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Introduction

Across the globe, wind power generation resources contin­ue to grow. As an example, the United States ranks second in global wind power, with more than 46.9 GW of wind power capacity installed as of January 2012 [1]. The U.S. wind base experienced 17 % growth (6,810 MW) in 2011 and wind power was the source of 25% of all new U.S. elec­tric generation capacity in 2010. The U.S. Department of Energy has indicated that wind could supply 20% of the U.S. electricity by 2030 – requiring some 300 GW of new wind generating capacity [2].With this type of rapid development and deployment of new wind resources, standards become critical for support­ing consistent market expectations, performance bench­marks, and fundamental design features ­ including safety. While many of the incidents were minor, safety incidents involving wind turbines over a five­year period in the United Kingdom were recently reported as occurring at approxi­mately the rate of one per day [3]. As more wind turbines are installed, new technologies are introduced to meet mar­ket and performance objectives, and the existing turbine population ages, looking to new and evolving safety stan­dards in the design and development phase provides many benefits in supporting a safe wind infrastructure.

K. Boyce, Principal Engineer Manager – Energy at UL LLC

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Sicherheitsnormen für Windenergieanlagen

Safety Standards for Wind Turbines

Einleitung

Die Nutzung der Windenergie verzeichnet weiterhin welt­weit steigende Zuwachsraten. Die Vereinigten Staaten zum Beispiel liegen weltweit an zweiter Stelle der Windener­gienutzung, mit mehr als 46,9 GW installierter Leistung, Stand Januar 2012 [1]. Die installierte Leistung in den USA wuchs 2011 um 17 % (6,810 MW), und 25% aller 2010 neu installierten Stromerzeugungsanlagen in den USA waren Windenergieanlagen (WEA). Das amerikanische Energiemi­nisterium hat bekannt gegeben, dass bis 2030 20% des ame­rikanischen Strombedarfs aus Windenergie gedeckt werden könnte – was einem Zubau von ca. 300 GW an neuen WEA entsprechen würde [2].Angesichts dieser rasanten Entwicklung bei der Aufstellung neuer Windenergiekapazitäten sind Normen von entschei­dender Bedeutung, um einheitliche Erwartungen des Mark­tes sowie Leistungs­ und wesentliche Auslegungsmerkmale zu unterstützen – was auch Sicherheitsaspekte einschließt. Aus Großbritannien wurde kürzlich berichtet, dass sicher­heitsrelevante Vorfälle mit WEA, die über einen Zeitraum von fünf Jahren registriert wurden, mit einer Häufigkeit von durchschnittlich einem pro Tag auftraten, wenngleich viele dieser Vorfälle geringfügig waren [3]. Da immer mehr WEA aufgestellt werden, neue Technologien eingeführt werden,

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International Electrotechnical Commission Standards

The International Electrotechnical Commission (IEC) has published the IEC 61400 series of standards to help estab­lish these types of standardized expectations. IEC 61400­1, Wind Turbines - Design Requirements, outlines minimum design requirements for wind turbines. The standard “speci­fies essential design requirements to ensure the engineer­ing integrity of wind turbines. Its purpose is to provide an appropriate level of protection against damage from all haz­ards during the planned lifetime.” [4] The standard is a holistic document that covers many aspects of the design, installation, and use of sophisticated electromechanical equipment, and IEC 61400­1 is supplemented by numerous parts to focus on specific design or performance aspects, or types of wind turbine equipment and installations; for example, IEC 61400­2, Wind turbines – Design requirements for small wind turbines. However, it is notable that of over 90 pages of requirements in IEC 61400­1, approximately five focus on electrical safety of the equipment, controls and protection. In those few pages, IEC 61400­1 does identify the need to evaluate most critical aspects of a wind turbine: electrical aspects, control system functions, protection sys­tem functions and critical components. However, as the IEC 61400 documents are written today, they do not provide

um den Anforderungen des Marktes und der Leistungsfä­higkeit gerecht zu werden, und gleichzeitig die bestehenden Anlagen allmählich altern, ist die Entwicklung neuer und die Verbesserung bestehender Sicherheitsnormen für die Ent­wurfs­ und Entwicklungsphase von großer Bedeutung für eine sichere Windinfrastruktur.

IEC Normen

Die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC) hat mit der IEC 61400 eine Normenreihe herausgegeben, die dazu beitragen soll, diesen Normierungsbedarf zu erfüllen. IEC 61400­1, Wind Turbines - Design Requirements, ent­hält Mindestanforderungen für die Auslegung von WEA. Die Norm behandelt die wesentlichen Auslegungsanforde­rungen zur Gewährleistung der technischen Integrität von Windenergieanlagen (WEA). Der Zweck der Norm besteht darin, „für einen angemessenen Schutz gegen Schäden aus Risiken während der geplanten Lebensdauer zu sorgen.” [4] Bei dieser Norm handelt es sich um ein ganzheitliches Doku­ment, das viele Aspekte der Auslegung, der Installation und des Einsatzes von hochentwickelten elektromechanischen Komponenten abdeckt. Die IEC 61400­1 wird ergänzt durch weitere Teile, die besondere Auslegungs­ oder Leistungsas­pekte oder bestimmte Arten von WEA-Komponenten oder

About UL UL is a premier global safety science company with more than 100 years of prov­en history. Employing nearly 9,000 professionals in 46 countries, UL is evolving the future of safety with five distinct business units – Product Safety, Environ­ment, Life & Health, Verification and Knowledge Services – to meet the expand­ing needs of customers and the global public. For more information on UL’s fam­ily of companies and network of 95 laboratory, testing and certification facilities, go to UL.com.

Über UL:UL (Underwriters Laboratories) ist ein weltweit führendes und unabhängiges Prüf­ und Sicherheitsunternehmen, das auf eine über hundertjährige Unterneh­mensgeschichte zurückblickt. Das Unternehmen beschäftigt an die 9000 Fach­kräfte in 46 Ländern und verfügt über fünf eigenständige Unternehmensberei­che - Product Safety, Environment, Life and Health, Verification and Knowledge Services ­ um die ständig wachsenden Anforderungen von Kunden und unsere Verpflichtung zur öffentlichen Sicherheit zu erfüllen. Weitere Informationen zu UL sind auf UL.com verfügbar.

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detailed guidance on how to adequately evaluate these critical aspects.

Safety Standards for the U.S. Market

In order to help support a safe deployment of wind turbine system infrastructure during this projected period of rapid and significant growth, UL has led the development of national standards addressing the safety of wind turbine systems, with a focus on the electrical safety, performance of the controls and protection systems as well as prevention of fire within the equipment. These efforts recognize that there are some fundamental differences between the instal­lation requirements of the IEC 60364 series and the prevail­ing U.S. codes such as ANSI/NFPA 70­2011, the National Electrical Code (NEC), and differences in other require­ments. As a result, two wind turbine safety standards have been developed: UL 6141, Standard for Safety for Large Wind Turbine Systems, and UL 6142, Standard for Safety for Small Wind Turbine Systems. Each of these standards have been developed through a standards technical panel com­prised of equipment producers, users, technology experts, scientists, regulatory authorities, and other technical experts with an interest in these specific products. The standards have been developed using a consensus­based approach, and at this time both standards have achieved the required support within the panels to establish consensus. UL 6142 is proceeding to publication and will be the American National Standard for safety of small wind turbines. Although it has reached consensus and is eligible for publication, UL is working with the standards panel to review and finalize the final details of requirements contained within UL 6141 in an effort to optimize the standard content. That process is expected to conclude rapidly and UL anticipates publication of UL 6141 as an American National Standard shortly.Because these requirements will constitute the American National Standards for safety, assuring compliance with the requirements for exporters, buyers, owner/operators and other involved parties is an important measure for demon­

Anlagen behandeln, wie z.B. IEC 61400­2, Wind turbines – Design requirements for small wind turbines. Es ist jedoch bemerkenswert, dass von über 90 Seiten Anforderungen der IEC 61400­1, nur etwa fünf Seiten sich mit der elektrischen Sicherheit von Komponenten, Steuerungen und Schutzvor­richtungen befassen. Auf diesen wenigen Seiten wird in der IEC 61400­1 zwar die Notwendigkeit einer Bewertung der wichtigsten Aspekte einer WEA aufgezeigt, nämlich die elek­trischen Aspekte, Steuerungs- und Regelungsfunktionen, Schutzmaßnahmen und kritische Komponenten; die zur Zeit vorliegende Fassung der IEC 61400­Normenreihe bietet je­doch keine ausreichende Grundlage für eine angemessene Bewertung dieser kritischen Aspekte.

Sicherheitsnormen für den amerikanischen Markt

Um einen Beitrag zum sicheren Einsatz von Windenergie­anlagen in dieser Zeit des erwarteten schnellen und bedeu­tenden Wachstums zu leisten, hat UL die Entwicklung natio-naler Normen für die Sicherheit von WEA vorangetrieben, vorrangig in den Bereichen elektrische Sicherheit, Steuerung und Schutzvorrichtungen sowie Brandschutz innerhalb der Anlage. Diese Bemühungen berücksichtigen, dass es zwi­schen den Anlagenanforderungen der IEC 60364­Reihe und den vorhandenen U.S.-Vorschriften wie z.B. ANSI/NFPA 70-2011, National Electrical Code (NEC), und anderen Anforde­rungen grundlegende Unterschiede gibt. Es wurden daher zwei WEA­Sicherheitsnormen entwickelt: UL 6141, Standard for Safety for Large Wind Turbine Systems, und UL 6142, Standard for Safety for Small Wind Turbine Systems. Beide Normen wurden durch ein technisches Komitee entwickelt, das aus Herstellern, Nutzern, Technologieexperten, Wissen­schaftlern, Behördenvertretern und anderen technischen Experten mit einem Interesse an diesen speziellen Produk­ten besteht. Die Normen werden nach einem auf Konsens beruhenden Verfahren erarbeitet, und inzwischen haben beide Normen die erforderliche Unterstützung in den Komi­tees, damit ein Konsens erzielt werden kann. UL 6142 wird demnächst veröffentlicht und ist dann die gültige amerikani­

Fig. 1: DEWI test site for measurements on pro­totypes in the North of Wilhelmshaven

Abb. 1: DEWI Testfeld zur Prototypenvermessung im Norden Wilhelmshavens

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strating due diligence in addressing workplace and con­sumer safety, supporting easy equipment installation and acceptance, and establishing confidence among custom­ers. Based on the critical role of these standards for the U.S. market, the following overview provides significant aspects of the requirements for design and testing.These standards focus on the safety of the wind turbine systems. However, they do not cover mechanical or struc­tural integrity of the wind turbine system or subassem­blies, or verification that the manufacturer­defined con­trols and protection limits maintain the system within its safe mechanical and structural limits. The WT power, con­trol and protection systems are evaluated only to the extent that they function within the manufacturer’s specified limits and response times. These control and protection functions are evaluated with respect to risk of electric shock and fire. It is intended that the electrical subassemblies that address power transfer control and protection functions evaluated per this document are to be coordinated with the mechanical and structural limita­tions specified in established performance and safety standards, such as the IEC 61400 series documents. They do not cover turbines for off­shore installation.Both standards contain fundamental requirements relat­ed to wind turbine safety. These include:

Each supply source (generally the generator and the power system) shall be provided with a lockable dis­connect or other locking means that positively pre­vents the startup and operation of the circuit. Also, lockable disconnects are required for specific equip­ment that requires repair or maintenance with the main supplies energized. A disconnect device must be suitable for that use, open all ungrounded conductors, and be marked to identify its use.Manual shutdown switches and/or procedures for the turbine are required. For most equipment, manual shutdown shall result in standstill of the rotor and yaw motion and de­energization of the turbine power out­put. Large turbines are required to have a shutdown switch and procedure. Small wind turbine swept area of 40 m² or more must have a shutdown switch; small turbines with a swept area less than 40 m² may use either a manual shutdown switch or procedures, resulting in an idle state with the output power circuit de­energized and the turbine is stopped or allowed to rotate at a slower speed.An emergency stop must be provided or specified. The emergency stop must override all other functions and operations in all modes, and remove power to hazardous moving parts as quickly as possible without creating other hazards (for example, rotors pitching to reduce hub rotation). Resetting shall not restart the machinery but only permit restarting, and shall not initiate any hazardous conditions. Wind turbines rated for grid interconnection are evaluated for safe operation over the manufacturer’s specified limits of operation. Unless specifically marked to indicate otherwise, a turbine manufacturer may choose to have their product additionally evalu­ated and certified for compliance with individual or multiple specific grid interconnection standards and

For 22 years, DEWI has been active in the field of wind energy and has been closely involved in the rapid development of wind energy, in applied research as well as in the development of measuring methods, political decision-making or in numerous tasks and services connected with wind turbines and wind farms. Based on this long-term experience and the knowledge obtained by continuous research, DEWI GmbH and DEWI-OCC, together with the increased resources gained from becoming UL companies, can offer their international clientele a wide range of services and certifications.As one of the leading international consultants in the field of wind energy, DEWI offers all kinds of wind energy related measurement services, energy analyses and studies, on-/offshore wind turbine and component certification, further education, technological and economical consultancy for industry, wind farm developers and banks. DEWI GmbH is a member of MEASNET for certain measurements and is recognized as an independent institution in various measurement and expertise fields.

Quality by know-how

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codes. These evaluations may include zero voltage ride through, low voltage ride through, and/or high voltage ride through. These requirements may be as defined by the Federal Energy Regulatory Commission (FERC) and North American Electric Reliability Corporation (NERC) for transmission­level interconnected turbines and/or the IEEE 1547 standards for distribution­level turbine connections. Converter or inverter equipment shall con­form to applicable performance requirements for safety and connectivity, specifically UL 1741, Standard for Safety for Inverters, Converters, Controllers and Inter-connection System Equipment for Use With Distributed Energy Resources. Wind turbines shall comply with all UL 1741 tests during all normal operational modes including, but not limited to, generation sub­synchro­nous, synchronous, super­synchronous and active power factor correction if provided with these functions.Systems shall be protected from unintentional self­exci­tation during all foreseeable loading and unloading con­ditions (including loss of grid connection if applicable), under both normal and single­fault conditions.Cables are evaluated for applicable requirements regard­ing insulation electrical and fire ratings, insulation integ­rity, and resistance to degradation from external con­taminants such as oil or water as applicable. Additionally, if operation of the wind turbine may result in twisting of flexible cables, such as the connecting cables between the nacelle and tower, a cable drip loop is required to mitigate damage to conductors or their insulation.Components, such as power distribution and control equipment, cabling, and energy storage systems, are required to conform to applicable safety requirements. However, recognizing that some wind turbines are rated for 690 V or higher operation, and that applicable stan­dards and Codes such as the NEC do not yet cover this range or contain significantly different requirements for equipment operating at voltages higher than 600 V, the standards contain measures to facilitate use of existing subassembly equipment at the use voltage. These mea­

sche Norm (American National Standard) für die Sicherheit kleiner WEA. In Bezug auf die Norm UL 6141, für die eben­falls ein Konsens erzielt wurde, und die bereit ist zur Ver­öffentlichung, arbeitet UL noch mit dem Normenausschuss zusammen, um die letzten Einzelheiten der Anforderungen zu prüfen und endgültig festzulegen, in dem Bemühen, die Normeninhalte zu optimieren. Dieser Prozess wird in Kürze zum Abschluss kommen, und UL erwartet, dass die UL 6141 bald als American National Standard veröffentlicht wird.Da diese Anforderungen nationale amerikanische Sicher­heitsnormen darstellen, ist die Sicherstellung der Erfüllung dieser Anforderungen für Exporteure, Käufer, Eigentümer/Betreiber und andere Beteiligte eine wichtige Maßnahme, um die gebotene Sorgfalt im Arbeitsplatz­ und Verbrau­cherschutz zu demonstrieren, für eine einfache Errichtung und Abnahme der Anlagen zu sorgen und Kundenvertrauen herzustellen. Aufgrund der Bedeutung, die diese Normen für den amerikanischen Markt haben, werden in dem fol­genden Text die wichtigsten Aspekte der Anforderungen für Auslegung und Prüfung dargestellt.Diese Normen konzentrieren sich auf die Sicherheit von Windenergieanlagen. Sie decken jedoch nicht die mechani­sche Sicherheit oder Standsicherheit (strukturelle Sicherheit) der WEA oder ihrer Baugruppen ab, auch nicht die Überprü­fung, dass die vom Hersteller festgelegten Grenzwerte für Regelung und Schutz ausreichen, um die Anlage innerhalb sicherer mechanischer und struktureller Grenzwerte zu halten. Die Leistungs­, Steuerungs­ und Schutzsysteme der WEA werden nur dahingehend bewertet, dass sie innerhalb der vom Hersteller festgelegten Grenzwerte und Reaktions­zeiten funktionieren. Diese Steuerungs- und Schutzfunktio­nen werden im Hinblick auf die Risiken Elektrischer Schlag und Feuer bewertet. Die elektrischen Baugruppen, die die Steuerung der Leistungsübertragung und Schutzfunktionen ansprechen, sollen mit den mechanischen und strukturellen Grenzwerten koordiniert werden, die in vorhandenen Leis­tungs­ und Sicherheitsnormen wie der IEC 61400 festgelegt sind. WEA für den Offshore-Einsatz werden durch diese Nor­men nicht abgedeckt.

Fig. 2: UL testing laboratoryAbb. 2: UL Prüflabor

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sures would not necessitate equipment redesign or substitution, but rather use a focused testing approach to assess key performance aspects at the use voltages.Lightning Protection Systems shall comply with NFPA 780, Standard for Installation of Lightning Protection Systems and IEC 61400­24, Wind Turbine Generator Sys-tems – Lightning protection.Equipment within the lightning protection system shall comply with the applicable product safety standards.Markings and instructions are required to convey key rating, safety, installation, and operational information.

UL 6142 covers small wind turbines for which a user or ser­vice person cannot or is not intended to enter the turbine to operate it or perform maintenance, with rated output of 1500 V ac maximum. The standard addresses compatibility of equipment with the installation safety requirements of the National Electrical Code (NEC), ANSI/NFPA 70­2011. This includes compliance with Article 694 for turbines with rated power up to 100 kW, Article 705 for Interconnected Electric Power Production Sources, as well as critical safety features such as conductor and equipment protection and ground­ing.UL 6141 covers large wind turbines for which a user or ser­vice person may, or is intended to, enter the turbine to oper­ate it or perform maintenance. UL 6141 addresses compat­ibility of equipment with the installation safety require­ments of ANSI/IEEE C2, the National Electrical Safety Code (NESC) and the NEC as applicable. For the NEC, this includes compliance with critical safety features such as working space, conductor and equipment protection, grounding and Article 705 for Interconnected Electric Power Production Sources. For large wind turbines, there are some additional requirements unique to these larger products. These include:

Flame spread ratings are required for large polymeric sections in internal areas where users or service persons are intended to enter the turbine. Materials, such as the walls of a nacelle, with any single unbroken section greater than 0.93 m² or a single linear dimension greater than 1.83 m, shall have a maximum flame spread index of 25 and smoke developed index of 50, consistent with requirements in NFPA 90, Standard for the Installation of Air­Conditioning and Ventilating Systems and the Inter­national Mechanical Code.Medium voltage equipment shall comply with applicable requirements, such as IEEE C37.20.3, Standard for Met-al-Enclosed Interrupter Switchgear, and IEEE C57.12.00, General Requirements for Liquid-Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers.

Harmonization Initiatives

The publication of these standards is a milestone in support­ing the safe deployment of wind turbine generating systems in the U.S. market. However, as a global organization, UL focuses on supporting global realization of our public safety Mission and supporting our global customer base in distri­bution of their products. With these objectives in mind, there are several initiatives that are either underway or may be pursued in the future.

Beide Normen enthalten wesentliche Anforderungen für die Sicherheit von Windenergieanlagen. Diese umfassen:

Jede Spannungsquelle (im Allgemeinen der Generator und die Stromversorgung) ist mit einer abschließbaren Trennvorrichtung oder einer anderen Verriegelung zu versehen, die einen (unbeabsichtigten) Start oder Betrieb des Stromkreises sicher verhindert. Abschließ­bare Trennvorrichtungen sind auch für Einrichtungen und Geräte erforderlich, die eine Reparatur oder War­tung bei eingeschalteter Stromversorgung erfordern. Die Abschaltvorrichtung muss für diesen Zweck geeignet sein, muss alle nicht geerdeten Leiter öffnen und ent­sprechend gekennzeichnet sein. Manuelle Abschaltvorrichtungen und/oder Abschaltvor­gänge für die WEA sind erforderlich. Bei den meisten Anlagen führt die manuelle Abschaltung zu einem Still­stand des Rotors und des Azimutantriebes und zu einer Abschaltung der Leistungsabgabe. Große WEA müssen eine Trennvorrichtung und einen Abschaltvorgang haben. Kleine WEA mit einer vom Rotor überstrichenen Fläche von 40 m² und mehr müssen mit einer Trennvor­richtung versehen sein; kleine WEA mit einer überstri­chenen Fläche von weniger als 40 m² können eine manuelle Abschaltung oder einen Abschaltvorgang ver­wenden, mit der die Anlage in den Leerlauf versetzt und der Leistungsabgabe­Stromkreis getrennt wird; die Anla­ge wird gestoppt oder dreht nur noch langsam.Eine Notabschaltung ist vorzusehen oder zu spezifizie­ren. Die Notabschaltung muss alle anderen Funktionen und Vorgänge in allen Betriebsarten außer Kraft setzen und die Spannungszufuhr zu gefährlichen beweglichen Teilen so schnell wie möglich unterbrechen ohne dadurch andere Gefahren zu verursachen (zum Beispiel Verstel­len der Rotorblätter um Nabenrotation abzubremsen). Durch Rücksetzen soll die Maschine nicht sofort wieder starten, sondern es soll nur ein Neustart ermöglicht wer­den, ohne dass dadurch gefährliche Situationen entste­hen.WEA, die für einen Netzanschluss vorgesehen sind, wer­den nach den Spezifikationen des Herstellers für einen sicheren Betrieb bewertet. Sofern nicht ausdrücklich anders vorgesehen, kann ein WEA­Hersteller nach sei­nem Ermessen sein Produkt zusätzlich prüfen und zerti­fizieren lassen, damit es bestimmten einzelnen oder mehreren Netzanschlussregeln entspricht. Diese Prüfun­gen können auch das Verhalten von WEA bei Netzkurz­schlüssen (Zero Voltage Ride Through (ZVRT), Low Volta­ge Ride Through (LVRT), und/oder High Voltage Ride Through (HVRT) umfassen. Diese Anforderungen sind in den Federal Energy Regulatory Commission (FERC) und North American Electric Reliability Corporation (NERC) für Turbinen mit Netzanschluss auf Übertragungsebene und/oder den IEEE 1547­Normen für Turbinen mit Netz­anschluss auf Verteilungsebene enthalten. Umformer und Wechselrichter müssen den entsprechenden Anfor­derungen für Sicherheit und Anschlussfähigkeit, speziell UL 1741, Standard for Safety for Inverters, Converters, Controllers and Interconnection System Equipment for Use With Distributed Energy Resources (Sicherheitsnorm für Wechselrichter, Umrichter, Steuer­ und Anschlussein­richtungen in Energieverteilungssystemen) entsprechen.

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First, UL has integrated key concepts from, or references to, IEC standards into these national standards where relevant. This was performed with the intention of bridging the gap between the IEC standards and the prevailing requirements in applicable U.S. standards and installation codes. For example, safety related controls system requirements are coordinated with IEC 61400 requirements, and additional requirements for the performance of the integrated equip­ment were added based on prevailing local issues. This approach allows the use of relevant approaches from the IEC standards while ensuring that significant local issues are addressed in a holistic and comprehensive manner. Additionally, UL is very active in IEC Technical Committees to support the development of the best worldwide require­ments for safety and performance. UL has agreed to partici­pate in a collaborative effort to work with IEC TC 88 in the further development and enhancement of the IEC 61400 requirements for electrical safety. This initiative will draw on the efforts of the standards panels that have generated the requirements of UL 6141 and UL 6142, with appropriate modifications made to reflect the global nature of the IEC 61400­1 requirements. In the past, such efforts have been very successful in the renewable energy sector, with bene­fits being seen in standards work on products such as solar power and inverters. Such efforts allow the best efficiency and outcome of the IEC standards development process, allowing balanced consideration while leveraging existing, relevant content in the development process.In the future, harmonization of the U.S. national standards with the IEC 61400 requirements is also an option. UL looks to international harmonization as an important effort in supporting global product development and distribution, where the relevant industries and UL are supportive of the need for the effort. As the wind industry continues to refine product offerings and market strategies, additional consid­eration will be given to the benefits of harmonization.

Summary

As the global wind infrastructure sustains rapid growth, compliance with relevant standards provide validation of design principles and establish due diligence in addressing critical attributes such as safety. The IEC 61400 series of standards provides important information for addressing safety and performance of wind turbine systems. Efforts to address unique issues within the United States market has led to development of two safety standards, UL 6141 for large wind turbines and UL 6142 for small wind turbines. These standards, which are being published as American National Standards, contain key safety requirements for the electrical system, electrical safety and controls system, grid connection, and related safety issues. In the future, collab­orative efforts will lead to continued exchange of best prac­tices and opportunities for broader harmonization. Development of these standards, and their use by the manufacturing community in design and development of wind turbine products, supports maximal safety and perfor­mance of the burgeoning wind infrastructure.

Windturbinen müssen alle Prüfungen der UL 1741 in jedem normalen Betriebsmodus erfüllen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, untersynchrone, synchrone, übersynchrone Erzeugung und Wirkleistungsfaktor­Kor­rektur, sofern mit diesen Funktionen ausgestattet.Systeme sind gegen unbeabsichtigte Selbsterregung in allen vorhersehbaren Lade­ und Entladezuständen zu schützen (einschließlich ggf. Verlust des Netzanschlus­ses), sowohl unter normalen Bedingungen als auch bei Einzelfehlern.Zu prüfende Anforderungen bei Kabeln sind Isolierung, Brandschutzklasse, Unversehrtheit der Isolierung und Beständigkeit gegen Einwirkung durch externe Fremd­stoffe wie Öl oder Wasser. Außerdem, wenn es durch den Betrieb der Windenergieanlage zu einem Verdrehen von flexiblen Kabeln, wie z.B. den Verbindungsleitungen zwischen Gondel und Turm kommt, so ist eine Kabel­schleife (Loop) erforderlich, um Schäden an den Leitern oder ihrer Isolierung zu mindern.Komponenten, wie Stromverteilungs­ und Steuerungs­einrichtungen, Leitungen und Energiespeichersysteme müssen entsprechende Sicherheitsanforderungen erfül­len. Da jedoch einige Windturbinen für 690 V und höher ausgelegt sind und die entsprechenden Normen und Vorschriften wie z.B. NEC diesen Bereich noch nicht abdecken bzw. deutlich abweichende Anforderungen für Anlagen, die mit Spannungen von mehr als 600 V arbei­ten, enthalten, werden Maßnahmen vorgesehen um die Verwendung von vorhandenen Baugruppen bei Betriebs­spannung zu ermöglichen. Aufgrund dieser Maßnahmen ist es nicht erforderlich, Einrichtungen neu auszulegen oder zu ersetzen, sondern stattdessen mit einem geziel­ten Prüfansatz wichtige Leistungsaspekte bei Betriebs­spannung zu prüfen. Blitzschutzeinrichtungen müssen die Normen NFPA 780, Standard for Installation of Lightning Protection Systems und IEC 61400­24, Wind Turbine Generator Systems – Lightning protection erfüllen.

Einrichtungen innerhalb der Blitzschutzanlagen müssen den Anforderungen der gültigen Produktsicherheitsnor­men entsprechen.Kennzeichnungen und Hinweise sind erforderlich, um wichtige Bewertungen, Sicherheits­ Einbau­ und Bedie­nungsinformationen zu geben.

Die UL 6142 betrifft kleine WEA mit Nennleistungen von max. 1500 V AC, die vom Betreiber oder Servicetechniker nicht betreten werden kann oder soll, um sie zu bedienen oder Wartungsarbeiten durchzuführen. Die Norm befasst sich mit der Vereinbarkeit von Anlagen mit den Sicherheits­anforderungen des National Electrical Code (NEC), ANSI/NFPA 70-2011. Dies beinhaltet die Übereinstimmung mit den Vorschriften von Artikel 694 für WEA mit einer Nenn­leistung bis 100 kW, Artikel 705 für Energieerzeugungsanla­gen mit Netzanschluss, sowie wichtige Sicherheitselemente wie Leiter­ und Anlagenschutz und Erdung. Die UL 6141 betrifft große WEA die vom Betreiber oder Servicetechniker betreten werden kann oder soll, um sie zu bedienen oder Wartungsarbeiten durchzuführen. Die UL 6141 befasst sich mit der Vereinbarkeit von Anlagen mit den Sicherheitsanforderungen der ANSI/IEEE C2, des National Electrical Safety Code (NESC) bzw. des NEC. In Bezug auf den

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der IEC 61400­1­Anforderungen Rechnung zu tragen. In der Vergangenheit waren solche Bemühungen sehr erfolgreich auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien und haben sich vorteilhaft auf Normen und Richtlinien für Produkte wie Solaranlagen und Wechselrichter ausgewirkt. Ein solches Verfahren verspricht auch die besten Ergebnisse für den Entwicklungsprozess der IEC­Normen, indem es ausgewoge­ne Berücksichtigung aller Belange und gleichzeitige Einbrin­gung der vorhandenen Inhalte in den Entwicklungsprozess ermöglicht.Ein weiteres Ziel in der Zukunft ist die Harmonisierung der nationalen amerikanischen Normen mit den Anforderungen der IEC 61400. UL betrachtet die internationale Harmonisie­rung als wichtigen Beitrag zur Förderung einer weltweiten Produktentwicklung und Produktvertriebs, insoweit als die entsprechenden Branchen und UL die Notwendigkeit dieser Bemühungen unterstützen. In dem Maße wie die Windin­dustrie ihre Produkte und Marktstrategien weiterentwickelt, wird das Bewusstsein für die Vorteile der Harmonisierung wachsen.

Zusammenfassung

Angesichts des rasanten Wachstums der globalen Windinf­rastruktur ist es sehr wichtig, die entsprechenden Normen einzuhalten, Auslegungskriterien zu validieren und die gebo­tene Sorgfalt bei kritischen Elementen wie Sicherheit walten zu lassen. Die Normenreihe IEC 61400 enthält wichtige An­gaben zur Sicherheit und Leistungsfähigkeit von Windener­gie anlagen. Bemühungen, spezifische Probleme des ameri­kanischen Marktes aufzugreifen, haben zu der Entwicklung von zwei Sicherheitsnormen geführt, UL 6141 für große WEA und UL 6142 für kleine WEA. Diese Normen, die als American National Standards herausgegeben werden, ent­halten wichtige Sicherheitsanforderungen für elektrische Systeme, elektrische Sicherheits­ und Steuereinrichtungen, Netzanschluss und ähnliche Sicherheitsbelange. In Zukunft werden gemeinsame Bemühungen zu einem ständigen Aus­tausch von bewährten Verfahren und Gelegenheiten für eine breitere Harmonisierung führen. Die Entwicklung die­ser Normen und ihre Verwendung durch die Hersteller bei Auslegung und Entwicklung von Windturbinen werden für höchste Sicherheit und Leistungsfähigkeit der boomenden Wind­Infrastruktur sorgen.

References / Literatur:

[1] U.S. Wind Industry: Fourth Quarter 2011 Market Report, January 2012;

American Wind Energy Association, www.awea.org.

[2] 20% Wind Energy by 2030, Increasing Wind Energy’s Contribution to

U.S. Electrical Supply, December 2008; U.S. Department of Energy,

Energy Efficiency and Renewable Energy, www.eere.energy.gov/win­

dandhydro.

[3] Malnick E. and Mendick R., “1,500 accidents and incidents on UK wind

farms”, The Telegraph, December 11, 2011.

[4] IEC Publication 61400­1, Third Edition, March 2007; International Elec­

trotechnical Commission, Geneva Switzerland.

NEC beinhaltet dies die Übereinstimmung mit wichtigen Si­cherheitselementen wie Arbeitsraum, Leiter­ und Anlagen­schutz, Erdung sowie Artikel 705 für Energieerzeugungsan­lagen mit Netzanschluss. Für große WEA gibt es noch einige besondere Anforderungen, die nur für diese gelten. Dazu gehören:

Begrenzte Flammenausbreitung ist gefordert für große Polymer­Flächen in Innenräumen, die von Betreibern oder Servicetechnikern betreten werden dürfen oder sollen. Materialien, wie z.B. Gondelwände, die mindes­tens eine ununterbrochene Fläche von mehr als 0.93 m² oder mindestens eine Längenausdehnung von mehr als 1.83 m aufweisen, müssen einen Index für begrenzte Flammenausbreitung von maximal 25 und einen Rauch­entwicklungsindex von 50 aufweisen, entsprechend den Anforderungen der NFPA 90, der Norm für den Einbau von Klima­ und Lüftungsanlagen und des International Mechanical Code.Mittelspannungsanlagen müssen den geltenden Anfor­derungen wie z.B. IEEE C37.20.3, Standard for Metal-Enclosed Interrupter Switchgear, und IEEE C57.12.00, General Requirements for Liquid-Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers entsprechen

Initiativen zur Harmonisierung

Die Herausgabe dieser Normen wird maßgeblich dazu bei­tragen, den sicheren Einsatz von Windenergieanlagen auf dem amerikanischen Markt voranzubringen. Als weltweit tätige Organisation geht es UL jedoch vorrangig darum, die öffentliche Sicherheit weltweit zu fördern und unsere Kun­den in aller Welt beim Absatz ihrer Produkte zu unterstüt­zen. Im Hinblick auf diese Ziele gibt es verschiedene Initiati­ven, die teilweise schon begonnen wurden, teilweise für die Zukunft geplant sind.Als erstes hat UL wichtige Konzepte aus IEC Normen in die nationalen Normen eingebracht oder auf diese verwiesen. Dies geschah in der Absicht, die Lücke zwischen den IEC­Normen und den aktuellen Anforderungen in den gelten­den US-Normen und Vorschriften zu schließen. Zum Beispiel werden sicherheitsrelevante Anforderungen an Steuersys­teme mit den Anforderungen der IEC 61400 koordiniert, und zusätzliche Anforderungen an integrierte Einrichtungen wurde hinzugefügt auf der Grundlage aktueller lokaler Pro­bleme. Dieser Ansatz ermöglicht die Verwendung relevan­ter Vorgehensweisen aus den IEC­Normen und stellt dabei sicher, dass lokalen Interessen in einer ganzheitlichen und umfassenden Weise berücksichtigt werden. Darüber hinaus wirkt UL aktiv in den technischen Komitees des IEC mit, um die Entwicklung optimaler weltweiter An­forderungen an Sicherheit und Leistung zu unterstützen. UL hat sich bereit erklärt, mit dem IEC TC 88 zusammen zu arbeiten, um die Anforderungen für elektrische Sicherheit der IEC 61400 weiter zu entwickeln. Diese Initiative stützt sich auf die Ergebnisse, die in den Normenausschüssen für die UL 6141 und UL 6142 erzielt wurden, mit den entspre­chenden Anpassungen, um dem globalen Geltungsbereich