ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ГОСТ Р 54418.24 —

2013

(МЭК 61400-24:2010)

Возобновляемая энергетика. Ветроэнергетика

УСТАНОВКИ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ

Часть 24

Молниезащита

IEC 61400-24:2010 Wind turbine — Part 24: Lightning protection (MOD)

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2015

Предисловие

1    ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский институт энергетических сооружений» (ОАО «НИИЭС»)

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 330 «Процессы, оборудование и энергетические системы на основе возобновляемых источников энергии»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 6 сентября 2013 г. № 1049-ст

4    Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту МЭК 61400-24:2010 «Турбины ветровые. Часть 24. Защита от молнии» (IEC 61400-24:2010 «Wind turbine — Part 24: Lightning protection») путем изменения отдельных фраз (слов, значений показателей), которые выделены в тексте курсивом

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты». а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены наслюящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования—на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.m)

© Стандартинформ .2015

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ P 54418.24— 2013

Содержание

1    Область применения....................................... 1

2    Нормативные ссылки....................................... 1

3    Термины и определения..................................... 2

4    Обозначения ........................................... 5

5    Сокращения........................................... 8

6    Молниевая обстановка для ветроэнергетической установки.................... 8

6.1    Общие положения....................................... 8

6.2    Параметры тока молнии и уровни молниезащиты (УМЗ).................... 8

7    Оценка воздействия молнии................................... 10

7.1    Общие положения....................................... 10

7.2    Оценка частоты влияния вспышек молнии на ветроэнергетическую установку......... 10

7.3    Оценка риска повреждения.................................. 14

7.3.1    Основное уравнение................................... 14

7.3.2    Оценка элементов риска, связанного с попаданием вспышек молнии в ветроэнергетическую установку (S1) ................................... 14

7.3.3    Оценка элемента риска, связанного с попаданием вспышек молнии в непосредственной

близи от ветроэнергетической установки (S2)...................... 14

7.3.4    Оценка элементов риска, связанных с попаданием вспышек молнии в служебную линию,

подведенную к ветроэнергетической    установке (S3)................... 14

7.3.5    Оценка элемента риска, связанного с попаданием вспышек молнии около служебной

линии, подведенной к ветроэнергетической установке (S4)............... 15

8    Молниезащита отдельных элементов ветроэнергетической установки............... 16

8.1    Общие положения...................................... 16

8.2    Лопасти............................................ 16

8.2.1    Общие положения.................................... 16

8.2.2    Требования........................................ 16

8.2.3    Проверка......................................... 16

8.2.4    Рассмотрение защитных мер.............................. 16

8.2.5    Методы испытаний.................................... 18

8.3    Гондола и другие элементы конструкции............................ 19

8.3.1    Общие положения.................................... 19

8.3.2    Ступица......................................... 19

8.3.3    Обтекатель ступицы................................... 19

8.3.4    Гондола......................................... 20

8.3.5    Мачта.......................................... 20

8.3.6    Методы испытаний.................................... 21

8.4    Механический приводной механизм    и    система рыскания.................... 21

8.4.1    Общие положения.................................... 21

8.4.2    Подшипники....................................... 21

8.4.3    Гидравлические системы................................. 21

8.4.4    Искровые зазоры и скользящие контакты......................... 21

8.4.5    Испытания........................................ 22

8.5    Электрические низковольтные системы, а также электронные системы и установки....... 22

8.5.1    Общие положения.................................... 22

8.5.2    Меры защиты от электромагнитного импульса от грозовых разрядов........... 22

8.5.3    Зоны молниезащиты (ЗМЗ)............................... 23

8.5.4    Эквипотенциальная металлизация внутри ветроэнергетической установки........ 23

8.5.5    Экранирование и кабельная разводка.......................... 24

8.5.6    Согласованная защита УЗП............................... 24

8.5.7    Методы испытаний системы на устойчивость...................... 26

8.6    Электрические высоковольтные системы............................ 26

ГОСТР 54418.24— 2013

9 Заземление ветроэнергетических установок и ветроэлектрических станций............ 28

9.1    Общие положения...................................... 28

9.1.1    Основные требования.................................. 28

9.1.2    Заземляющие электродные установки......................... 28

9.1.3    Полное сопротивление системы заземления...................... 28

9.2    Эквипотенциальная металлизация.............................. 29

9.2.1    Общие положения................................... 29

9.2.2    Молниезащитная эквипотенциальная металлизация металлических установок...... 29

9.2.3    СМ3 с электроизоляцией................................ 30

9.3    Конструкционные элементы................................. 30

9.3.1    Общие положения................................... 30

9.3.2    Металлическая пустотелая мачта............................ 30

9.3.3    Металлическая железобетонная мачта......................... 30

9.3.4    Решетчатая мачта................................... 30

9.3.5    Системы внутри мачты................................. 30

9.3.6    Бетонный фундамент.................................. 30

9.3.7    Фундамент на скалистых участках........................... 31

9.3.8    Фундамент на металлических сваях.......................... 31

9.3.9    Фундамент в прибрежной зоне............................. 31

9.4    Размеры электрода..................................... 31

9.5    Ветроэлектрические станции................................. 32

9.6    Исполнение и техобслуживание системы заземления..................... 32

10    Безопасность персонала..................................... 33

11    Документация на систему молниезащиты............................ 34

11.1    Общие положения..................................... 34

11.2    Документация, необходимая во время анализа конструкции................. 34

11.2.1    Общая документация................................. 34

11.2.2    Документация на лопасти ротора........................... 34

11.2.3    Документация на механические системы....................... 35

11.2.4    Документация на электрические и электронные системы............... 35

11.2.5    Документация на системы заземления и металлизации................ 35

11.2.6    Документация на системы молниезащиты корпуса гондолы, ступицы и мачты.....    35

11.3    Специальная информация о площадке........................... 35

11.4    Документация, предоставляемая для проведения проверок СМ3.............. 35

11.5    Руководства........................................ 35

12    Проверки системы молниезащиты................................ 36

12.1    Объем проверок...................................... 36

12.2    Порядок проверок..................................... 36

12.2.1    Общие положения.................................. 36

12.2.2    Проверки во время изготовления ветроэнергетических установок........... 36

12.2.3    Проверки во время монтажа ветроэнергетических установок............. 36

12.2.4    Проверки во время ввода ветроэнергетической установки в эксплуатацию и периодические проверки................................... 36

12.2.5    Проверка после демонтажа и ремонта основных частей............... 37

12.3    Техобслуживание...................................... 37

Приложение А (справочное) Воздействие молнии на ветроэнергетическую установку........ 38

Приложение В (справочное) Оценка воздействия молнии...................... 48

Приложение С (справочное) Методы защиты лопастей....................... 61

Приложение D (справочное) Технические требования к испытаниям................. 71

Приложение Е (справочное) Применение концепции зон молниезащиты (ЗМЗ) на ветроэнергетической установке.................................... 88

IV

ГОСТ P 54418.24— 2013

Приложение F (справочное) Выбор и установка согласованной защиты УЗП на ветроэнергетической

установке...................................... 93

Приложение G (справочное) Дополнительные сведения по металлизации, экранированию и методам

установки...................................... 96

Приложение Н (справочное) Методы контроля для испытаний на устойчивость на системном уровне 100

Приложение I (справочное) Система заземления........................... 102

Приложение J (справочное) Пример определения точек измерения................. 108

Приложение К (справочное) Типичные вопросы о повреждении молнией.............. 110

Приложение L (справочное) Системы мониторинга.......................... 113

Приложением (справочное) Руководство для малых ветроэнергетических установок. Микровыработка ........................................ 114

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных национальных и межгосударственных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном международном стандарте................... 115

Библиография........................................... 117

V

Введение

Целью настоящего стандарта является установление единообразия методов, обеспечивающих мол-ниезащиту ветроэнергетических установок. Данный стандарт разработан для использования:

-    изготовителем ветроэнергетических установок, для выполнения требований молниезащиты;

-    потребителем ветроэнергетических установок для анализа этих требований;

-    при анализе соответствия параметров ветроэнергетических установок требованиям молниезащиты. Настоящий стандарт является руководящим документом при проведении работ по молниезащите

ветроэнергетических установок. Данный стандарт должен использоваться при разработке, изготовлении, монтаже и эксплуатации ветроэнергетических установок. Рекомендованные в настоящем стандарте методы молниезащиты должны использоваться всеми заинтересованными сторонами для согласованного взаимодействия в части обеспечения требований по молниезащите.

VI

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Возобновляемая энергетика. Ветроэнергетика УСТАНОВКИ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ Часть 24 Молниезащита

Renewable power engineering. Wind power engineering. Wind turbines. Part 24. Lightning protection

Дата введения — 2015 — 07— 01

1    Область применения

Настоящий стандарт распространяется на молниезащиту ветроэнергетических установок (ВЭУ) и систем электропитания ВЭУ.

Нормативные ссылочные документы, использованные в данном стандарте, являются групповыми стандартами по молниезащите, низковольтным и высоковольтным системам для оборудования и установок. а также по электромагнитной совместимости (ЭМС).

В настоящем стандарте рассмотрена молниевая обстановка на территории, окружающей место установки ВЭУ. На основание полученных данных по молниевой обстановке приведена оценка рисков для ВЭУ. Определены требования по защите лопастей, других конструктивных элементов, а также электрических систем и систем управления от воздействия молнии. Рекомендованы методы испытаний для выполнения оценки устойчивости оборудования и элементов конструкции к воздействию ударов молнии и грозовых разрядов.

Приведена рекомендация по устройству системы молниезащиты. выбору электрических промышленных устройств и устройств, обеспечивающих электромагнитную совместимость, включая заземление. Предложены рекомендации по обеспечению безопасности персонала.

Приведены данные по статистике повреждений и отчетности.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 50532-93 Материалы элетроизоляционные твердые. Стандартные условия, устанавливаемые до и во время испытаний

ГОСТ Р 50571.4.44-2011 Электроустановки низковольтные. Часть 4-44. Требования по обеспечению безопасности. Защита от отклонений напряжения и электромагнитных помех

ГОСТ Р 51317.4.5-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к микро-секундным импульсным помехам большой энергии. Требования и методы испытаний

ГОСТ Р 51992-2011 Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 1. Устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Технические требования и методы испытаний

ГОСТ Р 52725-2007 Ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока напряжением от 3 до 750 кВ. Общие технические условия

ГОСТ Р 53735.5-2009 Разрядники вентильные и ограничители перенапряжений нелинейные для электроустановок переменного тока на напряжение от 3 до 750 кВ. Часть 5. Рекомендации по выбору и применению

Издание официальное

ГОСТ Р 54986-2012 Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 21. Устройства защиты от импульсных перенапряжений в системах телекоммуникации и сигнализации (информационных системах). Требования к работоспособности и методы испытаний

ГОСТ Р МЭК 60068-2 Испытания на воздействие внешних факторов

ГОСТ Р МЭК 60204-1-2007 Безопасность машин. Электрооборудование машин и механизмов. Часть 1. Общие требования

ГОСТ Р МЭК 60664.1-2012 Координация изоляции для оборудования в низковольтных системах. Часть 1. Принципы, требования и испытания

ГОСТ Р МЭК 61643-12-2011 Устройства защиты от импульсных перенапряжений низковольтные. Часть 12. Устройства защиты от импульсных перенапряжений в низковольтных силовых распределительных системах. Принципы выбора и применения

ГОСТ Р МЭК 62305-1-2010 Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 1. Общие принципы

ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010 Менеджмент риска. Защита от молнии. Часть 2. Оценка риска

ГОСТ 13526-79 Лаки и эмали электроизоляционные. Методы испытаний

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дата датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дата ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    внешняя система молниезащиты: Часть системы молниезащиты. состоящая из воздушной системы перехвата вспышек молнии, системы вертикальных молниеотводов и системы заземления.

Примечание — Вертикальный молниеотвод может размещаться внутри лопастей ВЭУ.

3.2    внутренняя система молниезащиты: Часть системы молниезащиты. состоящая из молниезащитной эквипотенциальной металлизации и/или электрической изоляции внешней системы молниезащиты.

Примечание — Соблюдение территориального разноса и уменьшение электромагнитного воздействия тока молнии в конструкции, которую необходимо защитить, могут рассматриваться как части внутренней системы молниезащиты.

3.3    воздушная система перехвата вспышек молнии: Часть внешней системы молниезащиты, использующая металлические элементы, такие как стержни, заземляющие провода или несущие тросы, предназначенные для перехвата вспышек молнии.

3.4    восходящая вспышка: Вспышка молнии, инициируемая восходящим лидером от заземленной конструкции до облака.

Примечание — Восходящая вспышка состоит из первого длинного удара молнии с или без мнотократных наложившихся друг на друга коротких ударов. За одним или несколькими короткими ударами может последовать длинный удар молнии.

3.5    вспышка молнии в землю: Электрический атмосферный разряд между небом и землей, состоящий из одного или нескольких ударов.

Примечание — Отрицательная вспышка уменьшает отрицательный разряд от грозовой тучи до земли. Положительная вспышка приводит к переносу положительного заряда от грозовой тучи до земли.

3.6    вспышка молнии в конструкцию: Вспышка молнии, попадающая в конструкцию, которую необходимо защитить.

ГОСТ Р 54418.24— 2013

3.7    выброс: Нестационарная волна, проявляющаяся в виде повышенного напряжения и/или тока, вызванного электромагнитными импульсами от грозовых разрядов.

Примечания

1    Выбросы, вызванные электромагнитными импульсами от грозовых разрядов, могут возникнуть в результате действия (неполных) токов молнии, индуктивных воздействий в замкнутых цепях установки, а также как остаточные выбросы ниже устройства защиты от перенапряжений.

2    Выбросы могут появиться из других источников, как например, при коммутационных передачах или работе предохранителей.

3.8    грозовые дни 7_d: Количество грозовых дней в году, полученное с помощью изокераунических

карт.

3.9    длинный удар молнии: Часть вспышки молнии, которая соответствует непрерывному току.

Примечание — Продолжительность (временной промежуток, начиная через 10 % от начала удара и заканчивая за 10 % до конца удара) непрерывного тока составляет обычно более 2 мс и менее 1 с (см. рисунок А.4 (приложение А).

3.10    допустимый риск R_T: Максимальное значение риска, которое может быть допустимым для защищаемой конструкции.

3.11    естественный элемент системы молниезащиты: Проводящий элемент, который был установлен не для молниезащиты и который может быть использован в дополнение к системе молниезащиты или в некоторых случаях может выполнять функцию одной или нескольких частей системы молниезащиты.

Примечание — Примеры использования данного термина включают:

-    естественный воздушный перехват вспышек молнии:

-    естественный вертикальный молниеотвод;

-    естественный заземляющий электрод.

3.12    заземляющий электрод: Часть или группа частей системы заземления, которая осуществляет прямой электрический контакт и уводит ток молнии в землю.

3.13    заземляющий электрод фундамента: Арматурная сталь фундамента или дополнительный молниеотвод, помещенный в бетонный фундамент конструкции, используемый в качестве заземляющего электрода.

3.14    заряд вспышки Q_n„_h: Интеграл во времени тока молнии при полной продолжительности вспышки молнии.

3.15    зона молниезащиты: ЗМЗ: Зона, в которой устанавливается электромагнитная защита от грозовых разрядов.

Примечание — границы зоны молниезащиты необязательно являются физическими границами (например, стены, пол и потолок).

3.16    количество опасных случаев из-за вспышек молнии в конструкции N_d: Расчетное среднее годовое количество опасных случаев из-за вспышек молнии в конструкции.

3.17    контактная шина: Шина, на которой металлические установки, линии электропередачи, линии связи и другие кабели могут быть металлизированы с системой молниезащиты.

3.18    короткий удар молнии: Часть вспышки молнии, которая соответствует импульсному току.

Примечание — Продолжительность данного тока соответствует времени достижения половинной величины (<₂). обычно составляющему менее 2 мс (см. рисунок А.З (приложение А).

3.19    лидер: Высокотемпературный плазменный канал, который формируется при искровом пробое.

3.20    магнитный экран: Закрытый, металлический, сетчатый или сплошной экран, закрывающий конструкцию, которую необходимо защитить, или ее часть и используемый для снижения числа отказов электрических и электронных систем.

Примечание — Защитное действие магнитного экрана обеспечивается благодаря ослаблению магнитного поля.

3.21    металлические установки: Металлические предметы в конструкции, которые могут образовывать путь тока молнии, такие как основание гондолы, лифтовые направляющие и тросы, лестницы, платформы и соответствующая арматура.

3

3.22    многократные удары молнии: Вспышка молнии, состоящая в среднем из трех-четырех ударов. Обычно временной интервал между ударами составляет около 50 мс.

Примечание — Были зафиксированы явления, включающие до нескольких десятков ударов молнии с интервалами между ними 10—250 мс.

3.23    молниезащита: Комплекс защитных устройств и мероприятий, предназначенных для обеспечения безопасности людей, предохранения зданий, сооружений, оборудования и материалов от возможных взрывов, загораний и разрушений, возникающих при разрядах молний.

3.24    молниезащитная эквипотенциальная металлизация: Металлизация с системой молниеза-щиты отдельных металлических деталей путем прямых токопроводящих соединений или через устройства защиты от перенапряжений для уменьшения разности электрических потенциалов, вызванных током молнии.

3.25    нисходящая вспышка: Вспышка молнии, инициируемая нисходящим лидером от облака к земле.

Примечание — Нисходящая вспышка состоит из первого короткого удара молнии, за которым могут последовать короткие удары. Нисходящая вспышка может также включать в себя длинный удар.

3.26    пиковое значение I: Максимальное значение тока молнии.

3.27    площадь сбора вспышек молнии А_а: Площадь земной поверхности, на которую приходится такая же годовая частота прямых вспышек молнии, что и на конструкцию.

3.28    приемник: Тип воздушного перехвата вспышек молнии на лопастях ветроэнергетических установок, например, разобщенные стойки из тонкостенных профилей, проходящие через поверхность лопасти, подсоединенную к системе вертикальных молниеотводов.

3.29    риск R: Величина вероятных среднегодовых потерь (человеческие жизни и имущество) вследствие молнии относительно общей стоимости (человеческие жизни и имущество) конструкции, которую необходимо защитить.

3.30    система вертикальных молниеотводов: Часть внешней системы молниезащиты, предназначенная для проведения тока молнии от воздушной системы перехвата вспышек молнии до системы заземления.

3.31    система заземления: Часть внешней системы молниезащиты. которая предназначена для проведения и увода тока молнии в землю.

3.32    система мер защиты от электромагнитных импульсов от грозовых разрядов: Полная система защитных мер для внутренних систем от электромагнитных импульсов от грозовых разрядов.

3.33    система молниезащиты; СМ3: Полная система, используемая для уменьшения физических повреждений из-за ударов вспышек молнии в конструкцию.

Примечание — Она состоит из внешней и внутренней систем молниезащиты.

3.34    служебная линия: Линия электропитания или линия связи, подведенная к конструкции, которую необходимо защитить.

3.35    соединительный лидер: Лидер молнии, исходящий от конструкции вследствие реакции на внешнее электрическое поле, создаваемое либо находящимся сверху грозовым облаком, либо нисходящим лидером, приближающимся к конструкции.

3.36    согласованная защита УЗП: Комплект устройств защиты от перенапряжений, правильно отобранных, согласованных и установленных для снижения числа отказов электрических и электронных систем.

Примечание — Для согласования защиты УЗП должны использоваться соединительные линии для осуществления координации изоляции полных систем.

3.37    средняя скорость нарастания фронта тока короткого удара молнии: Средняя скорость изменения тока в промежутке времени At = t₂ - f,

Примечание — Она выражается в виде разности Ai= i(t^ - i(t^) значений тока в начале и в конце данного промежутка времени, деленную на временной интервал At = t₂ - f, (см. рисунок А.З).

3.38    территориальный разнос: Расстояние между двумя токопроводящими элементами, при котором не может появиться опасное искрение.

4