Elektriske udladningers interaktion med vindmøllevingematerialer - specielt i relation til lynbeskyttelse

Formålet med projektet var at tilvejebringe det elektrofysiske grundlag for design af lynbeskyttelsessystemer til vindmøllevinger, baseret på teoretisk/eksperimentel undersøgelse af udladningsprocesser på fiberforstærkede plastmaterialer og deres modstandsdygtighed overfor elektriske påvirkninger. Resultaterne skulle kunne anvendes f.eks. i forbindelse med kravspecifikation i udbud og som grundlag for bedømmelse af tilbudte lynbeskyttelsessystemer til både hav- og landbaseret vindmøller. Resultaterne skulle desuden anvendes som grundlag for standardisering vedr. anvendelse af fiberforstærkede plastmaterialer i højspændingssystemer og navnlig i forbindelse med typebeskyttelse af vindmøller. Projektets målsætning er blevet opfyldt til fulde gennem opnåelse af teoretiske og eksperimentelle resultater som direkte har kunnet implementeres til gan for hele branchen. Der er opbygget en ekspertise som også i fremtiden står til rådighed for producenter og brugere. Derudover er der belvet etableret og udbygget et velfungerende netværk mellem mølleproducenter, brugere, DTU og relaterede virksomheder indenfor lynbeskyttelse af vindmøllevinger. Mange af projektets resultater og erfaringer implementeres i en IEC-standard med betydelig dansk deltagelse. Resultater vil generelt finde anvendelse i IEC, TC81 (Lynbeskyttelse) og TC88 (Elproducerende Vindmøller), hvor der i høj grad er behov for at få beskrevet pålidelige metoder til kravspecificering for lynbeskyttelse af vindmøllevinger, som kan anvendes i forbindelse med elselskabernes udbud af vindmølleprojekter. Projektets resultater vil generelt finde anvendelse inden for design- og dimensioneringsgrundlag for højspændingstekniske komponenter af glasfiber. Et konkret eksempel herpå er et nystartet Ph.D. projekt mellem Energinet.dk og DTU om kompositbaserede transmissionledningssystemer (2007). Her udnyttes den vidensopbygning, som har fundet sted under projektet med hensyn til fiberforstærkede materialer i elektrotekniske anvendelser, et område som uden tvivl vil være yderst aktuelt også fremtiden. Samarbejdet mellem de danske vindmølleproducenter/brugerne og DTU fortsætter på mange niveauer. Lynbeskyttelse af vindmøllevinger er essentiel til sikring af pålidelig drift af store møller, især i forbindelse med off-shore parker. I projektet fokuseres på de parametre som i vingespidsområdet er afgørende for den højst mulige beskyttelsesgrad af vingerne. Undersøgt er den grundlæggende teori omkring lynpåvirkninger af kompositbaserede strukturer og hvilke beskyttelsesmetoder man hidtil har anvendt. Disse principper afhænger af vingematerialet og i afhandlingen sættes der fokus på glasfiberforstærkede polymerer, dog under hensyntagen til de særlige forhold som gælder kulfiberforstærkede komppositter. Teoretiske modeller præsenteres af de elektriske forhold omkring enkelte møller og vindmølleparker. Resultaterne er baseret på numeriske simuleringer og danner baggrund for en vurdering af risiko for lynnedslag i møllens forskellige komponenter. De faktiske udladningskarakteristika omkring testemner, modeller og hele vinger er blevet undersøgt ved elektro-optiske laboratorietests i både det synlige som det ultraviolette spektrum. Indflydelsen af ydre forhold som påtrykt feltretning, dvs. vingens vinkel i forhold til lynpåvirkningen og faktorer som fugt og forurening er blevet undersøgt. Udgangspunktet var anvendelse af eksisterende teststandarder, som dog viste sig at være utilstrækkelige. I afhandlingen præsenteres og diskuteres supplerende og modificerede metoder. Til vurdering af lynpåvirkningens skadevirkning er der gennemført tests til bestemmelse af materialers elektriske gennemslagsfeltstyrke og deres modstandsdygtighed overfor overfladeudladninger. Der blev lagt vægt på testemnernes simple, og dermed økonomiske, udformning og en ny testmetode blev udviklet til netop dette formål. Desuden er det lykkedes at opstille en enkel sammenhæng mellem gennemslagsfeltstyrkeog modstandsdygtighed overfor udledninger, hvilket gør det muligt at teste et stort antal emner til optimering af materialekombinationen inden det endelige materialevalg til vingeproduktion træffes. Udover den mere videnskabelige del af projektet er der blevet udarbejdet en række rekommandationer til producenter og brugere, som giver et forbedret beslutningsgrundlag ved vurdering af vindmøllevingers lynbeskyttelse.