranh giới không dẫn phần lớn dòng điện sét hoặc các chuyển tiếp điện áp vào vùng bảo vệ chống sét có mức cao hơn. Điều này được thực hiện bằng các thực tiễn liên kết và bảo vệ thích hợp và bảo vệ quá áp cho các cáp và dẫn dẫy ở ranh giới vùng. Mục đích là để giảm dòng điện và điện áp đến một mức độ cho phép để thiết bị được đặt trong vùng bảo vệ có mức cao hơn.

Số lượng thành phần cần thiết để bảo vệ chống quá áp (SPD) có thể được giảm bằng cách phân chia thích hợp thành các vùng, vị trí thích hợp của cáp, sử dụng cáp có màn chắn và sử dụng sợi quang để truyền tín hiệu và dữ liệu.

Các vùng kế tiếp được đặc trưng bởi những thay đổi đáng kể về độ nghiêm trọng của xung LEMP. Ranh giới của một LPZ được xác định bởi các biện pháp bảo vệ sử dụng để chống lại suy giảm của từ và điện trường.

Trong một số tình huống đặc biệt, có thể cần thiết đi trực tiếp từ LPZ 0_B đến LPZ 2. Điều này đặt yêu cầu cao hơn về các thành phần bảo vệ tại các ranh giới vùng mà phải giảm các tham số ảnh hưởng tới mức độ cần thiết.

Vùng bảo vệ chống sét có thể được nối qua màn chắn của cáp có vỏ hoặc qua các ống dẫn bảo vệ cáp, nhờ đó khi hai tủ điều khiển được đặt cách riêng một khoảng có thể được nối mà không cần phải sử dụng SPD trên mạch chính (xem Hình E.4). Tương tự như vậy, một buồng được định nghĩa là LPZ 2 có thể được mở rộng bằng cáp có vỏ để bao gồm một hộp cảm biến kim loại bên ngoài cũng được xác định là LPZ 2.

Hình E.4 - Hai buồng đều được xác định là LPZ 2 được nối thông qua màn chắn của cáp có màn chắn

E.5  Các yêu cầu của vùng bảo vệ

Để tránh xảy ra thiệt hại hay hỏng hóc không thể chấp nhận, cần phải đảm bảo rằng trong một vùng nhất định, không có thành phần nào được tiếp xúc với các phần dòng điện sét, các chênh lệch điện áp hoặc các trường điện từ và điện trường vượt các mức chịu đựng của chúng. Để đáp ứng các yêu cầu này, phải thực hiện và ghi lại thử nghiệm và xác minh.

Bảo vệ có thể đạt được bằng cách sử dụng SPD phối hợp, nhờ sử dụng cáp có màn chắn, nhờ sử dụng các tuyến cáp chắn điện, hoặc sự kết hợp khi cần thiết.

Hình E.5 - Ví dụ: Chia tuabin gió thành các vùng bảo vệ chống sét khác nhau

Hình E.6 - Ví dụ về cách phân chia LPMS của hệ thống điện bên trong thành các vùng bảo vệ có chỉ dẫn về nơi các mạch đi qua ranh giới LPZ và biểu diễn các cáp dài chạy giữa đế cột tháp và vỏ tuabin

 

Phụ lục F

(tham khảo)

Lựa chọn và lắp đặt bảo vệ SPD phối hợp trong tuabin gió

F.1  Vị trí của SPD

IEC 62305-4 có thông tin chi tiết về vị trí của các SPD. Tiêu chuẩn đó đưa ra thông tin về các giới hạn của khoảng cách cáp mà SPD cung cấp bảo vệ do các hiệu ứng cảm ứng và hiện tượng dao động.

IEC 61643-12 đưa thêm một số ví dụ trong đó có thể cần bảo vệ bổ sung, như:

• có thiết bị rất nhạy;

• khoảng cách giữa SPD được đặt tại lối vào tới LPZ và thiết bị được bảo vệ là quá dài;

• các trường điện từ bên trong kết cấu được tạo bởi các nguồn nhiễu bên trong.

Điều D.2.3 của IEC 62305-4 mô tả khoảng cách bảo vệ dao động. Khoảng cách bảo vệ dao động là độ dài lớn nhất của mạch điện giữa SPD và thiết bị, mà bảo vệ SPD vẫn thích hợp, có tính đến hiện tượng dao động và tải điện dung. Hiện tượng dao động có thể được bỏ qua nếu chiều dài của mạch điện giữa SPD và thiết bị nhỏ hơn 10 m hoặc nếu mức bảo vệ hiệu quả là 50 % điện áp chịu xung danh định của thiết bị đặt phía tải.

Điều D.2.4 của IEC 62305-4 mô tả các vấn đề về khoảng cách bảo vệ cảm ứng. Khoảng cách bảo vệ cảm ứng là chiều dài tối đa của mạch điện giữa SPD và thiết bị mà bảo vệ SPD vẫn thích hợp, có tính đến hiệu ứng cảm ứng. Hiệu ứng cảm ứng có thể được giảm thiểu bằng cách sử dụng màn chắn không gian và màn chắn đường dây - xem thêm Phụ lục G.

Do quá điện áp, gây ra bởi ví dụ các thao tác chuyển mạch hoặc thao tác ngắt cầu chảy trong hệ thống điện tuabin gió hoặc trong các hệ thống điện mà tuabin gió được nối tới, các SPD bổ sung trong LPZ có thể là cần thiết - xem thêm Điều F.7.

F.2  Lựa chọn các SPD

Nói chung, SPD có thể được lựa chọn dựa trên các tấm thông số và thông tin sản phẩm của SPD.

CHÚ THÍCH: Chứng nhận thử nghiệm IEC-CB đưa ra một bằng chứng độc lập về SPD tuân thủ các tiêu chuẩn liên quan IEC 61643-1 và IEC 61643-21.

F.3  Lắp đặt SPD

Với chiều dài ngày càng tăng của các dây nối SPD, hiệu quả bảo vệ chống quá điện áp bị giảm đi. Để đạt được bảo vệ tối đa, tổng chiều dài dây nối nên được giữ càng ngắn càng tốt.

Đối với lắp đặt SPD trong tuabin gió:

• tổng chiều dài dây nối không nên vượt quá 0,5 m;

• sơ đồ lắp đặt điểm-điểm phải theo Hình F.1;

• các nối đất 5a và 5b phải theo Hình F.2.

Hình F.1 - Sơ đồ lắp đặt điểm - điểm (Hình 53E trong TCVN 7447-5-53 (IEC 60364-5-53))

Hình F.2 - Sơ đồ lắp đặt nối đất (Hình A.1 trong TCVN 7447-5-53 (IEC 60364-5-53))

F.4  Ứng suất môi trường của SPD

IEC 61643-1 quy định:

• nhiệt độ làm việc và lưu kho từ -5 °C đến +40 °C (phạm vi bình thường) và -40 °C đến +70 °C (phạm vi mở rộng);

• độ ẩm tương đối trong các điều kiện trong nhà phải trong khoảng từ 30 % đến 90 %;

• hiện nay IEC 61643-1 chưa bao gồm các yêu cầu về rung.

Nếu ứng suất môi trường thực của SPD lắp trong các tuabin gió vượt quá các giá trị cho trong IEC 61643-1, thì phải áp dụng phương pháp thử nghiệm và giá trị ứng suất thích hợp trong TCVN 7699 (IEC 60068). Nhà chế tạo tuabin gió phải quy định rõ các yêu cầu về điểm lắp đặt cụ thể, ví dụ như vỏ tuabin và hub.

F.5  Chỉ thị trạng thái của SPD và giám sát SPD trong trường hợp hỏng SPD

Các SPD có thể bị quá tải do dòng điện sét cao bất thường hoặc do ứng suất lặp lại. Hơn nữa, các bộ phận quan trọng của các hệ thống điện và điện tử của tuabin gió có thể đòi hỏi tăng các yêu cầu về tính sẵn có.

Trong các ứng dụng như vậy, được nhà chế tạo tuabin gió xác định, SPD có thể cung cấp một kết hợp về tính liên tục của nguồn cung cấp và tính liên tục của bảo vệ như mô tả trong TCVN 7447-5-53 (IEC 60364-5-53).

Nếu cần, điều này có thể được cung cấp bởi, ví dụ:

• hệ thống giám sát SPD;

• cơ chế kiểm soát và phát tín hiệu bên trong SPD để đưa ra cảnh báo chống hỏng SPD tiếp theo;

• việc phát tín hiệu từ xa có thể được đưa vào hệ thống giám sát và điều khiển tổng thể của tuabin gió.

F.6  Lựa chọn SPD liên quan đến mức bảo vệ (U_p) và miễn nhiễm ở cấp hệ thống

Khi cần thiết, miễn nhiễm ở cấp hệ thống có thể được kiểm tra bằng thử nghiệm cấp hệ thống. Các phương pháp có thể có đối với thử nghiệm miễn nhiễm cấp hệ thống được mô tả trong Phụ lục H.

F.7  Lựa chọn SPD liên quan đến quá điện áp tạo thành bên trong tuabin gió

Quá điện áp gây ra do các thao tác chuyển mạch trong hệ thống điện tuabin gió hoặc trong hệ thống điện mà tuabin gió được nối tới, phải được xem xét khi lựa chọn và áp dụng các biện pháp bảo vệ quá điện áp cho tuabin gió.

Các ví dụ có thể có về các quá điện áp được tạo ra trong tuabin gió có thể là:

• ngắn mạch lưới;

• bộ chuyển đổi tĩnh (năng lượng được tích trong trường hợp ngắt mạch);

• dòng phóng điện dung tăng do chu kỳ biến đổi năng lượng;

• chuyển mạch tải do bộ chuyển mạch điện áp thấp.

F.8  Lựa chọn SPD liên quan đến dòng phóng (I_n) và dòng xung (I_imp)

Nói chung, tuabin gió được dựng trên các vị trí rộng chịu nhiều tác động. Hơn nữa, do chiều cao ngày càng tăng của tuabin gió, xác suất bị sét đánh tăng lên. Cách thức có thể làm tăng tuổi thọ của SPD trong trường hợp số lượng sét đánh vào lớn là chọn SPD có các tham số dòng phóng và dòng xung cao hơn giá trị cho trong TCVN 7447-5-53 (IEC 60364-5-53), xem Bảng F.1. Các mạch nối thiết bị nằm trong vùng bảo vệ LPZ 0_B có thể được coi là các mạch tiếp xúc đặc biệt, như mô tả trong 8.5.6.10. Thiết bị này được phân loại là thiết bị lắp đặt bên ngoài, theo IEC 62305-4 Điều B.9.

Một ví dụ điển hình về thiết bị lắp đặt bên ngoài tuabin gió là hệ thống đo gió, v.v....

Trong trường hợp như vậy, SPD bên trong các tuabin gió cần đáp ứng các yêu cầu của Bảng F.2

Bảng F.1 - Các mức dòng phóng và dòng xung đối với hệ thống TN nêu trong TCVN 7447-5-53 (IEC 60364-5-53)

SPD cấp I - Iimp (10/350)

12,5 kA đối với mỗi chế độ bảo vệ

SPD cấp II - In (8/20)

5 kA đối với mỗi chế độ bảo vệ

Bảng F.2 - Ví dụ về các mức dòng phóng và dòng xung tăng lên đối với hệ thống TN

SPD cấp I - Iimp (10/350)

25 kA đối với mỗi chế độ bảo vệ

SPD cấp II - In (8/20)

15 kA đối với mỗi chế độ bảo vệ

Khi sử dụng SPD kết hợp cho các mục đích bảo vệ theo cả SPD cấp I và SPD cấp II, thông số đặc trưng của các dòng I_n và I_imp phải phù hợp với các giá trị trong Bảng F.1 và F.2.

Khi được dẫn từ tuabin gió xuống đất, dòng điện sét được chia giữa các hệ thống đầu thu sét, các bộ phận dẫn điện bên ngoài (nếu có) và đường dây cung cấp, trực tiếp hoặc thông qua SPD nối với đường dây. Mức độ dòng điện chuyển hướng qua các SPD riêng rẽ phụ thuộc vào số lượng các tuyến dẫn song song giữa biến đổi dòng điện được chia và các trở kháng của các tuyến dẫn đó - IEC 62305-1 Phụ lục E cung cấp chỉ dẫn về cách tính toán.

 

Phụ lục G

(tham khảo)

Thông tin bổ sung về liên kết và kỹ thuật che chắn và lắp đặt

G.1  Thông tin bổ sung về liên kết

Do bản chất quá độ của dòng điện sét, sụt áp đỉnh dọc theo dây dẫn có thể lấy xấp xỉ bằng

(G.1)

trong đó

L [H/m] là điện cảm của dây dẫn;

di/dt [A/s] là tốc độ thay đổi lớn nhất của dòng điện sét.

Điện cảm của một dây dẫn có thể thường được xem xét trong khoảng 1 µH/m và di/dt tối đa có thể thay đổi từ 0,2 kA/ms đến 200 kA/ms phụ thuộc vào cú sét đánh và mức chia dòng giữa các dây dẫn riêng. Do đó, chênh lệch điện áp dọc theo dải liên kết có thể lên đến 200 kV/m.

Xem xét hệ thống thể hiện trong Hình G.1 có hai buồng điều khiển nằm trên các mặt phẳng kim loại khác nhau bên trong một vỏ tuabin gió. Dòng điện sét dẫn vào mặt phẳng phía trên và truyền tới mặt phẳng phía dưới thông qua dải liên kết. Khi dòng điện sét dẫn qua dải liên kết, điện thế của buồng 1 được nâng lên so với buồng 2. Các kết quả có thể có của sự thay đổi điện thế này có thể làm hỏng các thành phần nằm trong buồng 1 hoặc 2. Tình hình có thể được cải thiện bằng các liên kết tốt, lắp đặt cáp thích hợp và hoặc SPD bảo vệ dây tín hiệu hoặc bằng cách sử dụng cáp tín hiệu có màn chắn liên kết bảo vệ ở cả hai đầu.

Hình G.1 - Hai buồng điều khiển nằm trên các mặt phẳng kim loại khác nhau trong vỏ tuabin

Sử dụng nhiều dải liên kết và tối giản chiều dài dải liên kết sẽ có thể dẫn đến chênh lệch điện áp thấp nhất giữa hai mặt phẳng kim loại.

Do đó, liên kết trong tuabin gió cần sử dụng nhiều dây dẫn để:

• có khả năng mang một phần dòng điện sét dự báo để dẫn qua đường dẫn đang xem xét;

• càng ngắn và thẳng càng tốt.

Hệ thống đi dây cũng có thể được bảo vệ bằng các dây dẫn nhất định trong ống dây/ống bao cáp hay bằng cách sử dụng cáp có màn chắn như trong IEC/TR 61000-5-2.

G.2  Thông tin bổ sung liên quan đến bảo vệ LEMP

Thông tin chi tiết về màn chắn không gian, định tuyến dây và màn chắn đường dây được đưa ra trong IEC 62305-4, Điều A.2.1.

Nói chung, mức chịu điện áp và dòng điện quá độ (miễn nhiễm) của thiết bị phải được ghi thành tài liệu bằng cách thử nghiệm EMC theo IEC 61000-4-X, và khi đó các mức miễn nhiễm xác định dước sẽ được sử dụng để đánh giá sự cần thiết của bảo vệ bổ sung cho thiết bị trong môi trường ở các vùng LPZ riêng. Hơn nữa, mức chịu cách điện của dây dẫn, v.v... cần được ghi thành tài liệu theo tiêu chuẩn phối hợp cách điện IEC 60664-1.

G.3  Thông tin bổ sung về kỹ thuật màn chắn và lắp đặt

Khi dòng điện sét dẫn qua tuabin gió sẽ sinh ra từ trường lớn. Nếu các từ trường thay đổi này đi qua một vòng dây, chúng sẽ cảm ứng các điện áp trong vòng dây đó. Biên độ điện áp tỷ lệ với tốc độ thay đổi của từ trường và diện tích vòng dây đó. Người xây dựng phải xem xét độ lớn của điện áp cảm ứng này và đảm bảo điện áp đó không vượt quá mức chịu đựng của cáp và thiết bị kèm theo.

Sơ đồ dưới đây cho thấy một vòng dây chạy bên cạnh dây dẫn mang dòng. Điện áp U sẽ tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi của từ trường (xem Hình G.2).

Hình G.2 - Cơ chế cảm ứng từ

Điều này có thể được biểu diễn bằng công thức sau:

(G.2)

trong đó:

ϕ [Wb]  từ thông liên kết vòng;

U [V]  điện áp cảm ứng trong vòng dây.

Có thể biểu diễn tổng từ thông dẫn qua vòng dây là:

(G.3)

Do đó, điện áp cảm ứng trong vòng dây là:

(G.4)

trong đó:

µ₀ là độ dẫn từ của không khí và các kích thước khác như đã được đưa ra trên sơ đồ;

M [H/m]  hỗ cảm giữa vòng dây và dây dẫn mang dòng.

Khi vòng dây là kín, dòng điện được cảm ứng trong vòng dây là:

(G.5)

trong đó:

L là tự cảm của vòng dây;

u  điện áp vòng dây hở.

Xem IEC 62305-4 về một thảo luận chi tiết của các điện áp và dòng điện cảm ứng.

Điện áp này sẽ là một ví dụ về điện áp vi sai, tức là điện áp cảm ứng giữa hai dây trong hệ thống. Để ngăn chặn điện áp cảm ứng bên trong dây dẫn điện, rõ ràng là việc giảm đỉnh thay đổi của từ trường dẫn qua một vòng dây và giảm tiết diện vòng dây sẽ dẫn đến điện áp cảm ứng thấp hơn. Điều này có thể đạt được theo các cách:

• tăng khoảng cách giữa các dây dẫn mang dòng và mạch điện: Phương pháp giảm điện áp cảm ứng này sẽ làm việc, nhưng không thể thường có bên trong đường biên của một tuabin gió. Tuy nhiên, nếu có thể thiết lập một đường dẫn dòng điện sét thích hợp, như bên trong vỏ tuabin, thì có thể xem xét lại vị trí của dây dẫn cho tuabin gió;

• sử dụng cáp đôi xoắn: việc sử dụng cáp đôi xoắn sẽ làm giảm mức điện áp cảm ứng. Điều này là do giảm hiệu quả về diện tích - mà qua đó từ trường dẫn tới “không”. Do đó, hệ thống cáp đôi xoắn sẽ làm giảm điện áp phương thức vi sai, nhưng điện áp phương thức chung có thể vẫn còn tồn tại;

• sử dụng màn chắn: việc đặt dây dẫn trong các ống thép hoặc ống dẫn kim loại là tốt vì các cáp này sẽ có màn chắn rất hiệu quả tránh từ trường. Việc sử dụng cáp có màn chắn cũng cung cấp hiệu ứng tương tự cho các dây dẫn nằm trong các màn chắn. Điều quan trọng cần lưu ý là mặc dù bảo vệ chỉ có thể khi cả hai đầu của màn chắn/ống/ống dẫn được liên kết trực tiếp. Nếu không, nói cách khác nếu chỉ có một đầu màn chắn dây dẫn được liên kết, thì sẽ không có bảo vệ chống ghép nối cảm ứng/ghép nối từ.

Trong hầu hết các trường hợp, màn chắn cáp sẽ cung cấp bảo vệ tốt đối với xung LEMP. Màn chắn phải được liên kết đúng (kết nối 360° với bệ máy thiết bị) ở cả hai đầu để làm việc như mong đợi.

Nếu cáp dài hoặc các xung dòng cao, các tính toán sẽ cho thấy điện áp cảm ứng giữa màn chắn và dây dẫn sẽ cao. Nếu thiết bị được nối với cáp không thể chịu được các xung điện áp cao này thì việc bảo vệ phải được kết hợp với SPD. Điều này có thể là tình huống giữa đế cột tháp và vỏ tuabin.

Dòng điện sét sẽ chạy trong màn chắn của cáp có màn chắn. Dòng điện sẽ cảm ứng điện áp giữa các dây và màn chắn. Giá trị điện áp này có thể được tính theo trở kháng truyền.

Nếu tín hiệu trong cáp có màn chắn quá nhạy, có thể cần có SPD để bảo vệ dây dẫn.

Hình G.3 - Đo trở kháng truyền

Đo trở kháng truyền có thể thực hiện theo IEC 62153-4-3 khi một dòng điện được cấp vào màn chắn, khi chiều dài cáp được biết và nếu dây dẫn và vỏ không bị ngắn mạch ở một đầu của cáp, thì điện áp có thể được đo ở đầu kia của cáp (xem Hình G.3).

Với dòng thử nghiệm đã biết I_t và điện áp U_c, trở kháng truyền có thể được tính theo:

(G.6)

có thể được sử dụng để tính toán điện áp giữa màn chắn và dây theo:

(G.7)

trong đó

U_c [V] là điện áp giữa màn chắn và các dây dẫn;

l [m] là chiều dài cáp;

I_t [A] dòng điện trong màn chắn;

Z_T [Ω] trở kháng truyền.

Khi cáp được lắp đặt, sụt điện áp sẽ được phân giữa các trở kháng tương đương ở hai đầu của cáp và do đó ảnh hưởng tới các đầu của thiết bị được nối. Ước tính sơ bộ rằng điện áp tính được sẽ được chia đôi giữa hai đầu cáp.

Trong trường hợp cáp điện lực được bảo vệ có các kết nối trở kháng thấp giữa các dây pha và màn chắn/đất, dòng điện sét sẽ được chia giữa màn chắn và các dây pha. Kết nối trở kháng thấp như vậy có thể là SPD để bảo vệ chống quá áp giữa các dây pha và màn chắn/đất ở hai đầu của cáp. Tình huống này sẽ cần phải xem xét đối với cáp điện lực kết nối tuabin gió vào lưới.

IEC 62305-2 Phụ lục D đưa ra chỉ dẫn về cách đánh giá dòng điện sự cố cho các cáp được bảo vệ (tức là mức dòng điện sét dẫn trong màn chắn cáp mà sẽ gây ra hỏng hóc do đánh thủng cách điện cáp).

 

Phụ lục H

(tham khảo)

Phương pháp thử nghiệm cho các thử nghiệm miễn nhiễm cấp hệ thống

Áp dụng các phương pháp thử nghiệm sau cho các thử nghiệm độ miễn nhiễm cấp hệ thống.

- thử nghiệm dòng phóng điện SPD trong các điều kiện vận hành:

a) Trước khi thử nghiệm miễn nhiễm cấp hệ thống:

Thiết bị được bảo vệ, miễn nhiễm của mỗi thiết bị phải được xác định bằng cách áp dụng các phương pháp theo IEC 6100-4-5. Hiệu ứng bảo vệ của SPD phải được xác định với các quy trình thử nghiệm theo IEC 61643-1.

b) Trong thử nghiệm hệ thống thông thường, thiết bị cần bảo vệ được thử nghiệm trong điều kiện vận hành, tức là các thiết bị được kích hoạt và kết nối với nguồn cung cấp điện áp danh định của nó và chịu ứng suất với các tham số dòng phóng danh định của các SPD. Nếu có thể, phải nối các mạch bổ sung, như các đường dây viễn thông, cảm biến, động cơ.

c) Hình H.1 đưa ra một mạch ví dụ của một thử nghiệm dòng phóng điện SPD trong các điều kiện vận hành có các SPD cấp II và hệ thống kiểm soát độ xoay cánh của tuabin gió.

- thử nghiệm cảm ứng do dòng điện sét:

a) Các dòng điện xung phải được dẫn vào tấm lắp đặt bằng kim loại xác định để xem xét đáp ứng của hệ thống hoàn chỉnh trong một trường điện từ được phát ra bởi các dòng điện sét.

b) Hệ thống đang thử nghiệm phải được lắp đặt càng giống thực tế càng tốt.

Lắp ráp được mô phỏng phải có thiết bị riêng, tất cả các SPD được lắp đặt, chiều dài thực và loại đường dây giao nhau.

c) Theo dõi kết quả các dòng điện xung được cảm ứng trong cáp của hệ thống hoàn chỉnh.

d) Các giá trị đặc trưng và có thể áp dụng của dòng điện sét chính phải được lấy từ IEC 62305-1, Bảng C.3.

e) Hình H.2 đưa ra một mạch ví dụ về một thử nghiệm cảm ứng do các dòng điện sét có SPD cấp II với nguồn cung cấp và SPD cho thiết bị điều khiển một hệ thống kiểm soát độ xoay cánh của tuabin gió

- phân loại thử nghiệm khuyến cáo của thử nghiệm miễn nhiễm cấp hệ thống (theo IEC 61000-4-5):

a) Tính năng thông thường trong các giới hạn được quy định bởi nhà chế tạo.

b) Dừng tổn thất tạm thời về chức năng hoặc suy giảm tính năng sau khi không còn nhiễu và từ đó thiết bị thử nghiệm phục hồi tính năng thông thường mà không cần sự can thiệp của người vận hành.

c) Tổn thất tạm thời về chức năng hoặc suy giảm tính năng, cần có điều chỉnh từ sự can thiệp của người vận hành.

d) Tổn thất về chức năng hoặc suy giảm tính năng mà không thể phục hồi do thiệt hại phần cứng hoặc phần mềm hay tổn thất dữ liệu.

Hình H.1 - Ví dụ về mạch thử nghiệm dòng phóng điện SPD trong các điều kiện vận hành

Hình H.2 - Ví dụ mạch thử nghiệm cảm ứng do các dòng điện sét

 

Phụ lục I

(tham khảo)

Hệ thống đầu thu sét

I.1  Qui định chung

I.1.1  Các loại hệ thống đầu thu sét

Đối với các tuabin gió lớn sẽ luôn có một kết cấu móng mở rộng trong đó kết hợp một lượng lớn thép có kích thước lớn. Thép trong kết cấu móng thường được sử dụng cho các mục đích tiếp đất như một hệ thống nối đất móng, bởi vì làm như vậy sẽ có trở kháng nối đất thấp nhất có thể.

Trong trường hợp các nhà thiết kế LPS chọn để cài đặt một hệ thống nối đất tách biệt với các điện cực đất, vẫn cần thiết để đảm bảo liên kết thích hợp cho thép móng, khi khống chế dòng điện sét dẫn vào móng thép sẽ rất khó khăn, và khi chênh lệch điện áp giữa hệ thống nối đất tách biệt và móng thép có thể gây nguy hiểm ví dụ như bê tông bao phủ cốt thép của một nền móng.

Các nhà thiết kế LPS và nhà lắp đặt LPS sẽ chọn các loại điện cực phù hợp. Các nhà thiết kế LPS và nhà lắp đặt LPS phải xem xét bảo vệ chống lại điện áp bước nguy hiểm trong vùng lân cận của các mạng lưới đầu nối đất nếu chúng được lắp đặt trong khu vực có thể tiếp cận công cộng.

Điện cực đất được đóng cọc sâu có thể có hiệu quả trong trường hợp đặc biệt làm giảm điện trở đất với độ sâu và nơi lớp nền ở một độ sâu có điện trở suất thấp lớn hơn so với giá trị mà điện cực thanh được đóng cọc bình thường.

Trong trường hợp bê tông dự ứng lực, phải cân nhắc đến hậu quả của đường dẫn dòng điện sét đánh mà có thể sinh ra các ứng suất cơ học không thể chấp nhận.

Hai loại bố trí điện cực đất cơ bản xem xét trong IEC 62305-3.

Bố trí kiểu A: điện cực ngang hoặc dọc được nối tới không ít hơn hai dây dẫn sét. Loại A có thể được sử dụng cho các tòa nhà nhỏ (ví dụ độ dốc tính toán hoặc thực tế trong kết nối đến một trang trại gió).

CHÚ THÍCH 1: Để biết thêm thông tin về bố trí kiểu A, xem IEC 62305-3, 5.4.2.1 và E.5.4.2.1

Bố trí kiểu B: Một hoặc nhiều dây dẫn vòng bên ngoài hoặc điện cực đất tự nhiên được xây dựng trong kết cấu. Bố trí kiểu này bao gồm hoặc một điện cực đất vòng bên ngoài tiếp xúc với đất ít nhất 80 % tổng chiều dài của nó hoặc một điện cực đất móng. Các bố trí kiểu B được sử dụng cho các tuabin gió.

CHÚ THÍCH 2: Đẻ biết thêm thông tin về bố trí kiểu B, xem IEC 62305-3, 5.4.2.2 và E.5.4.2.2.

I.1.2  Kết cấu

I.1.2.1  Các điện cực đất móng

Một điện cực đất móng bao gồm các dây dẫn đã được lắp đặt trong móng của kết cấu bên dưới mặt đất. Chúng có lợi thế là đang được bảo vệ chống ăn mòn đầy đủ nếu bê tông có chất lượng đồng nhất tốt và phủ các điện cực đất móng ít nhất 50 mm.

Các kim loại được sử dụng cho các điện cực đất phải phù hợp với vật liệu được liệt kê trong IEC 62305-3, Bảng 7, và luôn tính đến tác động ăn mòn kim loại trong đất. Một số chỉ dẫn được đưa ra trong IEC 62305-3, 5.6. Khi chỉ dẫn cho các loại đất cụ thể không có sẵn, kinh nghiệm với hệ thống đầu thu sét trong các xưởng lân cận có đất thể hiện tính chất tương tự phải được xác định. Khi các hố móng cho điện cực đất được điền đầy lại, phải thực hiện cẩn thận để không có tro, than đá hoặc đá xây dựng được tiếp xúc trực tiếp với điện cực đất. Nếu điện trở suất đất rất cao, phải thực hiện biện pháp để giảm điện trở đất. Đề nghị sử dụng các điện cực có diện tích bề mặt lớn hơn, như bằng cách sử dụng các dạng lưới đan của dây dẫn trong hố móng thay vì các điện cực đơn hoặc bằng cách sử dụng vật liệu đổ móng dẫn điện để cải thiện tiếp xúc điện cực với đất trong hố móng và hố khoan. Ăn mòn phải được xem xét khi sử dụng vật liệu cải thiện đất.

Thép đưa vào trong bê tông có xấp xỉ điện thế điện hóa cùng trong dãy điện hóa như đồng trong đất. Vì vậy, khi thép trong bê tông được nối với thép trong đất, một điện thế điện hóa kéo theo khoảng 1 V gây ra một dòng điện ăn mòn dẫn qua đất và bê tông ướt và hòa tan thép trong đất.

Do đó, dây dẫn bằng đồng hoặc thép không gỉ được sử dụng cho các điện cực đất trong đất, nơi chúng được nối với thép được gắn trong bê tông.

Tại đường bao chu vi kết cấu, một dây dẫn kim loại phù hợp với IEC 62305-3, Bảng 7 phải được lắp đặt nối cột tháp vào kim loại của móng với đường dẫn ngắn nhất có thể.

Trong khi lắp đặt, lợi thế đo điện trở nối đất thường xuyên. Các dẫn động cho các điện cực có thể bị gián đoạn ngay khi trở kháng nối đất ngừng giảm. Các điện cực bổ sung sau đó có thể được lắp đặt tại các vị trí khác mà tác động tới trở kháng nối đất tốt hơn. Đề xuất theo dõi các phép đo mỗi điện cực trong hệ thống bảo đảm chất lượng QA.

Điện cực đất phải được tách biệt vừa đủ với cáp hiện có, ống kim loại, v.v....Trong đất, và dung sai thích hợp phải được thực hiện đối với điện cực đất khởi phát từ vị trí dự định của nó trong quá trình dẫn động. Khoảng cách tách biệt phụ thuộc vào độ lớn xung điện và điện trở suất của đất và dòng điện trong điện cực.

Nếu có nguy hiểm tăng trở kháng gần bề mặt (như nhờ sấy khô), thường cần thiết để sử dụng các điện cực đất cắm sâu có chiều dài lớn hơn.

Điện cực đất xuyên tâm sẽ được lắp đặt ở độ sâu 0,5 m hoặc sâu hơn. Tăng độ sâu chôn chìm của điện cực đảm bảo ở các nước có nhiệt độ thấp vào mùa đông, điện cực đất không nằm trong đất đóng băng (mà có độ dẫn điện rất thấp). Các điện cực đứng được ưa thích để đạt được trở kháng đất theo mùa ổn định. Một lợi ích nữa là các điện cực đất sâu hơn dẫn đến giảm sự chênh lệch điện áp ở mặt đất và do đó các điện áp bước thấp hơn làm giảm nguy hiểm cho sinh vật trên mặt đất.

I.1.2.2  Điện cực đất vòng loại B

Nếu cần giảm trở kháng đất thông thường, bố trí nối đất loại B có thể cải thiện, bằng cách thêm các điện cực đất đứng hoặc điện cực đất xuyên tâm. Hình I.1 đưa ra các yêu cầu về độ dài tối thiểu của các điện cực đất.

Giới hạn cho phép và độ sâu đối với điện cực đất loại B là tối ưu trong điều kiện đất thường để bảo vệ con người trong vùng lân cận tuabin gió. Ở các nước có nhiệt độ mùa đông thấp, độ sâu thích hợp của các điện cực đất cần được xem xét.

Nơi thường xuyên có số người tập trung lớn trong khu vực tiếp giáp với tuabin gió phải được bảo vệ, kiểm soát điện thế mở rộng cho các khu vực như vậy sẽ được cung cấp. Lắp đặt nhiều điện cực vòng đất hơn ở những khoảng cách hợp lý từ các dây dẫn vòng đầu tiên và tiếp theo. Các điện cực vòng đất này sẽ được nối với dây dẫn vòng đầu tiên bằng dây dẫn xuyên tâm.

I.1.2.3  Điện cực đất trong đất đá

Trong khi xây dựng một điện cực đất móng được xây bên trong móng bê tông.

Ngay cả trong đất đá, nơi mà điện cực đất móng có hiệu ứng nối đất giảm, nó vẫn hoạt động như một mặt phẳng đẳng thế ghép nối dòng điện sét với đất.

Các điện cực đất xuyên tâm nằm trên hoặc gần bề mặt đất có thể được bao phủ bởi đá, sỏi hoặc gắn vào trong bê tông để bảo vệ cơ khí.

Khi tuabin gió nằm gần một con đường, nếu có thể một điện cực đất vòng phải nằm bên dưới con đường. Tuy nhiên, không thể trên toàn bộ chiều dài của đoạn đường chịu tác động, cung cấp kiểm soát đẳng thế như vậy ít nhất là trong vùng lân cận các điện cực đất.

Để kiểm soát điện thế trong các trường hợp đặc biệt, phải quyết định xem liệu có lắp một phần vòng bổ sung trong vùng lân cận lối vào tuabin gió, hoặc tăng điện trở suất nhân tạo cho lớp đất bề mặt (ví dụ bằng cách thêm một lớp sỏi).

I.2  Hình dáng kích thước điện cực

I.2.1  Kiểu bố trí

Một bố trí kiểu A bao gồm các điện cực đất ngang hoặc đứng được lắp bên ngoài kết cấu được bảo vệ và nối với mỗi dây dẫn sét. Tổng số điện cực đất sẽ không ít hơn hai.

Chiều dài tối thiểu của mỗi điện cực tại nền của mỗi dây dẫn sét là:

- l₁ với các điện cực nằm ngang, hoặc

- 0,5 l₁ với các điện cực đứng (hoặc nghiêng).

Trong đó l₁ là chiều dài tối thiểu của các điện cực ngang chỉ trên Hình I.1.

Chiều dài tối thiểu (l₁) của điện cực đất dựa trên cấp bảo vệ chống sét (I-IV) và trên điện trở suất đất.

Đối với các điện cực kết hợp (đứng hoặc ngang), tổng chiều dài điện cực phải được xem xét.

Chiều dài tối thiểu đã được công bố l₁ có thể được bỏ qua nếu trở kháng đất của hệ thống nối đất nhỏ hơn 10 Ω được đo tại một tần số khác với tần số điện (50 Hz đến 60 Hz) và các sóng hài bậc thấp này.

Đối với bố trí sắp xếp loại A trong đất có điện trở suất nhỏ hơn 500 Ωm, chiều dài tối thiểu là 5 m đối với hai điện cực ngang hay là 2,5 m đối với hai điện cực đứng.

Đối với điện trở suất đất cao hơn 500 Ωm, chiều dài tối thiểu (l₁) tăng tuyến tính tới 80 m tại điện trở xuất 3 000 Ωm.

Hình I.1 - Chiều dài tối thiểu (l₁) của mỗi điện cực đất theo cấp của hệ thống LPS (Hình 2 trong IEC 62305-3)

Do các thành phần tần số cao của dòng điện sét, một chiều dài hơn 80 m, độc lập với điện trở đất, không làm giảm tổng trở kháng thêm nữa.

Một bố trí kiểu B bao gồm hoặc một dây dẫn vòng bên ngoài kết cấu được bảo vệ, tiếp xúc với đất ít nhất là 80 % tổng chiều dài của nó, hoặc một điện cực đất móng. Các điện cực đất như vậy cũng có thể được đan lưới.

Đối với điện cực đất vòng (hoặc điện cực đất móng), bán kính trung bình (r_e) của diện tích được bao quanh bởi điện cực đất vòng (hoặc điện cực đất móng) phải không được nhỏ hơn giá trị I₁:

r_e ≥ I₁         (I.1)

Trong đó, I₁ được biểu diễn trên Hình I.1 theo các cấp hệ thống LPS I, II, III và IV. Khi giá trị I₁ đã yêu cầu lớn hơn giá trị r_e thuận tiện, các điện cực đứng và ngang (hoặc nghiêng) bổ sung phải được thêm vào với các chiều dài riêng l_r (ngang) và l_v (đứng) đưa ra bởi các công thức sau:

l_r = I₁ - r_e         (I.2)

l_v =(I₁ - r_e )/2   (I.3)

Số điện cực không nhỏ hơn hai.

Các điện cực bổ sung phải được nối càng cách đều nhau càng tốt.

Thông tin về điện trở suất đất, dòng nối đất lỗi dự kiến và thời gian cho phép là vô cùng quan trọng cho kế hoạch thiết kế và lắp đặt chính xác hệ thống nối đất.

Điện trở suất đất sẽ khác nhau rất nhiều phụ thuộc vào đặc trưng của đất.

Ví dụ:

Đối với mức LPL I và p = 1500 Ωm, Hình I.1 cho một chiều dài điện cực đất tối thiểu l₁ = 35 m. Trong trường hợp điện cực đất vòng có bán kính r_e = 10, hai điện cực ngang có chiều dài riêng là l_r = 35 m - 10 m = 25 m hay hai điện cực đứng l_v = (35 m - 10 m)/2 = 12,5 m sẽ được thêm vào.

I.2.2  Tần số phụ thuộc trở kháng đất

Các phép đo hệ thống nối đất thường được thực hiện với tần số thấp, kết quả thu được là một điện trở, nhưng nhà thiết kế hệ thống nối đất phải nhận ra rằng do tần số sét đánh cao (lớn hơn 1 MHz), đáp ứng xung trở kháng điện cực có thể cao hơn hoặc thấp hơn giá trị đo được ở tần số thấp. Tính chất điện cực (điện dung, điện cảm hay điện trở) phụ thuộc vào hình dáng điện cực, điện trở suất đất và điểm mà dòng điện sét dẫn vào.

Hình I.2 - Tần số phụ thuộc trở kháng đất (phỏng theo Cigré WG C.4.4.02 July 2005 [49])

Hình I.2 biểu diễn sự phụ thuộc điển hình vào trở kháng đất, tỷ số của hệ số trở kháng (Z(jω)) và trở kháng đất tần số thấp (R_g). Có hai giới hạn tần số: Giới hạn tần số thấp (LF) cỡ khoảng 50 kHz, trong đó trở kháng gần như là hằng số và bằng với điện trở, và giới hạn tần số cao (HF) trên 50 kHz, trong đó trở kháng thay đổi theo tần số và có thể cao hơn hoặc thấp hơn giá trị điện trở đo được. Tính chất động của điện cực đất chịu các xung dòng điện sét là một vấn đề quan trọng nhất (tức là tỷ số giữa các giá trị điện áp và dòng điện dẫn vào tối đa)

Tính chất điện trở và điện dung có lợi thế do trở kháng nối đất HF bằng hoặc nhỏ hơn so với LF. Thông thường, tính chất điện dung là điển hình cho hệ thống nối đất với điện cực lưới chia nhánh bao phủ một khu vực mà trong đó hệ thống nối đất có vài điện cực dài hầu hết là có tính chất điện cảm. Việc sử dụng nhiều bố trí nối đất cải thiện hiệu quả xung như chỉ trong Bảng I.1. Tuy nhiên, trong thực tế, không phải là luôn có thể sử dụng điện cực nhỏ để đáp ứng các yêu cầu theo tiêu chuẩn về các giá trị trở kháng thấp. Các thanh ngang có hiệu quả khá thấp ở tần số điện lưới so với thanh đứng, nhưng có hiệu quả xung tốt hơn.

Bảng I.1 - Hiệu quả xung của nhiều bố trí thanh nối đất liên quan đến thanh nối đất thẳng đứng 12 m (100 %) (phỏng theo Cigré WG C.4.4.02 tháng 7/2005)

I.3  Giải thích trở kháng nối đất theo các cấu hình điện cực khác nhau

Áp dụng tiêu chuẩn cho hầu hết các thiết kế hệ thống nối đất được sản xuất khi sử dụng một số hình thức phần mềm tính toán vì điều này có khả năng phân tích chính xác sự tương tác giữa nhiều yếu tố thường được sử dụng trong các hệ thống như vậy. Một số hệ thống này có khả năng phân tích đáp ứng của hệ thống nối đất đối với các dòng điện biến động tức thời như chúng là kết quả của sét. Các công cụ như vậy sẽ thường cho kết quả chính xác nhất. Trong trường hợp không có sẵn các công cụ như vậy, có thể sử dụng công thức để đơn giản hóa các cấu hình và kết hợp điện trở đất được liệt kê theo Bảng I.2 để I.6.

Bảng I.2 - Các ký hiệu được sử dụng trong các Bảng I.3 đến I.6

p [Ωm]	điện trở suất đất	a12 [m]	khoảng cách giữa các cọc
n	số dây xuyên tâm	d [m]	độ sâu chìm xuống
L [m]	chiều dài của mỗi dây xuyên tâm	R [Ω]	điện trở điện cực
a [m]	bán kính của dây xuyên tâm	D [m]	đường kính điện cực vòng
s [m]	khoảng cách đều giữa các cọc	e	2,718
		π	3,1415

Bảng I.3 - Công thức cho các cấu hình điện cực đất khác nhau

Điện cực chôn thẳng ngang (I.4) khi d<<L	Hai điện cực cọc dài bằng nhau tách biệt với khoảng cách a12 (I.8) khi a12>>L
n điện cực chôn chìm bức xạ đối xứng từ một điểm chung (I.5) CHÚ THÍCH: Trong công thức trên, giả thiết rằng góc giữa hai điện cực liền kề là như nhau, do đó, trong trường hợp n = 2, các điện cực mở rộng theo hướng ngược nhau từ một điểm chung. Tất cả các dây dẫn mang dòng như nhau.	n thanh nối đất có chiều dài bàng nhau được sắp xếp cách đều nhau trên một vòng tròn có đường kính D nhỏ hơn so với chiều dài của các thanh (I.9) Khi D << L CHÚ THÍCH: n thanh nối đất được nối qua một cáp cách ly.
Điện cực thanh đứng (I.6) Khi L >> a	n thanh nối đất bằng nhau được sắp xếp cách đều nhau trên một vòng tròn có đường kính D với khoảng cách đều giữa các thanh lân cận bằng hoặc lớn hơn chiều dài của một thanh (I.10)
Hai điện cực thanh có chiều dài bằng nhau tách nhau một khoảng cách a12 (I.7) Khi a12 << L	Điện cực vòng chôn chìm (I.11)

Bảng I.4 - Công thức cho điện cực vòng chôn chìm kết hợp các thanh dọc

Điện cực vòng chôn chìm để dây trần		(I.12)
n thanh nối đất chiều dài bằng nhau được bố trí trên một vòng tròn đường kính D với khoảng cách giữa các thanh lân cận bằng hoặc lớn hơn chiều dài mỗi thanh		(I.13)
Điện trở đất tương hỗ giữa điện cực vòng và n thanh nối đất được bố trí trên một vòng tròn có đường kính D		(I.14)
Điện trở kết hợp		(I.15)

Bảng I.5 - Công thức cho điện cực vòng chôn chìm kết hợp các điện cực xuyên tâm

Điện cực vòng chôn chìm để dây trần		(I.16)
n điện cực xuyên tâm chôn chìm bức xạ ngang và đối xứng từ một điểm chung		(I.17)
Điện trở đất tương hỗ giữa điện cực vòng và n điện cực xuyên tâm chôn chìm bức xạ đối xứng từ một điểm chung.		(I.18)
Điện trở kết hợp		(I.19)

Bảng I.6 - Công thức cho điện cực ngang thẳng chôn chìm kết hợp các thanh đứng

Điện cực ngang thẳng chôn chìm để dây trần	Khi d << Lc	(I.20)
Điện cực thanh đứng	Khi Lp >> a	(I.21)
n điện cực thanh đứng nối với một cáp cách ly		(I.22)
Điện trở đất tương hỗ giữa điện cực ngang thẳng và n thanh đứng		(I.23)
Điện trở kết hợp		(I.24)

 

Phụ lục J

(tham khảo)

Ví dụ về các điểm đo xác định

Ví dụ xác định các điểm đo được đưa ra trong Hình J.1.

Hình J.1 - Ví dụ các điểm đo

Theo ví dụ này, có thể thực hiện các điểm đo sau (xem Bảng J.1):

Bảng J.1 - Các điểm đo và trở kháng cần ghi lại

Điểm đo	Mô tả	Điểm đo	Mô tả	Điện trở Ω
A1	Điểm đầu thu sét ở đầu cánh A	A2	Dây dẫn sét ở cổ cánh A
B1	Điểm đầu thu sét ở đầu cánh B	B2	Dây dẫn sét ở cổ cánh B
A2	Dây dẫn sét ở cổ cánh A	D	Bệ động cơ hub
B2	Dây dẫn sét ở cổ cánh B	D	Bệ động cơ hub
D	Bệ động cơ hub	E	Bệ vỏ tuabin - hoặc thanh nối đất
F	Dây thu sét bảo vệ các thiết bị đo gió	E	Bệ vỏ tuabin - hoặc thanh nối đất
E	Bệ vỏ tuabin - hoặc thanh nối đất	G	Thanh nối đất ở bên dưới cột tháp
H1	Điểm nối đất 1 tới điện cực móng	H2	Điểm nối đất 2 tới điện cực móng
G1	Thanh nối đất ở bên dưới cột tháp	I	Đất từ xa

 

Phụ lục K

(tham khảo)

Bảng câu hỏi thiệt hại sét đánh điển hình

1. Nhà chế tạo tuabin gió: ……………………………………………………………………………..

Nhà vận hành tuabin gió:…………………………………………………………………………………

2. Loại tuabin gió (mô tả chung).………………………………………………………………………

3. Thông số kỹ thuật tuabin gió cụ thể

○ Tốc độ: ……………. kW	○ Chiều cao hub:………………	○ Đường kính động cơ:…….. m
○ Ngày lắp đặt: …….………	○ Chú thích khác:

4. Vị trí tuabin:

○ Vị trí chính xác (như theo tọa độ GPS):

○ Tuabin gió đơn	○ Tuabin gió trong trang trại gió có…………… số tuabin gió
○ Bờ biển	○ Gần bờ biển	○ Ngoài khơi	○ Trên đất liền

○ Đất được nâng cao (chiều cao so với mặt biển): …………………. m

○ Chú thích khác:

5. Các điều kiện thời tiết:

○ Dông bão	○ Gió: ……….. m/s
○ Nhiệt độ: ……………… °C	○ Điều kiện khác:
○ Mưa (mức độ nghiêm trọng nếu biết): ……………	○ Các chú thích khác:

6. Thời gian xảy ra sự cố:

○ Ngày: …………

○ Giờ: ……………..

○ Khoảng thời gian chính xác: …………

○ Chú thích khác:

7. Các điểm nghi ngờ sét đánh:

○ Các cánh	○ Vỏ tuabin	○ Thiết bị khí tượng …………….
○ Cột tháp	○ Dây dẫn sét vỏ tuabin	○ Điểm khác: …………………..

○ Chú thích khác:

8. Các bộ phận bị thiệt hại:

○ Hub	○ Động cơ	○ Vòng bi trục chính	○ Vòng bi xoay cánh
○ Vòng bi lệch	○ Vòng bi máy phát	○ Vòng bi trục bánh răng	○ Các bánh răng
○ Máy phát	○ Hệ thống điều khiển	○ Hệ thống SCADA	○ Hệ thống điện
○ Khác:………………………………..		○ Chú thích khác:

9. Hậu quả thiệt hại do sét:

○ Tổn thất thời gian sản xuất: ……….. giờ

○ Chi phí sửa chữa (đồng tiền quốc gia): ……….

○ Chi phí tổn thất sản xuất điện (đồng tiền quốc gia): ………………….

○ Chú thích khác:

10. Chi tiết hệ thống bảo vệ chống sét cho tuabin (trừ các cánh):

○ Không có

○ Điện cực đất vòng

○ Điện cực đất móng

○ Hệ thống đầu thu sét (loại/vị trí):

○ Các dây dẫn sét (loại/vị trí):

Bảo vệ quá áp/đột biến điện:

○ Không có	○ Kết nối điện đầu vào
○ Máy phát	○ Các đường dữ liệu ngoài
○ Các đường điều khiển bên trong	○ Các đường điện thoại

○ Chú thích khác:

11. Bảo vệ chống sét cánh và các cánh:

○ Nhà chế tạo cánh: ………………………………..		○ Loại cánh (thất tốc/xoay cánh)
○ Một cánh	○ Hai cánh	○ Ba cánh	○ Khác:………………..

○ Gắn phanh đầu

Chuyển động động cơ tại thời điểm cú sét đánh:

○ Dừng

○ Quay

○ Không biết

Vật liệu cánh động cơ:

○ GFRP	○ CFRP	○ GFRP/CFRP	○ Gỗ ép
○ Gỗ rắn	○ Khác:

(GFRP = nhựa gia cố sợi thủy tinh. CFRP = nhựa gia cố sợi cacbon)

Kiểu bảo vệ chống sét:

○ Đầu thu ở đầu (vật liệu):…………………….	○ Chụp đầu (vật liệu):
○ Không bảo vệ chống sét	○ Khác:

Dây dẫn sét cánh:

○Ngoài	○Trong
○Tiết diện:…….. mm	○Vật liệu: ………………………………………..

○Chú thích khác:

Thiệt hại trực quan:

○Không thiệt hại cánh	○Thủng lỗ trên cánh: Ø…………. mm
○Nứt bề mặt cánh (chiều dài)………………….	○Nứt cạnh cánh (dài):…………..

○Khác: ………………………………………..

○Chú thích khác:

Hãy đánh dấu vào các vị trí mà quan sát thấy có thiệt hại trên cánh (xem Hình K.1):

Hình K.1 - Hình dạng cánh để đánh dấu các vị trí thiệt hại

 

Phụ lục L

(tham khảo)

Hệ thống giám sát

Tuabin gió nên được trang bị thiết bị phát hiện sét đánh/theo dõi các mức dòng điện sét của cú sét đánh như vậy. Mục đích của hệ thống như vậy nhằm:

• cung cấp thông tin cho nhà vận hành về mức độ của cú sét đánh đã ảnh hưởng đến các tuabin gió và đóng góp một phần trong chế độ vận hành và bảo dưỡng;

• cung cấp dữ liệu có giá trị về số lượng cú sét đánh dự kiến vào tuabin gió cao và để đánh giá độ lớn/đặc điểm của chúng, hỗ trợ trong quy trình đánh giá rủi ro trong tương lai.

Có các tùy chọn khác nhau cho các hệ thống giám sát. Bản mô tả ngắn gọn về các tùy chọn này như dưới đây.

a) hệ thống phát hiện sét diện rộng

Nhiều hệ thống thương mại cho phép phát hiện sét sử dụng anten phát hiện xung điện từ được sinh ra do một chùm sét. Sử dụng nhiều anten này để định vị các chùm sét dựa theo các kỹ thuật định hướng hoặc thời gian đến. Dữ liệu từ các hệ thống này thường có sẵn trong thời gian thực. Đầu ra dữ liệu sẽ thường không cho phép chỉ định chính xác chùm sét theo độ chính xác của hệ thống như vậy có thể được giới hạn từ vài trăm mét đến vài kilomét (độ chính xác phụ thuộc vào vị trí tương đối của các chùm sét đánh vào anten và độ lớn của nó). Do đó, một hệ thống như vậy chỉ thực sự được sử dụng trong việc xác nhận xem liệu có thiệt hại cho tuabin gió do sét đánh.

b) Các hệ thống phát hiện hoạt động sét cục bộ

Hệ thống đặc biệt, như có cảm biến gắn trên cột tháp của tuabin gió để kích hoạt báo động sét dựa trên tiêu chí từ trường. Anten ngăn sét đánh từ xa bằng kích hoạt báo động lỗi. Hệ thống như vậy có thể được nối với một hệ thống SCADA đưa ra dấu hiệu hữu ích về các cú sét đánh theo thời gian thực.

Các hệ thống có thể hoặc không thể cung cấp dấu hiệu về dạng sóng và độ lớn dòng điện và nếu được đặt trên cột tháp, hệ thống sẽ không đưa ra dấu hiệu về vị trí cú sét đánh vào tuabin gió. Tuy nhiên, đó là một lựa chọn tốt cho nhà vận hành nào muốn được chủ động trong giám sát tuabin gió sau một cơn bão sét.

Các nhà phát triển khác đã sản xuất các cảm biến cho phép chuyển đổi dòng điện được điều chỉnh trực tiếp trong các cánh hoặc các dây dẫn sét khác. Thông qua việc sử dụng bộ chuyển đổi như một cuộn dây Rogowski hoặc một kỹ thuật dựa trên sợi quang, các cảm biến này có thể vừa cung cấp một chức năng báo động và vừa thu thập dữ liệu dòng điện đỉnh/dạng sóng có giá trị để sử dụng trong các nghiên cứu đánh giá rủi ro tương lai.

c) Hệ thống phát hiện sét thụ động cục bộ

Bản mạch cảm biến dòng điện đỉnh (PCS) có một dải băng từ với mô hình trường được xác định trước. Chúng được kẹp vào dây dẫn sét, mô hình xác định trước bị xóa một phần do từ trường của dòng điện chạy qua dây dẫn. Dòng điện sét cao hơn, từ trường xung quanh dây dẫn sét cao hơn và mô hình trường được xác định trước bị xóa/méo nhiều hơn. Dạng hệ thống này yêu cầu đặc thù phải có phạm vi phát hiện từ 3 kA tới 120 kA với kết quả sai lệch không lớn hơn ± 2 kA. Các bản mạch chỉ ghi các dòng đỉnh và chỉ có khả năng lưu trữ chỉ có một cách đọc như vậy. Do đó, trong trường hợp nhiều cú sét đánh, chỉ có dòng đỉnh cao nhất trong số tất cả các cú sét là được lưu lại. Không có thời gian tương ứng và chúng không thể được ghép nối vào hệ thống SCADA hoặc tương tự.

 

Phụ lục M

(tham khảo)

Hướng dẫn cho các tuabin gió nhỏ - Vi máy phát

Tiêu chuẩn này được sử dụng với các tuabin gió quy mô công nghiệp. Các tuabin này có thể được đặc trưng bởi các tính năng nhất định: công suất phát điện lớn hơn 100 kW, cột tháp cao hơn 30 m, có buồng vỏ tuabin máy phát, các hệ thống điều khiển và chuyển đổi và cánh dài hơn 10 m.

Nhỏ hơn cỡ này, có loại tuabin gió được gọi là quy mô nhỏ hoặc vi máy phát điện. Chúng thường được thiết kế cho các ứng dụng chiếu sáng hoặc gia dụng nơi mà năng lượng sẽ chủ yếu được dành để sử dụng tại chỗ. Mặc dù có thể có khả năng xuất năng lượng dư vào lưới điện địa phương, các tuabin gió này chỉ phát ở LV và không bao giờ ở mức MV mà các tuabin quy mô công nghiệp phát ra.

Môi trường cho hai loại riêng biệt của máy phát điện gió là rất khác nhau và do đó các yêu cầu và chỉ dẫn bảo vệ chống sét cũng sẽ rất khác.

Vấn đề bảo vệ chống sét vẫn phải được xem xét cho tuabin gió quy mô nhỏ. Vấn đề chính là để cung cấp bảo vệ tức thời cho kết nối lưới điện và các kết nối hệ thống điều khiển và viễn thông (nếu có), để đảm bảo hệ thống có thể tiếp tục hoạt động sau khi bị tiếp xúc với điện áp và dòng điện đột biến cao kết hợp với nguồn sét tức thời trong tuabin gió. Sét đánh trực tiếp vào hệ thống quy mô nhỏ sẽ tương đối hiếm, trừ khi được đặt rất cao và chịu tác động. Tuy nhiên, các hệ thống cần duy trì an toàn, cả trong việc duy trì tính toàn vẹn vật lý và không gây thiệt hại cho người hoặc tài sản nếu cơ cấu vỡ ra và cả về việc tránh nguy hiểm cháy hoặc thiệt hại cho hệ thống điện mà tuabin được nối.

Mặc dù tiêu chuẩn này không bao gồm bảo vệ chống sét các tuabin gió quy mô nhỏ, một số nguyên tắc và phương pháp tiếp cận chung vẫn có thể có lợi trong việc tránh những rủi ro nêu trên.

Thử nghiệm trực tiếp sử dụng điện áp cao và dòng điện cao rất có ích trong việc hỗ trợ thiết kế các hệ thống bảo vệ chống sét (xem Phụ lục D liên quan đến các phương pháp thử nghiệm). Các thành phần như cánh, phong tốc kế và hộp máy phát điện có thể được thử nghiệm, và các mạch điện và hệ thống điều khiển có thể được thử nghiệm về khả năng chống tác động của đột biến dòng tức thời. Giải pháp bảo vệ chống sét cuối cùng có thể kết hợp cột thu sét tác động trên rôto và liên kết đẳng thế điện với một số dạng của thiết bị chống đột biến điện (SPD), mà cần được xác nhận hiệu quả bằng cách thử nghiệm.

 

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] RAKOV V.A., UMAN, M.A. Lightning Physics and Effects. Cambridge University Press,2003, ISBN 0 521 58327 (Các hiệu ứng và vật lý học về sét)

[2] BERGER, K., ANDERSON R.B., and KRONINGER, H. Parameters of lightning flashes.Electra, Vol. 80, pp. 23-37, 1975 (Các tham số về các chùm sét)

[3] ANDERSON, RB., and ERIKSSON AJ. Lightning parameters for engineering applications. Electra Vol. 69, pp. 65-103, 1980 (Các tham số sét cho các ứng dụng kỹ thuật)

[4] WADA, A., YOKOYAMA, S., NUMATA, T., ISHIBASHI, Y., HIROSE, T. Lightning Damages of Wind Turbine Blades in Winter in Japan - Lightning Observation on the Nikaho-Kogen Wind Farm, Proceedings of the 27th International Conference on Lightning Protection, Avignon , France, pp. 947-952, 2004. (Các thiệt hại sét của các cánh tuabin gió trong mùa đông ở Nhật Bản - Quan sát sét trên trang trại gió Nikaho-Kogen)

[5] JANISCHEWSKYJ, W., HUSSEIN, AM., SHOSTAK, V., RUSAN, I, Li, JX., and CHANG,JS. Statistics of lightning strikes to the Toronto Canadian National Tower (1978-1995).IEEE Power Engineering Summer Meeting, Denver, Colorado, 1996 (Thống kê các lần sét đánh vào cột tháp Toronto Canadian National Tower)

[6] HOPF, C., and WIESINGER, J. Lightning protection of wind power plants. Elektrizitaetswirtschaft, Vol. 94, no. 15, July 1995, pp. 921-5 (Bảo vệ chống sét của các nhà máy điện gió)

[7] FUCHS, F., LANDERS, EU., SCHMID, R., and WIESINGER, J. Lightning Current and Magnetic Field Parameters Caused by Lightning Strikes to Tall Structures Relating to Interference of Electronic Systems. IEEE Transactions on Electromagnetic compatibility, Vol. 40, Nov. 1998 (Các tham số dòng điện sét và từ trường gây ra bởi sét đánh vào kết cấu cao liên quan nhiễu sóng các hệ thống điện tử)

[8] ERIKSSON, AJ. and MEAL, DV. The Incidence of Direct Lightning Strikes to Structures and Overhead Lines. IEE-Conference on Lightning and Power Systems. IEE - Conference Publications 236, pp. 67-71, 1984 (Tần suất sét đánh trực tiếp vào kết cấu và các đường dây trên cao.)

[9] TSUCHIYA, K., YAMADA, S., and MATSUZAKA, T. A Study of Lightning Damage to WECs with Artificial Lightning Strokes. Wind Energy. Technology and Implementation, pp. 737-741. Amsterdam EWEC '91. Elsevier Science Publ., 1991 (Một nghiên cứu về thiệt hại sét tới các WEC có các cú sét đánh nhân tạo. Năng lượng gió: Công nghệ và thực hiện)

[10] FISHER, F.A., PLUMER, J.A. and Perala, R.A. Lightning Protection of Aircraft. Second edition. Lightning Technologies Inc., Pittsfield, MA, USA, 2004 (Bảo vệ chống sét nhân tạo. Phiên bản hai)

[11] GEWEHR, HW. Lightning Protection for Composite Rotor Blades. American Wind Energy Association. Nat. Conf. Pittsburgh PA, USA, June 8-11, 1980 (Bảo vệ chống sét cho các cánh Roto vật liệu tổng hợp. Hiệp hội năng lượng gió Mỹ)

[12] DALÉN, G. Lightning Protection of Large Rotor Blades, Design and Experience. IEAR&D Wind, ANNEX XI, 26th Meeting of Experts. Lightning Protection of Wind Turbine Generator Systems and EMC Problems in the Associated Control Systems. Cologne Monzese, Milan, Italy, March 8-9, 1994 (Bảo vệ chống sét cho các cánh Rôto lớn, thiết kế và trải nghiệm)

[13] DODD, C W., MCCALLA, T. Jr., and SMITH, JG. How to Protect a Wind Turbine from Lightning. Windbooks. P.O.Box 4008, St. Johnsbury, VT, USA. ISBN:0-88016-072-1 (Cách bảo vệ tuabin gió tránh sét)

[14] DODD, CW., MCCALLA, TM. Jr. and SMITH, JG. Design Considerations for Lightning Protection of Wind Turbines, Sixth Biennial Wind Energy Conference and Workshop.pp. 687-695. American Solar Energy Society, 1983 (Các xem xét thiết kế cho bảo vệ chống sét của tuabin gió, Hội nghị và Hội thảo năng lượng gió Biennial lần thứ sáu)

[15] SCHMID, R. Investigations on GRP-Rotor Blade Samples of Wind power Plants Regarding Lightning Protection. 24th Int. Conf. on Lightning Protection, pp. 955-959, Birmingham UK, 14th-18th September 1998 (Các điều tra trên các mẫu cánh Roto vật liệu GRP của nhà máy điện gió về bảo vệ chống sét. Hội nghị hợp nhất về bảo vệ chống sét lần thứ 24)

[16] NIELSEN, JO., and PEDERSEN, AA. Status Report for the Pilot Project: Lightning protection for Wind Turbines - Especially Non-conducting Wind Turbine Blades. Technical University of Denmark, December 1994. (in Danish) (Báo cáo tình trạng cho Dự án thí điểm: Bảo vệ chống sét cho tuabin gió - Cánh tuabin gió không dẫn điện đặc biệt)

[17] DRUMM, F. Investigation into Segmented Diverter Strips. 23rd ICLP, Int. Conf. on Lightning Protection, pp. 796-800, Florence, Italy, Sep. 23-27, 1996 (Khảo sát bên trong các dải dây bảo vệ chống sét chia đoạn)

[18] DRUMM, F., and BAUML, G. Isolation Coordination of Segmented Diverter Strips and Their Current Capability. 24th Int. Conf. on Lightning Protection, pp. 918-923,Birmingham UK, 14th-18th September 1998 (Phối hợp cách ly cho các dải dây bảo vệ chống sét phân đoạn và khả năng dẫn dòng của chúng. Hội nghị hợp nhất về bảo vệ chống sét lần thứ 24)

[19] SORENSEN, T., BRASK, MH., OLSEN, K., OLSEN, ML., and GRABAU, P. 24th Int.Conf. on Lightning Protection, pp. 938-943, Birmingham UK, 14th-18th September 1998 (Hội nghị hợp nhất về bảo vệ chống sét lần thứ 24)

[20] FAA Fundamental Considerations of Lightning Protection, Grounding, Bonding, and Shielding, Federal Aviation Administration, 6950.20, 1978 (Các xem xét cơ bản về bảo vệ chống sét, nối đất, liên kết và chắn bảo vệ)

[21] GONDOT, P., LEPETIT, B., BISIAEV, A., and SOLOLEVSAKIA, H. Lightning Protection of Aeronautical Structural Materials. 23rd ICLP, Int. Conf. on Lightning Protection, pp. 563-568, Florence, Italy, Sep. 23-27, 1996 (Bảo vệ chống sét của các vật liệu kết cấu hàng không. Hội nghị hợp nhất về bảo vệ chống sét lần thứ 23)

[22] MULJADI, E., and BUTTERFIELD, CP. Lightning and the Impact on Wind Turbine Generation. IEA R&D Wind, ANNEX XI, 26th Meeting of Experts. Lightning Protection of Wind Turbine Generator Systems and EMC Problems in the Associated Control Systems. Cologne Monzese, Milan, Italy, March 8-9, 1994 (Sét và ảnh hưởng lên việc phát điện tuabin gió. IEA R & D gió, Phụ lục XI, Hội nghị chuyên gia thứ 26. Bảo vệ chống sét các hệ thống phát điện tuabin gió và các vấn đề EMC trong hệ thống điều khiển kết hợp)

[23] WACHSMUTH, R. Rotorblatt in Faserverbundbauweise fϋr Windkraftanlage AEOLUS II,Phase I/II, Statusbericht fϋr das Jahr 1990 zum Forschungsvorhaben 0328819 A/B des Bundesministeriums fϋr Forschung und Technologie. Statusreport 1990 Windenergie.pp. 279-297, Bundesministerium fϋr Forschung und Technologie, 1990, ISBN 3-8042-0517-8

[24] COTTON, I., JENKINS, N., HATZIARGYRIOU, N., LORENTZOU, M., HAIGH, S., and HANCOCK, M. Lightning Protection of Wind Turbines -- A designer's Guide to Best Practice. UMIST - Preview edition - January 1999 (Bảo vệ chống sét cho các tuabin gió - Hướng dẫn nhà thiết kế thực tiễn nhất)

[25] BALDWIN, RE. Experience gained in the lightning protection of aircraft and petrochemical installations applicable to wind turbine generators. IEA R&D Wind, ANNEX XI, 26th Meeting of Experts. Lightning Protection of Wind Turbine Generator Systems and EMC Problems in the Associated Control Systems. Cologne Monzese, Milan, Italy, March 8-9, 1994 (Kinh nghiệm có được trong bảo vệ chống sét cho các lắp đặt máy bay và hóa dầu áp dụng cho các máy phát điện tuabin gió)

[26] HANSEN, L.B., KORSGAARD, J. and MORTENSEN, I., Improved lightning protection system enhances the reliability of multi-MW blades. Copenhagen Offshore Wind 2005 (hệ thống bảo vệ chống sét cải tiến tăng cường độ tin cậy của các cánh nhiều MW)

[27] MADSEN, S.F., Interaction between electrical discharges and materials for wind turbine blades particularly related to lightning protection. Ørsted-DTU, The Technical Universityof Denmark, Ph.D. Thesis, March 2006 (tương tác giữa phóng điện và vật liệu cho cánh tuabin gió đặc biệt liên quan đến bảo vệ chống sét).

[28] LARSEN, F.M and SORENSEN, T., New lightning qualification test procedure for large wind turbine blades. Proceedings of International Conference on Lightning and Static Electricity, Blackpool, UK, 2003 (Quy trình thử nghiệm định tính sét mới cho các cánh tuabin gió lớn)

[29] LENNING, F.E., Analysis of lightning current flow in anisotropic CFRP using finite difference methods, Proceedings of International Conference on Lightning and Static Electricity, Blackpool, UK, 2003 (Phân tích dòng điện sét dẫn trong vật liệu CFRP bất đẳng hướng sử dụng các phương pháp sai phân hữu hạn)

[30] MADSEN, S.F., HOLBOLL, J., HENRIKSEN, M., BERTELSEN, K., ERICHSEN, H.V.,New test method for evaluating the lightning protection system on wind turbine blades, Proceedings of the 28th International Conference on Lightning Protection, Kanazawa, Japan, 18-22 September 2006. (Phương pháp thử nghiệm mới để đánh giá hệ thống bảo vệ chống sét trên cánh tuabin gió, Kỷ yếu của Hội nghị quốc tế Bảo vệ chống sét lần thứ 28)

[31] HEATER, J., RUEI, R., A Comparison of Electrode Configurations for Simulation of Damage Caused by a Lightning Strike, Proceedings of International Conference on Lightning and Static Electricity, Blackpool, UK, September 2003 (So sánh về cấu hình điện cực để mô phỏng các thiệt hại gây ra bởi một cú sét đánh)

[32] BECERRA, M., V. COORAY, A simplified Physical Model to Determine the Lightning Upward Connecting Leader Inception, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 21,No. 2, April 2006 (Một mô hình vật lý đơn giản để xác định khởi phát tiên đạo sét kết nối sét đánh hướng lên)

[33] BERTHELSEN, K., ERICHSEN, H.V., SKOV JENSEN, M.R.V., MADSEN, S.F., Application of numerical models to determine lightning attachment points on wind turbines, Proceedings of International Conference on Lightning and Static Electricity, Paris, France, August 2007 (Áp dụng mô hình số để xác định điểm sét đánh trên tuabin gió)

[34] BERTHELSEN, K., ERICHSEN, H.V., MADSEN, S.F., New high current test principle for wind turbine blades simulating the life time impact from lightning discharges, Proceedings of International Conference on Lightning and Static Electricity, Paris,France, August 2007 (Nguyên lý thử nghiệm dòng điện sét cao mới cho các cánh tuabin gió mô phỏng tác động thời gian sống từ phóng sét)

[35] HOLBOELL, J., MADSEN, S.F., HENRIKSEN, M., BERTELSEN, K., Discharge phenomena in the tip area of wind turbine blades and their dependency on material and environmental parameters, Proceedings of the 28th International Conference on Lightning Protection, Kanazawa, Japan, 18-22 September 2006. (Hiện tượng phóng điện trong khu vực đầu cánh tuabin gió và sự phụ thuộc của chúng vào các tham số vật liệu và môi trường)

[36] SHITAISHI, Y., OTSUKA, T., MATSUURA, H., The Observation of Direct Lightning Stroke Current to the Wind Turbine Generator System. Proceedings of the 27^th International Conference on Lightning Protection, Avignon, France, pp. 947-952, 2004. (Trực quan dòng điện cú sét đánh trực tiếp tới hệ thống máy phát tuabin gió)

[37] VASE, N.J., NAKA, T., YOKOYAMA, S., WADA, A., ASAKAWA, A., ARINAGA, S., Experimental study on lightning attachment manner considering various types of lightning protection measures on wind turbine blades, Proceedings of the 28^th lnternational Conference on Lightning Protection, Kanazawa, Japan, 18-22 September 2006. (Nghiên cứu thực nghiệm về sét đánh cách xem xét theo nhiều biện pháp bảo vệ chống sét trên cánh tuabin gió)

[38] ARINAGA, S., TSUTSUMI, K., MURATA, N., MATSUSHITA, T., SHIBATA, M., INOUE.K., KORAMATSU, y., UEDA, Y., SUGURO, Y., YOKOYAMA, S., Experimental study on lightning protection methods for wind turbine blades, Proceedings of the 28^th lnternational Conference on Lightning Protection, Kanazawa, Japan, 18-22 September 2006. (Nghiên cứu thực nghiệm về các phương pháp bảo vệ chống sét cho cánh tuabin gió)

[39] HANAI, M., KOUAMA, H., KUBO, N., HASHIMOTO, Y., SUZUKI, I., UEDA, Y.,SAKAMOTO, H., Reproduction and Test Method of FRP Blade Failure for Wind Turbine Generators Caused by Lightning, Proceedings of the 28th International Conference on Lightning Protection, Kanazawa, Japan, 18-22 September 2006. (Phương pháp thử nghiệm và tái sản xuất hỏng hóc cánh FRP cho máy phát điện tuabin gió gây ra bởi sét)

[40] SAKAMOTO, H., KUBO, N., HASHIMOTO, Y., SUZUKI, I., UEDA, Y., HANAI, M., Lightning Failure Protection of FRP blade for Wind Power Generators, Proceedings of the 28th International Conference on Lightning Protection, Kanazawa, Japan, 18-22 September 2006. (Hỏng bảo vệ chống sét cánh FRP cho máy phát năng lượng gió)

[41] SAKURANO, H., HASHIMOTO, M., NAKAMURA, K., Observation of Winter Lightning Striking a Wind Power Generation Tower and a Lightning Tower, Proceedings of the 28th International Conference on Lightning Protection, Kanazawa, Japan, 18-22 September 2006 (Quan sát cú sét đánh mùa đông một cột tháp phát năng lượng gió và một cột tháp sét)

[42] LEWKE, B., KRUG, F., KINDERSBERGER, J., Risk of Lightning Strike to Wind Turbinesfor Maintenance Personnel Inside the Hub, Proceedings of the 28th IntemationalConference on Lightning Protection, Kanazawa, Japan, 18-22 September 2006. (Rủi ro sét đánh vào các tuabin gió cho nhân viên bảo chì bên trong hub)

[43] BIRKL, J., FREY, C., ZAHLMANN, P., How to verify lightning protection efficiency for wind turbines? Testing procedures for lightning protection components, Proceedings of the 28th International Conference on Lightning Protection, Kanazawa, Japan, 18-22 September 2006. (Cách xác minh hiệu quả bảo vệ chống sét cho tuabin gió? Các quy trình thử nghiệm các thành phần bảo vệ chống sét)

[44] MINOWA, M., MINAMI, M., YODA, M., Research into Lightning Damages and Protection Systems for Wind Power Plants in Japan, Proceedings of the 28th International Conference on Lightning Protection, Kanazawa, Japan, 18-22 September 2006. (Nghiên cứu thiệt hại sét và hệ thống bảo vệ cho các nhà máy năng lượng gió tại Nhật Bản)

[45] YASAMUDA, Y., YOSHIOKA, T., UEDA, T., FDTD Analysis on Wind Turbine Earthing, Proceedings of the 28th International Conference on Lightning Protection, Kanazawa,Japan, 18-22 September 2006. (Phân tích nối đất tuabin gió)

[46] YASUDA, Y., UNO, N., KOBAYASHI, H., FUNABASHI, T., Surge Analysis on Wind Farmat Winter Lightning Stroke, Proceedings of the 28th International Conference on Lightning Protection, Kanazawa, Japan, 18-22 September 2006. (Phân tích đột biến điện trên trang trại gió tại các cú sét đánh mùa đông)

[47] SUMI, S.I., AICHI, H., HORII, K., YODA, M., MINAMI, M., MINOWA, M., Breakdown Tests of Wind Turbine Blade for Improved Lightning Protection, Proceedings of the 28^th International Conference on Lightning Protection, Kanazawa, Japan, 18-22 September 2006 (Các thử nghiệm đánh thủng điện của cánh tuabin gió đối với bảo vệ chống sét được cải tiến)

[48] SHIRASHI, Y., OTSUKA, T., The Observation and a Study of Direct Lightning StrokeCurrent through the Wind Turbine Generator System, Proceedings of the 28^th International Conference on Lightning Protection, Kanazawa, Japan, 18-22 September 2006. (Quan sát và nghiên cứu về dòng điện cú sét đánh trực tiếp thông qua hệ thống máy phát tuabin gió)

[49] Cigré WG C.4.4.02, Protection of MV and LV networks against lightning, Part 1: Common topics, July 2005 (Bảo vệ cho các mạng MV và LV bảo vệ chống sét, Phần 1: Các chủ đề chung)

 

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Lời giới thiệu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ và định nghĩa

4  Ký hiệu và đơn vị

5  Các từ viết tắt

6  Môi trường sét của tuabin gió

7  Đánh giá tác động với sét

8  Bảo vệ chống sét của các bộ phận đi kèm

9  Nối đất các tuabin gió và trang trại gió

10  An toàn cá nhân

11  Tài liệu cho hệ thống bảo vệ chống sét

12  Kiểm tra hệ thống bảo vệ chống sét

Phụ lục A (tham khảo) - Hiện tượng sét liên quan đến các tuabin gió

Phụ lục B (tham khảo) - Đánh giá chịu tác động sét

Phụ lục C (tham khảo) - Các biện pháp bảo vệ cánh tuabin

Phụ lục D (tham khảo) - Thông số kỹ thuật thử nghiệm

Phụ lục E (tham khảo) - Áp dụng khái niệm các vùng bảo vệ chống sét (LPZ) trong tuabin gió

Phụ lục F (tham khảo) - Lựa chọn và lắp đặt bảo vệ SPD phối hợp trong tuabin gió

Phụ lục G (tham khảo) - Thông tin bổ sung về liên kết và kỹ thuật che chắn và lắp đặt

Phụ lục H (tham khảo) - Phương pháp thử nghiệm cho các thử nghiệm miễn nhiễm cấp hệ thống

Phụ lục I (tham khảo) - Hệ thống đầu thu sét

Phụ lục J (tham khảo) - Ví dụ về các điểm đo xác định

Phụ lục K (tham khảo) - Bảng câu hỏi thiệt hại sét đánh điển hình

Phụ lục L (tham khảo) - Hệ thống giám sát

Phụ lục M (tham khảo) - Hướng dẫn cho các tuabin gió nhỏ - Vi máy phát

Thư mục tài liệu tham khảo