Technische Beschreibung. ENERCON Windenergieanlagen Anlagensicherheit

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1 ENERCON Windenergieanlagen Anlagensicherheit

2 Anlagensicherheit Impressum Herausgeber Urheberrechtshinweis Geschützte Marken Änderungsvorbehalt ENERCON GmbH Dreekamp Aurich Deutschland Telefon: Telefax: info@enercon.de Internet: Geschäftsführer: Aloys Wobben, Hans-Dieter Kettwig, Nicole Fritsch-Nehring Zuständiges Amtsgericht: Aurich Handelsregisternummer: HRB 411 Ust.Id.-Nr.: DE Die Inhalte dieses Dokumentes sind urheberrechtlich durch das deutsche Urheberrechtsgesetz sowie durch internationale Verträge geschützt. Sämtliche Urheberrechte an den Inhalten dieses Dokumentes liegen bei der ENERCON GmbH, sofern und soweit nicht ausdrücklich ein anderer Urheber angegeben oder offensichtlich erkennbar ist. Dem Nutzer werden durch die Bereitstellung der Inhalte keine gewerblichen Schutzrechte, Nutzungsrechte oder sonstigen Rechte eingeräumt oder vorbehalten. Dem Nutzer ist es untersagt, für das Know-how oder Teile davon Rechte gleich welcher Art anzumelden. Die Weitergabe, Überlassung und sonstige Verbreitung der Inhalte dieses Dokumentes an Dritte, die Anfertigung von Kopien, Abschriften und sonstigen Reproduktionen sowie die Verwertung und sonstige Nutzung sind auch auszugsweise ohne vorherige, ausdrückliche und schriftliche Zustimmung des Urhebers untersagt, sofern und soweit nicht zwingende gesetzliche Vorschriften ein Solches gestatten. Verstöße gegen das Urheberrecht sind rechtswidrig, gem. 106 ff. Urheberrechtsgesetz strafbar und gewähren den Trägern der Urheberrechte Ansprüche auf Unterlassung und Schadensersatz. Alle in diesem Dokument ggf. genannten Marken- und Warenzeichen sind geistiges Eigentum der jeweiligen eingetragenen Inhaber; die Bestimmungen des anwendbaren Kennzeichen- und Markenrechts gelten uneingeschränkt. Die ENERCON GmbH behält sich vor, dieses Dokument und den darin beschriebenen Gegenstand jederzeit ohne Vorankündigung zu ändern, insbesondere zu verbessern und zu erweitern, sofern und soweit vertragliche Vereinbarungen oder gesetzliche Vorgaben dem nicht entgegenstehen. Dokumentinformation Dokument-ID Vermerk D a Dies ist das Originaldokument. Datum Sprache DCC Werk / Abteilung ger DA WRD GmbH / Technische Redaktion 2 von 10 D a / DA

3 Anlagensicherheit Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Sicherheitseinrichtungen Sensorensystem Sicheres Anhalten der Windenergieanlage Fernüberwachung Wartung D a / DA 3 von 10

4 Anlagensicherheit 1 Einleitung ENERCON Windenergieanlagen der aktuellen Produktpalette verfügen über eine Vielzahl von sicherheitstechnischen Einrichtungen, die dazu dienen, die Anlage dauerhaft in einem sicheren Betriebsbereich zu halten. Organisatorische Maßnahmen, wie regelmäßige, protokollierte Wartungsarbeiten, tragen ebenfalls zu einem zuverlässigen, sicheren Betrieb der Windenergieanlage bei. Neben Komponenten, die ein sicheres Anhalten der Windenergieanlagen gewährleisten, zählt zu den sicherheitstechnischen Einrichtungen ein komplexes Sensorsystem. Dieses erfasst ständig alle relevanten Betriebszustände der Windenergieanlage und stellt die entsprechenden Informationen über das Fernüberwachungssystem ENERCON SCADA System bereit. Bewegen sich sicherheitsrelevante Betriebsparameter außerhalb eines zulässigen Bereiches, wird die Windenergieanlage mit reduzierter Leistung weiterbetrieben oder angehalten. Im Folgenden werden die wesentlichen sicherheitstechnischen Einrichtungen der ENERCON Windenergieanlage sowie organisatorische Maßnahmen zur Erhöhung der Anlagensicherheit näher beschrieben. Weitere Dokumente zu sicherheitsrelevanten Themen, wie Blitzschutz, Brandschutz, Eiserkennung und Notstromversorgung, sind auf Anfrage verfügbar. 4 von 10 D a / DA

5 Anlagensicherheit 2 Sicherheitseinrichtungen NOT-HALT-Taster ENERCON Windenergieanlagen verfügen über mehrere NOT-HALT-Taster. Bei Betätigung eines NOT-HALT-Tasters werden die Rotorblätter notverstellt und der Rotor der Windenergieanlage wird unter zusätzlichem Einsatz der Rotorbremse bzw. Feststellbremse schnellstmöglich angehalten. Die NOT-HALT-Taster schalten die Windenergieanlage nur teilweise spannungsfrei. Einige sicherheitsrelevante Baugruppen der Windenergieanlage werden auch nach Betätigung eines NOT-HALT-Tasters weiterhin mit Spannung versorgt. Hauptschalter Am Steuerschrank der ENERCON Windenergieanlage befindet sich ein Hauptschalter mit dem nahezu alle Komponenten der Anlage spannungsfrei geschaltet werden können. Ein zweiter Hauptschalter, der die meisten Komponenten in der Gondel spannungsfrei schaltet, befindet sich am Gondelsteuerschrank. Der Mittelspannungsbereich, die angeschlossenen Stromschienen und die mit diesen direkt oder über die Niederspannungsverteilung verbundenen Schaltschrankeingänge werden von beiden Hauptschaltern nicht beeinflusst. D a / DA 5 von 10

6 Anlagensicherheit 3 Sensorensystem Eine Vielzahl von Sensoren überwacht laufend sämtliche sicherheitsrelevanten mechanischen und elektrischen Baugruppen der ENERCON Windenergieanlage und die relevanten Umgebungsparameter. Die Funktionsfähigkeit der Sensoren wird im laufenden Betrieb regelmäßig durch die Anlagensteuerung selbst oder, wo dies nicht möglich ist, im Zuge der Wartung der Windenergieanlage durch den ENERCON Service kontrolliert. Manche Sensoren, z. B. für die Messung der Temperatur im Generator, sind mehrfach vorhanden. Die Windenergieanlage kann so nach dem Ausfall eines Sensors sicher weiter betrieben werden, bis der defekte Sensor ausgetauscht wird. Drehzahlüberwachung Die Anlagensteuerung der ENERCON Windenergieanlage regelt durch Verstellung des Blattwinkels die Rotordrehzahl so, dass die Nenndrehzahl auch bei sehr starkem Wind nicht nennenswert überschritten wird. Auf plötzlich eintretende Ereignisse, wie z. B. eine starke Windböe oder eine schlagartige Verringerung der Generatorlast, kann die Blattverstellung jedoch unter Umständen nicht schnell genug reagieren. Wenn dann die Nenndrehzahl um mehr als 15 % überschritten wird, hält die Anlagensteuerung den Rotor an. Nach drei Minuten unternimmt die Windenergieanlage automatisch einen neuen Startversuch. Ist diese Störung innerhalb von 24 Stunden mehr als fünfmal aufgetreten, wird ein Defekt vermutet. Es wird kein weiterer Startversuch unternommen. Zusätzlich zur elektronischen Überwachung befindet sich innerhalb oder bei jedem der drei Blattregelschränke ein elektromechanischer Überdrehzahlschalter (Fliehkraftschalter). Jeder einzelne dieser Schalter kann die Windenergieanlage per Notverstellung anhalten. Die Schalter lösen aus, wenn die Nenndrehzahl des Rotors um mehr als 25 % überschritten wird. Für den Neustart der Windenergieanlage müssen die Überdrehzahlschalter manuell zurückgesetzt werden, nachdem die Ursache für die Überdrehzahl gefunden und beseitigt wurde. Vibrationsüberwachung Der Vibrationswächter erkennt übermäßig starke Vibrationen und Erschütterungen, wie sie z. B. durch eine Störung im Gleichrichter auftreten können. Er ist an der Unterseite des Maschinenträgers der Windenergieanlage montiert und besteht aus einem Grenztaster mit Federstab, an dessen Ende eine Kugel an einer Kette befestigt ist. Die Kugel lagert auf dem Ende eines kurzen, senkrecht stehenden Rohres. Bei starken Vibrationen fällt die Kugel von der Rohrauflage, betätigt per Kette den Taster und löst dadurch eine Notverstellung der Rotorblätter aus, die den Rotor anhält. Luftspaltüberwachung Die Breite des Luftspalts zwischen Rotor und Stator des Ringgenerators wird mithilfe von Mikroschaltern, verteilt über den Rotorumfang, überwacht. Löst einer der Schalter wegen Unterschreitung des Mindestabstandes aus, wird die Windenergieanlage angehalten und nach kurzer Zeit neu gestartet. Tritt diese Störung innerhalb von 24 Stunden noch einmal auf, bleibt die Windenergieanlage angehalten, bis die Ursache beseitigt wurde. 6 von 10 D a / DA

7 Schwingungsüberwachung Die Schwingungsüberwachung erkennt zu starke Schwingungen bzw. Auslenkungen der Turmspitze der Windenergieanlage. Zwei Beschleunigungsaufnehmer erfassen die Beschleunigungen der Gondel in Richtung der Nabenachse (Längsschwingung) und quer dazu (Querschwingung). Die Anlagensteuerung berechnet daraus laufend die Auslenkung des Turmes gegenüber der Ruheposition. Überschreitet die Auslenkung das zulässige Maß, hält die Windenergieanlage an. Nach kurzer Zeit erfolgt ein automatischer Neustart. Die Beschleunigungsaufnehmer sind auf derselben Halterung montiert wie der Vibrationswächter. Treten innerhalb von 24 Stunden mehrfach unzulässige Turmschwingungen auf, unternimmt die Windenergieanlage keinen neuen Startversuch mehr. Temperaturüberwachung Die Anlagenkomponenten der ENERCON Windenergieanlage werden durch ein Lüftungssystem gekühlt. Zudem messen Temperatursensoren kontinuierlich die Temperatur an Anlagenkomponenten, die vor hohen Temperaturen geschützt werden müssen. Bei zu hohen Temperaturen wird die Leistung der Windenergieanlage reduziert, gegebenenfalls wird sie angehalten. Die Anlage kühlt ab und läuft im Allgemeinen automatisch wieder an, sobald eine vorgegebene Grenztemperatur unterschritten wird. Einige Messpunkte sind zusätzlich mit Übertemperaturschaltern ausgerüstet. Diese veranlassen ebenfalls ein Anhalten der Windenergieanlage, jedoch ohne automatischen Wiederanlauf nach Abkühlung, wenn die Temperatur einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Einige Baugruppen, z. B. die Notstromversorgung der Blattverstelleinheiten und der Generator, werden bei zu niedrigen Temperaturen gewärmt, um sie betriebsbereit zu halten. Geräuschüberwachung Im Rotorkopf befinden sich Sensoren, die auf laute Schlaggeräusche, etwa durch lose oder defekte Komponenten, reagieren. Die Windenergieanlage wird angehalten, wenn einer der Sensoren Geräusche meldet und kein Hinweis auf andere Ursachen vorliegt. Um äußere Ursachen für Geräusche (v. a. Hagelschlag bei Gewitter) auszuschließen, werden die Meldungen aller Windenergieanlagen in einem Windpark miteinander verglichen. Wenn die Sensoren mehrerer Anlagen gleichzeitig Geräusche melden, werden äußere Ursachen vermutet. Die Geräuschsensoren werden für einen kurzen Zeitraum deaktiviert, so dass keine Windenergieanlage im Windpark angehalten wird. Bei einer Windenergieanlage, die nicht in einem Windpark steht, wird das Signal eines Geräuschsensors im Maschinenhaus als Referenz herangezogen. Kabelentdrillung Technische Beschreibung Anlagensicherheit Sollte sich die Gondel der Windenergieanlage bis zu dreimal um die eigene Achse gedreht und die im Turm hinabgeführten Kabel verdrillt haben, nutzt die Steuerung der Windenergieanlage die nächste Gelegenheit, um die Kabel automatisch zu entdrillen. Die Kabelentdrillung verfügt über eine Sensorik, bei der ein Winkelcodierer mit zwei programmierbaren Relais im Zahnkranz des Azimutlagers mitläuft. Bei einer Überschreitung des zulässigen Stellbereiches wird die Stromversorgung der Azimutmotoren unterbrochen. D a / DA 7 von 10

8 Anlagensicherheit 4 Sicheres Anhalten der Windenergieanlage Anhalten der Windenergieanlage durch die Rotorblattverstellung Die ENERCON Windenergieanlage kann durch manuellen Eingriff oder automatisch durch die Anlagensteuerung angehalten werden. Jedes Rotorblatt ist dazu mit einer Blattverstelleinheit ausgestattet. Die Blattverstelleinheit besteht aus einem Blattregelschrank, einem Blattrelaisschrank, einem Blattverstellmotor und einem Kondensatorschrank bzw. einer Kondensatoreinheit bei der E-126. Der Blattregelschrank steuert den/die Blattverstellmotor(en). Der Blattrelaisschrank verbindet den/die Blattverstellmotor(en) mit dem Blattregelschrank oder mit dem Kondensatorschrank bzw. der Kondensatoreinheit. Der Kondensatorschrank bzw. die Kondensatoreinheit hat die für eine Notverstellung nötige Energie gespeichert und wird während des Anlagenbetriebs im geladenen Zustand gehalten und laufend getestet. Durch die Blattverstelleinheit wird die Stellung der Rotorblätter zum Wind gesteuert. Bei einer nicht sicherheitsrelevanten Störung werden die Rotorblätter über die Steuerung der Windenergieanlage aus dem Wind gedreht, worauf der Rotor der Windenergieanlage anhält. Notverstellung Bei einer Notverstellung werden die Blattverstellmotoren von den Kondensatorschränken bzw. der Kondensatoreinheit mit Energie versorgt. Die Rotorblätter fahren ungesteuert und voneinander unabhängig in eine Stellung, in der sie keinen Auftrieb erzeugen, der sogenannten Fahnenstellung. Da die drei Blattverstelleinheiten sich sowohl gegenseitig kontrollieren als auch unabhängig voneinander funktionieren, können beim Ausfall einer Komponente die verbliebenen Blattverstelleinheiten weiterhin arbeiten und den Rotor anhalten. Notbremsung Wenn ein NOT-HALT-Taster gedrückt wird oder wenn bei drehendem Rotor die Rotorarretierung betätigt wird, leitet die Steuerung eine Notbremsung ein. Dabei wird zusätzlich zur Notverstellung der Rotorblätter die Rotorbremse aktiviert. Der Rotor wird innerhalb von 10 bis 15 Sekunden von der Nenndrehzahl bis zum Stillstand gebremst. 8 von 10 D a / DA

9 5 Fernüberwachung Technische Beschreibung Anlagensicherheit Standardmäßig sind alle ENERCON Windenergieanlagen über das ENERCON SCADA System (Supervisory Control and Data Acquisition) mit der ENERCON Servicezentrale verbunden. Diese kann jederzeit die Betriebsdaten von jeder Anlage abrufen und ggf. sofort auf Auffälligkeiten und Störungen reagieren. Auch alle Statusmeldungen gehen über das ENERCON SCADA System an die ENERCON Servicezentrale und werden dort dauerhaft gespeichert. Nur so ist gewährleistet, dass alle Erfahrungen aus dem praktischen Langzeitbetrieb in die Weiterentwicklung der ENERCON Windenergieanlagen einfließen können. Die Anbindung der einzelnen Windenergieanlagen läuft über einen speziell dafür vorgesehenen Personal Computer (ENERCON SCADA Windparkserver), der üblicherweise in einer der Anlagen - oder in der Übergabestation - eines Windparks aufgestellt wird. In jedem Windpark ist ein ENERCON SCADA Windparkserver installiert. Das ENERCON SCADA System, seine Eigenschaften und seine Bedienung sind in separaten Dokumenten beschrieben. Auf Wunsch des Betreibers kann die Überwachung der Windenergieanlagen von einer anderen Stelle übernommen werden. D a / DA 9 von 10

10 Anlagensicherheit 6 Wartung Um den dauerhaft sicheren und optimalen Betrieb der Windenergieanlage sicherzustellen, muss diese in regelmäßigen Abständen gewartet werden. Häufigkeit Jährlich finden eine Mechanische Wartung, eine Sichtwartung, eine Fettwartung und eine Elektrische Wartung statt. Diese Wartungen sind über das Jahr verteilt, so dass die Windenergieanlage einmal je Quartal gewartet wird. Die erste Wartung wird 300 Betriebsstunden nach der Inbetriebnahme durchgeführt. Elektrische Wartung Bei der Elektrischen Wartung wird u. a. Folgendes gesichtet bzw. geprüft: Sensoren, Melder, Messgeräte, Taster, Schalter und Sicherungen Schattenabschaltung und Schalloptimierung Überdrehzahlschalter und Notverstellung Transmission (ausstattungsabhängig) Azimut- und Blattwinkelgenauigkeit Startvorgang und Softwarestand Freigabe- und Sicherheitskreise Kabel und Verbindungen Blitzschutz und Erdung Mechanische Wartung Bei der Mechanischen Wartung wird u. a. Folgendes gesichtet bzw. geprüft: Schraubverbindungen (insbesondere der Rotorblätter) und Schweißnähte Anzugsmomente (300-h-Wartung) Azimut- und Blattverstellgetriebe Steigschutzleitern (Hauptleiter, Wartungsleiter, Aufbauleiter) Turmkühlungssystem tragende Teile Rotorbremse Rotorblätter Sichtwartung Bei der Sichtwartung wird die Windenergieanlage wie bei den anderen Wartungen auch genauer auf Schäden (z. B. beschädigte Leitungen oder Rotorblätter) untersucht und auf ungewöhnliche Betriebsgeräusche (z. B. Lagergeräusche) abgehört. Fettwartung Bei der Fettwartung werden zusätzlich Schmierkomponenten aufgefüllt bzw. ersetzt und Dichtungen geschmiert. 10 von 10 D a / DA

11 ENERCON Windenergieanlagen Blitzschutz

12 Blitzschutz E-44 bis E-126 Impressum Herausgeber Urheberrechtshinweis Geschützte Marken Änderungsvorbehalt ENERCON GmbH Dreekamp Aurich Deutschland Telefon: Telefax: info@enercon.de Internet: Geschäftsführer: Aloys Wobben, Hans-Dieter Kettwig, Nicole Fritsch-Nehring Zuständiges Amtsgericht: Aurich Handelsregisternummer: HRB 411 Ust.Id.-Nr.: DE Die Inhalte dieses Dokumentes sind urheberrechtlich durch das deutsche Urheberrechtsgesetz sowie durch internationale Verträge geschützt. Sämtliche Urheberrechte an den Inhalten dieses Dokumentes liegen bei der ENERCON GmbH, sofern und soweit nicht ausdrücklich ein anderer Urheber angegeben oder offensichtlich erkennbar ist. Dem Nutzer werden durch die Bereitstellung der Inhalte keine gewerblichen Schutzrechte, Nutzungsrechte oder sonstigen Rechte eingeräumt oder vorbehalten. Dem Nutzer ist es untersagt, für das Know-how oder Teile davon Rechte gleich welcher Art anzumelden. Die Weitergabe, Überlassung und sonstige Verbreitung der Inhalte dieses Dokumentes an Dritte, die Anfertigung von Kopien, Abschriften und sonstigen Reproduktionen sowie die Verwertung und sonstige Nutzung sind auch auszugsweise ohne vorherige, ausdrückliche und schriftliche Zustimmung des Urhebers untersagt, sofern und soweit nicht zwingende gesetzliche Vorschriften ein Solches gestatten. Verstöße gegen das Urheberrecht sind rechtswidrig, gem. 106 ff. Urheberrechtsgesetz strafbar und gewähren den Trägern der Urheberrechte Ansprüche auf Unterlassung und Schadensersatz. Alle in diesem Dokument ggf. genannten Marken- und Warenzeichen sind geistiges Eigentum der jeweiligen eingetragenen Inhaber; die Bestimmungen des anwendbaren Kennzeichen- und Markenrechts gelten uneingeschränkt. Die ENERCON GmbH behält sich vor, dieses Dokument und den darin beschriebenen Gegenstand jederzeit ohne Vorankündigung zu ändern, insbesondere zu verbessern und zu erweitern, sofern und soweit vertragliche Vereinbarungen oder gesetzliche Vorgaben dem nicht entgegenstehen. Dokumentinformation Dokument-ID D Vermerk Dies ist das Originaldokument. Datum Sprache DCC Werk / Abteilung ger DA WRD GmbH / Technische Redaktion 2 von 16 D / DA

13 Blitzschutz E-44 bis E-126 Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeines Äußerer Blitzschutz Rotorblatt Gondel Turm Fundament Allgemeines Ausführung Erdung im Betonturmfundament Erdung im Stahlturmfundament Übersicht des äußeren Blitzschutzes Innerer Blitzschutz Zugrundeliegende Normen Abbildungsverzeichnis D / DA 3 von 16

14 Blitzschutz E-44 bis E Allgemeines Blitzeinschläge können Teile von Gebäuden in Brand setzen und zerstören. Zudem können die hohen Ströme direkt durch leitende Verbindungen oder durch Induktion ins Gebäudeinnere übertragen werden und dort zu weiteren Beschädigungen führen. Windenergieanlagen sind aufgrund ihrer exponierten Lage besonders gefährdet. Um mögliche Schäden durch Blitzeinschläge zu vermeiden und einen sicheren Anlagenbetrieb zu gewährleisten, werden ENERCON Windenergieanlagen mit einem Blitzschutz ausgestattet. Ein Blitzstrom wird dabei von den Rotorblättern oder der Gondeloberseite bis ins Erdreich abgeleitet. Im Folgenden werden der Aufbau und die Funktion des Blitzschutzes der ENERCON Windenergieanlagen im Überblick dargestellt. Äußerer Blitzschutz Zum äußeren Blitzschutz gehören alle Maßnahmen, die zur Verhinderung von Beschädigungen der Windenergieanlage durch Blitzeinschläge getroffen werden. Fangeinrichtungen an den Rotorblättern, Ableitungen, die Erdungsanlage und anlagenspezifische Metallteile sind Bestandteile des äußeren Blitzschutzes. Der äußere Blitzschutz reduziert zudem die durch Blitzströme erzeugten Störfelder im Inneren der Windenergieanlage. Das Eindringen größerer Blitzteilströme wird verhindert. Innerer Blitzschutz Zum Schutz der elektrischen und elektronischen Einrichtungen sind weitere Maßnahmen ergriffen worden, die als innerer Blitzschutz bezeichnet werden. Hierzu zählen ein Potentialausgleichssystem sowie verschiedene Überspannungsschutzgeräte (SPD). Gefährdungspegel Lightning Protection Level (LPL) Der LPL wird von IV (niedrig) bis I (hoch) eingestuft. Die für LPL I geltenden Höchstwerte der Blitzstromparameter werden mit einer Wahrscheinlichkeit von 99 % nicht überschritten. Alle ENERCON Windenergieanlagen sind für LPL I ausgelegt. 4 von 16 D / DA

15 Blitzschutz E-44 bis E Äußerer Blitzschutz 2.1 Rotorblatt In den Rotorblättern der ENERCON Windenergieanlagen ist ein Blitzschutz integriert, der den Blitzstrom sicher vom Blitzeinschlag an den Blitzfangeinrichtungen über verschiedene Blitzableiter zur Gondel führt. Der Blitzschutz des Rotorblatts besteht aus folgenden Elementen: Rotorblattspitze aus Aluminiumguss (leitend) Blitzableiter (Kupfer 50 mm² oder Aluminium 40 mm x 3 mm) ggf. Metallrezeptoren Ableitring am Blattanschluss (E-44 bis E-115) Stahlteil des Rotorblatts (E-126) 1 2 Abb. 1: Rotorblattspitze (E-101) 1 Rotorblattspitze aus Aluminiumguss 2 Anschluss an den Blitzableiter Die Rotorblattspitze aus Aluminiumguss ist leitend. Sie ist durch einen Blitzableiter mit dem Ableitring an der Blattwurzel (E-44 bis E-115) bzw. mit dem Stahlteil des Rotorblatts (E-126) verbunden. Der Ableitring befindet sich in ausreichendem Abstand zu den leitenden Teilen im Blattanschlussbereich, so dass ein unerwünschter Überschlag verhindert wird. D / DA 5 von 16

16 Technische Beschreibung Blitzschutz E-44 bis E Abb. 2: Rotorblatt mit Rezeptor 1 Rezeptor Eine ungünstige Rotorstellung kann bei langen Rotorblättern zu einem undefinierten Blitz einschlag zwischen der Rotorblattspitze und der Gondel führen. Um dies zu verhindern, sind je nach Länge und Aufbau des Rotorblatts ggf. zusätzlich Metallrezeptoren auf der Vorder- und Rückseite angeordnet. Die Rezeptoren sind an den Blitzableiter angeschlos sen. 2.2 Gondel Verbindung Rotorblatt Spinner/Rotor 1 2 Abb. 3: Ableitring am Blattanschluss (E-44 bis E-115) 1 Fangstange (stehend) 2 Ableitring (drehend) Bei den Windenergieanlagen E-44 bis E-115 ist jedem der drei Rotorblätter eine am Spin ner montierte Fangstange (1) zugeordnet. Sie überträgt den Blitzstrom vom Ableitring (2) über die Funkenstrecke auf den aus Aluminium gefertigten Spinner. Die Fangstange hat eine konische Spitze. Dadurch baut sie ein möglichst hohes elektrisches Feld im Ver gleich zur Umgebung auf. Da die Blitzableitung bereits von der Blattwurzel auf den von der Rotornabe isolierten Spinner erfolgt, führen die Blattlager selbst keinen Blitzstrom. Bei der E-126 leiten die großflächigen Blattlager den Blitzstrom auf die Rotornabe. 6 von 16 D / DA

17 Blitzschutz E-44 bis E-126 Verbindung Spinner/Rotor Maschinenhaus Abb. 4: Blitzfangwinkel (E-44 bis E-115) 1 Blitzfangwinkel 3 Spinnerisolierung 2 Spinner 4 Maschinenhaus-Verkleidung Bei der E-44 bis E-115 wird eine weitere Funkenstrecke, bestehend aus drei Blitzfangwinkeln (1), eingesetzt. Bei Maschinenhaus-Verkleidungen (4) aus Aluminium führt sie den Blitzstrom vom Spinner (2) auf die Verkleidung. Von dort aus werden Blitzströme über die Metallverbindungsteile in den Maschinenträger abgeleitet. Bei isolierenden Verkleidungen führt die Funkenstrecke den Blitzstrom auf den Stator. Bei der E-126 überträgt das Rotorlager den Blitzstrom in den Maschinenträger im Maschinenhaus. Durch diese Anordnung wird ein Blitzeinschlag unabhängig vom momentanen Rotorblattwinkel und von der momentanen Stellung des Rotors zur tragenden Struktur geführt. Die Verbindung zwischen Maschinenträger und Turm wird durch das großflächige Azimutlager sichergestellt. Auf dem hinteren Teil der Maschinenhaus-Verkleidung sind zum Schutz der Messeinrichtungen Blitzfangstangen montiert, die auch das Windmessgerät als Käfig umhüllen. D / DA 7 von 16

18 Technische Beschreibung Blitzschutz E-44 bis E Turm 8 Stahlturm 9 Der Stahlturm ist leitend, so dass ein Blitzstrom über diesen abgeleitet wird. Die Flansch verbindungen der Segmente sind spritzverzinkt. 1 2 Abb. 5: Laschen mit Anschlussfahnen 1 Lasche 2 Anschlussfahne Zwei am Turm angeschweißte Laschen dienen dem Anschluss der Anschlussfahnen des Fundamenterders. Betonturm Der Betonturm wird mit mindestens vier gleichmäßig über den Turmumfang verteilten Blitzableitern ausgerüstet. Diese werden aus thermisch verzinktem Bandstahl (30 mm x 3,5 mm) ausgeführt, senkrecht in die Fertigteilsegmente eingesetzt und galva nisch mittels Überbrückungslaschen vom Fundament nach oben bis zum Stahlturmauf satz verbunden. 1 2 Abb. 6: Bandstahl zwischen zwei Fertigteilsegmenten 1 Bandstahl als Blitzableiter 2 Fertigteilsegmente mit Klebefuge Zur Sicherstellung der Verbindung der o. g. Blitzableiter sind die horizontalen Fugen zwi schen den einzelnen Fertigteilsegmenten (2) mittels Überbrückungslasche aus thermisch verzinktem Bandstahl (1) (30 mm x 3,5 mm) und Schraubverbindung (M12 und Spann scheibe) überbrückt. Der nach DIN EN geforderte Mindestquerschnitt für Blitzab leiter aus thermisch verzinktem Bandstahl von 50 mm² wird damit auch an der Schraub verbindung eingehalten. 8 von 16 5 D / DA 12

19 Blitzschutz E-44 bis E Abb. 7: Ringleiter im Fertigteilsegment (schematische Darstellung) 1 Bewehrungseisen-Teilstück (4x) 3 Rödeldrahtschlaufe (16x) 2 Bewehrungsüberlappung (4x) 4 Kreuzklemme (4x) Jedes Fertigteilsegment besitzt zudem einen konzentrisch verlaufenden, galvanisch geschlossenen Ringleiter (Ø 10 mm). Der Ringleiter besteht aus mehreren Bewehrungseisen-Teilstücken (1). Die Länge der Bewehrungsüberlappung (2) beträgt jeweils mindestens 500 mm. Für jede Bewehrungsverbindung werden mindestens vier straffe Rödeldrahtschlaufen (3) um die Bewehrungsüberlappung gewickelt. Die Bewehrungseisen-Teilstücke werden mit den o. g. Blitzableitern mittels Kreuzklemmen (4) verbunden. Die Blitzableiter/Erdungsprofile führen zum Fuß des Betonturmes. Über weitere Kreuzklemmen sind sie mit dem inneren Erdungsring verbunden. D / DA 9 von 16

20 Blitzschutz E-44 bis E Fundament Allgemeines Erdungsanlagen schützen Lebewesen und Sachwerte vor Gefahren, die durch Kurz- bzw. Erdschlüsse und transiente Vorgänge, wie Blitzeinschläge und Schalthandlungen, entstehen können. Sie stellen eine effektive Wirkung der (Fehlerstrom-)Schutzeinrichtungen und eine Bereitstellung eines Referenzpotenzials für elektrische Komponenten sicher. Zudem vermeiden sie übermäßige Spannungsspitzen und Potentialunterschiede. Bei einem Blitzeinschlag entsteht im stromdurchflossenen Bodenbereich ein Potentialanstieg in Richtung Windenergieanlage. Die Höhe der Schrittspannung ist u. a. abhängig vom Erdungswiderstand (Form und den Abmessungen) des Fundamenterders und der äußeren Erdungsanlage. Die zulässige Schritt- und Berührungsspannung darf nicht überschritten werden, um das Gefährdungspotenzial für in der Nähe befindliche Personen zu minimieren Ausführung Das Fundament ist mit Erdungsringen, die über mehrere Erdungsprofile miteinander verbunden sind, versehen. Die Erdungsringe sind auch mit dem Bewehrungsstahl des Fundaments verbunden. Sie bestehen jeweils aus thermisch verzinktem Bandstahl und sind mit einem Querschnitt von 100 mm² dimensioniert. Die Kreuzklemmen sind mit Korrosionsschutzbinden geschützt. Je nach örtlichen Gegebenheiten werden zusätzliche Tiefenerder angebunden. Sofern das Fundament eine Tiefgründung mit Stahlbetonpfählen besitzt, sind auch diese mit den Erdungsringen verbunden. Der Erdungswiderstand wird gemessen. Bei zu hohen Erdungswiderständen müssen projektspezifische Anpassungen der Erdungsanlage vorgenommen werden. Es muss darauf geachtet werden, dass die zulässigen Schritt- und Berührungsspannungen (siehe Kap , S. 10) nicht überschritten werden. Je nach vereinbartem Lieferumfang werden Verbesserungen der Erdungsanlage zur Senkung des Erdungswiderstands sowie des Schritt- und Berührungswiderstands vom Kunden oder von ENERCON durchgeführt. 10 von 16 D / DA

21 Blitzschutz E-44 bis E Erdung im Betonturmfundament Abb. 8: Erdung im Betonturmfundament 1 Betonturmfundament 4 Anschlussfahne (4x) 2 Sockel für den Betonturm 5 Erdungsring 3 externe Transformatorstation (falls vorhanden) D / DA 11 von 16

22 Blitzschutz E-44 bis E Erdung im Stahlturmfundament Abb. 9: Erdung im Stahlturmfundament 1 Stahlturmfundament 4 Anschlussfahne (2x) 2 Sockel für den Stahlturm 5 Erdungsring 3 externe Transformatorstation (falls vorhanden) 12 von 16 D / DA

23 Blitzschutz E-44 bis E Übersicht des äußeren Blitzschutzes Abb. 10: Übersicht des äußeren Blitzschutzes 1 Rotorblattspitze 4 Maschinenhaus-Verkleidung 2 Fangkäfig Windmessgerät 5 Anschlussfahne Blitzableiter/ Erdungsleiter 3 Maschinenträger 6 Erdungsring D / DA 13 von 16

24 Blitzschutz E-44 bis E Innerer Blitzschutz Folgende Maßnahmen werden für den inneren Blitzschutz ergriffen. Alle leitenden Anlagenhauptkomponenten wie Rotornabe, Gondel, Turm, Schaltschränke, PE-Leiter der Transformatoren und das Fundament sind mit ausreichenden Leiterquerschnitten und möglichst kurzen Leitungslängen an der Potentialausgleichsschiene angeschlossen. Direkt am NS- oder 400-V-Netzeingang sind Überspannungsableiter angebracht, die ebenfalls niederohmig geerdet sind. Die Generatorphasen und die Sternpunkte sind über Überspannungsableiter geerdet. Alle Platinen mit eigenen Netzteilen sind mit Filtern hoher Dämpfung ausgerüstet. Sämtliche analogen und digitalen Signaleingänge und -ausgänge sind mit RC-Schutzbeschaltungen und Suppressordioden vor hohen Spannungen und Strömen geschützt. Steuer- und Regelungselektronik sind galvanisch über Optokoppler, Trennverstärker und Relais entkoppelt. Die Kommunikation innerhalb der Windenergieanlage erfolgt über Lichtwellenleiter. Die Datenübertragung (Modem) wird durch ein Überspannungsschutzmodul für Datenschnittstellen geschützt. Kondensatoren und Überspannungsableiter begrenzen die Netz- und Generatorüberspannung. Die Kapazität der Kondensatoren in Verbindung mit den Überspannungsableitern reicht aus, um die Energie durch Blitzeinschläge ohne Schäden zu absorbieren. Allein die Kapazität des Zwischenkreises kann, bereits geladen durch die Zwischenkreisspannung, genügend Energie aufnehmen. 14 von 16 D / DA

25 Blitzschutz E-44 bis E Zugrundeliegende Normen Folgende Normen wurden angewandt. DIN 18014: DIN VDE 0151; VDE 0151: DIN VDE ; VDE : DIN EN ; VDE : DIN EN ; VDE : DIN EN 50308; VDE : DIN EN 62305; VDE : DIN EN ; VDE : DIN EN ; VDE : Fundamenterder - Allgemeine Planungsgrundlagen Werkstoffe und Mindestmaße von Erdern bezüglich der Korrosion Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-54: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel - Erdungsanlagen und Schutzleiter Windenergieanlagen - Teil 1: Auslegungsanforderungen Windenergieanlagen - Teil 24: Blitzschutz Windenergieanlagen - Schutzmaßnahmen - Anforderungen für Konstruktion, Betrieb und Wartung Blitzschutz (Normenreihe) Blitzschutzsystembauteile (LPSC) - Teil 2: Anforderungen an Leiter und Erder Starkstromanlagen mit Nennwechselspannungen über 1 kv - Teil 1: Allgemeine Bestimmungen D / DA 15 von 16

26 Blitzschutz E-44 bis E-126 Abbildungsverzeichnis Abb. 1 Rotorblattspitze (E-101)... 5 Abb. 2 Rotorblatt mit Rezeptor... 6 Abb. 3 Ableitring am Blattanschluss (E-44 bis E-115)... 6 Abb. 4 Blitzfangwinkel (E-44 bis E-115)... 7 Abb. 5 Laschen mit Anschlussfahnen... 8 Abb. 6 Bandstahl zwischen zwei Fertigteilsegmenten... 8 Abb. 7 Ringleiter im Fertigteilsegment (schematische Darstellung)... 9 Abb. 8 Erdung im Betonturmfundament Abb. 9 Erdung im Stahlturmfundament Abb. 10 Übersicht des äußeren Blitzschutzes von 16 D / DA

27 ENERCON Eiserkennung Leistungskurvenverfahren

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29 ENERCON Eiserkennung Leistungskurvenverfahren

30 Leistungskurvenverfahren Impressum Herausgeber: Copyright: Änderungsvorbehalt: Dokumentinformation ENERCON GmbH Dreekamp Aurich Deutschland Telefon: Fax: ENERCON GmbH. Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts sind verboten, soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte für den Fall der Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmustereintragung vorbehalten. Die ENERCON GmbH behält sich vor, dieses Dokument und den darin beschriebenen Gegenstand jederzeit ohne Vorankündigung zu ändern, insbesondere zu verbessern und zu erweitern. Dokument Datum Sprache "Original" oder Übersetzung von <Dokument> D ger Original Revisionstabelle Index Datum Änderung Erstellen des Dokuments Überarbeitung der Vorabversion Überarbeitung der Vorabversion ii D

31 Leistungskurvenverfahren 1 Einleitung An Rotorblättern von Windenergieanlagen kann es bei bestimmten Witterungsverhältnissen zur Bildung von Eis, Rauhreif oder Schneeablagerungen kommen. Voraussetzung ist in der Regel eine hohe Luftfeuchtigkeit bzw. Regen oder Schneefall bei Temperaturen um den Gefrierpunkt. Eis bildet sich dadurch, dass Wassertropfen an der Blattoberfläche gefrieren. Rauhreifablagerungen entstehen, wenn die bereits im gefrorenen Zustand in der Luft befindliche Feuchtigkeit vom Rotorblatt aus der Luft abgeschöpft wird und an der Blattoberfläche haften bleibt. Die häufigsten Vereisungstemperaturen liegen im Bereich von - 1 C bis - 4 C. Über + 1 C und unter - 7 C tritt gewöhnlich keine Vereisung auf. Bei Temperaturen unter - 7 C wird die verfügbare Feuchtigkeit in der Luft zu gering. Die Steuerung der Windenergieanlage misst über zwei voneinander unabhängige Temperaturfühler die Außenlufttemperatur auf der Gondel und unten am Turmfuß und kann damit feststellen, ob Vereisungsbedingungen vorliegen. Eis- und Reifablagerungen können den Wirkungsgrad reduzieren, die Materialbelastung insbesondere durch Unwucht und die Lärm-Emission erhöhen. Zudem können Eisstärken erreicht werden, von denen beim Herabfallen oder Wegschleudern Gefahren für Personen und Sachen ausgehen. Das Prinzip der Eiserkennung mit dem Leistungskurvenverfahren wird daher serienmäßig in allen Anlagen mit verstellbaren Rotorblättern eingesetzt und wurde vom TÜV Nord auf Plausibilität geprüft (TÜV Bericht Nr ). D Einleitung 1/8

32 Leistungskurvenverfahren 2 Funktionsweise Bei Rotorblättern werden hochwertige aerodynamische Profile eingesetzt, die in einem weiten Betriebsbereich einen optimalen Wirkungsgrad erziehlen. Die aerodynamischen Eigenschaften dieser Profile reagieren sehr empfindlich auf Kontur- und Rauhigkeitsänderungen durch Vereisung. Die daraus resultierende signifikante Änderung des Betriebskennfelds der Anlage (Zusammenhang von Wind / Drehzahl / Leistung / Blattwinkel) wird von der Eisansatzerkennung genutzt. Dazu werden bei Temperaturen auf der Gondel oberhalb von +2 C die anlagenspezifischen Betriebszusammenhänge (Wind / Leistung / Blattwinkel) als Langzeit-Mittelwerte erfasst. Bei Temperaturen unter +2 C (Vereisungsbedingungen) werden die aktuellen Betriebsdaten mit den Langzeit-Mittelwerten verglichen. Dazu wird um die anlagenspezifische Windleistungs- und Wind- Blattwinkelkennlinie ein empirisch ermitteltes Toleranzband gelegt. Dieses basiert auf Simulationen, Versuchen und mehrjähriger Erfahrung an einer Vielzahl von Anlagen der unterschiedlichen Typen. Liegen die Betriebsdaten von Leistung oder Blattwinkel im Rahmen einer gleitenden Mittelung außerhalb des Toleranzbandes, wird die Anlage mit dem Hauptstatus 14: Eisansatz gestoppt. Zusatzstatus Die Art der Abweichung vom Toleranzband wird ebenfalls ausgewertet und in Form eines Zusatzstatus angezeigt. Liegt die gemessene mittlere Leistung unterhalb des Leistungsfensters, deutet dies auf eine Vereisung des Rotors hin. Die Anlage wird dann mit dem Status 14 :11 Eisansatz: Rotor (Leistungsmessung) gestoppt. Für den Fall, dass es zu Eisansatz am Anemometer (Windmessgerät) kommt und dadurch die gemessene mittlere Leistung der Anlage oberhalb des Leistungsfensters liegt, wird die Anlage mit Status 14 :12, Eisansatz : Anemometer (Leistungsmessung) gestoppt, da in diesem Fall davon auszugehen ist, dass nicht nur das Windmessgerät, sondern auch die Rotorblätter vereist sind. Bei vereisten Rotorblättern stellen sich im Regelbereich kleinere Blattwinkel ein, als bei eisfreien Rotorblättern. Wenn der gemessene mittlere Blattwinkel unterhalb des Blattwinkelfensters liegt, deutet dies auf eine Vereisung des Rotors hin. Die Anlage wird dann mit dem Status 14 :13 Eisansatz: Rotor (Blattwinkelmessung) gestoppt. Sollte der gemessene mittlere Blattwinkel oberhalb des Blattwinkelfensters liegen, deutet dies, wie bei der Leistungsmessung, auf ein vereistes Windmessgerät hin. Die Anlage wird in diesem Fall mit Status 14 : 14 Eisansatz: Anemometer (Blattwinkelmessung) gestoppt, da keine genaue Aussage mehr über eventuellen Eisansatz am Rotor gemacht werden kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass Eisansatz über den gesamten Windgeschwindigkeitsbereich erkannt wird. 2/8 Funktionsweise D

33 Leistungskurvenverfahren An einem Ultraschallanemometer tritt keine Vereisung auf. Abschaltzeit Durch die enge Lage des Toleranzbands erfolgt die Abschaltung in der Regel innerhalb einer halben Stunde, bevor die Dicke der Eisschicht zu einer Gefährdung der Umgebung führt. Auch im unvereisten Betrieb liegen regelmäßig einzelne Betriebspunkte außerhalb der Toleranz, führen jedoch durch die gleitende Mittelung üblicherweise nicht zur Abschaltung. D Funktionsweise 3/8

34 Leistungskurvenverfahren 3 Wiederanfahren der Anlage Ein automatischer Neustart der Anlage ist erst wieder nach Abtauen des Eises nach entsprechend andauerndem Anstieg der Außentemperatur über +2 C möglich. In Abhängigkeit von der Außentemperatur wird eine erforderliche Abtauzeit ermittelt, in der die Anlage nicht automatisch startet. Ein manuelles vorzeitiges Wiedereinschalten ist nur direkt an der Anlage nach entsprechender Sichtkontrolle möglich. Dabei obliegt dem Betreiber die Verantwortung für die eventuell davon ausgehende Gefährdung. Es wird davon ausgegangen, dass das Eis nur durch Außentemperaturen über +2 C wieder abtauen kann. Die erforderliche Abtauzeit wird basierend auf empirischen Werten in Abhängigkeit von der Außentemperatur so definiert, dass beim Wiederanlaufen die Gefährdungen durch an den Rotorblättern haftendes Eis minimiert wird. Bis zum Wiederanlauf der Anlage können so, je nach Außentemperatur, mehrere Stunden vergehen. Rotorblattenteisung ENERCON bietet eine optionale Rotorblattenteisung an. Dieses System wird erst nach Stillstand der Anlage eingeschaltet. Durch die Rotorblattheizung wird Eisansatz nicht verhindert, die Abtauzeit kann jedoch deutlich verringert werden. Wenn die Anlage mit einer Rotorblattenteisung ausgerüstet ist, nimmt sie nach Ablauf der Heizdauer, die üblicherweise mehrere Stunden beträgt, den Betrieb wieder auf. In der Steuerung kann bei Bedarf eingestellt werden, dass die Anlage den Betrieb nicht automatisch wieder aufnimmt, nachdem sie Eisansatz erkannt hat. Ein Neustart der Anlage erfolgt dann in jedem Fall erst durch manuelle Bedienung. 4/8 Wiederanfahren der Anlage D

35 Leistungskurvenverfahren 4 Sicherheit Die Betriebsicherheit der Eisansatzerkennung mittels Leistungskurvenverfahren ist sehr hoch. Ein eventueller Ausfall der Temperatur-Messstelle wird durch eine zweite Messstelle am Turmfuß überwacht. Alle weiteren, mit Toleranzen behafteten Messwerte wie Windgeschwindigkeit, Leistung und Blattwinkel werden von der Steuerung nicht als Absolutwerte betrachtet. Zur Erkennung von Eisansatz wird lediglich die Veränderung dieser Werte berücksichtigt. Alle relevanten Messgrößen der Windenergieanlage werden permanent durch die Steuerung auf Plausibilität überprüft. Auch eine unplausible Veränderung eines Messwertes, die nicht auf Eisansatz beruht, wird von der Steuerung als Eisansatz interpretiert und die Anlage wird abgeschaltet. Ein Versagen der Eisansatzerkennung durch Toleranzen in den Messsignalen oder gar dem Ausfall eines Signals wird dadurch unmöglich. Das Kennlinienverfahren kann systembedingt Eisansatz auch dann erkennen, wenn von anderen Systemen genutzte Eissensoren auf der Gondel aufgrund klimatischer Schichtung keine Vereisung erkennen können. D Sicherheit 5/8

36 Leistungskurvenverfahren 5 Grenzen Da sich der Rotor für das Leistungskurvenverfahren drehen muss, kann dieses Verfahren nicht im Stillstand funktionieren. Bei niedrigen Windgeschwindigkeiten (unter 3 m/s) reduziert sich die Empfindlichkeit der Eisansatzerkennung. In diesen Fällen kann ein Eiswurf nicht vollständig ausgeschlossen werden. Bei Windstille und niedrigen Windgeschwindigkeiten erfolgt jedoch in der Regel kein Aufbau von dickwandigen Eisstücken. Zudem dreht sich der Rotor dann nicht bzw. nur mit geringer Geschwindigkeit. Ein etwaiger Eisansatz wird daher nicht über eine größere Distanz geschleudert, sondern fällt von den Rotorblättern im Nahbereich der Windenergieanlage herunter. Das damit verbundene Eiswurfrisiko ist vergleichbar mit dem Eiswurfrisiko bei höheren Gebäuden, Hochspannungsleitungen o.ä. 6/8 Grenzen D

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