Tua bin gió là những công trình cao hàng trăm mét lại biệt lập với khu vực xung quanh, nó được cấu tạo bởi các thiết bị điện tử nhạy cảm, tất cả đều là các yếu tố khiến sét trở thành mối đe dọa rình rập.
Tuy nhiên, một hệ thống chống sét được lắp đặt đúng cách sẽ ngăn chặn tia sét và dẫn nó xuống đất một cách hiệu quả và an toàn mà không có nguy cơ phá hủy vật lý đối với tuabin gió. Vấn đề này ngày càng trở nên nghiêm trọng khi các hệ thống tuabin gió ngày càng trở nên phức tạp và dễ bị sét đánh. Vụ gần đây nhất có lẽ là turbin tại 1 trang trại điện gió ở Crowell, Texas, USA hôm 22/7 vừa qua.
Hệ thống chống sét cho turbin có chi phí thấp hơn 1% tổng chi phí vốn trong khi nó cải thiện đáng kể hiệu quả chi phí và độ tin cậy của tuabin gió.
Hậu quả khi turbin bị sét đánh
Các hệ thống sau đây được sắp xếp theo thứ tự từ dễ bị hư hỏng nhất đến ít nhất do sét đánh:
- Hư hỏng hệ thống điều khiển: bao gồm các cảm biến, bộ truyền động và động cơ để điều khiển thiết bị theo chiều gió.
- Hư hỏng thiết bị điện tử. Tuabin gió có thể nói là cấu trúc phức tạp, nó gồm một trạm biến áp, bộ biến tần, các phần tử thiết bị đóng cắt và các thiết bị nhạy cảm, đắt tiền khác trong một không gian (nacelle) tương đối nhỏ;
- Hư hỏng cánh turbine: Một tia sét đánh vào cánh turbine không được chống sét sẽ làm tăng nhiệt độ của nó lên rất nhiều, có thể lên đến 54.000 ° F (30.000 ° C), và dẫn đến sự giãn nở không khí bên trong cánh. Sự giãn nở này có thể gây tách lớp, chảy keo và nứt mép… Một nghiên cứu cho rằng lưỡi epoxy bằng gỗ có khả năng chống sét tốt hơn so với lưỡi epoxy GRP / thủy tinh;
- Hư hỏng máy phát điện và pin có thể bị phá hủy hoặc thậm chí phát nổ.
Cánh tuabin gió được chế tạo từ vật liệu composite, không dẫn điện. Hơn nữa, cánh turbin hiện đại có cấu trúc rỗng để giảm trọng lượng. Các hồ quang sét có thể xuyên qua cấu trúc bên trong, làm hỏng các giá đỡ kết cấu hoặc làm giãn nở không khí…
Giải pháp chống sét cho turbin gió
Cánh turbin
Các nhà sản xuất turbin gió đã phát triển các phương pháp để giảm thiểu thiệt hại khi bị sét đánh cho cánh turbin do vật liệu không dẫn điện và thiết kế lưỡi rỗng gây ra như hình ảnh:
Phần quan trọng tiếp theo của việc bảo vệ chống sét, vì nó liên quan đến tuabin gió, là bảo vệ sợi trục và các thành phần bên trong. Vỏ nacelle là một vỏ bao bọc máy phát điện, hộp số và các hệ thống điện tử liên quan như thể hiện trong hình sau:
Nacelle
Cách tiếp cận điển hình để bảo vệ các hệ thống điện tử trong nacelle này bao gồm: Đầu tiên nacelle hoạt động như một lồng Faraday. Đối với trường hợp vật liệu nano không dẫn điện, chẳng hạn như GRP, các thành phần kim loại như mắt lưới có thể được sản xuất để tạo thành lồng Faraday. Bất kể vật liệu hoặc cấu hình lồng là gì, điều quan trọng là các phần dẫn điện phải được liên kết thích hợp với tấm nền nano và với tháp tạo đường dẫn nối đất.
Ổ đỡ trục (bearings)
Ổ đỡ trục (vòng bi) được sử dụng để quay cánh, cũng như quay trục tâm lưỡi. Các ổ trục tạo kết nối vật lý giữa các cánh turbin với trụ thép, và giữa trục cánh quạt với nacelle. Do đó, các ổ trục thường nằm luôn trong đường dẫn nối đất. Nói chung, 100% dòng điện sét sẽ đi qua (pitch and yaw), 80% dòng điện từ sét đánh đi vào nacelle qua vòng bi tốc độ thấp.
- Mỗi dây dẫn vào hộp bảng điện phải có bộ khử xung nối đất vào thanh nối đất hiện có. Việc lắp đặt chỉ nên có một thanh nối đất, giúp “tiếp xúc với hơi ẩm trong đất tốt hơn so với chân tháp.”
- Cột thu lôi không có khả năng bảo vệ thiết bị điện tử của turbin gió. Hơn nữa, các cột thu lôi có thể cản trở luồng gió xung quanh ở cánh của tuabin, làm giảm hiệu suất của hệ thống. Lời khuyên này trái ngược với lời khuyên được đưa ra bởi Tạp chí Machine Designs, trong đó nói rằng “Các cột thu lôi kiểu Franklin bảo vệ [tuabin gió] chống lại các tia sét trực tiếp.”
Tóm lại, tuabin gió cực kỳ dễ bị sét đánh, nhưng nguy hiểm có thể được giảm thiểu nhờ hệ thống chống sét.
