ГОСТ Р 54418.24-2023 (МЭК 61400-24:2019) Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Часть 24. Молниезащита

     8.3 Гондола и другие элементы конструкции

8.3.1 Общие положения

Молниезащита гондолы и других компонентов конструкции ВЭУ должна быть выполнена с использованием как можно больших металлических элементов для молниеприема, осуществления электрических соединений, экранирования и отвода тока молнии к системе заземления. Дополнительные компоненты молниезащиты, такие как молниеприемники для защиты метеорологического оборудования и световой предупреждающей сигнализации для авиации на гондоле, молниеотводы и электрические соединители должны быть выполнены и размещены в соответствии с ГОСТ Р 59789.

Координация изоляции и оценка распределения тока, предусмотренные проектом, должны быть выполнены в процессе инженерного анализа, численного моделирования или при испытаниях. Все части и соединения, по которым протекает ток молнии, должны быть способными выдержать тепловое и электромеханическое воздействие, возникающее при отводе токов молнии соответствующих уровней. Возможные методы проверки правильности выбранных решений см. в [6], [7] или в аналогичных стандартах. Проверку результатов инженерного анализа и численного моделирования выполняют с помощью сравнительных испытаний. Примеры такой проверки приведены в приложении /.

Части гондолы и другие элементы конструкции, используемые в качестве естественных вертикальных молниеотводов, должны отвечать требованиям, предъявляемым к естественным вертикальным молниеотводам согласно ГОСТ Р 59789. Проверка с помощью испытаний не требуется для элементов конструкции с размерами, четко соответствующими требованиям ГОСТ Р 59789.

Документация по СМЗ для всех подсистем должна отвечать требованиям раздела 11.

8.3.2 Ступица

Ступица больших ВЭУ представляет собой полую чугунную сферу диаметром в несколько метров. Таким образом, сама толщина материала обеспечивает устойчивость конструкции ступицы к воздействию молнии. В большинстве случаев электрические системы, механические системы управления и приводы размещены в ступице, а кабели выведены наружу из ступицы к лопастям и гондоле. Ступица выполняет функцию клетки Фарадея, обеспечивая защиту от магнитного влияния отверстий в направлении от ступицы к лопастям, передней части установки и гондолы (т.е. ее можно рассматривать как ЗМЗ). В большинстве случаев эти отверстия закрыты дисками с фланцами лопасти и фланцем главного вала, которые можно рассматривать как очень эффективные магнитные экраны. Когда отверстия закрыты магнитными экранами, как описано выше, для внутреннего помещения ступицы не требуется определенная молниезащита. Молниезащита ступицы тогда сводится к уравниванию потенциалов и защите от переходного напряжения, когда имеются системы, расположенные снаружи ступицы, такие как приводные системы лопасти, а также электрические системы и система управления в ступице, соединенные с кабелями, выходящими наружу из ступицы.

8.3.3 Обтекатель ступицы

Обычно ступица имеет стекловолоконный кожух, называемый обтекателем ступицы, который устанавливается на ступице и вращается вместе с ним. Метод катящейся сферы всегда будет указывать на возможность разряда молнии в передний конец обтекателя, где должна быть предусмотрена молниезащита. В некоторых конструкциях установок электрические и механические системы управления и привод размещены вне ступицы и закрыты обтекателем. Такие системы должны быть защищены от поражения молнией системами молниеприемника. Если таковые отсутствуют, системы размещают под обтекателем, при этом приходится признать риск прокола обтекателя молнией и отсутствие какой-либо молниезащиты. Однако в большинстве случаев простая и практичная система молниезащиты обтекателя может быть изготовлена в виде металлической конструкции, закрепленной перед обтекателем как молниеприемник и соединенной со ступицей.

8.3.4 Гондола

Конструкция гондолы должна быть частью молниезащиты, обеспечивая, чтобы молнии, развивающиеся в направлении гондолы, поражали естественные металлические части, способные выдерживать удар, или систему молниеприемника, предназначенную для этой цели. Гондолы с GFRP-покрытием или аналогичные должны быть обеспечены системой молниеприемника и молниеотводами, образующими сетку (клетку Фарадея) вокруг гондолы. Система молниеприемников и выступающие проводники в этой сетке должны быть способны выдержать разряд молнии, соответствующий выбранному уровню молниезащиты.

Система молниеприемников, включающая открытые проводники в этой клетке, должна выдерживать удары молнии, соответствующие выбранному уровню УМЗ. Другие проводники в клетке Фарадея должны быть такого размера, чтобы выдержать часть токов молнии, которые будут на них воздействовать. Система молниеприемников для защиты приборов и т.п., расположенных с наружной стороны гондолы, должна быть разработана в соответствии с общими правилами из ГОСТ Р 59789, а вертикальные молниеотводы должны быть подсоединены к вышеуказанной клетке.

Металлическая сетка может быть использована для гондол с кожухом из стеклопластика для создания экрана от воздействия внешних электрических и магнитных полей, а также магнитных полей от токов, проходящих в сетке. В качестве альтернативы все цепи внутри гондолы располагают в закрытых металлических коробах, кабельных лотках и т.п. Система выравнивания потенциалов должна включать основные металлические компоненты внутри и снаружи гондолы. В результате фактически создают эффективную эквипотенциальную поверхность, к которой должны быть подсоединены все соединения заземления и выравнивания потенциалов.

Желательно, чтобы ток молнии от разряда в лопасти протекал напрямую по упомянутой выше сетке, полностью исключая прохождение тока через подшипники механизма регулирования наклона лопастей и подшипники привода (см. 8.2 и 8.4 по защите лопастей и подшипников). Для отвода токов молний от подшипников обычно применяют щетки различных типов. Однако эффективность таких отдельных щеток может быть низкой, т.к. очень трудно создать щеточные и заземляющие системы с сопротивлением, достаточно низким для значительного снижения тока, проходящего через главный вал и подшипники с низким сопротивлением к основанию гондолы. Дополнительную информацию см. в 8.4.4.