Systém malé vtrné elektrárny s axiální osou rotace

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKA NÍCH TECHNOLOGIÍ VYSOKÉ U ENÍ TECHNICKÉ V BRN

Systém malé v trné elektrárny s axiální osou rotace Popis m ícího systému a parametr v trné elektrárny

ešitel: Ing. David Topolánek Spolu ešitel: Ing. Jan Šlezinger

Brno

2009

2

FEKT Vysokého u ení technického v Brn

Obsah: ÚVOD.........................................................................................................................................4 1

ZÁKLADNÍ POPIS SYSTÉMU MALÉ V TRNÉ ELEKTRÁRNY ...........................4

2

POPIS V TRNÉ ELEKTRÁRNY...................................................................................4 2.1 STOŽÁR S V TRNOU TURBÍNOU A GENERÁTOREM ........................................................... 4 2.1.1 Turbína v trné elektrárny............................................................................ 5 2.1.2 Generátor .................................................................................................... 7 2.1.3 Stožár v trné elektrárny .............................................................................. 8 2.1.4 St ešní rozvád .......................................................................................... 9 2.2 M ÍCÍ A BATERIOVÁ SK Í ......................................................................................... 10 2.2.1 ídící jednotka WG400 ............................................................................. 10 2.2.2 Akumulátory .............................................................................................. 11 2.2.3 Elektrické zapojení .................................................................................... 11 2.2.4 Popis m ícího systému............................................................................. 11 2.3 ZPRACOVÁNÍ DAT.......................................................................................................... 12 2.4 WEBOVÁ PREZENTACE .................................................................................................. 12

3

INSTALACE V TRNÉ ELEKTRÁRNY .....................................................................13 3.1 ZÁKLAD PRO STOŽÁR V TRNÉ ELEKTRÁRNY ................................................................. 14 3.1.1 Pro ukotvení na zemi ................................................................................. 14 3.1.2 Pro ukotvení na st eše ............................................................................... 15 3.2 MONTÁŽ V TRNÉ TURBÍNY ........................................................................................... 15 3.3 ELEKTRICKÁ INSTALACE ............................................................................................... 18 3.3.1 Zapojení..................................................................................................... 18 3.3.2 Zemn ní ..................................................................................................... 21 3.3.3 Jišt ní ........................................................................................................ 21 3.3.4 Spína Stop................................................................................................ 21

Název u ebního textu

3

SEZNAM OBRÁZK : OBR. 1: SAVONI V ROTOR. ............................................................................................................6 OBR. 2: DARRIE V ROTOR.............................................................................................................6 OBR. 3: VÝKONOVÁ CHARAKTERISTIKA V TRNÉ ELEKTRÁRNY. .........................................................7 OBR. 4: ROZM RY PM GENERÁTORU. ............................................................................................8 OBR. 5: ROZM RY DRŽÁKU INDUK NÍHO SNÍMA E. ........................................................................8 OBR. 6: NÁHLED NA DRŽÁK. ..........................................................................................................8 OBR. 7: ROZM RY NÁSTAVCE PRO INDUK NÍ SNÍMA ......................................................................9 OBR. 8: ZAPOJENÍ ST EŠNÍHO ROZVÁD E. ...................................................................................9 OBR. 9: PARAMETRY REGULÁTORU WG-400................................................................................10 OBR. 10: COMPACTRIO S OSAZENÝMI KARTAMI...........................................................................11 OBR. 11: SCHEMATICKÉ ZAPOJENÍ SYSTÉMU ................................................................................12 OBR. 12: ZÁKLAD PRO STOŽÁR V TRNÉ ELEKTRÁRNY – ULOŽENÍ V ZEMI. .......................................14 OBR. 13: ZÁKLAD PRO STOŽÁR V TRNÉ ELEKTRÁRNY – ULOŽENÍ NA ST EŠE...................................15 OBR. 14: MONTÁŽ TURBÍNY V TRNÉ ELEKTRÁRNY – KROK 1. ........................................................16 OBR. 15: MONTÁŽ TURBÍNY V TRNÉ ELEKTRÁRNY – KROK 2. ........................................................16 OBR. 16: MONTÁŽ TURBÍNY V TRNÉ ELEKTRÁRNY – KROK 3. ........................................................17 OBR. 17: MONTÁŽ TURBÍNY V TRNÉ ELEKTRÁRNY – KROK 4. ........................................................17 OBR. 18: MONTÁŽ TURBÍNY V TRNÉ ELEKTRÁRNY – KROK 5. ........................................................17 OBR. 19: MONTÁŽ TURBÍNY V TRNÉ ELEKTRÁRNY – KROK 6. ........................................................17 OBR. 20: SCHÉMA ZAPOJENÍ ELEKTRÁRNY S REGULÁTOREM WG-400. ..........................................19 OBR. 21: DIAGRAM ZOBRAZENÍ REŽIM REGULACE ZATÍŽENÍ........................................................20

4


Úvod Ú elem celého systému malé v trné elektrárny je seznámit studenty prezen ní a kombinované formy studia s velmi aktuální problematikou malých obnovitelných zdroj v každodenním provozu. Pro prezentaci byl vytvo en m ící systém, který vyhodnocuje a archivuje podrobné informace související s provozem malé v trné elektrárny s vertikální osou rotace o výkonu 300W. Tento m ící systém je využíván ve t ech laboratorních úlohách a dále prezentuje využití obnovitelného zdroje energie v praxi. Studenti si v laboratorní výuce budou ov ovat výsledky teoretických úvah a také si rozší í praktické znalosti z této oblasti výroby elektrické energie, což p isp je k její popularizaci.

1 Základní popis systému malé v trné elektrárny Turbína v trné elektrárny je tvo ena kombinací Savoniova rotoru a Darrieova rotoru, p ímo na této turbín je bezp evodov umíst n vícepólový alternátor, jehož generovaná elektrická energie je usm rn na regulátorem na 24V. Vyrobená elektrická energie je poté akumulována v olov ných (gelových) akumulátorech, z nichž je p ebyte ná energie za pomoci m ni e dodávána do sít 230V. Generovaný výkon, otá ky rotoru v trné elektrárny a meteorologické podmínky jsou nep etržit monitorovány a zpracovávány systémem CompactRIO. Tento systém autonomn zpracovává m ená data, která jsou posléze prezentována na webových stránkách.

2 Popis v trné elektrárny Laboratorní elektrárna se skládá ze dvou základních celk . Je to -

stožár s kombinovaným rotorem a nízkootá kovým generátorem, p ipojený ke st ešnímu rozvád i s ochranami proti p ep tí, bezpe nostním brzdným styka em a odpojova em m ící sk í umíst na v laborato i osazená regulátorem nabíjení, akumulátory a m ícím systémem

K p íslušenství elektrárny dále pat í zejména kompaktní meteostanice a dohledová kamera. Stožár, rozvad a laboratorní sk í jsou propojeny silovými a sd lovacími kabely

2.1 Stožár s v trnou turbínou a generátorem Za ízení je hybridní systém v trné turbíny se svislou osou rotace, který kombinuje odporový a vztlakový princip v trné turbíny pro dosažení maximálního výkonu p i malých rychlostech v tru.

Název u ebního textu 2.1.1

5

Turbína v trné elektrárny

Turbína je pro maximalizaci výstupního výkonu tvo ena Savoniovým a Darrieovým rotorem, oba rotory jsou umíst ny na spole né h ídeli. Díky kombinaci t chto dvou typ rotoru lze provozovat elektrárnu v široké oblasti rychlosti v tru a to od 3m/s do 45m/s s vysokou ú inností. Tato konstrukce rotoru si nevynucuje natá et lopatky dle sm ru v tru, což snižuje náro nost na její údržbu. Následující obrázek zobrazuje sestavu celé v trné turbíny.

Savoni v rotor: Tento rotor se stává ze dvou vodorovných kruhových kotou , mezi n ž jsou svisle postaveny dv lopatky. Tyto lopatky jsou uprost ed vzájemn p esazeny do protism ru, takže ást v tru je ze zadní strany momentáln pasivní lopatky sm rována na p ední stranu aktivní lopatky. Lopatky rotoru jsou koncipovány tak, aby výsledný moment p sobil levoto ivý pohyb turbíny. Turbína obsahuje dvoustup ový Savoni v rotor, kde jednotlivé stupn rotoru jsou vzájemn pooto eny o devadesát stup . Koncepce a rozm ry Savoniova rotoru jsou zobrazeny na obrázku (Obr. 1). Parametry Savoniova rotoru: elní plocha rotoru S 2244cm2 Celková výška rotoru H 66cm Pr m r rotoru D 34cm Pom r stran elní plochy 1,94 P esazení lopatek e 10cm Vnit ní pr m r lopatky d 22cm Pr m r centrální h ídele dh 1,4cm

6


Pom r p esazení lopatek

0,39

Darrie v rotor: Tento rotor se skládá ze t í aerodynamicky tvarovaných list , které kolují kolem vertikální osy. Listy jsou tvarovány tak, aby jejich namáhání odst edivými silami bylo co nejmenší. Tento typ rotoru není t eba natá et do sm ru rychlosti v tru. Rozm ry lopatek jsou uvedeny na obrázku (Obr. 2).

Obr. 1: Savoni v rotor.

Obr. 2: Darrie v rotor.

Technické specifikace turbíny v trné elektrárny Rozm ry Pr m r rotoru

1 245 mm

Výška rotoru

1 060 mm

Hmotnost rotoru

25 kg

Po et list rotoru

3 ks

Materiál list rotoru

Eloxovaný hliník

Provozní režim Spoušt cí rychlost v tru

3 m/s

Vypínací rychlost v tru

45 m/s


7

Zabezpe ovací mechanismy Brzd ní nadm rných otá ek

ANO – Nastaveno regulátorem

Ru ní brzda

3-fázový zkratovací vypína

Generátor Jmenovitý výkon

300 W p i 12 m/s

Montáž Montáž základu

Min. výška nad zemí: 3 m

St ešní montáž

Min. výška nad st echou: 2 m

Montáž na základovou desku

Pouze tam kde nelze provést hloubkovou jámu

Obr. 3: Výkonová charakteristika v trné elektrárny. 2.1.2

Generátor

Turbína v trné elektrárny je vybavena 3-fázovým AC generátorem s pernamentnímy magnety. Generátor je konstruován bezjádrov s vn jším rotorem. Parametry generátoru: Po et pól

24

Typ magnet

NdFeB

Jmenovité otá ky

300 ot/min

Jmenovitý výkon

400W

8


Pr m r generátoru

210 mm

Obr. 4: Rozm ry PM generátoru. 2.1.3

Stožár v trné elektrárny

Výrobce navrhuje délku stožáru pro st ešní instalaci 2 metry a pro zemní instalaci 3 metry. Na základ této podmínky byl sestrojen stožár, jehož výkresová dokumentace je p iložena v p íloze (P íloha 1). Aby byla zaru ena odolnost proti nep íznivým pov trnostním vliv m, byla provedena povrchová úprava stožáru pozinkováním (žárový zinek). Komponenty: Držák pro induk ní sníma otá ek Pro uchycení induk ního sníma e otá ek ke stožáru byl vyroben držák, jehož rozm ry jsou na obrázku (Obr. 5).

Obr. 5: Rozm ry držáku induk ního sníma e.

Obr. 6: Náhled na držák.


9

Nástavec pro induk ní sníma otá ek V p ípad , že nelze umístit sníma otá ek do spínací vzdálenosti, lze použít nástavce (), který se upevní p ímo do spodní ásti lopatky Darrieova rotoru.

Obr. 7: Rozm ry nástavce pro induk ní sníma . 2.1.4

St ešní rozvád

Je osazen p ep ovými ochranami, brzdným a odpojovacím styka em. Osazené p ep ové ochrany zajiš ují ochranu m ícího za ízení p ed p ep tím vzniklým úderem blesku do stožáru nebo v jeho blízkosti. Po stisku bezpe nostního tla ítka (aretovaný kon.) zkratuje brzdný styka (KM1) vývody generátoru a tím dojde k zastavení rotoru v trné elektrárny, následn odpojovací styka (KM2) p eruší silový p ívod do m ni e. Brzdný a odpojovací styka je také ízen ídícím a m ícím systémem cRIO a spína em v laboratorní sk íni. Proto je možné elektrárnu odstavit a spustit dálkov pomocí ovládacího rozhraní í místn p epína em.

Obr. 8: Zapojení st ešního rozvád e.

Zapojení je provedeno tak, aby v p ípad p erušení dodávky elektrické energie (poruchy) došlo k samo innému odstavení elektrárny. Prioritou je zaru ená kontrola nad elektrárnou, nikoli výroba elektrické energie. Kompletní zapojení st ešního rozvád e je uvedeno v p íloze (P íloha 2).

10


2.2 M ící a bateriová sk í Je osazena m ni em WG-0400 dodávaným výrobcem turbíny, bateriemi a m ícím systémem 2.2.1

ídící jednotka WG400

Regulátor nabíjení WG-400 má t ífázový vstup pro p ipojení generátoru, stejnosm rný výstup pro nabíjení akumulátoru s nap tím 24 V a stejnosm rný výstup s nap tím 24 V. Nap tí generátoru je usm r ováno, regulátor ízen dobíjí baterii a chrání ji p ed hlubokým vybitím. Regulátor také samo inn odstaví elektrárnu p i p ekro ení maximálních otá ek. Výstupní nap tí regulátoru ur ené pro užite nou zát ž je zapnuto pouze tehdy, je-li na akumulátoru dostate né nap tí – tedy regulátor zabra uje hlubokému vybití akumulátoru. Pro ochranu baterie je k dispozici dvoupolohový mikrop epína ve 4 sekcích pro regulaci nabíjení baterie. Maximální hodnota dobíjecí proud je pro použitý akumulátor nastavena na hodnotu 5A.

Obr. 9: Parametry regulátoru WG-400. innost regulátoru nabíjení Po správném p ipojení regulátoru k nabité baterii se regulátor automaticky zapne. Funkce MPPT regulátoru je nastavena na aktivaci p i rychlosti v tru 2,5m/s. Regulátor bude automaticky regulovat nabíjení baterie p i prom nných otá kách generátoru. Nabíjení je indikováno LED indikátorem MPPT nabíjení. Je-li nap tí baterie dostate né, bude na zat žovacím výstupu regulátoru nap tí 24V. Pokud nap tí akumulátoru klesne pod 23 V, bude zát ž odpojena. Ochranné funkce regulátoru 1) Ochrana turbíny brzd ním p i p ekro ení otá ek: Jakmile v trná turbína dosáhne 850 ot./min., dojde k aktivaci t ífázového zkratovacího jisti e instalovaného v regulátoru 2) Ochrana baterie p ed podp tím: Jakmile nap tí baterie klesne pod 23 V, regulátor ukon í jakýkoli odb r z baterie a chrání životnost baterie proti nadm rnému vybíjení. Baterie m že akceptovat nabíjení, ale odmítne jakékoli vybíjení.


11

3) Ochrana baterie p ed p ílišným nabitím: P ebitím se baterie m že poškodit a její životnost zkrácena. Když bude nap tí baterie nad 28,8 V, regulátor ukon í funkci nabíjení baterie a p epne do režimu plovoucího nabíjení. Plovoucí nabíjení reguluje baterii a každých 10 minut ji nabíjí 1 minutu. 4) Ochrana proti vysokému nap tí: Systém obsahuje ochranu proti vysokému nap tí, která chrání regulátor p ed poškozením v p ípad blesku. 2.2.2

Akumulátory

Ve sk íni jsou instalovány dva uzav ené (gelové) olov né akumulátory, každý s nap tím 12 V, 40 Ah. Akumulátory jsou zapojeny do série, celá baterie má tedy nap tí 24 V a kapacitu 40 Ah. 2.2.3

Elektrické zapojení

Schéma elektrického zapojení celého systému malé v trné elektrárny je uvedeno v p íloze (P íloha 2). 2.2.4

Popis m ícího systému M ící systém je založena na bázi kompaktního m ícího systému CompactRIO [1].

Systém je osazen m ícími kartami: - NI 9422 - íta impuls – slouží k m ení otá ek elektrárny [2] - NI 9229 - Anologové vstupy – slouží k m ení nap tí baterie a generátoru [3] - NI 9481 – Releová karta – slouží k ovládání brzdného a odporovacího styka e [4]

Obr. 10: CompactRIO s osazenými kartami. Jsou snímány tyto veli iny: - proud a nap tí baterie - nap tí generátoru - otá ky generátoru, - rychlost a sm r v tru Všechna snímaná nap tí jsou m ena p ímo, nebo vstupy m ící karty jsou vzájemn i od zem elektricky odd leny a jejich rozsah dosta uje. Pro p evod proudu na nap tí slouží p evodník s Hallovou sondou [5]. Hodnoty jsou zaznamenávány do interní pam ti m ícího systému a cyklicky zapisovány do externí databáze. Okamžité hodnoty všech veli in a záznamy z databáze je možné zobrazit pomocí webového rozhraní, které p istupuje k hodnotám uloženým v databázi a ke kompaktnímu m ícímu systému.

12


Releová karta slouží ke ízení brzdného a odpojovacího styka e. V p ípad pot eby je možné elektrárnu odstavit a spustit pomocí p ístupového rozhraní. M ení rychlosti otá ení rotoru elektrárny je realizováno pomocí induk ního senzoru [6]. idlo podává t i impulsy za jednu otá ku rotoru. M ení rychlosti v tru je realizováno pomocí kompaktní meteostanice VAISALA WXT520 [7] umíst né v blízkosti elektrárny. Stanice je s kontrolérem cRIO spojena pomocí rozhraní RS232.

2.3 Zpracování dat Hodnoty rychlosti v tru, otá ek a okamžitého výkonu jsou asov synchronizovány, ukládány do vnit ní pam ti Compact RIO a cyklicky zapisovány do databáze SQL. V této databázi jsou data trvale uložena a jsou k dispozici pro webové rozhraní. Na webových stránkách je možnost náhledu na všechna nam ená data ve form konfigurovatelných tabulek a graf . Schéma zapojení tohoto systému je na Obr. 11. Databáze se nachází na fakultním serveru FEKT VUT, ímž je zajišt no zabezpe ení proti ztrát dat vlivem technických závad. Na webových stránkách jsou data pouze zobrazována a proto v p ípad výpadku webových stránek bude celý m ící systém nadále fungovat. NI Compact RIO

zpracovaná data

snímané hodnoty

Databaze SQL

webové rozhraní s grafy

Obr. 11: Schematické zapojení systému

2.4 Webová prezentace Tak jak bylo popsáno v propozicích projektu, jsou veškeré informace v etn online m ení prezentovány na webových stránkách Ústavu elektroenergetiky, FEKT VUT v Brn : http://www.ueen.feec.vutbr.cz/cz/index.php/laboratore/vtesavonius (viz printscreen níže). Webové stránky projektu jsou jednoduše strukturovány do t ech základních sekcí: a. O projektu – kde jsou uvedeny základní informace týkající se malé v trné elektrárny. b. On-line m ení – kde jsou zobrazeny aktuální m ené pr b hy s možností listování v historických datech. Pomoci autonomního m ícího systému zaznamenáváme jednak data z meteorologické stanice (rychlost v tru, sm r v tru, teplota, srážky), dále data z pyranometru (intenzita dopadajícího slune ního zá ení) a nakonec otá ky a elektrický výkon rotoru elektrárny. Z t chto hodnot


13

jsou dle pot eby výpo tem stanoveny další hodnoty, které jsou zobrazeny v grafech. Prozatím se jedná o grafy: aktuální rychlost a sm r v tru, aktuální otá ky rotoru v závislosti na rychlosti v tru, aktuální dodávaný el. výkon VE v závislosti na rychlosti v tru, celková vyrobená energie a vyjád ení vyrobené energie v korunách, intenzita dopadajícího slune ního zá ení. Nam ená data je možné zobrazit v hodinových, denních, týdenních, m sí ních a ro ních náhledech. Vyrobená energie se zobrazuje ve tvrtletním sloupcovém grafu ve výše zmín ných intervalech. c. Ke stažení – tato sekce obsahuje odkazy ne veškeré dostupné dokumenty, technické manuály a návody k laboratorním úlohám.

Obr. 12: Ukázka webových stránek.

3 Instalace v trné elektrárny V trná turbína m že být instalována na ulici, na pob eží, na horách, ve m st , v zastav né oblasti nebo rovnou na st eše budovy. D ležitým klí ovým faktorem, který ovliv uje výkonnost v trné turbíny u všech navrhovaných aplikací, je umíst ní pro optimalizaci v trné energie. Doporu ený postup p i instalaci v trné elektrárny je uveden níže [8].

14


3.1 Základ pro stožár v trné elektrárny 3.1.1

Pro ukotvení na zemi

Základ by se m l vytvo it jako 1 krychlový metr o rozm rech (Obr. 13) vyhloubený do zem . Vytvo te šablonu p edstavující spodek stožáru, podobn jak je uvedeno na Obr. 13. Tato šablona bude do asn použita pro následné p idržení ty kotevních šroub ve svislé poloze a elektrické instala ní trubky (pokud je použita) v p esné poloze p i lití betonu do jámy základu. A B C T-1 T-2 T-3 S-1 S-2

1m 1m 1m 30 mm - beton 400 mm - beton 400 mm - beton 100 mm 200 mm

Obr. 13: Základ pro stožár v trné elektrárny – uložení v zemi. Vložte ty ovou výztuž do jámy základu a zdvihn te ji p ibližn do správné výšky. P ed použitím betonu p ipravte polohu elektroinstala ní trubky, pokud použijete metodu skryté instalace. Ty e opat ené závitem M20 a maticemi na podkladu p ipevn te tak, aby visely ze šablony do základové jámy. Dbejte na to, aby nad úrovní betonu bylo alespo 100 mm závitu. Trubku zafixujte st edem šablony a druhý konec trubky zatla te ke stran základu (pokud je použita). Beton p idávejte pomocí ponorného vibrátoru pro odstran ní vzduchových kapes ze zálivky. Je velmi d ležité zkontrolovat, zda všechny ty i ty e jsou zahnuty pod ty ovou výztuží. Jakmile nalijete veškerý beton, zkontrolujte, jestli p ímo v podkladu nejsou žádné vzduchové kapsy. Potom odstra te p ebyte ný beton ze šablony a použijte vhodný kryt, aby byl základ chrán n p ed dešt m. Po kejte, až beton úpln ztuhne, než šablonu odstraníte (trvá to minimáln týden). Seznam požadovaného materiálu: 1

Krychlový metr betonu – 35 Newton nebo lepší

2

4 pozinkované kotevní šrouby M20 o délce 360 mm. Jeden konec je zahnutý tak, aby tvo il hák.

3

4 matice M20

4

4 pozinkované podložky

5

Elektroinstala ní trubka, pr m r trubky 100 mm

Název u ebního textu 3.1.2

15

Pro ukotvení na st eše

Instalace systému v trné turbíny na st eše m že být mnohem snadn jší než na zemi. P ed instalací je však t eba v novat zvláštní pozornost stavební konstrukci. Doporu uje se umíst ní nad betonovým trámem. V p ípad jakéhokoli jiného než betonového povrchu by m li uživatelé kontaktovat svého architekta nebo stavebního inženýra a požádat o radu. Betonová st echa by m la být dostate n silná, aby umožnila z povrchu vývrt do hloubky 100mm. Držte se šablony popsané na Obr. 14 a použijte tuto šablonu jako vodítko pro odvrtání ty otvor ø24 mm do hloubky 100mm pod povrch. Do každého otvoru vložte a zajist te ty i ty e se závity, použijte 4mm p ekližku pro vytvo ení tvercové p ídržné šablony s vnit ními rozm ry T1 x T2 x T3, nalijte beton do této tvercové šablony, potom první šablonu položte na tvercovou šablonu pro do asné p idržení šroub a zachování rovného povrchu než beton úpln ztvrdne. T-1 T-2 T-3 S-1 S-2

30 mm 400 mm 400 mm 60 mm 100 mm

Obr. 14: Základ pro stožár v trné elektrárny – uložení na st eše.

3.2 Montáž v trné turbíny Montáž turbíny lze provést jen v n kolika krocích. Pro realizaci montáže postupujte podle obrázk Obr. 15, Obr. 16, Obr. 17 a Obr. 18. Vložte 4 imbusové šrouby M10 x 25mm a matice do jednoho listu na horní spojce list . Neutahujte tyto šrouby, dokud nevložíte další 4 sady imbusových šroub M10 x 25mm do spodní spojky list . Nyní použijte imbusový klí a bezpe n dotáhn te list na horní a spodní spojce list . Tento krok opakujte u druhého a t etího listu. Každý list má na jedné stran ozna ení “UP”, konec ozna ený jako “UP” spojte s horní spojkou list . Konec“UP” nespojujte se spodní spojkou list . Z bezpe nostních d vod zkratujte do asn instala ní kabely generátoru RST, aby bylo zabrán no otá ení rotoru b hem instalace.

16


Obr. 15: Montáž turbíny v trné elektrárny – krok 1. Zkontrolujte, zda všechny t i listy jsou pevn p išroubovány k horní a dolní spojce list . Dalším krokem je montáž v trné turbíny ke spojce stožáru/tlumi e.

Obr. 16: Montáž turbíny v trné elektrárny – krok 2. Použijte správné zvedací za ízení pro zvednutí turbíny do dostate né výšky pro umíst ní spojky stožáru/tlumi e pod hlavní h ídel turbíny, potom vložte hlavní h ídel do spojky stožáru/tlumi e. Na spodním hlavním h ídeli jsou dva vroubky, které by m ly být vyrovnány se dv ma otvory pojistných šroub na spojce stožáru/tlumi i. Vroubky na spodním hlavním h ídeli musí být srovnány s otvory pojistných šroub na spojce stožáru/tlumi e a bezpe n zajišt ny. Pokud tak neu iníte, dojde k utržení kabel generátoru, jakmile dojde k p erušení provozu.


Obr. 17: Montáž turbíny v trné elektrárny – krok 3.

17


Použijte imbusový šroub M10 x 10mm pro zajišt ní horního otvoru a imbusový šroub M10 x 20mm s maticí pro zajišt ní spodní ásti s vodi em proti p ep tí. Dle Obr. 18 vložte 6 imbusových šroub s podložkami a vodi proti p ep tí zapojte pod jednu z podložek.



Použijte správné zvedací za ízení (je áb) pro zvednutí turbíny DS-300 nad p írubu stožáru. Vložte vertikáln za ízení DS-300 do stožáru a potom spolehliv zajist te spojku stožáru/tlumi e s p írubou stožáru 6 imbusovými šrouby.

18


3.3 Elektrická instalace Pr

ez vodi Pr ez použitého vodi e závisí na délce a nap tí v trného generátoru. U všech elektrických systém vzniká ztráta energie zp sobená odporem použitého vodi e. Systém v trné turbíny se instaluje a m í v následujících vzdálenostech:

- Vzdálenost mezi regulátorem DS-300 a baterií. Doporu ujeme, aby vzdálenost mezi regulátorem a baterií nebyla delší než 5 metr .

Schéma zapojení elektrárny s regulátorem WG-400 je uvedeno na obrázku: P ed instalací regulátoru zkontrolujte, jestli je v trná turbína v režimu brzd ní zkratem (jsou zkratovány výstupy RST generátoru) - rotor v trné elektrárny by se m l úpln zastavit. V nujte zvláštní pozornost barvám a pr m r m vodi . Ujist te se, že používáte správnou velikost vodi : Velikost vodi Proud (A) AWG 14 15 AWG 10 30 AWG 6 60

3.3.1

Zapojení

Schéma zapojení elektrárny s regulátorem WG-400 je uvedeno na obrázku (Obr. 21): • Propojení s vodi i v trného generátoru (RST): p ipojení 3 vodi (pr m r vodi e 14AWG, modrý, žlutý, hn dý v tomto po adí) z 3-fázového generátoru v trné elektrárny k p ipojovacím port m regulátoru ozna ených jako R, S, T. • Propojení s baterií: Použijte vodi e o pr m ru 10AWG, ervený vodi by m l být zapojen na kladný pól (+) baterie a erný vodi by m l být zapojen na záporný (-) pól baterie.


19

• Zapojení detekce baterie: Použijte vodi e o pr m ru 18AWG, ervený vodi by m l být p ipojen co nejblíže ke kladnému (+) pólu baterie a erný vodi by m l být p ipojen co nejblíže k zápornému (-) pólu baterie. • Zapojení fotodiody: Zapojte fotodiodu pro identifikaci dne a noci. Pr m r vodi e je 18AWG. ervený vodi (+) by se m l p ipojit ke hn dému (+) konektoru regulátoru a erný vodi by se m l p ipojit k ernému konektoru regulátoru. • Zapojení výstupního spína e zát že: Pr m r oranžového a bílého vodi e 14AWG jako odd lovací konektory. Oranžový vodi propojte s baterií (+), bílý vodi propojte se zát ží (+), potom zát ž (-) propojte p ímo s baterií (-). • Ochranný vodi : Zelený vodi o pr m ru 14AWG je pro uzemn ní.

Obr. 21: Schéma zapojení elektrárny s regulátorem WG-400. Po p ipojení baterie zajist te, aby nedošlo ke kontaktu jakéhokoli vodi e mezi kladným a záporným pólem baterie a tím ke zkratu. P ed zapnutím regulátoru zkontrolujte, zda jsou všechny spoje správn a pat i n provedené. Regulátor by se m l umístit do chladného a suchého vnit ního prostoru s dobrým v tráním a také mimo ho lavé p edm ty.

20

FEKT Vysokého u ení technického v Brn Po správném p ipojení vodi regulátoru o pr m ru 10AWG k baterii by se m l regulátor automaticky zapnout. Po aktivaci v trného rotoru sledujte, zda svítí LED indikátor MPPT nabíjení. Pokud indikátor MPPT nabíjení svítí, znamená to, že se baterie nabíjí elektrickou energií v trné turbíny. Systém funguje správn . Funkce MPPT regulátoru je nastavena na aktivaci p i rychlosti v tru 2,5m/s. Regulátor bude automaticky regulovat nabíjení baterie. Dále je nastaven na automatickou regulaci p i p ekro ení otá ek turbíny, která automaticky zabrzdí turbínu, jakmile otá ky turbíny p ekro í 850 ot./min. Pro volbu regulace zatížení je k dispozici dvoupolohový mikrop epína . Systém dokáže automaticky rozlišit východ i západ slunce a také dokáže vypo ítat as pro implementaci vámi zvoleného režimu pro p íslušnou regulaci zatížení. Volba režimu regulace (Obr. 22) odb ru by m la záviset na praktickém požadavku návrhu systému. Pro zachování spolehlivé a stálé dodávky energie a také udržitelné životnosti baterie plánujte mezi p ívodem v trné energie, kapacitou baterie a požadavkem zatížení.

Obr. 22: Diagram zobrazení režim regulace zatížení. Oranžový a bílý vodi 14AWG nabíje ky jsou z odd leného výstupu. Propojte je se zát ží o jmenovitém proudu pod 16 A. Nabíje ka bude realizovat vámi zvolený zat žovací režim. P ed použitím regulátoru zkontrolujte, zda je správn nainstalován zemnicí vodi , aby b hem bou ky byl systém bezpe ný. -

Regulátor je navržen tak, aby zastavil funkci MPPT, když je baterie pln nabitá. Regulátor je navržen s p irozeným odvodem tepla bez ventilátoru. Regulátor by m l být nainstalován mimo zdroje tepla a p ímý slune ní svit. Pokud se vyskytne v regulátoru b hem provozu jakákoli porucha, zabrzd te v trnou turbínu ru ní brzdou a regulátor odpojte od baterie. Nepokoušejte se regulátor restartovat, dokud nebude vy ešena a odstran na porucha regulátoru.

Ochranné funkce regulátoru WG-400: Ochrana turbíny brzd ním p i p ekro ení otá ek: Jakmile v trná turbína dosáhne 850 ot./min., dojde k aktivaci t ífázového zkratovacího jisti e. Ochrana baterie p ed podp tím: Jakmile nap tí baterie klesne pod 11,5V, regulátor ukon í jakýkoli odb r z baterie a chrání životnost baterie proti nadm rnému vybíjení. Baterie m že akceptovat nabíjení, ale odmítne jakékoli vybíjení.


21

Ochrana baterie p ed p ílišným nabitím: P ebitím se baterie m že poškodit a její životnost bude zni ena. Když bude nap tí baterie nad 14,4V, regulátor ukon í funkci nabíjení baterie a p epne se do režimu plovoucího nabíjení. Plovoucí nabíjení reguluje baterii a každých 10 minut ji nabíjí 1 minutu. Ochrana proti vysokému nap tí: Systém obsahuje ochranu proti vysokému nap tí, která chrání regulátor p ed poškozením v p ípad blesku.

Funkce regulátoru WG-400: Volba vybíjecího režimu (Mode SW): V systému je k dispozici výb r ze 14 možností (1~14) regulace vybíjení.

LED indikátor nabíjení: Rozsvícený indikátor LED indikuje, že funkce MPPT funguje a nabíjí baterii.

Volba maximálního nabíjení baterie (Battery Select): Pro ochranu baterie je k dispozici dvoupolohový mikrop epína ve 4 sekcích pro regulaci nabíjení baterie. Je to: (1) Maximální nabíjecí proud 20A: doporu ený pro 200Ah baterii. (2) Maximální nabíjecí proud 15A: doporu ený pro 150Ah baterii. (3) Maximální nabíjecí proud 10A: doporu ený pro 100Ah baterii. (4) Maximální nabíjecí proud 5A: doporu ený pro 50Ah baterii.

LED indikátory: nabíjení ( ervená), stav baterie ( ervená (slabá))/oranžová (normální)/zelená (dobrá)) 3.3.2

Zemn ní

Pro ochranu systému v trné turbíny proti poškození bleskem, statickou elekt inou nebo p ep tím je velmi d ležité správné zemn ní systému v trné turbíny. Postup zemn ní musí být proveden v souladu s místními elektrickými p edpisy a pravidly. Návrh zemnicí soustavy závisí na místních podmínkách, jako je místo instalace, druh p dy nebo na stávající uzem ovací p ípojnici. Máte-li n jaké nejasnosti, kontaktujte vašeho místního elektriká e a žádejte další informace. 3.3.3

Jišt ní

Pro ochranu baterie p ed zkratem musíte instalovat pojistku do kladného vodi e mezi regulátor a baterii. Doporu ená pojistka je pomalá pojistka 50A DC pro 12V soustavu nebo p íslušný automatický jisti . Pojistka musí být umíst na co nejblíže baterie, avšak nikoli do stejného odd lení. Neuzav ené olov né akumulátory mají v trací otvory, vypoušt jící vodík, který tvo í s okolním vzduchem výbušnou sm s. Jiskra p i p erušení pojistky (nebo uvoln ní automatického jisti e) m že iniciovat výbuch této sm si. 3.3.4

Spína Stop

U systému v trné turbíny se musí použít spína Stop. Tento spína Stop se instaluje mezi v trnou turbínu a regulátor, aby byl k dispozici vhodný zp sob dálkového a manuálního zastavení turbíny. Tento spína Stop odpojí regulátor a potom zkratuje turbínu, která se následn p estane otá et. Podrobn jší schéma zapojení viz P íloha 2.

22


Seznam použité literatury [1]

National Instruments, Compact RIO. Dokument ve rozmátu HTML. Dostupné v: [cit. 12.2009] http://www.ni.com/pdf/products/us/cat_nicrio9022.pdf

[2]

National Instruments, NI 9422. Dokument ve rozmátu HTML. Dostupné v: [cit. 12.2009] http://www.ni.com/pdf/manuals/374183c.pdf

[3]

National Instruments, NI 9229. Dokument ve rozmátu HTML. Dostupné v: [cit. 12.2009] http://www.ni.com/pdf/manuals/374184e.pdf

[4]

National Instruments, NI 9481. Dokument ve rozmátu HTML. Dostupné v: [cit. 12.2009] http://www.ni.com/pdf/manuals/373507d.pdf

[5]

LEM, Current Transducers HY 15. Dokument ve rozmátu HTML. Dostupné v: [cit. 12.2009] http://www.lem.com/docs/products/hy_e.pdf

[6]

SICK, Inductive Sensor IME18 12NPSZW2S. Dokument ve rozmátu HTML. Dostupné v: [cit. 12.2009] http://www.promavto.ru/documents/IME18_en.pdf

[7]

Viasala, WXT520. Dokument ve rozmátu HTML. Dostupné v: [cit. 12.2009] http://www.vaisala.com/instruments/products/weathermultisensor.html (http://www.dex.cz/dokumenty/wxt520_cz.pdf)

[8]

Hi-VAWT Technology Corp., DS300. Dokument ve rozmátu HTML. Dostupné v: http://www.hi-vawt.com.tw/Download%20Files/DS[cit. 12.2009] 300%20User%20Manual%20Ver-1.3.pdf


P íloha 1

23

24

P íloha 2


Systém malé vtrné elektrárny s axiální osou rotace

Recommend Documents