Research of lightning protection systems for wind electric installations

• Autorzy: Mammadov Nijat , Piriyeva Najiba , Ismayilova Shukufa

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.09.38

Warianty tytułu

PL

Badania systemów ochrony odgromowej instalacji wiatrowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purpose of this study is to analyze the lightning protection systems of wind turbines. One of the main causes of damage to wind electric installations is lightning strikes. In order to reduce the likelihood of damage to these installations, it is necessary to improve the performance that is associated with lightning protection. Early shutdown of a wind turbine to protect against lightning damage can result in a reduction in utilization that must be prevented. Therefore, in order to improve the lightning protection characteristics of wind power installations, it is necessary to study the mechanism of lightning strikes. In this article, two main systems are considered for the analysis of lightning protection systems for wind turbines. This is a grounding system and a system for detecting thunderclouds near wind turbines. This article provides some grounding measures that include modifying the receptor, laying an insulated cable on the down conductor to increase the likelihood of a lightning strike on the receptor. The article also presents a scheme of the formation of thunderstorm leaders and response leaders emanating from the wind turbine blade receptors. The characteristics of wind rotation speed during normal operation, before and after a lightning strike are given. The main types of lightning detection devices are considered. The article presents modern methods and technologies for lightning protection of wind turbines.

PL

Celem pracy jest analiza systemów ochrony odgromowej turbin wiatrowych. Jedną z głównych przyczyn uszkodzeń instalacji wiatrowych są uderzenia piorunów. Aby zmniejszyć prawdopodobieństwo uszkodzenia tych instalacji, należy poprawić wydajność związaną z ochroną odgromową. Wcześniejsze wyłączenie turbiny wiatrowej w celu ochrony przed uszkodzeniami spowodowanymi przez wyładowania atmosferyczne może skutkować zmniejszeniem wykorzystania, któremu należy zapobiegać. Dlatego w celu poprawy właściwości odgromowych instalacji wiatrowych konieczne jest zbadanie mechanizmu uderzeń pioruna. W tym artykule rozważono dwa główne systemy do analizy systemów ochrony odgromowej turbin wiatrowych. Jest to system uziemiający oraz system wykrywania chmur burzowych w pobliżu turbin wiatrowych. W tym artykule opisano pewne środki uziemiające, które obejmują modyfikację receptora i ułożenie izolowanego kabla na przewodzie odprowadzającym, aby zwiększyć prawdopodobieństwo uderzenia pioruna w receptor. W artykule przedstawiono także schemat powstawania liderów burzowych i liderów reakcji pochodzących z receptorów łopatek turbiny wiatrowej. Podano charakterystykę prędkości wirowania wiatru w czasie normalnej pracy, przed i po uderzeniu pioruna. Rozważono główne typy urządzeń do wykrywania wyładowań atmosferycznych. W artykule przedstawiono nowoczesne metody i technologie ochrony odgromowej turbin wiatrowych.

Słowa kluczowe

EN

wind electric installation; lighting strike; thunderstorm; receptor; wind rotation speed; grounding system; overvoltage

PL

instalacja elektryczna wiatrowa; uderzenie pioruna; burza; odbiornik; prędkość wiatru; instalacja uziemiająca; przepięcie

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 9
• Strony: 198--201
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys.

Twórcy

autor

Mammadov Nijat

• Azerbaijan State Oil and Industry University

• https://orcid.org/0000-0001-6555-3632

autor

Piriyeva Najiba

• Azerbaijan State Oil and Industry University

• https://orcid.org/0000-0002-8990-1803

autor

Ismayilova Shukufa

• Azerbaijan State Oil and Industry University

Bibliografia

• [1]. Mammadov N., Mukhtarova K. “ANALYSIS OF THE SMART GRID SYSTEM FOR RENEWABLE ENERGY SOURCES”, Journal «Universum: technical sciences”, № 2 (107), pp. 64-67, 2023
• [2]. Nijat Mammadov, “Analysis of systems and methods of emergency braking of wind turbines”. International Science Journal of Engineering & Agriculture, Vol. 2, № 2, pp. 147-152, Ukraine, April 2023
• [3]. Mammadov N.S., Rzayeva S.V., Ganiyeva N.A., “Analisys of synchronized asynchronous generator for a wind electric installation”, Przegląd Elektrotechniczny, №5, 2023, pp.37-40, doi:10.15199/48.2023.05.07
• [4]. Mammadov N.S., “Vibration research in wind turbines”, XV International Scientific and Practical Conference «The main directions of the development of scientific research», Helsinki, Finland, 2023, pp. 345-346
• [5]. Csanyi E. “Lightning and surge protection of multi-megawatt wind turbines” // EEP — Electrical Engineering Portal, 2014 – pp. 35-38
• [6]. Fisher F. A., Plumer J. A., Perala R. A. “Lightning protection of Aircraft”, 2 edition. Lightning Technologies Inc, 2000 – pp.45-54
• [7]. Radicevic B. M., Savic M. S. “Experimental research on the influence of wind turbine blade rotation on the characteristics of atmospheric discharges” // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2011 - Vol. 26. - pp. 1100–1190.
• [8]. Gao L. “Characteristics of Streamer Discharges in Air and along Insulating Surfaces”/ Institute of High Voltage Research, Uppsala University, Sweden, PhD thesis, 2000 – pp.145-146
• [9]. Ayub A. S., Siew W. H., MacGregor S. J. “Lightning protection of wind turbine blades-an alternative approach” // Asia Pacific International Conference on Lightning. 2011 - pp. 925 946.
• [10]. Yokoyama S., Honjo N., Yasuda Y. “Causes of wind turbine blade damages due to lightning and future research target to get better protection measures” // Intern. Conference on Lightning Protection. 2014- pp. 800–830
• [11]. Yamamoto K., Honjo N. Latest trends in technologies for sound operation of wind turbines against lightning // Electr Eng Jpn., 2018
• [12]. Glushakow B. Effective lightning protection for wind turbine generators // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2007 - Vol. 22. - pp. 200–222.
• [13]. Mammadov N.S. “Methods for improving the energy efficiency of wind turbines at low wind speeds”, Vestnik Nauki journal, 2023 - No 4 (61) - T.2 - pp. 230-233
• [14]. Mammadov N.S., Aliyeva G.A. “Energy efficiency improving of a wind electric installation using a thyristor switching system for the stator winding of a two-speed asynchronous generator”, IJTPE, Issue 55, Volume 55, Number 2 , pp. 285-290, June 2023
• [15]. Rzayeva S.V., Mammadov N.S., Ganiyeva N.A. “Overvoltages during Single-Phase Earth Fault in Neutral-Isolated Networks (10÷ 35) kV”, Journal of Energy Research and Reviews 2023 - 13 (1) – pp.7-13
• [16]. Rzayeva S.V., Mammadov N.S., Ganiyeva N.A. “Neutral grounding mode in the 6-35 kv network through an arcing reactor and organization of relay protection against single phase ground faults”, Deutsche Internationale Zeitschrift für Zeitgenössische Wissenschaft, 2023 - №42
• [17]. Pastromas, S.; Pyrgioti, E. Protection Measures on Wind Turbines against Lightning Strikes. In Proceedings of the International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ’17), Malaga, Spain, April 2017 - №4–6 - pp. 388–393.
• [18]. Kalair, A.; Abas, N.; Khan, N. Lightning interactions with humans and lifelines. J. Light. Res. 2013 - №5 – pp. 11–28.
• [19]. Nasiri, M.J.; Homaee, O.; Najafi, A.; Jasinski, M.; Leonowicz, Z. Analyzing the Effect of Lightning Channel Impedance on the Induced Overvoltages in Wind Turbines. In Proceedings of the 2022 IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2022 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC / I&CPS Europe), Prague, Czech Republic, 28 June–1 July 2022 - pp. 1–6.
• [20]. Ilkin Marufov, Aynura Allahverdiyeva, Nijat Mammadov, “Study of application characteristics of cylindrical structure induction levitator in general and vertical axis wind turbines”, PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, R. 99 NR 10/2023, pp.196-199
• [21]. Nijat Mammadov, Ilkin Marufov, Saadat Shikhaliyeva, Gulnara Aliyeva, Saida Kerimova, “Research of methods power control of wind turbines”, PRZEGLAD ELEKTROTECHNICZNY, R. 100 NR 5/2024, pp. 236-239
• [22]. N.M.Pirieva, S.V.Rzaeva, S.N.Talibov “Analysis of overvoltage protection devices in electrical networks” “Internauka”: scientific journal – No. 43 (266). Part 3. Moscow, 2022. pp. 14 17.
• [23]. N.M.Piriyeva, S.V.Rzayeva, E.M,.Mustafazadeh. “Evaluation of the application of various methods and equipment for protection from emergency voltage in 6-10 kv electric networks of oil production facilities.” , Internauka, 2022. № 39(262). c.40 44
• [24]. Safiev E.S., Piriyeva N.M., Baqırov Q.T.“Analysis of the application of active lightning rods in lightning protection objects.” Interscience: electron. scientific magazine 2023. No. 6(276). Pp 14-17
• [25]. Ilkin Marufov, Najiba Piriyeva, Nijat Mammadov, Shukufa Ismayilova, “Calculation of induction levitation vertical axis wind generator-turbine system parameters, levitation and influence loop” Przegląd elektrotechniczny – 2024 – No.2 - pp.135-139
• [26]. I.M. Marufov, N.S. Mammadov, K.M. Mukhtarova, N.A. Ganiyeva, G.A. Aliyeva “Calculation of main parameters of induction levitation device used in vertical axis wind generators”. International Journal on technical and Physical Problems of Engineering” (IJTPE), Issue 54, Volume 15, Number 1, pp. 184-189, March 2023
• [27]. Piriyeva N.M, Kerimzade G.S., “Mathematical model for the calculation of electrical devices based on induction levitators”, IJ TPE Journal, ISSUE 55. Volume 15 . Number 2, (Serial № 0055-1502- 0623), IJTPE – june 2023. p.274-280.
• [28]. Piriyeva N.M, Kerimzade G.S. “Electromagnetic efficiency in induction levitators and ways to improve it“ Przeglad Elektrotechniczny. R.99 NR 06/2023, Poland, pp.204-207

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).