norma española
UNE-EN 61400-2
Octubre 2007 TÍTULO
Aerogeneradores Parte 2: Requisitos de diseño para pequeños aerogeneradores (IEC 61400-2:2006)
Wind turbines. Part 2: Design requirements for small wind turbines. (I EC 61400-2:2006). Aérogénérateurs. Aérogénérateurs. Partie 2: Exigences en matière de conception des petits aérogénérateurs. aérogénérateurs. (CEI 61400-2:2006). 61400-2:2006).
CORRESPONDENCIA
Esta norma es la versión oficial, en español, de la Norma Europea EN 61400-2:2006, que a su vez adopta la Norma Internacional IEC 6 1400-2:2006.
OBSERVACIONES
Esta norma anulará y sustituirá a la Norma UNE-EN 61400-2:1998 antes de 2009-05-01.
ANTECEDENTES
Esta norma ha sido elaborada por el comité técnico AEN/CTN 206 Producción de Energía Eléctrica cuya Secretaría desempeña UNESA.
EXTRACTO DEL DOCUMENTO UNE-EN 61400-2 Editada e impresa por AENOR Depósito legal: M 44451:2007
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2007 Reproducción prohibida
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Grupo 54
ÍNDICE Página PRÓLOGO ........................................................................................................ ................................
8
1
OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN........................................................ ...............
10
2
NORMAS PARA CONSULTA.................................................................. .....................
10
3
TÉRMINOS Y DEFINICIONES ....................................................... .............................
11
4 4.1 4.2
SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS.................................................................................. Símbolos y unidades ................................................................ ......................................... Sistema de coordenadas ......................................................... ..........................................
17 17 22
5 5.1 5.2 5.3
ELEMENTOS PRINCIPALES............................................. .......................................... Generalidades .............................................................. ..................................................... Métodos de diseño ............................................................... ............................................. Aseguramiento de la calidad ................................................................ ...........................
23 23 23 23
6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5
CONDICIONES EXTERNAS.......................................................... ............................... Generalidades .............................................................. ..................................................... Clases de aerogeneradores pequeños............................................................... ............... Condiciones de viento..................................................................................... .................. Otras condiciones ambientales ..................................................... ................................... Condiciones eléctricas de carga.......................................................................................
25 25 25 26 32 34
7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9
DISEÑO ESTRUCTURAL ...................................................... ....................................... Generalidades .............................................................. ..................................................... Metodología de diseño............................................................................ .......................... Cargas e hipótesis de carga..................................................... ......................................... Modelo de carga simplificado........................................................................ .................. Modelado aeroelástico.......................................................... ............................................ Medidas de cargas ........................................................ .................................................... Cálculo de esfuerzos ............................................................. ............................................ Coeficientes de seguridad ............................................................... ................................. Análisis del estado límite................................................................................ ..................
35 35 35 36 37 44 47 47 48 49
8 8.1 8.2 8.3 8.4
SISTEMA DE PARADA Y DE PROTECCIÓN ........................................................... Generalidades .............................................................. ..................................................... Requisitos funcionales del sistema de protección .......................................................... Parada manual......................................................... ......................................................... Parada para mantenimiento........................................................ ....................................
50 50 50 51 51
9 9.1 9.2
ENSAYOS.............................................................................................................. ........... Generalidades .............................................................. ..................................................... Ensayos para verificar los datos de diseño.....................................................................
51 51 52
EXTRACTO DEL DOCUMENTO UNE-EN 61400-2
9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8
Ensayo de carga técnica ................................................................................................... Ensayo de duración ........................................................ .................................................. Ensayo de componentes mecánicos............................................................. .................... Funcionamiento y seguridad ....................................................... .................................... Ensayo medioambiental ................................................................................................... Eléctrico ...................................................... .............................................................. ........
53 53 56 57 58 58
10 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7
SISTEMA ELÉCTRICO.......................................................... ....................................... Generalidades ................................................................. .................................................. Dispositivos de protección........................................... ..................................................... Dispositivo de desconexión .......................................................... .................................... Sistemas de puesta a tierra .............................................................. ................................ Protección contra el rayo................................................................................................. Cables y conductores eléctricos..................................................................... .................. Cargas eléctricas.............................................. ........................................................... ......
58 58 59 59 59 59 59 60
11 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6
ESTRUCTURA SOPORTE ............................................................ ................................ Generalidades ................................................................. .................................................. Requisitos dinámicos......................................................... ............................................... Factores ambientales........................................................ ................................................ Puesta a tierra................................................................................ ................................... Cimentación ..................................................... .......................................................... ....... Cargas de diseño para acceso a la turbina .................................................... .................
61 61 61 61 61 61 61
12 12.1 12.2 12.3
REQUISITOS PARA LA DOCUMENTACIÓN........................................................... Generalidades ................................................................. .................................................. Instalación....................................................... .......................................................... ........ Operación................................................................... ...................................................... .
62 62 62 63
12.4
Inspección rutinaria y mantenimiento .................................................... 63
13
MARCADO DE AEROGENERADORES.....................................................................
64
ANEXO A (Informativo) CERTIFICACIÓN TIPO DE AEROGENERADORES PEQUEÑOS .........................................................................................
66
ANEXO B (Normativo)
PARÁMETROS DE DISEÑO PARA LA DESCRIPCIÓN DE LOS AEROGENERADORES PEQUEÑOS DE LA CLASE S .......
68
ANEXO C (Informativo) MODELOS DE TURBULENCIA ESTOCÁSTICOS.......................
70
ANEXO D (Informativo) DESCRIPCIÓN DE LA TURBULENCIA DETERMINÍSTICA....
73
ANEXO E (Informativo) COEFICIENTES DE SEGURIDAD PARCIAL PARA MATERIALES.........................................................................
75
ANEXO F (Informativo) DESARROLLO DE LAS ECUACIONES DE DISEÑO SIMPLE ..
85
BIBLIOGRAFÍA...............................................................................................................................
96
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Figura 1
Definición del sistema de ejes de un aerogenerador de eje horizontal ...................
22
Figura 2
Diagrama de decisión de la Norma IEC 61400-2 .....................................................
24
Figura 3
Turbulencia característica del viento................................................................ ........
28
Figura 4
Ejemplo de una ráfaga con actuación extrema ( N = 1, V hub = 25 m/s) ...................
30
Figura 5
Ejemplo de magnitud de cambio de dirección extrema ( N = 50, D = 5 m, z hub = 20 m).....................................................................................
31
Figura 6
Ejemplo de cambio de dirección extrema ( N = 50, Vhub = 25 m/s)..........................
31
Figura 7
Ráfaga coherente extrema (V hub = 25 m/s) (ECG)....................................................
31
Figura 8
Cambio de dirección para la ráfaga coherente extrema ECD ................................
32
Figura 9
Evolución en el tiempo del cambio de dirección para V hub = 25 m/s.......................
32
Figura A.1 Módulos de certificación tipo (para las Normas IEC WT01 e IEC 61400-2) ........
66
Figura A.2 Elementos de evaluación de diseño (recomendados por la Norma IEC 61400-2) .
67
Figura A.3 Elementos para ensayo de tipo (para las Normas IEC WT01 e IEC 61400-2) ......
67
Figura E.1 Distribución Normal y Weibull ........................................................ .........................
76
Figura E.2 Diagrama típico S-N para fatiga de materiales compuestos de fibra de vidrio .....
78
Figura E.3 Efectos ambientales típicos en los materiales compuestos de fibra de vidrio ........
78
Figura E.4 Diagrama de deformaciones por fatiga en materiales compuestos de fibra de carbono/éster vinílico para gran arrastre unidireccional a 0º, R = 0,1 y 10......
79
Figura E.5 Curvas S-N para fatiga de materiales típicos ...........................................................
79
Figura E.6 Datos de vida a fatiga para madera blanda con unión ............................................
80
Figura E.7 Curva Típica S-N para madera .................................................................................
81
Figura E.8 Efecto del contenido en humedad en la resistencia a compresión de madera en la dirección paralela a la veta ............................................................
81
Figura E.9 Efecto del contenido de humedad en las propiedades de resistencia de la madera............................................................ ....................................................
82
Figura E.10 Efecto del ángulo de la veta en las propiedades mecánicas de madera libre de impurezas de acuerdo a la fórmula de tipo Hankinson ...............
82
Tabla 1
Parámetros básicos de las clases de aerogeneradores pequeños.............................
26
Tabla 2
Hipótesis de carga de diseño para el método de cálculo de cargas simplificado ...
38
Tabla 3
Coeficientes de fuerza C f ............................................................................................
43
Tabla 4
Mínimo conjunto de hipótesis de carga de diseño para modelos aeroelásticos .....
44
Tabla 5
Esfuerzos equivalentes............................................ ....................................................
48
Tabla 6
Coeficiente de seguridad parcial para materiales....................................................
49
Tabla 7
Coeficientes de seguridad parcial para cargas.........................................................
49
Tabla C.1
Parámetros espectrales de turbulencia para el modelo de Kaimal ........................
70
Tabla E.1
Factores para diferentes variabilidades y probabilidades de supervivencia .........
76
Tabla E.2
Discontinuidades geométricas....................................................................................
83
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1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN Esta parte de la Norma IEC 61400 trata de la filosofía de la seguridad, el aseguramiento de la calidad y la integridad de la ingeniería, y especifica los requisitos para la seguridad de los aerogeneradores pequeños (AP), incluyendo el diseño, la instalación, el mantenimiento, y la operación en las condiciones e xternas específicas. Su propósito es proveer en estos sistemas el nivel de protección adecuado contra los daños por cualquier riesgo durante su vida útil planificada. Esta parte de la Norma IEC 61400 concierne a todos los subsistemas de los AP, tales como los mecanismos de protección, sistemas eléctricos internos, sistemas mecánicos, estructuras soportes, cimentaciones e interconexión eléctrica con la carga. Aunque esta parte de la Norma IEC 61400 es similar a la Norma IEC 61400-1, se simplifica y se hacen cambios significativos de cara a que sea aplicable en aerogeneradores pequeños. Esta parte de la Norma IEC 61400 se aplica a los sistemas de aerogeneradores con un área de barrido igual o menor de 200 m2, generando a una tensión por debajo de 1 000 V c.a. o 1 500 V c.c. Esta parte de la Norma IEC 61400 debería utilizarse conjuntamente con las Normas IEC/ISO apropiadas (véase el capítulo 2).
2 NORMAS PARA CONSULTA Las normas que a continuación se indican son indispensables para la aplicación de esta norma. Para las referencias con fecha, sólo se aplica la edición citada. Para las referencias sin fecha se aplica la última edición de la norma (incluyendo cualquier modificación de ésta). IEC 60034-1 Máquinas eléctricas rotativas. Parte 1: Características asignadas y características de funcionamiento. IEC 60034-2 Máquinas eléctricas rotativas. Parte 2: Métodos para la determinación de las pérdidas y del rendimiento de las maquinas rotativas a partir de los ensayos. (Excepto las máquinas para vehículos de tracción). IEC 60034-5 Máquinas eléctricas rotativas. Parte 5: Grados de protección proporcionados por el diseño integral de las máquinas eléctricas rotativas (Código IP). Clasificación. IEC 60034-8 Máquinas eléctricas rotativas. Parte 8: Marcas de los bornes y sentido de giro. IEC 60038:1983 Tensiones normalizadas IEC. Modificación 1 (1994) Modificación 2 (1997) IEC 60204-1 Seguridad de las máquinas. Equipo eléctrico de las máquinas. Parte 1: Requisitos generales. IEC 60364-5-54 Instalaciones eléctricas en edificios. Parte 5-54: Selección y montaje de equipos eléctricos. Disposiciones de puesta a tierra, conductores de protección y conductores de conexión de protección. IEC 60721-2-1 Clasificación de las condiciones ambientales. Parte 2-1: Condiciones ambientales presentes en la naturaleza. Temperatura y humedad. IEC 61400-1 Aerogeneradores. Parte 1: Requisitos de diseño. IEC 61400-12-1 Aerogeneradores. Parte 12-1: Ensayo de curva de potencia. IEC 61400-13 Aerogeneradores. Parte 13: Medida de cargas mecánicas. IEC 61400-23 Aerogeneradores. Parte 23: Ensayo estructural de las palas del rotor a escala real.
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IEC 61643-1 Dispositivos de protección contra sobretensiones baja tensión. Requisitos de funcionamiento y métodos de ensayo. ISO/IEC 17025:2005 Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración. ISO 2394 Principios generales sobre la fiabilidad de las estructuras.
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