Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 10687-24:2025 IEC 61400-24:2019 with amendment 1:2024 Hệ thống phát điện gió - Phần 24: Bảo vệ chống sét

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10687-24:2025

IEC 61400-24:2019
WITH AMENDMENT 1:2024

HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ – PHẦN 24: BẢO VỆ CHỐNG SÉT

Wind energy generation systems - Part 24: Lightning protection

 

Mục lục

Lời nói đầu

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

6.1 Quy định chung

6.2 Thông số dòng điện sét và mức bảo vệ chống sét (LPL)

7 Đánh giá tác động với sét

7.1 Quy định chung

7.2 Đánh giá tần suất sét ảnh hưởng đến tuabin gió đơn lẻ hoặc một nhóm các tuabin gió

7.3 Đánh giá rủi ro thiệt hại

8 Bảo vệ chống sét của các bộ phận đi kèm

8.1 Quy định chung

8.2 Cánh tuabin

8.3 Vỏ tuabin và các thành phần kết cấu khác

8.4 Hệ thống truyền động cơ khí và xoay tuabin

8.5 Hệ thống điện hạ áp và hệ thống điện tử và hệ thống lắp đặt

8.6 Hệ thống điện cao áp (HV)

9 Nối đất các tuabin gió và trang trại gió

9.1 Quy định chung

9.2 Liên kết đẳng thế

9.3 Thành phần kết cấu

9.4 Kích thước hình dạng điện cực

9.5 Thực thi và bảo trì hệ thống đầu thu sét

10 An toàn cá nhân

11 Tài liệu cho hệ thống bảo vệ chống sét

11.1 Quy định chung

11.2 Tài liệu cần thiết trong quá trình đánh giá thẩm định thiết kế

11.3 Thông tin cụ thể ở hiện trường

11.4 Tài liệu cần cung cấp để kiểm tra hệ thống LPS

11.5 Tài liệu hướng dẫn

12 Kiểm tra hệ thống bảo vệ chống sét

12.1 Phạm vi kiểm tra

12.2 Thứ tự kiểm tra

12.3 Bảo trì

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 (quy định) Thông số thử nghiệm

Phụ lục E (tham khảo) ứng dụng của môi trường sét và các khu vực bảo vệ chống sét (LPZ)

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) Phân loại hư hại do sét dựa trên quản lý rủi ro

Phụ lục L (tham khảo) Hệ thống phát hiện và đo lường sét

Phụ lục M (tham khảo) Hướng dẫn cho các tuabin gió nhỏ - Vi máy phát

Phụ lục N (tham khảo) Hướng dẫn kiểm tra xác nhận sự tương đồng của cánh tuabin

Phụ lục O (tham khảo) Hướng dẫn xác thực các phương pháp phân tích số

Phụ lục P (tham khảo) Thử nghiệm các thành phần quay

Phụ lục Q (tham khảo) Hệ thống nối đất cho các trang trại gió

Thư mục tài liệu tham khảo

 

Lời nói đầu

TCVN 10687-24:2025 (IEC 61400-24:2019+AMD1:2024) thay thế TCVN 10687-24:2015 (IEC 61400-24:2010)

TCVN 10687-24:2025 hoàn toàn tương đương với IEC 61400-24-2019 và sửa đổi 1:2024;

TCVN 10687-24:2025 do do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC E13 Năng lượng tái tạo biên soạn, Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam đề nghị, Ủy ban Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quốc gia thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ TCVN 10687 (IEC 61400), Hệ thống phát điện gió gồm các phần sau:

- TCVN 10687-1:2025 (IEC 61400-1:2019), Phần 1: Yêu cầu thiết kế

- TCVN 10687-3-1:2025 (IEC 61400-3-1:2019), Phần 3-1: Yêu cầu thiết kế đối với tuabin gió cố định ngoài khơi

- TCVN 10687-3-2:2025 (IEC 61400-3-2:2025), Phần 3-2: Yêu cầu thiết kế đối với tuabin gió nổi ngoài khơi

- TCVN 10687-4:2025 (IEC 61400-4:2025), Phần 4: Yêu cầu thiết kế hộp số tuabin gió

- TCVN 10687-5:2025 (IEC 61400-5:2020), Phần 5: Cánh tuabin gió

- TCVN 10687-6:2025 (IEC 61400-6:2020), Phần 6: Yêu cầu thiết kế tháp và móng

- TCVN 10687-11:2025 (IEC 61400-11:2012+AMD1:2018), Phần 11: Yêu cầu thiết kế tháp và móng

- TCVN 10687-12:2025 (IEC 61400-12:2022), Phần 12: Đo đặc tính công suất của tuabin gió phát điện - Tổng quan

- TCVN 10687-12-1:2023 (IEC 61400-12-1:2022), Phần 12-1: Đo hiệu suất năng lượng của tuabin gió phát điện

- TCVN 10687-12-2:2023 (IEC 61400-12-2:2022), Phần 12-2: Hiệu suất năng lượng của tuabin gió phát điện dựa trên phép đo gió trên vỏ tuabin

- TCVN 10687-12-3:2025 (IEC 61400-12-3:2022), Phần 12-3: Đặc tính công suất - Hiệu chuẩn theo vị trí dựa trên phép đo

- TCVN 10687-12-4:2023 (IEC TR 61400-12-4:2020), Phần 12-4: Hiệu chuẩn vị trí bằng số đối với thử nghiệm hiệu suất năng lượng của tuabin gió

- TCVN 10687-12-5:2025 (IEC 61400-12-5:2022), Phần 12-5: Đặc tính công suất - Đánh giá chướng ngại vật và địa hình

- TCVN 10687-12-6:2025 (IEC 61400-12-6:2022), Phần 12-6: Hàm truyền vỏ tuabin dựa trên phép đo của tuabin gió phát điện

- TCVN 10687-13:2025 (IEC 61400-13:2015+AMD1:2021), Phần 13: Đo tải cơ học

- TCVN 10687-14:2025 (IEC/TS 61400-14:2005), Phần 14: Công bố mức công suất âm biểu kiến và giá trị tính âm sắc

- TCVN 10687-21:2018 (IEC 61400-21:2008), Phần 21: Đo và đánh giá đặc tính chất lượng điện năng của tuabin gió nối lưới

- TCVN 10687-22:2018, Phần 22: Hướng dẫn thử nghiệm và chứng nhận sự phù hợp

- TCVN 10687-23:2025 (IEC 61400-23:2014), Phần 23: Thử nghiệm kết cấu đầy đủ của cánh rôto

- TCVN 10687-24:2025 (IEC 61400-24:2019+AMD1:2024), Phần 24: Bảo vệ chống sét

- TCVN 10687-25-1:2025 (IEC 61400-25-1:2017), Phần 25-1: Truyền thông để giám sát và điều khiển các nhà máy điện gió - Mô tả tổng thể các nguyên lý và mô hình

- TCVN 10687-25-2:2025 (IEC 61400-25-2:2015), Phần 25-2: Truyền thông để giám sát và điều khiển nhà máy điện gió - Mô hình thông tin

- TCVN 10687-25-3:2025 (IEC 61400-25-3:2015), Phần 25-3: Truyền thông để giám sát và điều khiển nhà máy điện gió - Mô hình dữ liệu

- TCVN 10687-25-4:2025 (IEC 61400-25-4:2016), Phần 25-4: Truyền thông để giám sát và điều khiển nhà máy điện gió - Ánh xạ hồ sơ truyền thông

- TCVN 10687-25-5:2025 (IEC 61400-25-5:2017), Phần 25-5: Truyền thông để giám sát và điều khiển nhà máy điện gió - Thử nghiệm sự phù hợp

- TCVN 10687-25-6:2025 (IEC 61400-25-6:2016), Phần 25-6: Truyền thông để giám sát và điều khiển nhà máy điện gió - Các lớp nút logic và các lớp dữ liệu để giám sát tình trạng

- TCVN 10687-25-71:2025 (IEC/TCS 61400-25-71:2019), Phần 25-71: Truyền thông để giám sát và điều khiển nhà máy điện gió - Ngôn ngữ mô tả cấu hình

- TCVN 10687-26-1:2025 (IEC 61400-26-1:2019), Phần 26-1: Tính khả dụng của hệ thống phát điện gió

- TCVN 10687-27-1:2025 (IEC 61400-27-1:2020), Phần 27-1: Mô hình mô phỏng điện - Mô hình chung

- TCVN 10687-27-2:2025 (IEC 61400-27-2:2020), Phần 27-2: Mô hình mô phỏng điện - Xác nhận mô hình

- TCVN 10687-50:2025 (IEC 61400-50:2022), Phần 50: Đo gió - Tổng quan

- TCVN 10687-50-1:2025 (IEC 61400-50-1:2022), Phần 50-1: Đo gió - ứng dụng các thiết bị đo lắp trên cột khí tượng, vỏ tuabin và mũ hub

- TCVN 10687-50-2:2025 (IEC 61400-50-2:2022), Phần 50-2: Đo gió - ứng dụng công nghệ cảm biến từ xa lắp trên mặt đất

- TCVN 10687-50-3:2025 (IEC 61400-50-3:2022), Phần 50-3: Sử dụng lidar lắp trên vỏ tuabin để đo gió

 

HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ - PHẦN 24: BẢO VỆ CHỐNG SET

Wind energy generation systems - Part 24: Lightning protection

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này áp dụng cho bảo vệ chống sét của máy phát điện tuabin gió và các hệ thống điện gió. Tham khảo hướng dẫn trong Phụ lục M cho các tuabin gió nhỏ.

Tiêu chuẩn này xác định môi trường sét cho tuabin gió và đánh giá rủi ro cho tuabin gió trong môi trường đó. Tiêu chuẩn này xác định các yêu cầu bảo vệ cho cánh, các thành phần kết cấu khác và các hệ thống điện và điều khiển chống lại cả các tác động trực tiếp và gián tiếp của sét. Tiêu chuẩn này cũng bao gồm các phương pháp thử nghiệm để xác nhận sự phù hợp.

Tiêu chuẩn này đưa ra hướng dẫn về việc sử dụng các tiêu chuẩn bảo vệ chống sét, các tiêu chuẩn điện công nghiệp và tiêu chuẩn EMC, bao gồm cả nối đất; hướng dẫn về an toàn cá nhân được cung cấp, hướng dẫn về thống kê và báo cáo thiệt hại.

Tiêu chuẩn này đề cập đến hướng dẫn về an toàn cho cá nhân.

Tiêu chuẩn này cung cấp các hướng dẫn liên quan đến thống kê và báo cáo thiệt hại.

Các tài liệu viện dẫn là các tiêu chuẩn chung về chống sét, hệ thống điện hạ áp, hệ thống điện cao áp cho máy móc và công trình lắp đặt, cũng như về tương thích điện từ (EMC).

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố, áp dụng bản được nêu. Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất (bao gồm cả các sửa đổi).

TCVN 7447-4-44 (IEC 60364-4-44), Hệ thống lắp đặt điện hạ áp - Phần 4-44: Bảo vệ an toàn - Bảo vệ chống nhiễu điện áp và nhiễu điện từ

TCVN 7447-5-53:2005 (IEC 60364-5-53:2001), Hệ thống lắp đặt điện của tòa nhà - Phần 5-53: Lựa chọn và lắp đặt thiết bị điện - Cách ly, đóng cắt và điều khiển

TCVN 7447-5-54 (IEC 60364-5-54), Hệ thống lắp đặt điện hạ áp - Phần 5-54: Lựa chọn và lắp đặt thiết bị điện - Bố trí nối đất và dây bảo vệ

TCVN 7447-6 (IEC 60364-6), Hệ thống lắp đặt điện hạ áp - Phần 6: Kiểm tra xác nhận

TCVN 8241-4-5 (IEC 61000-4-5), Tương thích điện từ (EMC) - Phần 4-5: Phương pháp đo và thử - Miễn nhiễm đối với xung

TCVN 9621-1 (IEC/TS 60479-1), Ảnh hưởng của dòng điện lên người và gia súc - Phần 1: Khía cạnh chung

TCVN 9621-4 (IEC TR 60479-4), Ảnh hưởng của dòng điện lên người và gia súc - Phần 4: Ảnh hưởng của sét

TCVN 9888-1:2013 (IEC 62305-1:2010), Bảo vệ chống sét - Phần 1: Nguyên tắc chung

TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010), Bảo vệ chống sét - Phần 2: Quản lý rủi ro

TCVN 9888-3:2013 (IEC 62305-3:2010), Bảo vệ chống sét - Phần 3: Thiệt hại vật chất đến kết cấu và nguy hiểm tính mạng

TCVN 10884-1 (IEC 60664-1), Phối hợp cách điện dùng cho thiết bị trong hệ thống điện hạ áp - Phần 1: Nguyên tắc, yêu cầu và thử nghiệm

TCVN 10687-23 (IEC 61400-23), Hệ thống phát điện gió - Phần 23: Thử nghiệm kết cấu toàn bộ của cánh quạt

IEC 61000 (tất cả các phần), Electromagnetic compatibility (EMC) (Tương thích điện từ (EMC))\EC 61000-4-9, Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-9: Testing and measurement techniques - Impulse magnetic field immunity test (Tương thích điện từ (EMC) - Phần 4-9: Kỹ thuật kiểm tra và đo lường - Thử khả năng miễn nhiễm trường từ xung))

IEC 61000-4-10, Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-10: Testing and measurement techniques - Damped oscillatory magnetic field immunity test (Tương thích điện từ (EMC) - Phần 4-10: Kỹ thuật kiểm tra và đo lường - Thử khả năng miễn nhiễm trường dao động tắt dần))

IEC TR 61000-5-2, Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 5: Installation and mitigation guidelines - Section 2: Earthing and cabling (Tương thích điện từ (EMC) - Phần 5: Hướng dẫn lắp đặt và giảm thiểu - Phần 2: Nối đất và đi cáp))IEC 61587-3, Mechanical structures for electronic equipment - Tests for IEC 60917 and I EC 60297 - Part 3: Electromagnetic shielding performance tests for cabinets and subracks (Cấu trúc cơ khí cho thiết bị điện tử - Thử nghiệm theo IEC 60917 và IEC 60297 - Phần 3: Thử nghiệm hiệu suất che chắn điện từ cho tủ và giá đỡ phụ)

IEC 61643-11, Low-voltage surge protective devices - Part 11: Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems - Requirements and test methods (Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện áp thấp - Phần 11: Thiết bị bảo vệ chống đột biến kết nối với hệ thống phân phối điện hạ áp - Yêu cầu và phương pháp thử nghiệm))

IEC 61643-12, Low-voltage surge protective devices - Part 12: Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems - Selection and application principles (Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện áp thấp - Phần 12: Thiết bị chống sét lan truyền kết nối với hệ thống phân phối điện hạ áp - Nguyên tắc lựa chọn và ứng dụng))

IEC 61643-21, Low voltage surge protective devices - Part 21: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks - Performance requirements and testing methods (Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện áp thấp - Phần 21: Thiết bị chống sét lan truyền kết nối với mạng viễn thông và tín hiệu - Yêu cầu hiệu suất và phương pháp thử nghiệm))

IEC 61643-22, Low-voltage surge protective devices - Part 22: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks - Selection and application principles (Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện áp thấp - Phần 22: Thiết bị chống sét lan truyền kết nối với mạng viễn thông và tín hiệu - Nguyên tắc lựa chọn và ứng dụng))

IEC 61936-1, Power installations exceeding 1 kV a.c. - Part 1: Common rules (Hệ thống lắp đặt nguồn điện vượt quá 1 kV xoay chiều - Phần 1: Những quy tắc chung))

IEC TS 61936-2, Power installations exceeding 1 kV a.c. and 1,5 kV d.c. - Part 2: d.c. (Hệ thống lắp đặt nguồn điện vượt quá 1 kV xoay chiều và 1,5 kV một chiều - Phần 2: Hệ thống một chiều))IEC 62305-4:20101), Protection against lightning - Part 4: Electrical and electronic systems within structures (Bảo vệ chống sét - Phần 4: Hệ thống điện và điện tử trong công trình)

IECRE OD-501, Type and Component Certification Scheme (wind turbines) (Hệ thống chứng nhận kiểu loại và linh kiện (tuabin gió))

ITU-T K.20, Resistibility of telecommunication equipment installed in a telecommunications centre to overvoltages and overcurrents (Khả năng chống quá điện áp và quá dòng của thiết bị viễn thông lắp đặt trong trung tâm viễn thông)

ITU-T K.21, Resistibility of telecommunications equipment installed in customer premises to overvoltages and overcurrents (Khả năng chống quá điện áp và quá dòng của thiết bị viễn thông được lắp đặt tại cơ sở của khách hàng)

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa dưới đây. Tuy nhiên, các thuật ngữ, định nghĩa nêu trong TCVN 9888-1 (IEC 62305-1), TCVN 9888-2 (IEC 62305-2), TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) và IEC 62305-4 được ưu tiên áp dụng.

3.1

Hệ thống đầu thu sét (air-termination system)

Bộ phận của hệ thống LPS bên ngoài sử dụng các phần tử kim loại như các thanh kim loại, lưới kim loại hoặc dây chống sét để thu sét.

3.2

Độ dốc trung bình sườn trước dòng điện cú sét ngắn (average steepness of the front of short stroke current)

Tốc độ thay đổi trung bình của dòng điện trong khoảng thời gian ∆t = t₂ – t₁.

Chú thích 1: Độ dốc này thể hiện bằng chênh lệch ∆i = i(t₂) - i(t₁) của các giá trị dòng điện tại thời điểm bắt đầu và kết thúc trong khoảng thời gian này, chia cho khoảng thời gian ∆t = t₂ – t₁ (xem Hình A.3).

3.3

Thanh liên kết (bonding bar)

Thanh kim loại trên đỏ hệ thống lắp đặt bằng kim loại, các phần dẫn bên ngoài, đường dây điện, đường dây thông tin và các cáp khác có thể được nối liên kết với LPS.

3.4

Diện tích thu sét (collection area)

A_d

Đối với mỗi kết cấu, diện tích mặt đất có cùng tần suất của chùm sét đánh trực tiếp hàng năm với kết cấu.

3.5

Tiên đạo sét kết nối (connecting leader)

Tiên đạo sét phát triển từ một kết cấu là đáp ứng với điện trường bên ngoài bị khống chế hoặc bởi một đám mây tích điện trên không hoặc bởi một tiên đạo dẫn xuống tiếp cận kết cấu.

3.6

Trở kháng đất quy ước (conventional earthing impedance)

Tỷ số giữa giá trị đỉnh của điện áp đầu tiếp đất và dòng điện đầu tiếp đất, thông thường chúng không xuất hiện đồng thời.

3.7

Bảo vệ SPD phối hợp (coordinated SPD protection)

Các SPD được lựa chọn, kết hợp và lắp đặt thích hợp làm giảm hỏng hóc các hệ thống điện và điện tử.

Chú thích 1: Phối hợp của bảo vệ SPD phải có các mạch kết nối để cung cấp phối hợp cách điện cho hệ thống hoàn chỉnh.

3.8

Hệ thống dẫn sét xuống (down-conductor system)

Bộ phận của LPS bên ngoài dùng để dân dòng điện sét từ hệ thống đầu thu sét không khí xuống hệ thống đầu thu sét.

3.9

Sét hướng xuống (downward flash)

Sét đánh bắt đầu từ một tiên đạo hướng từ đám mây xuống đất.

Chú thích 1: Sét hướng xuống gồm một xung ngắn ban đầu, có thể có một chuỗi xung ngắn tiếp theo và có thể bao gồm cú sét dài.

3.10

Điện cực đất (earth electrode)

Phần hoặc nhóm các phần của hệ thống đầu thu sét cung cấp tiếp xúc điện trực tiếp và phân tán dòng điện trực tiếp xuống đất.

3.11

Hệ thống đầu thu sét (earth-termination system)

Bộ phận của LPS bên ngoài được thiết kế để dẫn và phân tán dòng điện sét xuống đất.

3.12

Hiệu suất của LPS (efficiency of an LPS)

Số lượng thống kê quan sát được của các lần sét đánh chặn đúng cách (tức là hiệu suất chặn) và dẫn an toàn xuống đất chia cho tổng số lần sét đánh vào tuabin/cánh gió quan sát được (trong thực tế).

3.13

Hiệu quả của LPS (effectiveness of an LPS)

Số lượng thống kê quan sát được của các thử nghiệm thành công trong phòng thí nghiệm chia cho tổng số phép thử trong phòng thí nghiệm.

3.14

Độ cao (height)

H

Đối với tuabin gió, điểm cao nhất mà cánh quạt đạt được, tức là độ cao hub cộng với bán kính rôto.

3.15

Hệ thống bảo vệ chống sét bên ngoài (external lightning protection system)

Một phần của LPS bao gồm hệ thống đầu thu sét, hệ thống dẫn xuống và hệ thống đầu cuối đất.

Chú thích 1: Dây dẫn xuống thường được đặt bên trong cánh tuabin gió.

3.16

Điện tích sét (flash charge)

Q_flash

Tích phân theo thời gian của dòng điện sét trong toàn bộ thời gian sét đánh.

3.17

Thời gian đầu sóng T1 (front time T1)

Thông số ảo được định nghĩa là 1,25 lần khoảng thời gian giữa các thời điểm khi đạt đến 10 % và 90 % giá trị đỉnh.

3.18

Điện cực đất móng (foundation earth electrode)

Phần cốt thép của móng tòa nhà hoặc phần dẫn điện bổ sung được gắn vào móng bê tông của một kết cấu và được sử dụng như một điện cực đất.

3.19

Mật độ sét đánh xuống đất (ground flash density)

N_g

Số chùm sét đánh trên mỗi kilo mét vuông trong một năm trong vùng đặt kết cấu.

3.20

Điện áp cao (high voltage)

Điện áp cao hơn 1,0 kV xoay chiều hoặc cao hơn 1,5 kV một chiều.

3.21

Hệ thống bảo vệ chống sét bên trong (internal lightning protection system)

Phần của hệ thống bảo vệ chống sét gồm liên kết đẳng thế sét và/hoặc cách điện của hệ thống bảo vệ chống sét bên ngoài.

Chú thích 1: Phù hợp với khoảng cách ly và giảm các hiệu ứng điện từ của dòng điện sét trong kết cấu cần bảo vệ có thể được coi là các bộ phận của hệ thống bảo vệ chống sét bên trong.

3.22

Hiệu suất chặn (interception efficiency)

Xác suất chặn sét mà hệ thống đầu thu sét của LPS có thể thực hiện.

3.23

Điểm kết nối tiên đạo sét (leader connection point)

Đặt trong khe hở không khí giữa đối tượng thử nghiệm và điện cực cao áp ở đó các tiên đạo sét âm và dương gặp nhau và bắt đầu phóng điện.

3.24

Dòng điện sét (lightning current)

I

Dòng điện tại điểm sét đánh.

3.25

Xung sét điện từ (lightning electromagnetic impulse)

LEMP

Tất cả các hiệu ứng điện từ của dòng điện sét

Chú thích 1: LEMP bao gồm các đột biến dẫn cũng như các hiệu ứng trường điện từ xung bức xạ.

3.26

Liên kết đẳng thế chống sét (lightning equipotential bonding)

Liên kết đến LPS của các bộ phận kim loại riêng rẽ bằng cách ghép nối dẫn điện trực tiếp hoặc thông qua các thiết bị bảo vệ đột biến, để giảm chênh lệch điện thế do dòng điện sét.

3.27

Tia sét đánh vào tuabin gió (Lightning flash to a wind turbine)

Tia sét đánh vào một công trình

Tia sét đánh vào một công trình (tuabin gió) cần được bảo vệ.

3.28

Sét đánh xuống đất (lightning flash to earth)

Phóng điện bắt nguồn từ khí quyển giữa các đám mây và đất gồm một hoặc nhiều cú sét.

Chú thích 1: Một chùm sét âm làm giảm điện tích âm từ mây dông xuống đất. Một chùm sét dương dẫn đến điện tích dương được truyền từ mây dông xuống đất.

3.29

Mức bảo vệ chống sét (lightning protection level)

LPL

Số liên quan đến một tập các giá trị Thông số dòng điện sét có liên quan đến xác suất mà các giá trị tối đa và tối thiểu kết hợp theo thiết kế sẽ không bị vượt quá khi sét xuất hiện tự nhiên.

Chú thích 1: Mức bảo vệ chống sét được sử dụng để thiết kế các biện pháp bảo vệ theo bộ các Thông số dòng điện sét liên quan.

3.30

Hệ thống bảo vệ chống sét (lightning protection system)

LPS

Hệ thống hoàn chỉnh được sử dụng để giảm thiệt hại vật chất do sét đánh vào kết cấu.

Chú thích 1: Hệ thống này bao gồm hệ thống bảo vệ chống sét bên trong và bên ngoài.

3.31

Vùng bảo vệ chống sét (lightning protection zone)

LPZ

Khu vực mà trong đó môi trường sét điện từ được xác định

Chú thích 1: Biên của vùng bảo vệ chống sét LPZ không nhất thiết là biên vật lý (ví dụ như tường, sàn và trần).

3.32

Cú sét (lightning stroke)

Phóng điện đơn nằm trong chùm sét đánh xuống đất.

3.33

Đường dây (line)

Đường dây điện hoặc đường dây viễn thông được kết nối với công trình cần bảo vệ.

3.34

Cú sét dài (long stroke)

Phần của sét ứng với một dòng điện liên tục.

Chú thích 1: Khoảng thời gian Tlong (thời gian từ giá trị 10 % trên sườn trước đến giá trị 10 % trên sườn sau) của dòng điện liên tục này thường lớn hơn 2 ms và nhỏ hơn 1 s (xem Hình A.4).

3.35

Màn chắn từ (magnetic shield)

Màn khép kín, bằng kim loại, dạng lưới hoặc dáng tấm bao phủ kết cấu cần bảo vệ, hoặc một phần của kết cấu, được sử dụng để giảm các hỏng hóc của các hệ thống điện và điện tử.

Chú thích 1: Hiệu ứng bảo vệ của màn chắn từ đạt được nhờ sự suy giảm trường từ.

3.36

Hệ thống lắp đặt bằng kim loại (metal installations)

Các hạng mục bằng kim loại kéo dài trong kết cấu cần bảo vệ có thể tạo thành tuyến dẫn dòng điện sét như đế vỏ động cơ, dây và ray dẫn hướng của cơ cấu nâng, thang, bệ máy và cốt thép được nối liên kết.

3.37

Cú sét chùm (multiple strokes)

Sét có trung bình từ 3 đến 4 cú sét.

Khoảng thời gian điển hình giữa các cú sét cỡ 50 ms.

Chú thích 1: Đã ghi lại nhiều trường hợp có tới một vài chục cú sét với các khoảng thời gian giữa chúng kéo dài từ 10 ms đến 250 ms.

3.38

Thành phần tự nhiên của hệ thống LPS (natural component of LPS)

Thành phần dẫn điện được lắp đặt không phải dùng riêng cho bảo vệ chống sét mà có thể được sử dụng bổ sung cho LPS hoặc trong một số trường hợp có thể cung cấp chức năng của một hoặc nhiều bộ phận của LPS.

Chú thích 1: Ví dụ về việc sử dụng mục này bao gồm:

- đầu thu sét tự nhiên;

- đầu dẫn sét tự nhiên;

- điện cực đất tự nhiên.

3.39

Số lượng trường hợp nguy hiểm do sét đánh vào kết cấu (number of dangerous events due to flashes to a structure)

N_d

Số lượng trường hợp nguy hiểm dự kiến trung bình hàng năm do sét đánh vào kết cấu.

3.40

Giá trị đỉnh (peak value)

I

Giá trị lớn nhất của dòng điện sét

3.41

Điểm sét đánh (point of strike)

Điểm mà một sét đánh xuống đất hoặc đánh vào kết cấu nhô ra (ví dụ như kết cấu, hệ thống LPS, đường dây, cây, v.v...).

Chú thích 1: Một sét có thể có nhiều điểm đánh.

3.42

Đầu thu (receptor)

Một dạng của đầu thu sét trên các cánh tuabin gió, như các đinh tán riêng lẻ bằng kim loại xuyên qua bề mặt cánh được nối đến hệ thống dây dẫn sét

3.43

Rủi ro (risk)

R

Giá trị tổn thất trung bình hàng năm có thể xảy ra (về người và hàng hóa) do sét, liên quan đến tổng giá trị của kết cấu cần bảo vệ (về người và hàng hóa).

3.44

Khoảng cách ly (separation distance)

Khoảng cách giữa hai phần dẫn mà tại đó không thể đánh tia lửa điện nguy hiểm.

3.45

Khoảng cách an toàn cho con người (personal safety distance)

Khoảng cách cần thiết giữa dây dẫn mang dòng sét một phần và các bộ phận dẫn điện khác để tránh tia lửa điện nguy hiểm.

3.46

Cú sét ngắn (short stroke)

Phần của sét ứng với một dòng điện xung.

Chú thích 1: Dòng điện này có thời gian T2 tới giá trị một nửa thường nhỏ hơn 2ms (xem Hình A.3).

Chú thích 2: Đối với đường dây điện, dòng điện thử nghiệm phù hợp In được định nghĩa trong quy trình thử nghiệm Loại II của IEC 61643-11.

3.47

Năng lượng riêng (specific energy)

W/R

Tích phân theo thời gian của bình phương dòng điện sét trong toàn bộ thời gian sét đánh.

Chú thích 1: Năng lượng riêng thể hiện năng lượng tiêu tán bởi dòng điện sét trong một đơn vị điện trở.

3.48

Đột biến (surge)

Quá độ gây ra bởi LEMP xuất hiện như một quá điện áp và/hoặc quá dòng điện.

Chú thích 1: Đột biến do xung sét điện từ LEMP có thể phát sinh từ dòng điện sét (một phần), từ các hiệu ứng cảm ứng trong các vòng dây lắp đặt và khi đột biến còn lại hướng xuống của SPD.

Chú thích 2: Đột biến có thể phát sinh từ các nguồn khác như theo tác đóng cắt hoặc tác động của cầu chảy.

3.49

Các biện pháp bảo vệ chống đột biến (Surge protection measures)

SPM

Các biện pháp được thực hiện để bảo vệ các hệ thống bên trong khói tác động của LEMP (xung điện từ sét).

Chú thích 1: Đây là một phần của biện pháp bảo vệ chống sét tổng thể.

3.50

Thiết bị bảo vệ chống đột biến (surge protective device)

SPD

Thiết bị được dùng để hạn chế các quá điện áp quá độ và thoát dòng đột biến.

Thiết bị này chứa tối thiểu một thành phần phi tuyến.

3.51

Rủi ro cho phép (tolerable risk)

R_T

Giá trị rủi ro tối đa mà được cho phép với kết cấu được bảo vệ.

3.52

Sét hướng lên (upward flash)

Sét đánh bắt đầu từ một tiên đạo hướng từ một kết cấu nối đất lên đám mây.

Chú thích 1: Sét hướng lên gồm một cú sét đầu tiên có hoặc không cố các xung xếp chồng. Một hoặc nhiều xung ngắn có thể được theo sau bởi cú sét dài.

3.53

Mức bảo vệ điện áp (voltage protection level)

U_p

Điện áp tối đa dự kiến tại các đầu cực SPD do ứng suất xung với độ dốc điện áp xác định và ứng suất xung với dòng điện xả có biên độ và dạng sóng nhất định.

Chú thích 1: Mức độ bảo vệ điện áp được cung cấp bởi nhà sản xuất và không được vượt quá:

- Điện áp giới hạn đo được, xác định cho hiện tượng phóng điện trước sóng (nếu áp dụng) và điện áp giới hạn đo được, xác định từ các phép đo điện áp dư tại các biên độ lên đến In và/hoặc limp tương ứng cho các lớp thử nghiệm II và/hoặc I;

- Điện áp giới hạn đo được xác định cho các phép đo sóng kết hợp lên đến Uoc cho lớp thử nghiệm III.

4  Ký hiệu và đơn vị

A_d Diện tích thu sét đánh vào kết cấu được cách ly

A_{D eff} Diện tích thu hút hiệu quả các tia sét đến một cấu trúc tách biệt sử dụng chiều cao hiệu quả.

A_DWF Diện tích thu hút các tia sét đến một trang trại gió.

A_i Diện tích thu sét đánh vào đường dây

A_t Diện tích thu sét đánh gần đường dây

A_m Diện tích ảnh hưởng đối với sét đánh gần kết cấu

c_s Nhiệt ẩn nóng chảy

c_t Tổng giá trị của kết cấu, quy ra tiền

c_w Dung lượng nhiệt

C Giá trị trung bình của tổn thất có thể xảy ra

C_e Hệ số môi trường

C_d Hệ số vị trí

C_DWL Hệ số vị trí do hoạt động sét đánh vào mùa đông

C_DC Hệ số vị trí do sự phức tạp của địa hình địa phương

C_DH Hệ số vị trí do độ cao so với mực nước biển

C_t Hệ số hiệu chỉnh cho một biến áp HV/LV trên đường dây

D_1D Điện giật do sét đánh trực tiếp vào con người

D_1T Điện giật đối với con người do sự kết hợp cảm ứng và trở kháng.

D₂ Tia lửa nguy hiểm gây ra hỏa hoạn hoặc nổ.

D₃ Sự gia tăng điện áp từ tất cả các nguồn gây hư hại.

H Chiều cao của tuabin gió.

H_eff Chiều cao của tuabin gió bao gồm cả sự thay đổi của địa hình địa phương

h_z Hệ số tăng tổn thất khi có nguy hiểm đặc biệt

I Dòng điện

I Dòng điện đĩnh

I_n Dòng điện thử nghiệm danh nghĩa; dòng phóng điện

I_t Dòng điện trong vỏ cáp

I_imp Dòng điện thử nghiệm xung

IC Tia sét trong đám mây

di/dt Đạo hàm theo thời gian của dòng điện, độ dốc trung bình

di/dt_30/90% Độ dốc dòng điện giữa các điểm 30 % và 90 % biên độ đĩnh trên sườn trước

L_AD Tổn thất liên quan đến thương tích ở người do điện giật gây ra do sét đánh trực tiếp vào người đó (chớp điện vào kết cấu).

L_AT Tổn thất liên quan đến thương tích ở người do điện giật gây ra do ghép nối điện trở và cảm ứng (chớp điện vào kết cấu).

L_B Tổn thất trong một kết cấu liên quan đến thiệt hại vật chất (sét đánh vào kết cấu)

L_C Tổn thất liên quan đến hỏng hóc các hệ thống bên trong (sét đánh vào đường dây)

L_D Tỷ lệ trung bình của số người bị thương do sét đánh trực tiếp so với tổng số người bị sét đánh trong khu vực do một sự kiện nguy hiểm gây ra.

L_F1 Tỷ lệ trung bình của số người bị thương do hỏa hoạn hoặc nổ so với tổng số người trong khu vực, do một sự kiện nguy hiểm.

L_F2 Tỷ lệ trung bình điển hình của thiệt hại vật chất có ảnh hưởng xã hội do hỏa hoạn hoặc nổ so với mức thiệt hại tối đa có ảnh hưởng xã hội trong khu vực, do một sự kiện nguy hiểm

L_M Tổn thất liên quan đến hỏng hóc các hệ thống bên trong (sét đánh gần đường dây)

L_O Tỷ lệ trung bình điển hình của số người bị thương do sự cố của các hệ thống bên trong so với tổng số người trong khu vực, do một sự kiện nguy hiểm.

L_T Tỷ lệ trung bình điển hình của những người bị thương do điện áp chạm và điện áp bước so với tổng số người trong khu vực, do một sự kiện nguy hiểm.

L_UT Thiệt hại liên quan đến việc bị thương ở con người do điện giật gây ra từ sự kết nối điện trở và cảm ứng (sét đánh vào đường dây).

L_V Tổn thất trong kết cấu do thiệt hại vật chất (sét đánh vào đường dây)

L_W Tổn thất liên quan đến hỏng các hệ thống bên trong (sét đánh vào đường dây)

L_x Thiệt hại phát sinh do tổn thất

L_z Tổn thất liên quan đến hỏng các hệ thống bên trong (sét đánh gần đường dây)

L1 Tổn thương đối với sinh vật sống

L2 Tổn hại vật lý đối với cấu trúc và các nội dung bên trong

L3 Sự cố của các hệ thống điện và điện tử

N_D Số lượng sự kiện nguy hiểm do sét đánh vào một công trình mỗi năm

N_X Số lượng sự kiện nguy hiểm mỗi năm

N_d Số lượng sự kiện nguy hiểm do sét đánh vào một công trình

N_M Số lượng sự kiện nguy hiểm do sét đánh gần một công trình

Số lượng sự kiện nguy hiểm do sét đánh gần một đường dây

Số lần sét đánh vào kết cấu hàng năm

Số lượng sự kiện nguy hiểm do sét đánh vào một đường dây

N_d,x Số lần sét đánh vào kết cấu tại đầu “x” của đường dây cung cấp hàng năm

N_g Mật độ sét đánh xuống đất hàng năm

N_{G LLS} Mật độ sét đánh xuống đất thu được từ hệ thống định vị sét

N_{G corrected} Mật độ sét đánh xuống đất đã hiệu chỉnh thu được từ hệ thống định vị sét

N_SG Mật độ điểm sét đánh xuống mặt đất hàng năm

N_t Mật độ tổng hợp của các tia sét quang học (sét đánh mặt đất + sét mây) hàng năm

P_AT Xác suất một tia sét đánh vào một công trình sẽ gây ra điện áp chạm và điện áp bước nguy hiểm

P_AD Xác suất một tia sét đánh vào một công trình sẽ đánh trúng một người

P_B Xác suất sét đánh vào kết cấu sẽ gây thiệt hại vật chất

P_C Xác suất hỏng hệ thống bên trong do sét đánh vào kết cấu

P_LD Xác suất sét đánh vào đường dây sẽ gây hỏng hệ thống bên trong

P_LI Xác suất sét đánh gần đường dây sẽ gây hỏng hệ thống bên trong

P_M Xác suất sét đánh gần kết cấu sẽ gây hỏng hệ thống bên trong

P_SPD Xác suất hỏng hệ thống bên trong dựa vào việc áp dụng SPD bảo vệ

P_u Xác suất sét đánh vào đường dây sẽ gây tổn thương sinh vật

P_v Xác suất sét đánh vào đường dây sẽ gây thiệt hại vật chất

P_w Xác suất sét đánh vào đường dây sẽ gây hỏng hệ thống bên trong

P_x Xác suất thiệt hại cho kết cấu x

P_z Xác suất sét đánh gần đường dây sẽ gây hỏng hệ thống bên trong

r_t Hệ số giảm theo loại bề mặt đất

r_f Hệ số giảm tổn thất do thiệt hại vật chất phụ thuộc vào rủi ro cháy

r_p Hệ số giảm tổn thất do thiệt hại vật chất phụ thuộc vào việc thực hiện các biện pháp dự phòng

R Rủi ro

R Bán kính quả cầu lăn

R_S Điện trở vỏ cáp trên mỗi đơn vị chiều dài

R_T Rủi ro cho phép

R_X Yếu tố rủi ro cho một công trình

S Khoảng cách giữa các thanh nối đất

t_p Số giờ mỗi năm con người có mặt ở nơi nguy hiểm

t hoặc T Thời gian

∆t Khoảng thời gian

T_X Thông số thời gian

t_long Khoảng thời gian của cú sét dài

u_a, u_c Điện áp rơi trên anốt hoặc catốt

U_C Hiệu điện thế giữa vỏ và các lõi cáp

U_W Điện áp chịu xung

U_P Mức bảo vệ điện áp

Q Điện tích dòng điện sét

Q_flash Điện tích sét

Q_short Điện tích cú sét ngắn

Q_long Điện tích cú sét dài

W/R Năng lượng riêng

Z_T Trở kháng truyền

α Hệ số nhiệt độ của trở kháng (1/K)

ү Khối lượng riêng vật liệu

μ₀ Độ từ thẩm của không khí (chân không)

Φ Từ thông

p Điện trở suất

p₀ Điện trở thuần riêng ở nhiệt độ môi trường

θ Nhiệt độ

θ₀ Nhiệt độ ban đầu

θ_s Nhiệt độ nóng chảy

θ_u Nhiệt độ môi trường

A Ampe

C Cu lông

°C độ Celsius

H Henry

K Kelvin

S Siemens

G Gam

Hz Héc

J Jun

m Mét

kg Kilo gram

MJ Mega Jun

μm Micro mét

mm Mili mét

cm Xen ti mét

m Mét

km Kilô mét

ms Mili giây

Ω Ôm

S Giây

μs Micro giây

V Vôn

W Oát

Wb Webe

Các từ viết tắt
AC	Alternating current	Dòng điện xoay chiều
CFRP	Carbon fiber reinforced plastic	Nhựa gia cường sợi carbon
CG	Cloud-to-ground lightning	Sét từ mây đến mặt đất
DE	Detection efficiency	Hiệu suất phát hiện
EB	Lightning equipotential bonding	Liên kết đẳng thế sét
EGM	Electrogeometrical model	Mô hình điện hình học
EMC	Electromagnetic compatibility	Tương thích điện từ
GFRP	Glass fiber reinforced plastic	Nhựa gia cường sợi thủy tinh
IC	Intra-cloud lightning	Sét trong mây
LEMP	Lightning electromagnetic impulse	Xung điện từ sét
LLS	Lightning location system -	Hệ thống định vị sét
LPE	Lightning protection environment	Môi trường bảo vệ chống sét
LPS	Lightning protection system	Hệ thống bảo vệ chống sét
LPL	Lightning protection level	Cấp bảo vệ chống sét
LPZ	Lightning protection zone	Vùng bảo vệ chống sét
LV	Low voltage	Điện áp thấp
HV	High voltage	Điện áp cao
OCPD	Overcurrent protection device	Thiết bị bảo vệ chống quá dòng
PE	Protective earth	Đất bảo vệ
QA	Quality assurance system	Hệ thống bảo đảm chất lượng
SCI G	Squirrel cage induction generator	Máy phát điện cảm ứng lồng sóc
SEMP	Switching electromagnetic impulse	Xung điện từ chuyển mạch
SPM	Surge protection measures	Các biện pháp bảo vệ chống đột biến
SPD	Surge protective device	Thiết bị bảo vệ chống đột biến
WRI G	Wound rotor induction generator	Máy phát điện cảm ứng với rôto dây quấn
WTG	Wind turbine generator	Máy phát điện tuabin gió

6  Môi trường sét của tuabin gió

6.1  Quy định chung

Môi trường sét của tuabin gió dưới dạng các giá trị thông số dòng điện sét được sử dụng để đánh giá kích thước, phân tích và thử nghiệm hệ thống bảo vệ chống sét nêu trong TCVN 9888-1 (IEC 62305-1).

Thông tin về hiện tượng sét liên quan đến tuabin gió được nêu trong Phụ lục A.

6.2  Thông số dòng điện sét và mức bảo vệ chống sét (LPL)

TCVN 9888-1 (IEC 62305-1) đưa ra bốn mức bảo vệ chống sét (từ I đến IV). Đối với mỗi mức LPL, xác định được một bộ các thông số dòng điện sét tối đa và tối thiểu.

Giá trị thông số dòng điện sét tối đa liên quan đến mức LPL I sẽ không bị vượt quá với xác suất 99 %. Giá trị thông số dòng điện sét tối đa liên quan đến mức LPL I được giảm xuống còn 75 % đối với mức LPL II và còn 50 % đối với mức LPL III và IV (tuyến tính đối với các thông số I, Q và di/dt, nhưng bậc hai đối với Thông số W/R). Các thông số thời gian không thay đổi.

Bảng 1 - Các giá trị tối đa của các Thông số sét theo mức bảo vệ LPL (Bảng 3 trong TCVN 9888-1 (IEC 62305-1))

Giá trị tối đa của thông số dòng điện sét đối với các mức bảo vệ chống sét khác nhau được cho trong Bảng 1 và được sử dụng để thiết kế các thành phần bảo vệ chống sét (như tiết diện dây dẫn, độ dày của các tấm kim loại, khả năng mang dòng của SPD, khoảng cách ly chống đánh tia lửa nguy hiểm) và xác định các thông số thử nghiệm mô phỏng các hiệu ứng của sét lên các thành phần này (xem Phụ lục D và IEC 62305-1).

Đối với các tuabin gió đặt trong các khu vực địa lý nhất định, nơi chúng chịu số lượng lớn sét hướng lên, đặc biệt trong mùa đông, có thể liên quan đến việc tăng độ bền yêu cầu của các hệ thống đầu thu sét (ví dụ các bộ thu) theo diện tích sét hơn là mức bảo vệ chống sét I, Q_flash = 300 C, vì Thông số này quyết định độ mòn (nóng chảy) của vật liệu và do đó ảnh hưởng đến nhu cầu bảo trì hệ thống đầu thu sét.

Ở những vị trí tiếp xúc với sét mùa đông, mức điện tích có thể đạt Q_flash = 600 C do sét mùa đông hướng lên. Ngoài ra, cần xem xét mức độ tiếp xúc và do đó là số lượng sự cố giữa các lần bảo trì (xem Điều 7 và Phụ lục B để biết thêm thông tin. Bảng D.2 cung cấp các thông số dòng điện thử nghiệm cho sét mùa đông).

Mặc dù được áp dụng để bảo vệ chống sét trên đất liền, các thông số sét đưa ra trong Bảng 1 cũng phải được sử dụng cho các tuabin gió ngoài khơi vì không có bằng chứng nào cho thấy các thông số sét khác biệt đáng kể ở ngoài khơi.

CHÚ THÍCH 1: Bảo vệ chống sét với giá trị tối đa và tối thiểu vượt quá các giá trị liên quan đến LPL I đòi hỏi các biện pháp hiệu quả hơn, nên được chọn trên cơ sở từng trường hợp riêng lẻ nhưng luôn tuân thủ theo tiêu chuẩn này (về hướng dẫn thiết kế và thừ nghiệm).

CHÚ THÍCH 2: CIGRÉ Brochure 549, Thông số sét cho các ứng dụng kỹ thuật, 2013, cung cấp thông tin về sét hướng lên [1].2)

CHÚ THÍCH 3: Cơ sở thống kê cho 600 °C đại diện cho phần trăm thứ 99 của điện tích trong sét mùa đông đánh lên có sẵn trong [2].

Giá trị biên độ dòng điện sét tối thiểu đối với các mức LPL khác nhau được sử dụng để suy ra bán kính quả cầu lăn nhằm xác định vùng bảo vệ chống sét LPZ 0_B, mà không phải chịu tác động kèm theo sét. Giá trị Thông số dòng điện sét tối thiểu cùng với bán kính quả cầu lăn liên quan được cho trong Bảng 2. Các giá trị này được sử dụng để định vị hệ thống đầu thu sét và để xác định vùng bảo vệ chống sét LPZ 0_B.

Bảng 2 - Các giá trị tối thiểu của thông số sét và bán kính quả cầu lăn ứng với mức bảo vệ LPL (Bảng 4 trong TCVN 9888-1 (IEC 62305-1))

Tiêu chí chặn			LPL
Các Thông số dòng điện	Ký hiệu	Đơn vị	I	II	III	IV
Dòng điện đỉnh tối đa	I	kA	3	5	10	16
Bán kính quả cầu lăn	r	m	20	30	45	60

7  Đánh giá tác động với sét

7.1  Quy định chung

Đánh giá tiếp xúc với sét được sử dụng để xác định các điều sau:

1) Mức độ bảo vệ chống sét (LPL) cần thiết cho mức tiếp xúc cụ thể, xác định các yêu cầu thiết kế tối đa và mức độ thử nghiệm cho các thử nghiệm kiểm tra xác nhận như được nêu trong Phụ lục D

2) Sự xuất hiện hàng năm của các sự kiện sét đánh, giúp xác định tuổi thọ cần thiết của các thành phần và hệ thống phụ bảo vệ. Tác động dự kiến (cả tần suất và mức độ nghiêm trọng) sẽ hướng dẫn các khoảng thời gian kiểm tra, bảo trì và thay thế.

Nếu LPL I được chọn theo mặc định cho thiết kế, đánh giá rủi ro tiếp xúc không cần bao gồm yếu tố này. Thay vào đó, cần tập trung vào việc đánh giá mức độ tiếp xúc hàng năm cho cả tuabin và địa điểm, cũng như nguy cơ đối với cá nhân. Để biết thêm hướng dẫn về việc phân loại tổn thất do sét dựa trên quản lý rủi ro, tham khảo Phụ lục K.

Các tuabin gió có kết cấu cao và thường được đặt theo cách mà chúng phải chịu tác động lớn của sét. Từ lâu tuabin gió đã được nhận biết là thường cần được bảo vệ chống sét để giảm tổn thất kinh tế do hỏng và tổn thất doanh thu, để bảo vệ chống nguy hiểm cho sinh vật (chủ yếu là nhân viên vận hành) và để giảm yêu cầu bảo dưỡng.

Thiết kế của hệ thống bảo vệ chống sét bất kỳ phải tính đến rủi ro do sét đánh vào và/hoặc gây hỏng kết cấu đang xét. Sét gây thiệt hại cho tuabin gió không được bảo vệ có thể ở dạng hỏng cánh, các bộ phận cơ khí và các hệ thống điện và điều khiển. Hơn nữa, con người ở trong và xung quanh tuabin gió chịu các nguy hiểm do điện áp bước/điện áp chạm hoặc nổ và cháy do sét gây ra.

Mục tiêu của hệ thống bảo vệ chống sét bất kỳ là giảm các nguy cơ về mức cho phép R_T. Mức cho phép dựa trên rủi ro có thể chấp nhận nếu liên quan đến an toàn cho con người. Nếu rủi ro thấp hơn mức chấp nhận được cho con người thì nhu cầu bảo vệ hơn nữa có thể dựa trên một phân tích kinh tế thuần túy, mà được thực hiện bằng cách đánh giá các chi phí hệ thống bảo vệ chống sét đối với chi phí thiệt hại mà nó sẽ ngăn chặn.

Trách nhiệm của các cơ quan có thẩm quyền là xác định giá trị rủi ro cho phép. Một giá trị đại diện của rủi ro cho phép R_T khi sét liên quan đến tổn thất chết người hoặc thương tích vĩnh viễn là 10^-5 năm^-1.

CHÚ THÍCH 1: Các giá trị rủi ro cho phép được nêu trong TCVN 9888-2 (IEC 62305-2), Bảng 7.

Dự đoán rủi ro sét đánh đòi hỏi phải ước tính số lần sét đánh vào hoặc gần các tuabin gió và đường dây dịch vụ. Trong những năm gần đây, việc ước tính các lần sét đánh trực tiếp vào các tuabin gió đã trở thành chủ đề thảo luận, số lần sét đánh vào các tuabin gió trong một trang trại gió rất khó dự đoán do ảnh hưởng lớn của địa hình cũng như kết hợp với hoạt động sét cục bộ tại địa phương. Hơn nữa, các tuabin gió trải qua cả sét đánh xuống và sét đánh lên với tỷ lệ khác nhau tại các vị trí khác nhau. Một phương pháp được sử dụng để ước lượng tổng số lần sét đánh vào các tuabin của một trang trại gió, cũng như tỷ lệ phần trăm các lần sét đánh lên, được mô tả trong Điều B.2.

Thông tin về các điều kiện sét địa phương phải được thu thập bất cứ khi nào có thể (như ở các cao độ nơi mùa đông sét có thể gây ra mối đe dọa đặc biệt).

CHÚ THÍCH 2: Thông tin về sự xuất hiện của sét mùa đông trên toàn cầu được đưa vào Phụ lục B.

Như một lời cảnh báo, cách đánh giá rủi ro như vậy sẽ không bao giờ chính xác hơn thông tin được đưa vào tính toán, và hơn nữa, vì việc đánh giá mang tính xác suất, do thông tin xuất hiện sét là các trung bình thống kê, và vì bản thân sét là ngẫu nhiên trong tự nhiên, nên người sử dụng không nên mong đợi một dự báo ngắn hạn chính xác về số lượng trường hợp sét đối với tuabin gió hoặc trang trại gió riêng lẻ. Tuy nhiên, thực hiện đánh giá rủi ro có thể đánh giá việc giảm thiểu rủi ro đạt được bằng cách áp dụng bảo vệ chống sét và ví dụ sẽ cho phép so sánh rủi ro đối với các dự án tuabin gió khác nhau. Thông tin chi tiết hơn được cung cấp trong Phụ lục B.

7.2  Đánh giá tần suất sét ảnh hưởng đến tuabin gió đơn lẻ hoặc một nhóm các tuabin gió

7.2.1  Phân loại sét

Số lượng trung bình hàng năm các sự kiện nguy hiểm có thể gây nguy hiểm cho tuabin gió có thể được chia thành:

N_D Do sét đánh vào tuabin gió [năm^-1];

N_M Do sét đánh gần tuabin gió (trong bán kính 350 m) [năm^-1];

N_L Do sét đánh vào các dây cáp dịch vụ kết nối với tuabin gió, tức là dây cáp nguồn và dây cáp thông tin liên lạc kết nối tuabin gió [năm^-1];

N_I Do sét đánh gần các dây cáp dịch vụ kết nối với tuabin gió, tức là dây cáp nguồn và dây cáp thông tin liên lạc kết nối tuabin gió [năm^-1];

N_DJ Do sét đánh vào một tuabin gió lân cận hoặc một cấu trúc lân cận khác ở đầu xa của các dây cáp dịch vụ kết nối với tuabin gió đang được đề cập [năm^-1].

7.2.2  Ước tính số lượng trung bình các tia chớp sáng trên một hoặc một nhóm tuabin gió

7.2.2.1  Quy định chung

Hiệu ứng của các vụ sét với nhiều điểm đánh trúng mặt đất là làm tăng gấp đôi giá trị mật độ sét đánh xuống mặt đất NGN_GNG theo IEC 62858, do đó:

N_SG = 2N_G (1)

trong đó:

N_SG là mật độ điểm đánh trúng mặt đất của sét [km^-2 ∙ năm^-1 ];

N_G là mật độ sét đánh xuống mặt đất [km^-2 ∙ năm^-1 ];

CHÚ THÍCH: Một số hệ thống định vị sét (LLS) có thể trực tiếp cung cấp N_SG

N_D = N_SG ∙ A_D ∙ C_D ∙ 10^-6 (2)

trong đó:

N_SG là mật độ điểm đánh trúng mặt đất của sét trên mỗi km2 mỗi năm;

A_D là diện tích thu thập tương đương của công trình [m²];

C_D là hệ số vị trí của công trình.

CHÚ THÍCH: Ở những khu vực có các công trình cao tách biệt, việc đánh giá chính xác hơn về N_D có thể là cần thiết.

Mô tả chi tiết về từng thông số trong công thức (2) có thể có trong 7.2.2.3 và 7.2.2.4.

Trước khi mô tả các thông số khác nhau, điều quan trọng cần xem xét rằng, trong các điều kiện môi trường phức tạp, có thể xảy ra sai số dự đoán cao do diện tích thu thập tăng (thông qua chiều cao hiệu quả) hoặc hệ số vị trí. Hướng dẫn về cách ước tính số lượng sét trung bình có thể có trong Điều B.2.

7.2.2.2  Mật độ sét đánh xuống mặt đất trung bình hàng năm N_G

Khi đánh giá tần suất sét đánh ảnh hưởng đến một công trình, cần phải thu thập dữ liệu chi tiết về mật độ sét đánh trên mặt đất cục bộ (N_G).

CHÚ THÍCH 1: Các công trình đặc biệt cao và độc lập có thể làm thay đổi mật độ sét ở mặt đất trong vùng lân cận. Nhà thiết kế có thể điều tra thêm với nhà cung cấp hệ thống định vị sét (LLS).

Tại các khu vực không có hệ thống định vị sét trên mặt đất hoặc các bộ đếm sét, ước lượng khuyến nghị về mật độ sét đánh xuống mặt đất tại các khu vực ôn đới với độ chính xác hạn chế là:

N_G = 0,25 ∙ N_t (3)

trong đó N_t là tổng mật độ sét quang học (bao gồm sét đánh xuống mặt đất CG và sét giữa các đám mây IC) trên mỗi km² mỗi năm, được lấy từ trang web của NASA [3],

CHÚ THÍCH 2: Tại hầu hết các khu vực trên thế giới, thông tin về hoạt động của sét có thể được lấy từ các quan sát về sét quang học. Các cảm biến dựa trên vệ tinh đáp ứng với tất cả các loại sét với độ bao phủ đồng đều ở tất cả các khu vực. Với việc tính toán trung bình đủ lâu, dữ liệu mật độ sét quang học cung cấp các ước lượng chính xác hơn về mật độ sét đánh xuống mặt đất so với các phương pháp quan sát, vốn chỉ dựa trên mối tương quan rộng giữa mật độ sét đánh và số giờ hoặc số ngày có dông. Cũng có sự biến đổi theo vùng trong tỷ lệ giữa sét đánh xuống mặt đất (CG) và tổng số sét (CG + IC).

Mật độ sét đánh xuống mặt đất NG với độ chính xác cao hơn có thể được lấy từ các nhà cung cấp dữ liệu hệ thống định vị sét (LLS). Khi yêu cầu độ chính xác cao hơn, cần phải điều chỉnh mật độ sét đánh xuống mặt đất N_G như sau:

trong đó:

N_Gcorrected là mật độ sét đánh xuống mặt đất trung bình hàng năm đã được điều chỉnh, xét đến hiệu suất phát hiện của LLS [km^-2 ∙ năm^-1]:

N_GLLS là mật độ sét đánh xuống mặt đất trung bình hàng năm được lấy từ LLS [km^-2 ∙ năm^-1];

DE là hiệu suất phát hiện sét của mạng LLS trong khu vực quan tâm [p.u.].

CHÚ THÍCH 3: Nhìn chung, dòng điện kéo dài trong sét đánh hướng lên mà không có bất kỳ dòng xung chồng nào không được LSS thông thường phát hiện; chỉ có các tia sét hướng lên có dòng xung mới có thể được LLS phát hiện. Do đó, hiệu suất phát hiện từ LLS đối với sét đánh hướng lên do tuabin gió tạo ra thấp hơn nhiều so với sét đánh hướng xuống. Do đó, mật độ tia sét hoặc tia sét đánh từ LLS thường không xem xét tất cả các sự kiện sét đánh hướng lên.

CHÚ THÍCH 4: Hiệu suất phát hiện, DE, có thể được thảo luận với nhà cung cấp dữ liệu hệ thống định vị sét. Hiệu suất phát hiện là một có thể được xem xét để ước tính đơn giản và độ chính xác thấp cho thông số này.

CHÚ THÍCH 5: Hướng dẫn thêm về cách sử dụng hệ thống định vị sét để ước tính mật độ sét có thể có trong IEC 62858.

7.2.2.3  Khu vực thu thập của một tuabin gió đơn lẻ và một nhóm tuabin gió

Khu vực thu thập của một công trình được định nghĩa là khu vực bề mặt đất có cùng tần suất sét đánh hằng năm như công trình. Đối với các công trình biệt lập, khu vực thu thập tương đương là khu vực được bao quanh bởi đường biên giới thu được từ giao điểm giữa bề mặt đất và đường thẳng có độ dốc 1:3 đi qua các phần trên cùng của công trình (chạm vào công trình ở đó) và quay xung quanh công trình.

Các tuabin gió nên được mô hình hóa như một tháp có chiều cao bằng chiều cao hub cộng với bán kính rotor. Điều này được khuyến cáo cho tuabin gió có các kiểu cánh bất kỳ kể cả các cánh được làm từ vật liệu không dẫn điện như nhựa gia cố bằng sợi thủy tinh.

Hình 1 thể hiện diện tích thu sét tạo ra từ một tuabin được đặt trên đất bằng phẳng. Rõ ràng đây là một vòng tròn có bán kính bằng ba lần chiều cao của tuabin.

Hình 1 - Diện tích thu sét của tuabin gió

Công thức (5) có thể được sử dụng khi ước lượng số lần sét đánh hằng năm vào một tuabin gió đơn lẻ đặt trên mặt đất phẳng (tức là, C_D = 1):

trong đó:

H là chiều cao của tuabin gió [m].

Khu vực thu thập của một trang trại gió hoàn chỉnh A_DWF nên xem xét sự chồng chéo với các tuabin gió lân cận. Trong những trường hợp như vậy, các khu vực thu thập nên được chia sẻ giữa các tuabin nơi các đường nghiêng 1:3 từ đỉnh của các tuabin gió giao nhau, mà không tính đến sự khác biệt về chiều cao của địa hình xung quanh. Hình 2 cho thấy một ví dụ tổng quát về khu vực thu thập của một trang trại gió gồm 10 tuabin gió được biểu hiện dưới dạng các điểm:

Hình 2 - Ví dụ về khu vực thu thập cho một trang trại gió hoàn chỉnh (ADWF) với 10 tuabin gió (điểm đen) có chồng chéo lẫn nhau

7.2.2.4  Hệ số vị trí C_D

Các trang trại gió được đặt ở các điều kiện thời tiết và địa lý khác nhau. Vị trí của một trang trại gió có thể ảnh hưởng đáng kể đến số lần sét đánh trung bình hàng năm vào các tuabin gió. Một số điều kiện có thể dẫn đến việc tăng cường sét đánh lên từ các tuabin gió hoặc tăng số lượng sét đánh xuống. Địa hình địa phương, ví dụ như địa hình núi, và chiều cao so với mực nước biển có thể ảnh hưởng đáng kể đến tổng số sự kiện sét trong cả hai mùa nóng và lạnh. Hơn nữa, sét mùa đông xảy ra trong mùa lạnh thúc đẩy sự xuất hiện của sét lên từ các công trình cao.

Để ước lượng chính xác hơn tần suất trung bình hàng năm của các lần sét đánh vào một tuabin gió hoặc một nhóm tuabin gió (N_D), nên tăng hệ số vị trí để tính đến ảnh hưởng của thời tiết và hiệu ứng địa hình địa phương.

Ba thông số đã đề cập trước đó (hoạt động sét mùa đông, độ phức tạp của địa hình và chiều cao hiệu quả so với mực nước biển) khó định lượng và có thể thay đổi đáng kể từ địa điểm này đến địa điểm khác (xem Phụ lục B để biết thêm thông tin). Điều này là do các cơn bão mùa đông có những đặc điểm khác nhau tùy thuộc vào từng vị trí, và địa hình núi non hoặc đồi núi có thể có nhiều hình dạng và độ cao khác nhau. Chiều cao so với mực nước biển của một trang trại gió và chiều cao của tâm điện tĩnh mây cũng có thể ảnh hưởng đến các cơn bão mùa đông.

Các trang trại gió được đặt ngoài khơi cũng có thể làm gia tăng tần suất sét đánh hằng năm vào một tuabin gió hoặc một nhóm tuabin gió (N_D), và có thể cần phải quy định hệ số vị trí cao hơn.

7.2.3  Ước tính số lượng sét đánh hằng năm gần tuabin gió (N_M)

Các tuabin gió có thể gặp nguy hiểm khi sét đánh gần:

N_M = 0,5 ∙ N_SG ∙ A_M ∙ 10^-6 (6)

trong đó:

N_SG là mật độ điểm sét đánh trên mặt đất theo km² mỗi năm;

A_M là khu vực thu thập tương đương của sét đánh gần công trình (m²).

Khu vực thu thập tương đương A_M mở rộng đến một đường ở khoảng cách tiêu chuẩn 350 m từ chu vi của công trình:

Khi hệ thống chống sét được áp dụng đúng cách cho tuabin gió và các đường dịch vụ kết nối với nó, có thể giả định rằng hệ thống bảo vệ này cũng bao gồm việc chống lại thiệt hại cho tuabin gió do các tia sét đánh gần tuabin gió cũng như do các tia sét đánh gần các đường dịch vụ kết nối với tuabin gió.

CHÚ THÍCH: N_M có thể bị bỏ qua đối với các tuabin gió có tổng chiều cao hơn 100 m. Trong trường hợp này, khoảng cách tiêu chuẩn 350 m thường đã được bao phủ bởi các cú sét trực tiếp.

7.2.4  Ước tính số lượng sét đánh hằng năm vào các đường dây kết nối tuabin gió (N_L)

Các tuabin gió lớn thường được kết nối với hệ thống cáp điện cao thế và cũng thường kết nối với trung tâm điều khiển bên ngoài qua đường truyền thông, cả hai đường dây dịch vụ này có thể bị ảnh hưởng bởi sét đánh vào đường dây dịch vụ hoặc gần đường dây đó (xem Hình 3). Trong trường hợp đường truyền thông là kết nối cáp quang (được khuyến nghị), thì có thể bỏ qua nguy cơ sét đánh làm hỏng đường dây truyền thông.

Số lượng sét đánh vào một đường dây kết nối tuabin gió có thể được ước tính theo TCVN 9888-2 (IEC 62305-2), Phụ lục A như sau:

trong đó:

N_L là số lần quá áp điện có biên độ không thấp hơn 1 kV (1/năm) trên đoạn đường dây;

N_SG là mật độ điểm sét đánh trên mặt đất tính bằng km² mỗi năm;

A_L là diện tích thu thập của các tia sét đánh vào đường dây dịch vụ [m²] - xem Bảng 3;

C_l là hệ số lắp đặt của đường dây: 1 đối với trên không và 0,3 đối với chôn ngầm; xem TCVN 9888-2 (IEC 62305-2) để biết các giá trị Cl khác biệt hơn;

C_E là hệ số môi trường, lấy 1 đối với vùng nông thôn;

C_T là hệ số loại đường dây.

Hệ số loại đường dây C_T = 1 nếu không có biến áp nối giữa điểm gắn sét và tuabin gió, và C_T = 0.2 nếu có. Vì thông thường các tuabin gió lớn có biến áp cao áp, có thể giả định C_T = 0.2 cho các dây điện trung áp kết nối tuabin gió với lưới điện (xem TCVN 9888-2 (IEC 62305-2)).

CHÚ THÍCH: N_L = 0 đối với các đường dây dịch vụ ngầm (cáp điện cao thế ngầm và cáp thông tin liên lạc).

7.2.5  Ước tính số lượng tia sét đánh trung bình hàng năm gần đường dây dịch vụ kết nối tuabin gió (N_I)

Số lượng tia sét đánh gần đường dây dịch vụ kết nối (tức là đủ gần để ảnh hưởng đến đường dây) có thể được đánh giá như sau:

trong đó:

N_I là số lần quá điện áp có biên độ không thấp hơn 1 kV (1/năm) trên đoạn đường dây:

N_SG là mật độ điểm sét đánh trên mặt đất tính bằng km² mỗi năm;

C_I là hệ số lắp đặt của đường dây: 1 đối với trên không và 0,3 đối với chôn ngầm; xem TCVN 9888-2 (IEC 62305-2) để biết các giá trị C_I khác biệt hơn;

C_E là hệ số môi trường, lấy 1 đối với vùng nông thôn;

C_T là yếu tố loại đường dây;

A_l là diện tích thu thập tia sét gần đường dây dịch vụ [m²] - xem Bảng 3.

Hệ số loại đường dây C_T = 1 nếu không có máy biến áp giữa điểm gắn sét và tuabin gió, và C_T = 0,2 nếu có. Vì thường có máy biến áp cao áp trong tuabin gió lớn, nên có thể giả định C_T = 0,2 đối với cáp trung thế kết nối tuabin gió với lưới điện (xem TCVN 9888-2 (IEC 62305-2)).

Bảng 3 - Diện tích thu sét A_l và A_i của đường dây cung cấp phụ thuộc vào hoặc trên không hoặc chôn ngầm (tương ứng theo Bảng A.3 trong TCVN 9888-2 (IEC 62305-2))

	Trên không	Chôn ngầm
AL	(Lc - 3(Ha + Hb))6 Hc
Al	1000 Lc
Lc [m] chiều dài của đường dây cung cấp từ tuabin gió tới kết cấu kế tiếp trên đường dây. Ước lượng giá trị tối đa là Lc = 1000 m. Ha [m] chiều cao của tuabin gió được nối tới đầu “a” của đường dây cung cấp. Hb [m] chiều cao của tuabin gió (hoặc của kết cấu khác) được nối tới đầu “b” của đường dây cung cấp. Hc [m] chiều cao của các vật dẫn trên đường dây cung cấp so với mặt đất. p [Ωm] điện trở suất của đất nơi chôn ngầm đường dây cung cấp. Ước lượng giá trị tối đa là p = 500 Ωm.

 

 

Hình 3 - Diện tích thu sét của tuabin gió có chiều cao H_a và kết cấu khác có chiều cao H_b được nối bằng cáp ngầm có chiều dài L_c

CHÚ THÍCH: Trong các trang trại gió, diện tích thu sét của các tuabin gió lân cận có thể thường bị xếp chồng. Trong trường hợp như vậy, diện tích thu sét cần chia một cách đơn giản giữa các tuabin có đường dây dốc 1:3 từ đỉnh của các tuabin giao nhau.

7.3  Đánh giá rủi ro thiệt hại

7.3.1  Công thức cơ bản

Rủi ro do sét gây thiệt hại tới hệ thống lắp đặt tuabin gió và do đó gây tổn thất về tài chính có thể được xem là tổng của nhiều thành phần rủi ro. Mỗi thành phần rủi ro có thể được thể hiện bằng công thức tổng quát sau:

R_X = N_X ∙ P_X ∙ L_X (9)

trong đó:

R_X là thành phần rủi ro cho một cấu trúc (đối với tuabin gió)

N_x là số lượng trường hợp nguy hiểm hàng năm;

P_x xác suất thiệt hại cho kết cấu;

L_x tổn thất kéo theo.

Công thức cơ bản được sử dụng để đánh giá rủi ro thiệt hại dựa trên các loại xác suất thiệt hại khác nhau và tổn thất kéo theo khác nhau (xem Phụ lục B).

R > R_T (10)

Trong trường hợp rủi ro có là quá cao, biện pháp bảo vệ phải được áp dụng khi cần thiết để giảm rủi ro đến mức nhỏ hơn rủi ro cho phép RT.

CHÚ THÍCH 1: Rủi ro cho phép có thể được RT có thể được quy định bởi các cơ quan chức năng, nhà sản xuất hoặc được thỏa thuận giữa nhà sản xuất và khách hàng.

CHÚ THÍCH 2: Các thành phần rủi ro S₁ đến S₄ có thể được đánh giá cho dự án cụ thể, bởi nhà sản xuất, khách hàng hoặc cả hai cùng hợp tác

7.3.2  Đánh giá các thành phần rủi ro do sét đánh vào tuabin gió (S1)

Để đánh giá các thành phần rủi ro liên quan đến sét đánh vào tuabin gió, các công thức sau được áp dụng:

• thành phần liên quan đến thương tích cho con người (D_1D và D_1T)

R_AT = N_D ∙ P_AT ∙ P_P ∙ L_AT (11)

R_AD = N_D ∙ P_AD ∙ P_P ∙ L_AD (12)

• thành phần liên quan đến hỏng hóc vật lý của cấu trúc:

R_B = N_D ∙ P_B ∙ P_P ∙ L_B (13)

• thành phần liên quan đến hỏng hóc của các hệ thống bên trong:

R_C = N_C ∙ P_C ∙ P_P ∙ P_e ∙ L_C (14)

Các thông số để đánh giá các thành phần rủi ro này được liệt kê trong Bảng 4.

CHÚ THÍCH: Trong các tuabin gió, thời gian tính bằng giờ mỗi năm mà con người có mặt tại vị trí nguy hiểm thường rất thấp. Do đó, để đảm bảo an toàn cá nhân, tham khảo Điều 10, quy định tài liệu của tuabin gió phải xác định các vị trí an toàn.

7.3.3  Đánh giá thành phần rủi ro do tia sét gần tuabin gió (S2)

Để đánh giá thành phần rủi ro liên quan đến tia sét gần tuabin gió, áp dụng công thức sau:

• thành phần liên quan đến sự cố của các hệ thống bên trong

R_M = N_M ∙ P_M ∙ P_P ∙ P_e ∙ L_M (15)

Các thông số để đánh giá các thành phần rủi ro này được trình bày trong Bảng 4.

7.3.4  Đánh giá các thành phần rủi ro do sét đánh vào đường dây dịch vụ nối với tuabin gió (S3)

Để đánh giá các thành phần rủi ro liên quan đến sét đánh vào đường dây dịch vụ đi vào nối với tuabin gió, các mối quan hệ sau được áp dụng:

- thành phần liên quan đến thương tích cho con người

R_U = (N_L + N_DJ) ∙ P_U ∙ P_P ∙ L_UT (16)

- thành phần liên quan đến thiệt hại vật lý

R_V = (N_L + N_DJ) ∙ P_V ∙ P_P ∙ L_V (17)

- thành phần liên quan đến sự cố của hệ thống cục bộ

R_W1 - (N_L + N_DJ) ∙ P_W ∙ P_P ∙ P_E ∙ L_W1 (18)

Các thông số để đánh giá các thành phần rủi ro này được nêu trong Bảng 4.

R_Z = N_I ∙ P_Z ∙ P_P ∙ P_E ∙ L_Z (19)

7.3.5  Đánh giá thành phần rủi ro do sét đánh gần đường dây cung cấp nối tới tuabin gió (S4)

Để đánh giá thành phần rủi ro liên quan đến sét đánh gần đường dây cung cấp nối tới tuabin gió, áp dụng quan hệ sau:

- thành phần liên quan đến hỏng hệ thống bên trong (D3)

Các tham số để đánh giá các thành phần rủi ro này được cho trong Bảng 4.

Bảng 4 - Các tham số liên quan đến việc đánh giá các thành phần rủi ro cho tuabin gió (tương ứng với Bảng 5 trong TCVN 9888-2 (IEC 62305-2))

	Số lượng trường hợp nguy hiểm trung bình hàng năm do chùm sét
ND [năm-1]	vào tuabin gió
NM [năm-1]	gần tuabin gió
NL [năm-1]	vào đường dây cung cấp đi vào tuabin gió
NI [năm-1]	gần đường dây cung cấp đi vào tuabin gió
ND,b [năm-1]	vào kết cấu tại đầu “b” của đường dây cung cấp (xem Hình 3)
NSG [năm-1 km-2]	mật độ điểm sét đánh xuống đất
	Khả năng chùm sét tới tuabin gió sẽ gây ra
PAT	dẫn đến sự cố nguy hiểm và điện áp bước
PAD	đánh trúng vào người
PB	thiệt hại vật chất
PC	hỏng hệ thống bên trong
	Khả năng chùm sét đánh gần tuabin gió sẽ gây ra
PM	hỏng hệ thống bên trong
	Khả năng chùm sét đánh vào đường dây cung cấp sẽ gây ra
PU	tổn thương sinh vật do điện giật
PV	thiệt hại vật chất
PW	hỏng hệ thống bên trong
	Khả năng chùm sét đánh gần đường dây cung cấp sẽ gây ra
Pz	hỏng hệ thống bên trong
	Tổn thất do
LAT	Tổn thương đối với con người do điện giật từ sét đánh trực tiếp vào con người (sét đánh vào công trình). Xem Điều B.5 để biết thông tin về đánh giá tổn thất.
LAD	Tổn thương đối với con người do điện giật kết quả từ kết nối điện trở và cảm ứng (sét đánh vào cấu trúc). Xem Phụ lục B.
LB	Thiệt hại vật lý đến công trình (set đánh vào công trình). Xem Phụ lục B.
LC	Sự cố hệ thống bên trong (sét đánh vào công trình). Xem Phụ lục B.
CHÚ THÍCH: Các giá trị tổn thất Lt; Lf; Lo; các hệ số rp, ra, ru, rf làm giảm tổn thất và hệ số hz làm tăng tổn thất được đưa ra trong Phụ lục B.

8  Bảo vệ chống sét của các thành phần phụ

8.1  Quy định chung

8.1.1  Cấp bảo vệ chống sét (LPL)

Tất cả các thành phần phụ của hệ thống phải được bảo vệ theo tiêu chuẩn LPL I, trừ khi có một đánh giá rủi ro chi tiết và được lập tài liệu (theo Điều 7) chứng minh rằng việc sử dụng mức bảo vệ thấp hơn LPL I là phương án tối ưu về mặt kinh tế cho các tuabin gió và vị trí cụ thể. Trong một số trường hợp, có thể hợp lý về mặt kinh tế khi áp dụng các mức bảo vệ khác nhau: ví dụ, cánh tuabin gió có thể được bảo vệ ở mức LPL cao hơn, trong khi các phần khác - mà có thể sửa chữa hoặc thay thế với chi phí thấp hơn- có thể được bảo vệ ở mức LPL thấp hơn.

Việc duy trì tuân thủ theo mức LPL đã chọn trong suốt thời gian sử dụng có thể yêu cầu thực hiện bảo trì và kiểm tra, điều này có thể thay đổi tùy theo vị trí. Các yêu cầu về bảo trì và kiểm tra cho hệ thống bảo vệ chống sét, bao gồm cả hệ thống tiếp đất, cần phải được mô tả chi tiết trong sổ tay dịch vụ và bảo trì. Quy trình bảo trì và kiểm tra được nêu rõ trong Điều 12.

8.1.2  Khu vực bảo vệ chống sét (LPZ)

Một tuabin gió sẽ được chia thành các khu vực vật lý để định nghĩa mức độ ảnh hưởng của cú sét lên các thành phần trong khu vực đó. Việc định nghĩa mức độ phơi nhiễm sét bằng cách chia tuabin gió thành các khu vực bảo vệ chống sét là một công cụ để đảm bảo bảo vệ hệ thống và đầy đủ cho tất cả các thành phần của tuabin gió. Các khu vực bảo vệ chống sét (LPZ) này được xác định dựa trên việc có khả năng xảy ra sét đánh trực tiếp hay không và độ lớn của dòng sét cũng như các trường từ và điện dự kiến trong khu vực đó (xem Phụ lục E). Các phương pháp bảo vệ chống sét sau đó được áp dụng để đảm bảo rằng các thành phần, ví dụ như các bộ phận cánh, máy móc, hệ thống điện hoặc hệ thống điều khiển, có thể chịu đựng các hiệu ứng của trường từ và điện, cũng như dòng sét toàn phần hoặc một phần có thể vào khu vực mà các thành phần được đặt. Xem Phụ lục E để biết thêm hướng dẫn về việc sử dụng LPZ.

8.2  Cánh tuabin

8.2.1  Quy định chung

Các cánh tuabin gió là bộ phận chịu tác động nhất của tuabin, và sẽ chịu tác động đầy đủ của trường điện liên quan đến quá trình sét đánh, dòng điện sét, và trường từ kết hợp với dòng điện sét. Giải thích chính thức của quá trình sét đánh và dẫn dòng điện/điện tích được mô tả trong Phụ lục A.

Cánh tuabin gió phải chịu một môi trường sét có mức độ nghiêm trọng và tần suất thay đổi dọc theo chiều dài của cánh. Cụ thể, khả năng xảy ra sét đánh trực tiếp là cao nhất ở đầu cánh và giảm dần về phía gốc cánh. Kinh nghiệm tại hiện trường về sự phân bố các điểm xảy ra sét đánh (tần suất xảy ra) được trình bày trong Điều C.8. Trong tài liệu, nhà sản xuất phải xác định mức độ phơi nhiễm sét cho từng cánh cụ thể, bao gồm các khu vực có khả năng xảy ra sét đánh trực tiếp và các mức độ tham số sét tương ứng. Hướng dẫn để xác định môi trường sét được cung cấp trong Phụ lục E.

Một mô tả chung về các vấn đề khác nhau liên quan đến bảo vệ chống sét cho các cánh tuabin được nêu trong Phụ lục C.

8.2.2  Các yêu cầu

Hệ thống bảo vệ chống sét phải đủ khả năng để cho phép cánh tuabin gió tiếp nhận và dẫn truyền các tia sét mà không gây hư hại cấu trúc làm giảm hiệu suất hoạt động của cánh. Mức độ bảo vệ cần dựa trên đánh giá phơi nhiễm sét được mô tả trong Điều 7.

Nhà sản xuất phải xác định và triển khai các điểm tiếp nhận sét trong thiết kế cánh gió cụ thể. Điều này nên được thực hiện dựa trên dữ liệu tại hiện trường đã được xác nhận cho các thiết kế cánh tương tự. Nếu không có dữ liệu tại hiện trường cho các thiết kế cánh tương tự, thì theo kinh nghiệm, phần ngoài của cánh (thường từ 5 đến 10 mét tính từ đầu cánh) có khả năng tiếp nhận sét cao hơn so với các phần còn lại của cánh. Các ví dụ cụ thể có thể tham khảo trong Điều C.8.

Nhà sản xuất cũng phải tài liệu hóa cách phân bố điểm tiếp nhận sét trong đánh giá phơi nhiễm sét cho cánh. Điều này bao gồm việc đánh giá rủi ro ở các khu vực khác nhau dọc theo cánh và đảm bảo rằng cánh có thể chịu đựng được tác động của các dòng sét cho mức bảo vệ đã chọn (LPL). Mức độ phơi nhiễm cần được ghi lại rõ ràng, ví dụ như định nghĩa môi trường sét dọc theo cánh, với các ví dụ được cung cấp trong Phụ lục E.

Các vấn đề cơ bản cần đảm bảo để hoạt động hiệu quả bao gồm:

- Xác định mức độ phơi nhiễm sét của cánh thực tế, bao gồm mức độ nghiêm trọng và tần suất của các sét gắn vào cánh, như mô tả trong Điều 8.2.3.

- Xử lý sét đúng cách tại các điểm tiếp xúc không khí, với cách phân bố phù hợp tùy theo mức độ phơi nhiễm của cánh.

- Dẫn dòng sét qua một con đường dẫn xuống.

- Phối hợp cách điện giữa hệ thống bảo vệ chống sét (LPS) và các con đường dẫn điện bổ sung, nếu có, để giảm thiểu nguy cơ sét lan và quá tải tại các điểm liên kết.

Thiệt hại đối với các bộ phận cấu trúc của cánh, lớp vỏ cánh hoặc hệ thống bảo vệ chống sét do sét gây ra phải được hạn chế ở mức có thể chịu đựng cho đến khi bảo trì định kỳ tiếp theo.

8.2.3  Kiểm tra xác nhận

Khả năng của hệ thống thu sét và hệ thống dẫn điện xuống để tiếp nhận các tia sét và dẫn truyền dòng sét cần được xác định theo mức độ phơi nhiễm sét cụ thể cho cánh quạt. Điều này phải được kiểm tra xác nhận bằng một hoặc nhiều phương pháp sau:

a) thử nghiệm điện áp cao và dòng điện cao theo 8.2.5;

b) chứng minh kiểu (thiết kế) cánh tương tự với kiểu cánh đã được kiểm tra trước đó qua thử nghiệm theo điểm a). Hai loại cánh được coi là 'tương tự' nếu các sự khác biệt không ảnh hưởng đến hiệu quả tiếp nhận, khả năng dẫn điện và sự phối hợp cách điện của hệ thống bảo vệ chống sét như đã kiểm tra xác nhận qua thử nghiệm hoặc phân tích. Một danh sách kiểm tra thông tin để kiểm tra xác nhận sự tương tự được cung cấp trong Phụ lục N.

c) Sử dụng phân tích hoặc mô phỏng đã được kiểm tra xác nhận bằng cách so sánh với kết quả thử nghiệm theo điểm a). Trong tài liệu phân tích hoặc mô phỏng, cần cung cấp bằng chứng về tính áp dụng và hiệu quả của các phương pháp phân tích/mô phỏng đã sử dụng. Hướng dẫn về cách kiểm tra xác nhận các phương pháp mô phỏng điển hình được cung cấp trong Phụ lục O.

Nhà sản xuất phải giải thích rõ ràng trong tài liệu cách kế hoạch kiểm tra xác nhận được biên soạn dựa trên ba phương pháp trên.

Thử nghiệm theo điều a) là bắt buộc đối với các thiết kế bảo vệ cánh mới trừ khi đã chứng minh sự tương tự với các thiết kế trước đó. Phụ lục N cung cấp hướng dẫn về cách chứng minh sự tương tự.

Tất cả các phần dẫn điện của cánh phải được xem xét trong quá trình kiểm tra xác nhận, để đảm bảo rằng sự tương tác của chúng với hệ thống bảo vệ chống sét trong quá trình tiếp nhận sét và dẫn điện không gây hư hại cấu trúc ảnh hưởng đến chức năng của cánh.

Nhà sản xuất cánh phải sản xuất tài liệu mô tả phương pháp nào trong số các phương pháp trên đã được sử dụng và kết quả của việc kiểm tra xác nhận.

Các thử nghiệm tiếp xúc điện áp cao được sử dụng để xác định hiệu suất của hệ thống tiếp đất - vị trí, tích hợp và phối hợp cách điện - không thể được sử dụng để xác định hiệu quả tiếp nhận sét của cánh theo mức LPL cụ thể. Các thử nghiệm điện áp cao là phương pháp kiểm tra xác nhận hiệu suất, với các quy trình và yêu cầu được mô tả trong Phụ lục D. Hiệu suất của hệ thống bảo vệ chống sét cánh quạt liên quan đến mức LPL cụ thể được thiết lập qua các thử nghiệm kiểm tra xác nhận dòng điện cao, trong đó sự tuân thủ có thể được xác định qua các quy trình và mức độ thử nghiệm mô tả.

8.2.4  Các xem xét về thiết kế bảo vệ

8.2.4.1  Quy định chung

Các điều dưới đây mô tả các vấn đề quan trọng đối với thiết kế và kết hợp các hệ thống bảo vệ chống sét liên quan đến cánh.

8.2.4.2  Hệ thống đầu thu sét

Hệ thống đầu thu sét được đặt trong các diện tích bề mặt trên cánh nơi các tiên đạo kết nối có thể khởi nguồn và gây ra sét hoặc đánh thủng nếu không có hệ thống đầu thu sét. Các hệ thống đầu thu sét có thể là một phần của kết cấu cánh của nó, các thành phần thêm vào cánh quạt hoặc kết hợp của chúng.

Kinh nghiệm tại hiện trường đã cho thấy phần lớn các tiếp xúc của sét xảy ra ở các phần ngoài cùng của cánh quạt (xem C.8 để biết thêm thông tin). Do đó, phân tích phơi nhiễm sét được xác định cho cánh quạt phải phản ánh điều này. Các công cụ xác định vị trí hệ thống đầu thu sét (cầu lăn, góc bảo vệ, v.v.) mô tả trong TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) không xem xét xác suất của các vị trí bị sét đánh dọc theo cánh quạt. Do đó, các công cụ này không được sử dụng cho cánh quạt.

Hệ thống đầu thu sét phải được thiết kế theo mức độ phơi nhiễm được xác định trong Điều 7 và phải được kiểm tra xác nhận theo 8.2.3.

Thiết kế hệ thống đầu thu sét phải đảm bảo gắn chắc vào các giá đỡ và phải được làm bằng vật liệu có thể chịu được sự mài mòn do các yếu tố môi trường như gió, độ ẩm và ô nhiễm với các hạt muối và bụi bẩn, v.v. cần đặc biệt chú ý đến vật liệu được chọn cho các tuabin gió ngoài khơi và gần bờ do môi trường khắc nghiệt.

Tất cả các phần bên trong của hệ thống đầu thu sét, việc lắp đặt các đầu thu sét và các kết nối với dây dẫn xuống phải được thiết kế để giảm thiểu nguy cơ xuất hiện các phóng điện nội bộ (tức là các tia và dây dẫn) từ các phần này.

Hệ thống đầu thu sét phải được thiết kế sao cho các phần có thể bị hư hại hoặc suy giảm do sét hoặc các tác động môi trường khác có thể được kiểm tra, sửa chữa hoặc thay thế theo các quy trình được mô tả trong sổ tay dịch vụ và bảo trì (hướng dẫn). Các đầu thu sét sẽ bị mài mòn theo thời gian do sự xói mòn ở các gốc hồ quang sét. Sự xói mòn liên quan đến điện tích vào các gốc hồ quang sét và vật liệu bề mặt cũng như hình học của hệ thống đầu thu sét. Các cánh quạt nhận được số lượng lớn các tia sét có thể cần thay thế các đầu thu sét. Tuổi thọ của hệ thống đầu thu sét nên được tối ưu hóa thông qua việc chọn lựa vật liệu và thiết kế phù hợp cũng như phối hợp với các chu kỳ bảo trì và dịch vụ. Nhà sản xuất phải xác định quy trình để liên kết tuổi thọ thiết kế với hiệu suất thử nghiệm nhằm đảm bảo rằng các khoảng thời gian dịch vụ/thay thế được đề xuất là phù hợp.

8.2.4.3  Hệ thống dẫn sét và các thành phần kết nối

Hệ thống dẫn sét và các thành phần kết nối của nó được định nghĩa là tất cả các phần dẫn điện của cánh quạt, có vai trò dẫn dòng điện sét từ hệ thống đầu thu sét đến điểm tiếp đất ở phần gốc của cánh.

Giao diện với hệ thống dẫn sét (LPS) phải được đảm bảo chắc chắn và vĩnh viễn, và phải đảm bảo rằng toàn bộ hệ thống có thể chịu đựng tác động tổng hợp của các lực điện, nhiệt và động lực học của dòng điện sét. Tính kết nối điện của các thành phần kết nối của hệ thống dẫn sét phải được kiểm tra bằng công cụ phù hợp như đồng hồ đo ohm vi mô bốn dây. Khả năng của hệ thống dẫn sét để chịu đựng các căng thẳng cơ học trong các cánh quạt phải được kiểm tra bằng cách lắp đặt hệ thống vào một cánh quạt được kiểm tra theo các thử nghiệm trong TCVN 10687-23 (IEC 61400-23), trong khi khả năng của hệ thống chịu đựng các lực động lực học phải được kiểm tra theo 8.2.3.

Các giới hạn và sai số tối đa của điện trở đo được phải được nhà sản xuất xác định trước.

Tiết diện của dây dẫn sét và các phần dẫn điện tự nhiên của cánh quạt được sử dụng làm dây dẫn sét (dự định và không dự định) phải đủ khả năng dẫn một phần của dòng điện sét tương ứng với LPL đã chọn. Thiết kế và lắp đặt phải được kiểm tra theo 8.2.3.

Dòng điện thử nghiệm sét có thể được điều chỉnh dựa trên mức độ tiếp xúc sét của cánh quạt cụ thể (xem Phụ lục E để hướng dẫn).

Việc kiểm tra các thành phần kết nối phải được thực hiện theo Phụ lục D. Các mức dòng điện thử nghiệm phải được chọn dựa trên lần rút ngắn đầu tiên của LPL đã chọn. Nếu các kết nối không cứng nhắc được sử dụng, ví dụ như liên kết quay, ổ đỡ hoặc khe hở tia lửa, thì việc thử nghiệm cũng nên được thực hiện với dòng điện rút dài. Nếu tồn tại nhiều con đường cho dòng điện sét, thì cường độ và dạng sóng của dòng điện thử nghiệm cho mỗi con đường có thể được điều chỉnh dựa trên phân bố của dòng điện giữa các con đường.

Tất cả các bộ phận bên trong của hệ thống dẫn sét và các thành phần kết nối phải được thiết kế để giảm thiểu nguy cơ phóng điện cục bộ hình thành từ những bộ phận này. Điều này nhằm mục đích cản trở sự phát triển của phóng điện từ các kết cấu không phải hệ thống đầu thu sét bên ngoài; nhờ đó, rủi ro phóng điện bên trong làm thủng cánh được hạn chế.

Các thành phần dây dẫn sét và kết nối chịu tác động của các lực động lực học, ví dụ như các kết nối giữa dây dẫn sét của cánh quạt và trục chính, phải được kiểm tra theo Phụ lục D trong một thiết lập thử nghiệm mô phỏng chính xác cấu hình vật lý trong tuabin gió.

Các dây dẫn sét gắn ngoài tiếp xúc với sự tấn công trực tiếp của sét được định nghĩa là hệ thống đầu thu sét, do đó yêu cầu tại 8.2.4.2 áp dụng.

Nhà sản xuất phải xác định quy trình kiểm tra định kỳ cho bất kỳ phần nào của hệ thống dây dẫn sét và các thành phần kết nối có thể bị giảm sút do môi trường hoạt động, để tuổi thọ và các khoảng thời gian bảo trì của những phần này có thể được liên kết.

Các thử nghiệm để kiểm tra xác nhận khả năng của dây dẫn sét và các thành phần kết nối được mô tả trong Phụ lục D.

Việc kiểm tra xác nhận hệ thống dây dẫn sét và các thành phần kết nối của nó phải được thực hiện như mô tả trong 8.2.3.

8.2.4.4  Thành phần dẫn điện bổ sung

Nếu trong cánh quạt có các thành phần dẫn điện bổ sung (như các linh kiện cấu trúc dẫn điện, nhựa gia cố sợi carbon, trọng lượng, cáp phanh đầu cánh, cáp điện cho cảm biến, hệ thống sưởi, đèn cảnh báo, v.v.), việc lắp đặt các thành phần này cần phải được phối hợp với hệ thống chống sét.

Việc phối hợp cách điện và đánh giá phân phối dòng điện theo thiết kế phải được thực hiện thông qua phân tích kỹ thuật, mô hình số, hoặc thử nghiệm. Các phương pháp xác nhận có thể được mô tả trong bộ IEC 60243, IEC TS 62561-8, hoặc các tiêu chuẩn tương tự. Việc xác nhận phân tích kỹ thuật và mô hình số phải được cung cấp bằng thử nghiệm so sánh. Các ví dụ về sự xác thực này được cung cấp trong Phụ lục O.

Các thành phần dẫn điện sau đó phải được thiết kế để dẫn dòng sét mà chúng đảm nhận, và khả năng mang dòng điện của các đường dẫn khác nhau phải được xác nhận bằng thử nghiệm dòng điện cao như mô tả trong 8.2.5.3.

Các thiết bị điện và điện tử phải được bảo vệ bằng che chắn thích hợp, bảo vệ chống sét lan truyền, và liên kết đẳng thế (xem 8.5).

Cần chú ý đến tác động của lực điện động.

CHÚ THÍCH 1 Điện áp cao nhất xuất hiện giữa các thành phần dẫn điện thường xảy ra trong quá trình dẫn điện của lần sét tiếp theo, trong khi năng lượng và nội dung điện tích cao nhất truyền qua các đường dẫn khác nhau trong lần sét quay trở lại đầu tiên.

CHÚ THÍCH 2 Việc tính toán khoảng cách tách biệt theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) và các phương pháp thử nghiệm được cung cấp trong IEC 62561-8 xem xét các điện áp cao trong quá trình dẫn điện của các lần sét tiếp theo ngắn.

8.2.4.5  Ứng suất trường điện tác động lên thiết kế vật liệu tổng hợp

Do độ cao và chịu nhiều tác động của cánh tuabin gió, toàn bộ kết cấu cánh sẽ bị đặt trong điện trường cao nhiều lần trong suốt thời gian sử dụng. Các điện trường tĩnh và tức thời cao được sinh ra từ các đám mây dông và tác động về điện lên kết cấu cánh. Các tiên đạo sét hướng đến sẽ đặt kết cấu cánh vào các điện trường cao hơn. Trong cả hai trường hợp, các điện trường có thể suy giảm theo thời gian các đặc tính cách nhiệt của vật liệu tổng hợp. Do đó, hệ thống bảo vệ chống sét phải được thiết kế có xét đến nguyên tắc thiết kế cách điện cao áp.

8.2.5  Phương pháp thử nghiệm

8.2.5.1  Quy định chung

Các phương pháp thử nghiệm sau đây áp dụng cho toàn bộ thiết kế cánh quạt hoặc các phần phụ như đầu cánh quạt hoặc các miếng thử nghiệm dát mỏng. Những thử nghiệm này có thể được sử dụng như các thử nghiệm kỹ thuật để hỗ trợ quá trình thiết kế và các lần lặp lại, và là bắt buộc để xác nhận thiết kế cánh quạt cuối cùng.

8.2.5.2  Thử nghiệm cao áp

Hiệu quả thu nhận của hệ thống đầu thu sét trên cánh có thể được đánh giá bằng cách sử dụng thử nghiệm gắn với tiên đạo ban đầu được mô tả trong D.2.1 của Phụ lục D.

Việc cải thiện khả năng dát mỏng của cánh để cản trở việc phóng điện bên trong và ngăn phóng điện đâm xuyên bề mặt cánh có thể đạt được bằng cách tăng độ bền điện của vật liệu. Độ bền điện của composite cách điện và các lớp phủ có thể được đánh giá theo TCVN 6099-1 (IEC 60060-1), TCVN 9630-1 (IEC 60243-1) (điện xoay chiều), TCVN 9630-3 (IEC 60243-3) (điện áp xung) và IEC 60464-2 (lớp phủ).

Khi hoạt động điện xảy ra trên bề mặt cách điện (phóng điện bề mặt, v.v...), bề mặt có thể xuống cấp vì chịu ăn mòn điện và tạo vết. Kết hợp với độ ẩm, tác động này có thể làm thay đổi các thuộc tính bề mặt cách điện làm cho dẫn điện nhiều hơn, và do đó tăng rủi ro sét đánh trực tiếp. Điện trở tạo vết của các cánh và vật liệu phủ khác nhau có thể được đánh giá và so sánh sử dụng IEC 60587.

8.2.5.3  Thử nghiệm với dòng điện cao

Các hệ thống đầu thu sét sẽ chịu ảnh hưởng lớn bởi tác động của điện tích khi sét đánh (tức là tích phân theo thời gian của dòng điện sét), một hiện tượng có thể được đánh giá bởi thử nghiệm thiệt hại vật chất dòng điện cao trong Phụ lục D, Điều D.3.

Các thành phần và bộ phận kết nối của dây dẫn sét có thể được thử nghiệm bằng thử nghiệm thiệt hại vật chất dòng điện cao trong Phụ lục D, Điều D.3

Các dạng sóng và mức dòng điện thử nghiệm phải bao gồm cú sét ngắn đầu tiên và, nếu có liên quan, và cú sét dài (dòng liên tục) xác định đối với mức LPL đã chọn. Dựa trên môi trường sét cụ thể được định nghĩa cho cánh quạt, độ lớn dòng điện sét và các dạng sóng có thể được điều chỉnh để phù hợp với mức độ phơi nhiễm thực tế. Thông số thử nghiệm chi tiết được cung cấp trong Phụ lục D.

8.3  Vỏ tuabin và các thành phần kết cấu khác

8.3.1  Quy định chung

Các cấu trúc kim loại lớn nên được sử dụng tối đa cho hệ thống đầu thu sét, liên kết điện, bảo vệ và dẫn dòng sét đến hệ thống tiếp đất. Các thành phần bảo vệ chống sét bổ sung, ví dụ như hệ thống đầu thu sét để bảo vệ thiết bị khí tượng và đèn cảnh báo máy bay trên vỏ tuabin, dây dẫn xuống và các kết nối liên kết, phải được chế tạo và định kích thước theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3).

Phối hợp cách điện và đánh giá phân bố dòng điện (chia sẻ dòng điện sét) theo thiết kế phải được thực hiện qua phân tích kỹ thuật, mô hình hóa số, hoặc thử nghiệm. Tất cả các bộ phận và kết nối tiếp xúc với dòng điện sét phải chịu được các hiệu ứng nhiệt và cơ điện liên quan đến việc dẫn các mức độ dòng điện sét tương ứng. Các phương pháp xác nhận khả năng có thể được mô tả trong bộ IEC 60243, IEC 62561-8 hoặc tương tự. Xác nhận phân tích kỹ thuật và mô hình hóa số sẽ được thực hiện bằng thử nghiệm so sánh. Các ví dụ về việc xác thực như vậy được cung cấp trong Phụ lục O.

Các bộ phận của vỏ tuabin và các thành phần cấu trúc khác được sử dụng làm dây dẫn xuống tự nhiên phải đáp ứng các yêu cầu của dây dẫn xuống tự nhiên theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3). Xác nhận bằng thử nghiệm không cần thiết đối với các thành phần cấu trúc có kích thước rõ ràng đáp ứng các yêu cầu trong TCVN 9888-3 (IEC 62305-3).

Tài liệu về hệ thống chống sét cho tất cả các phân hệ được cung cấp theo hướng dẫn trong Điều 11

8.3.2  Hub

Hub cho các tuabin gió lớn thường là một quả cầu gang rỗng có đường kính vài mét. Do đó, độ dày của vật liệu đảm bảo rằng cấu trúc của hub tự nó không bị ảnh hưởng bởi sét. Trong hầu hết các trường hợp, các hệ thống điều khiển điện và cơ học cùng với các bộ truyền động được đặt trong hub với các mạch kết nối ra ngoài hub, đến các cánh quạt và đến vỏ tuabin. Hub nên được thiết kế thành một lồng Faraday bằng cách cung cấp các lớp chắn từ tính ở các lỗ hổng của hub hướng về phía các cánh quạt, phía trước và vỏ tuabin (tức là hub có thể được định nghĩa là một khu vực bảo vệ chống sét). Trong nhiều trường hợp, các lỗ hổng này được đóng bằng các tấm flan cánh quạt và flan trục chính, mà có thể coi là các lớp chắn từ tính rất hiệu quả. Khi các lỗ hổng được đóng bằng các lớp chắn từ tính hiệu quả như đã mô tả, nội dung của hub không yêu cầu bảo vệ chống sét đặc biệt. Bảo vệ chống sét cho hub sau đó được giới hạn ở việc liên kết đẳng thế và bảo vệ quá độ cho các hệ thống đặt ngoài hub, ví dụ như hệ thống bộ truyền động cánh quạt, và các hệ thống điện và điều khiển trong hub kết nối với các mạch mở rộng ra ngoài hub.

8.3.3  Mũ hub

Thông thường hub có một nắp bằng sợi thủy tinh, gọi là mũ hub, được gắn trên hub và quay cùng với hub. Vì mô hình quả cầu lăn luôn cho thấy rằng có khả năng sét đánh vào mặt trước của mũ hub, nên phải xem xét bảo vệ chống sét. Trong một số thiết kế tuabin gió, có thêm hệ thống điều khiển điện và cơ khí và thiết bị truyền động đặt bên ngoài hub và được che phủ bởi mũ hub. Các hệ thống như vậy phải được chắn sét bởi các hệ thống đầu thu sét. Trong trường hợp không đặt hệ thống nào như thế ở mũ hub thì có thể chấp nhận rủi ro sét đánh thủng xuyên qua mũ hub và không cần bất kỳ hệ thống bảo vệ chống sét nào cho mũ hub. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, bảo vệ chống sét đơn giản và khả thi cho mũ hub có thể được thực hiện khi sử dụng kết cấu đỡ bằng kim loại cho mũ hub làm hệ thống đầu thu sét và kết nối với hub.

8.3.4  Vỏ tuabin

Kết cấu vỏ tuabin cần là bộ phận bảo vệ chống sét để đảm bảo rằng sét đánh vào vỏ tuabin sẽ đánh vào các bộ phận kim loại có thể chịu được ứng suất hoặc gắn vào một hệ thống đầu thu sét được thiết kế cho mục đích này. Các vỏ tuabin có phủ GFRP hoặc tương tự phải có hệ thống đầu thu sét và dây dẫn sét tạo thành lồng bao quanh vỏ tuabin. Hệ thống đầu thu sét có các dây dẫn tiếp xúc trong lồng này phải có khả năng chịu được các chùm sét ứng với mức bảo vệ chống sét đã chọn. Các dây dẫn khác trong lồng Faraday phải có kích thước để chịu được dòng điện sét thành phần có thể phải chịu. Hệ thống đầu thu sét để bảo vệ thiết bị đo, v.v... bên ngoài vỏ tuabin phải được thiết kế theo các quy tắc chung trong TCVN 9888-3 (IEC 62305-3), và các dây dẫn sét phải được nối với lồng nêu trên.

Có thể dùng một lưới kim loại cho vỏ tuabin có phủ vật liệu GFRP để cung cấp bảo vệ chống trường điện và trường từ bên ngoài, và trường từ từ các dòng điện chạy trong lưới kim loại. Một cách khác, tất cả các mạch điện bên trong vỏ tuabin có thể được đặt trong ống dẫn kim loại kín hoặc máng cáp.v.v... Hệ thống liên kết đẳng thế phải được thiết lập bao gồm cả các kết cấu kim loại chính bên trong và trên vỏ tuabin, khi có yêu cầu trong các quy tắc điện, và khi sẽ cung cấp một mặt phẳng đẳng thế hiệu quả để thực hiện tất cả các kết nối liên kết đẳng thế và nối đất.

Dòng điện sét đánh vào các cánh tốt hơn cả nên được dẫn trực tiếp tới lồng nói trên, khi đó sẽ hoàn toàn tránh được dòng điện sét dẫn qua các ổ trục dẫn động và ổ trục xoay cánh của cánh (xem 8.2 và 8.4 đối với bảo vệ cánh và ổ trục). Các loại hệ thống chổi than khác nhau thường được sử dụng để chuyển hướng dòng điện sét khỏi ổ trục. Tuy nhiên, hiệu quả của các chổi than rời rạc này có thể thấp, vì rất khó để kết cấu các hệ thống chổi than và nối đất có trở kháng đủ thấp để giảm đáng kể dòng đi qua trở kháng thấp của trục chính và các hệ thống ổ trục đến để đỡ vỏ tuabin.

CHÚ THÍCH: vỏ tuabin được phủ màn chắn từ như vậy sẽ không thể bảo vệ khói các ảnh hưởng của từ trường từ các dòng điện sét chạy bên trong vỏ tuabin, ví dụ như trong trục chính.

8.3.5  Cột tháp

Một cột tháp thép hình ống, vì được sử dụng chủ yếu cho tuabin gió lớn, thường đáp ứng các kích thước cần thiết cho dây dẫn sét công bố trong TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) và có thể được coi là một lồng Faraday chắn điện từ gần như hoàn hảo, vì có dạng điện từ gần như khép kín ở cả hai mặt tiếp xúc với vỏ tuabin và với mặt đất. Do đó, trong nhiều trường hợp là hợp lý để xác định bên trong cột tháp như vùng bảo vệ chống sét cấp LPZ1 hoặc LPZ2. Để giữ cho cột tháp có điện từ khép kín càng tốt, cần có tiếp xúc điện trực tiếp tất cả các con đường dọc theo mặt bích giữa các đoạn cột tháp. Cột tháp và tất cả các bộ phận kim loại chính trong nó phải được hợp nhất vào các dây dẫn bảo vệ đất (PE) và các hệ thống liên kết đẳng thế để thực hiện bảo vệ tốt nhất được cung cấp bởi các lồng Faraday. Liên quan đến liên kết các kết cấu kim loại và các hệ thống bên trong cột tháp như thang, dây điện và đường ray, xem 9.3.5.

Mặt tiếp xúc phía vỏ tuabin thường gắn với bệ đỡ và các cửa lối vào kim loại, mà cũng có thể dùng làm vỏ chắn điện từ khép kín cột tháp (xem 8.4.2 về bảo vệ chống sét của ổ trục xoay tuabin).

Mặt tiếp xúc cột tháp với hệ thống nối đất được đề cập tại Điều 9. Nếu cột tháp được xây dựng như một lồng Faraday mô tả ở trên, thì bên trong cột tháp không cần bảo vệ chống sét riêng. Do đó, nhiệm vụ bảo đảm bảo vệ chống sét cột tháp được giới hạn ở liên kết đẳng thế và bảo vệ tạm thời của các mạch điện và mạch điều khiển mở rộng đến khu vực bảo vệ chống sét khác như đến vỏ tuabin và ra bên ngoài cột tháp.

Cột tháp dạng lưới đan về bản chất không thể được coi là một lồng Faraday hiệu quả, mặc dù sẽ có một số suy giảm từ trường và giảm dòng điện sét bên trong cột tháp dạng này. Khu vực bên trong cột tháp dạng lưới đan nên được xem là vùng bảo vệ chống sét LPZ0_B. Việc dẫn sét cần thông qua các thành phần kết cấu cột tháp dạng lưới đan, do đó các dây dẫn sét phải đáp ứng các kích thước cần thiết đối với dây dẫn sét nêu trong TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) có tính đến sự phân dòng giữa các đường dẫn song song, vỏ chắn cáp trong cột tháp dạng lưới đan có thể cần phải được liên kết với cột tháp tại những khoảng cách nhất định để tránh làm thủng cách điện cáp; yêu cầu này được đánh giá bằng cách tính toán (xem TCVN 9888-2 (IEC 62305-2), Phụ lục D).

Trong các cột tháp bê tông cốt thép, cốt thép có thể được sử dụng để dẫn sét đánh xuống bằng cách đảm bảo từ 2 đến 4 dây nối song song thẳng đứng có mặt cắt đủ lớn nối theo phương ngang ở phía trên, phía dưới và cứ mỗi 20 m ở giữa, cốt thép sẽ tạo ra suy giảm từ trường khá hiệu quả và giảm dòng điện sét bên trong cột tháp nếu được liên kết theo cách này. TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) cung cấp hướng dẫn về việc tích hợp cốt thép với các hệ thống bảo vệ chống sét.

Tài liệu về hệ thống bảo vệ chống sét (LPS) sẽ được cung cấp như mô tả trong Điều 11.

8.3.6  Phương pháp thử nghiệm

Các phương pháp thử nghiệm sơ bộ được nêu trong Phụ lục D. cần sử dụng phương pháp và phân tích phù hợp. Báo cáo kiểm tra các phân tích/phương pháp đã sử dụng là cần thiết.

8.4 Hệ thống truyền động cơ khí và xoay tuabin

8.4.1  Quy định chung

Nhìn chung, tuabin gió sẽ có một số ổ trục cho độ rơ lắc của cánh, quay trục chính, hộp số, máy phát điện và hệ thống xoay tuabin.

Các hệ thống truyền động thủy lực hoặc điện được sử dụng để kiểm soát và vận hành các thành phần chính.

Hệ thống dẫn động và ổ trục có các bộ phận chuyển động trực tiếp hoặc gián tiếp bỏ qua các bộ phận khác nhau của tuabin gió nơi có thể dẫn dòng điện sét.

Tất các hệ thống dẫn động và ổ trục có thể ở trong tuyến dẫn dòng điện sét phải được bảo vệ khi cần thiết để giảm mức dòng điện dẫn qua thành phần xuống mức cho phép.

8.4.2  Ổ trục

Ồ trục rất khó để giám sát, và không thể chấp nhận ổ trục được kiểm tra sau khi sét đánh vào tuabin gió. Do đó, các hệ thống bảo vệ ổ trục phải được chứng minh và ghi tài liệu.

Bảo vệ có thể là một phần của bản thân kết cấu ổ trục hoặc có thể là một hệ thống bên ngoài được lắp đặt ngang qua ổ trục để bỏ qua dòng điện.

Nếu thiết kế làm ổ trục tiếp xúc với dòng điện sét, cần chứng minh bằng phân tích, kinh nghiệm tài liệu liên quan hoặc kiểm tra rằng ổ trục có thể hoạt động suốt vòng đời thiết kế, ngay cả khi tiếp xúc với mức dòng điện sét và số lần sét. Nếu ổ trục không thể hoạt động suốt vòng đời, cần áp dụng bảo vệ (xem 8.4.4).

Khả năng của ổ trục để chịu đựng dòng điện sét cần được kiểm tra bằng một hoặc nhiều phương pháp sau: a) kiểm tra dòng điện cao theo 8.2.5; b) chứng minh sự tương tự của loại ổ trục (thiết kế) với loại ổ trục đã được kiểm tra theo a); c) sử dụng phân tích hoặc mô phỏng đã được xác nhận bằng so sánh với kết quả kiểm tra theo a). Tài liệu phân tích hoặc mô phỏng phải cung cấp bằng chứng về sự áp dụng và hiệu lực của phương pháp phân tích.

Nhà sản xuất phải giải thích rõ ràng trong tài liệu cách lập kế hoạch kiểm tra dựa trên ba phương pháp trên.

Nếu tài liệu dựa trên kiểm tra, thì ổ trục có hoặc không có bảo vệ và hệ thống bỏ qua ổ trục phải được kiểm tra trong điều kiện thực tế đại diện cho tình trạng hoạt động của ổ trục và hệ thống bảo vệ/bỏ qua với liên quan đến tải trọng, bôi trơn, quay, tùy thuộc vào thiết kế và ứng dụng ảnh hưởng đến phản ứng với dòng điện sét. Hướng dẫn cho các phương pháp kiểm tra các giải pháp khác nhau được cung cấp trong Bảng 5.

Bảng 5 - Kiểm tra xác nhận các khái niệm thiết kế ổ trục và bảo vệ ổ trục

Phương pháp bảo vệ ổ trục chống sét	Tỷ lệ dòng điện sét dự kiến tại điểm lắp đặt	Loại kiểm tra xác nhận
Không bảo vệ	100% trong ổ trục	Kiểm tra dòng điện cao của ổ trục
Bảo vệ ổ trục	Phân chia dòng điện giữa ổ trục và hệ thống bảo vệ. Phân chia dòng điện phải được xác định	Kiểm tra dòng điện cao của ổ trục và hệ thống bảo vệ
Hệ thống bỏ qua	Không đáng kể	Kiểm tra dòng điện cao của hệ thống bỏ qua

Thiết lập kiểm tra chung cho các thử nghiệm dòng điện dẫn được nêu trong D.3.3 số được áp dụng. Hướng dẫn chi tiết về việc kiểm tra ổ trục quay và ổ trục đứng, cùng với các mô tả về thiết lập thử nghiệm, có thể có trong Phụ lục P.

8.4.3 Hệ thống thủy lực

Nếu các hệ thống thủy lực nằm trên tuyến dẫn dòng điện sét, phải bảo đảm rằng dòng điện sét đi qua số không ảnh hưởng đến hệ thống. Với các hệ thống thủy lực, cần xét đến rủi ro do chất lỏng do hỏng các phụ kiện và đánh lửa dầu thủy lực.

Các biện pháp bảo vệ như tiếp xúc trượt hay dải liên kết có thể được sử dụng để làm cho dòng điện không dẫn qua các xilanh truyền động.

Ống thủy lực chịu dòng điện sét phải được bảo vệ để tránh sự dẫn dòng vào trong ống. Nếu ống thủy lực có vỏ cơ khí, thì phải được liên kết với kết cấu thép của máy móc ở hai đầu ống. Cũng phải đảm bảo rằng vỏ thép có mặt cắt đủ lớn để dẫn các phần dòng điện sét mà có thể đi qua.

Có thể áp dụng xem xét tương tự cho hệ thống làm mát bằng nước.

8.4.4 Khe đánh lửa và các tiếp điểm trượt

Để không đi qua hệ thống ổ trục và bộ dẫn động, phải xem xét sử dụng các khe đánh lửa hay các tiếp điểm trượt. Các hệ thống đường vòng như vậy kể cả các dây kết nối của chúng để có hiệu quả phải có trở kháng nhỏ hơn tuyến dẫn dòng tự nhiên trực tiếp qua các thành phần.

Các khe đánh lửa và tiếp điểm trượt phải có thể dẫn dòng điện sét mà có thể phải chịu tại nơi sử dụng trong tuabin gió.

Cả khe đánh lửa và tiếp điểm trượt phải được thiết kế để duy trì tính năng cần thiết không phụ thuộc vào các tác động của môi trường như mưa, băng, ô nhiễm mặn, bụi bẩn, v.v....

Khi sử dụng các khe đánh lửa hoặc các tiếp điểm trượt, phải xem xét đến việc hao mòn các bộ phận và tuổi thọ vận hành của các thiết bị này phải được tính toán và ghi thành tài liệu. Các khe đánh lửa và các tiếp điểm trượt phải thường xuyên được kiểm tra theo các hướng dẫn bảo dưỡng và vận hành.

8.4.5 Thử nghiệm

Tất cả các hệ thống bảo vệ ổ trục và hệ thống truyền động phải có chức năng được lập tài liệu. Tài liệu về chức năng này được cung cấp bằng cách thực hiện các phép thử dòng điện xung với các dạng sóng và biên độ đại diện cho môi trường sét dự kiến tại điểm lắp đặt hệ thống bảo vệ cho Cấp độ Bảo vệ chống sét (LPL) được chọn.

Cần sử dụng phân tích kỹ thuật, mô hình số hoặc thử nghiệm phù hợp. Các báo cáo xác nhận về phân tích/phương pháp sử dụng là bắt buộc.

Khuyến nghị thực hiện các phép thử dòng điện xung trên các mẫu thử nghiệm quy mô đầy đủ, trong đó các phần quan trọng của hệ thống được đại diện trong mô hình thử nghiệm.

Cần chứng minh bằng thử nghiệm (xem TCVN 9888-1 (IEC 62305-1) và Phụ lục D để biết định nghĩa quy tắc của các xung thử nghiệm) rằng hệ thống bảo vệ có thể chịu đựng được tác động hủy hoại của cả dòng điện xung ngắn đầu tiên cũng như dòng điện xung dài (dòng điện liên tục) cho LPL đã chọn. Cả hai phép thử đều phải áp dụng cho cùng một mẫu thử nghiệm, nhưng không nhất thiết phải trong cùng một lần phóng điện. Tài liệu thử nghiệm phải mô tả trình tự thử nghiệm chính xác được áp dụng.

Nếu các tiếp điểm trượt được sử dụng như một phần của hệ thống, các phép thử cơ học phải được thực hiện để lập tài liệu về sự ổn định của hệ thống, với sự tập trung đặc biệt vào sự mài mòn của tiếp điểm với và không có tác động xói mòn của dòng điện sét. Mức độ mài mòn phải đủ thấp để cho phép hoạt động không bị ảnh hưởng giữa các khoảng thời gian bảo trì dự kiến.

Các phép thử có thể được thực hiện trên các bộ phận của hệ thống bảo vệ toàn bộ, nhưng các phép tính phải được cung cấp để chứng minh các yếu tố tỷ lệ và tác động.

Các phương pháp thử nghiệm được bao gồm trong D.3.3.

CHÚ THÍCH: Nếu bằng thiết kế hoặc phân tích cho thấy dòng điện sét hoàn toàn vượt qua một thành phần (tức là sự truyền dòng điện sét qua thành phần không đáng kể), thì phép thử dòng điện cao không yêu cầu.

8.5 Hệ thống điện hạ áp và hệ thống điện tử và hệ thống lắp đặt

8.5.1 Quy định chung

Điều này liên quan đến việc bảo vệ các hệ thống điện và hệ thống điều khiển của tuabin gió chống lại các hiệu ứng của sự gia tăng dòng điện và xung điện áp gây ra bởi:

• sét đánh vào tuabin gió;

• dòng tiên đạo khởi phát từ tuabin gió;

• sét đánh gián tiếp (tức là ảnh hưởng thông qua xung sét điện tử LEMP do sét đánh không ảnh hưởng trực tiếp đến tuabin gió).

Tất cả các loại tia sét đều phát xung sét điện tử (LEMP).

CHÚ THÍCH 1: Đối với các yêu cầu chung đối với thiết bị điện trên máy móc, xem IEC 60204-1.

Các hệ thống điện và điều khiển có thể bị hư hại do LEMP. Do đó, các biện pháp bảo vệ chống sét (SPM) phải được cung cấp để tránh sự cố hệ thống. Bảo vệ hiệu quả các hệ thống điện và điều khiển của tuabin gió chống lại LEMP yêu cầu áp dụng vùng bảo vệ chống sét (LPZ) theo đúng cách trong IEC 62305-4. SPM là một phần của vùng bảo vệ chống sét (LPZ) cho toàn bộ tuabin gió, được mô tả trong Phụ lục E.

Nhà sản xuất tuabin gió cần thiết kế và cung cấp hệ thống bảo vệ chống sét (SPM) cho toàn bộ hệ thống điện của tuabin theo các nguyên tắc cơ bản trong IEC 62305-4. Do hạn chế về không gian, ngay cả trong các tuabin lớn, nơi dòng sét chỉ lan truyền một khoảng cách ngắn từ thiết bị nhạy, cần phải áp dụng các biện pháp đặc biệt để đảm bảo rằng hệ thống đáp ứng yêu cầu bảo vệ trong môi trường có nguy cơ sét cao.

Các ví dụ về cách áp dụng khái niệm vùng bảo vệ chống sét (LPZ) trong tuabin gió được trình bày trong Phụ lục E. Bảo vệ chống lại xung điện từ sét (LEMP) dựa trên khái niệm vùng bảo vệ chống sét (LPZ): Tuabin gió được chia thành các vùng bảo vệ chống sét, tương ứng với các phần khác nhau của tuabin như bên trong các thành phần cấu trúc lớn như hub, vỏ tuabin, tháp, và các thành phần nhỏ hơn như tủ điện. Việc phân chia tuabin thành các vùng bảo vệ chống sét giúp xác định mức độ LEMP cho từng khu vực một cách rõ ràng. Trong mỗi khu vực này, cần phải có tài liệu chứng minh rằng mức độ LEMP được kiểm soát và phù hợp với mức độ bảo vệ của các hệ thống bên trong trong khu vực đó.

Sự cố vĩnh viễn của các hệ thống điện và điện tử do LEMP có thể gây ra bởi:

• Các xung điện dẫn và cảm ứng được truyền đến thiết bị qua dây kết nối.

• Tác động của các trường điện tử bức xạ chiếu trực tiếp vào thiết bị.

Để đánh giá mức độ LEMP (cả tác động dẫn và bức xạ) của từng vùng bảo vệ chống sét (LPZ) của tuabin gió, cần phải tiến hành đánh giá môi trường LEMP bằng các phương pháp phân tích được kiểm tra xác nhận hoặc theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) và IEC 62305-4.

CHÚ THÍCH 2: Có thể giả định rằng các biện pháp bảo vệ LEMP hiệu quả cũng sẽ cung cấp bảo vệ hiệu quả chống lại các tác động của tia sét gián tiếp.

Các biện pháp bảo vệ cơ bản trong hệ thống bảo vệ chống sét (SPM) theo IEC 62305-4 bao gồm:

• Liên kết - xem 8.5.4.

• Vỏ chắn điện và từ của cáp và tuyến dây (lắp đặt hệ thống) - xem 8.5.5.

• Bảo vệ SPD - xem 8.5.6.

• Nối đất - xem Điều 9.

Các hình từ Hình 4a) đến Hình 4d) cung cấp ví dụ về các biện pháp bảo vệ chống sét (SPM) - dựa trên IEC 62305-4.

Các phương pháp bổ sung bao gồm:

• Cách điện, thiết kế mạch, mạch cân bằng, trở kháng nối tiếp, v.v.

Đối với SPM, các thông tin cơ bản sau đây cần được ghi lại (xem thêm Điều 11):

• Định nghĩa cấp bảo vệ chống sét (LPL) theo TCVN 9888-1 (IEC 62305-1).

• Bản vẽ của tuabin gió định nghĩa các LPZ và các ranh giới của chúng, sơ đồ mạch thể hiện các SPD, che chắn cáp và các điểm kết nối che chắn cáp.

Các hình E.6 và E.7 trong Phụ lục E cung cấp ví dụ cơ bản về tiêu chuẩn này.

Trong trường hợp không có dòng sét một phần bên trong LPZ, việc bảo vệ chống quá áp chỉ cần thiết cho các cáp đi từ khu vực này vào khu vực có các thành phần nhạy hơn (tức là từ LPZ có số thấp hơn đến LPZ có số cao hơn). Trong khi đó, các kết nối nội bộ trong cùng một khu vực có thể không cần bảo vệ. Cách tiếp cận này được chi tiết thêm trong IEC 62305-4 và được thảo luận trong Phụ lục E. Trong trường hợp có các dòng sét một phần truyền bên trong LPZ, xem thêm Phụ lục E.

Hình 4 -a) SPM sử dụng lớp chẩn không gian và hệ thống SPD phối hợp - Thiết bị được bảo vệ tốt chống lại các xung dòng điện dẫn (U₂< <U₀ và I₂<<I₀) và chống lại các trường từ trường phát ra (H₂ << H₀)

 

Hình 4 -b) SPM sử dụng lớp chẩn không gian của LPZ 1 và bảo vệ SPD tại điểm vào của LPZ 1 - Thiết bị được bảo vệ chống lại các xung dòng điện dẫn (U₁ < U₀ và I₁<I₀) và chống lại các trường từ trường phát ra (H₁ < H₀)

 

Hình 4 -c) SPM sử dụng lớp chẩn dòng điện nội bộ và bảo vệ SPD tại điểm vào của LPZ 1 - Thiết bị được bảo vệ chống lại các xung dòng điện dẫn (U₂<U₀ và I₂<I₀) và chống lại các trường từ trường phát ra (H₂ < H₀)

 

Hình 4 -d) SPM sử dụng hệ thống SPD phối hợp - Thiết bị được bảo vệ chống lại các xung dòng điện dẫn (U₂<<U₀ và I₂<<I₀), nhưng không chống lại các trường từ trường phát ra (H₀)

CHÚ DẪN

 Ranh giới được bảo vệ bằng lớp chắn

Ranh giới không được bảo vệ bằng lớp chắn

CHÚ THÍCH 1: SPD có thể được đặt tại các điểm sau:

- Tại ranh giới của LPZ 1 (ví dụ: tại bảng phân phối chính MB);

- Tại ranh giới của LPZ 2 (ví dụ: tại bảng phân phối phụ SB);

- Tại hoặc gần thiết bị (ví dụ: tại ổ cắm S A).

CHÚ THÍCH 2: Đối với quy tắc lắp đặt chi tiết, xem thêm IEC 60 364-5-53.

CHÚ THÍCH 3: Hình này được lấy từ IEC 62305-4.

Hình 4 - Các ví dụ về các biện pháp bảo vệ chống sét (SPM) có thể áp dụng

Hình 5 minh họa cách kết nối hai vùng bảo vệ chống sét (LPZ 1) bằng việc sử dụng các thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) để bảo vệ thiết bị khối các sự cố do sóng xung điện gây ra.

Hình 6 minh họa việc sử dụng cấp hoặc ống cáp có lớp chắn để kết nối hai vùng bảo vệ chống sét (LPZ 1), với điều kiện các lớp chắn có khả năng chịu được dòng điện sét từng phần mà không cần phải sử dụng SPD nếu mức sự áp là chấp nhận được.

Hình 5 - Kết nối hai vùng bảo vệ chống sét (LPZ 1) bằng các thiết bị bảo vệ chống sét (SPD)

Hình 6 - Kết nối hai vùng bảo vệ chống sét (LPZ 1) bằng cáp hoặc ống cáp có lớp chắn

8.5.2 Liên kết đẳng thể trong tuabin gió

Liên kết đẳng thể theo IEC 62305-4 và IEC TR 61000-5-2 phải được sử dụng trong tuabin gió để đảm bảo rằng các hiện tượng phóng điện nguy hiểm tiềm ẩn không thể xảy ra giữa các bộ phận dẫn điện của tuabin gió. Các liên kết đẳng thể này cung cấp sự bảo vệ chống lại điện áp tiếp xúc và điện áp bước trong quá trình xảy ra sét đánh. Liên kết đẳng thể đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm xác suất thiệt hại cho các hệ thống điện và điều khiển. Các kết nối liên kết trở kháng thấp ngăn chặn sự khác biệt về điện áp nguy hiểm giữa các thiết bị bên trong tuabin gió.

Để đạt hiệu quả tối đa, các kết nối liên kết phải tận dụng tối đa các cấu trúc kim loại lớn của tuabin gió (tức là chủ yếu là cột tháp, để đỡ vô tuabin, khung vô tuabin và trục). Các dây dẫn liên kết này có thể bổ sung làm giảm mức độ của trường từ gây ra bởi sét. Các kết nối kim loại, như được mô tả trên Hình E.3 và Hình E.4, tạo điều kiện phân phối dòng điện đồng đều trong các cấu trúc kim loại bên ngoài của tuabin gió và do đó làm giảm ảnh hưởng của trường điện tử bên trong cấu trúc (ví dụ như bên trong vỏ tuabin hoặc cột tháp). Các cấu trúc kim loại lớn cung cấp sự che chắn điện tử tối đa khi được kết nối điện. Hiệu quả che chắn điện tử cao của một cấu trúc được đạt được khi việc liên kết vĩnh viễn các yếu tố kết cấu kim loại được thực hiện ở khoảng cách đủ nhỏ.

Ví dụ, nếu các kết nối liên kết được đặt giữa các nền tảng kim loại và tường cột tháp tại nhiều vị trí phân bổ xung quanh giao diện để đỡ - tháp, nó sẽ cung cấp hiệu quả sự che chắn điện tử bên trong của cột tháp.

Phần lớn thiệt hại xảy ra trong các hệ thống điều khiển của tuabin gió có thể được ngăn chặn bằng cách liên kết và che chắn hiệu quả. Một số xem xét thêm về liên kết cần thiết trong tuabin gió được nêu trong Phụ lục G.

8.5.3 Biện pháp bảo vệ xung sét điện tử LEMP (LPMS) và mức độ miễn nhiễm

8.5.3.1 Quy định chung

Các mức chịu đựng điện áp và dòng điện thoáng qua (miễn nhiễm) của thiết bị phải được ghi nhận bằng thử nghiệm theo tiêu chuẩn thử nghiệm tương thích điện tử (EMC) IEC 61000-4-X, và các mức độ miễn nhiễm được xác định bởi đó sẽ được sử dụng để đánh giá sự cần thiết của việc bảo vệ bổ sung cho thiết bị trong các môi trường tại các vùng bảo vệ chống sét (LPZ) riêng lẻ.

Bất kể các yêu cầu chịu đựng tối thiểu được nêu ở đây, thiết bị luôn phải có mức độ miễn nhiễm tương ứng với mức độ đe dọa của môi trường mà nó được đặt.

Nếu thử nghiệm thất bại, một phân tích cụ thể về mức chịu đựng phải được thực hiện.. Nếu quy định của nhà sản xuất yêu cầu bảo vệ bên ngoài hoặc các biện pháp được nêu rõ ràng trong hướng dẫn sử dụng, các yêu cầu thử nghiệm phải được áp dụng với thiết bị bảo vệ bên ngoài hoặc các biện pháp đã có sẵn.

8.5.3.2 Khả năng chịu đựng của cổng nguồn thiết bị

Mức độ chịu xung (hoặc khả năng chống chịu) của cổng nguồn được định nghĩa trong IEC 61000-6-2 và được kiểm tra theo TCVN 8241-4-5 (IEC 61000-4-5). Tóm tắt các yêu cầu chịu xung tối thiểu:

Cổng AC (230 V / 400 V):

• ± 2 kV dòng điện tới đất;

• ± 1 kV dòng điện giữa các dây dẫn;

• Yêu cầu về cách điện/mức độ chịu đựng theo TCVN 10884-1 (IEC 60664-1) cũng phải được đáp ứng.

Cổng DC (50 V):

• ± 1,0 kV dòng điện tới đất;

• ± 0,5 kV dòng điện giữa các dây dẫn;

Yêu cầu về cách điện/mức độ chịu đựng theo TCVN 10884-1 (IEC 60664-1) cũng phải được đáp ứng

8.5.3.3 Khả năng chịu xung của cổng tín hiệu thiết bị

Mức độ chịu xung (hoặc khả năng chống chịu) của các cổng tín hiệu được định nghĩa bởi các Khuyến nghị ITU-T K.21 và K.20 cho viễn thông và IEC 61000-6-2 / TCVN 8241-4-5 (IEC 61000-4-5) cho các cổng tín hiệu nói chung đối với thiết bị lắp đặt tại cơ sở của khách hàng và các tòa nhà trao đổi tương ứng. Tóm tắt các yêu cầu chịu xung tối thiểu cho thiết bị tại cơ sở của khách hàng như sau:

Các cổng viễn thông:

• Cổng kết nối với đường dây bên ngoài, tức là đường dây đi ra ngoài tòa nhà:

- 1,5 kV thử nghiệm chế độ chung (cổng tới đất);

- 1,5 kV thử nghiệm chế độ vi sai (giữa các dây dẫn tín hiệu).

• Cổng kết nối với đường dây nội bộ không được bảo vệ, tức là đường dây hoàn toàn nằm trong tòa nhà (không kết nối trực tiếp với đường dây bên ngoài):

- 1 kV thử nghiệm chế độ chung.

Đối với các cổng tín hiệu nói chung:

• Các cổng tín hiệu phải được thử nghiệm bất kể chiều dài của cáp được bảo vệ hay không được bảo vệ:

- 0,5 kV thử nghiệm chế độ chung, được thử nghiệm như không được che chắn (cổng tới đất).

8.5.3.4 Miễn nhiễm điện tử của thiết bị điện tử

Các mức (hoặc khả năng chịu) điện tử của thiết bị được quy định bởi IEC 61000-4-9 và IEC 61000-4-10. Dưới đây là tóm tắt các yêu cầu tối thiểu về khả năng chịu đựng xung tối thiểu:

IEC 61000-4-9:

• ± 1 kA/m (xung 8/20 µs).

IEC 61000-4-10:

• ± 100 A/m (dao động tắt dần).

Khả năng miễn nhiễm của thiết bị cần được chọn theo ứng dụng.

8.5.4 Che chắn và đi dây

Che chắn là biện pháp làm suy giảm trường điện tử. Việc giảm trường điện tử có thể làm giảm đáng kể các mức điện áp được cảm ứng trong mạch điện.

Trường từ gây ra bởi sét bên trong khu vực bảo vệ (LPZ) có thể được giảm bằng màn chắn không gian trong LPZ. Các xung điện cảm ứng vào hệ thống điều khiển qua các dây kết nối có thể được giảm thiểu bằng màn chắn không gian, đi dây và màn chắn (như cáp có màn chắn nối đất ở cả hai đầu), hoặc bằng sự kết hợp của các phương pháp này.

Nên áp dụng IEC 62305-4 cho màn chắn từ và đi dây, và tuân thủ các hướng dẫn thực hành lắp đặt EMC trong IEC TR 61000-5-2.

Các yêu cầu về vật liệu và kích thước của màn chắn từ phải tuân thủ theo IEC 62305-4:2010, Điều 6.

Sử dụng màn chắn và tuyến dây phải được ghi thành tài liệu bằng phân tích và/hoặc thử nghiệm.

Đánh giá cường độ trường từ bên trong LPZ phải dựa trên các phép tính trường từ theo Phụ lục A của IEC 62305-4:2010. Mô hình máy tính có thể sử dụng, nếu đã được xác thực theo Phụ lục O.

Đánh giá hiệu quả của màn chắn đối với các vỏ bọc phải theo các phương pháp trong IEC 61000-5-7 và IEC 61587-3.

8.5.5 Bảo vệ SPD phối hợp

8.5.5.1 Quy định chung

Bảo vệ SPD phối hợp gồm một tập hợp các SPD được lựa chọn thích hợp, được kết hợp và lắp đặt để giảm các hỏng hóc hệ thống điện và điện tử.

CHÚ THÍCH: Bảo vệ SPD phối hợp phải có các mạch kết nối để cung cấp phối hợp cách điện cho toàn bộ hệ thống.

Bảo vệ SPD phối hợp giới hạn các ảnh hưởng của các đột biến do sét và các đột biến do đóng cắt sinh ra từ bên trong. Bảo vệ các hệ thống điện và điều khiển đòi hỏi sự tiếp cận một cách hệ thống các SPD phối hợp cho cả hệ thống điện hạ áp và hệ thống điều khiển. Các khuyến cáo cho bảo vệ SPD phối hợp trong các tuabin gió được nêu trong Phụ lục F.

8.5.5.2 Vị trí các SPD

Theo IEC 62305-4, trong LPMS, SPD phải được đặt tại lối đường dây đi vào mỗi khu vực LPZ:

• càng gần với ranh giới của khu vực LPZ 1 càng tốt, phải lắp đặt SPD đã thử nghiệm với dòng l_imp (thử nghiệm cấp I), theo phân loại trong IEC 61643-11;

• càng gần với ranh giới của khu vực LPZ 2 và cao hơn càng tốt, và nếu cần thiết thì càng gần với thiết bị được bảo vệ càng tốt, phải lắp đặt các SPD đã thử nghiệm với dòng I_n (thử nghiệm cấp II), theo phân loại trong IEC 61643-11;

Nếu không đặt tại lối đường dây đi vào LPZ, cần phải tài liệu hóa rằng thiết bị kết nối ở cả hai bên của điểm vào có thể chịu được điện áp xung dự kiến. Cũng cần đảm bảo rằng dòng xung dẫn không làm ảnh hưởng đến môi trường từ tính trong LPZ đã vào (xem Hình 7).

Hình 7 - Trường từ tính bên trong một vỏ bọc do cáp kết nối dài từ điểm vào vỏ bọc đến SPD

Khi khoảng cách giữa SPD và thiết bị cần bảo vệ lớn hơn 10 m (chiều dài cáp), cần cung cấp các biện pháp bảo vệ bổ sung như:

- Hình 8a: Một SPD bổ sung lắp đặt càng gần càng tốt với thiết bị cần bảo vệ; mức bảo vệ điện áp UP của nó không được vượt quá điện áp chịu đựng xung yêu cầu UW của thiết bị; hoặc

- Hình 8b: Sử dụng SPD một cổng tại hoặc gần nguồn gốc của mạch điện; mức bảo vệ điện áp UP của chúng không được vượt quá 50% điện áp chịu đựng xung yêu cầu UW của thiết bị cần bảo vệ. Biện pháp này nên được thực hiện cùng với các biện pháp khác như sử dụng dây có màn chẩn trong toàn bộ mạch được bảo vệ; hoặc

- Hình 8c: Sử dụng SPD hai cổng (IEC 61643-11) tại hoặc gần nguồn gốc của mạch điện; mức bảo vệ điện áp UP của chúng không được vượt quá điện áp chịu đựng xung yêu cầu UW của thiết bị cần bảo vệ. Biện pháp này nên được thực hiện cùng với các biện pháp khác như sử dụng dây có màn chẩn trong toàn bộ mạch được bảo vệ.

Hình 8 - Các biện pháp bảo vệ bổ sung

8.5.5.3 Lựa chọn các SPD

Các SPD chịu được một phần dòng điện sét có dạng sóng điển hình 10/350 µs đòi hỏi dòng điện thử nghiệm xung tương ứng I_imp. Đối với đường dây điện, dòng điện thử nghiệm phù hợp I_imp được xác định trong quy trình thử nghiệm cấp I của IEC 61643-1.

Các SPD chịu được các dòng đột biến cảm ứng có dạng sóng điển hình 8/20 µs đòi hỏi dòng điện thử nghiệm tương ứng I_n. Đối với đường dây điện, dòng điện thử nghiệm phù hợp I_n được xác định trong quy trình thử nghiệm cấp II của IEC 61643-1.

Các SPD phải phù hợp với

• IEC 61643-1 đối với các hệ thống điện;

• IEC 61643-21 đối với các hệ thống tín hiệu và viễn thông.

8.5.5.4 Lắp đặt các SPD

Các SPD phải phù hợp với các quy tắc lắp đặt được đưa ra trong

• TCVN 7447-4-44 (IEC 60364-4-44), TCVN 7447-5-53 (IEC 60364-5-53) và IEC 61643-12 đối với bảo vệ các hệ thống điện;

• IEC 61643-22 đối với bảo vệ các hệ thống điều khiển và truyền thông.

Vị trí lắp đặt các SPD phải được ghi thành tài liệu, như bằng các bản vẽ và sơ đồ hệ thống dây điện theo LPMS. Đối với SPD được lắp đặt tại ranh giới các khu vực LPZ khác nhau và các thành phần bảo vệ đột biến điện có thể có được lắp đặt bên trong thiết bị, phải đáp ứng các yêu cầu điều phối năng lượng theo IEC 62305-4 và IEC 61643-12.

Theo IEC 62305-4, phải thực hiện các xem xét liên quan đến sự phối hợp các SPD trong hệ thống điện và điều khiển. Tài liệu phải cung cấp đầy đủ thông tin về cách đạt được sự phối hợp giữa các SPD.

Hướng dẫn thêm cho các liên kết (nối đất) và nối cáp của hệ thống điện và điều khiển được đưa ra trong 8.5.4 và 8.5.5 và được minh họa tại Phụ lục G.

8.5.5.5 Ứng suất môi trường

Các SPD phải chịu các ứng suất môi trường đặc trưng cho vị trí lắp đặt như:

• nhiệt độ môi trường;

• độ ẩm;

• môi trường ăn mòn;

• rung, xóc cơ khí.

Nếu không có giá trị cụ thể nào được nhà sản xuất tuabin gió quy định, các SPD lắp đặt trong vỏ tuabin hoặc trong tháp tuabin có thể phải chịu ứng suất rung động với các tham số sau:

- tần số: 0,1 Hz đến 10 Hz; - gia tốc: 0,5 m/s².

Các giá trị chống chịu rung động điển hình cho SPD trong hệ thống tuabin gió dựa theo EN 50539-2. Những giá trị này sẽ được áp dụng nếu không có thông tin nào khác

Tùy thuộc vào các điều kiện tại điểm lắp đặt trong tuabin gió, các yêu cầu bổ sung và cụ thể về tính năng và lắp đặt các SPD có thể phát sinh. Nếu cần thiết, nhà chế tạo tuabin gió phải tính đến các điều kiện môi trường cho các điểm lắp đặt cụ thể, như vỏ tuabin và hub.

8.5.5.6 Bảo trì

Việc bảo trì và thay thế các SPD phải được thực hiện theo kế hoạch bảo dưỡng.

Phải lắp đặt các SPD theo cách mà chúng có thể kiểm tra và tháo lắp được.

8.5.5.7 Giám sát SPD

Việc bảo vệ SPD của các bộ phận quan trọng của hệ thống điện và điều khiển các tuabin gió có thể đòi hỏi giám sát.

8.5.5.8 Lựa chọn các SPD theo mức bảo vệ (Up) và tính miễn nhiễm của hệ thống

Mức độ bảo vệ yêu cầu U_p trong một khu vực LPZ phải được xác định theo mức độ miễn nhiễm đã thiết lập của thiết bị trong khu vực LPZ như đã mô tả ở 8.5.3.

8.5.5.9 Chọn lựa SPD dựa trên điện áp vận hành liên tục (Uc)

Các yêu cầu cụ thể về điện áp vận hành liên tục (U_c) của SPD có thể áp dụng do sự biến đổi lớn của điện áp và điện áp vượt ngưỡng tạm thời trong hệ thống điện của tuabin gió. Trong những trường hợp như vậy, các thành phần liên quan của hệ thống điện, bao gồm mức điện áp, mức dòng điện và thời gian, cần được xác định thông qua phân tích và/hoặc thử nghiệm để chọn lựa SPD phù hợp.

Để chọn lựa bảo vệ SPD, cần xem xét mạch kích từ của mạch phát điện nguồn và mạch bên dòng của nguồn, bao gồm các thông số sau:

• điện áp tối đa (L-L và L-Đất), bao gồm độ dung sai quy định.

• U_c cần được lựa chọn để chịu được các tác động của các xung lặp lại được chồng lên điện áp vận hành.

• tần số tối đa.

• tần số vận hành cần được lựa chọn dựa trên tần số chuyển mạch của nguồn điện.

Các ví dụ cụ thể hơn được cung cấp trong Phụ lục F.

Cần có bằng chứng cho thấy SPD được chọn có thể chịu được các mức ứng suất cụ thể này.

8.5.5.10 Lựa chọn các SPD đối với dòng phóng điện In và dòng điện xung Iimp

Nên phân tích phân bố dòng điện sét trong tuabin gió theo IEC 62305-4. Dựa trên các tính toán này, các SPD có thể được chọn đối với dòng phóng điện I_n và dòng điện xung I_imp.

Các SPD dùng cho các mạch điện tiếp xúc đặc biệt có thể đòi hỏi mức độ cao hơn so với các mức đưa ra trong TCVN 7447-5-53 (IEC 60364-5-53) hoặc các mạch điện này cần được che chắn. Các mạch điện này tiếp xúc đặc biệt với các ứng suất lớn hoặc các ứng suất lặp lại cần được nhận biết bằng phân tích. Nếu có thể, các mạch điện tiếp xúc này bên trong các hệ thống điện và điều khiển của tuabin gió phải được ghi thành tài liệu trong sơ đồ đi dây của nhà chế tạo tuabin gió. Thông tin chi tiết về điều này đưa ra trong Phụ lục F.

8.5.5.11 Lựa chọn các SPD liên quan đến dòng điện ngắn mạch, thông số ngắt dòng kéo theo và chu kỳ làm việc (tuổi thọ vận hành) của các thiết bị SPD

Thông số đặc trưng của khả năng chịu dòng ngắn mạch của tổ hợp các SPD và thiết bị bảo vệ quá dòng (OCPD - ví dụ cầu chảy) và thông số đặc trưng ngắt dòng kéo theo của SPD như công bố của nhà chế tạo SPD phải bằng hoặc lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất dự kiến tại điểm lắp đặt. Ngoài ra, khi thông số đặc trưng ngắt dòng kéo theo được công bố cho SPD, bằng tính toán hoặc bằng thử nghiệm, phải chứng tỏ rằng thiết bị OCPD thực tế được đặt trong mạch điện cụ thể sẽ không tác động.

8.5.5.12 Phản ứng của SPD trong trường hợp cú sét chùm

Do tần suất sét đánh tương đối cao vào tuabin gió và bản chất quan trọng của hệ thống lắp đặt SPD trong tuabin gió, các SPD phải có khả năng chịu được cú sét đánh chùm.

8.5.5.13 Bảo vệ chống quá điện áp tạm thời do hoạt động chuyển mạch trong tuabin gió

Quá áp tạm thời và xung điện gây ra bởi hoạt động chuyển mạch trong hệ thống điện (xung điện từ chuyển mạch, SEMP) cũng cần được xem xét. Tuy nhiên, điều này nằm ngoài phạm vi của tài liệu này. Để có thông tin tổng quát, tham khảo IEC TR 62066 để thảo luận về quá áp do chuyển mạch.

Bảo vệ chống quá áp tạm thời do chuyển mạch có thể được thực hiện bằng cách lắp đặt thiết bị bảo vệ chống xung điện (SPD) gần nhất có thể với nguồn gây ra các mối đe dọa đó. Quá áp do chuyển mạch có thể kéo dài hơn và chứa nhiều năng lượng hơn so với quá áp tạm thời có nguồn gốc từ khí quyển. Điều này phải được xem xét khi chọn SPD về dòng xả định mức và dòng xả xung.

Điều F.7 cung cấp thông tin về việc lựa chọn SPD đối với quá áp tạo ra trong tuabin gió.

8.5.6 Phương pháp thử nghiệm đối với các thử nghiệm miễn nhiễm hệ thống

Các thử nghiệm miễn nhiễm hệ thống theo Phụ lục H sẽ được thực hiện cho các hệ thống có cổng nguồn hoặc cổng tín hiệu kết nối với các đường dây đến từ LPZ 0A hoặc 0B (với dòng sét một phần chạy trên các đường dây này). Các ví dụ điển hình là hệ thống cảnh báo và điều khiển lắp trên đỉnh của vỏ tuabin, ví dụ như đèn hàng không, thiết bị điện tử bên trong cánh.

Đối với tất cả các hệ thống điện khác, các thử nghiệm trong Phụ lục H cung cấp thông tin bổ sung về tính miễn nhiễm ở cấp hệ thống - xem thêm 8.5.5.8.

8.6 Hệ thống điện cao áp (HV)

Tuabin gió lớn thường được nối qua một máy biến áp cao áp (HV) đến hệ thống cáp ngầm HV có thể nối một loạt các tuabin gió trực tiếp đến lưới điện hoặc đến trạm biến áp tăng áp đến điện áp của hệ thống truyền dẫn ở, ví dụ, 132 kV.

Máy biến áp cao áp của tuabin gió có thể được đặt ở phía sau vỏ tuabin, trong phần đáy của cột tháp hoặc bên cạnh cột tháp tuabin gió.

Các thiết bị bảo vệ đột biến HV thường được gọi là các bộ bảo vệ chống sét. Trong một ứng dụng tuabin gió, các bộ bảo vệ chống sét bảo vệ máy biến áp và hệ thống điện cao áp nói chung chống lại sự gia tăng điện thế đất do các dòng điện sét dẫn qua hệ thống nối đất tuabin gió, và để bảo vệ chống các chuyển tiếp tức thời đưa vào tuabin gió từ hệ thống cáp HV bên ngoài tuabin gió. Cần đánh giá sự cần thiết của các bộ bảo vệ chống sét trên phía HV của máy biến áp dựa trên các nguyên tắc trong TCVN 9888-2 (IEC 62305-2) (xem Điều 7 và Phụ lục B).

Việc đánh giá các mức quá độ từ hệ thống cáp HV bên ngoài tuabin gió đòi hỏi các mô phỏng mang điện quá độ đặc biệt. Các nghiên cứu được thực hiện theo IEC 60071. Trong trường hợp không thực hiện các nghiên cứu này, các bộ bảo vệ chống sét HV là thích hợp để phòng ngừa chung.

Các bộ bảo vệ chống sét HV phải là các bộ bảo vệ chống sét oxit kim loại có các khe trống phù hợp với IEC 60099-4 và phải được chọn và áp dụng phù hợp với IEC 60099-5.

Hình 9-a - Máy phát cảm ứng động cơ lông sóc (SCIG)

Hình 9-b - Máy phát cảm ứng động cơ dây quấn (WRIG)

Hình 9 - Ví dụ về vị trí của bộ bảo vệ chống sét HV trong hai mạch điện chính điển hình của tuabin gió

Các bộ bảo vệ chống sét cao áp ưu tiên đặt tại các đầu cuối của máy biến áp HV như trên Hình 4 nhờ đó cung cấp bảo vệ tối đa cho máy biến áp. Tuy nhiên, có thể thuận tiện để đặt các bộ bảo vệ chống sét tại thiết bị đóng cắt. Nói chung, khoảng cách 10 m đến 40 m giữa bộ bảo vệ chống sét và thành phần được bảo vệ là chấp nhận được tùy thuộc vào mức cách điện của các thành phần, nếu khoảng cách lớn hơn, cần có nghiên cứu chặt chẽ hơn để quyết định, ví dụ như nếu đối với các bảo vệ chống sét ở đây cột tháp có thể cung cấp bảo vệ cần thiết cho máy biến áp đặt trong vỏ tuabin hay không. Nếu máy biến áp đặt bên ngoài cột tháp, quan trọng là hệ thống nối đất của biến áp được nối với hệ thống nối đất của tuabin gió, và tốt nhất là cùng một hệ thống nối đất.

Các SPD ở phía hạ áp (LV) của máy biến áp HV có thể là một biện pháp phòng ngừa chung thích hợp, đặc biệt nếu quá độ đáng kể có thể đi qua các máy biến áp từ phía cao áp, trong trường hợp đó, cần chọn được kiểu SPD cho ứng dụng máy biến áp (tức là SPD có khả năng hấp thụ năng lượng cao). Móc vòng quá độ kiểu cảm ứng và kiểu điện dung giữa phía HV và LV của máy biến áp, và do đó cũng là các mức quá độ truyền đến phía LV, phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế của máy biến áp và đặc biệt vào nối đất của cuộn dây LV (xem IEC 60071-2, Phụ lục E để biết thêm thông tin). Do đó, chúng nên được sử dụng như biện pháp phòng ngừa chung để lắp đặt SPD trên phía LV của máy biến áp, hoặc một cách khác để thu được mô hình máy biến áp đầy đủ chi tiết từ nhà chế tạo đối với các nghiên cứu quá độ để để quyết định xem liệu có cần SPD trên phía LV của máy biến áp không.

CHÚ THÍCH: Tuân thủ các yêu cầu chung đối với hệ thống cao áp trên máy theo IEC 60204-11.

9 Nối đất các tuabin gió và trang trại gió

9.1 Quy định chung

9.1.1 Mục đích và phạm vi

Để phân tán dòng điện sét và tránh thiệt hại cho tuabin gió, hệ thống nối đất hiệu quả cho máy móc là thiết yếu. Hệ thống nối đất cũng phải bảo vệ cho người và gia súc khỏi điện giật. Khi sự cố xảy ra trong lưới điện, cần phải giới hạn việc tăng các điện áp bước và điện áp chạm và toàn bộ điện thế đất tăng ở mức an toàn cho đến khi các thiết bị bảo vệ tác động và làm ngắt một cách an toàn dòng điện sự cố. Đối với sét, hệ thống nối đất phải phân tán và dẫn dòng điện sét tần số cao và năng lượng cao xuống đất mà không có bất kỳ hiệu ứng nhiệt và/hoặc điện động nguy hiểm.

Nhìn chung, cần thiết lập một hệ thống nối đất cho tuabin gió để bảo vệ chống sét cũng như cho mục đích nối đất hệ thống điện. Hơn nữa, nên có các bộ phận kim loại trong các kết cấu móng của hệ thống nối đất, vì sử dụng các bộ phận kim loại của kết cấu nền móng lớn sẽ tạo ra trở kháng nối đất thấp nhất có thể, và sự tách biệt giữa hệ thống nối đất và các bộ phận kim loại của móng dẫn đến nguy hiểm kết cấu, đặc biệt đối với các móng bê tông.

Liên quan đến thiết kế hệ thống đầu thu sét để ngăn chặn điện áp bước và điện áp chạm cao do hỏng hóc trong các thành phần điện áp cao, tham khảo các quy tắc điện áp cao như CENELEC HD637 S1 hoặc tiêu chuẩn quốc gia có liên quan. Liên quan đến an toàn cho người, tham khảo TCVN 9621-1 (IEC/TS 60479-1) và TCVN 9621-4 (IEC 60479-4).

Ngoài phạm vi của tiêu chuẩn này là quy định hệ thống bảo vệ chống sét và hệ thống tiếp đất cho các trang trại gió vì cần phải thực hiện một nghiên cứu thiết kế cụ thể cho mỗi trang trại gió, xem xét các điều kiện đặc thù của địa điểm và các kết nối điện và truyền thông giữa các tuabin gió và các hệ thống bên ngoài. Hướng dẫn về hệ thống tiếp đất cho các trang trại gió được bao gồm trong Phụ lục Q.

9.1.2 Yêu cầu cơ bản

Hệ thống nối đất của tuabin gió được thiết kế để cung cấp đầy đủ bảo vệ chống thiệt hại do sét đánh tương ứng với mức LPL mà hệ thống bảo vệ tuabin gió được thiết kế.

Hệ thống đầu thu sét phải được thiết kế để đáp ứng bốn yêu cầu thiết kế cơ bản:

a) đảm bảo an toàn cá nhân liên quan đến các điện áp bước và điện áp chạm xuất hiện trong các sự cố tiếp đất;

b) tránh thiệt hại cho thiết bị;

c) chịu được các ứng suất nhiệt và lực điện động trong quá trình sự cố;

d) có đủ độ bền cơ khí và chống ăn mòn trong thời gian dài.

9.1.3 Bố trí điện cực đất

Áp dụng hai cách bố trí điện cực đất cơ bản được mô tả trong TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) cho các tuabin gió:

• Bố trí kiểu A: Bố trí này không được khuyến cáo cho tuabin gió, nhưng có thể được sử dụng cho các tòa nhà nhỏ (ví dụ cho các tòa nhà có thiết bị đo hoặc các phân xưởng được nối với trang trại tuabin gió). Các bố trí nối đất kiểu A được thực hiện với các điện cực ngang hoặc thẳng đứng được nối với không ít hơn hai dây dẫn sét trên các kết cấu;

CHÚ THÍCH: Để biết thêm thông tin về các bố trí kiểu A, xem TCVN 9888-3 (IEC 62305-3), 5.4.2.1.

• Bố trí kiểu B: Bố trí kiểu B được khuyến cáo để sử dụng cho các tuabin gió. Kiểu bố trí này bao gồm điện cực đất mạch vòng bên ngoài tiếp xúc với đất tối thiểu 80 % tổng chiều dài của chúng hoặc với điện cực đất móng. Các điện cực mạch vòng và các bộ phận kim loại trong móng phải được nối với kết cấu cột tháp.

9.1.4 Trở kháng hệ thống nối đất

Trở kháng nối đất quy ước của hệ thống nối đất không ảnh hưởng đến hiệu quả của hệ thống đầu thu sét và hệ thống dây dẫn sét. Hệ thống nối đất phải được thiết kế để có trở kháng xung càng thấp càng tốt để có thể giảm tổng sụt áp (tức là giảm gia tăng thể đất), để giảm phần dòng điện sét dẫn vào đường dây cung cấp nối với tuabin gió và giảm rủi ro đánh lửa đến đường dây vận hành khác gần hệ thống nối đất.

Độ sâu chôn ngầm và loại điện cực đất phải giảm thiểu các tác động do ăn mòn, độ khô và đóng băng của đất và khi đó làm ổn định trở kháng nối đất quy ước. Việc đánh giá mét đầu tiên của điện cực đất thẳng đứng không được coi là hiệu quả trong điều kiện sương giá.

Các thành phần hệ thống nối đất phải có khả năng chịu được dòng điện sét cũng như dòng điện sự cố hệ thống điện. Điều này được đảm bảo bằng cách chọn các thành phần hệ thống nối đất theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3). Hệ thống nối đất được phải có kết cấu để phân tán dòng điện sét xuống đất mà không gây hư hại về nhiệt hoặc điện động, và chiều dài của dây dẫn phải càng ngắn càng tốt.

Thông tin bổ sung được nêu trong Phụ lục I, I.2.2.

9.2 Liên kết đẳng thế

9.2.1 Quy định chung

Đạt được đẳng thế bằng cách nối LPS với

• bộ phận kim loại của kết cấu;

• hệ thống lắp đặt kim loại;

• hệ thống bên trong;

• bộ phận dẫn điện bên ngoài và các đường dây cung cấp được nối tới kết cấu.

Khi thiết lập liên kết đẳng thế sét cho các hệ thống bên trong, phần dòng điện sét có thể chạy qua các hệ thống này và ảnh hưởng của chúng phải được tính đến.

Cách để đạt được liên kết đẳng thế sét của đường dây cung cấp ví dụ như đường dây viễn thông và đường dây điện là rất quan trọng và phải được thảo luận với nhà vận hành mạng viễn thông, nhà vận hành hệ thống điện và các nhà vận hành hay cơ quan quản lý liên quan, khi có thể có các yêu cầu mâu thuẫn.

9.2.2 Liên kết đẳng thế sét cho hệ thống lắp đặt kim loại

Các đấu nối liên kết đẳng thế sét phải được thực hiện càng trực tiếp và càng thẳng càng tốt.

Giá trị mặt cắt tối thiểu của các dây dẫn liên kết nối các điểm/thanh liên kết khác nhau và của các dây dẫn nối các điểm/thanh với hệ thống đầu thu sét được liệt kê trong trong TCVN 9888-3 (IEC 62305-3).

Giá trị mặt cắt tối thiểu của các dây dẫn liên kết nối hệ thống lắp đặt kim loại bên trong với các điểm/thanh liên kết được liệt kê trong TCVN 9888-3 (IEC 62305-3).

9.3 Thành phần kết cấu

9.3.1 Quy định chung

Nói chung, tất cả các thành phần dẫn điện của kết cấu tuabin gió sẽ có thể dẫn một phần dòng điện sét và do đó phải thực hiện liên kết đẳng thế các thành phần dẫn điện của kết cấu.

9.3.2 Cột tháp kiểu hình ống kim loại

Cột tháp được coi như dây dẫn nối đất bảo vệ chính (PE) và kết nối liên kết đẳng thế.

Do chiều cao cột tháp, sét đánh trực tiếp vào kết cấu cột tháp phải được dự kiến và do đó được xem xét trong thiết kế cột tháp. Tất cả các thành phần dẫn điện và tất cả các bộ phận kim loại lớn có thể dẫn dòng điện sét phải được liên kết với cột tháp. Cột tháp phải được sử dụng như dây dẫn sét và được cấu tạo theo cách để dòng điện sét có thể dẫn dọc theo nó mà không bị cản trở.

9.3.3 Cột tháp bê tông cốt thép

Tháp được coi là dây dẫn đất bảo vệ chính (PE) và điểm kết nối đẳng thế. Vì chiều cao của tháp, cần tính đến khả năng sét đánh trực tiếp vào cấu trúc tháp và điều này phải được xem xét trong quá trình thiết kế tháp (theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3)).

Hệ thống bảo vệ chống sét bên ngoài có thể áp dụng cho tháp bê tông, nhưng phải luôn được liên kết với cốt thép của tháp.

Các điểm kết nối đẳng thế nối với cốt thép phải được đặt ở các vị trí chiến lược để kết nối với thiết bị bên trong tháp. Tháp bê tông cốt thép phải được thiết kế phù hợp với 9.3.6.

Do chiều cao tăng dần, tháp còn được thiết kế dưới dạng “tháp lai” với phần trên là tháp ống kim loại (xem 9.3.2) và phần dưới là tháp bê tông cột thép kim loại. Đặc biệt cần chú ý đến việc kết nối đẳng thế giữa phần trên và dưới của tháp. Các kết nối này cần được phân bổ xung quanh bức tường giao diện nền tháp ở nhiều vị trí cách đều nhau để che chắn điện tử hiệu quả và bảo vệ các thiết bị bên trong. Các kết nối này cũng cần phải chịu được các tác động điện cơ và nhiệt của dòng sét (theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3)). Điều này có thể đạt được bằng cách chọn các thành phần đã được kiểm tra thành công theo IEC 62561-1.

Đối với các tháp bê tông được xây dựng từ các phần tử và dây thép neo, cáp dự ứng lực, mặt bích hoặc thiết kế tương tự (ví dụ: tháp đúc sẵn mô-dun), tất cả các phần và kết nối của hệ thống phải chịu được tác động của dòng sét và lực điện động tương ứng (xem TCVN 9888-3 (IEC 62305-3)) mà không ảnh hưởng đến yêu cầu thiết kế cơ khí.

9.3.4 Cột tháp dạng lưới đan

Một cột tháp dạng lưới đan bảo vệ các phần bên trong cột tháp khỏi sét đánh trực tiếp và làm suy giảm một phần trường điện tử sét, do đó khoảng không bên trong cột tháp được xác định là LPZ 0s. Dây dẫn sét phải được thực hiện thông qua các phần tử kết cấu cột tháp dạng lưới đan, do đó phải đáp ứng các kích thước yêu cầu cho các dây dẫn sét cho trong TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) tính đến cả phần dòng giữa các đường dẫn song song.

Có thể đạt được việc bảo vệ cáp bằng cách đặt chúng vào các góc bên trong đường bao kim loại chân cột tháp. Các ống dẫn hoặc máng bảo vệ cáp được đặt bên trong cột tháp dạng lưới đan cũng sẽ cung cấp bảo vệ.

9.3.5 Hệ thống bên trong cột tháp

Các hệ thống bên trong cột tháp phải được xác định như một hoặc nhiều vùng bảo vệ chống sét (LPZ) mà mức bảo vệ yêu cầu cho thiết bị bên trong phải được đánh giá như trong 8.5.

Các hệ thống thang phải được liên kết vào cột tháp tại mỗi đầu, cứ mỗi khoảng cách 20 m và tại mỗi bệ máy.

Các đường ray, dẫn hướng cho cần trục, ống thủy lực, các dây bảo vệ riêng và các thành phần khác dẫn qua cột tháp phải được liên kết ở mỗi đầu. Ngoài ra, đối với cột tháp dạng lưới đan, liên kết phải được thực hiện cứ mỗi 20 m, nếu có thể.

Hệ thống nối đất cho biến áp HV phải được liên kết với hệ thống nối đất tuabin gió. Không khuyến cáo sử dụng các hệ thống đầu thu sét riêng rẽ cho các hệ thống điện và bảo vệ chống sét.

9.3.6 Móng bê tông

Vì cốt thép kim loại của móng tuabin gió sẽ luôn là một phần tuyến dẫn dòng điện sét hay dòng sự cố đến đất ở xa do các đầu nối điện và cơ với cột tháp, cốt thép kim loại trong móng sẽ luôn được coi là một phần của hệ thống LPS.

Phải đảm bảo tính liên tục về điện của khung thép trong các kết cấu bê tông cốt thép. Khung thép trong các kết cấu bê tông cốt thép được coi là liên tục về điện nếu các bộ phận chính của các thanh dọc và ngang được kết nối với nhau. Các kết nối giữa các bộ phận gia cố bằng kim loại phải được hàn, kẹp hoặc được chồng lên nhau một đoạn bằng tối thiểu là 20 lần đường kính của chúng và buộc bằng dây dẫn điện hoặc nối chắc chắn theo một cách khác. Cần đặc biệt thận trọng tại các mối liên kết để tránh thiệt hại cho bê tông do phóng điện hồ quang cục bộ qua các tiếp xúc không tốt.

Kết nối giữa các phần tử cốt thép phải được nhà thiết kế quy định, và người lắp đặt phải thực hiện kiểm soát chất lượng của các kết nối. Luôn có yêu cầu đối với các kết nối ngắn và thẳng cho nối đất bảo vệ chống sét.

Nếu cốt thép bằng kim loại được sử dụng cho bảo vệ nối đất hệ thống điện, độ dày của các thanh cốt thép bằng kim loại và các kết nối phải tuân thủ các yêu cầu đối với hệ thống nối đất hệ thống điện mà thường được quy định trong quy tắc điện.

Đầu ra liên kết bên ngoài, đo hoặc mở rộng hệ thống đầu thu sét phải được thực hiện tại các vị trí thích hợp trên móng.

9.3.7 Móng khu vực có đá

Trong các khu vực có đá, điện trở suất thấp nhất thường ở trên mặt đá. ITU-R P.832-3 cung cấp bản đồ chỉ ra các khu vực mà đá có điện trở suất cao, với độ dẫn điện từ 1 mS/m trở xuống (tương đương với điện trở suất từ 1000 Ωm trở lên), là điều dự đoán.

Phải sử dụng hệ thống đầu thu sét kiểu B. Xem I.1.1 để biết thêm thông tin về các chi tiết thiết kế.

Nên sử dụng ít nhất hai điện cực vòng đồng tâm để bảo vệ điện áp bước và điện áp chạm mà có thể kết hợp với các điện cực thẳng đứng được khoan vào đá.

Cần thực hiện một nghiên cứu về sự gia tăng điện thế mặt đất ở tần số thấp để phân tích điều kiện của từng địa điểm cụ thể. Hệ thống tiếp đất sẽ được thiết kế dựa trên kết quả nghiên cứu này, nhằm đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về điện áp tiếp xúc và điện áp bước.

Các buồng neo vào đá phải được nối với nhau và với hệ thống đầu thu sét vòng. Nếu sử dụng bê tông cốt thép, tham khảo 9.3.6.

Trong các khu vực có đá, có thể không tiếp cận được với trở kháng đất thấp khi không thiết lập nhiều hệ thống đầu thu sét mở rộng. Vì thế trong các khu vực như vậy, cần tập trung vào việc kiểm soát chênh lệch điện thế bề mặt để hạn chế điện áp bước và điện áp chạm trên bề mặt mà con người và vật nuôi có khả năng hiện diện, ví dụ đặt một hoặc nhiều điện cực vòng xung quanh các tuabin gió và các hệ thống lắp đặt khác, trong khi cung cấp bảo vệ đột biến cho tất cả các đường dây cung cấp nối các tuabin gió với hệ thống thu gom điện năng và hệ thống viễn thông (xem 8.5).

9.3.8 Móng đơn trụ kim loại

Móng đơn trụ kim loại có bản chất là một điện cực đất lớn. Nó được sử dụng như điện cực đất chính.

Hệ thống điện cực vòng để kiểm soát chênh lệch điện thế bề mặt gần với móng có thể cần thiết phụ thuộc vào điện trở suất của đất.

9.3.9 Móng ngoài khơi

Điện trở suất của nước biển có thể coi là thấp hơn hầu hết các loại đất. Do đó, đối với một móng ngoài khơi, như móng bê tông cốt thép kim loại hay móng đơn trụ, thì các yêu cầu hệ thống nối đất được coi là đáp ứng và không yêu cầu biện pháp bổ sung như điện cực vòng, v.v.... Việc nối liên kết các móng ngoài khơi không phải bằng cách đấu các vỏ cáp của hệ thống thu nhận thường không được yêu cầu.

Các hệ thống nối đất bên ngoài bằng đồng không thể sử dụng ngoài khơi do các vấn đề ăn mòn.

9.4 Kích thước hình dạng điện cực

Chiều dài tối thiểu, I₁, của các điện cực đất phụ thuộc vào cấp bảo vệ chống sét (I đến IV) và điện trở suất của đất.

Đối với các điện trở suất của đất cao hơn 500 Ωm, chiều dài tối thiểu, I₁, tăng tuyến tính tới 80 m tại điện trở suất của đất là 3 000 Ωm

Bố trí kiểu B bao gồm hoặc một dây dẫn vòng bên ngoài kết cấu được bảo vệ, tiếp xúc với đất ở ít nhất 80 % tổng chiều dài, hoặc một điện cực đất móng. Các điện cực đất này cũng có thể được nối với nhau.

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) không được nhỏ hơn giá trị I₁:

r_e ≥ I₁ (20)

trong đó I₁ được thể hiện trong Phụ lục I, Hình I.1 theo các cấp LPS I, II, III và IV.

Khi giá trị yêu cầu của I₁ lớn hơn giá trị thích hợp r_e, các điện cực bổ sung nằm ngang hoặc thẳng đứng (hoặc nghiêng) phải được cộng thêm các đoạn I_r (nằm ngang) và I_v (thẳng đứng) theo công thức sau:

Số lượng điện cực không được nhỏ hơn hai.

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

Chiều dài tối thiểu đã đưa ra, I₁ có thể bỏ qua nếu điện trở 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 của giá trị.

Thông tin về điện trở suất của đất, dòng điện sự cố nối đất kỳ vọng và thời gian giải trừ là vô cùng quan trọng trong việc lập kế hoạch thiết kế và lắp đặt chính xác hệ thống nối đất.

Điện trở suất đất sẽ rất khác nhau phụ thuộc vào đặc trưng của đất. Các phương pháp tính toán cần thiết cho điện cực đất theo địa hình và các dạng vật lý được nêu trong Phụ lục I.

9.5 Thực thi và bảo trì hệ thống đầu thu sét

Nhà thiết kế hệ thống nối đất phải chuẩn bị một kế hoạch lắp đặt, trong đó mô tả cách bố trí hệ thống nối đất có chi tiết các điểm kết nối, sử dụng các kết nối, kẹp và mối hàn, vị trí và tổng số đầu ra và kiểu và chất lượng của chúng. Thực hiện kiểm tra trong quá trình xây dựng, đặc biệt trước khi đổ bê tông.

CHÚ THÍCH: Các quy tắc điện có thể yêu cầu do điện trở nối đất.

Hướng dẫn sửa chữa và bảo dưỡng phải mô tả mức độ thường xuyên và cách kiểm tra và bảo trì hệ thống nối đất. Khoảng thời gian kiểm tra phải được thống nhất giữa các nhà thiết kế và các nhà vận hành các tuabin gió. Phải tính đến môi trường khắc nghiệt mà có thể cần thiết kiểm tra thường xuyên hơn. Nếu các thành phần trong hệ thống nối đất được dự kiến có tuổi thọ nhất định, khoảng thời gian kiểm tra không thể dài hơn so với tuổi thọ mong đợi ngắn nhất của các thành phần.

10 An toàn cá nhân

Việc lắp dựng các tuabin gió lớn trên mặt đất phải mất nhiều ngày, bao gồm cả thời gian cần để lắp ráp và tháo rời cần cẩu lớn được sử dụng. Mặt khác, các tuabin gió ngoài khơi có thể được dựng lên trong vòng chưa đầy một ngày bằng cách sử dụng tàu đặc biệt hoặc các tàu nâng. Trong mọi trường hợp, thường tới một vài tuần sau khi công việc lắp dựng hoàn thành trước khi tuabin gió được chuyển giao. Trong thời gian này, nhiều người làm việc trong, trên và xung quanh tuabin gió, và họ có nguy cơ đáng kể bị ảnh hưởng nếu sét đánh tuabin gió. Do đó, các quy trình an toàn liên quan đến sét phải được thiết lập. Các quy trình đó phải bao gồm:

• Kiểm tra thường xuyên dự báo thời tiết địa phương (ví dụ vào mỗi buổi sáng);

• Đào tạo sơ cấp cứu cho nhân viên liên quan đến tổn thương sét và thương tích do tai nạn điện;

• Ứng dụng các kết nối hệ thống nối đất trung gian càng sớm càng tốt;

• Xác định các địa điểm an toàn;

• Thông tin về tín hiệu cảnh báo sét cho tất cả mọi người trên hiện trường;

• Hướng dẫn nhân viên liên tục tìm các đám mây dông đang hình thành, nghe sấm và nhìn chùm sét

- phải nhận thức được những dấu hiệu của điện trường cao từ các đám mây dông, ví dụ như tóc dựng đứng, các âm thanh lép bép hay ánh sáng phát từ chân trời như các hệ thống đầu thu sét;

- dừng công việc và đi đến vị trí an toàn gần nhất khi đe dọa sét đánh đã được thấy rõ hoặc nhận được tín hiệu cảnh báo sét.

- quy trình an toàn như vậy phải có trong chương trình sức khỏe và an toàn của công trường và phải có trong hướng dẫn lắp dựng tuabin gió cũng như hướng dẫn bảo trì và sửa chữa được nhà cung cấp tuabin gió đưa ra.

Các vị trí an toàn nên được xác định rõ ràng bằng cách đánh dấu (ví dụ: bằng hình ảnh minh họa).

Các cơ quan dự báo thời tiết thường cung cấp các dự báo bão sét khá chính xác và thậm chí cung cấp dịch vụ cảnh báo qua điện thoại, tin nhắn văn bản hoặc internet, điều này chắc chắn nên được xem xét. Tuy nhiên, điều này không thay thế việc hướng dẫn cho người trên công trường để theo dõi các đám mây dông đang phát triển, sấm (có thể nghe thấy trong khoảng 10 đến 15 km) và sét (có thể nhìn thấy trong khoảng 30 km). Các thiết bị phát hiện sét và cảnh báo bão sét tại khu vực địa phương, và thậm chí là thiết bị phát hiện sét di động, có thể hữu ích và có sẵn từ nhiều nhà sản xuất khác nhau. Tham khảo Phụ lục L để biết thêm thông tin về các hệ thống giám sát sét.

Một số hệ thống cảnh báo sét có thể không cung cấp cảnh báo cho tất cả các cú sét đầu tiên, đặc biệt với cú sét đánh đầu tiên trong một cơn bão đang phát triển (xem IEC 62793 để biết thông tin về hệ thống cảnh báo bão sét). Do đó, điều quan trọng là tất cả các nhân viên phải nhận thức được rủi ro của sét đến an toàn cá nhân của họ.

Trong công trường làm việc, kết nối các cần cẩu, máy phát điện, v.v... vào hệ thống nối đất phải được thực hiện càng sớm càng tốt.

Người làm việc ở bên ngoài của vỏ tuabin và trên các cánh chắc chắn không an toàn, cũng như người đang đi bên ngoài cột tháp tuabin gió, đang đứng bên cạnh cột tháp, đang leo thang, chạm vào hoặc làm việc trên mạch điện, hệ thống thông tin liên lạc có dây.v.v... sẽ có nguy cơ nếu sét đánh tuabin gió. Do đó họ cần được hướng dẫn ngừng làm việc và đi đến các địa điểm an toàn cho đến khi nguy hiểm đã qua.

Thông thường, sàn bên trong cột tháp hình ống được coi là các vị trí an toàn, vì cột tháp gần như là một lồng Faraday hoàn hảo. Mọi người trong tuabin gió cần được hướng dẫn dừng công việc và đi đến mặt sàn gần nhất bên trong cột tháp và ở lại đó cho đến khi cơn bão đi qua. Nơi an toàn khác là bên trong xe có mái kim loại, các thùng kim loại, v.v....

Vì có thể khó khăn để giao tiếp hiệu quả trong khu vực xây dựng, một số loại tín hiệu âm thanh cảnh báo, phát thanh, phương tiện hiệu quả tương đương với cảnh báo diện rộng cần được thống nhất (có thể chỉ cần là tiếng còi xe lặp đi lặp lại).

Tài liệu của tuabin gió phải rõ ràng xác định các vị trí an toàn bên trong tuabin gió, bao gồm cả khoảng cách an toàn cá nhân cần thiết và các biện pháp phòng ngừa khác mà nhân viên cần thực hiện khi ở những vị trí an toàn. Điều này bao gồm hướng dẫn cụ thể về việc đứng hoặc ngồi trên các nền tảng an toàn và tránh chạm vào các hệ thống dẫn điện kéo dài theo chiều dọc trong tháp, để giảm thiểu nguy cơ bị điện giật hoặc chấn thương khác.

Khoảng cách tách biệt, như được định nghĩa trong TCVN 9888-3 (IEC 62305-3), nên được áp dụng để tính toán khoảng cách an toàn cá nhân nhằm ngăn chặn các sự cố phóng điện không kiểm soát có thể xảy ra tại các vị trí an toàn. Tiêu chuẩn này cung cấp hướng dẫn chi tiết về cách thiết lập và duy trì các khoảng cách an toàn để bảo vệ người lao động khỏi nguy cơ phóng điện từ các hệ thống dẫn điện và các yếu tố môi trường khác có thể gây ra nguy hiểm.

11 Tài liệu cho hệ thống bảo vệ chống sét

11.1 Quy định chung

Điều này tóm tắt tất cả các tài liệu cần thiết tại các điều khoản khác. Các mô tả được rút ngắn và nhóm lại để cải thiện cái nhìn tổng quát.

Tài liệu hướng dẫn trong quá trình đánh giá thẩm định thiết kế được đưa ra trong 11.2, và cho đánh giá hiện trường trong 11.3. Tài liệu cần thiết để kiểm tra trước hệ thống bảo vệ chống sét được đưa ra trong 11.4, và hướng dẫn sửa chữa được liệt kê trong 11.5.

Tài liệu có thể là một tài liệu riêng biệt về bảo vệ chống sét, hoặc có thể tham chiếu đến các tài liệu khác nơi thông tin này có sẵn.

11.2 Tài liệu cần thiết trong quá trình đánh giá thẩm định thiết kế

11.2.1 Quy định chung

Tài liệu chung (11.2.2) phải tập trung vào các tuabin gió như một tổng thể triết lý bảo vệ được sử dụng. Chúng phải liên kết với các tài liệu khác, chi tiết hơn về các cánh động cơ, cơ khí, điện, liên kết, các hệ thống nối đất và các hệ thống khác (11.2.3 đến 11.2.7).

11.2.2 Tài liệu chung

a) Bản vẽ sắp xếp tổng thể (thể hiện bằng đường một nét) bảo vệ chống sét các tuabin gió bao gồm:

1) Các kết nối và các kết cấu riêng biệt

2) Các sơ đồ mạch thể hiện khu vực LPZ và ranh giới của chúng, ví dụ Phụ lục E đưa ra tài liệu cơ bản;

3) các hệ thống đầu thu sét;

4) vị trí các dây dẫn sét;

5) kiểm soát điện thế bề mặt và các điện cực đất;

6) vị trí các dây dẫn liên kết và các thanh liên kết;

7) vị trí các SPD;

8) các điểm nối vỏ cáp.

b) Thiết kế

1) mô tả cách dẫn dòng điện sét từ điểm chặn;

2) cấp bảo vệ chống sét được sử dụng cho thiết kế;

3) nếu sử dụng nhỏ hơn mức LPL I thì đánh giá phải được chứng minh bằng tài liệu;

4) phân tích phân bố dòng điện sét trong tuabin gió;

5) lựa chọn và kiểm tra phối hợp năng lượng của SPD.

c) Các quy trình an toàn cá nhân liên quan đến sét.

11.2.3 Tài liệu cho các cánh của động cơ

a) Bản vẽ các cánh động cơ bao gồm:

1) dây dẫn sét qua các mặt cắt ngang;

2) bất kỳ thành phần dẫn điện bổ sung;

3) các chi tiết liên kết.

b) Bản mô tả gồm:

1) lắp đặt các hệ thống dây dẫn sét và dây thu sét;

2) các biện pháp thực hiện để tránh hồ quang bên trong cánh;

3) xác định kiểm tra và bảo dưỡng cần thiết cho hệ thống dây thu sét, khe đánh lửa hay các tiếp điểm trượt;

4) xác định kiểm tra và bảo dưỡng cần thiết cho hệ thống dây dẫn sét và các thành phần kết nối;

5) các chỉ dẫn kiểm tra và bảo dưỡng.

c) Tài liệu về phương pháp kiểm tra xác nhận thể hiện khả năng của hệ thống dây thu sét để ngắt sét đánh và dòng điện sét dẫn thích hợp.

11.2.4 Tài liệu cho các hệ thống cơ khí

a) Kiểm tra xác nhận khả năng dẫn dòng điện sét.

b) Mô tả các biện pháp thực hiện để bảo vệ ổ trục và hệ thống thủy lực tránh tác động của dòng điện sét. Mô tả phải bao gồm các tài liệu, chứng cứ của công nghệ đã được chứng minh và/hoặc báo cáo thử nghiệm cho thấy hiệu quả của các biện pháp bảo vệ.

c) Nếu không cung cấp bảo vệ, các báo cáo thử nghiệm được yêu cầu cho thấy rằng ngay cả với tác động sét đánh thường xuyên, các ổ trục có thể được vận hành trong vòng đời thiết kế.

11.2.5 Tài liệu của các hệ thống điện và điện tử

a) thiết kế lắp đặt và bảo vệ các hệ thống điện và điện tử;

b) kết hợp và lựa chọn SPD;

c) các mức miễn nhiễm của thiết bị trong các khu vực LPZ;

d) kế hoạch bảo dưỡng của các SPD;

e) phân tích xác định nhu cầu đối với các bộ bảo vệ chống sét cao thế

11.2.6 Tài liệu của các hệ thống đầu thu sét và liên kết

a) bản vẽ đẳng thế điện chung cho tất cả các liên kết và tiếp đất trong tuabin, thể hiện hệ thống liên kết đẳng thế điện tổng quát;

b) các mô tả và bản vẽ có các số liệu liên quan;

c) Đặc điểm kỹ thuật của vật liệu được sử dụng, bao gồm các tính chất chống ăn mòn và biện pháp bảo vệ chống ăn mòn được áp dụng;

d) mô tả kiểm soát QA sẽ được thực hiện cho các kết nối.

11.2.7 Tài liệu của các hệ thống bảo vệ chống sét cho vỏ tuabin, hub và cột tháp

a) Bản vẽ có các thông tin sau:

1) vỏ tuabin, mâm quay cho thấy các bộ phận kim loại được sử dụng như hệ thống đầu thu sét;

2) các hệ thống đầu thu sét;

3) liên kết;

4) Mô tả và đánh dấu các điểm kết nối hệ thống tiếp đất nếu có;

5) lưới kim loại hoặc ống dẫn kim loại khép kín, nếu có;

6) các biện pháp bảo vệ cho hub và vỏ tuabin.

7) Đánh dấu các điểm đo lường.

b) Các báo cáo thử nghiệm nếu có.

c) Liên kết các hệ thống bảo vệ chống sét ngoài cho các cột tháp bê tông với cốt thép kim loại của cột tháp.

d) Kích thước các phần tử kết cấu của cột tháp dạng lưới đan.

11.3 Thông tin cụ thể ở hiện trường

a) Sét xuất hiện trong vùng đặt trang trại gió.

b) Đối với tài liệu nối đất bổ sung thêm:

1) điện trở suất đất;

2) dòng điện sự cố chạm đất;

3) thời gian giải trừ sự cố chạm đất;

c) Kế hoạch sức khỏe và an toàn tại công trường.

11.4 Tài liệu cần cung cấp để kiểm tra hệ thống LPS

a) mô tả hệ thống LPS;

b) mô tả hệ thống nối đất;

c) các báo cáo kiểm tra trước đó, nếu có liên quan.

d) Mẫu báo cáo kiểm tra trực quan hệ thống chống sét;

e) Mẫu báo cáo kiểm tra hoàn chỉnh hệ thống chống sét.

11.5 Tài liệu hướng dẫn

Các tài liệu hướng dẫn sau đây phải bao gồm các vấn đề liên quan đến hệ thống bảo vệ chống sét và hệ thống đầu thu sét:

a) Hướng dẫn cài đặt và bảo trì nền móng;

b) Hướng dẫn cài đặt và bảo trì tháp;

c) Hướng dẫn vận chuyển, lắp ráp và vận hành thử tuabin gió;

d) Hướng dẫn vận hành, dịch vụ và bảo trì tuabin gió.

12 Kiểm tra hệ thống bảo vệ chống sét

12.1 Phạm vi kiểm tra

Như một phần của khái niệm bảo vệ chống sét, phải thiết lập chương trình kiểm tra. Mục tiêu kiểm tra để đảm bảo rằng:

- hệ thống LPS tiếp tục phù hợp với thiết kế ban đầu dựa theo tiêu chuẩn này;

- tất cả các thành phần của hệ thống LPS đều ở tình trạng tốt và thực hiện tốt các chức năng được thiết kế của chúng.

Hệ thống LPS phải được thiết kế theo cách cho phép người vận hành kiểm tra các bộ phận quan trọng của hệ thống.

Nhà chế tạo tuabin gió có trách nhiệm thực hiện một chỉ dẫn kiểm tra/một kế hoạch kiểm tra và bao gồm cả các điểm tự kiểm tra trong hướng dẫn công việc, các tài liệu hướng dẫn bảo dưỡng và sửa chữa tuabin gió và tài liệu hướng dẫn bảo dưỡng móng, v.v...

12.2 Thứ tự kiểm tra

12.2.1 Quy định chung

Một chương trình kiểm tra phải được thiết lập. Các kiểm tra phải được thực hiện phù hợp 12.1 và tối thiểu được thực hiện trong các quy trình sau:

• Sản xuất tuabin gió;

• Lắp đặt tuabin gió;

• Khai thác tuabin gió;

• trong khoảng thời gian hợp lý liên quan đến vị trí của tuabin gió với khoảng thời gian tối đa chung giữa các kiểm tra thường xuyên được đưa ra trong Bảng 7;

• sau các trường hợp mà các bộ phận của tuabin gió đã được tháo dỡ hoặc sửa chữa (tức là các cánh, thành phần chính, các hệ thống điều khiển, v.v...).

12.2.2 Kiểm tra trong quá trình sản xuất tuabin gió

Chương trình kiểm tra có thể được thực hiện bằng nhân viên kiểm tra chất lượng hoặc bằng tự kiểm tra theo báo cáo trong kế hoạch kiểm tra. Trong sản xuất, lắp dựng và lắp đặt các tuabin gió phải được bảo đảm rằng tất cả các lắp đặt và các biện pháp liên quan đến bảo vệ chống sét đều được thực hiện đúng. Tất cả các chi tiết quan trọng được mô tả trong hướng dẫn làm việc v.v...

12.2.3 Kiểm tra trong quá trình lắp đặt tuabin gió

Hệ thống nối đất phải được kiểm tra cẩn thận trong khi lắp đặt, tập trung đặc biệt vào:

- thiệt hại cơ học trong đào và lắp;

- ổn định cơ học khi đúc;

- kết nối điện đến các bộ phận kim loại khác (như các thang ngoài trời);

- kết nối các hệ thống nối đất móng;

- kết nối các hệ thống nối đất bên ngoài;

- ăn mòn điện.

Có thể có các bộ phận khác của hệ thống không thể kiểm tra trực quan sau này, mà sẽ yêu cầu tập trung đặc biệt trong quá trình lắp đặt.

12.2.4 Kiểm tra trong quá trình khai thác tuabin gió và kiểm tra định kỳ

Như một phần của quá trình đưa vào vận hành của tuabin gió, hệ thống bảo vệ chống sét sẽ được kiểm tra. Việc này phải được thực hiện ít nhất là bằng kiểm tra thị giác - và bằng phép đo liên tục tại những vị trí mà hệ thống bảo vệ chống sét không thể được kiểm tra. Phép đo liên tục phải được thực hiện theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) và sử dụng thiết bị phù hợp, như một máy đo điện trở bốn dây. Xem thêm tại Phụ lục J để biết ví dụ về các điểm đo được xác định.

CHÚ THÍCH: Các kết nối qua chổi than hoặc khe nổ hoặc tương đương có thể được ngắn mạch nếu cần thiết để thực hiện phép đo liên tục của các phần khác của hệ thống bảo vệ chống sét.

Khi thực hiện kế hoạch kiểm tra, quan trọng là xem xét các điểm sau đây:

• xói mòn và ăn mòn các phần tử đầu thu sét (chỉ kiểm tra định kỳ);

• các thuộc tính cơ và điện của các dây dẫn, các kết nối, các tiếp điểm trượt hoặc các khe đánh lửa;

• điều kiện kết nối, liên kết đẳng thế, cố định, v.v...;

• các điều kiện cho SPD;

• ăn mòn các điện cực đất (chỉ kiểm tra định kỳ).

Với các khoảng thời gian nhất định (cho trong Bảng 6), thực hiện kiểm tra hoàn chỉnh gồm các phép đo liên tục ở các bộ phận quan trọng của hệ thống LPS và kiểm tra các SPD không được giám sát.

Nhà sản xuất cánh tuabin và nhà sản xuất tuabin gió có thể trong hướng dẫn bảo trì và bảo dưỡng của mình xác định các khoảng thời gian kiểm tra hệ thống bảo vệ chống sét (LPS) cụ thể theo Nd, số lần sét đánh vào tuabin gió hàng năm dựa trên độ bền của thiết kế bảo vệ chống sét được tài liệu hóa qua phân tích và thử nghiệm. Bảo dưỡng có thể phụ thuộc vào tần suất sét đánh nếu các cú sét đánh vào tuabin gió được giám sát. Các đo lường liên tục có thể được thực hiện bằng máy đo điện trở bốn dây phù hợp để kiểm tra xác nhận tính liên tục. Tiêu chí đạt có thể phụ thuộc vào thiết kế và do đó sẽ được nhà sản xuất xác định. Thiếu tính liên tục rõ ràng là một thất bại, nhưng việc đo lường tính liên tục tự nó không xác nhận thiết kế. Mục tiêu của việc đo lường là để chứng minh tính liên tục của kết nối chứ không phải đạt được một giá trị nhất định.

Các giá trị cụ thể có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo giữa các đo lường định kỳ. Các điểm đo và tiêu chí đạt phải được xác định trong hướng dẫn bảo trì và bảo dưỡng.

Ưu tiên, tính liên tục của dây dẫn xuống trong cánh tuabin gió nên được đảm bảo bằng cách xây dựng hệ thống và kiểm tra trong quá trình sản xuất để các đo lường tính liên tục tại hiện trường không cần thiết.

Nhà sản xuất phải cung cấp một kế hoạch kiểm tra cho các bộ phận khác nhau của LPS cần được kiểm tra. Kế hoạch phải xác định tần suất và cách thức các bộ phận khác nhau sẽ được kiểm tra bằng mắt thường và/hoặc kiểm tra bằng đo lường. Một kế hoạch kiểm tra LPS chung được cung cấp trong Bảng 6, sẽ được sử dụng nếu kế hoạch kiểm tra không được nhà sản xuất cung cấp. Các khoảng thời gian kiểm tra khác với những khoảng thời gian được nêu trong Bảng 6 có thể được sử dụng nếu nhà sản xuất cung cấp tài liệu cho các khoảng thời gian kiểm tra liên quan đến thiết kế LPS cụ thể.

Bảng 6 - Các khoảng thời gian kiểm tra chung của hệ thống LPS

Cấp bảo vệ	Kiểm tra trực quan (mỗi X năm)	Kiểm tra trọn bộ gồm các phép đo liên tục (mỗi X năm)
I và II	1	2
III và IV	1	4

12.2.5 Kiểm tra sau khi tháo dỡ hoặc sửa chữa các bộ phận chính

Sau khi tháo dỡ hoặc sửa chữa các bộ phận chính của tuabin gió, nó phải được bảo đảm rằng tất cả các lắp đặt liên quan đến LPS được phục hồi đúng cách. Nếu cần thiết, phải thực hiện kiểm tra đầy đủ.

Khi các tuabin gió đang hoạt động bình thường, tần suất kiểm tra sẽ được xác định phù hợp với các điều kiện môi trường địa phương, nhưng phải bảo đảm rằng tuabin gió được kiểm tra tối thiểu với tần suất đã đưa ra trong 12.2.4.

12.3 Bảo trì

Kiểm tra thường xuyên là một điều kiện cơ bản để bảo trì đáng tin cậy một LPS tuabin gió.

Nếu thiết kế LPS có các bộ phận hao mòn (điểm đầu thu sét, tiếp điểm trượt cơ học, khe đánh lửa, thiết bị bảo vệ chống sét, v.v...), phải được bảo đảm rằng những bộ phận này được bảo trì thường xuyên khi kiểm tra định kỳ - và phù hợp với vòng đời mong đợi của chúng - hoặc chúng được giám sát với hệ thống giám sát tự động sẽ thông báo cho các nhà vận hành của tuabin gió khi có một thành phần bị lỗi.

Tất cả các thành phần bị mòn hoặc bị lỗi được thay thế ngay.

 

Phụ lục A

(tham khảo)

Hiện tượng sét liên quan đến các tuabin gió

A.1 Môi trường sét đối với các tuabin gió

A.1.1 Quy định chung

Mục tiêu của Phụ lục A này nhằm trình bày dưới hình thức ngắn gọn thông tin cần thiết nhất về hiện tượng sét có liên quan để hiểu hiện tượng sét và các quá trình liên quan khi sét tương tác với tuabin gió. Thông tin toàn diện hơn có sẵn trong các tài liệu [4].

A.1.2 Thuộc tính của sét

Sét có thể được coi như một nguồn dòng, và bốn tham số dòng điện sét liên quan đến kết nối với thiết kế và kích cỡ của bảo vệ chống sét là: dòng điện sét đỉnh (I), độ dốc các xung dòng điện sét (di/dt), điện tích dịch chuyển (Q) và năng lượng riêng (W/R).

Giá trị tối đa ghi được của dòng điện sét sinh ra từ một cú sét đơn lẻ trong vùng từ 2 kA đến 300 kA. Các giá trị tối đa ghi được của điện tích truyền và năng lượng riêng lên đến vài trăm Coulomb (C) và, trong những trường hợp rất hiếm, lên đến 20 MJ/Ω. Các tham số dòng điện sét này chi phối phần lớn thiệt hại đến cánh tuabin gió và/hoặc phần cứng hệ thống bảo vệ chống sét. Các dòng điện sét sinh ra các áp lực lớn đôi khi làm vỡ kết cấu composite của cánh. Chúng cũng ảnh hưởng tới độ lớn của các hiệu ứng sét gián tiếp trên các hệ thống điện và điện tử. Điện tích truyền làm nóng chảy tại các vị trí sét đánh vào, như các bộ nhận, và ở những vị trí khác mà dòng điện sét phải đi qua các khe hở trên tuyến dẫn dòng. Các ảnh hưởng của bốn tham số dòng điện sét trên hệ thống bảo vệ chống sét được tóm tắt trong Bảng A.3.

Các giá trị tối đa của các tham số này chỉ xuất hiện trong vài phần trăm các chùm sét đánh. Giá trị trung bình của dòng điện sét đỉnh xấp xỉ 30 kA với giá trị trung bình của điện tích dịch chuyển và năng lượng riêng là 5 C và 55 kJ/Ω tương ứng. Ngoài ra, các đặc tính điện của dòng điện sét sẽ thay đổi theo loại sét, mùa trong năm và vị trí địa lý.

Các trường điện xuất hiện ngay trước khi có sét đánh vào cũng là một phần của môi trường sét và các trường này xác định nơi sét sẽ đánh vào kết cấu, và các bề mặt không dẫn điện của kết cấu có bị đánh thủng bởi các dải phát xạ và tiên đạo kết nối cảm ứng trong trường từ của các phần tử dẫn điện bên trong.

A.1.3 Hình thành phóng sét và các tham số về điện

Sét được sinh ra sau khi có khác biệt điện tích giữa các đám mây dông bởi các quá trình được mô tả trong các tài liệu khoa học (ví dụ [4]). Sét được quan sát thấy khi điện tích này được phóng tới trái đất hoặc tới khu vực mang điện tích trái dấu trong cùng một đám mây hoặc đám mây lân cận. Các thảo luận sau đây chỉ liên quan đến sét đánh xuống trái đất, dẫn đến việc dịch chuyển điện tích giữa đám mây dông và trái đất.

Sét đánh thường bao gồm một số thành phần. Toàn bộ sự kiện theo cùng một đường dẫn ion hóa được gọi là một chùm sét, kéo dài đến khoảng 1 s. Các thành phần riêng của một chùm sét được gọi là các cú sét ngắn và cú sét dài, mà thường được gọi là dòng liên tục.

Sét đánh thuộc một trong hai kiểu cơ bản, sét hướng xuống hoặc sét hướng lên. Sét hướng xuống bắt đầu từ mây dông và hướng về phía trái đất. Ngược lại, sét hướng lên bắt đầu từ một vị trí tiếp xúc trên trái đất (như một đỉnh núi) hoặc ở đỉnh một kết cấu nối đất cao và hướng về phía đám mây dông. Thông thường, các kiểu cơ bản này được gọi là "sét từ mây xuống đất" hay "sét hướng xuống" và "sét từ đất đến mây" hoặc "sét hướng lên".

Cả hai kiểu sét được chia theo sự phân cực của điện tích dịch chuyển ra khỏi mây dông. Một chùm sét âm kéo điện tích âm từ mây dông xuống đất. Một chùm sét dương dẫn đến điện tích dương từ mây dông xuống đất. Phần lớn các chùm sét là âm, chiếm khoảng 90 % tất cả các chùm sét từ mây xuống đất. Phóng điện tích dương tạo thành khoảng 10 % còn lại của tất cả các chùm sét từ mây xuống đất. Thông thường, các chùm sét dương thể hiện các tham số dòng điện lớn nhất (tức là I, Q và W/R cao hơn), trong khi các chùm sét âm thể hiện các xung dòng điện dốc nhất (tức là di/dt cao nhất).

Mỗi lần sét đánh là khác nhau do các biến động tự nhiên trong mây dông tạo ra nó và các đường dẫn riêng xuống đất. Ví dụ, không thể dự báo rằng lần sét đánh kế tiếp tới một kết cấu cụ thể sẽ có dòng điện đỉnh có giá trị biết trước. Chỉ có thể dự báo xác suất mà kết cấu sẽ bị sét đánh với các tham số dòng điện vượt quá một giá trị nhất định.

Phân bố xác suất của các tham số điện được sử dụng để mô tả cú sét đánh đã được tạo ra bằng cách sử dụng các phép đo trực tiếp các cú sét thực tế đánh vào các tòa tháp cao [2] [3]. Số liệu thống kê về các tham số dòng điện sét được sử dụng trong các tiêu chuẩn bảo vệ chống sét IEC 62305 (xem Bảng A.1). Thông tin hơn nữa hiện nay đã có sẵn trên toàn thế giới từ các hệ thống vị trí sét khu vực và quốc gia. Các hệ thống này có thể ghi lại vị trí của một cú sét đánh và ước lượng dòng điện đỉnh.

Các phân bố xác suất mà mô tả các tham số dòng điện sét là khác nhau đối với mỗi loại sét (lên/xuống và dương/âm). Các phân bố xác suất thích hợp được mô tả dưới đây cùng với các dạng sóng đặc trưng của từng kiểu phóng điện. Mức xác suất cho trước chỉ ra xác suất của tham số dòng điện quy định của một sét cụ thể vượt quá giá trị trong bảng.

A.1.4 Sét từ mây xuống đất

A.1.4.1 Quy định chung

Sét từ mây xuống đất (phóng điện hướng xuống) được hình thành ban đầu bởi sự phóng điện đánh thủng sơ bộ trong đám mây. Tính đến thời điểm này, tính vật lý của quá trình này chưa được hiểu đầy đủ. Các phần của quá trình phóng điện diễn ra bên dưới đám mây được biết nhiều hơn.

A.1.4.2 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 miligiây. Luồng tiên đạo sét mở 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 khí, 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 kiloampe và thời gian cỡ vài trăm microgiây. Quá trình sét đánh truyền xuống được minh họa trên Hình A.1, cho thấy rằng, so với các điều kiện tham chiếu (ví dụ, mực nước biển), sự phơi nhiễm của các vật thể trên mặt đất tăng lên ở các khu vực có mặt đất cao và trên núi.

Hình A.1 - Các quá trình liên quan đến sự hình thành của tia sét từ mây xuống đất bắt đầu từ trên xuống

Sau khoảng 10 ms đến vài trăm ms, các chuỗi tiên đạo/xung dòng trở lại tiếp theo có thể theo con đường đã được tiên đạo sét từng bậc đi trước. Tiên đạo dẫn trước các xung dòng trở lại tiếp theo thường không theo từng bậc và nhanh hơn nhiều (kéo dài vài miligiây). Trung bình, một tia sét chứa ba đến bốn xung dòng trở lại (bao gồm cả xung đầu tiên). Các xung dòng trở lại tạo nên phần nhìn thấy của tia sét.

Sau một hoặc nhiều xung dòng trở lại, dòng điện tiếp tục (còn gọi là xung dài) có thể truyền qua luồng đã bị ion hóa. Dòng điện tiếp tục khác với các dòng điện ngắn hạn, cường độ cao của các xung dòng trở lại: cường độ dòng điện trung bình trong khoảng vài trăm ampe, trong khi thời gian có thể kéo dài vài trăm miligiây. Dòng điện tiếp tục chuyển tải lượng điện tích lớn từ đám mây xuống mặt đất. Khoảng một nửa số tia sét từ mây xuống đất chứa thành phần dòng điện tiếp tục.

Hình A.2 cho thấy một ví dụ điển hình của dòng điện sét trong một tia sét âm từ mây xuống đất. Sau khi tiên đạo sét từng bậc và tiên đạo sét kết nối tiếp xúc, có một xung dòng trở lại đầu tiên (tại mặt đất) với dòng điện xung cường độ cao kéo dài vài trăm microgiây. Giá trị đỉnh của dòng điện trong khoảng từ vài kA đến 100 kA, giá trị trung bình khoảng 30 kA (Bảng A.1). Sau các xung dòng trở lại đầu tiên, các xung dòng trở lại tiếp theo và dòng điện tiếp tục có thể xảy ra. Mặc dù các xung dòng trở lại tiếp theo thường có giá trị đỉnh dòng điện thấp hơn và thời gian ngắn hơn so với các xung dòng trở lại đầu tiên, chúng thường có tốc độ tăng dòng điện cao hơn. Sét âm từ mây xuống đất có thể bao gồm các tổ hợp khác nhau của các thành phần dòng điện khác nhau đã đề cập ở trên, như được minh họa trên Hình A.5.

Hình A.2 - Hồ sơ điển hình của chùm sét âm từ mây tới đất

Dòng điện sét bao gồm một hoặc nhiều xung khác nhau:

• các cú sét ngắn với thời gian dưới 2 ms (Hình A.3);

• các cú sét dài với thời gian trên 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)

 

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

(chuyển từ Bảng A.1 trong TCVN 9888-1 (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)
Qflash (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
Bảng này được điều chỉnh từ TCVN 9888-1 (IEC 62305-1).
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 TCVN 9888-1 (IEC 62305-1))

A.1.4.3 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 thể hiện trên Hình A.6. Tham số điện điển hình được tổng hợp trong Bảng A.1 cùng với các tham số phóng sét âm.

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

A.1.5 Sét hướng lên

Điện tích trong đám mây sét gây ra sự gia tăng điện trường trên bề mặt trái đất, nhưng thường không đủ để khởi phát một tia dẫn lên. Tuy nhiên, điện trường có thể được gia tăng đáng kể tại các khu vực như núi, các đối tượng đặt trên cao, hoặc các cấu trúc cao như tháp hoặc tuabin gió (Hình A.7). Tại những vị trí như vậy, cường độ điện trường có thể trở nên đủ lớn để khởi phát một tia dẫn lên từ mặt đất lên đám mây sét. Các cấu trúc có chiều cao vượt quá 100 mét so với địa hình xung quanh (như các tuabin gió hiện đại) đặc biệt dễ bị ảnh hưởng bởi các tia sét khởi phát từ mặt đất.

Hình A.7 - Quy trình hình thành sét từ mặt đất khởi phát lên trong điều kiện mùa hè và mùa đông

Một sét khởi phát từ mặt đất bắt đầu với giai đoạn dòng điện liên tục. Các xung điện có thể chồng lên giai đoạn dòng điện liên tục (Hình A.8). Giai đoạn dòng điện liên tục có thể được theo sau bởi các xung trả lại dọc theo cùng một kênh. Những xung trả lại này rất giống với các xung trả lại tiếp theo của sét từ mây xuống đất. Sét khởi phát từ mặt đất không có thành phần tương tự như xung trả lại đầu tiên của sét từ mây xuống đất. Vị trí nơi một tia sét khởi phát từ mặt đất gắn vào cấu trúc đơn giản chỉ là điểm nơi tia dẫn lên được hình thành.

Hình A.8 - 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 có trong tài liệu [4]. Trong những năm gần đây, các chùm sét hướng lên cũng đã được nghiên cứu bởi các phép đo trên tuabin gió.

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 [4]. 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 trên 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 cơn 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 và thiết bị 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	300a
Tổng thời gian	s	0,5 đến 1,0
Dòng điện đỉnh	kA	20b
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.9 - Các thành phần có thể có của các chùm sét hướng lên

(điển hình đối với các kết cấu cao hơn hoặc/và chịu tác động)

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 tính liên tục 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 hư hỏng 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 hư hỏng 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 TCVN 9888-1 (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

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 III-IV	150 100	5600 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 II III-IV	200 150 100	<1s (áp dụng QLONG trong một xung ngắn đơn)
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 trong một xung đơn (có T<2ms); áp dụng ∆i/∆t ở xung tách rời
		I II III-IV	200 150 100	100 75 50	10000 5600 2500	200 150 100
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-I V	50
	Hiệu ứng điện môi (phóng lửa hồ quang/ rạn nứt)	Mức LPL	I kA	T			Có thể xem xét các thử nghiệm tách rời
		I	200
		II	150	<2ms (áp dụng I trong một xung đơn)
		lll-l V	100

Bảng này được lấy thông tin trong TCVN 9888-1 (IEC 62305-1)

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. Độ lớn cũng như gradient dòng điện cho thấy môi trường điện từ (EM), điều này cần được xem xét trong thiết kế EMC của tuabin gió.

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  Quy định chung

Điều B.2 phương pháp xác định số lượng sét trung bình hàng năm vào các tuabin gió trong một trang trại gió được trình bày và mô tả chi tiết. Phương pháp này cung cấp hướng dẫn cụ thể để ước lượng tham số này, xét đến sự ảnh hưởng của nhiều điều kiện khác nhau trên toàn cầu.

Trong Điều B.3 các thuật ngữ được sử dụng trong Phụ lục B được giải thích rõ ràng để đảm bảo hiểu biết chính xác về các khái niệm liên quan.

Điều B.4 liên quan đến việc đánh giá khả năng xảy ra hư hại đối với các tuabin gió, tức là xác định nguy cơ tổn thất do sét gây ra.

Điều B.5 tập trung vào việc đánh giá mức độ tổn thất L_x trong các tuabin gió, cung cấp các phương pháp và công cụ để đo lường tổn thất gây ra bởi sự cố sét.

B.2  Phương pháp ước lượng số lượng sét trung bình hàng năm hoặc các lần sét đánh vào các tuabin gió của một trang trại gió và hoạt động sét lên của các tuabin gió

B.2.1  Quy định chung

Phương pháp này có thể được sử dụng để ước tính số lượng sét trung bình hàng năm vào các tuabin gió trong một trang trại gió. Tuy nhiên, phương pháp hiện tại không hoàn toàn chính xác. Để có kết quả chính xác hơn, cần xác định rõ các giá trị và giảm bớt độ không đảm bảo của từng tham số. Điều này có thể được thực hiện bằng cách phân tích tại hiện trường và hiệu chỉnh.

B.2.2  Phương pháp ước lượng số lượng sét trung bình hàng năm vào các tuabin của trang trại gió bằng cách tăng yếu tố vị trí để xem xét sét lên từ các tuabin

Phương pháp này đánh giá sự tăng số lượng sét trung bình hàng năm bằng cách điều chỉnh yếu tố vị trí, C_D. Như đã nêu trong Điều 7, yếu tố vị trí có thể được sử dụng để xem xét sự gia tăng mật độ sét tại khu vực cụ thể (ví dụ như vùng núi) và định lượng sự gia tăng của sét lên trong những điều kiện thuận lợi cho việc kích hoạt sét từ các tuabin gió.

N_SG được định nghĩa trong 7.2.2 là dành cho sét từ trên xuống và hầu như không liên quan đến tần suất của sét lên từ các cấu trúc cao; tuy nhiên, để ước lượng N_D hàng năm, theo khuyến nghị trong 7.2.2.4, cần sử dụng yếu tố vị trí C_D để điều chỉnh N_D đã tính toán sao cho phù hợp với tần suất thực tế của các lần sét vào các tuabin gió được gia tăng bởi sét lên. Kết quả là, yếu tố vị trí do hoạt động sét mùa đông C_DWL trở nên tương đối cao ở các khu vực nơi hoạt động sét mùa đông cao (tức là nơi hoạt động sét mùa đông cao hơn so với hoạt động sét trong mùa hè/mùa ấm).

Công thức cơ bản để ước lượng số lượng sét là:

N_D = N_SG·A_D·C_D·10^-6 (B.1)

Các tham số trong Công thức (B.1), ngoại trừ yếu tố vị trí C_D, có thể được tính toán như mô tả trong Điều 7. Sự gia tăng số lượng sét trung bình hàng năm tại một trang trại gió là phụ thuộc vào lượng hoạt động sét mùa đông, độ phức tạp của núi hoặc đồi, và độ cao so với mực nước biển nơi trang trại gió được đặt.

Để định lượng các ảnh hưởng khác nhau mà vị trí có thể có đối với các tuabin gió, yếu tố vị trí C_D có thể được biểu thị dưới dạng tổng của các yếu tố vị trí:

C_D = C_DWL · C_DC · C_DH (B.2)

trong đó:

C_DWL là yếu tố vị trí do hoạt động sét mùa đông;

C_DC là yếu tố vị trí do độ phức tạp của địa hình địa phương;

C_DH là yếu tố vị trí do độ cao so với mực nước biển.

C_DWL, C_DC, và C_DH là các tham số riêng lẻ có thể được kết hợp khác nhau tùy thuộc vào điều kiện địa phương.

Trong bảng B.1 dưới đây, các giá trị khuyến nghị cho từng yếu tố vị trí được tóm tắt để sử dụng ở các địa điểm khác nhau.

Bảng B.1 - Các giá trị khuyến nghị cho từng yếu tố vị trí

Sét mùa đông CDWL		Độ phức tạp địa hình CDC			Độ Cao So Với Mực Nước Biển
Mức Độ Hoạt Động	Giá trị CDWL	Mô tả	Độ phức tạp o°	Giá trị CDC	Mô tả	Giá trị CDH
Không có hoạt động	0	Bằng phẳng hoặc vừa phải	< 0, 3	1	< 80 0 m	0
Hoạt động thấp	2	Đồi	0, 3 tới 0, 4	3	800 to 1 000	1
Hoạt động trung bình	4	Núi	> 0,4	4	> 1 000 m	2
Hoạt động cao	6
a  Độ sét mùa đông có thể có bằng cách sử dụng bản đồ sét mùa đông toàn cầu trên hình B.1, hoặc bằng cách phân tích hoạt động sét mùa đông địa phương trong khu vực quan tâm. b  Tính toán theo Hình B.3. c  Có thể thậm chí cao hơn ở một số địa điểm.

Độ phức tạp địa hình xét đến ảnh hưởng của địa hình xung quanh lên sự gia tăng hoạt động sét (cho cả sét hạ xuống và sét tỏa lên). Điều này có thể được ước lượng bằng cách đánh giá độ dốc xung quanh các tuabin gió. Độ dốc được tính toán như tỷ lệ giữa sự chênh lệch độ cao hhh và khoảng cách ngang ddd từ tuabin, với khoảng cách từ 300 m đến 1000 m. Được khuyến nghị là nên lấy bản đồ chỉ dẫn núi và chọn độ dốc theo hướng có giá trị cao nhất. Trong khoảng từ 300 m đến 1000 m, chọn giá trị khoảng cách dẫn đến độ dốc cao nhất. Phương pháp độ dốc này có thể không áp dụng cho tất cả các mức độ phức tạp địa hình toàn cầu. Các định nghĩa địa hình được cung cấp trong Bảng B.1 cũng có thể được sử dụng để xác định độ phức tạp (địa hình bằng phẳng hoặc vừa phải, đồi và núi).

Thang màu chỉ ra các mức độ hoạt động: cao (đỏ), trung bình (vàng), thấp (xanh lục) và không có sét mùa đông (trắng).

Nguồn: xem [5]

Hình B.1 - Bản đồ sét mùa đông toàn cầu dựa trên dữ liệu LLS và điều kiện thời tiết

 

Thang màu chỉ ra các mức độ hoạt động: cao (đỏ), trung bình (vàng), thấp (xanh lục) và không có sét mùa đông (trắng).

Nguồn: xem [5]

Hình B.2 - Bản đồ sét mùa đông chi tiết dựa trên dữ liệu LLS và điều kiện thời tiết

 

d có thể có giá trị từ 300 m đến 1000 m.

Hình B.3 - Mô tả tỷ lệ h/d

B.2.3  Tỷ lệ sét đánh lên tại các trang trại gió

Hoạt động sét đánh lên cần được dự đoán đối với các cấu trúc cao như tuabin gió, theo mô tả trong Phụ lục A. Thực tế cho thấy rằng ngay cả tuabin gió đặt trên địa hình bằng phẳng, không có hoạt động sét mùa đông, vẫn có thể bị ảnh hưởng bởi tỷ lệ sét đánh lên đáng kể.

Hoạt động sét đánh lên, theo các cơ chế được mô tả trong Phụ lục A, có thể bị ảnh hưởng bởi hoạt động sét mùa đông cũng như điều kiện địa hình địa phương nơi trang trại gió được lắp đặt.

Bảng B.2 dưới đây trình bày tỷ lệ phần trăm sét đánh lên dưới các điều kiện sét mùa đông cho các độ cao tuabin gió điển hình ở địa hình bằng phẳng. Tỷ lệ phần trăm sét đánh lên trình bày trong Bảng B.2 có thể cao hơn đối với các trang trại gió đặt ở địa hình núi hoặc ở độ cao lớn so với mực nước biển.

Bảng B.2 - Phạm Vi Hoạt Động Sét Lên Dựa Trên Mức Độ Hoạt Động Sét Mùa Đông Cho Các Trang Trại Gió Đặt ở Địa Hình Bằng Phẳng

Mức Độ Hoạt Động Sét Mùa Đông	Mức Độ Hoạt Động Sét Mùa Đông %
Hoạt động cao	80 đến 99
Hoạt động trung bình	40 đến 90
Hoạt động thấp	20 đến 50
Không có hoạt động	10 đến 40

B.3  Giải thích các thuật ngữ

B.3.1  Thiệt hại và tổn thất

Các thuật ngữ bao gồm các chủ đề về thiệt hại và tổn thất được định nghĩa trong TCVN 9888-2 (IEC 62305-2). Dưới đây là các thuật ngữ và chủ đề coi là liên quan đến tuabin gió.

Dòng điện sét là nguồn gốc chính của thiệt hại. Các nguồn sau đây được định nghĩa tùy thuộc vào điểm sét đánh:

S1: sét đánh vào tuabin gió (đánh vào công trình);

S2: sét đánh gần tuabin gió (đánh gần công trình);

S3: sét đánh vào đường dịch vụ (đường dây vào, ví dụ: cáp điện hoặc cáp viễn thông);

S4: sét đánh gần đường dịch vụ (đường dây vào, ví dụ: cáp điện hoặc cáp viễn thông).

CHÚ THÍCH 1: Sét S2 đánh gần tuabin gió không được coi là mối đe dọa khi có biện pháp bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào tuabin gió.

CHÚ THÍCH 2: Sét S4 đánh gần đường dịch vụ không được coi là mối đe dọa khi có biện pháp bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào tuabin gió.

Bốn nguyên nhân gây thiệt hại được xem xét:

D_1D: điện giật đối với con người do sét đánh trực tiếp vào con người;

D_1T: điện giật đối với con người do kết nối điện trở và cảm ứng;

D₂: tia lửa điện nguy hiểm gây cháy hoặc nổ và/hoặc dẫn đến các hiệu ứng cơ học và hóa học có thể gây nguy hiểm cho môi trường;

D₃: tăng áp do tất cả các nguồn thiệt hại.

Thiệt hại đối với tuabin gió do sét có thể chỉ giới hạn ở một phần của tuabin gió hoặc có thể lan rộng ra toàn bộ tuabin gió. Sét ảnh hưởng đến đường dịch vụ có thể gây thiệt hại cho hệ thống đường dịch vụ (ví dụ: cáp đường dịch vụ) hoặc cho các hệ thống điện và điện tử kết nối với đường dịch vụ.

Mỗi nguyên nhân gây thiệt hại, một mình hoặc kết hợp với các nguyên nhân khác, có thể gây ra các loại thiệt hại sau đối với tuabin gió. Các loại thiệt hại được xem xét liên quan đến tuabin gió bao gồm:

L₁: chấn thương đối với con người. Đây là hậu quả của D_1D, D_1T, D₂ và thậm chí cả D₃;

L₂: thiệt hại vật lý (nhiệt, cơ học, hóa học hoặc nổ, v.v.) của tuabin gió. Đây là hậu quả của D₂ và thậm chí cả D₃ trong các cấu trúc có nguy cơ nổ.

L₃: hỏng hóc của các hệ thống điện và điện tử. Đây là hậu quả của D₃. Loại thiệt hại L₃ có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự sẵn có của các hệ thống bên trong của tuabin gió (ví dụ: hệ thống điều khiển).

Rủi ro (R) là giá trị tương đối của một tổn thất trung bình hàng năm có thể xảy ra. Đối với mỗi loại thiệt hại có thể xuất hiện trong tuabin gió, rủi ro liên quan cần được đánh giá.

Để đánh giá các rủi ro, R, các thành phần rủi ro liên quan (rủi ro từng phần tùy thuộc vào nguồn và loại thiệt hại) cần được xác định và tính toán.

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

Các rủi ro cần được đánh giá do sét đánh vào tuabin gió (nguồn S1) là:

R_AD: thành phần rủi ro liên quan đến loại thiệt hại L₁ (chấn thương đối với con người), do sét đánh vào con người tiếp xúc trên tuabin gió - do sét đánh vào tuabin gió;

R_AT: thành phần rủi ro liên quan đến loại thiệt hại L₁ (chấn thương đối với con người) do điện giật từ điện áp tiếp xúc và bước bên trong tuabin gió và bên ngoài trong các khu vực trong phạm vi 3 mét từ tháp;

R_B: thành phần liên quan đến loại thiệt hại L₁ và L₂ (thiệt hại vật lý) do tia lửa điện nguy hiểm bên trong tuabin gió gây cháy hoặc nổ, có thể gây nguy hiểm cho môi trường.

R_C: thành phần liên quan đến loại thiệt hại L₁ và L₂, do hỏng hóc của các hệ thống bên trong vì LEMP.

Các rủi ro cần được đánh giá đối với tuabin gió do sét đánh gần tuabin gió (nguồn S2) là:

R_M: thành phần liên quan đến loại thiệt hại L₁ và L₂, do hỏng hóc của các hệ thống bên trong vì LEMP.

Các rủi ro cần được đánh giá đối với tuabin gió do sét đánh vào các đường dịch vụ kết nối với tuabin gió (nguồn S3) là:

R_U: thành phần liên quan đến loại thiệt hại L₁, do điện giật từ điện áp tiếp xúc bên trong cấu trúc.

R_V: thành phần liên quan đến loại thiệt hại L₁ và L₂ do cháy hoặc nổ (gây ra bởi tia lửa điện nguy hiểm giữa lắp đặt bên ngoài và các bộ phận kim loại thường ở điểm đầu vào của đường dây vào tuabin gió) do dòng điện sét truyền qua hoặc dọc theo các đường vào.

R_W: thành phần liên quan đến loại thiệt hại L₁ và L₂, do hỏng hóc của các hệ thống bên trong bởi quá áp cảm ứng trên các đường vào và truyền đến tuabin gió.

Các rủi ro cần được đánh giá đối với tuabin gió do sét đánh gần các đường dịch vụ kết nối với tuabin gió (nguồn S4) là:

R_Z: thành phần liên quan đến loại thiệt hại L₁ và L₂, do hỏng hóc của các hệ thống bên trong bởi quá áp cảm ứng trên các đường vào và truyền đến cấu trúc.

B.3.2  Thành phần rủi ro

Rủi ro R là tổng của các thành phần rủi ro theo loại thiệt hại hoặc nguồn gốc của thiệt hại.

Tổng hợp rủi ro theo loại thiệt hại:

R = R_AT + R_AD + R_B + R_C² + R_U + R_V + R_W² + R_Z² (B.3)

Tổng hợp rủi ro theo gốc rễ của thiệt hại:

R = R_S1 + R_S2 + R_S3 + R_S4 (B.4)

trong đó

R_S1 = R_AT + R_AD + R_B + R_C²

R_S2 = R_M²

R_S3 = R_U + R_V + R_W²

R_S4 = R_Z²

B.3.3  Đánh giá các thành phần rủi ro

Mỗi thành phần rủi ro R_AT, R_AD, R_B, R_C, R_M, R_U, R_V, R_W, và R_Z có thể được thể hiện bằng công thức tổng quát sau:

R_X = N_X · P_X · L_X (B.5)

Trong đó:

R_X là thành phần rủi ro cho một cấu trúc (ví dụ: tuabin gió).

N_X là số lượng sự kiện nguy hiểm mỗi năm [year-1].

P_X là xác suất thiệt hại đối với cấu trúc (một hàm của các biện pháp bảo vệ khác nhau).

L_X là mức độ thiệt hại hệ quả.

Công thức cơ bản này được sử dụng để đánh giá rủi ro thiệt hại dựa trên xác suất thiệt hại của các loại khác nhau và hệ quả của chúng.

Đối với đánh giá các thành phần rủi ro do tia chớp sét đánh vào tuabin gió (S1), các công thức sau được áp dụng:

RAT = ND · PAT · PP · LAT	(B.6)
RAD = ND · PAD · PP · PAD	(B.7)
RB = ND · PB · LB	(B.8)
RC = ND · PC · PP · LC	(B.9)
Đối với đánh giá các thành phần rủi ro do tia chớp sét đánh gần tuabin gió (S2), công thức sau được áp dụng:
RM = NM · PM · PP · LM	(B.10)
Đối với đánh giá các thành phần rủi ro do tia chớp sét đánh vào đường dây kết nối với tuabin gió (S3), các công thức sau được áp dụng:
RU = (NL + NDJ) · PU · PP · LUT	(B.11)
RV = (NL + NDJ) · PV · LV	(B.12)
RW = (NL + NDJ) · PW · PP · LW	(B.13)
Đối với đánh giá các thành phần rủi ro do tia chớp sét đánh gần đường dây kết nối với tuabin gió (S4), công thức sau được áp dụng:
RZ = NI · PZ · PP · LZ	(B14)

Nếu đường dây có nhiều đoạn, giá trị tổng của các đại lượng R_U, R_W, và R_Z là tổng các giá trị tương ứng của từng đoạn đường dây. Cần xem xét các đoạn từ tuabin gió đến nút đầu tiên. Trong mọi trường hợp, chiều dài tối đa của đường dây được giả định là 5 km cho đường dây cao áp và 1 km cho đường dây hạ áp hoặc đường dây viễn thông.

Nếu tuabin gió kết nối với nhiều đường dây khác nhau nhưng đều phục vụ cùng một hệ thống bên trong, phải tính toán riêng cho từng đường dây.

Nếu một cấu trúc có nhiều đường dây kết nối cùng một tuyến đường đến một thiết bị, chỉ tính toán cho đường dây có điều kiện xấu nhất, tức là đường dây có giá trị NLN_LNL và NIN_INI cao nhất (đường dây không được bảo vệ so với đường dây được bảo vệ, hoặc đường dây hạ áp so với đường dây cao áp với máy biến áp tương ứng

B.3.4  Tần suất thiệt hại

Tần suất thiệt hại F là số lượng các sự kiện gây thiệt hại do các nguồn gây thiệt hại S trong hệ thống bên trong của tuabin gió cần được bảo vệ. Đối với mỗi nguồn gây thiệt hại có thể ảnh hưởng đến tuabin gió, tần suất thiệt hại liên quan có thể được đánh giá như sau:

F₁: Tần suất thiệt hại do sét đánh vào cấu trúc (nguồn S1).

F₂: Tần suất thiệt hại do sét đánh gần cấu trúc (nguồn S2).

F₃: Tần suất thiệt hại do sét đánh vào đường dây (nguồn S3).

F₄: Tần suất thiệt hại do sét đánh gần đường dây (nguồn S4).

Tần suất thiệt hại F₁ và F₂ bao gồm cả sự cố của hệ thống bên trong do sét đánh vào cấu trúc hoặc vào mặt đất gần cấu trúc. Trong khi đó, tần suất thiệt hại F₃ và F₄ bao gồm sự cố của hệ thống bên trong do điện áp quá mức truyền từ các đường dây đến cấu trúc.

Tần suất thiệt hại F là tổng của các tần suất thiệt hại từng phần phụ thuộc vào nguồn gây thiệt hại. Để đánh giá tần suất thiệt hại F, công thức sau đây áp dụng:

F = F₁ + F₂ + F₃ + F₄ (B.15)

CHÚ THÍCH: Giá trị của tần suất thiệt hại F thu được bằng cách cộng các thành phần rủi ro F₂: và F₄ có thể bị đánh giá quá cao. Đánh giá chính xác hơn về tần suất có thể được thực hiện bằng cách xem xét rằng một cú sét đánh xuống đất đồng thời có ảnh hưởng đến các hệ thống bên trong qua sự ghép nối cảm ứng trực tiếp và điện áp quá mức gây ra trên các đường dây kết nối, do đó các hiệu ứng của chúng (thành phần F₂ và thành phần F₄) có thể bị chồng lấp lên nhau.

Mỗi tần suất thiệt hại từng phần F₁, F₂, F₃, F₄ có thể được thể hiện bằng công thức tổng quát sau:

F_X = N_X · P_X (B.16)

Trong đó:

N_X là số lượng sự kiện nguy hiểm mỗi năm (xem thêm Phụ lục A);

P_X là xác suất hư hại

Để đánh giá tần suất thiệt hại liên quan đến sét đánh vào cấu trúc tuabin gió (S1), công thức sau đây áp dụng:

F₁ = N_D · P_C (B.17)

Để đánh giá tần suất thiệt hại liên quan đến sét đánh gần tuabin gió (S2), mối quan hệ sau đây áp dụng:

F₂ = N_M · P_M (B.18)

Để đánh giá tần suất thiệt hại liên quan đến sét đánh vào đường dây sắp tới (S3), mối quan hệ sau đây áp dụng:

F₃ = (N_L + N_DJ) · P_W (B.19)

Để đánh giá tần suất thiệt hại liên quan đến sét đánh gần một đường dây kết nối với tuabin gió, mối quan hệ sau đây áp dụng:

F₄ = N_I · P_Z (B.20)

Theo TCVN 9888-1 (IEC 62305-1), tần suất thiệt hại F nên được xem xét trong việc đánh giá nhu cầu bảo vệ chống lại sét.

Các bước sau đây cần được thực hiện:

- Tính toán tần suất thiệt hại từng phần F_X.

- Tính toán tổng tần suất thiệt hại F.

- Xác định tần suất thiệt hại cho phép F_T

- So sánh tần suất thiệt hại F với giá trị cho phép F_T

B.3.5  Đánh giá xác suất, P_X, của thiệt hại

Xác suất được nêu trong Phụ lục B này, dựa trên TCVN 9888-2 (IEC 62305-2), có giá trị nếu tuân thủ các biện pháp bảo vệ:

- TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) đối với các biện pháp bảo vệ nhằm giảm thương tích cho con người và giảm thiệt hại vật chất;

- IEC 62305-4 đối với các biện pháp bảo vệ nhằm giảm hư hại hệ thống bên trong.

Các giá trị khác có thể được lựa chọn nếu có lý do chính đáng.

B.4  Đánh giá xác suất thiệt hại đối với tuabin gió

B.4.1  Xác suất P_AT rằng sét đánh vào tuabin gió sẽ gây ra điện áp tiếp xúc và bước nguy hiểm

Giá trị của xác suất P_AT rằng thiệt hại do điện áp tiếp xúc và bước gây ra bởi sét đánh vào tuabin gió phụ thuộc vào các biện pháp bảo vệ được cung cấp:

P_AT = P_TWS · P_am · r_t (B.21)

Trong đó:

P_TWS là xác suất mà hệ thống cảnh báo giông bão (TWS) không phát hiện sự kiện liên quan đến sét trong khu vực mục tiêu.

P_am là xác suất rằng sét đánh vào cấu trúc sẽ gây ra thiệt hại do điện áp tiếp xúc và bước theo các biện pháp bảo vệ khác nhau. Các giá trị của P_am được nêu trong Bảng B.3.

r_t là hệ số giảm dựa trên loại bề mặt của đất hoặc sàn. Các giá trị của r_t được nêu trong Bảng B.4.

CHÚ THÍCH: P_AT = 0 có thể được giả định khi cấu trúc:

• Có khung kim loại mở rộng (xem TCVN 9888-3:2013 (IEC 62305-3:2010), 8.1 và 8.2);

• Được làm bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ, với các thanh cốt thép được thực hiện hoàn hảo trong quá trình xây dựng; (xem TCVN 9888-3:2013 (IEC 62305-3:2010), E.4.3);

• Được bảo vệ bởi hệ thống chống sét (LPS) tuân thủ tiêu chuẩn này;

• Được trang bị hệ thống tiếp đất dạng lưới và không có cài đặt kim loại nào có thể dẫn dòng sét.

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 TCVN 9888-2 (IEC 62305-2))

Biện pháp bảo vệ	Pam	Giải thích
Không có các biện pháp bảo vệ	1
Các chú thích cảnh báo	10-1
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.

Nếu nhiều hơn một biện pháp được thực hiện, giá trị của P_am là tích của các giá trị tương ứng.

Bảng B.4 - Giá trị của hệ số giảm r_t theo loại bề mặt của đất hoặc sàn (tương ứng với TCVN 9888-2 (IEC 62305-2))

Biện pháp bảo vệ	PAM	PAM
Không có các biện pháp bảo vệ	1	1
Các chú thích cảnh báo	10-1	10-1
Cách ly về điện của dây dẫn sét để trần (ví dụ polyethylene liên kết ngang tối thiểu là 3 mm)	10-2	10-2
Đẳng thế đất hiệu quả	10-2	10-2
Gt55

B.4.2  Xác suất, PAD, rằng một tia sét đánh vào tuabin gió sẽ gây thương tích cho một người tiếp xúc trên cấu trúc

Các giá trị của xác suất, PAD, rằng một tia sét sẽ đánh vào một người phụ thuộc vào vị trí của người trong khu vực tiếp xúc, vào hệ thống bảo vệ chống sét (LPL) của các biện pháp đã được áp dụng để bảo vệ khu vực tiếp xúc của tuabin gió chống lại tia sét trực tiếp và các biện pháp bảo vệ bổ sung:

P_AD = P_TWS · P_O · P_LPS (B.22)

Trong đó:

P_TWS là xác suất mà hệ thống cảnh báo giông bão (TWS) không phát hiện một sự kiện liên quan đến sét trong khu vực mục tiêu.

P_LPS là xác suất phụ thuộc vào LPL của các biện pháp bảo vệ các khu vực tiếp xúc của cấu trúc chống lại tia sét trực tiếp. Các giá trị của PLPS được nêu trong Bảng B.6.

Nếu TWS tạo ra một thông báo cảnh báo, cần phải đảm bảo sơ tán ngay lập tức và hoàn toàn khỏi khu vực tiếp xúc. Nếu việc sơ tán này không được đảm bảo hoặc không có TWS, giả định PTWS = 1. PO là hệ số xác suất phụ thuộc vào vị trí của người trong khu vực tiếp xúc. Các giá trị của PO được nêu trong Bảng B.5.

Bảng B.5 - Giá trị của hệ số Po theo vị trí của một người trong khu vực tiếp xúc (theo TCVN 9888-2 (IEC 62305-2))

Vị trí của người	P0
Gần với ranh giới vùng phơi nhiễm a	0,9
Xa so với ranh giới vùng phơi nhiễm	0,1
a Trong vòng 3 m từ ranh giới vùng phơi nhiễm

Bảng B.6 - Giá trị của xác suất, PLPS, dựa trên các biện pháp bảo vệ để bảo vệ các khu vực tiếp xúc của tuabin gió khỏi sét đánh trực tiếp và giảm thiểu hư hại vật lý (theo TCVN 9888-2 (IEC 62305-2))

Đặc tính Tuabin gió	Cấp của LPS	PLPS
Tuabin gió không được bảo vệ bằng LPS	-	1
Tuabin gió được bảo vệ bằng LPS	IV	0,2
	III	0,1
	II	0,05
	I	0,02
Tuabin gió với bảo vệ chống sét cánh và vỏ tuabin tuân thủ LPS I bảo vệ toàn diện cho mái vỏ tuabin chống lại sét đánh trực tiếp và tháp, hoạt động như dẫn truyền xuống một cách tự nhiên liên tục		0,01

CHÚ THÍCH: Các giá trị của PLPS khác với những giá trị trong Bảng B.6 có thể áp dụng nếu dựa trên một cuộc điều tra chi tiết - tham khảo TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010), Điều B.2.

B.4.3  Xác suất, P_B, rằng tia sét đánh vào tuabin gió sẽ gây hư hại vật lý

Xác suất P_B rằng một tia sét đánh vào tuabin gió sẽ gây hư hại vật lý được tính theo công thức:

P_B = P_S · P_LPS · r_f · r_P (B.22)

Trong đó:

P_S là xác suất mà tia sét đánh vào cấu trúc sẽ gây phát tia lửa nguy hiểm. Các giá trị của PS được nêu trong Bảng B.7.

P_LPS là xác suất dựa trên các biện pháp bảo vệ để giảm thiểu hư hại vật lý. Các giá trị của PLPS được nêu trong Bảng B.4.

r_P là hệ số giảm dựa trên các biện pháp đã thực hiện để giảm thiểu hậu quả của hỏa hoạn. Các giá trị của rP được nêu trong Bảng B.8.

r_f là hệ số giảm dựa trên nguy cơ cháy nổ của tuabin gió. Các giá trị của rf được nêu trong Bảng B.9.

Bảng B.7 - Giá trị của xác suất PS rằng một tia sét đánh vào tuabin gió sẽ gây phát tia lửa nguy hiểm (theo TCVN 9888-2 (IEC 62305-2))

Loại kết cấu	PS
Vật liệu composit	1
Bê tông dự ứng lực hoặc sản phẩm kim loại liên kết	0,5

Bảng B.8 - Giá trị của hệ số giảm r_P theo các biện pháp đã thực hiện để giảm thiểu hậu quả của hỏa hoạn (theo TCVN 9888-2 (IEC 62305-2))

Các biện pháp	rP
Không có biện pháp	1
Một trong các biện pháp sau: bình chữa cháy; hệ thống chữa cháy cố định được vận hành bằng tay a); hệ thống báo động bằng tay; trụ nước; buồng chống cháy; lối thoát hiểm được bảo vệ.	0,5
Một trong các biện pháp sau: hệ thống chữa cháy tự động hoạt động cố định; hệ thống báo động tự động b)	0,2
a) Phương pháp chỉ có hiệu quả khi được thực hiện bởi những người có đào tạo cho mục đích này. b) Chỉ được bảo vệ chống lại các quá điện áp và thiệt hại khác, và nếu lính cứu hỏa có thể đến trong vòng 10 min.

Nếu có nhiều biện pháp đã được thực hiện, giá trị của r_P nên lấy giá trị thấp nhất trong các giá trị liên quan.

CHÚ THÍCH 1: Nguy cơ nổ không được coi là liên quan đến tuabin gió.

Bảng B.9 - Giá trị của hệ số giảm r_f dựa trên nguy cơ cháy của tuabin gió (theo TCVN 9888-2 (IEC 62305-2))

Rủi ro cháy nổ	rf
Cao	10-1
Bình thường	10-2
Thấp	10-3
Không bao giờ	0

CHÚ THÍCH 2: Các cấu trúc được coi là có nguy cơ cháy cao có thể là các cấu trúc có vật liệu bề mặt (cánh quạt và mái vỏ tuabin) làm từ vật liệu dễ cháy với tải cháy riêng biệt lớn hơn 800 MJ/m².

CHÚ THÍCH 3: Các cấu trúc được coi là có nguy cơ cháy trung bình có thể là các cấu trúc với vật liệu bề mặt (cánh quạt và mái buồng động cơ) làm từ vật liệu dễ cháy với tải cháy riêng biệt từ 800 MJ/m² đến 400 MJ/m².

CHÚ THÍCH 4: Các cấu trúc được coi là có nguy cơ cháy thấp có thể là các cấu trúc với vật liệu bề mặt (cánh quạt và mái buồng động cơ) làm từ vật liệu dễ cháy với tải cháy riêng biệt nhỏ hơn 400 MJ/m².

CHÚ THÍCH 5: Tải cháy riêng biệt là tỷ lệ giữa năng lượng của tổng lượng vật liệu dễ cháy trong một cấu trúc và tổng diện tích bề mặt của cấu trúc.

B.4.4  Xác suất P_C rằng tia sét đánh vào tuabin gió sẽ gây hư hại hệ thống bên trong

Hệ thống chống sét SPD phối hợp là biện pháp hiệu quả để giảm P_C - xác suất tia sét đánh vào tuabin gió gây hư hại hệ thống bên trong. Công thức xác định P_C như sau:

P_C = P_e · P_SPD · C_LD (B.23)

P_SPD phụ thuộc vào hệ thống SPD phối hợp tuân theo chuẩn IEC 62305-4 và các đặc tính của hệ thống bên trong. Tham khảo Phụ lục B của TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010) để biết các giá trị P_SPD đối với các hệ thống điện áp thấp và viễn thông.

P_e là xác suất thiết bị gặp sự cố hư hại.

C_LD là hệ số phụ thuộc vào mức độ che chắn, nối đất và cách ly của hệ thống kết nối với đường dây. Các giá trị của C_LD được nêu trong Phụ lục B của TCVN 9888-2 (IEC 62305-2).

Giá trị của P_SPD thay đổi theo cấp bảo vệ chống sét (LPL) mà các thiết bị SPD được thiết kế.

CHÚ THÍCH 1: Chỉ có hệ thống SPD phối hợp mới đủ khả năng giảm P_C. Hệ thống này chỉ có hiệu quả nếu bộ phận trung tâm của tuabin, buồng động cơ và tháp tuabin được bảo vệ bằng hệ thống chống sét, hoặc nếu khung kim loại liên tục hoặc khung bê tông cốt thép đáp ứng yêu cầu nối đất và kết nối dây của TCVN 9888-3 (IEC 62305-3).

CHÚ THÍCH 2: Hệ thống bên trong kết nối với đường dây bên ngoài có thể không cần hệ thống chống sét SPD phối hợp nếu đã có cáp chống sét hoặc hệ thống đi dây trong ống kim loại che chắn.

B.4.5  Xác suất, PM, rằng một tia sét gần tuabin gió sẽ gây hư hại hệ thống bên trong

Do chiều cao của tuabin gió, hầu hết các tia sét sẽ đánh trực tiếp vào tuabin thay vì vào khu vực gần tuabin. Thêm vào đó, các cấu trúc kim loại lớn sẽ che chắn hệ thống bên trong. Do đó, xác suất rằng một tia sét gần tuabin gió sẽ gây hư hại hệ thống bên trong có thể được coi là không đáng kể khi bộ phận trung tâm của tuabin, buồng động cơ và tháp được bảo vệ bởi hệ thống chống sét (LPS) hoặc khi cấu trúc có khung kim loại liên tục hoặc khung bê tông cốt thép đóng vai trò như một hệ thống LPS tự nhiên, nơi yêu cầu về nối dây và nối đất của TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) được đáp ứng.

CHÚ THÍCH: R_M có thể được bỏ qua đối với các tuabin gió có tổng chiều cao lớn hơn 100 m. Trong trường hợp này, khoảng cách tiêu chuẩn 350 m thường sẽ được bảo vệ bởi các tia sét trực tiếp.

B.4.6  Xác suất P_U rằng tia sét đánh vào đường dịch vụ sẽ gây thương tích cho con người do điện áp cảm ứng

Xác suất PU rằng tia sét đánh vào đường dịch vụ (cáp nguồn hoặc cáp truyền thông) sẽ gây thương tích cho con người do điện áp cảm ứng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc tính che chắn của đường dây, khả năng chịu đựng xung điện của hệ thống bên trong kết nối với đường dịch vụ, các biện pháp bảo vệ tiêu chuẩn như giới hạn vật lý và cảnh báo an toàn (xem Bảng B.8), cùng các thiết bị chống sét (SPDs) tại điểm kết nối đường dịch vụ theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3).

CHÚ THÍCH: Trong trường hợp này, không cần thiết phải sử dụng hệ thống bảo vệ SPD phối hợp theo IEC 62305-4. Việc tuân thủ TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) đối với các thiết bị SPD là đủ.

Giá trị của P_U được xác định như sau:

P_U = P_AM · P_EB · P_LD · P_TWS · C_LD · r_t (B-24)

trong đó

P_am phản ánh mức độ bảo vệ chống điện áp cảm ứng, ví dụ như các giới hạn vật lý hoặc cảnh báo an toàn. Giá trị cụ thể của Pam có thể có trong Phụ lục B của TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010).

P_TWS là xác suất mà hệ thống cảnh báo giông bão (TWS) không phát hiện được sự kiện sét trong khu vực mục tiêu.

P_LD phản ánh xác suất hệ thống bên trong gặp phải hư hại do sét đánh vào đường dây kết nối, phụ thuộc vào đặc tính của đường dây. Giá trị của P_LD được xác định trong Phụ lục B của TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010).

P_EB phản ánh mức độ liên kết đẳng thế, theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3). Giá trị của P_EB cũng có trong Phụ lục B của TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010).

C_LD là hệ số phụ thuộc vào các điều kiện che chắn, nối đất và cách ly của đường dây. Các giá trị của C_LD cũng có thể có trong Phụ lục B của TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010).

rt là hệ số giảm dựa trên loại bề mặt đất hoặc sàn, giá trị của rt được xác định trong Phụ lục B của TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010).

B.4.7  Xác suất P_V rằng tia sét đánh vào đường dịch vụ sẽ gây thiệt hại vật lý

Giá trị xác suất P_V - thiệt hại vật lý gây ra bởi tia sét đánh vào đường dịch vụ đi vào tuabin gió phụ thuộc vào đặc tính của đường dịch vụ, điện áp chịu đựng xung của hệ thống bên trong được kết nối với đường dịch vụ và các thiết bị chống sét (SPD) được lắp đặt cho liên kết đẳng thế tại điểm kết nối đường dây theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3).

CHÚ THÍCH: Hệ thống bảo vệ SPD phối hợp theo IEC 62305-4 không cần thiết để giảm PV trong trường hợp này. Các thiết bị SPD theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) là đủ.

Giá trị của P_V được tính như sau:

P_V = P_EB · P_LD · P_TWS · C_LD · r_t · r_P (B.25)

trong đó:

P_EB phụ thuộc vào liên kết đẳng thế tuân theo TCVN 9888-3 (IEC 62305-3). Giá trị P_EB được nêu trong Phụ lục B của TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010):

P_LD là xác suất hệ thống bên trong bị hư hại do tia sét đánh vào đường dây kết nối, phụ thuộc vào đặc tính của đường dây. Giá trị P_LD được nêu trong Phụ lục B của TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010):

P_TWS là xác suất mà hệ thống cảnh báo giông bão (TWS) không phát hiện được sự kiện liên quan đến sét trong khu vực mục tiêu;

C_LD là hệ số phụ thuộc vào các điều kiện che chắn, nối đất và cách ly của đường dây. Giá trị CLD được nêu trong Phụ lục B của TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010);

r_f là hệ số giảm phụ thuộc vào các biện pháp giảm thiệt hại do cháy. Giá trị của rf được nêu trong Bảng B.9;

r_p là hệ số giảm phụ thuộc vào các biện pháp giảm thiệt hại do cháy. Giá trị của rp được nêu trong Bảng B.8.

B.4.8  Xác suất PW rằng tia sét đánh vào đường dịch vụ sẽ gây sự cố cho các hệ thống bên trong

Giá trị của P_W - xác suất xảy ra sự cố cho các hệ thống bên trong do tia sét đánh vào đường dịch vụ đi vào tuabin gió phụ thuộc vào đặc tính che chắn của đường dây, điện áp chịu đựng xung của hệ thống bên trong được kết nối với đường dịch vụ và hệ thống SPD phối hợp.

Giá trị P_W được tính như sau:

P_W = P_E · P_SPD · P_TWS · P_LD · C_LD (B.26)

trong đó:

Pe là xác suất thiết bị bị tác động bởi sự kiện gây hư hại;

P_SPD phụ thuộc vào hệ thống SPD phối hợp theo IEC 62305-4 và đặc tính của hệ thống bên trong. Tham khảo Phụ lục B của TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010) để có giá trị P_SPD cho các hệ thống điện áp thấp và hệ thống truyền thông;

P_TWS là xác suất mà hệ thống cảnh báo giông bão (TWS) không phát hiện được sự kiện liên quan đến sét trong khu vực mục tiêu;

P_LD là xác suất hệ thống bên trong bị hư hại do tia sét đánh vào đường dây kết nối, phụ thuộc vào đặc tính của đường dây. Giá trị P_LD được nêu trong Phụ lục B của TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010);

C_LD là hệ số phụ thuộc vào các điều kiện che chắn, nối đất và cách ly của đường dây mà hệ thống bên trong được kết nối. Giá trị C_LD được nêu trong Phụ lục B của TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010).

B.4.9  Xác suất P_Z rằng tia sét gần đường dịch vụ đi vào sẽ gây sự cố cho các hệ thống bên trong

Giá trị xác suất P_Z rằng tia sét gần đường dịch vụ đi vào cấu trúc sẽ gây sự cố cho các hệ thống bên trong phụ thuộc vào đặc tính che chắn của đường dây, điện áp chịu đựng xung của hệ thống kết nối với đường dịch vụ và các biện pháp bảo vệ được áp dụng.

Giá trị của P_Z được tính như sau:

P_Z = P_e · P_SPD · P_TWS · P_LI · C_LI (B.27)

trong đó:

Pe là xác suất thiết bị bị tác động bởi sự kiện gây hư hại;

P_SPD phụ thuộc vào hệ thống SPD phối hợp theo IEC 62305-4 và đặc tính của hệ thống bên trong. Tham khảo Phụ lục B của IEC 62305-2 để có giá trị P_SPD cho các hệ thống điện áp thấp và hệ thống truyền thông;

P_TWS là xác suất mà hệ thống cảnh báo giông bão (TWS) không phát hiện được sự kiện liên quan đến sét trong khu vực mục tiêu;

P_LI là xác suất hệ thống bên trong bị hư hại do tia sét gần đường dây kết nối, phụ thuộc vào đặc tính của đường dây và thiết bị. Giá trị P_LI được nêu trong Bảng B.12 và Phụ lục B của TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010);

C_LI là hệ số phụ thuộc vào các điều kiện che chắn, nối đất và cách ly của đường dây. Giá trị CLI được nêu trong Phụ lục B của TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010).

Bảng B.10 - Giá trị của xác suất P_LI dựa trên loại đường dây và điện áp chịu đựng xung UW của thiết bị (tương ứng với TCVN 9888-2 (IEC 62305-2))

Kiểu đường dây	Điện áp UW tính bằng kV
	1	1,5	2,5	4	6
	PLI
Đường dây điện	1	0,6	0,3	0,16	0,1
Đường dây TLC	1	0,5	0,2	0,08	0,04

B.4.10  Xác suất PP rằng một người sẽ ở trong vị trí nguy hiểm

Xác suất P_P rằng một người sẽ ở trong vị trí nguy hiểm phụ thuộc vào thời gian t_z (tính theo giờ mỗi năm) mà người đó có mặt trong vị trí nguy hiểm:

P_P = t_z/8 760  (B.28)

CHÚ THÍCH: Khi không biết giá trị t_z, tỷ lệ t_z/8,760 nên bằng 1.

B.4.11  Xác suất Pe rằng thiết bị sẽ bị tác động bởi sự kiện gây hư hại

Xác suất P_e rằng thiết bị không bị hư hại bị tác động bởi sự kiện gây hư hại phụ thuộc vào thời gian t_e (tính theo giờ mỗi năm) mà thiết bị bị tác động bởi sự kiện gây hư hại:

P_e = t_e/8 760  (B.29)

CHÚ THÍCH: Khi không biết giá trị t_e, tỷ lệ t_e / 8,760 nên bằng 1.

B.5  Đánh giá lượng điện năng tiêu thụ của tuabin gió LX

B.5.1  Tổng quát

LX biểu thị lượng mưa trung bình liên quan đến một loại mưa cụ thể do sự gián đoạn dòng chảy, được thể hiện theo cách tương đối liên quan đến lượng mưa tối đa nếu tuabin gió được bảo vệ.

Giá trị của LOS LX phải được đánh giá và cố định bởi nhà thiết kế bảo vệ năng lượng hiệu quả (hoặc chủ sở hữu tuabin gió). Giá trị trung bình của LOS LX trong tuabin gió được đưa ra khi chúng được xem xét lại là giá trị điển hình. Các giá trị khác nhau có thể được ký bởi một Ủy ban quốc gia (hoặc được thỏa thuận giữa họ và nhà sản xuất và khách hàng).

B.5.2  Tổn thất tương đối trung bình mỗi sự kiện nguy hiểm

Tổn thất L_X đề cập đến mức độ tổn thất tương đối trung bình của một loại thiệt hại cụ thể do một sự kiện nguy hiểm gây ra bởi sét đánh, bao gồm cả phạm vi và tác động của nó.

Tổn thất L_X thay đổi theo nguyên nhân của thiệt hại (D1D, D1T, D2, và D3).

Tổn thất L_X cần được xác định cho từng khu vực của tuabin gió được phân chia.

Tổn thất L_X cho mỗi khu vực có thể được xác định theo Bảng B.11 và Bảng B.12.

Bảng B.11 - Các giá trị tổn thất cho từng khu vực (tương ứng với TCVN 9888-2 (IEC 62305-2))

Tổn thất điển hình

LAT = LUT = LT

LAD = LD

LB = LV = LF = LF1 = LF2

Trong đó:

L_T là tỷ lệ trung bình điển hình của số người bị thương do điện áp tiếp xúc và bước, liên quan đến tổng số người trong khu vực, do một sự kiện nguy hiểm (xem Bảng B.12);

L_D là tỷ lệ trung bình điển hình của số người bị thương do sét đánh trực tiếp, liên quan đến tổng số người tiếp xúc trong khu vực, do một sự kiện nguy hiểm (xem Bảng B.12);

L_F1 là tỷ lệ trung bình điển hình của số người bị thương do hỏa hoạn hoặc nổ, liên quan đến tổng số người trong khu vực, do một sự kiện nguy hiểm (xem Bảng B.12);

L_F2 là tỷ lệ trung bình điển hình của thiệt hại vật lý có tầm quan trọng xã hội do hỏa hoạn hoặc nổ, liên quan đến mức độ thiệt hại tối đa của xã hội trong khu vực, do một sự kiện nguy hiểm (xem Bảng C.2);

L_O là tỷ lệ trung bình điển hình của số người bị thương do hư hại hệ thống bên trong, liên quan đến tổng số người trong khu vực, do một sự kiện nguy hiểm (xem Bảng B.12).

CHÚ THÍCH 1: Nguy cơ nổ không được coi là liên quan đến tuabin gió.

CHÚ THÍCH 2: Theo TCVN 9888-2 (IEC 62305-2), tổn thất có tầm quan trọng xã hội là tổn thất liên quan đến việc gây thương tích cho con người, ngừng dịch vụ công cộng, thiệt hại di sản văn hóa và nói chung là những chi phí mà xã hội phải gánh chịu.

Bảng B.12 - Các giá trị trung bình điển hình của LT, LD, LF và LO (tương ứng với TCVN 9888-2 (IEC 62305-2))

Kiểu vùng	LT	LD	LF1	LF2	LO
Vùng quan trọng a)	0,01	0,1	0,01	0,1	0,0001
Vùng bình thường b)	0,01	0,1	0,01	0,05	0,00001
a) Các vùng với thiết bị ban đầu để tiến hành các quá trình (điều khiển, truyền thông) b) Các vùng mở cho cộng đồng

CHÚ THÍCH 3: Các giá trị của Bảng B.12 đề cập đến sự hiện diện liên tục của người trong cấu trúc.

 

Phụ lục C

(tham khảo)

Các biện pháp bảo vệ cánh tuabin

C.1  Quy định chung

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

Cánh tuabin gió là những cấu trúc rỗng lớn được sản xuất từ vật liệu composite, như nhựa gia cường sợi thủy tinh (GFRP), gỗ, gỗ laminate và nhựa gia cường sợi carbon (CFRP). CFRP thường được sử dụng để gia cường cấu trúc cánh hoặc cho các thành phần đặc biệt, như trục đầu cánh cho các cánh có cơ chế phanh đầu cánh. Một số bộ phận và linh kiện riêng lẻ như mặt bích lắp đặt, trọng lượng cân bằng, bản lề, giá lắp cho cánh chia, ổ bi, dây, hệ thống dây điện, lò xo và các thiết bị được làm bằng kim loại. Sét đánh sẽ bám vào cánh ngay cả khi không có các thành phần kim loại, và bất cứ khi nào một cung sét hình thành bên trong cánh, thiệt hại sẽ rất nghiêm trọng.

Hai mặt hoặc các bề mặt của cánh thường được sản xuất như các tấm riêng biệt của sợi thủy tinh hoặc các vật liệu composite khác, được dán lại ở các cạnh dẫn và cạnh sau và vào một cấu trúc tải bên trong cũng được làm bằng sợi thủy tinh. Bên trong cánh, có những khoảng không lớn chứa không khí được hình thành bởi các bề mặt và cấu trúc bên trong thường kéo dài toàn bộ chiều dài của cánh. Hoặc, các bề mặt của cánh có thể cung cấp sức mạnh cơ học của cánh mà không cần một cái giằng chịu tải. Cuối cùng, cánh có thể được chế tạo thành một khối duy nhất bằng cách sử dụng các kỹ thuật đúc nhựa tiên tiến mà không có các giao diện dán như đã đề cập ở trên.

Có nhiều loại cánh khác nhau tùy thuộc vào cơ chế điều khiển và phanh được sử dụng, cũng như việc sử dụng các composite cách điện và dẫn điện. Năm loại chính được trình bày trên Hình C.1. Cánh loại A sử dụng một cánh phụ điều khiển ở phần ngoài của cạnh dẫn để phanh. Trên cánh loại A, các điểm tiếp xúc sét thường có trên các bản lề thép của cánh phụ điều khiển, và thiệt hại nghiêm trọng thường thấy vì tiết diện của dây thép dùng để điều khiển cánh phụ thường không đủ để dẫn điện dòng sét.

Hình C.1 - Các loại cánh tuabin gió

Cánh loại B sử dụng một phanh đầu được giữ lại bởi một lò xo và được giải phóng khi tốc độ quay vượt quá giới hạn bởi lực ly tâm. Đối với cánh loại B, các điểm tiếp xúc sét chủ yếu thấy trong vài chục cm từ đầu ngoài cùng, hoặc ở hai bên của đầu cánh tại vị trí đầu ngoài cùng của trục đầu cánh. Từ điểm tiếp xúc, một cung sét hình thành bên trong phần đầu đến đầu ngoài cùng của trục đầu cánh, và từ đầu còn lại của trục, một cung hình thành bên trong cánh chính xuống đế gắn bằng thép tại gốc cánh. Các cung nội bộ như vậy thường gây ra sự phá hủy thảm khốc cho cánh. Cánh loại A và B thường được sử dụng với các tuabin gió cũ có công suất lên đến 100 kW.

Cánh loại C là một cánh có phanh đầu được điều khiển bằng dây thép. Đối với cánh loại C, các điểm tiếp xúc sét chủ yếu có trong vài chục cm từ đầu ngoài cùng của cánh, hoặc ở hai bên của đầu cánh tại vị trí đầu ngoài cùng của trục đầu cánh. Với cánh loại C, như với cánh loại B, một cung sét hình thành bên trong phần đầu giữa điểm tiếp xúc và đầu ngoài cùng của trục sẽ gây ra thiệt hại nghiêm trọng. Trên cánh loại C, thiệt hại cho cánh chính chủ yếu thấy khi dây thép không thể dẫn điện dòng sét. Dây thép được sử dụng cho mục đích này có đường kính tối thiểu là 10 mm hoặc 12 mm cho cánh dài 17 m. Các dây như vậy có khả năng dẫn hầu hết các dòng sét và do đó bảo vệ cánh chính khỏi thiệt hại (xem Điều C.6 để thảo luận thêm về việc định mức hệ thống bảo vệ).

Cánh loại D là một cánh được chế tạo hoàn toàn từ các vật liệu không dẫn điện. Kinh nghiệm với cánh không dẫn điện cho thấy, như với các loại cánh khác, các điểm tiếp xúc sét thường có gần đầu. So với các loại cánh khác, các điểm tiếp xúc cũng có thể có phân bố ngẫu nhiên tại các vị trí khác dọc theo chiều dài của cánh.

Cánh loại E là một cánh trong đó một số thành phần cấu trúc được làm bằng nhựa gia cường sợi carbon (CFRP), vì nó có độ cứng cao cho một trọng lượng nhất định. Tùy thuộc vào thiết kế cụ thể, CFRP có thể được sử dụng như một phần gia cường cho các bề mặt cánh, cũng như cho các thành phần cấu trúc chịu tải, ví dụ như giằng nội bộ. Do các tính chất điện của nó, CFRP cần được phối hợp cẩn thận với hệ thống bảo vệ chống sét để đảm bảo khoảng cách phân tách cần thiết, cách điện và/hoặc khả năng dẫn dòng. Các vấn đề về bảo vệ chống sét cho các cánh tuabin gió chứa CFRP được xử lý trong Điều C.3.

Các tia sét bám vào các cánh không dẫn điện hoặc vào các phần cách điện của các cánh chứa các phần dẫn điện có thể ít nhất một phần được giải thích bởi thực tế rằng ô nhiễm và nước làm cho các cánh như vậy trở nên dẫn điện hơn theo thời gian. Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm cao áp đã chỉ ra rằng các điểm tiếp xúc cung xảy ra với một cánh không dẫn điện phun nước muối gần như giống như cánh kim loại. Một phần khác của lời giải thích là các cánh đơn giản nằm trên đường đi của sét đánh vào tuabin gió. Hơn nữa, đã biết rằng các phóng điện phát triển dọc theo bề mặt dễ dàng hơn qua không khí, và đặc biệt nếu bề mặt bị ô nhiễm với ô nhiễm nước muối. Trong bất kỳ trường hợp nào, kinh nghiệm thực tế cho thấy thiệt hại do sét nghiêm trọng đối với cả cánh không dẫn điện (loại D) và các cánh chứa CFRP (loại E) là khá phổ biến và do đó cần có biện pháp bảo vệ chống sét.

C.1.2  Cơ chế hư hại của cánh

Các loại hư hại điển hình tại các điểm tiếp xúc sét là tách lớp và thiêu hủy vật liệu composite bề mặt, cũng như đun nóng hoặc chảy các thành phần kim loại đóng vai trò là điểm tiếp xúc.

Tuy nhiên, thiệt hại nghiêm trọng nhất đối với cánh tuabin gió xảy ra khi sét hình thành các cung năng lượng cao bên trong cánh do tiếp xúc với một phần không được bảo vệ của các bề mặt cánh. Các cung này có thể hình thành trong thể tích không khí bên trong cánh hoặc dọc theo các bề mặt bên trong. Một loại hư hại khác xảy ra khi dòng điện sét hoặc một phần của nó được dẫn qua hoặc giữa các lớp vật liệu composite hoặc trong các vết nứt keo liên quan đến hệ thống dẫn điện xuống, có thể do các lớp và vết nứt này giữ một ít độ ẩm. Sóng xung áp suất do các cung nội bộ như vậy có thể gây nổ cho cánh, xé rách các bề mặt cánh theo các cạnh và từ giằng chịu tải bên trong. Tất cả các mức độ hư hại đều thấy từ nứt bề mặt đến phá hủy hoàn toàn cánh. Trong một số trường hợp, sóng áp suất đã lan truyền từ cánh bị sét đánh qua trục và vào các cánh khác, gây thiệt hại áp suất cho chúng.

Các cung nội bộ thường hình thành giữa điểm tiếp xúc sét ở đầu cánh và một thành phần dẫn điện nào đó bên trong cánh. Với các cánh loại C, thiệt hại thường chỉ giới hạn ở phần đầu, trong khi cánh chính không bị hư hại. Thiệt hại cho các cánh chính loại C thường thấy khi một cung đã hình thành bên trong cánh chính. Thông thường, điều này xảy ra trong các trường hợp mà dây thép điều khiển phanh đầu không đủ tiết diện để dẫn dòng điện sét từ trục đầu đến trục trung tâm. Đối với cánh loại A, cánh chính bị phá hủy hoàn toàn.

Hiện tượng chịu trách nhiệm cho thiệt hại cấu trúc nghiêm trọng đối với cánh tuabin gió là sự hình thành sóng xung áp suất xung quanh một cung sét bên trong cánh. Hư hại nhẹ có thể xảy ra khi một cung sét hình thành trên bề mặt bên ngoài hoặc khi dòng điện sét được dẫn qua các thành phần kim loại có tiết diện không đủ. Các cung nội bộ năng lượng cao chịu trách nhiệm cho thiệt hại cấu trúc không nên bị nhầm lẫn với các phóng điện từng phần năng lượng thấp đã đề cập trong C.2.4.

C.2  Các phương pháp bảo vệ

C.2.1  Quy 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.

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. Với điều kiện là có thể giải quyết vấn đề giữ băng dính trên cánh, 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, xem xét rằng sóng áp lực lớn có liên quan đến dẫn hướng sét gần với bề mặt cánh [6]. 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. 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.

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.

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 trên 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 trên 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. 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

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 .

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 có 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

Tùy thuộc vào cấu tạo và kỹ thuật đan kết thực tế, độ dẫn điện của vật liệu CFC thể hiện 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

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

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

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 trên 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 suất ngăn chặn

Hiệu suất ngăn chặn được định nghĩa là số lượng tia sét đánh vào cánh quạt được ngăn chặn đúng cách bởi các đầu thu sét so với tổng số lần sét đánh vào cánh quạt. Theo nghĩa này, hiệu suất ngăn chặn là một thông số mô tả khả năng của hệ thống chống sét (LPS) trên cánh quạt trong việc ngăn chặn sét một cách an toàn. Hiệu suất ngăn chặn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:

• thiết kế và mức độ phơi nhiễm của hệ thống thu sét (vị trí và hình dạng);

• mức cách điện của các phần dẫn điện bên trong;

• kết quả của thử nghiệm giai đoạn đầu hình thành kênh dẫn sét điện áp cao được nêu trong Phụ lục D (hiệu suất ngăn chặn).

Mọi đầu thu sét và phần mở rộng của đầu thu sét (bao gồm các dây dẫn rắn và bộ chia hướng dòng sét phân đoạn đặt trên bề mặt) cần được lắp đặt sao cho khả năng sét đâm xuyên qua các bề mặt cách điện được giảm xuống mức chấp nhận được.

Việc bố trí đầu thu sét cần đảm bảo rằng điện áp phóng điện dọc theo bề mặt không dẫn điện của cánh quạt phải nhỏ hơn điện áp đánh thủng của lớp vỏ cánh quạt. Trên thực tế, cả điện áp đánh thủng của lớp vỏ cánh quạt và điện áp phóng điện bề mặt sẽ rất khó xác định, do sự biến đổi của các loại vật liệu composite khác nhau, cũng như ảnh hưởng của lão hóa, vết nứt, độ ẩm và ô nhiễm. Hơn nữa, hiệu suất ngăn chặn của các bộ chia hướng dòng sét phân đoạn và các đầu thu sét rời rạc sẽ bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của các vật liệu dẫn điện bên trong cánh quạt [6].

Các nghiên cứu gần đây về phân bố điểm đánh sét trên cánh quạt tua-bin gió cho thấy phần lớn các tia sét đánh vào khu vực đầu mút cánh quạt, và xác suất sét đánh giảm nhanh khi tiến gần đến gốc cánh. Thông tin chi tiết hơn được trình bày trong Điều C.8.

Các thử nghiệm đánh sét điện áp cao trên các mẫu đại diện cho thiết kế thực tế có giá trị trong việc đánh giá hiệu quả ngăn chặn, từ đó xác định và giải quyết các vấn đề thiết kế trước khi đưa vào sản xuất cuối cùng.

Các phương pháp tính toán số đang được sử dụng để xác định khu vực có khả năng sét đánh vào trên cánh và vỏ tuabin, cũng như ước tính số lượng trung bình hàng năm của các tia sét đánh trực tiếp vào các cấu trúc nhất định. Tuy nhiên, hiện nay các phương pháp mô phỏng số khó có thể dự đoán chính xác liệu cấu trúc không dẫn điện có bị đâm thủng bởi sét hay không, hoặc xác định chính xác vị trí và số lượng đầu thu sét cần thiết để ngăn ngừa sự đâm xuyên. Điều này là do kết cấu của cánh quạt thường rất phức tạp, cùng với sự ảnh hưởng của dòng dẫn đa điểm, quá trình ion hóa và sự phát triển của sét. Do đó, các phương pháp số chỉ hữu ích trong giai đoạn thiết kế. Dù sử dụng phương pháp tính toán hay thực nghiệm, việc thử nghiệm đánh sét điện áp cao, như được mô tả trong Điều D.2, nên được áp dụng cho các thiết kế mẫu nhằm đảm bảo hiệu quả bảo vệ chống sét.

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 nghĩa 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 TCVN 9888-3 (IEC 62305-3)).

Bảng C.1 - Vật liệu, cấu hình và tiết diện danh nghĩa tối thiểu của các đầu thu sét, các cột thu sét và các dây dẫn sét ^a) (tương ứng Bảng 6 trong TCVN 9888-3 (IEC 62305-3))

Vật liệu	Cấu hình	Tiết diện danh nghĩa (mm2)
Đồng	Dẹt đặc	50
Đồng mạ thiếc	Tròn đặc b)	50
	Xoắn nhiều b)	50
	Tròn đặc c)	176
Nhôm	Dẹt đặc	70
	Tròn đặc	50
	Xoắn nhiều	50
Hợp kim nhôm	Dẹt đặc	50
	Tròn đặc	50
	Xoắn nhiều	50
	Tròn đặc c)	176
Hợp kim nhôm mạ đồng	Tròn đặc	50
Thép mạ kẽm nhúng nóng	Dẹt đặc	50
	Tròn đặc	50
	Xoắn nhiều	50
	Tròn đặc c)	176
Thép mạ đồng	Tròn đặc	50
	Dẹt đặc	50
Thép không gỉ	Dẹt đặc	50
	Tròn đặc d)	50
	Xoắn nhiều d)	70
	Tròn đặc c)	176
a) Các đặc tính cơ học và điện cũng như các tính chất chống ăn mòn phải đáp ứng các yêu cầu của bộ IEC 62561. b) 50 mm2 (đường kính 8 mm) có thể được giảm xuống còn 25 mm2 trong một số trường hợp mà độ bền cơ học không phải là yêu cầu thiết yếu. Trong trường hợp này, cần xem xét việc giảm khoảng cách giữa các phần nối. c) Áp dụng cho các thanh tiếp đất và thanh dẫn đất. Đối với các thanh tiếp đất mà tải trọng cơ học như lực gió không quan trọng, có thể sử dụng thanh dài 1 mét với đường kính 9,5 mm d) Nếu các yếu tố về nhiệt và cơ học là quan trọng, thì những giá trị này nên được tăng lên 75 mm2.

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, độ tăng nhiệt 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).

Độ tăng nhiệt của dây dẫn mang dòng điện sét có thể được đánh giá như thể hiện trong công thức C.1 (xem thêm TCVN 9888-1 (IEC 62305-1)). Các nhà xây dựng phải xem xét độ tăng nhiệt 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.

trong đó:

θ - θ0 [K]	độ tăng nhiệt 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]	khối lượng riêng của vật liệu;
Cw [J/kgK]	nhiệt dung.

Bảng C.2 thể hiện các đầu vào của công thức này đối với các vật liệu dùng chung, và Bảng C.3 thể hiện độ tăng nhiệt đối với các dây dẫn khác nhau. Phải chú ý rằng trong trường hợp các dây đã có tải trước đó, độ 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 (theo TCVN 9888-1 (IEC 62305-1))

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	0,7 x 10-6
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]	2 700	7 700	8 920	8,0 x 103
θs [°C]	658	1 530	1 080	1 500
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 - Độ tăng nhiệt [K] cho các dây dẫn khác nhau là hàm của W/R (theo TCVN 9888-1 (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	566	-	-	-	-	-	169	541	-	-	-	-
16	147	454	-	1 114	-	-	56	143	309	-	-	-
25	52	132	283	211	912	-	22	51	98	938	-	-
50	12	28	52	37	96	211	5	12	22	188	460	938
100	3	7	12	9	20	37	1	3	5	45	102	188
a Khoáng chất Auxtenit không từ tính.

Xét đến ảnh hưởng lên đầu thu sét, TCVN 9888-1 (IEC 62305-1) đề xuất sử dụng mô hình sụt áp tại anot hoặc catot để tính toán thể tích vật liệu chịu hiện tượng xói mòn. Đã có nhiều nỗ lực nhằm liên hệ mô hình này với các kết quả thử nghiệm và kinh nghiệm thực tế, tuy nhiên vẫn chưa đạt được thành công. Cần có thêm nghiên cứu để phát triển một mô hình được kiểm tra xác nhận đầy đủ.

C.7  Kết nối cánh vào hub

Tại gốc cánh, hệ thống dẫn sét xuống thường được kết thúc thông qua mặt bích lắp cánh vào hub, hoặc đi trực tiếp đến vỏ tuabin (bỏ qua ổ trục góc quay và ổ trục chính của rotor) bằng một hệ thống kết nối chuyên dụng.

Nếu cánh có điều chỉnh góc quay (loại D), dòng sét có thể được cho đi qua ổ trục góc quay hoặc đi vòng qua ổ trục bằng tiếp điểm trượt, khe hở không khí hoặc cáp liên kết mềm với độ chùng đủ để đảm bảo chuyển động góc quay. Cáp liên kết mềm này có thể được tích hợp từ phần trong cùng của dây dẫn sét xuống bên trong cánh.

Đối với các cánh cỏ phanh đầu cánh (loại C), hệ thống thủy lực - hệ thống điều khiển dây phanh - cần được bảo vệ. Các xi lanh thủy lực tiêu chuẩn thường được sử dụng có thể bị hư hại do hiện tượng phóng điện sét từ cần xi lanh sang vỏ xi lanh. Thông thường, xi lanh thủy lực được bảo vệ bằng cách chuyển hướng dòng sét qua cáp liên kết mềm với độ chùng đủ để đáp ứng chuyển động, hoặc sử dụng khe hở không khí trượt hay chổi tiếp xúc để dẫn dòng sét ra khỏi xi lanh. Cần chú ý giảm độ chùng không cần thiết trong các cáp liên kết này, vì điện áp cảm ứng qua đoạn cáp chùng có thể tăng rất cao, làm giảm hiệu quả bảo vệ cho xi lanh.

Bất kể loại giao diện kết nối cánh - hub nào được sử dụng, thành phần/hệ thống thiết kế cần được kiểm chứng bằng thử nghiệm dòng sét cao gây hư hại vật lý như quy định trong D.3.3.

C.8  Phơi nhiễm sét của cánh tuabin gió tại hiện trường

C.8.1  Quy định chung

Cánh tuabin gió là bộ phận dễ bị sét đánh trực tiếp nhất trong thực tế. Như được mô tả trong C.8.2, xác suất điểm sét đánh không thể được xác định bằng các thử nghiệm điện áp cao như mô tả trong Phụ lục D. Do đó, phương pháp phù hợp nhất để xác định xác suất này là phân tích dữ liệu tại hiện trường từ các cánh tương tự. Kinh nghiệm với nhiều loại cánh từ các nhà sản xuất khác nhau cho thấy phần ngoài của cánh nhận phần lớn các cú sét trực tiếp. Các nghiên cứu này chỉ ra rằng xác suất sét đánh tăng dần về phía đầu cánh.

C.8.2  Ứng dụng

Mục tiêu của việc trình bày dữ liệu tại hiện trường liên quan đến phân bố điểm sét đánh trên các tuabin gió là nhằm đảm bảo rằng các nhà sản xuất có thể thiết kế và lắp đặt hệ thống chống sét một cách hiệu quả, tức là tập trung bảo vệ nhiều hơn ở vùng đầu cánh. Dữ liệu được trình bày dựa trên các thiết kế cánh được khảo sát trong hơn một thập kỷ, cho thấy rõ ràng sự phân bố điểm sét đánh và các hư hại tại các vị trí khác nhau theo chiều dài cánh. Dữ liệu này là công khai và thể hiện rõ xu hướng phơi nhiễm sét cao hơn ở phần đầu cánh.

Phân bố điểm sét đánh được trình bày ở đây có thể khác biệt so với dữ liệu của các vị trí cụ thể, và nếu nhà sản xuất có dữ liệu tại hiện trường riêng cho thiết kế cánh của họ ở những địa điểm tương ứng, thì nên sử dụng các dữ liệu đó làm cơ sở thiết kế.

C.8.3  Phơi nhiễm sét tại hiện trường

Nhiều chiến dịch khảo sát tại hiện trường đã được ghi nhận trong các tài liệu, trong đó vị trí các điểm sét đánh được xác định thông qua kiểm tra trực tiếp cánh và đánh giá hiệu quả của hệ thống chống sét cũng như các cú đánh gây hư hại. Các khảo sát này bao gồm cả tuabin trên bờ và ngoài khơi, sử dụng vật liệu CFRP và GFRP (nhựa gia cường sợi carbon và sợi thủy tinh), với nhiều kiểu thiết kế điểm tiếp nhận khác nhau. Độ dài cánh trong khảo sát nằm trong khoảng 39 m đến 45 m, và phân bố điểm sét đánh được trình bày theo khoảng cách tính từ đầu cánh. Kết quả khảo sát được tóm tắt trong Bảng C.4 và có thể được sử dụng trong trường hợp không có dữ liệu cụ thể hơn.

Bảng C.4 - Phân bố các cú sét trực tiếp từ các chiến dịch thực địa thu thập dữ liệu về phân bố điểm tiếp xúc so với khoảng cách từ đầu cánh tuabin gió, với chiều dài cánh từ 39 m đến 45 m và có hoặc không có CFRP

Khoảng cách từ đầu cánh m	Phạm vi phân bố của các cú sét trực tiếp %
0 đến 2	71 đến 99
2 đến 4	0 đến 10
4 đến 6	0 đến 10
6 đến 8	0 đến 4
8 đến 10	0 đến 4
Phần còn lại	0 đến 4

 

Phụ lục D

(quy định)

Thông số thử nghiệm

D.1  Quy định chung

Phụ lục này mô tả các phương pháp thử nghiệm để kiểm tra xác nhận thiết kế cánh liên quan đến khả năng xử lý tác động của một cú phóng điện sét. Các thử nghiệm được mô tả cho các cánh ở đây, nhưng cũng có thể áp dụng cho các đối tượng khác như đĩa quay, trục, vỏ máy hoặc các phần của chúng.

Nhà sản xuất sẽ xác định số lượng mẫu của các vật phẩm sẽ được thử nghiệm. Các vật phẩm cần thử nghiệm sẽ bao gồm các mẫu cánh, bao gồm cả đầu cánh và một phần đủ lớn bên trong đầu cánh để đại diện cho toàn bộ thiết kế bảo vệ chống sét và cấu trúc mẫu cánh, cũng như tương tác của hệ thống tiếp đất không khí, dây dẫn sét, các thành phần kết nối dây dẫn, các thành phần khác của hệ thống bảo vệ chống sét, và cấu trúc mẫu cánh. Thông số thử nghiệm được chia thành hai phần nhỏ.

Các thử nghiệm tiếp xúc điện áp cao được áp dụng để xác định các điểm tiếp xúc sét cụ thể và đường dẫn đứt gãy qua hoặc xuyên qua các vật liệu không dẫn điện, ví dụ như cánh tuabin gió và vỏ máy. Vì dòng điện chảy trong các thử nghiệm này chỉ đại diện cho dòng điện dẫn đầu sét, chứ không phải là dòng điện phóng mạnh hơn nhiều, các thử nghiệm tiếp xúc chỉ nhằm mục đích cho thấy các đường đi có thể được thực hiện bởi các cú phóng điện sét. Thiệt hại do các thử nghiệm này gây ra không thể so sánh với thiệt hại có thể xảy ra từ các dòng điện sét.

Các thử nghiệm hư hại vật lý dòng điện cao được sử dụng để đánh giá thiệt hại thực tế do dòng điện sét gây ra. Các phương pháp thử nghiệm được trình bày áp dụng cho cả thiết kế đầu cánh hoàn chỉnh và cho các phần nhỏ hơn của dây dẫn sét, ví dụ như các thành phần kết nối. Các thử nghiệm này không cung cấp thông tin nào về các điểm tiếp xúc có khả năng xảy ra nhất.

Tiêu chí đạt/không đạt cho mỗi thử nghiệm được mô tả trong các điều tiếp theo.

D.2  Các thử nghiệm tiếp xúc điện áp cao

D.2.1  Kiểm tra xác nhận hiệu quả của hệ thống tiếp đất không khí

Các thử nghiệm kiểm tra xác nhận này được sử dụng để kiểm tra xác nhận hiệu quả của hệ thống tiếp đất không khí trên cánh tuabin gió. Đối với các mục đích phát triển và thiết kế, có thể sử dụng các thiết lập thử nghiệm và cân nhắc khác so với yêu cầu của các thử nghiệm chuẩn mực.

Đánh giá dựa trên các thử nghiệm tiếp xúc không thể tương quan với hiệu suất chặn như quy định bởi LPL đã chọn. Hiệu suất chặn thực tế chỉ có thể được kiểm tra xác nhận qua quan sát thực địa.

CHÚ THÍCH: Đối với các roto hai cánh, phân bố tiếp xúc dọc theo các cánh sẽ khác so với roto ba cánh. Do đó, thử nghiệm tiếp xúc tiên đạo sét ban đầu yêu cầu trong D.2.2 có thể được thực hiện với các góc thấp hơn (tức là gần với phương nằm ngang / không độ) để chứng minh hiệu suất chặn thích hợp cho đầu cánh cũng như cho các phần bên trong của cánh.

D.2.2  Thử nghiệm tiếp xúc tiên đạo sét ban đầu

D.2.2.1  Mục đích thử nghiệm

Thử nghiệm này dành cho các cánh tuabin gió. Thử nghiệm này sẽ được sử dụng để kiểm tra xác nhận các yếu tố sau:

• hiệu quả của hệ thống tiếp đất không khí cho cánh liên quan;

• vị trí của các điểm tiếp xúc tiên đạo sét có thể xảy ra và các đường đi chập chờn hoặc xuyên thủng trên các cánh và các cấu trúc không dẫn điện khác;

• các đường đi chập chờn hoặc xuyên thủng dọc theo hoặc xuyên qua các bề mặt điện môi;

• hiệu suất của các thiết kế và/hoặc thiết bị bảo vệ.

D.2.2.2  Mẫu thử nghiệm

Mẫu thử nghiệm là một cánh đầy đủ hoặc phần đầu cánh bao gồm tất cả các chi tiết thiết kế liên quan như hiện có trong sản xuất hàng loạt. Trong việc chọn chiều dài cánh thích hợp, cần xem xét các chi tiết thiết kế cánh và khả năng xảy ra các điểm tiếp xúc thử nghiệm với dây cẩu, các chi tiết khác là một phần của thiết lập thử nghiệm và đầu gốc của mẫu cánh. Kinh nghiệm cho thấy rằng chiều dài cánh khoảng 15 % tổng chiều dài cánh là phù hợp cho các góc thử nghiệm 10° hoặc thấp hơn.

Phần cánh sẽ đủ dài để bao gồm các mẫu của tất cả các yếu tố áp dụng của hệ thống bảo vệ chống sét được lắp đặt trong điều kiện đại diện sản xuất. Báo cáo thử nghiệm sẽ nêu rõ lý do áp dụng của phần thử nghiệm liên quan đến toàn bộ thiết kế cánh.

Các thành phần dẫn điện, ví dụ như đèn và cảm biến cũng như các dây dẫn sét, thường được lắp đặt trên hoặc trong mẫu thử nghiệm (một cánh đơn, đầu cánh hoặc phần giữa của một cánh), sẽ được thể hiện trong mẫu thử nghiệm.

Các mục này sẽ được đặt ở cùng một vị trí trong mẫu thử nghiệm như chúng sẽ ở trong cánh. Nếu các mẫu dẫn điện có thể được định hướng ở nhiều vị trí, những vị trí đại diện cho các trường hợp xấu nhất nên được thể hiện trong các thử nghiệm. Thông thường, đây là những vị trí dẫn đến khoảng cách nhỏ nhất đến các bề mặt không dẫn điện, hoặc cường độ trường điện mạnh nhất theo các hướng vuông góc với bề mặt bên ngoài. Có thể sử dụng các mẫu cánh mới hoặc các mẫu đã được lão hóa cơ học trước đó, miễn là chúng không bị hư hại bởi quá trình lão hóa cơ học.

CHÚ THÍCH 1: Mô tả thử nghiệm trong phụ lục này là bắt buộc cho đầu cánh. Các nguyên tắc thử nghiệm tương tự có thể được áp dụng cho các phần bên trong của cánh để kiểm tra xác nhận hiệu suất của hệ thống tiếp đất không khí trong các vùng này, hoặc xác định các điểm tiếp xúc có khả năng xảy ra dọc theo cánh.

CHÚ THÍCH 2: Kinh nghiệm cho thấy rằng việc thử nghiệm cánh ở các góc 10° so với mặt phẳng nằm ngang yêu cầu mẫu thử nghiệm có chiều dài tối thiểu 10 m để tránh hiện tượng chập chờn từ đầu mẫu cánh.

D.2.2.3  Thiết lập thử nghiệm

D.2.2.3.1  Tổng quan

Thử nghiệm kết nối tiên đạo sét ban đầu được sử dụng cho mục đích thiết kế và kiểm tra xác nhận. Thử nghiệm kiểm tra xác nhận cho các cánh được mô tả trong phần này, và các thử nghiệm sử dụng là thiết lập thử nghiệm A hoặc B, trong khi các thử nghiệm phát triển có thể được hường lợi từ các thiết lập thử nghiệm và cấu hình thử nghiệm khác nhau.

Mỗi cấu hình thử nghiệm nhằm mục đích khởi đầu hoạt động điện, như hiện tượng corona, tia phóng điện và tiên đạo sét, tại mẫu thử nghiệm (chứ không phải tại điện cực bên ngoài) như xảy ra tại cánh tuabin gió ngay trước khi cỏ cú phóng điện sét. Khi quá trình ion hóa không khí tại mẫu thử nghiệm được khởi đầu, tia phóng điện sẽ tiến về phía điện cực đối diện, mà sẽ là một hình dạng hình học lớn nhằm đại diện cho bề mặt điện trường đồng mức cách một khoảng cách nhất định từ đầu cánh. Bằng cách này, ảnh hưởng của điện cực thử nghiệm bên ngoài lên kết quả thử nghiệm được giảm thiểu. Hình ảnh tổng quan về các thiết lập thử nghiệm cho thấy máy phát điện áp cao, mẫu thử nghiệm và điện cực bên ngoài trong các thiết lập thử nghiệm A và B được minh họa trên Hình D.1, Hình D.4 và Hình D.5.

Thiết lập thử nghiệm A là cấu hình mong muốn nhất, vì nó thường cho phép có một điện cực bên ngoài có kích thước lớn hơn (tức là một bề mặt dẫn điện trên sàn phòng thí nghiệm) và cung cấp một môi trường điện trường thực tế hơn xung quanh mẫu cánh.

Thiết lập thử nghiệm B nhằm tạo ra một môi trường điện trường tương tự xung quanh mẫu thử nghiệm như trong thiết lập thử nghiệm A, đồng thời cho phép đặt các mẫu thử nghiệm lớn hoặc nặng hơn và các cấu trúc hỗ trợ trên sàn phòng thí nghiệm. Trong cấu hình này, một điện cực có đường kính lớn sẽ được treo trên mẫu thử nghiệm. Đường kính lớn là điều cần thiết để tránh việc tăng cường điện trường không thực tế do các cạnh của điện cực treo, có thể gây ra hiện tượng phóng điện giữa các cạnh của điện cực và mẫu thử nghiệm, hoặc giữa các cạnh của điện cực treo và mặt đất trên sàn phòng thí nghiệm, bỏ qua mẫu thử nghiệm cánh hoàn toàn.

CHÚ THÍCH: Đối với các mẫu cánh rát linh hoạt, có thể xem xét nghiêng cánh ở một góc sao cho lực hấp dẫn làm cong cánh theo hình dạng gần với điều kiện vận hành. Nguyên tắc thiết lập cánh cố định áp dụng cho cả thiết lập A và B.

D.2.2.3.2  Thiết lập thử nghiệm A

Thiết lập thử nghiệm A áp dụng cho các thử nghiệm của các phần lớn của cánh bao gồm các phần đại diện của hệ thống bảo vệ chống sét. Cấu hình thử nghiệm tổng quát cho thiết lập thử nghiệm A được minh họa trên Hình D.1.

Hình D.1 - Ví dụ về thiết lập thử nghiệm kết nối tiên đạo sét ban đầu A

Khoảng cách được thể hiện trên Hình D.1 chỉ mang tính chất chỉ dẫn. Khoảng cách không khí tối thiểu đến các phần dẫn điện phải là 1,5 m. Mẫu thử nghiệm, với hệ thống bảo vệ chống sét được kết nối với đầu ra của máy phát Marx, được nâng lên trên điện cực bên ngoài, là một mặt đất có diện tích lớn. Mặt đất này phải đủ lớn để tránh hiệu ứng biên, tức là để tránh hiện tượng phóng điện kết thúc ở cạnh của mặt đất và phải đều và đồng nhất đủ để đảm bảo rằng điểm kết nối của phóng điện nằm ở phần dưới của khoảng cách. Mẫu thử nghiệm sẽ được thử nghiệm ở các góc 90°, 30° và 10° tại tất cả 4 góc nghiêng cánh như được định nghĩa trên Hình D.2, để đại diện cho các hướng điện trường mà phần này của mẫu thử nghiệm có thể trải qua trên tuabin. Các góc cụ thể được xác định cho chuỗi thử nghiệm bắt buộc xác định các điểm kết nối có khả năng xảy ra tại góc cánh chính (90°) và nhấn mạnh các phần trong của vùng đầu cánh nơi cũng quan sát thấy các điểm kết nối có khả năng xảy tại hiện trường (30° và 10°). Các góc bổ sung có thể được sử dụng để khảo sát hiệu suất cánh trong quá trình thiết kế.

Hình D.2 - Các hướng có thể cho thiết lập thử nghiệm A kết nối tiên đạo sét ban đầu

Đối với các roto hai cánh, sự phân bố kết nối dọc theo các cánh sẽ khác so với roto ba cánh. Do đó, thử nghiệm kết nối tiên đạo sét ban đầu với điện áp cao nên được tiến hành với các góc thấp hơn (tốt nhất là càng gần 0° càng tốt) để chứng minh hiệu suất bắt giữ thích hợp cho đầu cánh cũng như cho các phần trong của cánh. Hiện tại, chuỗi thử nghiệm bắt buộc cho các roto ba cánh cũng áp dụng cho các roto hai cánh, cho đến khi có thêm kinh nghiệm tại hiện trường với các roto hai cánh được công bố.

CHÚ THÍCH: Các thử nghiệm đối với các mẫu cánh ướt và ô nhiễm có thể được sử dụng để nhấn mạnh các đặc điểm thiết kế cụ thể và mô phỏng một cánh tự nhiên đã lão hóa, nhưng những thử nghiệm như vậy không bắt buộc.

Góc giữa trục chiều dài cánh và điện cực mặt đất bên ngoài được xác định theo Hình D.3. Đối với mỗi cấu hình thử nghiệm trên Hình D.2, trục chiều dài cánh được định nghĩa là một đường cắt ngang bề mặt gần nhất (mặt gió (A), cạnh sau (B), mặt ngược gió (C) hoặc cạnh trước (D) ở khoảng cách 1 m và 5 m từ đầu cánh).

Hình D.3 - Định nghĩa trục chiều dài của cánh trong các thử nghiệm kết nối sét

Đối với các thiết kế cánh được trang bị răng cưa, đầu cánh, bộ tạo xoáy hoặc các đặc điểm khí động học khác, tiêu chí tương tự như được thể hiện trên Hình D.3 sẽ áp dụng. Các phác thảo về việc áp dụng trên một cánh có đầu cánh được thể hiện trên Hình D.4.

Hình D.4 - Ví dụ về việc áp dụng các góc trong quá trình thử nghiệm điện áp cao (HV)

Trong trường hợp các cánh có đầu cánh, khoảng cách đến các phần không dẫn điện có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào thiết kế của đầu cánh, miễn là khoảng cách đến phần ngắt và các phần dẫn điện tối thiểu là 1,5 m, và khoảng cách không khí tối thiểu đến các phần không dẫn điện là 0,5 m.

Hai điều kiện sẽ áp dụng cho một thử nghiệm hợp lệ khi sử dụng thiết lập thử nghiệm A:

a) Kết nối của các tia phóng điện phải xảy ra ở phần dưới của khoảng cách giữa cánh được cấp điện và mặt đất, tức là cách xa mẫu thử nghiệm hơn nửa khoảng cách phóng điện. Điều này được xác nhận bằng hình ảnh của các hiện tượng phóng điện. Điểm kết nối tiên đạo sét được thể hiện trên Hình D.5. Nếu điều này không đạt được, sự đồng nhất của bề mặt sẽ cần được cải thiện, hoặc khoảng cách giữa cánh và mặt đất cần được tăng lên. Nếu kết nối đã xảy ra gần hơn với cánh hơn nửa khoảng cách giữa cánh và mặt đất, và thử nghiệm đã dẫn đến việc kết nối thành công với một thiết bị hoặc thiết kế bảo vệ xác định, thử nghiệm sẽ được coi là thành công. Nhưng nếu xảy ra hiện tượng xuyên thủng cánh, thử nghiệm sẽ không được coi là thành công, và thử nghiệm cụ thể sẽ bị bỏ qua và một thử nghiệm bổ sung có thể được thực hiện.

b) Tia phóng điện từ mặt đất không được phát sinh từ cạnh của mặt đất. Trong trường hợp như vậy, kích thước của mặt đất có thể được tăng lên. Nhưng lưu ý rằng việc tăng đường kính của điện cực HV có thể không ngăn chặn hiện tượng phóng điện từ phát sinh tại cạnh của điện cực HV và bỏ qua mẫu thử nghiệm.

Nếu hiện tượng phóng điện phát sinh tại mặt đất, và thử nghiệm đã dẫn đến việc kết nối thành công với một thiết bị hoặc thiết kế bảo vệ xác định, thử nghiệm sẽ được coi là thành công. Nhưng nếu xảy ra hiện tượng xuyên thủng cánh, thử nghiệm sẽ không được coi là thành công, và thử nghiệm cụ thể sẽ bị bỏ qua và một thử nghiệm bổ sung có thể được thực hiện.

Điều kiện a) và b) thường được đáp ứng bằng cách giữ các kích thước sau:

1. Mặt đất phải cách ít nhất 2 m từ phần dẫn điện gần nhất (bên trong hoặc bên ngoài mẫu thử nghiệm);

2. Mặt đất phải cách ít nhất 1,5 m từ bề mặt mẫu thử nghiệm gần nhất;

3. Kích thước nhỏ nhất của mặt đất phải ít nhất gấp 5 lần chiều dài khoảng cách tối thiểu giữa cánh và mặt đất.

Hình D.5 - Ví dụ về điểm kết nối của tiên đạo sét cách xa mẫu thử nghiệm

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

D.2.2.3.3  Thiết lập thử nghiệm B

Cẩu hình thử nghiệm chung cho thiết lập thử nghiệm B được minh họa trên Hình D.6. Mẫu thử nghiệm nên được thử nghiệm ở nhiều vị trí đại diện cho các hướng khác nhau của tiên đạo sét tiếp cận, như được quy định trên Hình D.2 cho thiết lập thử nghiệm A.

Hình D.6 - Thiết lập thử nghiệm B kết nối tiên đạo sét ban đầu

Khoảng cách được thể hiện trên Hình D.6 chỉ mang tính chất hướng dẫn. Khoảng cách không khí tối thiểu đến các bộ phận dẫn điện phải là 1,5 m.

Thiết lập thử nghiệm B có thể áp dụng cho các cánh quạt như một lựa chọn thay thế cho thiết lập thử nghiệm A, nhưng cũng phù hợp cho các mẫu thử nghiệm mà việc nâng cao trong cơ sở thử nghiệm là không thực tế, ví dụ như cần cẩu khí tượng, trung tâm, cánh quạt. Cấu hình này có nhược điểm là mặt đất trong cơ sở thử nghiệm có thể làm biến dạng trường điện gần mẫu thử nghiệm. Khoảng cách tối thiểu đến các cấu trúc ngoại lai được quy định trong IEC 60060-1 là 1,5 lần khoảng cách phóng điện tối thiểu giữa hai điện cực đối diện. Để giảm thiểu sự biến dạng của trường điện có mặt trong khoảng cách, mặt đất và các cấu trúc dẫn điện khác phải cách ít nhất 1,5 lần chiều dài khoảng cách, tức là 3 m với chiều dài khoảng cách là 2 m trên Hình D.6.

Mẫu thử nghiệm được nâng lên trên mặt đất bằng các giá đỡ với khoảng cách lớn hơn 1,5 lần khoảng cách giữa đầu thu sét trên mẫu thử nghiệm và điện cực bên ngoài để giảm thiểu ảnh hưởng của mặt đất lên kết quả thử nghiệm. Điện cực bên ngoài được treo trên mẫu thử nghiệm và có điện thế cao khi thử nghiệm được thực hiện. Điện cực bên ngoài phải đủ kích thước để tránh hiệu ứng mép, tức là tránh việc phóng điện dừng lại ở mép của điện cực bên ngoài. Mẫu thử nghiệm nên thường xuyên được thử nghiệm với hai hoặc nhiều hướng, để đại diện cho các hướng trường điện mà phần này của cánh quạt hoặc các cấu trúc khác có thể trải qua trong quá trình sử dụng. Một cạm bẫy với Thiết lập B là khi điện cực bên ngoài có điện tích dương, sự phóng điện có thể bắt nguồn từ các mép của điện cực này và dừng lại ở mặt đất, bỏ qua mẫu thử nghiệm.

Ba điều kiện phải áp dụng cho một thử nghiệm hợp lệ khi sử dụng thiết lập thử nghiệm B:

a) Kết nối của các dòng ion phải xảy ra ở phần trên của khoảng cách không khí giữa điện cực bên ngoài có điện và mẫu thử nghiệm, tức là cách mẫu thử nghiệm hơn một nửa khoảng cách phóng điện. Điều này được xác nhận bằng hình ảnh của các phóng điện. Điểm kết nối của tiên đạo sét được thể hiện trên Hình D.6. Nếu không đạt được, sự đồng nhất của bề mặt phẳng nên được cải thiện, hoặc khoảng cách giữa cánh quạt và mặt đất nên được tăng lên.

b) Dòng ion từ điện cực bên ngoài không nên bắt nguồn từ mép của điện cực này. Trong trường hợp này, kích thước của điện cực bên ngoài có thể được tăng lên. Nhưng lưu ý rằng việc tăng đường kính của điện cực HV có thể không ngăn chặn sự phóng điện bắt nguồn từ mép của điện cực HV và bỏ qua mẫu thử nghiệm. Trong trường hợp này, giải pháp duy nhất là sử dụng thiết lập thử nghiệm A.

c) Kết thúc của hệ thống bảo vệ chống sét hoặc các phần tử dẫn điện khác bên trong mẫu phải được nâng cao trên mặt đất với khoảng cách lớn hơn 1,5 lần khoảng cách giữa đầu thu sét trên mẫu thử nghiệm và điện cực bên ngoài.

Các điều kiện a) và b) thường được thực hiện bằng cách giữ các kích thước sau:

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

2. Điện cực bên ngoài phải cách ít nhất 1,5 m từ bề mặt gần nhất của mẫu thử nghiệm.

3. Kích thước nhỏ nhất của điện cực bên ngoài phải ít nhất 5 lần chiều dài khoảng cách tối thiểu giữa cánh quạt và mặt đất.

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

D.2.2.4  Đường cong điện áp thử nghiệm

Đường cong điện áp được sử dụng là đường cong điện áp tăng chậm, đạt đến phóng điện đến mẫu trước đĩnh điện áp dự kiến. Đường cong điện áp này được chọn vì nó là đại diện nhất cho trường điện trong vùng lân cận của một cấu trúc trong quá trình kết nối tiên đạo sét ban đầu.

Trong một số trường hợp hiếm hoi, phóng điện có thể xảy ra sau đỉnh của đường cong điện áp. Những thử nghiệm này được coi là hợp lệ và được tính vào đánh giá tổng thể miễn là không xảy ra trong hơn 10% tổng số phóng điện trong toàn bộ chuỗi thử nghiệm. Nhưng nếu một lỗ thủng của cánh quạt đã xảy ra, thử nghiệm sẽ không được coi là thành công, và thử nghiệm cụ thể đó sẽ bị bỏ qua và một thử nghiệm bổ sung có thể được áp dụng.

Các đường cong như vậy có thể được đạt được bằng cách sử dụng điện áp xung chuyển trong IEC 60060-1 với thời gian lên đỉnh là 250 μs ± 50 μs (tức là 250 μs ± 20%) và thời gian giảm xuống một nửa là 2 500 μs ± 1 500 μs (tức là 2 500 μs ± 60%). Vì điện áp được áp dụng dưới dạng tăng đến phóng điện, thời gian giảm của toàn bộ đường cong không phải là mối quan tâm chính.

Một đường cong điện áp thử nghiệm điển hình được thể hiện trên Hình D.7.

Hình D.7 - Điện áp xung chuyển mạch điển hình phát sinh để phóng điện bề mặt (100 μs trên dây bảo vệ chống sét) (100 μs mỗi phần)

Ba thử nghiệm với mỗi điện tích và mỗi hướng của mẫu thử nghiệm so với điện cực đối diện sẽ được áp dụng, cho tổng số phát xạ thử nghiệm là 54.

Dòng điện phóng điện của máy phát HV thường nhỏ hơn 2 000 A, bao gồm hầu hết các dòng tiên đạo sét. Do đó, các hiệu ứng vật lý của dòng điện này sẽ không đại diện cho những hiệu ứng của dòng điện phóng điện mạnh hơn nhiều, hoặc của các dòng điện liên tục, có thể đi theo cùng một đường như tiên đạo sét. Các thử nghiệm để xác định các hiệu ứng của dòng điện phóng điện lên cấu trúc composite của cánh quạt và thiết kế dẫn điện sét sẽ được thực hiện theo Điều D.3.

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 hành vi 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 chung này áp dụng cho cả hai thiết lập thử nghiệm (A và B).

Kiểm tra xác nhận tính năng máy phát:

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

b) Xem xét và thực hiện các quy trình an toàn.

c) Làm sạch mẫu thử bằng kỹ thuật phù hợp để loại bỏ độ ẩm, bụi, mảnh vụn và các chất gây ô nhiễm khác có thể ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm. Kiểm tra cẩn thận mẫu thử để phát hiện bất kỳ vết bẩn nào có thể gây nhầm lẫn với các hiệu ứng của các thử nghiệm, và xác định những vết này để không bị nhầm lẫn với các kết quả thử nghiệm sau.

d) Bọc các cạnh dẫn và cạnh sau của cánh bằng giấy nhôm và nối đất các tấm nhôm này đến hệ thống nối đất ở đầu cánh và đến dây dẫn xuống nơi nó thoát khỏi cánh để thực hiện các thử nghiệm kiểm tra xác nhận hiệu suất máy phát (việc bọc cánh là khuyến cáo nhưng không bắt buộc).

e) Đặt mẫu ở góc tối thiểu so với mặt phẳng ngang trong các thiết lập A và B, và đặt độ phân cực của mẫu thử ban đầu là dương (+), bất kể sử dụng thiết lập thử nghiệm A hay B. Kinh nghiệm cho thấy điều kiện này làm giảm xác suất lỗ thủng của các vật liệu không dẫn điện vì các dòng điện xuất phát từ hệ thống tiếp đất của mẫu thử đi sâu hơn vào khoảng cách không khí trước khi được nối với các dòng đối lập từ điện cực âm.

f) Điều chỉnh cài đặt máy phát để đảm bảo có một hiện tượng phóng điện tại mặt phẳng đang tăng của đường cong cho khoảng cách đã chọn giữa cánh và điện cực bên ngoài và khởi động thử nghiệm lên cánh trong khi đo điện áp áp dụng.

g) Thực hiện một thử nghiệm lên mẫu thử, trong khi đo điện áp áp dụng và chụp bằng chứng hình ảnh về đường đi của hiện tượng phóng điện. Đảm bảo rằng hiện tượng phóng điện xảy ra trên mặt phẳng đang tăng trước đỉnh của đường cong điện áp.

h) Nếu đường cong không đúng hoặc hiện tượng phóng điện không xảy ra trên mặt phẳng đang tăng trước đỉnh của đường cong điện áp, điều chỉnh các thông số của máy phát hoặc khoảng cách không khí giữa mẫu thử và điện cực đối diện nếu cần thiết để đạt được đường cong và hiện tượng phóng điện đã quy định.

i) Khi đường cong nằm trong các dung sai đã mô tả, loại bỏ tấm nhôm dẫn đã áp dụng ở d) và tiến hành chuỗi thử nghiệm thực tế.

Trình tự thử nghiệm:

1. Thực hiện một thử nghiệm lên mẫu thử, trong khi đo điện áp áp dụng và chụp bằng chứng hình ảnh về đường đi của hiện tượng phóng điện. Đảm bảo rằng hiện tượng phóng điện xảy ra trên mặt phẳng đang tăng trước đỉnh của đường cong điện áp.

2. Nếu hiện tượng phóng điện xảy ra trên cấu trúc cánh, ngoài hệ thống nối đất đã dự định, ví dụ, nếu xảy ra lỗ thủng không mong muốn của bề mặt laminate, thực hiện một đánh giá để xác định liệu mẫu thử đã thất bại hay chưa. Nếu nó đã thất bại, thì chuỗi thử nghiệm sẽ bị dừng lại. Hiện tượng phóng điện trên bề mặt cách điện tiếp theo là phóng điện bề mặt đến hệ thống nối đất đã dự định không được coi là một thất bại.

3. Lặp lại bước 1) và 2) cho đến khi đã áp dụng ba thử nghiệm có độ phân cực dương dưới cùng một điều kiện.

4. Chuyển đổi độ phân cực của máy phát cao áp để đảm bảo độ phân cực của mẫu thử là âm so với mặt phẳng đất (thiết lập thử nghiệm A) hoặc điện cực bên ngoài (thiết lập thử nghiệm B).

5. Lặp lại bước 1) và 2) cho đến khi đã áp dụng ba thử nghiệm có độ phân cực âm dưới cùng một điều kiện.

6. Đặt lại vị trí mẫu thử (thiết lập thử nghiệm A) hoặc điện cực bên ngoài (thiết lập thử nghiệm B) theo yêu cầu của quy trình thử nghiệm.

7. Lặp lại bước 1) đến 5) cho đến khi tất cả các tổ hợp của hướng cánh và độ phân cực đã được thử nghiệm với tổng số 54 lần phóng điện như yêu cầu của quy trình thử nghiệm.

CHÚ THÍCH  Thỉnh thoảng, sẽ có một trường hợp chịu đựng mà không xảy ra hiện tượng phóng điện, đặc biệt khi cánh được nạp điện với độ phân cực âm. Khi điều này xảy ra, một thử nghiệm bổ sung sẽ được thực hiện để đảm bảo 54 lần phóng điện hợp lệ được tài liệu hóa bằng hình ảnh của mỗi hiện tượng phóng điện.

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.2.2.8  Tiêu chí đạt/không đạt

Để vượt qua thử nghiệm kết nối đầu tiên đạo sét ban đầu, tất cả 54 lần phóng điện phải gắn vào hệ thống nối đất đã được thiết kế để tiếp nhận sét (các bộ nối đất riêng lẻ, lớp phủ dẫn điện, lưới kim loại, v.v.), được tài liệu hóa bằng hình ảnh của 54 hiện tượng phóng điện riêng biệt. Không cho phép có lỗ thủng qua các cấu trúc cách điện của cánh, các phóng điện gây rối gắn ngoài các điểm nối đất được coi là một thất bại.

Tất cả 54 hiện tượng phóng điện phải xuất hiện dưới dạng phóng điện trong không khí hoặc dọc theo bề mặt bên ngoài của cánh từ các điểm nối đất đã dự định trên cánh đến mặt đất xa (thiết lập thử nghiệm A) hoặc điện cực bên ngoài (thiết lập thử nghiệm B).

Sau thử nghiệm kết nối đầu tiên đạo sét HV ban đầu, các khu vực đã chịu sự kết nối trực tiếp sẽ phải trải qua thử nghiệm kết nối cú sét tiếp theo theo quy định tại D.2.3 và thử nghiệm kiểm tra xác nhận dòng điện cao theo Điều D.3 nhằm xác định khả năng thiết kế để xử lý dòng điện sét.

D.2.3  Thử nghiệm kết nối cú sét tiếp theo

D.2.3.1  Mục đích thử nghiệm

Sau thử nghiệm kết nối đầu tiên đạo sét HV ban đầu theo quy định tại D.2.2, các khu vực đã chịu sự kết nối trực tiếp sẽ phải trải qua thử nghiệm kết nối cú sét tiếp theo theo quy định tại D.2.3 và thử nghiệm kiểm tra xác nhận dòng điện cao theo Điều D.3 nhằm xác định khả năng thiết kế để xử lý dòng điện sét.

Mục đích của thử nghiệm này được mô tả như sau:

1. Trong cả hai trường hợp sét khởi phát từ trên xuống và sét khởi phát từ dưới lên, khi việc tiếp nhận đầu tiên của tia sét xảy ra đúng tại điểm nối đất đã dự định, lần sét đầu tiên của tia sét đi xuống hoặc dòng điện liên tục ban đầu (ICC) của tia sét đi lên có thể đi kèm với một khoảng tối, và sau đó là sự kết nối lại của đầu điện dẫn vào hệ thống nối đất. Mục đích của thử nghiệm là để chứng minh rằng sự phá vỡ giữa đầu điện dẫn và hệ thống nối đất diễn ra dưới dạng phóng điện bề mặt, thay vì là lỗ thủng của vỏ cánh.

2. Kinh nghiệm đã cho thấy rằng các cơ sở nối đất cách điện không đủ hoặc các lắp đặt khác kết hợp với các điểm nối đất có thể dẫn đến lỗ thủng và thiệt hại nghiêm trọng tại hiện trường. Thử nghiệm này sẽ điều tra thiết kế cho những khiếm khuyết như vậy, và nếu thử nghiệm được vượt qua, khả năng xảy ra thất bại tại tại hiện trường sẽ được giảm thiểu.

Trong tất cả các trường hợp, thử nghiệm sẽ xác định xem trường cần thiết để hình thành phóng điện gần các điểm nối đất (các bộ nối đất bên và đầu cánh) có gây ra hiện tượng phóng điện xảy ra trên bề mặt bên ngoài của cánh hoặc tạo lỗ thủng trên cánh và phóng điện dọc theo bề mặt bên trong hay không.

Thử nghiệm này áp dụng cho các bề mặt của cánh tuabin gió gần các hệ thống nối đất.

D.2.3.2  Mẫu thử

Mẫu thử nên là một phần cánh theo tỷ lệ đầy đủ, ví dụ như đầu cánh hoặc bề mặt khác có chứa một điểm kết nối sét có khả năng xảy ra, một bộ thu sét hoặc thiết bị bảo vệ khác.

Các mẫu thử điển hình có thể là đoạn đầu cánh được sử dụng cho các thử nghiệm kết nối tiên đạo sét ban đầu tại D.2.2.3, thiết lập A hoặc B, hoặc một mẫu thử khác đại diện cho cấu trúc gần một điểm kết nối sét có khả năng xảy ra, hệ thống nối đất hoặc tương tự. Một ví dụ có thể là một đoạn cánh dài 2 m cắt từ một mẫu cánh dài hơn. Mọi hoàn thiện bề mặt, bao gồm chất trám bề mặt hoặc sơn, nên được cung cấp để đảm bảo đặc tính phóng điện bề mặt thực tế.

D.2.3.3  Thiết lập thử nghiệm

Thiết lập thử nghiệm như sau:

• Tổng quan về cách sắp xếp thử nghiệm điển hình, cho thấy hình cắt ngang của mẫu thử và vị trí điện cực thử nghiệm điển hình, được minh họa trên Hình D.8. Các thử nghiệm được thực hiện với một hoặc nhiều vị trí điện cực, đại diện cho các hướng có thể của việc quét tiên đạo sét như trên Hình D.11.

• Đỡ mẫu thử ở trên mặt đất với khoảng cách ít nhất 1,5 lần khoảng cách phóng điện tối thiểu như được mô tả trong IEC 60060-1:2010, 4.2.

• Các bộ thu sét, dây dẫn sét xuống và bất kỳ thành phần dẫn điện nào khác gắn liền với hệ thống bảo vệ chống sét của cánh như một phần của thiết kế nên ở điện thế mặt đất.

• Đấu nối đầu ra của máy phát HV với điện cực điện áp cao. Điện cực phải có hình cầu với bán kính 50 mm ± 5 mm. Bề mặt của điện cực HV phải được đặt cách bề mặt mẫu thử 50 mm ± 5 mm để thể hiện điện áp được áp dụng bởi một kênh sét quét qua bề mặt của mẫu thử. Ngược lại, hệ thống bảo vệ chống sét của cánh có thể được kết nối với máy phát HV và điện cực hình cầu có thể được nối đất.

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

Hình D.8 - Bố trí thử nghiệm kết nối cú sét tiếp theo

D.2.3.4  Dạng sóng điện áp thử nghiệm

Trường điện liên quan đến một kênh quét cho các cú sét từ trên xuống và tái kết nối của dòng tiên đạo nhanh tạo ra các trường điện tăng nhanh, được đại diện chính xác hơn bởi dạng sóng điện áp xung sét được định nghĩa trong IEC 60060-1. Dạng sóng điện áp xung sét đầy đủ có thời gian tăng T₁ là 1,2 μs và thời gian giảm đến nửa giá trị T₂ là 50 μs như được xác định trong IEC 60060-1 và minh họa trên Hình D.9.

Dạng sóng này được áp dụng với điện áp đỉnh ảo cao hơn phóng điện bề mặt yêu cầu đến đầu nối không khí sao cho phóng điện bề mặt xuất hiện trên đầu sóng như minh họa trên Hình D.10.

Hình này được điều chỉnh từ IEC 60060-1.

Hình D.9 - Dạng sóng điện áp xung sét

Hình này được điều chỉnh từ IEC 60060-1.

Hình D.10 - Điện áp xung sét bị cắt ở đầu sóng

Hiện tượng phóng điện bề mặt phía trước của sóng được minh họa trên Hình D.10 đại diện cho kết quả của tốc độ tăng của dòng sét (dl/dt) nhân với độ tự cảm của dòng tiên đạo sét hoặc kênh cho cú sét từ trên xuống hoặc trường liên quan đến tái kết nối của dòng tiên đạo nhanh sau cú sét hồi đầu tiên.

CHÚ THÍCH: Đối với khoảng không khí dài hơn 0,5 m, chấp nhận rằng hiện tượng phóng điện xảy ra muộn hơn đỉnh của dạng sóng 1,2/50 μs.

D.2.3.5  Đo và ghi dữ liệu

Những thông tin đo lường và ghi dữ liệu cần được thực hiện bao gồm:

• Chụp ảnh và ghi mô tả về từng bố trí thử nghiệm và vị trí điện cực.

• Ghi lại hình ảnh từ các thử nghiệm, với camera cung cấp góc nhìn toàn diện 360° của mẫu thử. Một camera nên có khả năng phân tích nhanh các kết quả thử nghiệm ngay lập tức để phát hiện kịp thời bất kỳ lỗ thủng nào. Một camera khác có thể hữu ích trong việc giám sát các hoạt động bên trong của dòng tiên đạo hoặc tiên đạo trong mẫu cánh quạt trong suốt quá trình thử nghiệm.

• Chụp ảnh tại các điểm xảy ra lỗ thủng hoặc các hiện tượng đáng chú ý khác.

• Ghi lại thông tin môi trường trong phòng thí nghiệm như nhiệt độ, áp suất và độ ẩm, cũng như thời gian, nhân sự thực hiện, và vị trí thử nghiệm.

• Ghi nhận bất kỳ sự khác biệt nào so với quy trình thử nghiệm ban đầu.

• Ghi lại kết quả thử nghiệm, bao gồm cực tính của điện áp, biên độ và dạng sóng (với thời gian tăng và thời lượng của sóng).

D.2.3.6  Quy trình thử nghiệm

Quy trình thử nghiệm thực hiện theo các bước sau:

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

b) Kiểm tra và thực hiện các biện pháp an toàn.

c) Kiểm tra mẫu thử để phát hiện bất kỳ vết khiếm khuyết nào, nhằm tránh nhầm lẫn với kết quả của các thí nghiệm tiếp theo. d) Hiệu chuẩn thiết bị phát và các công cụ đo lường để đảm bảo rằng dạng sóng và điện áp đỉnh đều đúng với yêu cầu.

e) Làm sạch mẫu thử bằng phương pháp thích hợp để loại bỏ bụi và các tạp chất khác có thể làm ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

f) Áp dụng điện áp để gây phóng điện lên mẫu thử, đồng thời ghi lại điện áp đã áp dụng và chụp ảnh hiện tượng phóng điện xảy ra.

g) Kiểm tra mẫu thử, ghi nhận kết quả và đánh dấu vị trí của bất kỳ lỗ thủng hoặc hiệu ứng nào trên mẫu thử.

h) Nếu phát hiện lỗ thủng, thực hiện đánh giá để xác định mẫu thử có thất bại hay không. Nếu mẫu được coi là thất bại, quy trình thử nghiệm có thể phải dừng lại.

i) Lặp lại các bước f) đến h) ba lần cho mỗi cực tính, với các vị trí điện cực như trên Hình D.11.

j) Với các thiết kế hệ thống tiếp đất đầu nhận sét khác như lưới kim loại hoặc cấu trúc sợi carbon, chúng phải được thử nghiệm theo các vị trí điện cực xấu nhất mà nhà sản xuất xác định, và thực hiện ba lần phóng điện cho mỗi cực tính.

Hình D.11 - Vị trí điện cực HV cho thử nghiệm kết nối sét tiếp theo

D.2.3.7  Diễn giải dữ liệu

Các mẫu thử nghiệm cần phải trải qua một quá trình đánh giá kỹ lưỡng sau thử nghiệm để xác định xem thiết kế có đáp ứng được các tiêu chí đạt hay không. Việc này giúp đánh giá sự phù hợp của thiết kế với các tiêu chí quy định.

D.2.3.8  Tiêu chí đạt/không đạt

Để vượt qua thử nghiệm phóng điện liên tiếp, không được xảy ra bất kỳ lỗ thủng nào xuyên qua các cấu trúc cách điện của cánh quạt. Tất cả các hiện tượng phóng điện phải diễn ra dưới dạng phóng điện qua bề mặt hoặc trong không khí phía trên bề mặt, từ điện cực thử nghiệm đến các đầu nhận sét đã được thiết kế trên cánh quạt.

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

Sau khi thực hiện thử nghiệm giai đoạn đầu hình thành kênh dẫn sét (HV initial leader attachment) theo D.2.2, các khu vực bị tác động bởi điểm tiếp xúc trực tiếp của sét sẽ tiếp tục trải qua thử nghiệm tiếp xúc dòng sét chính theo D.2.3 và thử nghiệm xác minh dòng điện cao theo Điều D.3 nhằm xác định khả năng thiết kế chịu đựng được dòng sét.

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, các phụ kiện và bộ nối trên đường dẫn dòng điện sét gần điểm gắn.

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;

• Tính năng của các dải chia dòng dạng phân đoạn và dạng đặc;

• Sự thích hợp của các vật liệu và thiết bị bảo vệ;

• Ảnh hưởng của lực từ;

• Các hiệu ứng sóng nổ và sóng xung kích;

• Đáp ứng của các mối ghép và các bộ phận lắp ráp phần cứng;

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  Thiết lập thử nghiệm

Quá trình thiết lập thử nghiệm được tiến hành như sau:

• Đặt mẫu thử vào một giá đỡ vững chắc, đảm bảo khoảng cách đến các bề mặt dẫn điện khác ít nhất là 1,5 lần khoảng cách phóng điện tối thiểu, như được nêu trong IEC 60060-1:2010, 4.2. Trong trường hợp có kim loại nóng chảy đọng lại trên cánh quạt gây nguy cơ cháy, mẫu thử có thể cần đặt theo chiều dọc.

• Kết nối hệ thống hồi của máy phát điện để dẫn dòng sét ra khỏi mẫu thử, mô phỏng hiện tượng cánh quạt hoặc tổ máy bị sét đánh. Đảm bảo rằng lực từ và các tương tác dòng điện được kiểm soát để mô phỏng tình huống thực tế mà không ảnh hưởng sai lệch đến kết quả thử nghiệm.

• Điện cực thử nghiệm cần đặt cách bề mặt mẫu thử 50 mm tại khu vực cần kiểm tra. Đối với hầu hết các thử nghiệm nhập cung điện, sử dụng điện cực "phân tán tia" hoặc điện cực tungsten để hạn chế vật liệu điện cực lắng đọng lên bề mặt mẫu. Loại điện cực này đại diện tốt cho hiệu ứng sóng xung của sét mà không làm thay đổi bề mặt mẫu một cách không thực tế. Điểm phóng điện phải cách ít nhất 50 mm từ mép đầu thu sét về phía cạnh sau, nhằm mô phỏng những điểm dễ bị mài mòn nhất.

• Trong trường hợp mẫu thử nhạy với cực tính, điện cực thử nghiệm cần được đặt ở cực âm (cực tính của mẫu dương) để gây ra thiệt hại lớn nhất, do gốc cung điện tập trung tại cực dương.

• Sử dụng dây kim loại mảnh có đường kính không quá 0,5 mm để dẫn cung điện đến điểm mong muốn trên mẫu thử, đặc biệt khi bộ phận dẫn điện nằm dưới lớp cách điện mỏng. Một lỗ nhỏ có đường kính không quá 2 mm có thể được khoan qua lớp cách điện mà không ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

• Thử nghiệm đầu vào Arc dẫn điện được thực hiện ở phía cạnh sau của hệ thống thu sét (treo trong vùng),

• Thiết bị cảm biến cần được thiết lập để ghi lại toàn bộ quá trình.

Sự lệch ngang của điện cực so với đầu thu sét giúp kiểm tra xác nhận hiệu ứng sóng xung từ kênh sét.

Hình D.12 - Bố trí thử nghiệm dòng điện cao cho thử nghiệm hồ quang đầu vào

D.3.2.4  Dạng sóng dòng điện thử nghiệm

Dòng điện cần thử nghiệm bao gồm cả củ sét ngắn và cú sét dài, với các biên độ, mức độ điện tích, và năng lượng đặc trưng đã được quy định trong Bảng A.1 cho LPL I Zone OA1. Các mức thử nghiệm này được điều chỉnh dựa trên điều kiện thực tế của cấu trúc (như phần cánh quạt), với mức tiếp xúc và điểm tiếp xúc cụ thể. Hai thành phần dòng điện này có thể được áp dụng cùng lúc trong một lần phóng điện, nếu điều kiện cho phép, hoặc có thể được thực hiện qua các lần phóng điện riêng lẻ như đề xuất trong Bảng A.3. Các thông số của dòng điện thử nghiệm được trình bày trong Bảng D.1 và D.2.

Việc cung cấp các thông số dòng điện trong phạm vi dung sai (-10 % / +10 % đối với I, -10 % / +45 % đối với W/R và -20 % / +20 % đối với Qflash) có thể được thực hiện bằng cách sử dụng dòng điện giảm dần theo hàm mũ với T2 khoảng 350 μs, hoặc một xung dòng điện dao động với năng lượng đặc trưng tương tự, kèm theo dòng điện liên tục để bổ sung lượng điện tích còn lại. Thành phần DC sẽ cung cấp phần điện tích còn lại, với dòng điện đỉnh nằm trong khoảng từ 200 A đến 1 200 A (-10 % / +10 %), và thời gian phóng điện là 0,5 giây với dung sai -10 % / +10 %. Điều này đảm bảo lượng điện tích được tiêm theo yêu cầu, phù hợp với TCVN 9888-1 (IEC 62305-1).

D.3.2.5  Đo lường và ghi lại dữ liệu

Các bước đo lường và ghi lại dữ liệu cần được tiến hành bao gồm:

• Chụp ảnh và mô tả chi tiết về cách thiết lập thử nghiệm.

• Chụp ảnh mẫu thử trước, trong và sau mỗi lần thử nghiệm. Có thể sử dụng máy quay hồng ngoại để xác định các vùng điểm nóng trong quá trình thử nghiệm.

• Chụp ảnh và mô tả các hư hại xảy ra trên mẫu thử nghiệm.

• Ghi lại các thông số môi trường trong phòng thí nghiệm như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, ngày tiến hành thử nghiệm, nhân viên thực hiện và chứng kiến thử nghiệm, và địa điểm thử nghiệm.

• Ghi lại bất kỳ sai lệch nào trong quá trình thử nghiệm so với quy trình chuẩn.

• Ghi lại kết quả của từng thử nghiệm bao gồm các thông số về cực tính, biên độ dòng điện, dạng sóng (thời gian đỉnh và thời gian kéo dài), năng lượng đặc trưng và quá trình truyền điện tích tại các điểm thử nghiệm liên quan.

Hình D.13 - Điện cực thử nghiệm kiểu phân tán tia điển hình

D.3.2.6 Quy trình thử nghiệm

Quy trình thử nghiệm bao gồm các bước sau:

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

b) Xem xét và thực hiện các quy trình an toàn.

c) Hiệu chuẩn máy phát và các thiết bị đo lường như sau:

1. Chèn một thanh dẫn điện hoặc tấm dẫn điện thay thế cho mẫu thử, với các thuộc tính vật liệu tương tự như mẫu thử.

2. Kết nối thanh hoặc tấm với dòng điện trở về của máy phát thử nghiệm.

3. Khởi động thử nghiệm đối với thanh dẫn và đo dạng sóng dòng điện áp dụng.

4. Nếu mức dòng điện hoặc dạng sóng không nằm trong giới hạn dung sai (I (-10 % / +10 %), W/R (-10 % / +45 %) và Q_flash(-20 % / +20 %)), điều chỉnh các thông số của máy phát.

5. Lặp lại bước 3) và 4) cho đến khi đạt được dạng sóng yêu cầu.

6. Tháo thanh hoặc tấm và lắp mẫu thử.

d) Áp dụng thử nghiệm lên mẫu thử.

e) Kiểm tra mẫu thử và ghi lại kết quả.

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

Để chứng minh sự tuân thủ với LPL I, các xung dòng điện sau đây sẽ được áp dụng cho hệ thống trong bước d). Tùy thuộc vào đánh giá mức phơi nhiễm sét cụ thể, xung của cú sét hồi đầu tiên (thử nghiệm 1-3) được điều chỉnh theo biên độ. Kế hoạch kiểm tra xác nhận sẽ bao gồm lý do cho việc điều chỉnh xung của cú sét hồi đầu tiên sử dụng các thông số như dòng điện đỉnh, năng lượng đặc trưng và mức độ điện tích. Lượng điện tích trong xung dòng điện cú sét dài là không đổi dọc theo chiều dài của cánh quạt, và nhà sản xuất sẽ phải chỉ rõ các tiêu chí đạt/không đạt liên quan đến tuổi thọ dự kiến và chu kỳ bảo trì của thành phần.

Ba xung đầu tiên (thử nghiệm 1-3 trong Bảng D.1) sẽ được sử dụng để xác định tính đầy đủ của thiết kế liên quan đến LPL đã chọn (tiêu chí đạt/không đạt), trong khi các xung tiếp theo (thử nghiệm 4-6 trong Bảng D.1) sẽ đặc trưng hóa sự hao mòn do lượng điện tích của cú sét dài.

Một xung dòng điện có đủ cường độ để kích hoạt cột hồ quang sẽ được sử dụng để tạo ra hồ quang cần thiết trong khoảng cách thử nghiệm trước cú sét dài trong thử nghiệm 4-6.

Bảng D.1 - Thông số dòng điện thử nghiệm tương ứng với LPL I

Thử nghiệm Id	Dòng điện đỉnh	Năng lượng cụ thể	Điện tích cho mỗi thử nghiệm
	[KA]	[MJ/Ω]	[C]
1-3 (3 thử nghiệm)	200	10	100
4-6 (3 thử nghiệm)		-	200
Lượng điện tích tích lũy			900
CHÚ THÍCH: Các tham số thử nghiệm được áp dụng với các dung sai theo TCVN 9888-1 (IEC 62305-1), I (-10 %/+10 %), W/R (-10 %/+45 %)và Qflash(-20 %/+20 %)

Do hiện tượng ăn mòn bề mặt của các hệ thống thu sét do lượng điện tích dẫn truyền, hư hại là tích lũy. Điều này có nghĩa là lượng điện tích tích lũy trong quá trình thử nghiệm sẽ giúp xác định khoảng thời gian kiểm tra/tần suất thay thế, miễn là lượng điện tích tổng cộng được áp dụng là thực tế. Đối với các đầu thu sét bên trong cánh quạt, dòng điện đỉnh và năng lượng đặc trưng nên được điều chỉnh phù hợp với mức phơi nhiễm sét được quy định trong 8.2.2. Tuy nhiên, các mức điện tích vẫn được giữ nguyên, do đó ngay cả các đầu thu sét phía trong phần đầu cánh quạt cũng phải được thử nghiệm với các mức điện tích như đã quy định trong Bảng D.1.

Đối với các thiết kế sử dụng nhiều đầu thu sét, tất cả các đầu thu sét đều phải được thử nghiệm đầy đủ. Nếu một thiết kế cánh quạt bao gồm nhiều đầu thu sét được chế tạo tương tự, chỉ cần thử nghiệm một mẫu đại diện của mỗi loại như một phần của thử nghiệm kiểu này.

Ngoài ra, đối với các địa điểm có phơi nhiễm sét vào mùa đông, các xung sau đây (thử nghiệm 7-X trong Bảng D.2, X là tối thiểu 9 [3 thử nghiệm bổ sung] cho một thành phần bảo vệ riêng lẻ) sẽ được sử dụng để đặc trưng hóa sự hao mòn của các điểm thu sét gần đầu cánh quạt nhất do lượng điện tích của cú sét dài trong sét mùa đông. Thành phần này có thể cần được thay thế sau một số thử nghiệm trong Bảng D.2 (tức là được phép ngắt thử nghiệm sau tối thiểu 9 lần và thay thế các thành phần bị hư hại sau bất kỳ thử nghiệm nào từ 10-X, miễn là được ghi đầy đủ trong báo cáo thử nghiệm), và nhà sản xuất sẽ điều chỉnh mức độ hao mòn của hệ thống bảo vệ chống sét (LPS) phát hiện trong quá trình thử nghiệm với mức độ phơi nhiễm dự kiến tại địa điểm cụ thể đó, và sử dụng thông tin này để điều chỉnh chu kỳ bảo trì cho địa điểm đó.

Một xung dòng điện có đủ cường độ để kích hoạt cột hồ quang sẽ được sử dụng để tạo ra hồ quang cần thiết trong khoảng cách thử nghiệm trước cú sét dài.

Bảng D.2 - Thông số dòng điện thử nghiệm cho phơi nhiễm sét mùa đông (thời gian tối đa 1 s)

Thử nghiệm Id	Dòng điện đỉnh	Năng lượng cụ thể	Điện tích cho mỗi thử nghiệm
	[kA]	[MJ/Ω]	[C]
7-X (X ≥ 9)	-	-	600
Lượng điện tích tích lũy (sét mùa đông)			Tối thiểu 3 lần 600
CHÚ THÍCH: Các tham số thử nghiệm được áp dụng với các dung sai theo TCVN 9888-1 (IEC 62305-1), I (-10 %/+10 %), W/R (-10 %/+45 %)và Qflash(-20 %/+20 %)

D.3.2.7 Diễn giải dữ liệu

Các mẫu thử nghiệm cần trải qua quá trình đánh giá kỹ lưỡng sau khi thử nghiệm nhằm xác định mức độ phù hợp của thiết kế với các tiêu chí đạt/không đạt. Đối với các hệ thống thu sét, tiêu chí này nên bao gồm các yếu tố như tiếng ồn phát sinh từ sự ăn mòn bề mặt và tính dễ dàng khi thay thế.

D.3.2.8  Tiêu chí đạt/không đạt

Để đạt thử nghiệm hồ quang, nhà sản xuất phải xác định mức phơi nhiễm dự kiến của các bộ phận tuabin, căn chỉnh chu kỳ bảo trì dự kiến với kết quả thử nghiệm, và đảm bảo rằng các bộ phận bị hao mòn có thể được thay thế một cách an toàn và theo kế hoạch khi kết thúc vòng đời của chúng.

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.

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 nghiệm

Mẫu thử nghiệm nên là một sản phẩm sản xuất thực tế với kích thước đầy đủ, ví dụ như các đoạn hoặc phân đoạn của dây dẫn sét hoặc các cấu trúc dẫn điện, được lắp đặt theo cách đại diện. Việc lắp đặt này có thể bao gồm các bề mặt tiếp giáp giữa các phần kết cấu (như kết cấu CFRP), các mối dán bằng keo, các mối ghép bắt vít, ổ trục hoặc chổi than. Mẫu kết cấu cần có kích thước đủ lớn để đảm bảo mô phỏng phân bố dòng sét một cách đại diện.

Các thành phần kết nối bên trong cánh quạt có thể được thử nghiệm mà không cần lắp đặt hoàn chỉnh vào lớp vỏ cánh. Điều này cho phép đánh giá toàn diện tính năng của chúng trong và sau quá trình thử nghiệm.

D.3.3.3  Bố trí thử nghiệm

Bố trí thử nghiệm như sau:

• Lắp mẫu thử nghiệm vào một giá đỡ sao cho mẫu được nâng lên cách các bề mặt dẫn điện khác một khoảng tối thiểu bằng 1,5 lần khoảng cách phóng điện bề mặt tối thiểu, theo quy định tại IEC 60060-1:2010, mục 4.2, để tránh ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

• Kết nối đầu ra và đầu nối về của máy phát dòng điện vào mẫu thử để dòng điện thử nghiệm đi qua mẫu theo cách mô phỏng thực tế khi cánh hoặc cấu trúc khác bị sét đánh. Cực tính của máy phát thường không quan trọng. Cần đảm bảo rằng lực từ và các tương tác khác liên quan đến dòng điện bên trong mẫu thử được kiểm soát để mô phỏng đúng tình huống tự nhiên. Hình D.14 minh họa một bố trí điển hình.

• Bố trí thiết bị đo và thiết bị ghi dữ liệu.

CHÚ THÍCH: Một bố trí bán đồng trục của các dây dẫn và mẫu thử nghiệm có thể được sử dụng để giảm thiểu lực từ do dòng điện trong các dây dẫn đưa dòng điện đến và từ mẫu, và để đạt được phân phối dòng điện thực tế qua mẫu. Hình D.14 mô tả bố trí điển hình khi thử nghiệm một phần của cánh quạt gió. Đo lường điện áp cảm ứng vào hệ thống dây điện có thể được cài đặt bên trong cánh quạt cũng có thể được thực hiện trong quá trình thử nghiệm dòng điện dẫn, như mô tả trong Điều 8.

D.3.3.4  Dạng sóng dòng điện thử nghiệm

Dòng điện thử nghiệm được áp dụng bao gồm xung ngắn đầu tiên, với các mức biên độ, điện tích và năng lượng riêng như mong đợi đối với môi trường sét được nhà sản xuất xác định cho cấu trúc cụ thể. Các thông số quan trọng của dòng điện thử nghiệm này được trình bày trong Bảng D.3 và Bảng D.4.

Dòng điện thử nghiệm cụ thể được áp dụng sẽ được xác định theo mức bảo vệ đã được gán cho phần cấu trúc tuabin gió đang được thử nghiệm. Biên độ dòng điện thử nghiệm được áp dụng cho các mẫu chỉ đại diện cho một phần của đường dẫn điện qua cấu trúc (ví dụ: hai dây dẫn sét song song trong cánh quạt, các thành phần cấu trúc CFRP song song với dây dẫn sét, v.v.) cần được điều chỉnh theo mức phơi nhiễm sét như được mô tả trong 8.2.2 đối với cánh quạt. Nhà sản xuất phải xác định các thông số của dòng điện thử nghiệm ảnh hưởng đến từng đường dẫn dòng điện và từng giao diện của cấu trúc.

Thường thì cường độ dòng điện này sẽ tăng lên đến 50% để bù cho sự mất cân bằng có thể có trong phân phối dòng điện qua mặt cắt ngang của cấu trúc.

Một phân tích chi tiết về sự phân bố dòng điện và các thành phần dòng điện liên quan trong các đường dẫn khác nhau của kết cấu có thể cho thấy rằng các tham số dạng sóng không tỷ lệ tuyến tính với biên độ đỉnh của dòng điện. Trong quy định kỹ thuật về thử nghiệm, các lập luận cho việc tỷ lệ hóa tham số dòng điện phải được xác định.

D.3.3.5  Đo lường và ghi dữ liệu

Các phép đo và ghi dữ liệu cần thực hiện bao gồm:

• Chụp ảnh và mô tả quá trình cài đặt thử nghiệm.

• Chụp ảnh các điểm phóng điện.

• Chụp ảnh mẫu thử nghiệm trước, trong và sau mỗi thử nghiệm. Việc sử dụng camera hồng ngoại để xác định các khu vực điểm nóng trong quá trình thử nghiệm có thể giúp ích.

• Chụp ảnh và mô tả các hư hại xảy ra trên mẫu thử.

• Ghi lại các điều kiện môi trường của phòng thí nghiệm (ví dụ như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm), ngày thực hiện thử nghiệm, nhân viên tham gia và chứng kiến thử nghiệm, cũng như địa điểm thử nghiệm.

• Ghi lại bất kỳ sự sai lệch nào so với quy trình thử nghiệm tiêu chuẩn.

• Ghi lại các kết quả của mỗi thử nghiệm, bao gồm cực tính, biên độ dòng điện, dạng sóng (hiển thị thời gian đầu và thời gian kéo dài), năng lượng riêng và lượng điện tích được chuyển giao tại các điểm thử nghiệm liên quan.

Hình D.14 - Ví dụ về bố trí cho thử nghiệm dòng điện dẫn

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.

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

1. Tháo dòng điện cao và hồi của máy phát khỏi mẫu thử và kết nối chúng với một thanh dẫn điện gần hoặc thay thế mẫu thử. Thanh này nên có các đặc tính vật liệu tương tự như mẫu thử.

2. Thực hiện một thử nghiệm lên thanh dẫn điện đồng thời đo dạng sóng dòng điện được áp dụng.

3. Nếu mức dòng điện hoặc dạng sóng không nằm trong các dung sai (I (-10 %/+10 %), W/R (-10 %/+45 %) và Qflash (-20 %/+20 %)), điều chỉnh các thông số của máy phát.

4. Lặp lại bước 2) và 3) khi cần thiết để đạt được các dạng sóng yêu cầu.

5. Tháo thanh dẫn điện và lắp lại máy phát vào mẫu thử.

d) Làm sạch mẫu thử bằng kỹ thuật phù hợp để loại bỏ bụi, mảnh vụn và các chất gây ô nhiễm khác có thể ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

e) Đo điện trở nối tiếp của mẫu thử, với các tiêu chí đạt/không đạt.

f) Thực hiện một thử nghiệm lên mẫu thử.

g) Kiểm tra mẫu thử và ghi lại kết quả.

h) Lặp lại bước f) và g) để thực hiện các thử nghiệm bổ sung theo kế hoạch thử nghiệm.

Để chứng minh sự tuân thủ với LPL I, các xung dòng điện sau đây cần được áp dụng cho hệ thống trong bước f). Tùy theo đánh giá phơi nhiễm sét cụ thể, xung dòng điện lần đầu tiên (thử nghiệm 1-3) được điều chỉnh theo biên độ.

Kế hoạch xác nhận cần bao gồm lý do cho việc điều chỉnh xung dòng điện đầu tiên về mặt dòng điện đỉnh, năng lượng riêng và các mức điện tích. Hàm lượng điện tích trong xung dòng điện dài là không đổi trên toàn bộ chiều dài của cánh quạt, và nhà sản xuất cần đưa ra các tiêu chí đạt/không đạt liên quan đến tuổi thọ dự kiến và chu kỳ bảo dưỡng của bộ phận được xem xét.

Đối với các bộ phận kết nối cố định (đầu cáp, mối nối bu-lông và các phần không di chuyển khác), trình tự thử nghiệm trong Bảng D.3 sẽ được sử dụng. Ba xung (thử nghiệm 1-3 trong Bảng D.3) sẽ được sử dụng để xác định sự đầy đủ của thiết kế liên quan đến LPL đã chọn (tiêu chí đạt/không đạt).

Bảng D.3 - Các thông số dòng điện thử nghiệm tương ứng với LPL I

Thử nghiệm Id	Dòng điện đỉnh	Năng lượng cụ thể	Điện tích cho mỗi thử nghiệm
	[kA]	[MJ/Ω]	[C]
1-3 (3 thử nghiệm)	200	10	100
CHÚ THÍCH: Các tham số thử nghiệm được áp dụng với các dung sai theo TCVN 9888-1 (IEC 62305-1), I (-10 %/+10 %), W/R (-10 %/+45 %) và Qflash(-20 %/+20 %)

Đối với các đường dẫn linh hoạt (khe hở tia lửa, tiếp xúc trượt, chổi than, ổ trục, v.v.), sự ăn mòn gốc hồ quang do tác động của điện tích trong xung dòng điện dài cũng cần được xem xét, và trình tự thử nghiệm trong Bảng D.4 sẽ được sử dụng. Hàm lượng điện tích trong xung dòng điện dài là không đổi trên toàn bộ chiều dài của cánh quạt, và nhà sản xuất cần đưa ra các tiêu chí đạt/không đạt liên quan đến tuổi thọ dự kiến và chu kỳ bảo dưỡng của bộ phận được xem xét.

Bảng D.4 - Các thông số dòng điện thử nghiệm tương ứng với LPL I

(cho các đường dẫn linh hoạt)

Thử nghiệm Id	Dòng điện đỉnh	Năng lượng cụ thể	Điện tích cho mỗi thử nghiệm
	[KA]	[MJ/Ω]	[C]
1-3 (3 thử nghiệm)	200	10	100
4-6 (3 thử nghiệm)		-	200
Lượng điện tích tích lũy			900
CHÚ THÍCH: Các tham số thử nghiệm được áp dụng với các dung sai theo TCVN 9888-1 (IEC 62305-1), I (-10 %/+10 %), W/R (-10 %/+45 %)và Qflash(-20 %/+20 %)

Với việc xem xét sự ăn mòn của khe hở tia lửa, tiếp xúc trượt, chổi than, ổ trục, v.v. do dòng điện dẫn, thiệt hại là tích lũy. Điều này có nghĩa là lượng điện tích tích lũy trong suốt quá trình thử nghiệm sẽ giúp xác định khoảng thời gian/chu kỳ kiểm tra thay thế, miễn là áp dụng một lượng điện tích tổng thực tế.

Ngoài ra, đối với các địa điểm phơi nhiễm sét vào mùa đông, các xung sau (thử nghiệm 7-X trong Bảng D.5, X là tối thiểu 9 [thêm 3 thử nghiệm cho một thành phần bảo vệ cá nhân]) sẽ được sử dụng để đặc trưng sự mòn của khe hở tia lửa, tiếp xúc trượt, chổi than, ổ trục, v.v. Thành phần có thể cần thay thế sau một số thử nghiệm trong Bảng D.5 (tức là được phép dừng thử nghiệm và thay thế các bộ phận đã bị mòn sau bất kỳ thử nghiệm nào từ 7-X miễn là nó được ghi lại đầy đủ trong báo cáo thử nghiệm), và nhà sản xuất sau đó cần điều chỉnh sự mòn của Hệ thống chống sét (LPS) phát hiện trong quá trình thử nghiệm với mức phơi nhiễm dự kiến tại địa điểm cụ thể, và sử dụng thông tin này để điều chỉnh chu kỳ bảo dưỡng cho địa điểm cụ thể đó.

Bảng D.5 - Các thông số dòng điện thử nghiệm cho phơi nhiễm sét mùa đông (thời gian tối đa 1 s)

Thử nghiệm Id	Dòng điện đỉnh	Năng lượng cụ thể	Điện tích cho mỗi thử nghiệm
	[kA]	[MJ/Ω]	[C]
7-X (X ≥ 9)	-	-	600
Lượng điện tích tích lũy (sét mùa đông)			Tối thiểu 3 lần 600
CHÚ THÍCH: Các tham số thử nghiệm được áp dụng với các dung sai theo TCVN 9888-1 (IEC 62305-1), I (-10 %/+10 %), W/R (-10 %/+45 %)và Qflash(-20 %/+20 %)

D.3.3.7  Diễn giải dữ liệu

Mẫu thử nghiệm cần được kiểm tra kỹ lưỡng sau khi thử nghiệm để đánh giá khả năng đáp ứng các tiêu chí đạt/không đạt của thiết kế.

D.3.3.8  Tiêu chí đạt/không đạt

Các bộ phận kết nối hoặc giao diện điện sẽ được coi là đạt yêu cầu thử nghiệm nếu chức năng cơ điện của bộ phận vẫn nguyên vẹn và bao gồm các yếu tố sau:

a) Trong quá trình thử nghiệm, không có phóng điện hồ quang gây ảnh hưởng xấu đến chức năng, ngoại trừ những phóng điện hồ quang tự nhiên liên quan đến các bộ phận di động có hồ quang mở trong thiết kế (như khe hở tia lửa, chổi than, tiếp xúc trượt, v.v.).

b) Điện trở tiếp xúc của các kết nối kim loại cố định, được đo bằng thiết bị đo micro ohm cấp phòng thí nghiệm cung cấp dòng điện 10 A trên các mẫu nhỏ, và phép đo điện trở bốn cực được thực hiện càng gần với bộ phận kết nối càng tốt, phải dưới 1 mΩ. Nếu các bộ phận kết nối hoặc dây dẫn là thép không gỉ, giá trị cho phép là 2,5 mΩ.

c) Không có thay đổi chức năng bất lợi nào đối với các kết nối liên quan đến CFRP, được kiểm tra xác nhận thông qua kiểm tra, đo lường, hoặc thử nghiệm.

d) Kết nối cố định không xuất hiện vết nứt dưới tầm nhìn bình thường hoặc có điều chỉnh tầm nhìn mà không cần phóng đại, và không có bộ phận nào lỏng lẻo hoặc biến dạng ảnh hưởng đến việc sử dụng bình thường.

e) Với các kết nối kẹp bằng bu-lông, mô-men xoắn nới lỏng phải lớn hơn 0,25 và nhỏ hơn 1,5 lần mô-men xoắn siết chặt. Đối với các đầu nối có nhiều hơn một vít, chỉ mô-men xoắn nới lỏng của vít đầu tiên được xem xét trong thử nghiệm này.

f) Đối với các bộ phận không sử dụng vít như các bộ phận kết nối ép, mỗi dây dẫn trong mẫu thử phải chịu lực kéo căng cơ học 900 N ± 20 N trong vòng 1 min. Mỗi dây dẫn phải được kiểm tra độc lập đối với các đầu nối có nhiều dây dẫn. Kết nối được coi là vượt qua thử nghiệm nếu có sự di chuyển của dây dẫn nhỏ hơn 1 mm trong quá trình thử nghiệm và không gây hư hại cho đầu nối hoặc dây dẫn.

g) Độ toàn vẹn kết cấu của cánh quạt hoặc phần cánh quạt không bị ảnh hưởng bởi tiêm dòng điện. Nhà sản xuất phải đánh giá và xác định các hư hại có chấp nhận được không, cũng như chứng minh rằng tuabin vẫn có thể hoạt động cho đến lần kiểm tra tiếp theo.

Đối với các bộ phận cấu trúc dự kiến thay thế trong quá trình bảo dưỡng, nhà sản xuất cần điều chỉnh chu kỳ bảo dưỡng dựa trên kết quả thử nghiệm và đảm bảo rằng các bộ phận mòn có thể được thay thế an toàn trước khi hết tuổi thọ.

 

Phụ lục E

(tham khảo)

Ứng dụng của môi trường sét và các khu vực bảo vệ chống sét (LPZ)

E.1  Môi trường sét đối với cánh tuabin

E.1.1  Ứng dụng

Mục tiêu của khái niệm môi trường sét đối với cánh tuabin là để xác định cách phân bố mức độ phơi nhiễm sét dọc theo chiều dài cánh. Khái niệm này không đề cập đến phương pháp xác định vị trí đặt đầu thu sét hoặc đảm bảo sự phối hợp bảo vệ chống sét. Việc lựa chọn khái niệm môi trường sét cho cánh nên dựa trên kinh nghiệm thực tiễn trong ngành (nội bộ hoặc công khai như trình bày trong Điều C.8), cùng với xác suất điểm sét đánh vào cánh tại các vị trí khác nhau theo chiều dài sải cánh - thường dẫn đến xác suất sét đánh cao hơn ở vùng đầu cánh.

Các yêu cầu kỹ thuật cụ thể liên quan đến rủi ro như dòng điện đỉnh, năng lượng riêng và tổng điện tích (đối với mức bảo vệ LPL đã chọn, điện tích là như nhau cho mọi vùng của cánh) được xác định cho từng vùng trên bề mặt cánh. Các yêu cầu kỹ thuật này được sử dụng để xác định mức thiết kế và thử nghiệm cho các thành phần của hệ thống chống sét (LPS) được lắp tại từng khu vực trên cánh. Khi xác định yêu cầu cho các khu vực khác nhau, cần xem xét rằng dòng điện từ khu vực cao hơn (vùng 1) sẽ được dẫn qua các vùng thấp hơn, do đó các yêu cầu thiết kế thử nghiệm dòng điện dẫn qua các vùng thấp sẽ được áp dụng theo vùng cao hơn.

Nhà sản xuất có thể tự xác định mức độ phơi nhiễm sét cụ thể cho một cánh tuabin nhất định, miễn là mức phơi nhiễm đó được chứng minh bằng phân tích hoặc dữ liệu tại hiện trường. Ngoài ra, có thể áp dụng khái niệm môi trường sét được trình bày trong phụ lục này.

E.1.2  Ví dụ về các khu vực môi trường sét đơn giản

Trong điều này, hai phương pháp xây dựng khái niệm môi trường sét đơn giản hóa được đưa ra nhằm mục đích hướng dẫn, mặc dù các đặc điểm cấu trúc riêng biệt của cánh hoặc điều kiện môi trường cụ thể có thể yêu cầu phân chia bề mặt cánh theo cách khác. Trách nhiệm cuối cùng thuộc về nhà sản xuất trong việc chứng minh sự phù hợp của môi trường sét đã lựa chọn với mức bảo vệ sét (LPL) áp dụng cho cánh tuabin gió. Môi trường sét được xác lập bằng cách chia cánh thành các khu vực khác nhau, trong đó xác định môi trường sét cụ thể cho từng khu vực.

Hình E.1 - Ví dụ về cách xác định tổng quát môi trường sét của cánh tuabin gió

Hình E.1 minh họa hai cách xác định môi trường sét của cánh tuabin, kiểu A chia cánh thành bốn vùng với mức độ tiếp xúc khác nhau đối với sét đánh trực tiếp, còn kiểu B chia thành hai vùng. Dựa trên phân tích hỗ trợ cho kiểu đã chọn và được nhà sản xuất lập tài liệu, các vùng có thể được xác định với các cấp độ bảo vệ sét khác nhau (LPL). Ví dụ, trong khái niệm kiểu A, vùng 1 của cánh có thể được bảo vệ theo cấp LPL I để chịu được dòng sét đánh trực tiếp, trong khi các vùng 2, 3 và 4 có thể áp dụng các cấp LPL II, III và IV tương ứng. Trong kiểu B, có thể áp dụng LPL I hoặc thấp hơn cho các vùng 1 và 2. Dù áp dụng kiểu nào, yêu cầu bắt buộc là vùng 1 - bao gồm phần đầu cánh - phải tuân thủ LPL I, hoặc đánh giá rủi ro tổng thể phải chứng minh rằng LPL II hoặc thấp hơn là chấp nhận được đối với phần nghiêm trọng nhất của cánh. Bất kể cách phân vùng tiếp xúc với sét như thế nào, nhà sản xuất phải đảm bảo rằng dòng sét đánh vào vùng 1 có thể được dẫn truyền an toàn qua toàn bộ cánh và các vùng còn lại, kể cả khi xác suất bị sét đánh vào các vùng bên trong là thấp hơn.

Trong mọi trường hợp, nhà sản xuất phải đảm bảo rằng, là một thành phần toàn diện, cánh phải tuân thủ cấp LPL yêu cầu bằng cách kết hợp xác suất điểm đánh của sét và mức độ nghiêm trọng của dòng điện sét.

Môi trường sét được xác định cho từng vùng, ví dụ cho khái niệm A và B trong Hình E.1 được trình bày tại Bảng E.1 cho khái niệm A và Bảng E.2 cho khái niệm B.

Bảng E.1 - Xác định khu vực cánh tuabin cho ví dụ trong khái niệm A

Vùng cánh		Kích thước vùng điển hình [m]			Mức dòng điện
Vùng	Chiều dài (m) hoặc % Chiều dài cánh	Cánh 40 m	Cánh 60 m	Cánh 80 m	I [kA]
1	5%	2	3	4	200
2	10 %	4	6	8	150
3	15 %	6	9	12	100
4	Phần còn lại của cánh	28	42	56	10

Bảng E.2 - Xác định khu vực cánh tuabin cho ví dụ trong khái niệm B

Vùng cánh		Kích thước vùng điển hình [m]			Mức dòng điện (10/350 mức dòng thành phần của chúng)
Vùng	Chiều dài (m) hoặc % Chiều dài cánh	Cánh 40 m	Cánh 60 m	Cánh 80 m	I [KA]
1	40 %	16	24	32	200
2	60 %	24	36	48	150, 100, 50, 10, được xác định cho từng cánh cụ thể.

Độ lớn của xung ngắn tiếp theo được các vùng khác nhau tiếp nhận sẽ tỷ lệ tuyến tính với xung ngắn đầu tiên, trong khi điện tích liên quan đến xung dài được giữ không đổi trong toàn bộ các vùng.

Tính năng của bất kỳ bộ phận nào của hệ thống bảo vệ sét trên cánh hoặc các linh kiện dẫn điện tham gia vào việc phối hợp bảo vệ sét cần được kiểm tra xác nhận theo mô tả tại 8.2.2 - với mức phơi nhiễm cụ thể đã được xác định cho môi trường sét.

E.1.3  Chuyển tiếp giữa các vùng

Quy trình xác định môi trường sét là một ví dụ về cách mô tả mức phơi nhiễm sét cho một cánh cụ thể và vị trí lắp đặt. Khi xác định mức phơi nhiễm sét cho một cánh đặc biệt, cần chú ý đến các bộ phận kết cấu dẫn điện và/hoặc hệ thống điện bên trong nếu có sự chuyển vùng ở khu vực đầu cánh. Tại các vùng chuyển tiếp, các bộ phận phụ được lắp đặt cần được thiết kế để chịu được các thông số kỹ thuật tương ứng với vùng có cấp độ cao hơn trong phạm vi 1 m tính từ vị trí chuyển vùng.

E.2  Xác định các khu vực bảo vệ chống sét cho tuabin (không phải cánh tuabin)

E.2.1  Quy định chung

Để thiết kế một hệ thống bảo vệ chống sét cho một cấu trúc, việc phân chia cấu trúc này thành các khu vực bảo vệ chống sét (LPZ), trong đó môi trường điện từ của sét được xác định, là rất thuận lợi.

Bảng E.3 - Xác định các khu vực bảo vệ chống sét theo TCVN 9888-1 (IEC 62305-1)

Các vùng ngoài
LPZ 0	Khu vực có mối đe dọa do trường điện từ sét không bị giảm bớt và nơi các hệ thống bên trong có thể chịu áp lực dòng điện sét đầy đủ hoặc một phần. LPZ 0 được chia thành:
LPZ 0 a	Khu vực mà mối đe dọa do tia sét trực tiếp và trường điện từ của sét đầy đủ. Các hệ thống bên trong có thể bị ảnh hưởng bởi dòng điện tăng áp do sét hoàn toàn hoặc một phần.
LPZ 0 B	Khu vực được bảo vệ chống lại các tia sét trực tiếp nhưng nơi mà mối đe dọa là trường điện từ đầy đủ của sét. Các hệ thống bên trong có thể bị tác động bởi dòng điện đột biến sét một phần.
Các vùng trong
LPZ 1	Khu vực nơi dòng điện sét bị giới hạn bởi việc chia sẻ dòng điện và bởi các SPD ở vùng biên. Bảo vệ không gian có thể làm suy giảm trường điện từ do sét.
LPZ 2,...n	Khu vực nơi dòng điện sét có thể được giới hạn thêm bởi việc chia sẻ dòng điện và bởi các SPD bổ sung ở vùng biên. Bảo vệ không gian bổ sung có thể được sử dụng để giảm bớt trường điện từ do sét.
CHÚ THÍCH 1: Nói chung, số lượng vùng riêng biệt càng cao, các tham số môi trường điện từ càng thấp. CHÚ THÍCH 2: Giới hạn dòng điện bằng cách chia sẻ dòng điện đề cập đến việc giảm tải dòng điện của các dẫn điện riêng rẽ trong một hệ thống bảo vệ chống sét do sự phân phối của dòng sét ban đầu giữa một vài đường dẫn sét.

E.2.2  LPZ 0

Ranh giới giữa LPZ 0_A và LPZ 0_B cho vỏ tuabin, hub và tháp ở trên 80 % độ cao hub, như thể hiện trên Hình E.2, việc bảo vệ chống lại việc kết nối trực tiếp với sét theo yêu cầu, có thể xác định thông qua mô hình quả cầu lăn như trên Hình E.2 (xem thêm TCVN 9888-1 (IEC 62305-1) và TCVN 9888-3 (IEC 62305-3)). Các thiết bị điện tử bên ngoài có thể cần được bảo vệ ngay cả ở độ cao dưới 80 % độ cao hub (xem TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) để biết thêm thông tin). Các bề mặt của tuabin gió nằm dưới 80 % độ cao hub được phân loại là LPZ 0_B. Các mô hình máy tính cũng có thể được áp dụng để xác định độ lớn dự kiến của các cú sét vào các bộ phận khác nhau của tuabin. Các hệ thống bên trong trong LPZ 0_B có khả năng bị ảnh hưởng bởi các dòng điện tăng áp sét một phần.

Thông qua việc sử dụng các đầu thu sét (ví dụ như cột thu sét) được đặt ở cạnh sau của vỏ tuabin, có thể tạo ra một LPZ 0_B ở đỉnh vỏ tuabin, cho phép các thiết bị đo khí tượng có thể được bảo vệ khỏi việc kết nối trực tiếp với sét.

Các công cụ định vị cho hệ thống đầu thu sét (quả cầu lăn, góc bảo vệ, v.v.) được nêu TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) không áp dụng cho các cánh tuabin. Do đó, thiết kế cho hệ thống đầu thu sét cần phải được kiểm tra và xác nhận theo 8.2.3.

Hình E.2 - Phương pháp quả cầu lăn áp dụng cho tuabin gió

E.2.3  Các khu vực khác

Ranh giới giữa LPZ 0_A hoặc LPZ 0_B và LPZ 1 có thể được thiết lập tại tháp hoặc nắp trên của vỏ tuabin, nếu có một lớp bảo vệ kim loại hoặc lưới chắn kim loại đủ để bảo vệ các thành phần bên trong (một lồng Faraday bao quanh bên trong vỏ tuabin là tối ưu). Đối với các nắp vỏ tuabin làm bằng GFRP, khuyến nghị tích hợp một khung kim loại hoặc dây buộc vào nắp vỏ tuabin để định nghĩa khu vực bên trong tối thiểu là khu vực 0B, nhằm bảo vệ các thành phần trong vỏ tuabin khỏi việc kết nối trực tiếp với sét hoặc dòng tiên đạo sét mà không có cú sét trở về (xem Hình E.3 và Hình E.4). Khung này nên được gắn chắc chắn vào đế của hệ thống truyền động cơ khí của vỏ tuabin. Lý tưởng nhất, lưới kim loại trong nắp GFRP nên được tích hợp vào khung này để xác định vỏ tuabin như là LPZ 1. Một lưới có kích thước lưới lớn, lên đến vài mét, sẽ bảo vệ vỏ tuabin chống lại việc kết nối trực tiếp với sét hoặc dòng tiên đạo sét mà không có cú sét trở về. Nó sẽ chỉ có sự suy giảm nhỏ đối với các trường điện từ và điện.

Một lưới có kích thước nhỏ cũng sẽ bảo vệ chống lại việc kết nối trực tiếp với sét hoặc dòng tiên đạo sét mà không có cú sét trở về. Tùy thuộc vào kích thước và độ dày của lưới, lưới có thể có khả năng suy giảm cao đối với các trường điện từ và điện. Theo quy tắc chung, mức suy giảm sẽ hiệu quả ở khoảng cách từ lưới bằng với kích thước của lưới.

Hình E.6 và E.7 minh họa cách mà bên trong tuabin gió có thể được phân chia thành các khu vực bảo vệ LPZ 1 và LPZ 2. Vỏ tuabin (với một số lưới trong nắp), tháp, và biến áp kiosk đều thuộc khu vực bảo vệ LPZ 1. Các thiết bị bên trong các tủ kim loại ở khu vực LPZ 1 thuộc khu vực bảo vệ LPZ 2 (xem Chú thích). Ví dụ, các thiết bị điều khiển bên trong tủ trong tháp kim loại sẽ thuộc LPZ 2, nhưng nếu ở trong tủ kim loại bên ngoài tháp, thì sẽ thuộc LPZ 1 hoặc LPZ 2 (xem Chú thích).

Nếu tháp được làm bằng ống kim loại và có kết nối điện tốt giữa các bộ phận của tháp, thì LPZ bên trong tháp có thể được xác định là LPZ 2. Một tháp ống thép là một lồng Faraday rất hiệu quả, miễn là nó được đóng kín về điện từ ở trên và dưới.

Thiết bị nhạy có thể được đặt trong khu vực bảo vệ cao hơn, LPZ 3, trong một cấp độ tủ kim loại khác (xem Chú thích). Chính độ nhạy của các thành phần trong một khu vực cụ thể (tức là giới hạn chịu đựng) xác định mức độ mà các tác động của sét (bao gồm dòng điện, điện áp, và các trường điện từ) cần được giảm xuống trong khu vực đó. Do đó, không có giá trị cụ thể nào về dòng điện, điện áp và trường điện từ được khuyến nghị cho từng khu vực trong chuỗi IEC 62305.

CHÚ THÍCH  Đối với một tủ kim loại, khả năng suy giảm đối với các trường điện từ và điện phụ thuộc vào cách thiết kế của tủ kim loại. Đối với các tủ EMC, nhà sản xuất có thể cung cấp số liệu về khả năng suy giảm của các trường điện từ và điện.

Hình E.3 - Lưới với kích thước lưới lớn cho vỏ tuabin với vỏ GFRP

Hình E.4 - Lưới với kích thước lưới nhỏ cho vỏ tuabin với vỏ GFRP

E.2.4  Ranh giới khu vực

Tại từng ranh giới khu vực, cần đảm bảo rằng các cáp và dây dẫn đi qua không mang theo phần lớn dòng sét hoặc quá độ điện áp vào khu vực bảo vệ có mức độ cao hơn. Điều này được thực hiện bằng cách áp dụng các phương pháp nối đất và che chắn phù hợp, cùng với việc bảo vệ quá áp cho cáp và dây dẫn tại các điểm ranh giới khu vực. Mục tiêu là giảm dòng điện và điện áp xuống mức mà các thiết bị trong khu vực bảo vệ cao hơn có thể chịu được.

Số lượng các thành phần cần thiết để bảo vệ chống quá áp (SPD) có thể được giảm bớt bằng cách chia các khu vực một cách hợp lý, bố trí dây cáp đúng vị trí, sử dụng cáp che chắn và dùng cáp quang để truyền tải tín hiệu và dữ liệu.

Các khu vực liên tiếp nhau thường có sự thay đổi đáng kể về mức độ nghiêm trọng của LEMP. Ranh giới của một LPZ được xác định bởi các biện pháp bảo vệ được thực hiện để giảm thiểu ảnh hưởng của trường điện từ và điện.

Trong một số trường hợp đặc biệt, có thể cần phải chuyển trực tiếp từ LPZ 0B sang LPZ 2. Điều này đòi hỏi các thiết bị bảo vệ tại các ranh giới khu vực phải giảm các thông số ảnh hưởng đến mức yêu cầu.

Các khu vực bảo vệ chống sét có thể được kết nối với nhau thông qua các lớp che chắn của cáp che chắn hoặc ống dẫn cáp có che chắn, ví dụ như hai tủ điều khiển đặt cách xa nhau có thể được kết nối mà không cần sử dụng SPD cho lõi mạch (xem Hình E.5). Tương tự, một tủ điều khiển được định nghĩa là LPZ 2 có thể được mở rộng với một cáp che chắn để bao gồm cả một vỏ cảm biến kim loại bên ngoài, cũng thuộc LPZ 2.

Hình E.5 - Hai tủ được xác định là LPZ 2, được kết nối với nhau thông qua lớp che chắn của cáp che chắn.

E.2.5  Yêu cầu bảo vệ khu vực

Để ngăn chặn việc gây ra hư hại hoặc các lỗi không thể chấp nhận, cần đảm bảo rằng trong một khu vực nhất định, không có thành phần nào chịu ảnh hưởng bởi dòng sét, sự chênh lệch điện áp, hoặc các trường điện từ và điện vượt quá mức chịu đựng của chúng. Để đáp ứng những yêu cầu này, cần thực hiện các phép thử và kiểm tra xác nhận, đồng thời lập hồ sơ tài liệu rõ ràng.

Việc bảo vệ có thể đạt được bằng cách sử dụng các SPD phối hợp, sử dụng cáp che chắn, chọn tuyến cáp che chắn hợp lý hoặc kết hợp các biện pháp này khi cần thiết.

Một ví dụ về cách lập hồ sơ hệ thống biện pháp bảo vệ chống sét lan truyền (SPM) được minh họa trên Hình E.7.

Khi áp dụng các LPZ cho tuabin, cần cân nhắc một số yếu tố đặc biệt, được mô tả dưới đây:

Trường hợp 1: Sụt giảm điện áp dọc theo kết cấu

Một LPZ được bao bọc đảm bảo mức điện thế đồng nhất cho các thiết bị bên trong sẽ không cần bảo vệ quá áp cho dây dẫn nội bộ. Tuy nhiên, các thiết bị không nằm trong cùng vỏ bọc, ngay cả khi trong cùng một LPZ, có thể cần bảo vệ chống sét nếu đánh giá cho thấy thiết bị không đạt được mức điện thế đồng nhất trong trường hợp sét đánh. Sự sụt giảm điện áp dọc theo kết cấu liên kết với thiết bị có thể tạo ra sự chênh lệch điện áp. Ví dụ, theo Hình E.6, tưởng tượng một thiết bị tiêu thụ điện ở đầu trước của nacelle trong LPZ 1, được kết nối với nguồn cấp điện ở đầu sau của nacelle cũng trong LPZ 1. Khi cánh quạt bị sét đánh, dòng sét sẽ truyền qua phần trước của kết cấu nacelle, gây ra sụt giảm điện áp. Kết quả là thiết bị tiêu thụ điện và nguồn cấp điện sẽ có điện thế khác nhau, dù chúng ở cùng một LPZ. Điều này cần được xem xét.

Trường hợp 2: Phạm vi môi trường LPZ động

Như trong trường hợp 1, một LPZ có thể chịu các mức điện thế khác nhau tùy thuộc vào đường đi của dòng điện và vị trí cụ thể trong LPZ. Do đó, có thể xác định một LPZ với phạm vi xung sét và điện từ cụ thể. Ví dụ: môi trường xung sét: 5 kA đến 10 kA, môi trường điện từ: 2 kA/m đến 10 kA/m.

Hình E.6 - Ví dụ phân chia tuabin gió thành các khu vực bảo vệ chống sét khác nhau

Hình E.7 - Ví dụ về cách lập tài liệu cho hệ thống biện pháp bảo vệ chống đột biến (SPM) thông qua việc phân chia hệ thống điện thành các khu vực bảo vệ, đồng thời chỉ ra vị trí các mạch vượt qua ranh giới LPZ và minh họa các cáp dài chạy giữa đáy 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 này được điều chỉnh từ IEC 60364-5-53.

Hình F.1 - Sơ đồ lắp đặt điểm - điểm

Hình này được điều chỉnh từ IEC 60364-5-53.

Hình F.2 - Sơ đồ lắp đặt nối đất

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 (Up) 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 chuyển đổi công suất;

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

F.8 Lựa chọn SPD liên quan đến dòng phóng (In) và dòng xung (Iimp)

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 cáctuabin 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)

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

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 - TCVN 9888-1 (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 trên 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 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 thể hiện 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 thể hiện 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 xem xét 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.

TCVN 9888-2 (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 TCVN 9888-1 (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 TCVN 8241-4-5 (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

CHÚ DẪN

1) Máy phát dòng điện xung

2) Thiết bị cân bằng để phân phối dòng điện xung đồng đều (xem 8.7.1 của IEC 61643-11)

3) Thiết bị cần được bảo vệ

4) Thiết bị tách rời, ví dụ: khe đánh lửa, ống phóng điện khí

5) SPD: Thiết bị bảo vệ chống xung (Surge Protective Device)

6) Tấm đất

7) Nguồn điện: cho điện áp danh định

8) Cáp có che chắn

a) Bố trí thử nghiệm điển hình cho các đường dây/cáp có che chắn và tiêm dòng điện thử vào bó dây.

CHÚ DẪN:

1) Máy phát dòng điện xung

2) Thiết bị cần được bảo vệ

3) SPD: Thiết bị bảo vệ chống xung

4) Tấm đất

5) Nguồn điện: cho điện áp danh định

6) Cáp có che chắn

7) Thiết bị tách rời, ví dụ: khe đánh lửa, ống phóng điện khí

b) Bố trí thử nghiệm điển hình cho các đường dây/cáp có che chắn và tiêm dòng điện thử vào dây đơn.

CHÚ DẪN:

1) Máy phát dòng điện xung

2) Thiết bị cân bằng để phân phối dòng điện xung đồng đều (xem 8.7.1 của IEC 61643-11)

3) Thiệt bị cần được bảo vệ

4) Thiết bị tách rời, ví dụ: khe đánh lửa, ống phóng điện khí

5) SPD: Thiết bị bảo vệ chống xung

6) Tấm đất

7) Nguồn điện: cho điện áp danh định

8) Cáp không có che chắn

c) Bố trí thử nghiệm điển hình cho các đường dây/cáp không có che chắn và tiêm dòng điện thử vào bó dây.

CHÚ DẪN:

1) Máy phát dòng điện xung

2) Thiết bị cần được bảo vệ

3) SPD: Thiết bị bảo vệ chống xung

4) Tấm đất

5) Nguồn điện: cho điện áp danh định

6) Cáp không có che chắn

7) Thiết bị tách rời, ví dụ: khe đánh lửa, ống phóng điện khí

d) Bố trí thử nghiệm điển hình cho các đường dây/cáp không có che chắn và tiêm dòng điện thử vào dây đơn.

CHÚ DẪN:

1) Máy phát dòng điện xung

2) Thiết bị cần được bảo vệ

3) SPD: Thiết bị bảo vệ chống xung

4) Tấm đất

5) Nguồn điện: cho điện áp danh định

6) Cáp có che chắn

Hình H.2 e) Bố trí thử nghiệm điển hình cho các đường dây/cáp có che chắn và tiêm dòng điện thử vào vỏ che chắn.

Hình H.2 - Bố trí thử nghiệm điển hình để tiêm dòng điện thử

Hình H.3 - Mạch ví dụ của thử nghiệm cảm ứng cho dòng sét

 

Phụ lục I

(tham khảo)

Hệ thống đầu nối đất

I.1  Quy định chung

I.1.1 Các loại hệ thống đầu nối đất

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 TCVN 9888-3 (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 TCVN 9888-3 (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: Để biết thêm thông tin về bố trí kiểu B, xem TCVN 9888-3 (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 TCVN 9888-3 (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 TCVN 9888-3 (IEC 62305-3), 5.6. Khi chỉ dẫn cho các loại đất cụ thể không có sẵn, kinh nghiệm với hệ thống đầu nối đất 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 TCVN 9888-3 (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 này được điều chỉnh từ TCVN 9888-3 (IEC 62305-3).

Hình I.1 - Chiều dài tối thiểu (l₁) của mỗi điện cực đất theo cấp của LPS

Do các thành phần tần số cao của dòng điện sét, một chiều dài hơn 80 m, độc lập với đi 8.2.4.2 ện 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 l₁:

re ≥ l1

(I.1)

Trong đó, l₁ được thể hiện trên Hình I.1 theo các cấp hệ thống LPS I, II, III và IV. Khi giá trị l₁ 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:

lr = l1 - re	(I.2)
lv = (l1 - re)/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 I₁ = 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 này được phỏng theo Cigré WG C.4.4.02 July 2005 [49])

Hình I.2 - Tần số phụ thuộc trở kháng đất

Hình I.2 thể hiện 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 1.1. 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 1.1 - Hiệu quả xung của nhiều bố trí thanh nổi đất liên quan đến thanh nối đất thẳng đứng 12 m (100 %)

(Bảng 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

ρ[Ωm]	Điện trở suất của đất	a12 [m]	Khoảng cách giữa hai thanh nối đất
n	Số dây nối đất xuyên tâm	d [m]	Độ chôn sâu
L [m]	Chiều dài của mỗi dây nối đất xuyên tâm	R [Ω]	Điện trở điện cực
a [m]	Bán kính của dây nối đất xuyên tâm	D [m]	Bán kính điện cực vòng
s [m]	Khoảng cách giữa các thanh nối đất	e	2,718
		π	3,141 6

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

Điện cực ngang chôn chìm Khi d << L	Hai điện cực thanh có chiều dài bằng nhau cách nhau bằng khoảng cách a12 khi a12 >> L
n các điện cực được chôn chìm một cách đối xứng từ một điểm chung CHÚ THÍCH: Trong công thức trên, giả định rằng góc giữa hai điện cực liền kề là như nhau, vì vậy trong trường hợp n = 2, các điện cực kéo dài về hai hướng đối diện từ một điểm chung. Tất cả các dây dẫn mang cùng một dòng điện.	n các thanh nối đất có chiều dài bằng nhau được sắp xếp cách đều trên một vòng tròn có đường kính D nhỏ hơn chiều dài của các thanh nối đất khi D << L CHÚ THÍCH: thanh tiếp đất được kết nối qua một cáp cách ly.
Điện cực thanh đứng khi L >> a	n số thanh đều được sắp xếp cách đều trên một vòng tròn có đường kính D với khoảng cách giữa các thanh kề nhau bằng hoặc lớn hơn chiều dài của một thanh.
Hai điện cực thanh có chiều dài bằng nhau được tách ra bởi khoảng cách a12 khi a12 << L	Điện cực vòng chôn

 

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

Điện cực vòng chôn chìm để dây trần
n các thanh nối đất có chiều dài bằng nhau được sắp xếp trên một vòng tròn có đường kính D với khoảng cách giữa các thanh liền kề bằng hoặc lớn hơn chiều dài của một thanh
Điện trở nối đất giữa điện cực vòng và số lượng thanh nối đất được sắp xếp trên một vòng có đường kính D
Điện trở kết hợp

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
n các điện cực tia ngang chôn chìm và đối xứng từ một điểm chung
Điện trở tiếp đất giữa điện cực vòng và các điện cực tia xuyên tâm, tản ra một cách đối xứng từ một điểm chung.
Điện trở kết hợp

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

Điện cực chôn chìm ngang để dây trần
Điện cực thanh đứng
n số thanh đứng nối với cáp cách ly
Điện trở nối đất tương hỗ giữa điện cực ngang thẳng và n thanh đứng.
Điện trở kết hợp

 

Phụ lục J

(tham khảo)

Ví dụ về các điểm đo xác định

Ví dụ xác định các điểm đo được đưa ra trên 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 điện trở được ghi lại

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

Điểm đo	Mô tả	Điểm đo	Mô tả	Điện trở □
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)

Phân loại hư hại do sét dựa trên quản lý rủi ro

K.1  Quy định chung

Việc bảo vệ chống sét cho tuabin gió, bao gồm thiết kế bởi nhà sản xuất và bảo dưỡng bởi nhà vận hành, nên được thực hiện từ góc nhìn quản lý rủi ro. Không hợp lý khi chỉ áp dụng một biện pháp duy nhất để bảo vệ tất cả các loại hư hại do sét, bởi vì các mức độ và khía cạnh của hư hại sét dao động từ thảm khốc đến nhẹ. Điều quan trọng là phải hiểu rõ các khía cạnh của hư hại, nguyên nhân có thể xảy ra và các biện pháp đối phó tương ứng để đáp ứng cả yêu cầu về an toàn và kinh tế.

Tuabin gió được cấu tạo từ nhiều bộ phận, nhưng vì nhiều lý do, cánh quạt là bộ phận quan trọng nhất liên quan đến hư hại do sét:

• Cánh quạt được lắp đặt ở vị trí cao nhất của tuabin;

• Cánh quạt được làm từ vật liệu tương đối dễ vỡ như nhựa gia cố sợi và keo dán;

• Cánh quạt là một trong những bộ phận đắt đỏ nhất trong tuabin gió và có thể là một trong những bộ phận tốn kém nhất để thay thế; và

• Trong trường hợp sét đánh vào cánh quạt, có thể xảy ra các vấn đề an toàn công cộng liên quan đến các mảnh vỡ rơi xuống.

Do đó, việc xem xét các hư hại của cánh quạt là rất quan trọng đối với quản lý rủi ro của tuabin gió. Ngược lại, các bộ phận khác bên trong nacelle hoặc tháp có thể ít gây lo ngại hơn liên quan đến an toàn công cộng, trừ khi hệ thống điều khiển cơ học bị mất do sét. Các biện pháp đối phó để bảo vệ các bộ phận này có thể được xem xét dựa trên phương pháp lợi ích-chi phí.

K.2 Hư hại do sét ở cánh quạt

K.2.1  Phân loại hư hại cánh quạt do sét

Hư hại nên được phân loại thành bốn cấp độ, đánh số từ thấp nhất đến cao nhất, dựa trên các khía cạnh về hư hại và mài mòn. Mức độ hư hại cao nhất của cánh quạt là cấp độ (IV), sự cố thảm khốc, có thể gây thương tích và/hoặc tử vong, trong khi cấp độ (III) là sự cố nghiêm trọng, cần được sửa chữa ngay lập tức để ngăn hư hại trở nên tồi tệ hơn. Cấp độ (II) được phân loại là sự kiện trung bình, cần được sửa chữa càng sớm càng tốt, và cấp độ thấp nhất là cấp độ (I), sự kiện nhỏ, không cần sửa chữa trước lần bảo dưỡng tiếp theo theo kế hoạch.

Bảng K.1 cho thấy sự phân loại hư hại của cánh quạt tuabin gió do sét, với các khía cạnh chi tiết của các hư hại cánh quạt. Trong bảng này, các khía cạnh chi tiết của hư hại được mô tả như sau:

• Vỡ - sự tách rời đột ngột hoặc ngay lập tức của cánh quạt thành hai hoặc nhiều phần, giống như sự bóc tách của mối hàn kết dính giữa hai vỏ cánh quạt và/hoặc các vết nứt lớn ở vỏ cánh;

• Rơi - rơi xuống đất của bất kỳ bộ phận nào của cánh quạt, bao gồm toàn bộ cánh quạt, một phần vỏ cánh, đầu cánh, đầu thu sét và v.v.;

• Cháy - mất toàn bộ hoặc một phần của cánh quạt do hỏa hoạn gây ra bởi sét;

• Chảy dây điều khiển phanh gió - nóng chảy và đứt dây điều khiển phanh gió do năng lượng Joule lớn của dòng điện sét;

• Chảy dây dẫn xuống - nóng chảy và đứt dây dẫn xuống do năng lượng Joule lớn của dòng điện sét;

• Phóng điện giữa các đầu dây bị đứt - sự phóng điện do sét giữa các khe hở của dây bị đứt;

• Nứt - vết nứt dọc theo mối hàn liên kết hai vỏ cánh quạt với nhau, nơi liên kết một phần vẫn giữ các phần lại với nhau;

• Rách - một phần của vỏ cánh quạt bị rách nhưng vẫn kết nối với phần nguyên vẹn;

• Tróc bề mặt - một phần sợi trên bề mặt của cánh quạt bị tróc;

• Mất một phần nhỏ của đầu thu sét (ví dụ: của receptor) - một phần của đầu thu sét bị vỡ thành nhiều mảnh. Nếu phần bị vỡ đáng kể và rơi xuống đất, sự kiện này sẽ được phân loại vào mục (IV-d) tùy thuộc vào hoàn cảnh xung quanh tuabin;

• Nóng chảy - sự mài mòn của đầu thu sét do nóng chảy sau khi bị sét đánh với năng lượng lớn;

• Cháy sém - sự thay đổi màu sắc sang đen trên bề mặt của cánh quạt.

Bảng K.1 - Phân loại hư hại của cánh quạt do sét

(IV) Sự cố thảm khốc gây ra khả năng bị thương và/hoặc tử vong
	(IV-a) Cánh bị vỡ và rơi
	(IV-b) Cánh bị cháy nổ và rơi
	(IV-c) Chảy và/hoặc đứt dây điều khiển
	(IV-d) Rơi của bộ phận thu sét hoặc bộ phận cánh khác aa
(III) Sự cố nghiêm trọng cần được sửa chữa ngay lập tức
	(III-a) Nứt dọc theo mối hàn liên kết
	(III-b) Xé ở mép cánh
	(III-c) Chảy và/hoặc đứt dây dẫn sét
(II) Sự cố trung bình cần sửa chữa càng sớm càng tốt
	(II-a) Bong tróc bề mặt
	(II-b) Mất một phần nhỏ của đầu thu sét
(I) Sự cố nhỏ không cần sửa chữa ngay lập tức
	(I-a) Chảy đầu thu sét
	(I-b) cháy bề mặt
	(I-c) các hư hại nhỏ khác
a Sự cố này có thể được coi là (II-b) trong trường hợp không có cư dân hoặc người qua đường nào có khả năng ở gần tuabin gió.

Đối với các tuabin được lắp đặt ngoài khơi hoặc ở những khu vực không có dân cư sinh sống, hạng mục (IV-d) "Rơi đầu thu sét hoặc thành phần khác của cánh quạt" có thể được giáng xuống (II-b) vì nó không gây ra nguy cơ về an toàn công cộng. Tuy nhiên, nếu thành phần rơi vẫn gây nguy hiểm, dù nhỏ, thì cần xếp vào mức độ hư hại cao nhất (IV), sự cố thảm khốc.

K.2.2 Nguyên nhân có thể gây hư hại cánh quạt do sét

Nguyên nhân gây hư hại cho cánh quạt tuabin gió do sét đã được làm rõ qua các cuộc điều tra về các sự cố tuabin trong quá khứ. Hầu hết các sự cố được phân loại là (IV), sự cố thảm khốc, đã xảy ra trên các cánh quạt chất lượng kém, ví dụ như trong trường hợp:

• Thiết kế cánh quạt cũ có dây điều khiển phanh không khí đầu cánh,

• Thiết kế cánh quạt kém, ví dụ như thiếu kết dính cơ học của các đầu thu sét vào thân chính của cánh quạt,

• Cánh quạt chất lượng sản xuất kém, ví dụ như kết dính không hoàn hảo giữa các vỏ cánh quạt,

• Cánh quạt được bảo trì kém, ví dụ như bỏ sót, lơ là hoặc đánh giá thấp các hư hại trước đây.

Nguyên nhân gây nứt và vỡ cánh quạt thường được cho là do hư hại quá áp do hồ quang sét nóng giãn nở tạo thành sóng xung kích bên trong khoang cánh hoặc trong cấu trúc nhiều lớp của cánh quạt.

K.2.3 Biện pháp khắc phục hư hại cánh quạt do sét

Tương ứng với các nguyên nhân có thể gây hư hại cho cánh quạt, các biện pháp khắc phục phù hợp là cần thiết. Để tránh các sự cố cấp độ (IV), có thể ảnh hưởng đến an toàn công cộng, tất cả các bên liên quan nên chú ý đến các điều kiện không hoàn hảo; đối với nhà sản xuất cánh quạt, thiết kế và/hoặc lắp đặt không hoàn hảo cần được cải thiện và thử nghiệm theo tiêu chuẩn này; nhà sản xuất tuabin gió nên xác định các quy trình và kỹ thuật kiểm tra và bảo dưỡng phù hợp để nhà vận hành nhà máy điện gió thực hiện.

Hình K.1 thể hiện các biện pháp khắc phục được khuyến nghị theo phân loại hư hại cánh quạt do sét. Sơ đồ A trên Hình này thể hiện các biện pháp khắc phục phù hợp đã đề cập để tránh sự cố cấp độ (IV). Ngay cả sau khi triển khai các biện pháp khắc phục phù hợp, sự cố không thể tránh khỏi hoàn toàn, nhưng cỏ thể được giới hạn ở mức độ chịu đựng được. Không nên nhắm tới việc loại bỏ tất cả các cấp độ sự cố vì nỗ lực đó có thể không hợp lý và không phù hợp với quản lý rủi ro.

Hình K.1 - Các sơ đồ biện pháp khắc phục được khuyến nghị theo phân loại sự cố

Ngừng hoạt động tạm thời của một tuabin bị hư hại như thể hiện trên Hình K.1 có thể là biện pháp khắc phục thực tế nhất để giảm tổng rủi ro do hư hại sét. Khuyến nghị kiểm tra ngay lập tức bởi đội ngũ dịch vụ lành nghề hoặc kiểm tra tự động và từ xa nếu có thể trước khi khởi động lại tuabin gió.

Bảng K.2 cũng thể hiện ma trận rủi ro và các biện pháp khắc phục tương ứng đối với hư hại cánh quạt do sét, có xét đến quản lý rủi ro. Bảng này không chỉ thể hiện rủi ro hư hại cánh quạt mà còn mô tả rủi ro mất lợi nhuận do việc ngừng hoạt động của tuabin. Lưu ý rằng thời gian ngừng hoạt động không phải lúc nào cũng phụ thuộc vào mức độ hư hại, mà còn phụ thuộc vào các vấn đề của kế hoạch bảo dưỡng, ví dụ như:

• Khả năng sẵn có của nhân viên dịch vụ chuyên bảo dưỡng tuabin gió,

• Khả năng sẵn có của các phụ tùng thay thế,

• Khả năng sẵn có của các phương tiện, thang nâng, cần cẩu, tàu nâng, v.v. cần thiết để sửa chữa hoặc thay thế các bộ phận bị hư hại.

Các thỏa thuận bảo dưỡng và dịch vụ với các nhà cung cấp và/hoặc nhà cung cấp dịch vụ bảo dưỡng.

Bảng K.2 - Ma trận thiệt hại của cánh quạt do sét, xét đến quản lý rủi ro

K.3  Hư hại do sét đối với các bộ phận khác

K.3.1  Phân loại hư hại các bộ phận khác do sét

Phân loại hư hại của các bộ phận tuabin gió, ngoại trừ cánh quạt, cũng có thể được phân loại theo cách tương tự như cánh quạt. Bảng K.3 thể hiện các hư hại được phân loại thành bốn cấp độ, với các ví dụ về các khía cạnh hư hại.

K.3.2 Biện pháp khắc phục hư hại do sét đối với các bộ phận khác

Biện pháp khắc phục hư hại do sét đối với các bộ phận khác cũng có thể được thực hiện tương tự như đối với cánh quạt. Tuy nhiên, cần xem xét rằng cấp độ (I), sự kiện nhỏ, đối với các bộ phận khác không phải lúc nào cũng cỏ nghĩa là sự kiện đó không yêu cầu sửa chữa ngay lập tức như trong phân loại cánh quạt, nơi mà quan điểm về an toàn công cộng cần được xem xét. Việc bỏ qua ngay cả những sự cố nhỏ đối với các thiết bị giám sát, truyền thông và điều khiển có thể dẫn đến nguy cơ xảy ra sự cố thảm khốc nếu hư hại gây ra mất kiểm soát tuabin.

Để giảm thời gian ngừng hoạt động và do đó giảm thiểu mất lợi nhuận, cũng khuyến nghị sử dụng một kế hoạch bảo dưỡng phù hợp với sự chuẩn bị đầy đủ cho các sự cố bất ngờ.

Bảng K.3 - Phân loại hư hại các bộ phận khác do sét

(IV) Sự cố thảm khốc
Ví dụ	Làm bị thương và hoặc chết người bên trong/ gần tuabin do nổ vỏ tuabin.
(III) Sự cố nghiêm trọng
Ví dụ	Phá hỏng cách điện máy phát hoặc vòng dây máy biến áp
(II) Sự cố trung bình
Ví dụ	Phá hỏng hệ thống nối đất, phá hỏng cách điện biến tần và các thiết bị điện-điện tử khác.
(I) Sự cố nhỏ
Ví dụ	Hỏng cách điện của thiết bị truyền thông, điều khiển và giám sát

K.4 Bảng câu hỏi về thiệt hại do sét

K.4.1 Quy định chung

Ví dụ dưới đây là một bảng câu hỏi về thiệt hại do sét điển hình có thể giúp thu thập dữ liệu thiệt hại cho các tuabin gió do sét. Việc tích lũy dữ liệu thống kê theo cách giống nhau trong một thời gian dài là rất quan trọng. Nó cũng có thể hữu ích để duy trì giao tiếp và chia sẻ dữ liệu với các cơ quan quản lý trong nước và/hoặc các hiệp hội ngành công nghiệp.

K.4.2 Mẫu bảng câu hỏi

1. Nhà sản xuất tuabin gió:

Nhà điều hành tuabin gió:

2. Loại tuabin gió (mô tả chung):

3. Dữ liệu cụ thể của tuabin gió:

□ Công suất: ………… kW

□ Chiều cao của trục quay: ………… m

□ Đường kính rotor: ………… m

□ Ngày lắp đặt: …………

□ Các nhận xét khác:

4. Vị trí tuabin:

□ Vị trí chính xác (ví dụ, tọa độ GPS):

□ Tuabin đơn lẻ

□ Tuabin trong trang trại gió với ………… số lượng tuabin gió

□ Vùng ven biển

□ Gần vùng ven biển

□ Ngoài khơi

□ Trên đất liền

□ Vùng đất cao (chiều cao trên mặt biển): ………… m

□ Các nhận xét khác:

5. Điều kiện thời tiết:

□ Bão sấm sét

□ Gió: ………… m/s

□ Nhiệt độ: …………°C

□ Khác:

□ Mưa (mức độ nếu biết): …………

□ Các nhận xét khác:

6. Thời gian sự cố:

□ Ngày: …………

□ Thời gian: …………

□ Độ chính xác ước lượng của thời gian:

□ Các nhận xét khác:

7. Mức độ thiệt hại do sét (trong trường hợp thiệt hại cánh quạt, cũng kiểm tra trong tiểu loại)

□ (IV) Sự cố thảm khốc

□ (IV-a) Cánh quạt bị rách và rơi

□ (IV-b) Cánh quạt bị cháy và rơi

□ (IV-c) Chảy và/hoặc đứt dây điều khiển

□ (IV-d) Rơi của đầu thu sét (bộ thu) hoặc các thành phần khác của cánh quạt (xem cũng chú thích trong Bảng K.1)

□ (III) Sự cố nghiêm trọng

□ (III-a) Nứt dọc theo mối hàn

□ (III-b) Rách ở mép cánh

□ (III-c) Chảy và/hoặc đứt dây dẫn xuống

□ (II) Sự kiện vừa phải

□ (II-a) Bóc lớp bề mặt

□ (II-b) Mất một phần nhỏ của đầu tiếp xúc (xem cũng chú thích trong Bảng K.1)

□ (I) Sự kiện nhỏ

□ (I-a) Đầu tiếp xúc (nhận) bị chảy

□ (I-b) Bề mặt bị cháy

□ (I-c) Các thiệt hại nhỏ khác

8. Điểm nghi ngờ bị sét đánh:

□ Cánh quạt

□ Nacelle

□ Thiết bị khí tượng

□ Tháp

□ Dây dẫn sét tại vỏ

□ Khác:

□ Các nhận xét khác:

9. Các thành phần bị hư hại:

□ Trục quay

□ Rotor

□ Ổ trục trục chính

□ Ổ trục điều khiển góc

□ Ổ trục xoay cánh

□ Ổ trục máy phát điện

□ Ổ trục trục bánh răng

□ Bánh răng

□ Máy phát điện

□ Hệ thống điều khiển

□ Hệ thống SCADA

□ Hệ thống điện

□ Khác: …………

□ Các nhận xét khác:

10. Hậu quả của thiệt hại do sét:

□ Thời gian sản xuất bị mất: ………… giờ

□ Chi phí sửa chữa (USD/EUR):

□ Chi phí sản xuất điện bị mất (USD/EUR): …………

□ Các nhận xét khác:

11. Chi tiết hệ thống bảo vệ tuabin khỏi sét (ngoại trừ cánh quạt):

□ Không có

□ Điện cực đất vòng

□ Điện cực đất nền

□ Hệ thống tiếp xúc khí (loại/vị trí):

□ Dây dẫn xuống (loại/vị trí):

Bảo vệ quá áp/sự cố:

□ Không có

□ Kết nối điện vào

□ Máy phát điện

□ Dòng dữ liệu bên ngoài

□ Dòng điều khiển nội bộ

□ Dòng điện thoại

□ Các nhận xét khác:

12. Cánh quạt và bảo vệ chống sét cho cánh quạt:

□ Nhà sản xuất cánh quạt: …………

□ Loại cánh quạt (góc/nán):

□ Một cánh quạt

□ Hai cánh quạt

□ Ba cánh quạt

□ Khác:

□ Có lắp phanh đầu cánh

Chuyển động rotor tại thời điểm bị sét:

□ Đứng yên

□ Đang quay

□ Không biết

Vật liệu cánh quạt:

□ GFRP (nhựa gia cố sợi thủy tinh)

v CFRP (nhựa gia cố sợi carbon)

□ GFRP/CFRP

□ Laminate gỗ

□ Gỗ đặc

□ Khác:

(GFRP = nhựa gia cố sợi thủy tinh; CFRP = nhựa gia cố sợi carbon) Loại bảo vệ chống sét:

□ Điểm tiếp xúc ở đầu (vật liệu): …………

□ Nắp đầu (vật liệu):

□ Không có bảo vệ chống sét

□ Khác:

Dây dẫn xuống cánh quạt:

□ Bên ngoài

□ Bên trong

□ Diện tích mặt cắt ngang: ………… mm

□ Vật liệu: …………

□ Các nhận xét khác:

Thiệt hại quan sát được:

□ Không có thiệt hại cánh quạt

□ Lỗ trên cánh quạt: Ø ………… mm

□ Nứt trên bề mặt cánh (chiều dài): …………

□ Nứt ở mép cánh (chiều dài):

□ Khác: …………

□ Các nhận xét khác:

13. Thời gian ngừng hoạt động và chi phí sửa chữa:

□Thời gian ngừng hoạt động: ………… ngày

□ Chi phí sửa chữa ước tính: USD/EUR …………

□ Lý do cho thời gian ngừng hoạt động dài và/hoặc chi phí sửa chữa cao (nếu có):

Xin vui lòng đánh dấu các vị trí mà thiệt hại đã được quan sát trên cánh quạt (xem Hình K.2):

o Hướng đón gió

o Hướng khuất gió

Hình K.2 - Hình dạng cánh quạt để đánh dấu vị trí thiệt hại

 

Phụ lục L

(tham khảo)

Hệ thống đo và phát hiện sét

L.1  Quy định chung

L.1.1  Mục đích

Khuyến nghị rằng các tuabin gió nên được trang bị hệ thống có khả năng phát hiện sét, đo các thành phần dòng điện của sét và xử lý các thông số liên quan đến cú sét. Mục đích của hệ thống này bao gồm:

• Cung cấp thông tin cho nhà vận hành về các cú sét vào tuabin gió, đồng thời hỗ trợ việc lập kế hoạch vận hành và bảo trì;

• Cung cấp dữ liệu giá trị về sét đánh vào tuabin gió, giúp đánh giá lại mức độ và đặc điểm của sét, từ đó hỗ trợ quá trình đánh giá rủi ro của nhà vận hành;

• Cho phép nhà vận hành so sánh các thông số dòng điện của sét đã đo được với cấp độ bảo vệ chống sét (LPL) được sử dụng trong thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét của tuabin (ví dụ: để đánh giá xem dòng sét đánh trúng hệ thống chống sét có nằm trong hay vượt quá các giá trị quy định tại Bảng 1);

• Hạn chế thực hiện các hoạt động nguy hiểm, như bảo trì, trong điều kiện có nguy cơ xảy ra sét.

L.1.2  Thuật ngữ

Các thuật ngữ sau áp dụng trong phụ lục này:

a) Hệ thống cảnh báo dông (TWS) bao gồm thiết bị phát hiện dông có khả năng giám sát hoạt động sét hiện tại hoặc sét sắp xảy ra, cùng với các công cụ xử lý dữ liệu thu được để phát ra cảnh báo hợp lệ. Hệ thống này dựa trên cảm biến tại chỗ (cảm biến điện trường tĩnh hoặc từ trường), một nhóm cảm biến tại chỗ, hoặc hệ thống định vị sét (LLS).

b) Hệ thống đo sét (LMS) có chức năng đo các sự kiện sét và đặc tính của chúng thông qua thiết bị lắp đặt trên tuabin. Các hệ thống này có thể đơn giản như bộ đếm cơ điện sự kiện, hoặc phức tạp hơn với khả năng đo và phân tích các thông số của sét.

L.2 Lợi ích của hệ thống phát hiện và đo sét

Việc đo thực tế mức độ tiếp xúc với sét mang lại nhiều lợi ích. Tùy theo từng đối tượng liên quan, một danh sách (không đầy đủ) các lợi ích được trình bày trong Bảng L.1, Bảng L.2 và Bảng L.3. Ngành công nghiệp được khuyến khích chia sẻ dữ liệu liên quan đến sét giữa tất cả các bên liên quan (nhà sản xuất thiết bị gốc - OEM, chủ sở hữu, công ty bảo hiểm), nhằm đảm bảo lợi ích chung cho toàn bộ chuỗi giá trị.

Bảng L.1 - Các yếu tố cần xem xét và lợi ích đối với nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM)

Nhận định	Khía cạnh giá trị
Đối với các tuabin được cung cấp kèm hợp đồng dịch vụ dài hạn, nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) có hợp đồng dịch vụ sẽ muốn biết khi nào bộ thu sét/hệ thống bảo vệ chống sét (LPS) đã đạt đến giới hạn tuổi thọ thiết kế và cần được thay thế. Điều này có thể đạt được bằng cách theo dõi điện tích tích lũy và năng lượng riêng cho từng cánh, và đối chiếu với hiệu suất thử nghiệm của bộ thu sét/LPS.	Cho phép thực hiện bảo trì hoặc sửa chữa theo điều kiện thực tế, giúp giảm đáng kể thời gian ngừng hoạt động và chi phí hư hại bất ngờ. Chi phí bảo trì thường thấp hơn chi phí sửa chữa.
OEM muốn có đầy đủ thông tin về các cú sét để đánh giá hiệu suất của bộ thu sét/LPS (số cú sét được bộ thu sét chặn đúng chia cho tổng số cú sét vào tuabin hoặc cánh - xem 3.12).	Thông tin này được sử dụng để quảng bá sản phẩm của OEM, ví dụ: “với hiệu suất thực tế XX%, tuabin của chúng tôi đáp ứng đầy đủ yêu cầu YY.”
Mỗi cú sét đều khác nhau, và việc đối chiếu thông tin sét với tín hiệu từ các cảm biến khác có thể cung cấp dữ liệu quý giá cho OEM nhằm hiểu rõ hơn hoạt động và hiệu suất thiết kế của tuabin.	Thu thập thêm thông tin về mức độ nhạy với sét của tuabin, từ đó thiết kế các mẫu tuabin tương lai mạnh mẽ hơn và tối ưu chi phí hơn.
Hệ thống bảo vệ chống sét của tuabin đã có nhiều phát triển trong 10 đến 20 năm qua, và các OEM vẫn đang áp dụng các phương pháp khác nhau trong thiết kế và kiểm tra xác nhận điểm thu sét, dây dẫn xuống và khả năng phối hợp sét với các thành phần dẫn điện bổ sung như vật liệu composite sợi carbon (CFRP).	Nếu một thiết kế cánh quạt, được biết đến thông qua thử nghiệm kiểm tra xác nhận hoặc mô hình hóa, gặp vấn đề do đặc tính của dòng sét, thì việc giám sát chủ động mức độ tiếp xúc với sét sẽ cho phép thực hiện bảo trì có mục tiêu.
Không phải cú sét nào cũng cỏ các thông số giống nhau, do đó hậu quả của từng cú sét sẽ khác nhau. Bằng việc đánh giá hậu quả của từng sự kiện sét, việc bảo trì và kiểm tra có thể được điều chỉnh và tối ưu hóa.	Bằng cách đo lường tất cả các cú sét ngoài hiện trường, đánh giá các thông số của cú sét và so sánh với hiệu suất thiết kế từ thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và/hoặc mô hình hóa, có thể đánh giá hậu quả của từng cú sét cụ thể.
Trong trường hợp xảy ra hư hại do sét, các phép đo chi tiết về thông số sét có thể được sử dụng để phân chia chi phí sửa chữa giữa OEM và chủ sở hữu/nhà vận hành.	Tạo cơ sở để thảo luận về việc phân chia chi phí sửa chữa cánh quạt dựa trên tác động thực tế của sét.

 

Bảng L.2 - Các yếu tố cần xem xét và lợi ích đối với chủ sở hữu và/hoặc nhà vận hành

Nhận định	Khía cạnh giá trị
Nhà vận hành muốn biết liệu dòng sét có vượt quá các thông số dòng điện quy định theo cấp độ bảo vệ chống sét (LPL) trong IEC mà tuabin đã được chứng nhận hay không, vì đây là thông tin quan trọng liên quan đến bảo hành và bảo hiểm.	Thiệt hại do sét sẽ do bên có trách nhiệm chi trả.
Chủ sở hữu và/hoặc nhà vận hành muốn biết liệu cú sét có tiềm ẩn nguy cơ gây hại cho tuabin hay không.	Nếu phép đo xác định cú sét đó là nguy hiểm, tuabin có thể được kiểm tra (trực tuyến hoặc tại hiện trường) trước khi khởi động lại. Điều này có thể ngăn ngừa hư hại tiếp theo cho tuabin.
Chủ sở hữu và/hoặc nhà vận hành muốn biết khi nào bộ thu sét và/hoặc hệ thống bảo vệ chống sét (LPS) đã đạt đến giới hạn tuổi thọ thiết kế và cần được thay thế. Việc này được thực hiện thông qua giám sát điện tích tích lũy và/hoặc năng lượng riêng của từng cánh quạt và đối chiếu với hiệu suất đã được kiểm chứng của bộ thu sét/LPS theo Phụ lục D. Ngoài ra, việc thu thập dữ liệu tiếp xúc với sét cũng giúp đánh giá khả năng suy giảm hiệu suất của LPS.	Điều này cho phép thực hiện bảo trì hoặc sửa chữa theo tình trạng thực tế, giảm đáng kể thời gian ngừng máy và chi phí hư hại bất ngờ. Bảo trì luôn rẻ hơn sửa chữa.
Việc đối chiếu hiệu suất chống sét trên quy mô lớn thông qua hệ thống đo sét (LMS) sẽ cung cấp hiểu biết về hiệu quả của thiết kế cụ thể và cho phép tùy chỉnh hệ thống LPS theo điều kiện tại từng địa điểm (độ cao, tần suất sét, số lượng tuabin trong nhà máy điện gió, v.v.).	Giúp chủ đầu tư lựa chọn các tuabin cỏ hồ sơ hiệu suất chống sét tốt, phù hợp với điều kiện của từng địa điểm.
Mỗi cú sét đều khác nhau, và việc kết hợp thông tin sét với các tín hiệu từ cảm biến khác có thể mang lại dữ liệu quý giá cho chủ sở hữu và/hoặc nhà vận hành nhằm hiểu rỗ hơn về hoạt động và hiệu suất thiết kế của tuabin.	Cung cấp thêm dữ liệu để hỗ trợ các chiến lược bảo trì dựa trên tình trạng thực tế.
Trong trường hợp xảy ra thiệt hại do sét, các phép đo chi tiết về thông số sét có thể được sử dụng để xác định và phân chia chi phí sửa chữa giữa OEM và chủ sở hữu/nhà vận hành.	Tạo cơ sở để thảo luận về việc phân chia chi phí sửa chữa cánh quạt dựa trên tác động thực tế của sét.

 

Bảng L.3 - Các yếu tố cần xem xét và lợi ích đối với công ty bảo hiểm

Nhận định	Khía cạnh giá trị
Các khu vực có mức độ tiếp xúc với sét nghiêm trọng thường sẽ phải ngừng hoạt động lâu hơn để thực hiện bảo dưỡng và sửa chữa bổ sung, đồng thời tỷ lệ hỏng hóc theo năm cũng có thể cao hơn. Công ty bảo hiểm có thể tùy chỉnh mức phí bảo hiểm dựa trên điều kiện thực tế về hoạt động sét phức tạp của từng địa điểm, sao cho các khu vực có hoạt động sét mạnh được tính phí cao hơn các khu vực có ít sét.	Việc áp dụng mức phí bảo hiểm động, dựa trên dữ liệu hoạt động sét đã được ghi nhận, giúp công ty bảo hiểm phân bổ phí bảo hiểm phù hợp hơn với rủi ro thực tế.
Việc đối chiếu hiệu suất chống sét trên quy mô lớn giúp hiểu rõ thiết kế nào hoạt động hiệu quả và thiết kế nào không phù hợp trong môi trường sét tương tự. Vì môi trường sét được ghi nhận bằng hệ thống đo sét (LMS), sự đối chiếu giữa dữ liệu LMS và các yêu cầu bồi thường bảo hiểm sẽ cung cấp thông tin cần thiết (ví dụ: hiệu quả bảo vệ của hệ thống chống sét).	Giúp tối ưu hóa mức phí bảo hiểm và loại bỏ các thiết kế có hiệu suất kém, từ đó tối ưu hóa hoạt động kinh doanh bảo hiểm.
Cánh tuabin được chứng nhận theo IECRE OD- 501 (tham chiếu tiêu chuẩn này về vấn đề sét) có nghĩa là tuabin nên tiếp tục vận hành mà không cần sửa chữa cho đến lần bảo dưỡng định kỳ tiếp theo (xem 8.2.2). Một quan điểm thêm nữa là các cú sét vượt ngoài phạm vi cấp độ bảo vệ chống sét (LPL) được xem như không tính đến. Trong cả hai trường hợp, việc có dữ liệu thực tế về các cú sét là rất hữu ích để quyết định phạm vi bảo hiểm.	Cung cấp cơ sở vững chắc để thảo luận và xác định phạm vi bảo hiểm dựa trên dữ liệu thực tế về sét đánh.
Trong trường hợp cánh tuabin bị hư hại do sét, các phép đo chính xác sẽ hỗ trợ quá trình thảo luận về phạm vi bảo hiểm. Các công ty bảo hiểm có thể yêu cầu lắp đặt hệ thống đo sét (LMS) phù hợp để định lượng chính xác mức độ tiếp xúc với sét (cường độ dòng điện, năng lượng riêng, điện tích sét, điện tích tích lũy, tốc độ biến đổi dòng điện di/dt, v.v.).	Việc sử dụng hiệu quả LMS tuân thủ tiêu chuẩn ngành sẽ giúp loại bỏ tranh cãi liên quan đến mức độ tiếp xúc với sét.

L.3 Hệ thống phát hiện sét và đo sét

L.3.1  Quy định chung

Hệ thống phát hiện và đo sét là các thiết bị cung cấp thông tin về các hiện tượng sét ảnh hưởng đến tuabin gió. Bằng cách phát hiện sự xuất hiện của các cú sét trên hoặc xung quanh tuabin gió, có thể áp dụng các chiến lược khác nhau để tối ưu hóa hoạt động hoặc công tác bảo trì của tuabin. Phần dưới đây cung cấp mô tả ngắn gọn về các lựa chọn khác nhau của hệ thống này.

L.3.2 Hệ thống phát hiện sét

IEC 62793 mô tả các cảm biến và mạng lưới cảm biến (bao gồm cả Hệ thống định vị sét - LLS) có khả năng cung cấp thông tin thời gian thực về nguy cơ bị sét đánh. Các cảm biến đo trường tĩnh điện phát hiện các điều kiện liên quan đến sét và thường được sử dụng làm thiết bị phát hiện cục bộ vì chúng đo sự hình thành, tiến gần hoặc tan biến của cơn giông trong khu vực lắp đặt.

Các cảm biến đo trường điện từ do cú sét tạo ra có thể được sử dụng độc lập hoặc kết nối thành mạng lưới. Hệ thống định vị sét (LLS) sử dụng nhiều anten để xác định vị trí cú sét dựa trên phương pháp xác định hướng, thời gian đến hoặc kỹ thuật giao thoa. Dữ liệu từ các hệ thống này thường được cung cấp theo thời gian thực, đáp ứng yêu cầu của IEC 62793.

Người sử dụng dữ liệu từ hệ thống cảnh báo giông (TWS) cần hiểu rõ một số thông số ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống. Các yêu cầu và cân nhắc liên quan đến hệ thống phát hiện sét cần tuân thủ đầy đủ theo IEC 62793.

L.3.3 Hệ thống đo sét (LMS)

L.3.3.1  Quy định chung

Hệ thống đo sét là các thiết bị cung cấp thông tin về các cú sét lên tuabin gió bằng cách đo các thông số khác nhau phát sinh từ cú sét đó (ví dụ: cường độ dòng điện, năng lượng riêng, điện tích phóng, điện tích tích lũy, tốc độ biến thiên dòng điện (di/dt), các trường từ tạm thời do dòng sét chạy qua dây dẫn xuống, bao gồm cả tháp tuabin).

L.3.3.2 Bộ đếm sét và cảm biến dòng điện đỉnh

Bộ đếm sét và các thẻ cảm biến dòng điện đỉnh (PCS) cung cấp thông tin tối thiểu về các sự kiện sét đối với tuabin gió. Bộ đếm sét đơn giản nhất (ví dụ: cơ điện) chỉ cho biết số lần sét đánh. Bộ đếm sét điện tử cũng cỏ thể cung cấp dấu thời gian và ước lượng các thông số của sét. Các thẻ cảm biến dòng điện đỉnh cung cấp ước lượng cường độ dòng điện đỉnh lớn nhất trong khoảng thời gian kể từ khi cảm biến được lắp đặt. Các xem xét liên quan đến bộ đếm sự kiện sét và cảm biến dòng điện đỉnh được liệt kê trong Bảng L.4.

Bảng L.4 - Các nội dung xem xét liên quan đến bộ đếm sét và cảm biến dòng điện đỉnh

Loại thiết bị	Nội dung
Bộ đếm sét	Bộ đếm sét được thiết kế theo IEC 62561-6 có thể không phù hợp cho các tuabin gió thường xuyên chịu tác động của sét đi lên (upward lightning). Một số bộ đếm sét còn ước lượng các tham số dòng điện như: dòng đỉnh, điện tích, năng lượng riêng. Thiết bị được thiết kế cho các dòng sét tiêu chuẩn (theo IEC 62561-6) sẽ không cung cấp dữ liệu chính xác cho tất cả các cú sét. Nhà sản xuất cần định nghĩa các dạng sóng thử nghiệm cỏ bao gồm dòng điện tiếp diễn (continuing currents). Nhà sản xuất cũng cần cung cấp các dạng sóng tham chiếu và độ không đảm bảo. cần có thông tin về đáp ứng tần số, độ nhạy và độ không đảm bảo của các tham số ước lượng. Khả năng đo của bộ đếm sét dùng cho tuabin gió phải chứng minh được độ nhạy với sét đi lên. Nhà sản xuất cần cung cấp biểu đồ độ nhạy theo tần số.
Cảm biến dòng điện đỉnh	Loại cảm biến này, nếu chỉ được thiết kế và hiệu chuẩn với các dạng sóng dòng điện sét tiêu chuẩn, sẽ không phù hợp để ghi lại các dòng điện sét thực tế. Nhà sản xuất cần cung cấp thông tin về hiệu suất cảm biến với các dòng sét điển hình trên tuabin gió. Nhà sản xuất cần cung cấp giới hạn dòng điện nhỏ nhất mà cảm biến có thể phát hiện và các dạng sóng đã thử nghiệm. Loại cảm biến này không phù hợp để phát hiện các dòng điện tiếp diễn. Nhà sản xuất cũng phải cung cấp đáp ứng tần số, độ nhạy và độ không đảm bảo tương ứng.

Người sử dụng cần thận trọng khi giải thích các thông tin do nhà sản xuất của những loại thiết bị này cung cấp.

L.3.3.3 Hệ thống đo dòng điện sét tại chỗ

Các hệ thống đặc biệt, ví dụ như cảm biến được gắn trên tháp và/hoặc trên cánh tuabin gió để kích hoạt cảnh báo sét dựa trên các tiêu chí điện từ hoặc quang học, được gọi là hệ thống đo dòng điện sét tại chỗ. Cảm biến này đo chính xác dòng điện sét thực tế đánh vào tuabin và ngăn chặn các tia sét từ xa gây báo động sai. Những hệ thống này có thể kết nối với hệ thống SCADA, cung cấp thông tin thời gian thực về các lần sét đánh. Hệ thống có thể cho biết dạng sóng dòng điện và mức độ nghiêm trọng của tia sét, từ đó giúp nhà vận hành đánh giá mức độ hao mòn, hư hại và lên kế hoạch bảo trì cho các tuabin liên quan sau cơn bão sét.

Các tham số sét, riêng lẻ hoặc kết hợp, có liên quan mật thiết đến mức độ hao mòn của hệ thống chống sét và/hoặc thiệt hại trên tuabin gió bao gồm cường độ dòng điện, tổng điện tích truyền, năng lượng đặc trưng và thời gian lên đầu dòng điện sét, v.v.

Khả năng đo chính xác các tham số này phụ thuộc nhiều vào đáp ứng tần số và độ phân giải của hệ thống.

Các mục dưới đây sẽ làm nổi bật những tính năng quan trọng của hệ thống đo dòng điện sét tại chỗ để thu thập hiệu quả các dữ liệu mong muốn từ các lần sét đánh.

L.3.3.4 Phân loại

Các đặc tính của dòng điện sét như cường độ dòng điện, điện tích, năng lượng đặc trưng và thời gian lên đầu dòng, v.v., có sự biến đổi và có thể phụ thuộc vào khu vực lắp đặt. Do đó, nên khảo sát thông tin sẵn có về đặc tính dòng điện sét tại khu vực lắp đặt khi lựa chọn hệ thống đo dòng điện sét nhằm đảm bảo đáp ứng hiệu suất kỳ vọng.

Để hỗ trợ việc lựa chọn, các hệ thống đo dòng điện sét tại chỗ được phân loại thành bốn loại dựa trên hiệu suất đo, từ đó đánh giá mức độ phù hợp trong việc đo các đặc tính dòng điện sét khác nhau. Bảng L.5 trình bày phân loại này.

Bảng L.5 - Yêu cầu cho từng loại hệ thống đo dòng sét

Danh mục	Tham số	Lớp I	Lớp II - PC	Lớp II - EC	Lớp III
Dải tần sốa	0,1 Hz đến 1 MHz hoặc rộng hơn	x
	1 Hz đến 1 MHz hoặc rộng hơn		x
	0,1 Hz đến 100 kHz hoặc rộng hơn			x
	1 Hz đến 100 kHz hoặc rộng hơn				x
Giá trị dòng điện tối đa có thể đob	200 kA hoặc cao hơn	x	x
	100 kA hoặc cao hơn			x	x
Giá trị điện tích tối đa có thể đoc	1000 C hoặc cao hơn	x		x
	600 C hoặc cao hơn		x		x
Giá trị dòng điện tối thiểu có thể phát hiệnd	1 kA hoặc thấp hơn	x		x
	2 kA hoặc thấp hơn		x	x
Độ phân giải sốe	16 bít hoặc cao hơn	x
	12 bít hoặc tốt hơn		x	x
	8 bít hoặc cao hơn				x
Thời gian quan sátf	0,5 s hoặc lâu hơn		x		x
	1 s hoặc lâu hơn	x		x
a Tần số cắt trên cao cho phép đo các xung dòng sét ngắn; tần số cắt dưới thấp đảm bảo khả năng đo các xung dòng sét dài. b Giới hạn trên của khả năng phát hiện dòng điện; chỉ Lớp I và Lớp II-PC mới đảm bảo đo được dòng điện có cường độ theo mức LPL1. c Các địa điểm có nguy cơ sét mùa đông nên xem xét đến rủi ro truyền điện tích lớn. d Các xung dòng điện tiếp tục (ICC) có thể truyền một lượng điện tích đáng kể ngay cả khi cường độ dòng điện nhỏ hơn 1 kA. Việc truyền điện tích này góp phần gây xói mòn các đầu thu sét, do đó cần xem xét đến giá trị dòng điện tối thiểu có thể đo được. e Độ phân giải số rất quan trọng khi đo các tín hiệu dòng điện nhỏ bằng một hệ thống có dải động lớn. f Đặc biệt là sét ngược lên (UW) và/hoặc các sự kiện sét lưỡng cực có thể kéo dài đến 1 giây hoặc hơn.

Hướng dẫn lựa chọn lớp phù hợp của hệ thống đo sét được cung cấp dưới đây:

Lớp I: Phù hợp để đo đầy đủ tất cả các thông số của một cú sét.

Lớp II-PC: Chuyên dùng để đo dòng điện đỉnh (PC) của cú sét.

Lớp II-EC: Chuyên dùng để đo điện tích (EC) truyền qua trong cú sét.

Lớp III: Hệ thống có khả năng đo lường hạn chế, chỉ đáp ứng một số yêu cầu cơ bản.

Lớp IV: Bao gồm mọi hệ thống đo sét không đáp ứng các tiêu chuẩn từ Lớp I đến Lớp III.

Việc phân loại hệ thống đo sét được xác định theo tiêu chí có cấp thấp nhất trong tất cả các hạng mục đánh giá. Ví dụ, nếu một hệ thống LMS đạt cấp Lớp I ở 5 trên 6 tiêu chí, nhưng chỉ đạt Lớp II-PC ở 1 tiêu chí còn lại, thì hệ thống đó sẽ được xếp loại là Lớp II-PC.

L.3.3.5 Các đặc tính của hệ thống đo sét

L.3.3.5.1  Quy định chung

Có nhiều đặc tính quan trọng của một hệ thống đo sét được lắp đặt cho tuabin gió nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động đúng như kỳ vọng. Các yếu tố này bao gồm: đặc tính điện của hệ thống đo ở đầu vào, đại lượng điện được ghi nhận và lưu trữ bởi hệ thống, khả năng kết nối với hệ thống SCADA của tuabin hoặc của nhà vận hành. Những nội dung dưới đây liệt kê một cách không đầy đủ nhưng có tính chất tham khảo các vấn đề cần xem xét. Các điều tiếp theo của phần L.3.3.5 trình bày chi tiết các khía cạnh này.

L.3.3.5.2 Tính năng điện

L.3.3.5.2.1 Phương pháp phát hiện

Thiết bị đầu vào của hệ thống đo sét xác định phương pháp phát hiện sét. Có nhiều nguyên lý khác nhau được áp dụng, từ đo toàn bộ dòng sét đi qua từng cánh quạt, toàn bộ dòng sét đi qua tháp, đến đo một phần dòng sét trong hệ thống nối đất. Khi đo dòng sét trong các tuabin gió, cần xem xét rằng chính cấu trúc của tuabin có thể ảnh hưởng đến phép đo dòng điện. Nguyên nhân là do sự không tương thích trở kháng tại các điểm giao tiếp giữa cánh quạt và vỏ tuabin, hoặc giữa tháp và mặt đất. Hậu quả là xuất hiện hiện tượng phản xạ trong dòng sét được đo - những tín hiệu này vẫn là thành phần thực tế của dòng sét ảnh hưởng đến tuabin, nhưng sẽ không xuất hiện nếu dòng sét được đo mà không có sự hiện diện của tuabin.

Hầu hết các hệ thống đo dòng sét truyền qua hệ thống chống sét (bao gồm bộ thu sét, dây dẫn xuống, tháp và hệ thống nối đất, v.v.) để phát hiện sét đánh vào tuabin đều sử dụng nhiều loại cảm biến dòng khác nhau (cuộn Rogowski, biến dòng CT, cuộn cảm solenoid, điện trở shunt, v.v.) nhằm đo các thông số liên quan đến sét như đã nêu.

Nhà sản xuất cần nêu rõ phương pháp phát hiện được sử dụng, phạm vi tần số mà phương pháp đó áp dụng, và đối với các hệ thống chỉ đo một phần dòng sét trong hệ thống nối đất, nhà sản xuất cần đảm bảo rằng tỷ lệ dòng điện được phân bổ là rõ ràng trong toàn bộ dải tần được công bố.

L.3.3.5.2.2 Dải tần số phát hiện dòng sét

Dải tần số phát hiện dòng sét (tức dải tần số có đặc tính khuếch đại nằm trong khoảng từ -3 dB đến +3 dB) cần được nhà sản xuất công bố rõ ràng.

Vì dòng sét có thể bao gồm các xung ngắn (đặc trưng của sét đánh xuống) cho đến các xung dài (xuất hiện trong hiện tượng dòng điện duy trì - ICC hoặc sét mùa đông), nên phạm vi tần số cần được lựa chọn phù hợp với mục đích ứng dụng cụ thể.

L.3.3.5.2.3  Thời gian quan sát

Thời gian quan sát, hay tổng thời gian ghi nhận và xử lý tín hiệu, cần đảm bảo bao phủ toàn bộ thời lượng dự kiến của các tia sét.

L.3.3.5.2.4 Giá trị dòng điện nhỏ nhất có thể phát hiện

Giá trị dòng điện nhỏ nhất có thể phát hiện là mức dòng điện mà hệ thống đo dòng sét (LMS) có thể đo được một cách đáng tin cậy, xét đến các yếu tố như nhiễu nền, độ lệch DC, và dải động.

Các xung duy trì (ICC) được biết đến là có khả năng truyền một lượng điện tích đáng kể dù dòng điện có cường độ thấp. Do đó, tại các khu vực thường xảy ra hiện tượng sét đánh lên (sét từ mặt đất đi lên) hoặc sét trong mùa lạnh, và đặc biệt đối với các tuabin cỏ thiết kế dễ bị hư hại do truyền điện tích lớn, việc hệ thống có thể phát hiện được dòng điện nhỏ là rất quan trọng.

L3.3.5.2.5 Giá trị dòng điện lớn nhất có thể đo được

Giá trị dòng điện lớn nhất có thể đo được nên phản ánh mức độ rủi ro khi gặp phải các tia sét mạnh trong thực tế.

Ở các khu vực chủ yếu xảy ra sét có cường độ thấp (ví dụ như sét mùa đông), hệ thống có thể chỉ cần đo được dòng điện sét tối đa là 100 kA [2]. Tuy nhiên, để chứng minh khả năng chịu sét nằm trong mức LPL I như quy định trong Điều 8, hệ thống đo cần có khả năng đo toàn bộ dòng sét với cường độ ít nhất là 200 kA.

L.3.3.5.2.6  Độ phân giải

Độ phân giải trong đo dòng điện trong phạm vi dải động cho biết mức độ chi tiết khi số hóa dạng sóng dòng điện thành các bước rời rạc.

Độ phân giải càng cao thì dòng điện được chia nhỏ thành các bước càng mịn, từ đó giúp đo được cả những sự kiện có dòng điện nhỏ như ICC và tính toán chính xác lượng điện tích truyền qua.

L.3.3.5.2.7  Đo điện tích

Việc truyền điện tích trong toàn bộ tia sét có liên quan trực tiếp đến hiện tượng ăn mòn các bề mặt kim loại tại vị trí hồ quang, và gây hư hại tại các giao diện thanh trượt, ổ trục cũng như các bộ phận chuyển động khác nằm trên đường đi của tia sét.

Điện tích được tính bằng cách lấy tích phân theo thời gian của dòng điện. Do đó, độ chính xác và các thông số tối thiểu/tối đa trong phép đo điện tích sẽ phụ thuộc vào dải động (giá trị dòng điện lớn nhất và nhỏ nhất có thể phát hiện), độ phân giải, thời gian quan sát và tốc độ lấy mẫu.

Tại các khu vực dễ bị ảnh hưởng bởi các tia sét kéo dài có khả năng truyền lượng điện tích lớn (ví dụ: sét mùa đông vào mùa lạnh), hệ thống đo dòng sét (LMS) cần có khả năng đo được các mức điện tích lớn như vậy một cách chính xác.

L.3.3.5.2.8 Cơ chế kích hoạt ghi dữ liệu

Cơ chế kích hoạt là quá trình trong hệ thống phát hiện sét, dùng để bắt đầu việc ghi nhận dòng sét. Việc kích hoạt này có thể được xác định dựa trên ngưỡng cường độ dòng điện, đặc điểm của dạng sóng, từ trường hoặc kết hợp các yếu tố đó. Mục tiêu chính là đảm bảo hệ thống có thể phân biệt chính xác các sự kiện sét thực sự với những tín hiệu giả.

Một số hệ thống LMS được thiết lập với mức kích hoạt cố định và cao, nhằm đảm bảo chỉ ghi nhận các sự kiện sét thực sự và giảm thiểu cảnh báo sai. Tuy nhiên, cách này có thể bỏ sót các sự kiện sét có cường độ thấp. Ngược lại, một số hệ thống cho phép người dùng tùy chỉnh mức kích hoạt để có thể ghi nhận cả các tia sét nhỏ.

Mức kích hoạt thấp sẽ giúp ghi nhận được nhiều sự kiện hơn, bao gồm cả dòng điện cảm ứng và các đầu phóng điện chưa thành công, trong khi mức kích hoạt cao có thể bỏ qua các xung ICC - vốn có thể truyền một lượng điện tích đáng kể.

Nhà sản xuất cần nêu rõ mức kích hoạt cố định hoặc các tùy chọn để người dùng điều chỉnh mức kích hoạt.

L.3.3.5.2.9 Độ chính xác và dung sai của phép đo

Nhà sản xuất cần công bố độ chính xác của hệ thống đo dòng điện và các mức dung sai liên quan đến các thông số quan trọng như: dòng điện cực đại, năng lượng riêng, điện tích, và tốc độ thay đổi dòng điện.

Độ chính xác cần được xác định rõ trong phạm vi phù hợp với từng thông số, và nên được kiểm chứng thông qua các thử nghiệm dòng điện sét, sử dụng các nguyên tắc trong Phụ lục D (Annex D).

Ngoài ra, cần cung cấp thông tin về chu kỳ hiệu chuẩn và quy trình hiệu chuẩn của hệ thống đo. L.3.3.5.2.10 Tương thích điện từ (EMC)

Hệ thống đo sét (LMS) cần có khả năng tương thích với môi trường có sét và phải duy trì hoạt động ổn định trong suốt quá trình xảy ra hiện tượng sét.

Hiệu suất hoạt động của hệ thống cần được chứng minh bằng tài liệu cho thấy sự tuân thủ với các tiêu chuẩn và thử nghiệm liên quan đến tương thích điện từ (EMC), cụ thể là các tiêu chuẩn thuộc bộ IEC 61000.

L.3.3.5.3 Ghi nhận thông tin sét

L.3.3.5.3.1 Tổng quan

Các thông tin quan trọng liên quan đến cú sét cần được ghi lại và lưu trữ để phục vụ cho việc điều chỉnh chu kỳ bảo trì, kiểm tra hoặc hỗ trợ phân tích trách nhiệm khi xảy ra hư hại.

L.3.3.5.3.2  Thời điểm sét đánh

Thời điểm xảy ra sét cần được ghi nhận. Nếu cần đồng bộ với các hệ thống cảm biến khác, độ chính xác thời gian nên đạt mức ±0,1 giây. Phương pháp ghi nhận thời gian cần được nhà sản xuất chỉ rõ, có thể bao gồm dấu thời gian đồng bộ với hệ thống định vị toàn cầu (GPS), dấu thời gian đồng bộ qua giao thức mạng (NTP), đồng hồ nội bộ với việc đồng bộ thủ công, v.v.

Nhà sản xuất cũng cần chỉ rõ múi giờ được sử dụng trong hệ thống.

L.3.3.5.3.3 Các thông số chính của sét

Các thông số chính quan trọng của cú sét theo mục đích sử dụng cần được ghi nhận và lưu trữ, có thể bao gồm: giá trị dòng điện tối đa, điện tích chuyển tải, năng lượng riêng, cực tính của cú sét, hướng khởi đầu của cú sét, tốc độ biến thiên dòng điện (di/dt), v.v.

Đối với các vị trí chịu ảnh hưởng của sét có điện tích chuyển tải lớn trong các cú sét dài, tổng điện tích chuyển tải tích lũy cũng rất quan trọng để đánh giá tuổi thọ của các đầu thu sét trên không, v.v.

L.3.3.5.3.4  Dạng sóng dòng điện

Để phân tích chi tiết hơn về tác động của sét lên cánh tuabin hoặc để kiểm chứng các thông số chính đã tính toán, dạng sóng dòng điện cũng là dữ liệu quan trọng cần được ghi lại. Nhà sản xuất nên chỉ rõ liệu dạng sóng dòng điện có được ghi lại hay không, đồng thời cung cấp thông tin về độ phân giải và tần số lấy mẫu của bản ghi.

L.3.3.5.4 Thuộc tính giao diện

L.3.3.5.4.1 Tổng quan

Ngoài các đặc tính đo lường của hệ thống phát hiện sét hoạt động, một tính năng quan trọng khác là cách hệ thống kết nối với tuabin, hệ thống SCADA của tuabin, hệ thống SCADA của nhà vận hành, giải pháp đám mây của khách hàng, v.v.

L.3.3.5.4.2  Đầu ra cảnh báo

Nhiều hệ thống có tùy chọn đầu ra cảnh báo để thông báo cho nhà vận hành khi có sự kiện sét xảy ra. Với một số hệ thống, đầu ra cảnh báo sẽ kích hoạt ngay khi phát hiện sự kiện sét, trong khi những hệ thống khác cho phép kích hoạt đầu ra cảnh báo khi một hoặc nhiều tham số chính vượt quá mức ngưỡng định trước.

Nhà sản xuất cần chỉ rõ các tùy chọn đầu ra cảnh báo, bao gồm việc đầu ra có kích hoạt khi sự kiện sét xảy ra, hoặc khi một ngưỡng dữ liệu quan trọng (như biên độ dòng điện, điện tích, điện tích tích lũy, năng lượng đặc trưng, v.v.) bị vượt quá, hoặc kết hợp các ngưỡng kích hoạt khác nhau. Đầu ra cảnh báo có thể là tín hiệu điện, tín hiệu quang, không dây, hoặc các hình thức khác.

L.3.3.5.4.3  Giao diện truyền thông

Có nhiều lựa chọn để truyền tải dữ liệu đo lường, bao gồm:

- Hệ thống trực tuyến (online) truyền dữ liệu lên giải pháp đám mây bên ngoài;

- Hệ thống trực tuyến truyền dữ liệu đến hệ thống SCADA của nhà vận hành;

- Hệ thống trực tuyến truyền dữ liệu đến hệ thống SCADA cục bộ của tuabin;

- Hệ thống ngoại tuyến (offline), trong đó dữ liệu sét chỉ có thể truy cập tại tuabin;

- Các hệ thống khác không được liệt kê ở trên.

Nhà sản xuất cần chỉ rõ các tùy chọn giao tiếp với hệ thống đo lường sét.

L.3.3.6 Lắp đặt và vận hành thử

Phương pháp lắp đặt và vận hành thử nên được nhà sản xuất cung cấp nhằm đảm bảo việc lắp đặt bền vững, phù hợp với vị trí bên trong tuabin và các điều kiện đặc thù tại công trình. Nếu hệ thống đo sét (LMS) sử dụng các phần tử dẫn điện trong cánh tuabin, người thiết kế hoặc kỹ thuật viên lắp đặt cần đảm bảo không làm ảnh hưởng đến sự phối hợp bảo vệ chống sét.

Hướng dẫn thao tác và sổ tay bảo trì nên là một phần trong tài liệu do nhà sản xuất cung cấp.

L.3.3.7 Sơ đồ quy trình vận hành

Sơ đồ quy trình vận hành nên được người sử dụng phối hợp cùng nhà thiết kế cánh tuabin phát triển, nhằm đảm bảo hệ thống đo sét (LMS) cung cấp được thông tin hữu ích và có thể hành động được. Một ví dụ đơn giản được trình bày trên Hình L.1, trong đó việc đánh giá cường độ dòng điện và sau đó là điện tích chuyển dịch sẽ quyết định có kích hoạt cảnh báo hay không.

Tùy thuộc vào khả năng và độ chính xác đo của LMS, các tổ hợp khác của các thông tin hữu ích có thể được xác định: đo điện tích tích lũy kết hợp với kết quả kiểm tra xác nhận của hệ thống bảo vệ chống sét hiện tại sẽ giúp xác định mức độ hao mòn dự kiến của các đầu thu sét trên không; cường độ dòng điện và di/dt cung cấp thông tin về điện áp cảm ứng và phân bố điện áp chênh lệch; năng lượng đặc trưng cung cấp thông tin về tải điện lên các bộ phận kết nối và liên kết đồng thế; số lượng sự kiện sét đánh vào một tuabin so với các tuabin khác có thể ảnh hưởng đến kế hoạch kiểm tra bảo trì, v.v.

CHÚ DẪN:

l_p: Giá trị cực đại của dòng điện sét đo được

Q: Giá trị điện tích của sét đo được

i_t: Giá trị dòng điện kích hoạt (trigger current)

i_a: Giá trị dòng điện báo động (alarm current)

Q_a: Giá trị điện tích báo động (alarm electric charge)

Hình L.1 - Ví dụ sơ đồ quy trình phát hiện sét và xuất tín hiệu cảnh báo dành cho các thiết kế Hệ thống bảo vệ chống sét (LPS) nhạy với sự chuyển dịch điện tích

 

Phụ lục M

(tham khảo)

Hướng dẫn cho các tuabin gió nhỏ

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.

 

Phụ lục N

(tham khảo)

Hướng dẫn kiểm tra xác nhận sự tương đồng của cánh tuabin

N.1  Quy định chung

Như đã mô tả trong 8.2.3, hiệu suất bảo vệ chống sét của các cánh tuabin gió cần phải được kiểm tra xác nhận. Mục đầu tiên trong 8.2.3 mô tả việc sử dụng các kiểm tra điện áp cao và dòng điện cao, được thực hiện như đã mô tả trong Phụ lục D, và một khi các kiểm tra này đã được thông qua cho một thiết kế cánh cụ thể, các yêu cầu của tài liệu sẽ được đáp ứng. Thường thì, sự kết hợp của các phương pháp số để đánh giá phân phối dòng điện và điện áp được sử dụng kết hợp với các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm ở các giai đoạn khác nhau của thiết kế, nhưng việc kiểm tra xác nhận thử nghiệm quy mô đầy đủ là bằng chứng cuối cùng về sự tuân thủ.

Đối với các thiết kế cánh thay thế - hoặc các sửa đổi mới của các thiết kế hiện có - mà khác biệt về chiều dài cánh, cách bố trí laminate, v.v., có khả năng tuyên bố kiểm tra xác nhận theo sự tương đồng. Điều này có thể xảy ra nếu thiết kế cánh không sai lệch đáng kể so với thiết kế đã được kiểm tra xác nhận trước đó, và nếu hiệu suất chức năng của cánh đối với môi trường sét là giống nhau. Các vấn đề cụ thể cần đánh giá khi tuyên bố sự tương đồng là một sự đồng thuận giữa nhà sản xuất cánh, khách hàng và/hoặc cơ quan chứng nhận, do đó danh sách dưới đây trình bày các ví dụ về các chủ đề cần xem xét trong quá trình đánh giá.

N.2 Ràng buộc tương đồng

Sự so sánh giả định rằng cánh ban đầu, 'cánh 1' đã được kiểm tra xác nhận thành công theo hướng dẫn trong tài liệu hiện tại, tức là đã vượt qua tất cả các thử nghiệm HV và HC được mô tả trong Phụ lục D. So sánh này sau đó mô tả cách mà cánh mới nhưng tương tự, 'cánh 2', được thiết kế và định dạng so với cánh 1.

So sánh chỉ đề cập đến các cánh không có các lắp đặt điện bổ sung, tức là các cánh sử dụng các vật liệu cấu trúc GFRP và CFRP, và một hệ thống bảo vệ chống sét bao gồm hệ thống đầu thu sét và bố trí dây dẫn xuống. Các cánh chứa các lắp đặt điện bổ sung (cảm biển, gia nhiệt, kiểm soát dòng chảy chủ động, v.v.) không thể được kiểm tra xác nhận bằng cách tuyên bố sự tương đồng, và việc đánh giá thiết kế và hiệu suất bảo vệ chống sét do đó cần dựa vào một phân tích và chuỗi thử nghiệm kỹ lưỡng.

Để tuyên bố sự tương đồng của hai thiết kế cánh khác nhau liên quan đến phối hợp bảo vệ chống sét, các mục sau đây cần được kiểm tra và kiểm tra xác nhận (Bảng N.1). Tham khảo Hình N.1 để xác định tên gọi của bề mặt cánh.

Bảng N.1 - Các mục cần được kiểm tra và kiểm tra xác nhận khi đánh giá sự tương đồng

Nội dung		Yes	No
1. Thiết kế
1.1	Độ dày của lớp laminate trong 5 mét ngoài cùng của cánh 2 có thay đổi hơn 30% so với Cánh 1 hay không?
1.2	Có phải lớp ván theo chiều ngang (bán kính nơi các lớp kết thúc) của vật liệu laminate và lõi trên Cánh 2 thay đổi hơn 10% so với Cánh 1 cho 5 mét ngoài cùng không?
1.3	Chiều dài dây của Cánh 2 có nằm trong khoảng 20% của chiều dài dây của Cánh 1 cho 5m ngoài cùng của cánh không?
1.4	Độ dày của lớp vỏ ngoài của Cánh 2 có nằm trong 25% độ dày của lớp vỏ ngoài của Cánh 1 trong 5m ngoài cùng của cánh không?
1.5	Khái niệm LPS (loại đầu cuối trên không, dây dẫn xuống, thành phần kết nối, kết nối điện thế đồng nhất, số lượng các thành phần LPS, độ bền cách điện của vật liệu cách điện, độ dày cách điện) có giống nhau cho Cánh 2 như cho Cánh 1 không?
1.6	Số lượng đầu thu sét trên Cánh 2 có giống với Cánh 1 về phần 15% ngoài cùng của chiều dài cánh không?
1.7	Vị trí của các đầu thu sét có được đo từ đầu cánh trong khoảng 10% trên Cánh 2 như đối với Cánh 1 liên quan đến 15% ngoài cùng của chiều dài cánh không?
1.8	Sự phối hợp cách điện liên quan đến cách điện của các dây dẫn xuống có được thực hiện giống như đối với Cánh 2 so với Cánh 1 (đô dày cách điên không thay đổi hơn 10 %)?
1.9	Định nghĩa diện tích cánh trong Phụ lục E.1 có giống nhau đối với Cánh 2 và Cánh 1 không?
2. Vật liệu
2.1	Cánh 2 có được làm từ cùng một vật liệu như Cánh 1 liên quan đến hình học cấu trúc chính, GFRP hay CFRP không?
2.2	Hệ thống nhựa được sử dụng trong Cánh 2 có giống với hệ thống nhựa được sử dụng cho Cánh 1 không?
2.3	Vật liệu của đầu thu sét trên Cánh 2 có giống với Cánh 1 không (cùng loại kim loại trong hợp kim)?
2.4	Vật liệu của các đầu thu sét bên cạnh trên Cánh 2 có giống như vật liệu của Cánh 1 (các vật liệu kim loại cơ bản trong hợp kim) không?
2.5	Có phải việc liên kết tiềm năng giữa các đường dẫn sét song song được thực hiện theo cùng một bán kính cánh cho Cánh 2 như cho Cánh 1, liên quan đến chiều dài tổng thể của cánh cụ thể ± 10 % không?

Nếu tất cả các câu hỏi đều được trả lời 'Có', hệ thống bảo vệ chống sét của hai cánh có thể được thừa nhận là tương đồng, và việc kiểm tra xác nhận Cánh 2 có thể dựa vào việc đánh giá thành công của Cánh 1. Nếu chỉ có một hoặc một vài điểm sai lệch, những khác biệt này cần được xem xét một cách chi tiết để đảm bảo rằng sự tương đồng chức năng vẫn được đáp ứng.

 

Hình N.1 - Định nghĩa về tên gọi của bề mặt cánh tuabin

 

Phụ lục O

(tham khảo)

Hướng dẫn xác thực các phương pháp phân tích số

O.1 Quy định chung

Các phương pháp số sử dụng trong thiết kế và kiểm tra xác nhận hệ thống bảo vệ chống sét (LPS) của tuabin gió cần được kiểm tra xác nhận dựa trên kết quả thử nghiệm của các hình học tương tự. Phụ lục thông tin này cung cấp các hướng dẫn đơn giản về cách thực hiện kiểm tra xác nhận này, sử dụng các hình học chung đã được cung cấp. Các nhà cung cấp phân tích kỹ thuật sử dụng phương pháp phân tích hoặc số cần phải tài liệu hóa bằng cách so sánh với kết quả thử nghiệm hoặc dữ liệu tại hiện trường, để chứng minh rằng quy trình tính toán của họ là đầy đủ cho mục đích đã đề ra.

O.2 Phân bố điện áp và dòng điện của cánh

Sau khi dòng sét được chặn lại bởi các đầu cực của cánh, dòng điện sét sẽ chảy qua cánh về phía đầu gốc đến trung tâm hoặc vỏ máy. Đối với các cánh chứa các thành phần dẫn điện ngoài LPS, cần thực hiện phối hợp bảo vệ chống sét để đảm bảo rằng có đủ cách điện, khoảng cách tách biệt, hoặc liên kết thế năng đồng đều được định vị và định cỡ đúng cách. Để thực hiện điều này, phân tích số thường được áp dụng, và các phương pháp này sẽ được kiểm tra xác nhận bằng cách so sánh kết quả từ các mô hình với kết quả thử nghiệm của các hình học sao chép chi tiết thiết kế cánh.

Bề mặt cánh đã được thêm vào bản vẽ để thuận tiện trong việc hiểu.

Hình O.1 - Hình học ví dụ cho mô phỏng phân bố điện áp và dòng điện của cánh

Hình học trên Hình O.1 có các đặc điểm như sau:

- một cánh thu nhỏ đơn giản với chiều dài dầm từ 5 m đến 10 m (sao chép cả độ tự cảm và điện trở của vật liệu cánh thực tế),

- một dây dẫn xuống ở một bên của tấm, ngắn mạch ở cả hai đầu,

- một cáp tín hiệu ở bên kia của tấm, mọi thứ đều ngắn mạch ở gốc và kết thúc tại một điện kháng ở giữa.

Chuỗi thử nghiệm cần thực hiện phản ánh toàn bộ phạm vi thời gian tăng của sóng dòng điện sét tự nhiên, và các sai số khi so sánh dòng điện đỉnh mô phỏng với dòng điện đo được nên nằm trong khoảng ±20%. Các thử nghiệm có thể được thực hiện theo quy định D.3.3.

O.3 Phân tích ảnh hưởng gián tiếp

Khi dòng điện sét chảy qua đầu trung tâm, vỏ máy hoặc tháp, việc đánh giá các ảnh hưởng gián tiếp thông qua phân tích hoặc mô hình hóa số có thể mang lại lợi ích. Trong trường hợp này, hình học sau đây có thể được áp dụng, với cách tiếp cận là tiêm dòng điện sét có các đặc điểm khác nhau (dòng điện đỉnh, nội dung tần số, v.v.) và so sánh kết quả thử nghiệm với các giá trị mô phỏng. Các hình học sau đây có thể áp dụng:

Hình O.2 - Hình học ví dụ cho mô phỏng ảnh hưởng gián tiếp của vỏ máy

Hình học trên Hình O.2 có các đặc điểm như sau:

- Cấu trúc 'vỏ máy' đơn giản với kích thước (3 m x 1,5 m x 1,5 m), được xác định bằng các profil thép tiêu chuẩn, bao gồm hai khung bên được hàn lại với nhau và bốn thanh nối hai khung.

- Hai tấm được gắn trên cấu trúc, và một ống dẫn cáp được vạch ra giữa hai tấm này.

- Bên trong ống dẫn, một cáp tín hiệu được vạch ra, kết thúc xuống đất ở một đầu và qua một điện kháng ở đầu còn lại.

- Tiêm dòng điện và đo dòng điện ở các đường khác nhau, đồng thời đo điện áp giữa các chân của cáp tín hiệu.

Chuỗi thử nghiệm được thực hiện cần phản ánh toàn bộ phạm vi thời gian tăng của sóng dòng điện sét tự nhiên, và các sai số khi so sánh dòng điện đỉnh mô phỏng với dòng điện đo được cần nằm trong khoảng ±20%. Các thử nghiệm có thể được thực hiện theo quy định D.3.3.

 

Phụ lục P

(tham khảo)

Thử nghiệm các thành phần quay

P.1  Quy định chung

Thử nghiệm này áp dụng cho các ổ trục của cánh quạt gió. Mục tiêu chính của thử nghiệm là xác định khả năng mang dòng điện của ổ trục.

Liên quan đến mẫu thử nghiệm và thiết lập thử nghiệm, nguyên tắc thử nghiệm cơ bản, được mô tả dưới đây, phân biệt giữa các ổ trục có thể được coi là tĩnh hoặc gần tĩnh trong trường hợp bị sét đánh (ví dụ như ổ trục điều chỉnh góc), và các ổ trục có thể coi là quay ngay cả trong trường hợp bị sét đánh, như ổ trục chính.

Việc thử nghiệm ổ trục không quay và không chịu tải có thể tạo ra một tình huống xấu nhất, có thể được áp dụng nếu không có thông tin nào khác từ nhà sản xuất.

P.2 Mẫu thử nghiệm

P.2.1 Mẫu thử nghiệm đại diện cho ổ trục tĩnh / gần tĩnh

Mẫu thử nghiệm có thể là một ổ trục điều chỉnh góc quy mô thực của tuabin gió, được sử dụng trong các tuabin theo chuỗi, và nên được quy định bởi nhà sản xuất tuabin.

P.2.2 Mẫu thử nghiệm đại diện cho ổ trục quay

Mẫu thử nghiệm có thể là một ổ trục quy mô thực của tuabin gió, cũng được sử dụng trong các tuabin theo chuỗi và nên được quy định bởi nhà sản xuất tuabin.

Các thử nghiệm thay thế có thể được thực hiện trên các tập con của toàn bộ ổ trục, nhưng cần phải cung cấp các tính toán để chứng minh các yếu tố tỷ lệ và các tác động. Trong đặc điểm thử nghiệm, các lý do cho các tham số đã được tỷ lệ hóa cần phải được xác định.

P.3 Thiết lập thử nghiệm

P.3.1 Thiết lập thử nghiệm đại diện cho ổ trục tĩnh / gần tĩnh

Trong quá trình thử nghiệm, ổ trục cần được đặt nằm (mặt phẳng đường kính hướng xuống sàn) trên các vật liệu cách ly như thể hiện trên Hình P.1. Dòng điện xung phải được tiêm vào ổ trục kết nối với cánh quạt rotor, ổ trục còn lại cần được tiếp đất với máy phát.

Hình P.1 - Thiết lập thử nghiệm khả thi cho ổ trục điều chỉnh góc

Việc tiêm dòng điện xung cần được thực hiện ở ít nhất một điểm tiêm. Ngoài ra, việc tiêm cũng nên được xác định tương tự như cách mà ổ trục được kết nối với hệ thống bảo vệ chống sét (LPS) trong tuabin gió. Các khớp tiêm cần được thiết kế đủ khả năng chịu đựng cả dòng điện xung ngắn và dòng điện xung dài.

Hình P.2 - Dòng điện thử nghiệm vào ổ trục điều chỉnh góc

P.3.2  Thiết lập thử nghiệm đại diện cho ổ trục quay

Máy phát thử nghiệm cần được kết nối với trục rotor (mô phỏng) và phần vỏ ổ trục rotor, nơi được quy định cho kết nối tiếp đất trong tuabin (tham khảo Hình P.3). Thiết lập thử nghiệm cuối cùng sẽ được nhà sản xuất xác định một cách chi tiết. Tất cả các điểm tiêm phải được thiết kế để có thể chịu đựng được dòng điện sét tối đa.

Hình P.3 - Thiết lập thử nghiệm có thể cho ổ trục chính

P.4  Quy trình thử nghiệm

Thử nghiệm các thành phần quay cần tuân theo các quy tắc chung về thử nghiệm dòng điện dẫn theo D.3.3. Các yêu cầu bổ sung sau đây áp dụng cho việc thử nghiệm các thành phần quay. Việc thử nghiệm ổ trục lái nên sử dụng các tham số của cấp độ bảo vệ chống sét được chọn từ phân tích rủi ro hoặc được xác nhận bởi nhà sản xuất, với tối thiểu 3 xung sét được áp dụng. Các thử nghiệm nên được tiến hành với xung ngắn đầu tiên và xung dài, có thể là trong một xung kết hợp hoặc trong các xung riêng biệt. Đối với các xung riêng biệt, việc thử nghiệm với tải dòng dài cần được thực hiện sau mỗi xung ngắn đầu tiên. Sau khi thực hiện các thử nghiệm với dòng ngắn và dài, ổ trục cần được kiểm tra về điện trở thấp giữa ổ trục bên trong và bên ngoài bằng dòng đo lường 10-A. Điện trở nối tiếp của mẫu thử cũng nên được ghi lại cho mỗi thử nghiệm và sau mỗi thử nghiệm.

Bảng P.1 mô tả chuỗi thử nghiệm cho thử nghiệm dòng điện cao của các thành phần quay. Trong suốt quá trình thử nghiệm, ổ trục không được phép quay hoặc chịu tải trừ khi có quy định khác từ nhà sản xuất.

Hơn nữa, việc đo nhiệt độ gần điểm tiêm cũng được khuyến nghị.

Bảng P.1 - Chuỗi thử nghiệm cho thử nghiệm dòng điện cao của các thành phần quay

Thử nghiệm Id	Kiểu thử nghiệm	Thông số/Giá trị
1	Đo chuỗi điện trở của mẫu thử	-
2	Cú sét đầu tiên	limp (10/350 μs)
3	Cú sét dài	llong (0,5 s)
4	Đo trờ kháng thấp	-
5	Cú sét ngắn đầu tiên	limp (10/350 μs)
6	Cú sét dài	llong (0,5 s)
7	Đo chuỗi điện trở của mẫu thử	-
8	Cú sét ngắn đầu tiên	limp (10/350 μs)
9	Cú sét dài	llong (0,5 s)
10	Đo chuỗi điện trở của mẫu thử	-

P.5 Tiêu chí Đạt / Không đạt

Sau khi tiến hành thử nghiệm xung theo quy định tại P.3, ổ trục cần được kiểm tra bằng cả phương pháp quan sát trực quan và đo điện trở nối tiếp của mẫu thử giữa ổ trục trong và ổ trục ngoài (tham khảo Hình P.4). Để thực hiện phép đo này, cần sử dụng một nguồn dòng có dòng tối thiểu là 10 A.

Hình P.4 - Ví dụ minh họa cho việc đo điện trở nối tiếp của mẫu thử

Đánh giá cuối cùng về kết quả thử nghiệm ổ trục phải được thực hiện bởi nhà sản xuất ổ trục, và đánh giá này cần bao gồm việc xem xét thời gian hoạt động còn lại của ổ trục sau khi thử nghiệm.

 

Phụ lục Q

(tham khảo)

Hệ thống nối đất cho các trang trại gió

Một trang trại gió thường bao gồm nhiều cấu trúc như tuabin gió, các tòa nhà, cáp hoặc cơ sở hạ tầng đường dây trên không, trạm biến áp cao thế, và cáp tín hiệu.

Mỗi tuabin gió cần được trang bị một hệ thống nối đất riêng. Hệ thống nối đất của từng tuabin gió và trạm biến áp cao thế nên được kết nối với nhau bằng các dây dẫn nối đất nằm ngang, tạo thành một hệ thống nối đất tổng thể cho toàn bộ trang trại gió. Điều này trở nên đặc biệt quan trọng nếu việc đạt được trở kháng nối đất tốt tại mỗi vị trí tuabin là khó khăn.

Các kết nối giữa các hệ thống nối đất của tuabin gió nên được thực hiện bằng các dây dẫn nối đất theo các tuyến đường của các cáp thu thập điện kết nối các tuabin.

Hệ thống nối đất trong một trang trại gió rất quan trọng cho việc bảo vệ các hệ thống điện, vì một hệ thống nối đất có trở kháng thấp giúp giảm độ chênh lệch điện thế giữa các cấu trúc khác nhau trong trang trại gió, từ đó giảm thiểu sự can thiệp vào các hệ thống điện.

Để giảm thiểu khả năng xảy ra tia sét trực tiếp lên các tuyến cáp dưới mặt đất và giảm thiểu các tác động do tia sét gây ra đối với các cáp, việc lắp đặt một dây dẫn nối đất hoặc nhiều dây dẫn nối đất trong trường hợp có các tuyến cáp rộng hơn được khuyến cáo nên thực hiện phía trên các tuyến cáp.

 

Thư mục tài liệu tham khảo

[1] Cigré WG C4.407, Lightning Parameters for Engineering Applications, Cigré Brochure 549, 2013

[2] Masaru Ishii, NEDO R&D Project for Measures of Lightning Protection of Wind Turbines in Japan, 2015 International Symposium on Lightning Protection (XIII SIPDA), Balneário Camboriú, Brazil, 28th Sept. - 2^nd Oct. 2015

[3] NASA, Global Hydrology Research Center, Lightning & Atmospheric Electricity Research [online]. Viewed 2018-10-11. Available at http://lightning.nsstc.nasa.gov/data/data_lis-otd-climatology.html

[4] RAKOV, V.A., UMAN, M.A. Lightning Physics and Effects. Cambridge University Press, 2003, ISBN 0 521 58327

[5] V. March, J. Montanyà et al., Winter lightning activity in specific global regions and implications to wind turbines and tall structure, 33rd ICLP, 25-30 September 2016, Estoril, Portugal

[6] FISHER, F.A., PLUMER, J.A. and Perala, R.A. Lightning Protection of Aircraft. Second edition. Lightning Technologies Inc., Pittsfield, MA, USA, 2004

[7] Cigré WG C.4.4.02, Protection of MV and LV networks against lightning - Part 1: Common topics, July 2005

[8] IEC 60060-1:2010, High-voltage test techniques - Part 1: General definitions and test requirements

[9] IEC 60068 (all parts), Environmental testing

[10] IEC 60071 (all parts), Insulation co-ordination

[11] IEC 60071-2:2018, Insulation co-ordination - Part 2: Application guide

[12] IEC 60099-4, Surge arresters - Part 4: Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c. systems

[13] IEC 60099-5, Surge arresters - Part 5: Selection and application recommendations

[14] IEC 60204-1, Safety of machinery - Electrical equipment of machines - Part 1: General requirements

[15] IEC 60204-11, Safety of machinery - Electrical equipment of machines - Part 11: Requirements for equipment for voltages above 1 000 V AC or 1 500 V DC and not exceeding 36 kV

[16] IEC 60243 (all parts), Electrical strength of insulating materials

[17] IEC 60243-1, Electrical strength of insulating materials - Test methods - Part 1: Tests at power frequencies

[18] IEC 60243-3, Electric strength of solid insulating materials - Test methods - Part 3: Additional requirements for 1,2/50 ps impulse tests

[19] IEC 60464-2, Varnishes used for electrical insulation - Part 2: Methods of test

[20] IEC 60587, Electrical insulating materials used under severe ambient conditions - Test methods for evaluating resistance to tracking and erosion

[21] IEC TR 62066, Surge overvoltages and surge protection in low-voltage a.c. power systems - General basic information

[22] IEC 62153-4-3, Metallic communication cable test methods - Part 4-3: Electromagnetic compatibility (EMC) - Surface transfer impedance - Triaxial method

[23] IEC 62561 (all parts), Lightning protection system components (LPSC)

[24] I EC 62561-1, Lightning protection system components (LPSC) - Part 1: Requirements for connection components

[25] IEC TS 62561-6, Lightning protection system components (LPSC) - Part 6: Requirements for lightning strike counters (LSC)

[26] IEC TS 62561-8, Lightning protection system components (LPSC) - Part 8: Requirements for components for isolated LPS

[27] IEC 62793, Protection against lightning - Thunderstorm warning systems

[28] IEC 62858, Lightning density based on lightning location systems (LLS) - General principles

[29] ITU-T K.46, Protection of telecommunication lines using metallic symmetric conductors against lightning-induced surges

[30] ITU-R P.832-3 (02/2012), World atlas of ground conductivities, P Series, Radiowave propagation

[31] EN 50539-22, Low-voltage surge protective devices - Surge protective devices for specific application including d.c. - Part 22: Selection and application principles - Wind turbine applications