Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 10687-24:2015 IEC 61400-24:2010 Tuabin gió - Phần 24: Bảo vệ chống sét

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10687- 24: 2015

IEC 61400-24 : 2010

TUABIN GIÓ - PHẦN 24: BẢO VỆ CHỐNG SÉT

Wind turbines - Part 24: Lightning protection

Lời nói đầu

TCVN 10687-24:2015 hoàn toàn tương đương với IEC 61400-24:2010;

TCVN 10687-24:2015 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/E1 Máy điện và khí cụ điện biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Lời giới thiệu

Tiêu chuẩn này đưa ra các yêu cầu thiết kế tối thiểu cho các tuabin gió mà không nhằm sử dụng như một bản thông số kỹ thuật thiết kế hoàn chỉnh hay hướng dẫn sử dụng.

Bất kỳ các yêu cầu nào của tiêu chuẩn này đều có thể thay đổi nếu có thể chứng tỏ một cách thích hợp rằng an toàn của hệ thống không bị ảnh hưởng. Tuy nhiên, quy định này không áp dụng cho việc phân loại và các định nghĩa kèm theo của các điều kiện bên ngoài nêu trong Điều 6. Việc phù hợp với tiêu chuẩn này không hỗ trợ cho bất kỳ người nào, tổ chức nào hay tập đoàn nào về trách nhiệm tuân thủ các quy định pháp luật khác.

Tiêu chuẩn này không nhằm đưa ra các yêu cầu đối với các tuabin gió được lắp đặt ngoài khơi, đặc biệt đối với các kết cấu đỡ.

Bộ Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 10687, Tuabin gió được xây dựng trên cơ sở chấp nhận hoàn toàn IEC 61400 do Ban kỹ thuật Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN/TC/E1 Máy điện và khí cụ điện xây dựng. Bộ TCVN 10687 (IEC 61400) hiện đã có các tiêu chuẩn sau.

1) TCVN 10687-1:2015 (IEC 61400-1:2014), Tuabin gió - Phần 1: Yêu cầu thiết kế

2) TCVN 10687-24:2015 (IEC 61400-24:2010), Tuabin gió - Phần 24: Bảo vệ chống sét

Ngoài ra bộ tiêu chuẩn IEC 61400 còn có các tiêu chuẩn sau:

1) IEC 61400:2015, Wind turbines

2) IEC 61400-2:2013, Wind turbines - Part 2: Small wind turbines

3) IEC 61400-3:2009, Wind turbines - Part 3: Design requirements for offshore wind turbines

4) IEC 61400-4:2012, Wind turbines - Part 4: Design requirements for wind turbine gearboxes

5) IEC 61400-11:2012, Wind turbines - Part 11: Acoustic noise measurement techniques

6) IEC 61400-12-1:2005, Wind turbines - Part 12-1: Power performance measurements of electricity producing wind turbines

7) IEC 61400-12-2:2013, Wind turbines - Part 12-2: Power performance of electricity-producing wind turbines based on nacelle anemometry

8) IEC TS 61400-13:2001, Wind turbine generator systems - Part 13: Measurement of mechanical loads

9) IEC TS 61400-14:2005, Wind turbines - Part 14: Declaration of apparent sound power level and tonality values

10) IEC 61400-21:2008, Wind turbines - Part 21: Measurement and assessment of power quality characteristics of grid connected wind turbines

11) IEC 61400-22:2010, Wind turbines - Part 22: Conformity testing and certification

12) IEC 61400-23:2014, Wind turbines - Part 23: Full-scale structural testing of rotor blades

13) IEC 61400-25-1:2006, Wind turbines - Part 25-1: Communications for monitoring and control of wind power plants - Overall description of principles and models

14) IEC 61400-25-2:2015, Wind turbines - Part 25-2: Communications for monitoring and control of wind power plants - Information models

15) IEC 61400-25-3:2015, Wind turbines - Part 25-3: Communications for monitoring and control of wind power plants - Information exchange models

16) IEC 61400-25-4:2008, Wind turbines - Part 25-4: Communications for monitoring and control of wind power plants - Mapping to communication profile

17) IEC 61400-25-5:2006, Wind turbines - Part 25-5: Communications for monitoring and control of wind power plants - Conformance testing

18) IEC 61400-25-6:2010, Wind turbines - Part 25-6: Communications for monitoring and control of wind power plants - Logical node classes and data classes for condition monitoring

19) IEC 61400-26-1:2011, Wind turbines - Part 26-1: Time-based availability for wind turbine generating systems

20) IEC 61400-26-2:2014, Wind turbines - Part 26-2: Production-based availability for wind turbines

21) IEC 61400-27-1:2015, Wind turbines - Part 27-1: Electrical simulation models - Wind turbines

TUABIN GIÓ - PHẦN 24: BẢO VỆ CHỐNG SÉT

Wind turbines - Part 24: Lightning protection

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này áp dụng cho bảo vệ chống sét của máy phát điện bằng tuabin gió và hệ thống điện gió.

Tài liệu viện dẫn được thực hiện cho các tiêu chuẩn chung của bảo vệ chống sét, hệ thống điện hạ áp và hệ thống điện cao áp cho máy móc và hệ thống lắp đặt và tương thích điện từ (EMC).

Tiêu chuẩn này xác định môi trường sét cho các tuabin gió và ứng dụng môi trường trong việc đánh giá rủi ro đối với tuabin gió. Tiêu chuẩn này xác định các yêu cầu bảo vệ các cánh, các thành phần kết cấu khác và các hệ thống điện và điều khiển chống các tác động trực tiếp và gián tiếp của sét. Tiêu chuẩn này cũng khuyến cáo các phương pháp thử nghiệm sự phù hợp.

Tiêu chuẩn này đưa ra hướng dẫn sử dụng các tiêu chuẩn bảo vệ chống sét, tiêu chuẩn điện công nghiệp và tiêu chuẩn EMC kể cả nối đất; hướng dẫn về an toàn cho con người và hướng dẫn thống kê hư hại và báo cáo.

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 6099-1:2007 (IEC 60060-1:1989), Kỹ thuật thử nghiệm cao áp - Phần 1: Định nghĩa chung và các yêu cầu thử nghiệm.

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 7699 (IEC 60068) (tất cả các phần), Thử nghiệm môi trường

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 60479-4), Ảnh hưởng của dòng điện lên người và gia súc - Phần 4: Ảnh hưởng của sét

TCVN 9630-1 (IEC 60243-1), Độ bền điện của vật liệu cách điện - Phương pháp thử - Phần 1: Thử nghiệm ở tần số công nghiệp

TCVN 9630-3 (IEC 60243-3), Độ bền điện của vật liệu cách điện - Phương pháp thử - Phần 3: Yêu cầu bổ sung đối với các thử nghiệm xung 1,2/50µs

IEC 60071 (tất cả các phần), Insulation co-ordination (Phối hợp cách điện)

IEC 60071-2:1996 Insulation co-ordination - Part 2: Application guide (Phối hợp cách điện - Phần 2: Hướng dẫn áp dụng)

IEC 60099-4, Surge arresters - Part 4: Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c. systems (Bộ chống sét - Phần 4: Bộ bảo vệ chống sét oxit kim loại không có khe hở cho các hệ thống điện xoay chiều)

IEC 60099-5, Surge arresters - Part 5: Selection and application recommendations (Bộ chống sét - Phần 5: Các đề xuất lựa chọn và áp dụng)

IEC 60204-1, Safety of machinery - Electrical equipment of machines - Part 1: General requirements (An toàn máy - Thiết bị điện của máy - Phần 1: Yêu cầu chung)

IEC 60204-11, Safety of machinery - Electrical equipment of machines - Part 11: Requirements for HV equipment for voltages above 1 000 V a.c. or 1 500 V d.c. and not exceeding 36 kV (An toàn máy - Thiết bị điện của máy - Phần 11: Các yêu cầu cho thiết bị cao áp đối với điện áp trên 1 000 V xoay chiều hoặc 1 500 V một chiều nhưng không vượt quá 36 kV)

IEC 60464-2, Varnishes used for electrical insulation - Part 2: Methods of test (Véc ni được sử dụng để cách điện - Phần 2: Phương pháp thử nghiệm)

IEC 60587, Electrical insulating materials used under severe ambient conditions - Test methods for evaluating resistance to tracking and erosion (Vật liệu cách điện được sử dụng trong nhiều điều kiện môi trường xung quanh - Các phương pháp thử nghiệm để đánh giá độ bền đối với dò điện và ăn mòn)

IEC 60664-1, Insulation coordination for equipment within low-voltage systems - Part 1: Principles, requirements and tests (Phối hợp cách điện dùng cho thiết bị trong hệ thống điện hạ áp - Phần 1: Nguyên lý, yêu cầu và thử nghiệm)

IEC 61000-4-5, Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-5: Testing and measurement techniques - Surge immunity test (Tương thích điện từ (EMC) - Phần 4-5: Kỹ thuật thử nghiệm và đo lường - Thử nghiệm miễn nhiễm đột biến điện)

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: Các chỉ dẫn lắp đặt và giảm nhẹ - Mục 2: Nối đất và nối cáp)

IEC/TS 61400-23, Wind turbines - Part 23: Full-scale structural testing of rotor blades (Tuabin gió - Phần 23: Thử nghiệm kết cấu thực tế cho các cánh roto)

IEC 61643-1, Low-voltage surge protective devices - Part 1: Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems - Requirements and tests (Thiết bị bảo vệ đột biến điện hạ áp - Phần 1: Thiết bị bảo vệ đột biến điện được nối với hệ thống phân phối công suất hạ áp - Yêu cầu và 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 hạ áp - Phần 12: Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện được nối với hệ thống phân phối điện hạ áp - Nguyên tắc lựa chọn và áp 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 hạ áp - Phần 21: Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện được nối với mạng viễn thông và tín hiệu - Yêu cầu tính năng và các phương pháp thử)

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 hạ áp - Phần 22: Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện được nối với mạng viễn thông và tín hiệu - Nguyên tắc lựa chọn và áp dụng)

IEC 62153-4-3, Metallic communication cable test methods - Part 4-3: Electromagnetic compatibility (EMC) - Surface transfer impedance - Triaxial method (Phương pháp thử nghiệm cáp thông tin bằng kim loại - Phần 4-3: Tương thích điện từ (EMC) - Trở kháng truyền bề mặt - Phương pháp ba trục)

IEC 62305-1:2006, Protection against lightning - Part 1: General principles (Bảo vệ chống sét - Phần 1: Nguyên lý chung)

IEC 62305-2:20061, Protection against lightning - Part 2: Risk management (Bảo vệ chống sét - Phần 2: Quản lý rủi ro)

IEC 62305-3:20062, Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard (Bảo vệ chống sét - Phần 3: Thiệt hại vật chất cho kết cấu và nguy hiểm sự sống)

IEC 62305-4:20063, Protection against lightning - Part 4: Electrical and electronic systems within structures (Bảo vệ chống sét - Phần 4: Các hệ thống điện và điện tử có trong các kết cấu)

EN 50164-1, Lightning Protection Components (LPC) - Part 1: Requirements for connection components (Các thành phần bảo vệ chống sét (LPC) - Phần 1: Yêu cầu đối với các thành phần kết nối)

CLC HD 637 S1, Power installations exceeding 1 kV A.C. (Hệ thống lắp đặt điện xoay chiều vượt quá 1 kV)

ITU-T K.2, Resistibility of telecommunication equipment installed in a telecommunications centre to overvoltages and overcurrents (Khả năng chịu quá điện áp và quá dòng của thiết bị viễn thông được 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 chịu quá điện áp và quá dòng của thiết bị viễn thông được lắp đặt trong các tòa nhà của khách hàng)

ITU-T K.46, Protection of telecommunication lines using metallic symmetric conductors against lightning-induced surges (Bảo vệ đường dây viễn thông sử dụng dây dẫn kim loại đối xứng khỏi các đột biến điện do sét gây ra)

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này , áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau.

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 Δt = t₂ - t₁.

CHÚ THÍCH: Độ dốc này biểu diễn bằng chênh lệch Δi = 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 Δt = t₂ - t₁ (xem Hình A.3).

3.3

Thanh liên kết (bonding bar)

Thanh kim loại trên đó 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 tiếp 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: Phối hợp 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 (down-conductor system)

Bộ phận của LPS bên ngoài dùng để dẫn dòng điện sét từ hệ thống đầu thu sét 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: 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

Chiều cao hiệu dụng (effective height)

H

Điểm cao nhất của bán kính cánh, đối với một tuabin gió, nghĩa là chiều cao hub cộng với bán kính roto.

3.13

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

Phần của hệ thống bảo vệ chống sét gồm hệ thống đầu thu sét, hệ thống dây dẫn sét và hệ thống đầu thu sét.

CHÚ THÍCH: Dây dẫn sét thường đặt bên trong các cánh của tuabin gió.

3.14

Điện tích sét (flash charge)

Q_flash

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

3.15

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.

3.16

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.

3.17

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: 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.

3.18

Hiệu suất chặn (interception efficiency)

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

3.19

Điểm tiếp 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.

3.20

Hệ thống biện pháp bảo vệ xung sét điện từ (LEMP protection measures system)

LPMS

Hệ thống các biện pháp bảo vệ hoàn chỉnh cho các hệ thống bên trong chống LEMP.

3.21

Dòng điện sét (lightning current)

i

Dòng điện tại điểm sét đánh.

3.22

Xung sét điện từ (lightning electromagnetic impulse)

LEMP

Tất cả các hiệu ứng điện từ của dòng điện sét

CHÚ THÍCH: LEMP bao gồm các đột biến dẫn cũng như các hiệu ứng trường điện từ xung bức xạ.

3.23

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.

3.24

Sét đánh vào kết cấu (lightning flash to a structure)

Sét đánh tới một kết cấu cần bảo vệ.

3.25

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: 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.

3.26

Mức bảo vệ chống sét (lightning protection level)

LPL

Số liên quan đến một tập các giá trị tham 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: Mức bảo vệ chống sét được sử dụng để thiết kế các biện pháp bảo vệ theo bộ các tham số dòng điện sét liên quan.

3.27

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

3.28

Vùng bảo vệ chống sét (lightning protection zone)

LPZ

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

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

3.29

Cú sét (lightning stroke)

Phóng điện đơn nằm trong chùm sét đánh xuống đất.

3.30

Cú sét dài (long stroke)

Phần của sét ứng với một dòng điện liên tục.

CHÚ THÍCH: Khoảng thời gian T_long (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).

3.31

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

3.32

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.

3.33

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: 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.

3.34

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: 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.

3.35

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.

3.36

Giá trị đỉnh (peak value)

I

Giá trị lớn nhất của dòng điện sét

3.37

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: Một sét có thể có nhiều điểm đánh.

3.38

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

3.39

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).

3.40

Khoảng cách ly (separation distance)

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

3.41

Đường dây cung cấp (service line)

Đường dây điện hoặc dây viễn thông được nối tới kết cấu cần bảo vệ.

3.42

Cú sét ngắn (short stroke)

Phần của sét ứng với một dòng điện xung.

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

3.43

SPD được thử nghiệm với I_imp (SPD tested with I_imp)

SPD chịu được dòng điện sét cục bộ với dạng sóng điển hình 10/350 µs và đòi hỏi dòng điện thử nghiệm xung I_imp.

CHÚ THÍCH: Đối với đường dây tải điện, dòng điện thử nghiệm thích hợp I_imp được xác định trong quy trình thử nghiệm Cấp 1 của IEC 61643-1.

3.44

SPD được thử nghiệm với I_n (SPD tested with I_n)

SPD chịu được dòng điện đột biến cảm ứng với dạng sóng điển hình 8/20 µs và đòi hỏi dòng điện thử xung tương ứng I_n.

CHÚ THÍCH: Đối với đường dây tải điện, dòng điện thử nghiệm thích hợp I_n được xác định trong quy trình thử nghiệm Cấp 2 của IEC 61643-1.

3.45

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: Năng lượng riêng biểu diễn năng lượng tiêu tán bởi dòng điện sét trong một đơn vị điện trở.

3.46

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.

3.47

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.

3.48

Số ngày dông bão (thunderstorm days)

T_d

Số ngày dông bão hàng năm thu được từ bản đồ Isokeraunic

3.49

Rủi ro cho phép R_T (tolerable riskR_T)

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

3.50

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

3.51

Mức bảo vệ điện áp (voltage protection level)

U_P

Tham số đặc trưng cho tính năng của SPD nhằm giới hạn điện áp đặt trên các đầu nối được chọn từ một loạt các giá trị ưu tiên.

Giá trị này phải lớn hơn giá trị lớn nhất của điện áp giới hạn đo được.

4  Ký hiệu và đơn vị

5  Các từ viết tắt

6  Môi trường sét của tuabin gió

6.1  Qui định chung

Môi trường sét của tuabin gió dưới dạng các giá trị tham 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 IEC 62305-1.

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

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

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 tham số dòng điện sét tối đa và tối thiểu.

Giá trị tham số dòng điện sét tối đa liên quan đến mức LPL I sẽ không bị vượt quá với xác suất 99 %.

Giá trị tham 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 tham số I, Q và di/dt, nhưng bậc hai đối với tham số W/R). Các tham số thời gian không thay đổi.

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

Giá trị tối đa của tham 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 tham số thử nghiệm mô phỏng các hiệu ứng của sét lên các thành phần này (xem Phụ lục D và IEC 62305-1).

CHÚ THÍCH: 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 tham 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.

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 tham 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 tham số sét và bán kính quả cầu lăn ứng với mức bảo vệ LPL

(Bảng 4 trong IEC 62305-1)

7  Đánh giá tác động với sét

7.1  Qui định chung

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: Các giá trị rủi ro cho phép được nêu trong IEC 62305-2, Bảng 7.

Rủi ro do sét đánh gắn với kết cấu bất kỳ là hàm theo chiều cao của kết cấu, địa hình và mức độ hoạt động của sét tại địa phương. Rủi ro liên quan đến sét có thể được đánh giá chi tiết theo IEC 62305-2. Tuy nhiên, quy trình mô tả trong đó khá tỷ mỉ, chỉ dẫn được đưa ra ở đây về cách thực hiện đánh giá tác động sét đơn giản cho tuabin gió riêng, và cách mở rộng cho các nhóm tuabin gió và các trang trại gió.

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).

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

Giai đoạn đầu tiên trong phân tích rủi ro sét là ước lượng tần suất sét đánh vào tuabin gió. IEC 62305-2 đưa ra chỉ dẫn về cách có thể ước tính con số này. Khi đánh giá tần suất sét đánh vào kết cấu, cần thiết thu thập dữ liệu chi tiết về mật độ đánh xuống đất tại địa phương (N_g). Các tổ chức quốc gia như cơ quan dự báo thời tiết có thể có khả năng cung cấp thông tin này. Nếu không có sẵn mật độ sét đánh xuống đất, có thể được ước tính bằng cách sử dụng mối quan hệ sau:

N_g ≈ 0,1 T_d     (1)

trong đó:

N_g [km^-2 năm^-1] là mật độ đánh xuống đất trung bình hàng năm;

T_d [năm^-1] số ngày dông bão hàng năm thu được từ bản đồ isokeraunic (thường có sẵn từ cục thời tiết quốc gia)

Số lượng trường hợp nguy hiểm trung bình hàng năm có thể gây nguy hại đến tuabin gió có thể được tách thành:

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

N_M [năm^-1] do sét đánh gần tuabin gió (trong vòng 250 m);

N_L [năm^-1] do sét đánh vào đường dây cung cấp nối với tuabin gió, tức là cáp điện và cáp viễn thông nối với tuabin gió;

N_I [năm^-1] do sét đánh gần đường dây cung cấp nối với tuabin gió, tức là cáp điện và cáp viễn thông nối với tuabin gió;

ND,b [năm-1] do sét đánh vào tuabin gió hoặc kết cấu khác tại điểm “b” (khác) của đường dây cung cấp nối tới tuabin gió đang được đề cập

Tần suất sét đánh trung bình hàng năm vào tuabin gió có thể được đánh giá theo:

N_D = N_g. A_d . C_d . 10^-6      (2)

trong đó:

A_d [m²] là diện tích thu sét đánh vào kết cấu;

C_d  hệ số môi trường.

Giá trị thích hợp là C_d = 1 đối với tuabin gió trên đất bằng phẳng và C_d = 2 đối với tuabin gió trên đồi hoặc sườn núi.

CHÚ THÍCH 1: Các tuabin gió được đặt ở những nơi được biết đến là chịu tác động rất lớn với sét nói chung hay sét đánh vào mùa đông nói riêng thì có thể chỉ định hệ số môi trường C_d cao hơn để xét đến sét hướng lên sẽ được kích hoạt trong các điều kiện như vậy.

CHÚ THÍCH 2: Các tuabin gió được đặt ngoài khơi có thể phải chỉ định hệ số mỗi trường C_d từ 3 đến 5 để có được ước lượng thực tế về tần suất sét đánh kèm theo.

Diện tích thu sét của một kết cấu được xác định là diện tích mặt đất mà có cùng tần suất sét đánh xuống đất hàng năm với kết cấu. Đối với các kết cấu cách ly, diện tích thu sét tương đương là diện tích bao quanh bởi đường biên giới thu được từ giao điểm giữa mặt đất và đường thẳng có độ dốc 1:3 tính từ các phần trên cùng của kết cấu (tiếp xúc tại đó) và quay xung quanh nó.

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 biểu diễn 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

Do đó, có thể sử dụng công thức sau để ước lượng số lượng sét đánh hàng năm vào tuabin gió đặt trên đất bằng phẳng.

N_d = N_g. A_d. 10^-6 = N_g. 9π . H². 10^-6      (3)

trong đó:

H [m]  chiều cao tuabin gió.

Với địa hình phức tạp hơn, cần xét đến chiều cao hiệu dụng của các tuabin gió gồm cả chiều cao vị trí tuabin gió, ví dụ nếu đặt trực tiếp trên đồi hay sườn núi (xem Hình 2). IEC 62305-2 cung cấp hướng dẫn cho các kết cấu trong địa hình phức tạp hoặc gần với các kết cấu khác.

Hình 2 - Chiều cao hiệu dụng, H, của tuabin gió đặt trên đồi

Hơn nữa, các tuabin gió có thể bị đe dọa do sét đánh gần tuabin gió:

N_M = N_g . (A_m - A_dC_d). 10^-6     (4)

trong đó:

A_m [m²]  diện tích thu sét đánh gần kết cấu, là diện tích trong phạm vi 250 m.

Khi áp dụng bảo vệ chống sét thích hợp cho một tuabin gió và các đường dây cung cấp nối tới nó có thể giả thiết rằng việc bảo vệ cũng bao gồm bảo vệ chống hỏng tuabin gió do sét đánh gần tuabin gió và do sét đánh gần đường dây cung cấp nối tới tuabin gió.

Tuabin gió lớn thường được nối với một hệ thống thu nhận cáp điện cao áp và cũng thường được nối với trung tâm kiểm soát bên ngoài qua đường dây viễn thông, cả hai đường dây cung cấp này có thể bị ảnh hưởng do sét đánh vào hoặc gần chúng (xem Hình 3). Trong trường hợp dây viễn thông là kết nối cáp quang (được khuyến cáo), rủi ro thiệt hại do sét tới đường dây viễn thông có thể được bỏ qua.

Số lượng sét đánh vào đường dây cung cấp nối với tuabin gió có thể được đánh giá theo IEC 62305-2, Phụ lục A như sau:

N_L = C_d. C_t .N_g. A_I. 10^-6     (5)

Và số lượng sét đánh gần đường dây cung cấp (nghĩa là đủ gần để tác động đến đường dây) có thể được đánh giá như sau:

N_I = C_e. C_t. N_g . A_i . 10^-6    (5)

trong đó:

C_d  hệ số vị trí: bằng 1 trong diện tích bằng phẳng và bằng 2 ở địa hình đồi núi;

C_e  hệ số môi trường, bằng 1 đối với các vùng nông thôn;

C_t  hệ số biến áp;

A_I [m²]  diện tích thu sét đánh vào đường dây cung cấp - xem Bảng 3;

A_i [m²]  diện tích thu sét đánh gần đường dây cung cấp - xem Bảng 3.

Hệ số biến áp C_t = 1 nếu không có biến áp nào giữa điểm sét đánh và tuabin gió, và C_t = 0,2 nếu có biến áp. Vì thường có một biến áp cao thế trong các tuabin gió lớn, có thể ước lượng C_t = 0,2 cho các loại cáp trung thế nối tuabin gió vào lưới điện (xem IEC 62305-2, Phụ lục A).

CHÚ THÍCH 3: C_d = 0 cho các đường dây cung cấp dưới biển (các cáp cao thế và cáp viễn thông dưới biển).

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

Sét đánh bên trong diện tích hẹp A_I dọc theo tuyến cáp có thể xuyên qua và ảnh hưởng trực tiếp đến cáp, trong khi sét đánh trong diện tích rộng hơn A_i có thể gây ra các quá độ và làm thủng cách điện cáp.

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 biểu diễn bằng công thức tổng quát sau:

R_x = N_x . P_x. L_x      (7)

trong đó

N_x [năm^-1] là số lượng trường hợp nguy hiểm hàng năm;

P_x  xác suất thiệt hại cho kết cấu (hàm số theo các biện pháp bảo vệ khác nhau);

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).

Trong trường hợp rủi ro được tìm thấy 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 R_T.

R_x ≤ R_T     (8)

CHÚ THÍCH: Rủi ro cho phép R_T có thể được quy định bởi cơ quan chức năng.

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, áp dụng mối quan hệ sau:

- thành phần liên quan đến tổn thương sinh vật (D1)

R_A = N_D . P_A . L_A    (9)

- thành phần liên quan đến thiệt hại vật chất (D2)

R_B = N_D . P_B . L_B     (10)

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

R_c = N_D. P_C. L_C      (11)

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

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

Để đánh giá thành phần rủi ro liên quan đến sét đánh gần tuabin gió áp dụng quan hệ sau:

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

R_M = N_M . P_M . L_M     (12)

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

7.3.4  Đánh giá thành phần rủi ro do sét đánh vào đường dây cung cấp nối tới tuabin gió (S3)

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

- thành phần liên quan đến tổn thương sinh vật (D1)

R_U = (N_L + N_D,b) . P_U. L_U    (13)

- thành phần liên quan đến thiệt hại vật chất (D2)

R_v = (N_L + N_D,b) . P_v . L_v   (14)

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

R_w = (N_L + N_D,b) . P_w . L_w  (15)

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

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)

R_z = (N_I - N_L) . P_z. L_z   (16)

Đối với mục đích đánh giá này, nếu (N_I - N_L) < 0, thì giả thiết (N_I - N_L) = 0.

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 IEC 62305-2)

8  Bảo vệ chống sét của các bộ phận đi kèm

8.1  Qui định chung

Nếu không được thể hiện bằng phân tích rủi ro, tất cả bộ phận đi kèm được bảo vệ theo mức LPL-I.

Việc tuân thủ trong suốt vòng đời với mức LPL nhất định có thể yêu cầu bảo dưỡng và kiểm tra cụ thể trên hiện trường. Các yêu cầu bảo dưỡng và kiểm tra cho hệ thống bảo vệ chống sét gồm hệ thống nối đất phải được mô tả trong hướng dẫn kiểm tra và bảo dưỡng. Quy trình bảo dưỡng và kiểm tra được nêu tại Điều 12.

CHÚ THÍCH: Việc đánh giá rủi ro chi tiết có thể cho thấy rằng mức bảo vệ thấp hơn mức LPL-I là tối ưu về kinh tế đối với một số tuabin gió hoặc trang trại gió, chỉ khi có thể thuận lợi để phân biệt sao cho cánh tuabin gió được bảo vệ ở mức LPL cao hơn trong khi các bộ phận khác có thể được sữa chữa hoặc thay thế với chi phí thấp hơn có thể được bảo vệ theo mức LPL thấp hơn.

8.2  Cánh tuabin

8.2.1  Qui 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.

Các cánh tuabin gió được đặt trong vùng bảo vệ chống sét 0_A theo IEC 62305-1 và phải được bảo vệ thích hợp.

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

Bảo vệ chống sét phải đủ để cho phép cánh chấp nhận mức LPL-I cho sét đánh không thiệt hại kết cấu mà sẽ làm hỏng chức năng của cánh (trừ khi phân tích rủi ro cho thấy mức LPL-II hoặc LPL-III là đủ).

Thiệt hại sét phải được giới hạn để có thể chấp nhận được cho đến kỳ bảo dưỡng và kiểm tra định kỳ kế tiếp.

8.2.3  Kiểm tra xác nhận

Khả năng của hệ thống đầu thu sét và hệ thống dẫn xuống để chặn sét và dẫn dòng điện sét phải được kiểm tra bằng một trong các 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, hoặc kiểu cánh có bảo vệ chống sét thành công đã được nêu trong tài liệu;

c) sử dụng dụng cụ phân tích được kiểm tra trước đó bằng cách so sánh với các kết quả thử nghiệm hoặc với các thiết kế bảo vệ cánh đã qua quá trình làm việc thành công.

Để khẳng định việc kiểm tra xác nhận theo cách b), các cánh phải có cùng thành phần vật liệu cấu tạo, cùng hệ thống bảo vệ chống sét và có cùng kích thước kết cấu đặc trưng. Không cho phép có các thay đổi đáng kể ảnh hưởng đến độ nhạy sét mà không được kiểm tra xác nhận. Tuy nhiên, các đánh giá giống với những đánh giá được thực hiện trên thiết kế cánh đã được kiểm tra trước đó sẽ không cần phải lặp lại.

Nhà chế tạo cánh phải đưa ra tài liệu mô tả về phương pháp được sử dụng và các kết quả kiểm tra xác nhận.

8.2.4  Các lưu ý về thiết kế bảo vệ

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.

8.2.4.1  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 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, hoặc kết hợp của chúng.

Không áp dụng các công cụ định vị hệ thống đầu thu sét (quả cầu lăn, góc bảo vệ, v.v...) đã mô tả trong IEC 62305-3 cho các cánh tuabin gió. Do vậy, thiết kế hệ thống đầu thu sét phải được kiểm tra theo 8.2.3.

Nhà chế tạo phải đảm bảo rằng hệ thống đầu thu sét được gắn thích hợp trong giá lắp đặt của nó, và phải thiết kế hệ thống đầu thu sét sao cho có thể chịu được hao mòn dự kiến do gió, hơi ẩm, các hạt bụi, v.v.... Như một phần của việc kiểm tra, các thành phần bảo vệ chống sét phải có trong thiết kế cuối cùng của cánh, các thử nghiệm độ mỏi trước đó và các thử nghiệm cơ khí khác.

Tất cả các bộ phận bên trong của hệ thống đầu thu sét, giá lắp đầu thu sét và các kết nối tới dây dẫn sét phải được thiết kế để giảm thiểu rủi ro do phóng điện bên trong hình thành từ những bộ phận này (nghĩa là các dải phát xạ và các tiên đạo sét).

Nhà chế tạo phải thiết kế hệ thống đầu thu sét sao cho nhân viên bảo trì có thể sửa chữa hoặc thay thế các bộ phận của nó khi bị hỏng hoặc bị giảm chất lượng do các ảnh hưởng của sét hoặc của môi trường khác. Các đầu thu sét sẽ hao mòn qua thời gian do sự ăn mòn tại các nguồn hồ quang sét. Sự ăn mòn liên quan đến sự tích điện vào các nguồn hồ quang sét và vật liệu và hình dáng bề mặt của hệ thống đầu thu sét. Các cánh mà nhận một số lượng lớn các chùm sét cuối cùng có thể yêu cầu thay thế các đầu thu sét. Vòng đời của hệ thống đầu thu sét phải được tối đa nhờ lựa chọn vật liệu và thiết kế phù hợp. Nhà chế tạo phải cung cấp chỉ dẫn về cách kiểm tra và bảo trì hệ thống đầu thu sét.

Ví dụ nếu hệ thống đầu thu sét được phủ bằng một lớp mạ thì chức năng và khả năng bù cho vòng đời của cánh phải được bảo dưỡng. Các thử nghiệm được đề xuất để xác định hiệu quả các đầu thu sét được mô tả trong Phụ lục D

Nhà chế tạo phải xác định quy trình kiểm tra chính thức cho các hệ thống đầu thu sét sao cho có thể thiết lập và kiểm tra vòng đời thiết kế và khoảng thời gian sửa chữa/thay thế đã ước tính.

Kiểm tra hiệu quả hệ thống đầu thu sét phải được thực hiện theo mô tả trong 8.2.3.

8.2.4.2  Hệ thống dẫn sét và các thành phần kết nối

Hệ thống dẫn sét và các thành phần kết nối của nó là hệ thống dẫn dòng điện sét từ hệ thống đầu thu sét về phía gốc của cánh.

Các kết nối với hệ thống dẫn sét phải chắc chắn, cố định và đảm bảo rằng toàn bộ hệ thống có thể chịu được tác động kết hợp của các hiệu ứng điện, nhiệt, và điện động của dòng điện sét. Khả năng của hệ thống bảo vệ chống sét chịu được các tác động cơ học ở cánh phải được xác minh, tốt nhất là lắp vào cánh hệ thống đã qua các thử nghiệm trong IEC/TS 61400-23.

Mặt cắt của dây dẫn sét và các bộ phận dẫn điện tự nhiên của cánh được sử dụng như dây dẫn sét phải có thể dẫn dòng điện sét tương ứng theo mức LPL đã chọn. Nói chung, các dây dẫn kim loại phải được chọn theo IEC 62305-3.

Thử nghiệm các thành phần kết nối phải được thử nghiệm phù hợp với EN 50164-1 mà không cần áp dụng ổn định/lão hóa. Các mức thử nghiệm dòng điện phải được chọn theo cú sét ngắn đầu tiên của mức LPL đã chọn. Nếu sử dụng kết nối mềm, chẳng hạn như liên kết quay, vòng bi hoặc khe đánh lửa, thì thử nghiệm phải được thực hiện với dòng điện cú sét dài. Nếu có một vài đường dẫn dòng điện sét, biên độ dòng điện thử nghiệm cho mỗi đường dẫn có thể được chia tỷ lệ theo sự phân bố của dòng điện giữa các đường dẫn.

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 phát triển phóng điện từ các kết cấu không phải hệ thống đầu thu sét bên ngoài; nhờ đó giới hạn được rủi ro phóng điện bên trong làm thủng cánh.

Các dây dẫn sét lắp bên ngoài được xác định như các hệ thống đầu thu sét, do đó áp dụng các yêu cầu trong 8.2.4.1.

Các nhà chế tạo phải xác định quy trình kiểm tra thường xuyên cho bộ phận bất kỳ của hệ thống dẫn sét và các thành phần kết nối của nó mà có thể bị suy giảm bởi môi trường làm việc để có thể kiểm tra tình trạng và tuổi thọ thiết kế ước tính và khoảng thời gian làm việc của các bộ phận này.

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

Kiểm tra hệ thống dây dẫn sét và các bộ phận kết nối của nó phải được thực hiện như mô tả trong 8.2.3.

8.2.4.3  Thành phần dẫn điện bổ sung

Trong trường hợp các thành phần dẫn điện bổ sung (thành phần kết cấu dẫn điện, CFC, trọng lượng cáp hãm đầu cánh, cáp điện cho các cảm biến, đèn cảnh báo, v.v...) có trong cánh, nói chung các bộ phận này phải được liên kết với hệ thống bảo vệ chống sét, được thiết kế để dẫn chia dòng điện sét và ngăn chặn phóng điện bề mặt giữa các bộ phận dẫn điện.

Một cách khác, phải được chứng minh bằng thử nghiệm ứng với mức LPL và/hoặc phân tích xem liệu các thành phần dẫn điện bổ sung, kết cấu CFC, v.v... có được liên kết với nhau và với hệ thống bảo vệ chống sét hay không.

Các phương pháp liên kết các thành phần dẫn điện bổ sung phải được chứng minh bằng thử nghiệm dòng điện cao như được mô tả trong 8.2.5.2.

Trong trường hợp dây dẫn tạo thành các tuyến dẫn dòng song song dẫn trong cánh, các dây dẫn này phải được kết nối với nhau theo IEC 62305-1, và phải chú ý đến những ảnh hưởng của các lực điện động.

8.2.4.4  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 tuổi thọ. 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

Áp dụng các phương pháp sau đây cho toàn bộ các thiết kế cánh hoặc các phần nhỏ như đầu cánh hay các miếng thử nghiệm dát mỏng.

8.2.5.1  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 phát triển các chi tiết thiết kế cụ thể xung quanh các bộ nhận ở đầu, bộ nhận ở mặt bên hoặc tương tự có thể đạt được từ thử nghiệm gắn với tiên đạo ban đầu 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.

8.2.5.2  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, hoặc EN 50164-1 mà không cần áp dụng ổn định/lão hóa.

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.

8.3  Vỏ tuabin và các thành phần kết cấu khác

8.3.1  Qui định chung

Bảo vệ chống sét cho vỏ tuabin và các thành phần kết cấu khác của tuabin gió phải được thực hiện bằng cách sử dụng bản thân các kết cấu kim loại lớn làm đầu thu sét, liên kết đẳng thế, vỏ che chắn và dẫn dòng điện sét xuống hệ thống nối đất. Các thành phần bảo vệ chống sét bổ sung như hệ thống đầu thu sét để bảo vệ các thiết bị đo khí tượng và đèn cảnh báo máy bay trên vỏ tuabin, dây dẫn sét và các kết nối liên kết phải được tạo ra và có kích thước theo IEC 62305-3. Tuabin gió phải được chia thành các khu vực bảo vệ sét, LPZ (xem Phụ lục E).

8.3.2  Hub

Hub của các tuabin gió lớn là một quả cầu bằng sắt đúc rỗng đường kính từ 2 m đến 3 m. Do đó riêng độ dày của vật liệu đã đảm bảo chính kết cấu hub đã miễn nhiễm với sét. Trong hầu hết các trường hợp, hệ thống điều khiển điện và cơ, và bộ dẫn động được đặt trong hub có các mạch đi ra bên ngoài hub, tới cánh và vỏ tuabin. Hub sẽ tạo thành một lồng Faraday bằng cách cung cấp màn chắn từ tại các khe hở trong hub về phía các cánh, mặt trước và vỏ tuabin (tức là hub phải được xác định là một LPZ). Trong nhiều trường hợp, các khe hở này được đóng kín nhờ các tấm mặt bích của cánh và mặt bích của trục chính, có thể được coi là các màn chắn từ rất hiệu quả. Khi các khe hở được khép kín bằng các màn chắn từ như mô tả trên, thì bên trong hub không cần bảo vệ chống sét riêng. Khi đó, bảo về chống sét của hub được giới hạn ở liên kết đẳng thể và bảo vệ tạm thời các hệ thống được đặt bên ngoài hub, như hệ thống dẫn động cánh, và các hệ thống điện và điều khiển trong hub được nối với các mạch đi ra bên ngoài hub.

8.3.3  Mũ cánh

Thông thường hub có một nắp bằng sợi thủy tinh, gọi là mũ cánh, 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 cánh, 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 cánh. 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 cánh thì có thể chấp nhận rủi ro sét đánh thủng xuyên qua mũ cánh và không cần bất kỳ hệ thống bảo vệ chống sét nào cho mũ cánh. Tuy nhiên, trong hầu hết các trường hợp, bảo vệ chống sét đơn giản và khả thi cho mũ cánh có thể được thực hiện khi sử dụng kết cấu đỡ bằng kim loại cho mũ cánh 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 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 qui 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 vòng bi dẫn động và vòng bi xoay cánh của cánh (xem 8.2 và 8.4 đối với bảo vệ cánh và vòng bi). Các loại hệ thống chổi than khác nhau thường được sử dụng để chuyển hướng dòng điện sét khỏi vòng bi. 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 vòng bi đến để đỡ vỏ tuabin.

CHÚ THÍCH: Vỏ tuabin được phủ màn chắn từ như vậy sẽ không thể bảo vệ khỏi 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 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 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 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 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.

8.3.6  Phương pháp thử nghiệm

Các phương pháp thử nghiệm sơ bộ được nêu trong Phụ lục D.

8.4  Hệ thống truyền động cơ khí và xoay tuabin

8.4.1  Qui định chung

Nhìn chung, tuabin gió sẽ có một số vòng bi 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 vòng bi có các bộ phận chuyển động trực tiếp hoặc gián tiếp bắc cầu các bộ phận khác nhau của tuabin gió nơi có thể dẫn dòng điện sét.

Tất các hệ thống dẫn động và vòng bi 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  Vòng bi

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

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

Nếu các vòng bi được vận hành không có bảo vệ, phải chứng minh rằng bản thân vòng bi có thể hoạt động trong suốt vòng đời thiết kế, sau khi chịu tác động với số lượng dòng điện sét dự kiến. Nếu vòng bi không thể hoạt động trong suốt vòng đời thiết kế, phải áp dụng biện pháp bảo vệ (xem 8.4.4).

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 sẽ không ảnh hưởng đến hệ thống. Với các hệ thống thủy lực, cần xét đến rủi ro dò 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 hệ thống ổ trục và bộ dẫn động phải có chức năng được ghi thành tài liệu. Nên thực hiện các thử nghiệm với dòng điện xung đại diện cho dòng điện sét tự nhiên.

Nên thực hiện các thử nghiệm dòng điện xung trên các đối tượng thử nghiệm kích thước thực mà các bộ phận quan trọng của hệ thống được thể hiện trong mô hình thử nghiệm.

Phải chứng tỏ rằng hệ thống bảo vệ có thể chịu được ảnh hưởng có hại của cú sét đầu tiên kết hợp với dòng điện cú sét kéo dài.

Nếu sử dụng các tiếp điểm trượt như một phần của hệ thống, các thử nghiệm cơ khí phải được thực hiện để ghi vào tài liệu sự ổn định của hệ thống, tập trung đặc biệt vào ăn mòn tiếp điểm có và không bị ăn mòn ảnh hưởng của dòng điện sét. Sự hao mòn phải đủ thấp để không ảnh hưởng đến vận hành giữa các khoảng thời gian vận hành theo kế hoạch.

Các thử nghiệm có thể được thực hiện trên các mô hình thu nhỏ, nhưng các tính toán phải chứng minh các hệ số và các ảnh hưởng tỷ lệ.

Thông tin về các phương pháp thử nghiệm được nêu trong Phụ lục D, D.3.4.

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

8.5.1  Qui định chung

Điều này đề cập đến việc bảo vệ các hệ thống điện và điều khiển của tuabin gió khỏi các ảnh hưởng của:

• 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 từ LEMP do sét đánh không ảnh hưởng trực tiếp đến tuabin gió).

CHÚ THÍCH 1: Các quá điện áp và đột biến quá độ gây ra do các thao tác đóng cắt trong hệ thống điện (xung điện từ chuyển mạch, SEMP) cũng phải được xem xét. Tuy nhiên, nó không thuộc phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn này. Để biết thông tin chung, tham khảo IEC 62305-2 Phụ lục F về quá điện áp đóng cắt. Điều 8.5.6.9 và Điều F.7 của tiêu chuẩn này đưa ra một số thông tin về lựa chọn SPD liên quan đến các quá điện áp tạo ra trong tuabin gió.

Tất cả các loại chùm sét đều phát xung sét điện từ (LEMP).

CHÚ THÍCH 2: Phải tuân thủ các yêu cầu chung đối với thiết bị điện trong các máy mô tả trong IEC 60204-1.

8.5.2  Biện pháp bảo vệ xung sét điện từ LEMP (LPMS)

Các hệ thống điện và điều khiển chịu thiệt hại do xung sét điện từ LEMP. Do đó các biện pháp bảo vệ LEMP (LPMS) phải được trang bị để tránh hỏng hóc các hệ thống này. Bảo vệ hiệu quả cho hệ thống điện và điều khiển tuabin gió khỏi xung sét điện từ LEMP đòi hỏi sự tiếp cận một cách hệ thống các khái niệm về các vùng bảo vệ chống sét (LPZ) theo IEC 62305-4. Các biện pháp bảo vệ (LPMS) là một phần của khái niệm về vùng bảo vệ chống sét (LPZ) cho tuabin gió hoàn chỉnh, được mô tả trong 8.5.3. Ví dụ áp dụng khái niệm vùng bảo vệ chống sét (LPZ) trong tuabin gió được đưa ra trong Phụ lục E.

Nhà chế tạo tuabin gió phải cung cấp hệ thống các biện pháp bảo vệ LEMP theo IEC 62305-4 đối với hệ thống điện hoàn chỉnh.

CHÚ THÍCH: Có thể giả thiết rằng các biện pháp bảo vệ LEMP hiệu quả cũng cung cấp hiệu quả bảo vệ chống các ảnh hưởng gián tiếp của sét.

Các biện pháp bảo vệ cơ bản trong LPMS theo IEC 62305-4 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 kết hợp - xem 8.5.6;

• nối đất - xem Điều 9.

Các phương pháp bổ sung gồm:

• cách ly, thiết kế mạch, các mạch cân bằng, trở kháng nối tiếp, v.v....

Đối với LEMP, các thông tin cơ bản sau đây phải được ghi thành tài liệu (xem thêm Điều 11):

• xác định cấp bảo vệ chống sét (LPL) theo IEC 62305-1;

• các bản vẽ tuabin gió xác định LPZ và ranh giới của chúng;

• sơ đồ mạch biểu diễn các SPD, vỏ cáp và các điểm liên kết vỏ cáp.

Hình E.5 và Hình E.6 cung cấp ví dụ cơ bản cho tài liệu như vậy.

8.5.3  Vùng bảo vệ chống sét (LPZ)

Một tuabin gió có thể được chia thành các khu vực vật lý xác định ước chừng mức độ ảnh hưởng của sét đánh vào các thành phần trong khu vực đó. Việc phân chia tuabin gió thành các vùng bảo vệ chống sét là công cụ để đảm bảo cho bảo vệ đầy đủ và hệ thống cho tất cả các thành phần của tuabin gió. Các vùng bảo vệ chống sét này (LPZ) được xác định phụ thuộc vào việc có hay không có sét đánh trực tiếp và biên độ dòng điện sét và các trường điện và trường từ kết hợp dự kiến trong khu vực đó (xem Bảng E.1). Khi đó áp dụng các phương pháp bảo vệ chống sét để đảm bảo các bộ phận, như máy móc, hệ thống điện hay hệ thống điều khiển, có thể chịu được các trường điện và trường từ và dòng điện sét có thể đi vào khu vực đặt các bộ phận đó. Ví dụ, bảo vệ chống quá điện áp chỉ cần thiết cho các loại cáp đi từ khu vực có các thành phần nhạy cảm hơn (tức là từ khu vực LPZ có số thấp hơn tới khu vực LPZ có số cao hơn), trong khi các kết nối nội bộ trong khu vực có thể không được bảo vệ. Cách tiếp cận này được chi tiết hơn trong IEC 62305-4, Điều 4 “Thiết kế và lắp đặt hệ thống các biện pháp bảo vệ LEMP (LPMS)”, và được đề cập trong Phụ lục E.

Hướng dẫn thêm về cách thực hiện các yêu cầu này được đưa ra trong Phụ lục E.

8.5.4  Liên kết đẳng thế trong tuabin gió

Phải sử dụng liên kết đẳng thế theo IEC 62305-4 trong tuabin gió để đảm bảo việc đánh tia lửa nguy hiểm tiềm ẩn không thể xảy ra giữa các bộ phận dẫn điện của tuabin gió. Các liên kết đẳng thế này cung cấp bảo vệ chống các điện áp chạm và điện áp bước khi sét đánh. Các liên kết đẳng thế đóng vai trò quan trọng trong việc giảm khả năng thiệt hại cho hệ thống điện và hệ thống điều khiển. Các kết nối liên kết trở kháng thấp ngăn chênh lệch điện thế nguy hiểm giữa các thiết bị bên trong tuabin gió.

Để có hiệu quả nhất, các kết nối liên kết phải tận dụng tối đa các kết cấu kim loại lớn của tuabin gió (tức là cột tháp chính, đế đỡ vỏ tuabin, khung và trụ cho vỏ tuabin). Dây dẫn liên kết như vậy có thể làm giảm thêm các mức từ trường do sét. Ví dụ, nếu các kết nối liên kết được đặt giữa bệ đỡ kim loại và thành cột tháp tại một số vị trí được phân bố xung quanh mặt tiếp xúc giữa đế đỡ - tháp, thì các liên kết này sẽ có hiệu quả cung cấp vỏ chắn điện từ cho phần bên trong cột tháp.

Nhiều thiệt hại từng có trong các hệ thống điều khiển tuabin gió có thể được tránh được bằng các liên kết và che chắn hiệu quả. Một số lưu ý thêm về liên kết cần thiết trong tuabin gió được nêu trong Phụ lục G.

8.5.5  Màn chắn và đi dây

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

Từ trường tạo ra trong vùng bảo vệ chống sét LPZ do sét đánh vào kết cấu hoặc đất gần đó có thể được giảm bằng màn chắn không gian của LPZ. Các đột biến được cảm ứng trong hệ thống điều khiển thông qua cáp kết nối có thể được giảm thiểu hoặc bằng màn chắn không gian, hoặc bằng tuyến dây và màn chắn (ví dụ các cáp bọc được liên kết ở cả hai đầu), hoặc bằng cách kết hợp cả hai phương pháp.

Sử dụng màn chắn từ và tuyến dây theo IEC 62305-4, Điều 4, và theo các hướng dẫn chung về thực hành lắp đặt tương thích điện từ chính xác được mô tả trong IEC/TR 61000-5-2.

Khi dòng điện sét dẫn qua một tuabin gió sẽ sinh ra một từ trường lớn. Nếu các từ trường thay đổi này dẫn qua một vòng kín được hình thành từ hệ thống đi dây hoặc từ hệ thống đi dây và kết cấu tuabin gió, chúng sẽ cảm ứng điện áp và dòng điện đột biến trong vòng kín đó. Biên độ của các đột biến liên quan đến tốc độ thay đổi của từ trường và diện tích vòng kín đang xét. Người thiết kế phải xem xét độ lớn của điện áp cảm ứng và đảm bảo rằng các đột biến như vậy không vượt quá mức độ chịu đựng của cáp và thiết bị kết nối.

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

Một số lưu ý thêm về màn chắn cần thiết trong tuabin gió được nêu trong Phụ lục G.

8.5.6  Bảo vệ SPD phối hợp

8.5.6.1  Qui 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 kết hợp phải có các mạch kết nối để cung cấp phối hợp cách điện cho toàn bộ hệ thống.

Bảo vệ SPD kết 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 kết 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.

8.5.6.2  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 I_imp (thử nghiệm cấp I), theo phân loại trong IEC 61643-1;

• 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 61643-1;

CHÚ THÍCH: Nếu chiều dài mạch điện giữa SPD và thiết bị là quá dài (tức là dài hơn 10 m), sự lan truyền đột biến có thể dẫn đến hiện tượng dao động - xem IEC 62305-4, D.2.3 và D.2.4.

8.5.6.3  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.

8.5.6.4  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.

8.5.6.5  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.

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.

8.5.6.6  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 được.

CHÚ THÍCH: Nhà chế tạo SPD có thể cung cấp thông tin về tuổi thọ vận hành của SPD.

8.5.6.7  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.

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

Để xác định bảo vệ cần thiết U_p trong vùng bảo vệ chống sét LPZ, cần thiết lập các mức miễn nhiễm của thiết bị trong khu vực LPZ, ví dụ của

• các đầu cuối của đường dây điện và thiết bị theo IEC 61000-4-5 và IEC 60664-1;

• các đầu cuối của đường dây viễn thông và thiết bị theo IEC 61000-4-5, ITU-T K.20 và ITU-T K.21;

• các đầu cuối của các đường dây và thiết bị khác theo thông tin thu được từ nhà chế tạo.

Nhà chế tạo các thành phần điện và điện tử cần có khả năng cung cấp thông tin về mức miễn nhiễm cần thiết theo các tiêu chuẩn EMC. Nếu không thì nhà chế tạo tuabin gió cần thực hiện các thử nghiệm để thiết lập mức miễn nhiễm.

Mức miễn nhiễm được thiết lập của các thành phần bên trong khu vực LPZ trực tiếp xác định bảo vệ cần thiết cần đạt được tại ranh giới khu vực LPZ.

Miễn nhiễm hệ thống phải được xác nhận bao gồm tất cả các SPD được lắp đặt và thiết bị được bảo vệ nếu có. Các phương pháp thử nghiệm có thể có được mô tả trong Phụ lục H.

8.5.6.9  Quá điện áp tạo ra trong tuabin gió

Có thể áp dụng các yêu cầu cụ thể cho các SPD do các biến động điện áp lớn và quá điện áp tạm thời trong hệ thống điện của tuabin gió. Trong trường hợp như vậy, các bộ phận liên quan của hệ thống điện và mức điện áp, mức dòng điện và thời gian phải được xác định bằng cách phân tích và/hoặc thử nghiệm và các SPD đã chọn một cách phù hợp. Ví dụ được nêu trong Phụ lục F.

Phải cung cấp bằng chứng về các SPD đã chọn có thể chịu được các mức ứng suất cụ thể này.

8.5.6.10  Lựa chọn các SPD đối với dòng phóng điện I_n và dòng điện xung I_imp

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.

8.5.6.11  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.

CHÚ THÍCH: Nhà chế tạo SPD có thể cung cấp thông tin về tuổi thọ vận hành của SPD.

8.5.6.12  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.

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

Các phương pháp thử nghiệm sơ bộ nêu trong Phụ lục H.

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 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 mạng 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 4a - Máy phát cảm ứng động cơ lồng sóc (SCIG)

Hình 4b - Máy phát cảm ứng động cơ dây quấn (WRIG)

Hình 4 - 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, chẳng hạn như nếu đối với các bảo vệ chống sét ở đáy 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 móc theo IEC 60204-11.

9  Nối đất các tuabin gió và trang trại gió

9.1  Qui định chung

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 đẻ 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).

9.1.1  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.

9.1.2  Bố trí điện cực đất

Áp dụng hai cách bố trí điện cực đất cơ bản được mô tả trong 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 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.

9.1.3  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 thế 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 IEC 62305-3. Hệ thống nối đất được phải có kết cấu để phân tán dòng điện sét xuống đất mà không gây hư hỏng 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  Qui 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 Bảng 5.

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 Bảng 6.

Bảng 5 - Kích thước nhỏ nhất của dây dẫn nối các điểm/thanh liên kết khác nhau hoặc nối các điểm/thanh liên kết với hệ thống đầu thu sét (Bảng 8 trong IEC 62305-3)

Bảng 6 - Kích thước nhỏ nhất của dây dẫn nối các bố trí kim loại bên trong với các điểm/thanh liên kết (Bảng 9 trong IEC 62305-3)

9.2.3  Hệ thống LPS được cách điện

Không khuyến cáo sử dụng hệ thống LPS được cách điện bên ngoài cho tuabin gió.

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

Cột tháp được coi là các 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 (xem IEC 62305-3, E.4.3).

Hệ thống bảo vệ chống sét bên ngoài có thể được xem xét để sử dụng với cột tháp bê tông, nhưng phải luôn được liên kết với cốt thép của cột tháp.

Đầu ra của liên kết đẳng thế được nối vào cốt thép phải được đặt tại các điểm đầu cuối cố định để liên kết thiết bị bên trong cột tháp. Cột tháp bê tông cốt thép được thiết kế theo 9.3.6.

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 từ sét, do đó khoảng không bên trong cột tháp được xác định là LPZ 0_B. 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 IEC 62305-3 tính đến cả phân 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 đấu 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.

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.

Các bulông 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, chẳng hạn 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 của 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, l₁, 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, l₁, 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 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 l₁:

r_e ≥ l₁     (17)

trong đó l₁ được biểu diễn trong Phụ lục I, Hình I.1 theo các cấp LPS I, II, III và IV.

Khi giá trị yêu cầu của l₁ 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 l_r (nằm ngang) và l_v (thẳng đứng) theo công thức sau:

l_r = l₁ - r_e             (18)

l_v = (l₁ - r_e)/2       (19)

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, l₁ 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  Trang trại gió

Một trang trại gió thường bao gồm một số kết cấu như các tuabin gió, các tòa nhà, cơ sở hạ tầng của cáp hoặc đường dây trên không, các trạm biến thế cao áp và các cáp tín hiệu.

Mỗi tuabin gió phải có hệ thống nối đất riêng của mình. Các hệ thống nối đất của các tuabin gió riêng và các trạm phụ tải cao áp thích hợp được nối với các dây dẫn nối đất nằm ngang, để tạo thành một hệ thống nối đất trang trại gió tổng thể. Điều này đặc biệt có lợi trong trường hợp khó thu được trở kháng nối đất tốt tại mỗi vị trí tuabin gió riêng.

CHÚ THÍCH: Các kết nối giữa các hệ thống nối đất tuabin gió phải thực hiện bằng các dây dẫn đất theo các tuyến cáp thu gom điện năng nối với các tuabin gió.

Hệ thống nối đất của một trang trại gió rất quan trọng đối với việc bảo vệ các hệ thống điện, bởi vì một hệ thống nối đất trở kháng thấp giảm chênh lệch điện thế giữa các kết cấu khác nhau của trang trại gió và do đó giảm nhiễu đưa vào các liên kết điện.

Để giảm xác suất sét đánh trực tiếp tới các tuyến cáp trên mặt đất và giàm các ảnh hưởng hiệu ứng sét gây ra trên các dây cáp, một dây dẫn nối đất hoặc, trong trường hợp các tuyến cáp rộng hơn, một số dây dẫn nối đất được đề xuất lắp đặt trên các tuyến cáp.

9.6  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 đo 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 cầu 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 tời 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 cứ 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, chẳng hạn 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.

Văn phòng thời tiết thường cung cấp các dự báo bão khá chính xác và thậm chí cung cấp các dịch vụ cảnh báo qua điện thoại, fax hoặc internet, mà dứt khoát phải được xem xét. Tuy nhiên, nó không thay thế được chỉ dẫn cho người ở hiện trường tìm kiếm các đám mây dông đang hình thành, sấm (âm thanh trong vòng 10 km đến 15 km) và sét (có thể nhìn thấy trong ~ 30 km). Khu vực địa phương và thậm chí phát hiện sét đánh di động và các thiết bị cảnh báo bão, mà có thể hữu ích, có sẵn từ các nhà chế tạo khác nhau.

Một số hệ thống cảnh báo sét có thể không cung cấp cảnh báo cho tất cả các chùm sét, đặc biệt với chùm sét đánh đầu tiên trong một cơn bão đang phát triển. 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....

CHÚ THÍCH 1: Mọi người cần được hướng dẫn để đứng hoặc ngồi trên mặt sàn và tránh tiếp xúc với các hệ thống dẫn điện mở rộng theo chiều dọc trong cột tháp như hệ thống điện.

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 (chỉ có thể được lặp đi lặp lại tiếng còi xe của còi xe hoặc một còi khí nén).

CHÚ THÍCH 2: Tài liệu tuabin gió cần xác định vị trí an toàn trong tuabin gió gồm cả khoảng cách an toàn cần thiết và biện pháp phòng ngừa khác được thực hiện bởi những người đang ở vị trí an toàn. IEC 62305-3 cung cấp hướng dẫn về cách thực hiện đánh giá chi tiết về khoảng cách an toàn.

11  Tài liệu cho hệ thống bảo vệ chống sét

11.1  Qui định chung

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

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 sử dụng được liệt kê trong 11.5.

Tài liệu hoặc có thể là một tài liệu duy nhất, hoặc viện dẫn theo tài liệu chuẩn.

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

Tài liệu chung (11.2.1) 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 (11.2.2 đến 11.2.6).

11.2.1  Tài liệu chung

a) Bản vẽ sắp xếp tổng thể (biểu diễn 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 biểu diễn 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.

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.

các quy trình an toàn cá nhân liên quan đến sét.

11.2.2  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 công tắc 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 xác minh biểu diễn khả năng của hệ thống dây thu sét để ngắt sét đánh và dòng điện sét dẫn thích hợp.

11.2.3  Tài liệu cho các hệ thống cơ khí

a) Xác minh khả năng dẫn dòng điện sét.

b) Mô tả các biện pháp thực hiện để bảo vệ vòng bi 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 vòng bi có thể được vận hành trong vòng đời thiết kế.

11.2.4  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.

11.2.5  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, biểu diễn hệ thống liên kết đẳng thế điện tổng quát;

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

c) mô tả kiểm soát Q_A sẽ được thực hiện cho các kết nối.

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

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

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.

11.4.1  Báo cáo kiểm tra trực quan LPS

11.4.2  Báo cáo kiểm tra LPS hoàn chỉnh

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) tài liệu hướng dẫn về chất lượng;

b) tài liệu hướng dẫn về lắp đặt móng;

c) tài liệu hướng dẫn về bảo dưỡng móng;

d) tài liệu hướng dẫn lắp dựng tuabin gió;

e) tài liệu hướng dẫn bảo dưỡng và kiểm tra 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 để đảm bảo nhà 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  Qui 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 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 lấp;

- 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 bộ phận của việc khai thác tuabin gió, hệ thống bảo vệ chống sét phải được kiểm tra. Điều này phải được thực hiện tối thiểu bằng kiểm tra trực quan - và bằng cách đo liên tiếp ở những nơi không thể kiểm tra hệ thống LPS.

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

- xói mòn và ăn món 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 7), 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 mà không được giám sát.

Nhà chế tạo cánh và nhà chế tạo tuabin gió có thể xác định cụ thể trong tài liệu hướng dẫn bảo dưỡng và sửa chữa của mình các khoảng thời gian kiểm tra LPS theo hàm số của N_d, số lượng chùm sét đánh vào tuabin gió mỗi năm dựa trên độ bền của thiết kế bảo vệ chống sét đã được chứng minh trong tài liệu phân tích và thử nghiệm.

Các phép đo liên tục có thể được thực hiện như đo với dòng DC hoặc các phương pháp tương tự. Mục tiêu chính là để đảm bảo tính liên tục của kết nối và không thu nhận một giá trị nhất định. Các giá trị cụ thể có thể được sử dụng để tham khảo giữa các phép đo định kỳ.

Điểm và giới hạn đo phải được xác định rõ trong tài liệu hướng dẫn bảo dưỡng và sửa chữa.

Tính liên tục của dây dẫn sét ở cánh tuabin gió phải được đảm bảo bằng việc xây dựng hệ thống và kiểm tra trong quá trình sản xuất sao cho không cần thiết các phép đo liên tục trong khu vực.

Bảng 7 - Các khoảng thời gian kiểm tra chung của hệ thống LPS

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 Bảng 7.

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  Qui 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 [1] 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 (l), 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 lá 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 Cu lông (C) và, trong những dịp 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 tiếp 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 [1]). 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 biểu diễn các tham số dòng điện lớn nhất (tức là I, Q và W/R cao hơn), trong khi các chùm sét âm biểu diễn 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 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

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.1.4.1  Sét âm từ mây xuống đất

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

CHÚ DẪN:

O₁  điểm gốc giả định

I  dòng điện đỉnh

i  dòng điện

t  thời gian

T₁  thời gian sườn trước

T₂  thời gian tới một nửa giá trị

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

CHÚ DẪN:

T  khoảng thời gian

Q_long  điện tích cú sét dài

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

(Hình A.2 trong IEC 62305-1)

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

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

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

A.1.4.2  Sét dương từ mây xuống đất

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

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

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

A.1.5  Sét hướng lên

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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