DEHN schützt Windenergieanlagen.

Transkript

1 DEHN schützt Windenergieanlagen

2 Betrieb sichern, Investition schützen: Mit Blitz- und Überspannungsschutz 2

3 Damit aus der Investition ein sicherer Gewinn wird Die erneuerbaren Energien sind in Deutschland eine wichtige Energiequelle: 23,4% des Stroms wurden 2013 mit erneuerbaren Energien erzeugt. Die Windenergie steuerte 7,9% zur deutschen Energieversorgung bei. Nach dem Energiekonzept der deutschen Bundesregierung soll der Anteil der regenerativen Energien bis 2025 auf 45% und bis 2035 auf 60% ansteigen. Der Ausbau der Windenergie wird in den nächsten Jahrzehnten weiter forciert, insbesondere durch neue Offshore-Windparks*. Dem Blitz- und Überspannungsschutz von Windenergieanlagen kommt eine besondere Bedeutung zu, da diese aufgrund ihrer Komplexität, Höhe und exponierten Lage der Gefahr eines Blitzeinschlages besonders ausgesetzt sind. Dies gilt vor allem für Anlagen mit über 200 Meter Höhe, da das Risiko eines Blitzeinschlages quadratisch zur Anlagenhöhe wächst. Bei Offshore-Windenergieanlagen steht aufgrund hoher Ertragseinbußen bei Ausfällen eine hohe Verfügbarkeit an erster Stelle. Umfassender Blitz- und Überspannungsschutz ist daher ein Muss. Dies kommt in der Normung und der Zertifizierung von Windenergieanlagen zum Ausdruck**. Setzen Sie beim Blitz- und Überspannungsschutz auf DEHN: Wir sind ein weltweit anerkannter Spezialist auch im Bereich der Windenergie. Zu unseren Kunden zählen internationale Hersteller und Zulieferer von Windenergieanlagen. Wir erstellen kundenspezifische Schutzkonzepte sowie für deren Betrieb benötige Zusatzausrüstungen wie HGÜ-, Wohn- oder Umspannplattformen. Im DEHN-Prüfund Testlabor können wir Komponenten bis zu einem Blitz- Stoßstrom von 400 ka (10/350 µs) prüfen***. * Quelle: Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft, ** Guideline for the Certification of Wind Turbines, Germanischer Lloyd Industrial Services GmbH, 2010 *** gemäß der Norm IEC Lightning Protection of Wind Turbines 3

4 Mit Expertise Blitzschutzzonen-Konzepte erstellen Durch langjährige Erfahrung in der Blitzschutztechnik und aufgrund zahlreicher Prüfungen an Windenergieanlagen haben wir das Wissen, um Blitzschutzsysteme für WEAs zu entwickeln. Das Ziel ist die Vermeidung von Blitzschäden an Rotorblättern, Lagern und Getrieben. Letzlich soll dadurch Anlagenstillstand, verursacht durch Blitzströme und Überspannungen, verhindert werden. Das Blitzschutzzonen-Konzept für Windkraftanlagen nach der Norm IEC lehnt sich an die IEC an, welche die Auswahl und die Anordnung von Blitz- und Überspannungsschutzmaßnahmen definiert*. Die IEC empfiehlt, das Blitzschutzsystem einer Windenergieanlage gemäß Schutzklasse 1 auszuführen*. Für einzelne Komponenten kann eine niedrigere Schutzklasse ausreichen, wenn dies durch eine Risikoanalyse nachgewiesen wird. Der Blitzschutz einer Windenergieanlage besteht aus äußerem Blitzschutz innerem Blitzschutz / Überspannungsschutz Potentialausgleich und Erdung. Zur Planung der Schutzmaßnahmen wird die Windenergieanlage in Blitzschutzzonen (LPZs) eingeteilt**. Die einschlaggefährdeten Bereiche (LPZ 0 A ) werden mit dem Blitzkugelverfahren ermittelt. LPZ 0 ist die äußere Zone, die durch das ungedämpfte elektromagnetische Feld des Blitzes gefährdet ist, und in der die inneren Systeme dem vollen oder anteiligen Blitzstrom ausgesetzt sein können. Unterteilt wird in: LPZ 0 A : Anlagenteile, die durch direkte Blitzeinschläge und das volle elektromagnetische Feld des Blitzes gefährdet sind. LPZ 0 B : Anlagenteile, die gegen direkte Blitzeinschläge geschützt sind, aber durch das volle elektromagnetische Feld des Blitzes gefährdet sind. * IEC Lightning Protection of Wind Turbines IEC Protection against Lightning ** LPZ: Lightning Protection Zone Blitzschutzzone 4

5 r = 20 m * * Radius r = 20 m entspricht dem Gefährdungspegel 1 (Lightning Protection Level 1) 5

6 6 DEHN-Blitz- und Überspannungsschutz-Produkte in einer Windenergieanlage

7 Pitchsystem, Blattsensorik und Rotorblattheizung DEHNguard M TN CI 275 FM BLITZDUCTOR XT ML4 BE 24 Basisteil + Ableitermodul DEHNpatch M CLE RJ45B Flughindernisbefeuerung DEHNguard M TN CI 275 FM Wetterstation BLITZDUCTOR XT ML4 BE 24 Basisteil + Ableitermodul BLITZDUCTOR XT ML2 BE S 24 Basisteil + Ableitermodul Versorgungsspannungen in der Gondel DEHNguard M TNC 275 FM Generator DEHNguard SE H LI 1000 FM Versorgungsspannungen im Turmfuß DEHNguard M TNC 275 FM Transformator Niederspannungsseite DEHNbloc M FM Umrichter und Haupteinspeisung DEHNguard M WE 600 FM Signal-, Bus- und Steuerleitungen BLITZDUCTOR XT ML4 BE 24 Basisteil + Ableitermodul BLITZDUCTOR XT ML2 BE S 24 Basisteil + Ableitermodul Gondelaufbauten Fangstangen Bandrohrschelle Tranformator Mittelspannungsseite DEHNmid

8 Auswahlhilfe Red/Line Blitz-/Überspannungsschutz für die Energietechnik Durch koordinierten Überspannungsschutz für die Energietechnik lässt sich die Gefahr des Anlagenstillstands, verursacht durch Blitzströme und Überspannungen, abwenden. Langfristig kann so die Verfügbarkeit der Windenergieanlage erhöht werden. DEHNbloc Maxi Koordinierter, einpoliger Blitzstrom- Ableiter 1. Vibrations- und schockgeprüft nach EN DEHNmid Überspannungsableiter der Leitungsentladungsklasse 1 für Mittelspannungssysteme. DBM FM* DBM FM* DMI L DIC DEHNsolid Koordinierter Blitzstrom-Ableiter auf Funkenstreckenbasis. Sehr hohes Blitzstrom- Ableitvermögen bis 200 ka (10/350 µs). Tiefer Schutzpegel U P < 2,5 kv. DSO DEHNguard Überspannungs-Ableiter 2. Vibrationsund schockgeprüft nach EN DEHNguard SE H LI mit integriertem Frühwarnsystem Lifetime Indication für vorbeugendes Condition Monitoring. Impulszähler P2 Zur Registrierung der Ableitvorgänge und Meldung durch potentialfreien Kontakt. DG M WE 600 FM* DG M TN CI 275 FM* DG M TNS CI 275 FM* DG SE H LI 1000 FM* Serien-Nr /S 8 * FM = Potentialfreier Fernmeldekontakt

9 Auswahlhilfe Yellow/Line Blitz-/Überspannungsschutz für die Informationstechnik Ein durchgängiges Schutzkonzept vermeidet Schäden an Informations- und Datentechnik. Condition Monitoring ist unverzichtbar für Betriebssicherheit und Anlagenverfügbarkeit. LifeCheck Ableiterüberwachung mit RFID-Technologie stellt diese sicher. Die Überwachung funktioniert auch aus der Ferne, zum Beispiel über ein drahtloses Netzwerk. BLITZDUCTOR Modularer, universeller Kombi- bzw- Überspannungs-Ableiter für Datenleitungen, Bussysteme, Messwertübertragung, Temperaturmessung, für die Heizung und Wettersensoren. Vibrationsund schockgeprüft nach EN Wahlweise mit Condition Monitoring-Funktion. DEHNconnect Überspannungsschutz im Reihenklemmgehäuse. Optimiertes Design sowie schneller und sicherer Leitungsanschluss durch Federklemmtechnik. LifeCheck Ableiterüberwachung mit RFID-Technologie DEHNrecord SCM XT überwacht bis zu 10 Ableiter in einer Gruppe, DEHNrecord MCM XT bis zu 150 Ableiter in vernetzten Gruppen. Störmeldungen werden optisch und mittels FM-Kontakt weitergegeben. DEHNrecord ist vibrations- und schockgeprüft nach EN Auslesegerät M1+ Portables Gerät mit LifeCheck -Sensor zur schnellen Prüfung von Ableitern mit LifeCheck. Robuste Ausführung und einfache Bedienung über zwei Tasten. Akkukapazität für circa 2000 Prüfvorgänge. DEHNpatch Class E / PoE+ Universeller Überspannungs-Ableiter für Ethernet* und ähnliche Anwendungen in strukturierten Verkabelungen nach Klasse E bis 250 MHz. BXT ML2 BD BXT ML2 BE HFS BXT ML2 BE S BSP M4 BE DCO SD2 ME DCO SD2 MD DCO SD2 MD HF DRC MCM XT DRC SCM XT DRC LC M DPA M CLE RJ45B * PoE+ nach IEEE 802.3at 9

10 Komponenten für Turm, Fundament und Potentialausgleich Eine Erdungsanlage ist notwendig für den sicheren Betrieb der elektrischen Betriebsmittel und -anlagen sowie für die ordnungsgemäße Funktion des Blitzschutzsystems. Über Anschlüsse an die Erdungsanlage werden Verbindungen zur Haupterdungsschiene (HES) realisiert. Von der HES werden Verbindungen zu Betriebsmitteln und Überspannungs-Schutzgeräten geschaffen. Potentialausgleich und Erdung Potentialausgleichsschiene Runddraht Rd Ø 10 mm Band Fl 30 x 3, Erdungsfestpunkt M Kreuzstück Verbindungsklemme Bügelklemme Überbrückungsseil Überbrückungsband

11 Druckschrift HVI Leitung Äußerer Blitzschutz für Mess-/Signaleinrichtungen Fangeinrichtungen von DEHN schützen Windmesseinrichtungen und Flughindernisbefeuerung an der Gondel vor direkten Blitzeinschlägen. HVI Leitung Hochspannungsfeste isolierte Ableitung zur Einhaltung des Trennungsabstandes zu elektrisch leitenden Teilen nach IEC *. HVI power-leitung HVI power long-leitung 100 m HVI long-leitung HVI light-leitung DEHNiso-Combi-Set Montagefertige Kompletteinheit in stabiler Ausführung. Stützrohr GFK/Al Fangspitze NIRO Sonderapplikationen Auf Anfrage erstellen wir gerne Komponenten für Sonderapplikationen im äußeren Blitzschutz. * IEC Protection against lightning 11

12 Sicheres Arbeiten bei der Anlagenwartung Ob für das Arbeiten im freigeschalteten Zustand einer Anlage oder für das Arbeiten unter Spannung wir bieten die geeigneten Arbeitsmittel für das Arbeiten nach den fünf Sicherheitsregeln. Freischalten Schaltstange, Sicherungszange, Schutzhandschuh Schaltstange Sicherungszange Schutzhandschuh Größe Gegen Wiedereinschalten sichern Isolierstopfen, Isoliermesser, Sperrelement Isolierstopfen Isoliermesser Sperrelement Spannungsfreiheit feststellen Spannungsprüfer PHE III, Spannungsanzeigegerät DEHNcap A Spannungsprüfer PHE III DEHNcap A Erden und Kurzschließen Erdungs- und Kurzschließvorrichtung Konfigurieren Sie Ihre EuK-Vorrichtung einfach online: EKV R VVYCLAF 3-polige EuK-Vorrichtung Erdungsstange Abdecken oder Abschranken Schutzplatte zum Abdecken oder Abschranken benachbarter, unter Spannung stehender Teile Schutzplatte

13 Störlichtbogenschutz Aktiven Störlichtbögenschutz bietet das Schutzsystem DEHNshort. Passiver Störlichtbogenschutz wird mit der persönlichen Schutzausrüstung DEHNcare realisiert. Aktiver Schutz vor Störlichtbögen: DEHNshort Mit DEHNshort kann der Lichtbogen optisch entweder mit Punktsensoren oder mit LWL-Liniensensoren detektiert werden. Zusätzlich ist auch eine Stromerfassung möglich. Nach Ansteuerung durch die Störlichtbogenerfassungseinheit stellt der Kurzschließer in extrem kurzer Zeit einen metallischen Kurzschluss zwischen den Sammelschienen her. Der Kurzschlussstrom wird durch den Leistungsschalter abgeschaltet. Die signifikante Verkürzung der Lichtbogenzeit dient dem Anlagenschutz. Optional kann durch die Lichtbogenerfassungseinheit auch direkt die Mittelspannungsschaltanlage ausgelöst werden. DEHNshort DD CPS DEHNshort DD FS DEHNshort DD PS DEHNshort QD Schutz bei Auftreten eines Störlichtbogens: DEHNcare Maximaler Schutz und einzigartiger Tragekomfort: Die persönliche Schutzausrüstung DEHNcare vereint beides. Sie ist nach internationalen Standards geprüft und besteht aus Elektriker-Schutzhelm, Schutzhandschuhen, Hose sowie Jacke oder Mantel. Elektriker-Schutzhelm Schutzschirm Schutzhandschuh Größe Hose APT Größe Jacke APJ Größe Mantel APC Gr. 52/

14 Stoßstromprüfung bis 400 ka im DEHN-Prüf- und Testlabor Herstellern und Komponentenlieferanten von Windenergieanlagen sowie Ingenieurbüros bieten wir Engineering- und Prüfleistungen gemäß der IEC im DEHN Prüf- und Testlabor an*. Die Versuche zeigen, ob die angewendeten Schutzmaßnahmen wirksam sind. Unsere Prüfleistungen umfassen: Blitzstromtests an Lagern und Getrieben des mechanischen Antriebsstrangs Hochstromtests an den Rezeptoren und Ableitungen von Rotorblättern Hochstrom- und Hochspannungstest an Rotorblättern Störfestigkeitsprüfungen auf Systemebene von wichtigen Steuersystemen, beispielweise der Rotorblattverstellung oder der Flughindernisbefeuerung Tests kundenspezifischer, anschlussfertiger Anschalteinheiten zum Schutz der elektrischen Anlage Geprüft wird nach den aktuellen internationalen und nationalen Normen. Durch jahrzehntelange Mitarbeit in Normungsgremien haben unsere Mitarbeiter ein tiefes, stets aktuelles Wissen über die Normung und die technischen Grundlagen. Dieses Wissen stellen wir unseren Kunden in Engineering- und Prüfleistungen zur Verfügung und machen dadurch die Schutzkonzepte für die Windenergie praxistauglich. Unser Ziel ist es, die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit von Windenergieanlagen langfristig sicherzustellen. Unser Labor ist mit hochleistungsfähigen und modernen Geräten ausgestattet und kann Blitz-Stoßströme bis 400 ka (10/350 µs) erzeugen. * IEC Lightning Protection of Wind Turbines 14

15 Langjährige Erfahrung mit Anlagenkonzepten Windenergieanlagen stellen an den Blitz- und Überspannungsschutz spezielle Anforderungen, die bereits während der Anlagenplanung berücksichtigt werden müssen. Das Schutzkonzept und die richtige Auslegung der Schutzgeräte sind wichtige Voraussetzungen für den sicheren Betrieb der Windenergieanlage. Die Wirkungsweise des Schutzkonzepts für den Blitz- und Überspannungsschutz muss im Gesamtkonzept der Anlage integriert werden. Das Konzept der Erdungsanlage beispielweise muss auf den äußeren und inneren Blitzschutz abgestimmt werden. Für das Konzept des inneren Blitzschutzes muss bei der Ableiterauswahl die energetische Koordination der unterschiedlichen Ableiterstufen beachtet werden, um auch empfindliche Endgerätesysteme zu schützen. Möglicherweise werden auch Sonderanwendungen bestimmter Blitz- und Überspannungsschutzgeräte erforderlich, um die Schutzziele zu erreichen. Letzlich müssen für ein Gesamtschutzkonzept viele Informationen gesammelt und zentral bewertet werden, um die Anlagenverfügbarkeit sicherstellen zu können. DEHN hat langjährige Erfahrung bei Schutzkonzepten für komplexe Anlagen auch im Bereich der Windenergie. Die Vorteile liegen auf der Hand: Durch Blitz- und Überspannungsschutz mit System werden Ausfälle vermieden und Service- und Reparaturkosten eingespart. Damit wird ein kontinuierlicher Energieertrag auch bei Blitzströmen und Überspannungen erst möglich. Aus wirtschaftlichen Erwägungen muss das Schutzkonzept bereits in der Planungsphase berücksichtigt werden, um später kostspielige Reparatur- und Nachrüstungsmaßnahmen zu vermeiden. Denn nur ein komplettes Schutzsystem, das fehlerfrei funktioniert, ermöglicht die Amortisation der Investitionskosten wie geplant. 15

16 DEHN-Produkte im Hybridturm aus Beton und Stahl Mit größeren Turmhöhen, größeren Rotordurchmessern und mehr als drei Megawatt Nennleistung kommt eine neue Generation von Windenergieanlagen auf den Markt. Das innovative Hybridturm- System der Firmengruppe Max Bögl, die zu den fünf größten deutschen Bauunternehmen zählt, ist eine ideale Lösung für Anlagen mit großen Nabenhöhen. Die Firmengruppe Max Bögl realisierte einen Hybridturm, der eine Kombination aus Betonfertigteilen und Stahlelementen als Turmspitze darstellt. Das Hybridturm-System ermöglicht Nabenhöhen von bis zu 150 Metern über Gelände bei einer Gesamtanlagenhöhe inklusive Rotor von bis zu 200 Metern. Die Anpassung des Hybridturms bis zum ausgereiften Prototyp erfolgte gemeinsam mit international führenden Windenergieanlagenherstellern und mit DEHN. So war DEHN beispielsweise bei der Konzeption des Erdungskonzeptes eingebunden. In den Hybridtürmen von Max Bögl kommen heute eine Vielzahl verschiedener DEHN-Produkte zum Einsatz. 16

17 DEHN-Produkte schützen Transformatoren Als führender europäischer Transformatorenhersteller ist die SGB-SMIT Gruppe ein Partner der Windenergiebranche. SGB-SMIT fertigt kundenspezifische Transformatoren für diverse Windenergieanlagenhersteller. DEHN stellt darauf abgestimmten Blitzund Überspannungsschutz bereit. Als Technologiepartner für die Netzanbindung von Offshore- Windparks liefert SGB-SMIT effiziente Mittelleistungs- oder Großtransformatoren. Der Trafo ist die erste Komponente, die bei blitzbedingten Überspannungen aus dem Versorgungsnetz geschützt werden muss. Eine geprüfte Schutzeinrichtung ist daher unumgänglich. In Zusammenarbeit mit DEHN und den Anlagenherstellern entwickelt SGB-SMIT Schutzkonzepte für Transformatoren, die sich nahtlos in das Gesamt-Schutzkonzept der Windenergieanlage integrieren lassen. Die Transformatoren von SGB-SMIT werden durch Mittelspannungsableiter DEHNmid auf der Oberspannungsseite sowie durch 1-Blitzstromableiter DEHNbloc auf der Niederspannungsseite vor den Folgen von Überspannungen geschützt. 17

18 Schutzkonzepte für On- und Offshore-Anlagen Bachmann electronic ist international tätig und bietet komplette Systemlösungen in der Automatisierungstechnik. Das High-Tech-Unternehmen bestimmt den Markt für Automatisierungslösungen im Bereich der Windenergie. Gemeinsam mit Bachmann electronic erarbeitete DEHN ein Konzept zum Schutz der Steuerung vor Überspannungsschäden. Die funktionale Sicherheit im Turm wird von Windenergieanlagen-Herstellern sehr unterschiedlich bewertet. Moderne Sicherheitslösungen mit programmierbarer Sicherheitssteuerung ermöglichen es jedoch, Funktionen zu realisieren, die weit über die klassische Not-Aus-Kette hinausgehen: Eine sichere Fernüberwachung und Fernwartung in Kombination mit intelligent eingesetzten Redundanzen stellt nicht nur die Verfügbarkeit sicher, sondern kann diese sogar verbessern. Mit dem Schutzkonzept realisierten Bachmann electronic und DEHN ein komplettes Sicherheitspaket, das den Schutz sämtlicher Schnittstellen von Bachmann umfasst. Je nach Auswerteeinheit werden die Sensoren, die sich in verschiedenen Blitz-Schutzzonen befinden können, überwacht und mit DEHN-Ableitern BLITZDUCTOR XT geschützt. Mit Hilfe der zustandsorientierten Ableiterüberwachung wird die Überlastung eines Ableiters frühzeitig erkannt und vor einem drohenden Ausfall gewarnt. Über das Modul DEHNrecord MCM XT können bis zu zehn Ableiter gleichzeitig überwacht werden. Der Ableiterzustand kann jederzeit über die Steuerung ausgewertet werden. Besonderen Wert legten Bachmann electronic und DEHN auf die Anlagenverfügbarkeit. Deshalb wurden alle wesentlichen Schnittstellen geschützt. Dieses Schutzkonzept wird bereits unter den härtesten Anforderungen erfolgreich für On- und Offshore-Anlagen eingesetzt. 18

19 Schutzkonzept für 3 MW Onshore-Windenergieanlage Das international tätige Unternehmen Wind to Energy GmbH in Rostock entwickelt komplette Multi- Megawatt-Windenergieanlagen und vertreibt diese in Lizenz. Dies schließt die Zertifizierung und den Betrieb von Prototypen ein. Gemeinsam mit DEHN hat Wind to Energy (W2E) einen Vorschlag zum Schutz einer 3 MW-Anlage vor Überspannungsschäden ausgearbeitet. Basierend auf dem Blitzschutzzonen-Konzept von DEHN realisierten W2E und DEHN ein komplettes Sicherheitspaket, das Anlagen vor den Folgen von Blitzeinschlag und Überspannungen schützt. Das Konzept sieht den äußeren Blitzschutz, den Schutz der Spannungsversorgung sowie sämtlicher Schnittstellen vor. Je nach Auswerteeinheit werden unter- schiedliche Sensoren überwacht und mit BLITZDUCTOR XT von DEHN geschützt. W2E legt nicht nur Wert auf den Schutz der Schnittstellen, sondern auch auf die Anlagenverfügbarkeit: Mit Hilfe der zustandsorientierten Ableiterüberwachung mit DEHNrecord SCM XT wird die Überlastung eines Ableiters frühzeitig erkannt und vor einem drohenden Ausfall gewarnt. Mit DEHNrecord SCM XT kann W2E bis zu zehn Ableiter gleichzeitig überwachen und zu jeder Zeit deren Zustand über die Steuerung auswerten. Dies stellt den Schutz der Turbine sicher. So lassen sich mit Blitz- und Überspannungsschutz von DEHN Ausfälle vermeiden und Service-und Reparaturkosten senken. 19

20 Überspannungsschutz Blitzschutz/Erdung Arbeitsschutz DEHN schützt. DEHN + SÖHNE GmbH + Co.KG. Hans-Dehn-Str. 1 Postfach Neumarkt Deutschland Tel Fax info@dehn.de activsense, BLITZDUCTOR, BLITZPLANER, DEHN, DEHN Logo, DEHN schützt, DEHNbloc, DEHNcare, DEHNfix, DEHNgrip, DEHNguard, DEHNport, DEHNquick, DEHNrapid, DEHNshield, DEHNsnap, DEHNventil, HVI, LifeCheck, Red/Line sind in Deutschland oder in anderen Ländern eingetragene Marken ( registered trade marks ). Die Abbildungen sind unverbindlich. Technische Änderungen, Druckfehler und Irrtümer vorbehalten. DS103/D/0814 Copyright 2014 DEHN + SÖHNE