IEC 61400-2:2006

Wind turbines - Part 2: Design requirements for small wind turbines

Deals with safety aspects, quality assurance, and engineering integrity and specifies requirements for the safety of small wind turbines including design, installation, maintenance and operation under specified external conditions. Provides the appropriate level of protection against damage from hazards from these systems during their planned lifetime.
This publication is of high relevance for Smart Grid.

Aérogénérateurs - Partie 2: Exigences en matière de conception des petits aérogénérateurs

Traite des aspects relatifs à la sécurité, l'assurance de la qualité et l'intégrité de l'ingénierie, et spécifie les exigences relatives à la sécurité des petits aérogénérateurs, comprenant leur conception, leur installation et leur maintenance, ainsi que leur exploitation dans des conditions externes spécifiques. Fixe un niveau approprié de protection contre les risques et dommages que ces systèmes pourraient causer pendant leur durée de vie.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 20-Mar-2006
• ICS: 27.180 - Wind turbine energy systems
• Technical Committee: TC 88 - Wind energy generation systems
• Current Stage: DELPUB - Deleted Publication
• Start Date: 12-Dec-2013
• Completion Date: 26-Oct-2025

Relations

• Revised: IEC 61400-2:2013 - Wind turbines - Part 2: Small wind turbines
• Effective Date: 05-Sep-2023

Overview

IEC 61400-2:2006 - Wind turbines - Part 2: Design requirements for small wind turbines is an international standard published by the IEC that defines safety, quality assurance and engineering integrity requirements for small wind turbines (SWT). The standard covers design, installation, maintenance and operation under specified external conditions and sets the required level of protection against hazards throughout the planned lifetime of an SWT. This second edition (2006) updates simplified design equations, introduces aeroelastic model options and expands testing requirements - making it especially relevant for manufacturers, certifying bodies and Smart Grid integration.

Key topics and technical requirements

The standard addresses a comprehensive set of technical topics that form the basis for safe, reliable small wind turbine design:

• Scope & classes: SWT class definitions and environmental design conditions (wind, turbulence, site factors).
• Structural design: load cases, simplified load models, aeroelastic modelling option, stress calculation, fatigue and limit state analysis.
• Protection systems: functional requirements for protection, emergency and manual shutdown, maintenance shutdown.
• Electrical system: protective devices, disconnects, earthing, lightning protection and electrical loading relevant to grid connection.
• Support structure & foundations: design for dynamic loads, environmental effects and access loads.
• Testing & verification: type testing, mechanical load tests, duration tests, component testing, electrical and environmental testing.
• Quality assurance & documentation: design verification, installation instructions, operation and maintenance documentation.
• Annexes: guidance on type certification, turbulence models (stochastic and deterministic), partial safety factors for materials and simplification procedures.

Practical applications and users

IEC 61400-2 is used by:

• Small wind turbine manufacturers - to design and validate turbines for safety, durability and market acceptance.
• Certification bodies and test labs - for type certification and testing protocols.
• System integrators and Smart Grid engineers - to ensure safe electrical connection, protective devices and compliance with grid-interfacing requirements.
• Installers and maintenance teams - for correct installation, routine inspection and maintenance procedures.
• Project developers and site assessors - to evaluate site-specific wind conditions and turbine class suitability.
• Regulators and policymakers - to reference harmonized technical requirements in procurement and permitting.

Related standards

• Other parts of the IEC 61400 series (utility-scale and component-specific parts) are complementary.
• Type certification guidance referenced in IEC WT01 and IEC 61400-2 Annex A.

IEC 61400-2 is essential reading for anyone involved in the lifecycle of small wind turbines - from design and manufacture to grid integration and operation - and is particularly important for Smart Grid projects that depend on safe, grid-compatible distributed generation.

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL IEC
STANDARD 61400-2
Second edition
2006-03
Wind turbines –
Part 2:
Design requirements for small
wind turbines
This English-language version is derived from the original
bilingual publication by leaving out all French-language
pages. Missing page numbers correspond to the French-
language pages.
Reference number
Publication numbering
As from 1 January 1997 all IEC publications are issued with a designation in the
60000 series. For example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1.
Consolidated editions
The IEC is now publishing consolidated versions of its publications. For example,
edition numbers 1.0, 1.1 and 1.2 refer, respectively, to the base publication, the
base publication incorporating amendment 1 and the base publication incorporating
amendments 1 and 2.
Further information on IEC publications
The technical content of IEC publications is kept under constant review by the IEC,
thus ensuring that the content reflects current technology. Information relating to
this publication, including its validity, is available in the IEC Catalogue of
publications (see below) in addition to new editions, amendments and corrigenda.
Information on the subjects under consideration and work in progress undertaken
by the technical committee which has prepared this publication, as well as the list
of publications issued, is also available from the following:
• IEC Web Site (www.iec.ch)
• Catalogue of IEC publications
The on-line catalogue on the IEC web site (www.iec.ch/searchpub) enables you to
search by a variety of criteria including text searches, technical committees
and date of publication. On-line information is also available on recently issued
publications, withdrawn and replaced publications, as well as corrigenda.
• IEC Just Published
This summary of recently issued publications (www.iec.ch/online_news/ justpub)
is also available by email. Please contact the Customer Service Centre (see
below) for further information.
• Customer Service Centre
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INTERNATIONAL IEC
STANDARD 61400-2
Second edition
2006-03
Wind turbines –
Part 2:
Design requirements for small
wind turbines
 IEC 2006 Copyright - all rights reserved
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Commission Electrotechnique Internationale
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61400-2  IEC:2006 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.9

1 Scope.13
2 Normative references .13
3 Terms and definitions .15
4 Symbols and abbreviated terms.29
4.1 Symbols .29
4.2 Coordinate system .37
5 Principal elements .39
5.1 General .39
5.2 Design methods .39
5.3 Quality assurance .39
6 External conditions .43
6.1 General .43
6.2 SWT classes .43
6.3 Wind conditions.45
6.4 Other environmental conditions .57
6.5 Electrical load conditions.61
7 Structural design .63
7.1 General .63
7.2 Design methodology.63
7.3 Loads and load cases.63
7.4 Simplified load model .67
7.5 Aeroelastic modelling .79
7.6 Load measurements .87
7.7 Stress calculation .87
7.8 Safety factors .89
7.9 Limit state analysis.91
8 Protection and shutdown system .93
8.1 General .93
8.2 Functional requirements of the protection system .93
8.3 Manual shutdown .93
8.4 Shutdown for maintenance .93
9 Testing .95
9.1 General .95
9.2 Tests to verify design data .95
9.3 Mechanical load testing.97
9.4 Duration testing.99
9.5 Mechanical component testing .105
9.6 Safety and function .107
9.7 Environmental testing.109
9.8 Electrical .109

61400-2  IEC:2006 – 5 –
10 Electrical system .109
10.1 General .109
10.2 Protective devices .109
10.3 Disconnect device .109
10.4 Earthing systems.111
10.5 Lightning protection.111
10.6 Electrical conductors and cables .111
10.7 Electrical loads.111
11 Support structure.115
11.1 General .115
11.2 Dynamic requirements.115
11.3 Environmental factors.115
11.4 Earthing .115
11.5 Foundation .115
11.6 Turbine access design loads .115
12 Documentation requirements .115
12.1 General .115
12.2 Installation .117
12.3 Operation .117
12.4 Maintenance and routine inspection .119
13 Wind turbine markings .121

Annex A (informative) Type certification of small wind turbines .123
Annex B (normative) Design parameters for describing SWT class S .129
Annex C (informative) Stochastic turbulence models.131
Annex D (informative) Deterministic turbulence description.135
Annex E (informative) Partial safety factors for materials .139
Annex F (informative) Development of the simple design equations .159

Bibliography.179

Figure 1 – Definition of the system of axes for HAWT .37
Figure 2 – IEC 61400-2 decision path .41
Figure 3 – Characteristic wind turbulence .49
Figure 4 – example of extreme operating gust (N = 1, V = 25 m/s).51
hub
Figure 5 – Example of extreme direction change magnitude (N = 50, D = 5 m, z = 20 m) .53
hub
Figure 6 – Example of extreme direction change (N = 50, V = 25 m/s) .53
hub
Figure 7 – Extreme coherent gust (V = 25 m/s) (ECG).55
hub
Figure 8 – The direction change for ECD .57
Figure 9 – Time development of direction change for V = 25 m/s.57
hub
Figure A.1 – Modules of type certification (per IEC WT01 and IEC 61400-2) .123
Figure A.2 – Elements of design evaluation (recommended per IEC 61400-2).125
Figure A.3 – Elements of type testing (per IEC WT01 and IEC 61400-2) .127

61400-2  IEC:2006 – 7 –
Figure E.1 – Normal and Weibull distribution .141
Figure E.2 – Typical S-N diagram for fatigue of glass fibre composites .145
Figure E.3 – Typical environmental effects on glass fibre composites .145
Figure E.4 – Fatigue strain diagram for large tow unidirectional 0° carbon fibre/vinyl
ester composites, R = 0,1 and 10 .147
Figure E.5 – S-N curves for fatigue of typical metals.147
Figure E.6 – Fatigue life data for jointed softwood .149
Figure E.7 – Typical S-N curve for wood .151
Figure E.8 – Effect of moisture content on compressive strength of lumber parallel to
grain .151
Figure E.9 – Effect of moisture content on wood strength properties .153
Figure E.10 – Effect of grain angle on mechanical property of clear wood according to
Hankinson-type formula .153

Table 1 – Basic parameters for SWT classes .45
Table 2 – Design load cases for the simplified load calculation method.69
Table 3 – Force coefficients, C .79
f
Table 4 – Minimum set of design load cases for aeroelastic models.81
Table 5 – Equivalent stresses .87
Table 6 – Partial safety factors for materials .89
Table 7 – Partial safety factors for loads .91
Table C.1 – Turbulence spectral parameters for Kaimal model.131
Table E.1 – Factors for different survival probabilities and variabilities.141
Table E.2 – Geometric discontinuities .155

61400-2  IEC:2006 – 9 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
WIND TURBINES –
Part 2: Design requirements for small wind turbines

FOREWORD
1) The International Electrotechnical Commission (IEC) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, IEC publishes International Standards, Technical Specifications,
Technical Reports, Publicly Available Specifications (PAS) and Guides (hereafter referred to as “IEC
Publication(s)”). Their preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested
in the subject dealt with may participate in this preparatory work. International, governmental and non-
governmental organizations liaising with the IEC also participate in this preparation. IEC collaborates closely
with the International Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by
agreement between the two organizations.
2) The formal decisions or agreements of IEC on technical matters express, as nearly as possible, an international
consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation from all
interested IEC National Committees.
3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National
Committees in that sense. While all reasonable efforts are made to ensure that the technical content of IEC
Publications is accurate, IEC cannot be held responsible for the way in which they are used or for any
misinterpretation by any end user.
4) In order to promote international uniformity, IEC National Committees undertake to apply IEC Publications
transparently to the maximum extent possible in their national and regional publications. Any divergence
between any IEC Publication and the corresponding national or regional publication shall be clearly indicated in
the latter.
5) IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with an IEC Publication.
6) All users should ensure that they have the latest edition of this publication.
7) No liability shall attach to IEC or its directors, employees, servants or agents including individual experts and
members of its technical committees and IEC National Committees for any personal injury, property damage or
other damage of any nature whatsoever, whether direct or indirect, or for costs (including legal fees) and
expenses arising out of the publication, use of, or reliance upon, this IEC Publication or any other IEC
Publications.
8) Attention is drawn to the Normative references cited in this publication. Use of the referenced publications is
indispensable for the correct application of this publication.
9) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this IEC Publication may be the subject of
patent rights. IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 61400-2 has been prepared by IEC technical committee 88: Wind
turbines.
This second edition cancels and replaces the first edition published in 1996. This edition
constitutes a technical revision. Numerous substantive changes have been made. The most
significant of these are:
– revised simplified equations based upon recent test and research results;
– several parameters in the simplified equations shall now be based upon test results;
– added option for use of aeroelastic models instead of simplified equations;
– expanded testing requirements.

61400-2  IEC:2006 – 11 –
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
88/254/FDIS 88/259/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on
voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 2.
IEC 61400 consists of the following parts, under the general title Wind turbines:
Part 1: Design requirements
Part 2: Design requirements for small wind turbines
Part 3: Design requirements for offshore wind turbines
Part 11: Acoustic noise measurement techniques
Part 12: Wind turbine power performance testing
Part 12-1: Power performance measurements of electricity producing wind turbines
Part 13: Measurement of mechanical loads
Part 14: Declaration of apparent sound power level and tonality values
Part 21: Measurement and assessment of power quality characteristics of grid connected
wind turbines
Part 23: Full-scale structural testing of rotor blades
Part 24: Lightning protection
Part 25-1: Communications for monitoring and control of wind power plants – Overall
description of principles and models
Part 25-2: Communications for monitoring and control of wind power plants – Information
models
Part 25-3: Communications for monitoring and control of wind power plants – Information
exchange models
Part 25-4: Communications for monitoring and control of wind power plants – Mapping to
XML based communication profile
Part 25-5: Communications for monitoring and control of wind power plants – Conformance
testing
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until
the maintenance result date indicated on the IEC web site under "http://webstore.iec.ch" in
the data related to the specific publication. At this date, the publication will be
• reconfirmed,
• withdrawn,
• replaced by a revised edition, or
• amended.
———————
Under consideration.
61400-2  IEC:2006 – 13 –
WIND TURBINES –
Part 2: Design requirements for small wind turbines

1 Scope
This part of IEC 61400 deals with safety philosophy, quality assurance, and engineering
integrity and specifies requirements for the safety of Small Wind Turbines (SWTs) including
design, installation, maintenance and operation under specified external conditions. Its
purpose is to provide the appropriate level of protection against damage from hazards from
these systems during their planned lifetime.
This part of IEC 61400 is concerned with all subsystems of SWT such as protection
mechanisms, internal electrical systems, mechanical systems, support structures, foundations
and the electrical interconnection with the load.
While this part of IEC 61400 is similar to IEC 61400-1, it does simplify and make significant
changes in order to be applicable to small turbines.
This part of IEC 61400 applies to wind turbines with a rotor swept area smaller than 200 m ,
generating at a voltage below 1 000 V a.c. or 1 500 V d.c.
This part of IEC 61400 should be used together with the appropriate IEC and ISO standards
(see Clause 2).
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document.
For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition
of the referenced document (including any amendments) applies.
IEC 60034-1, Rotating electrical machines – Part 1: Rating and performance
IEC 60034-2, Rotating electrical machines – Part 2: Methods for determining losses and
efficiency of rotating electrical machinery from tests (excluding machines for traction vehicles)
IEC 60034-5, Rotating electrical machines – Part 5: Degrees of protection provided by the
integral design of rotating electrical machines (IP code) – Classification
IEC 60034-8, Rotating electrical machines – Part 8: Terminal markings and direction of
rotation
IEC 60038:1983, IEC standard voltages
Amendment 1 (1994)
Amendment 2 (1997)
61400-2  IEC:2006 – 15 –
IEC 60204-1, Safety of machinery – Electrical equipment of machines – Part 1: General
requirements
IEC 60364-5-54, Electrical installations of buildings – Part 5-54: Selection and erection of
electrical equipment – Earthing arrangements, protective conductors and protective bonding
conductors
IEC 60721-2-1, Classification of environmental conditions – Part 2-1: Environmental
conditions appearing in nature – Temperature and humidity
IEC 61400-1, Wind turbines – Part 1: Design requirements
IEC 61400-12-1, Wind turbines – Part 12-1: Power performance measurements of electricity
producing wind turbines
IEC 61400-13, Wind turbine generator systems – Part 13: Measurement of mechanical loads
IEC 61400-23, Wind turbine generator systems – Part 23: Full-scale structural testing of rotor
blades
IEC 61643-1, Low-voltage surge protective devices – Part 1: Surge protective devices
connected to low-voltage power distribution systems – Requirements and tests
ISO/IEC 17025:2005, General requirements for the competence of testing and calibration
laboratories
ISO 2394, General principles on reliability for structures
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
annual average
mean value of a set of measured data of sufficient size and duration to serve as an estimate
of the expected value of the quantity
NOTE The averaging time interval shall be an integer number of years to average out non-stationary effects such
as seasonality.
3.2
annual average wind speed
wind speed averaged according to the definition of annual average
3.3
auto-reclosing cycles
event with a time period, varying from approximately 0,01 s to a few seconds, during which a
breaker released after a grid fault is automatically reclosed and the line is reconnected to the
network
3.4
brake (for wind turbines)
device capable of reducing the rotor speed or stopping rotation

61400-2  IEC:2006 – 17 –
3.5
catastrophic failure (for wind turbines)
disintegration or collapse of a component or structure, that results in loss of vital function
which impairs safety
3.6
characteristic value (of a material property)
value having a prescribed probability of not being attained in a hypothetical unlimited test
series
3.7
control system (for wind turbines)
sub-system that receives information about the condition of the wind turbine and/or its
environment and adjusts the turbine in order to maintain it within its operating limits
3.8
cut-in wind speed
V
in
lowest mean wind speed at hub height at which the wind turbine produces power
3.9
cut-out wind speed
V
out
highest mean wind speed at hub height at which the wind turbine is designed to produce
power
3.10
design limits
maximum or minimum values used in a design
3.11
design situation
possible mode of wind turbine operation, for example power production, parking, etc.
3.12
design wind speed
wind speed used as input for the simple design equations (equal to 1,4 V )
ave
3.13
downwind
in the main wind direction
3.14
emergency shutdown (for wind turbines)
rapid shutdown of the wind turbine triggered by a protection system or by manual intervention
3.15
environmental conditions
characteristics of the environment (altitude, temperature, humidity, etc.) which may affect the
turbine system behaviour
61400-2  IEC:2006 – 19 –
3.16
external conditions (for wind turbines)
factors affecting the operation of a wind turbine including the wind regime, other climatic
factors (snow, ice, etc.), earthquake and power network conditions
3.17
extreme wind speed
highest average wind speed, averaged over t seconds, that is likely to be experienced within a
specified time period (recurrence period) of T years
NOTE Recurrence periods of T = 50 years and T = 1 year and averaging time interval of t = 3 s and t = 10 min are
used in a number of standards. In popular language, the less precise term "survival wind speed" is often used. In
practice, however, the wind turbine generator system is designed using the extreme wind speed for design load
cases.
3.18
fail-safe
design property of an item which prevents its failures from resulting in critical faults
3.19
furling
a passive overspeed control mechanism by means of reducing the projected swept area
3.20
gust
sudden and brief increase of the wind speed over its mean value.
NOTE A gust can be characterized by its rise-time, its amplitude and its duration.
3.21
horizontal axis wind turbine
wind turbine whose rotor axis is substantially parallel to the wind flow
3.22
hub (for wind turbines)
fixture for attaching the blades or blade assembly to the rotor shaft
3.23
hub height (for wind turbines)
height of the centre of the wind turbine rotor above the terrain surface. For a vertical axis wind
turbine, the hub height is the height of the equator plane
3.24
idling (for wind turbines)
condition of a wind turbine that is rotating slowly and not producing power
3.25
limit state
state of a structure and the loads acting upon it beyond which the structure no longer satisfies
the design requirement
[ISO 2394, 2.2.9, modified]
NOTE The purpose of design calculations (i.e. the design requirement for the limit state) is to keep the probability
of a limit state being reached below a certain value prescribed for the type of structure in question (ISO 2394).

61400-2  IEC:2006 – 21 –
3.26
load case
combination of a design situation and an external condition which results in structural loading
3.27
logarithmic wind shear law
a mathematical law which expresses wind speed variations as a logarithmic function of height
above ground
3.28
mean wind speed
statistical mean of the instantaneous value of the wind speed averaged over a given time
period which can vary from a few seconds to many years
3.29
nacelle
housing which contains the drive-train and other elements on top of a horizontal axis wind
turbine tower
3.30
normal shutdown (for wind turbines)
shutdown in which all stages are under the control of the control system
3.31
operating limits
set of conditions defined by the SWT designer that govern the activation of the control and
protection system
3.32
parked wind turbine
depending on the construction of the wind turbine, parked refers to the turbine being either in
a stand-still or an idling condition
3.33
parking
situation to which a wind turbine returns after a normal shutdown
3.34
power law for wind shear
a mathematical law which expresses wind speed variations as a power law function of height
above ground
3.35
power output
power delivered by a device in a specific form and for a specific purpose
NOTE For wind turbines, this is the electric power delivered by a wind turbine.
3.36
protection system (wind turbine)
system which ensures that a wind turbine generator system remains within the design limits

61400-2  IEC:2006 – 23 –
3.37
Rayleigh distribution
a probability distribution function often used for wind speeds. The distribution depends on one
adjustable parameter – the scale parameter, which controls the average wind speed
NOTE The Rayleigh distribution is identical to a Weibull distribution (see 3.55) with shape parameter 2.
3.38
reference wind speed
V
ref
basic parameter for wind speed used for defining SWT classes. Other design related climatic
parameters are derived from the reference wind speed and other basic SWT class parameters
NOTE A turbine designed for a SWT class with a reference wind speed, V , is designed to withstand climates for
ref
which the extreme 10 min average wind speed with a recurrence period of 50 years at turbine hub height is lower
than or equal to V (see 3.17).
ref
3.39
resonance
phenomenon appearing in an oscillating system, in which the period of a forced oscillation is
very close to that of free oscillation
3.40
rotor speed (for wind turbines)
rotational speed of a wind turbine rotor about its axis
3.41
roughness length
extrapolated height at which the mean wind speed becomes zero if the vertical wind profile is
assumed to have a logarithmic variation with height
3.42
safe life
prescribed service life with a declared probability of catastrophic failure
3.43
scheduled maintenance
preventive maintenance carried out in accordance with an established time schedule
3.44
shutdown (for wind turbines)
transitional state of a wind turbine between power production and standstill or idling
3.45
standstill
condition of a wind turbine generator system that is stopped
3.46
support structure (for wind turbines)
part of a wind turbine comprising the tower and foundation
3.47
survival wind speed (deprecated)
a popular name for the maximum wind speed that a construction is designed to withstand
NOTE This term is not used in the IEC 61400 series; the design conditions instead refer to extreme wind speed
(see 3.17).
61400-2  IEC:2006 – 25 –
3.48
Small Wind Turbine
SWT
a system of 200 m rotor swept area or less that converts kinetic energy in the wind into
electrical energy
3.49
swept area
projected area perpendicular to the wind direction that a rotor will describe during one
complete rotation
3.50
turbulence intensity
ratio of the wind speed standard deviation to the mean wind speed, determined from the same
set of measured data samples of wind speed, and taken over a specified period of time
3.51
ultimate limit state
limit states which generally correspond to maximum load carrying capacity
3.52
unscheduled maintenance
maintenance carried out, not in accordance with an established time schedule, but after
reception of an indication regarding the state of an item
3.53
upwind
in the direction opposite to the main wind direction
3.54
vertical axis wind turbine
wind turbine whose rotor axis is vertical
3.55
Weibull distribution
probability distribution function often used for wind speeds. This distribution function depends
on two parameters, the shape parameter, which controls the width of the distribution and the
scale parameter, which in turn controls the average wind speed
NOTE See 3.60, wind speed distribution.
3.56
wind profile – wind shear law
mathematical expression for assumed wind speed variation with height above ground
NOTE Commonly used profiles are the logarithmic profile (equation 1) or the power law profile (equation 2).
ln(z/ )
z
V(z) = V( ) (1)
z
r
ln( / )
z z
r 0
z
α
V(z) = V( )( ) (2)
z
r
z
r
61400-2  IEC:2006 – 27 –
where
V(z) is the wind speed at height z;
z is the height above ground;
z is a reference height above ground used for fitting the profile;
r
z is the roughness length;
o
α is the wind shear (or power law) exponent.
3.57
wind shear
variation of wind speed across a plane perpendicular to the wind direction
3.58
wind shear exponent
also commonly known as power law exponent (see 3.56, wind profile – wind shear law)
3.59
wind speed
at a specified point in space, the wind speed is the speed of motion of a minute amount of air
surrounding the specified point
NOTE The wind speed is also the magnitude of the local wind velocity (vector) (see 3.61).
3.60
wind speed distribution
probability distribution function, used to describe the distribution of wind speeds over an
extended period of time
NOTE Often used distribution functions are the Rayleigh, P (V ), and the Weibull, P (V ), functions.
R o W o
P{}V < V = 1− exp[− π(V / 2V ) ]
R 0 0 ave
(3)
k
P{}V < V = 1− exp[]− (V / C)
W 0 0
 
C Γ(1+ )
 
avec  = k (4)
V
ave  
 
C π /2, if k = 2
 
where
P(V ) is the cumulative probability function, i.e. the probability that V < V ;
V is the wind speed (limit);
V is the average value of V;
ave
C is the scale parameter of the Weibull function;
k is the shape parameter of the Weibull function;
Γ is the gamma function.
Both C and k can be evaluated from real data. The Rayleigh function is identical to the Weibull function if k = 2 is
chosen and C and Vave satisfy the condition stated in equation (4) for k = 2.
The distribution functions express the cumulative probability that the wind speed is lower than V . Thus (P(V ) –
P(V )), if evaluated between the specified limits V and V , will indicate the fraction of time that the wind speed is
2 1 2
within these limits. Differentiating the distribution functions yields the corresponding probability density functions.

61400-2  IEC:2006 – 29 –
3.61
wind velocity
vector pointing in the direction of motion of a minute amount of air surrounding the point of
consideration, the magnitude of the vector being equal to the speed of motion of this air
"parcel" (i.e. the local wind speed)
NOTE The vector at any point is thus the time derivative of the position vector of the air "parcel" moving through
the point.
3.62
yawing
rotation of the rotor axis about a vertical axis (for horizontal axis wind turbines only)
3.63
yaw rate
the time rate of change of yaw angle, the rate of yawing
3.64
yaw misalignment
horizontal deviation of the wind turbine rotor axis from the wind direction
4 Symbols and abbreviated terms
4.1 Symbols
A cross section area [m ]
A the component area projected on to a plane perpendicular or
proj
parallel to the wind direction [m ]
a slope parameter for turbulence standard deviation model [-]
B number of blades [-]
C scale parameter of the Weibull distribution function [m/s]
C drag coefficient [-]
d
C force coefficient [-]
f
C lift coefficient [-]
l
C thrust coefficient [-]
T
Coh coherency function [-]
D rotor diameter [m]
distance from the centre of gravity of the rotor to the rotation axis [m]
e
r
F force [N]
F force on the blade at the blade root in the spanwise direction [N]
zB
F axial shaft load [N]
x-shaft
–1
f frequency [s ]
f characteristic value for material strength [-]
k
G ratio between rated torque and short circuit torque for a generator [-]
g acceleration due to gravity: 9,81 [m/s ]

61400-2  IEC:2006 – 31 –
I mass moment of inertia of the blade about the blade root flap axis [kgm ]
B
I characteristic value of hub-height turbulence intensity at a
10 min average wind speed of 15 m/s [-]
K modified Bessel function [-]
k shape parameter of the Weibull distribution function [-]
L isotropic turbulence integral scale parameter [m]
L distance between the lifting point and the top of the tower [m]
lt
L distance between the rotor centre and the yaw axis [m]
rt
L distance between rotor centre and first bearing [m]
rb
L coherency scale parameter [m]
c
L velocity component integral scale parameter [m]
k
, M blade root bending moments [Nm]
M
xB yB
M torque on the low speed shaft caused by the brake [Nm]
brake
M torsion moment on the rotor shaft at the first bearing [Nm]
x-shaft
M combined bending moment for the shaft at the first bearing (nearest to rotor) [Nm]
shaft
M the bending moment in the tower at the lifting point attachment [Nm]
tower
m blade mass [kg]
B
m the mass of the tower between the lifting point and the top of the tower [kg]
overhang
m rotor mass being the mass of the blades plus the mass of the hub [kg]
r
m the mass of the nacelle and rotor combined [kg]
towertop
N(.) is the number of cycles to failure as a function of the stress (or strain)
indicated by the argument (i.e. the characteristic S-N curve) [-]
N recurrence period for extreme situations [yr]
n rotor speed [r.p.m.]
n counted number of fatigue cycles in load bin i [-]
i
O operational time fraction [%]
P electrical power [W]
P (V ) Rayleigh cumulative probability distribution, i.e. the probability that V 0 0
R
P (V ) Weibull cumulative probability distribution [-]
W
p survival probability [-]
Q rotor torque [Nm]
R radius of the rotor [m]
R radial distance between the centre of gravity of a blade and the rotor centre [m]
cog
r magnitude of separation vector projection [m]
S (f) power spectral density function [m /s]
S single sided velocity component spectrum [m /s]
k
s the stress (or strain) level associated with the counted number of cycles
i
in bin i [-]
61400-2  IEC:2006 – 33 –
T gust characteristic time [s]
t time [s]
T design life [s]
d
T excluded time [h]
E
T time during which the turbine was not operational [h]
N
T total time elapsed in the duration test [h]
T
T unknown time [h]
U
V wind speed [m/s]
V(z) wind speed at height z [m/s]
V annual average wind speed at hub height [m/s]
ave
V extreme coherent gust magnitude over the whole rotor swept area [m/s]
cg
design wind speed [m/s]
V
design
V expected extreme wind speed (averaged over 3 s),
eN
with a recurrence time interval of N years. V and V for
e1 e50
1 year and 50 years, respectively [m/s]
V largest gust magnitude with an expected recurrence period of N years. [m/s]
gustN
V wind speed at hub height averaged over 10 min [m/s]
hub
V cut-in wind speed [m/s]
in
V the maximum wind speed at which the manufacturer allows a normal
max,shutdown
shutdown [m/s]
V limit wind speed in wind speed distribution model [m/s]
V cut-out wind speed [m/s]
out
V reference wind speed averaged over 10 min [m/s]
ref
V speed of the blade tip [m/s]
tip
V(z, t,) longitudinal wind velocity component to describe transient variation
for extreme gust and shear conditions [m/s]
W section modulus used in stress calculations [m ]

x, y, z co-ordinate system used for the wind field description; along wind
(longitudinal), across wind (lateral) and height respectively [m]
z hub height of the wind turbine [m]
hub
z reference height above ground [m]
r
z roughness length for the logarithmic wind profile [m]
α wind shear power law exponent [-]
β parameter for extreme direction change model and extreme operating
gust model [-]
Γ gamma function [-]
γ partial safety factor for loads [-]
f
γ partial safety factor for materials [-]
m
Δ range [-]
θ(t) wind direction change transient [°]

61400-2  IEC:2006 – 35 –
θ angle of maximum deviation from the direction of the average wind speed
cg
under gust conditions [°]
θ extreme direction change with a recurrence period of N years [°]
eN
η efficiency of the components between the electric output and the rotor
(typically generator, gearbox and conversion system) [-]
Λ turbulence scale parameter defined as the wave length where the
non-dimensional, longitudinal power spectral density, fS (f)/σ ,
1 1
is equal to 0,05 [m]
λ tip speed ratio [-]
ρ air density, here assumed 1,225 [kg/m ]
σ hub-height longitudinal wind velocity standard deviation [m/s]
σ hub-height vertical wind velocity standard deviation [m/s]
σ hub-height lateral wind velocity standard deviation [m/s]
σ design stress [MPa]
d
th
σ k hub-height component wind velocity standard deviation (k = 1, 2, or 3) [m/s]
k
ω rotational speed of the rotor [rad/s]
n
ω yaw rate [rad/s]
yaw
Subscripts:
ave average
B blade
design input parameter for the simplified design equations
e50 once per 50 year extreme (averaged over 3 s)
hub hub
max maximum
r rotor
shaft shaft
x in the x-direction
y in the y-direction
z in the z-direction
Abbreviations:
a.c. Alternating Current
d.c. Direct Current
DLC Design Load Case
ECD Extreme Coherent gust with Direction change
ECG Extreme Coherent Gust
EDC Extreme wind Direction Change
EMC Electromagnetic Compatibility
EOG Extreme Operating Gust
EWM Extreme Wind speed Model
F Fatigue
GFCI Ground Fault Circuit Interrupter

61400-2  IEC:2006 – 37 –
HAWT Horizontal Axis Wind Turbine
NWP Normal Wind Profile model
NTM Normal Turbulence Model
S Special IEC wind turbine class
SWT Small Wind Turbine
U Ultimate
4.2 Coordinate system
To define the directions of the loads, the system of axes shown in Figure 1 is used.

z
blade
y
blade
x
blade
z
shaft
y
shaft
x
shaft
z
y x
IEC  436/06
Tower
x is positive in the downwind direction, z is pointing up, y completes right hand coordinate system.
The tower system is fixed.
Shaft
x-shaft is such that a positive moment about the x ax
...

NORME CEI
INTERNATIONALE 61400-2
Deuxième édition
2006-03
Aérogénérateurs –
Partie 2:
Exigences en matière de conception
des petits aérogénérateurs
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CEI 61400-2:2006(F)
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Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI sont numérotées à partir de
60000. Ainsi, la CEI 34-1 devient la CEI 60034-1.
Editions consolidées
Les versions consolidées de certaines publications de la CEI incorporant les
amendements sont disponibles. Par exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2
indiquent respectivement la publication de base, la publication de base incorporant
l’amendement 1, et la publication de base incorporant les amendements 1 et 2
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afin qu'il reflète l'état actuel de la technique. Des renseignements relatifs à cette
publication, y compris sa validité, sont disponibles dans le Catalogue des
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ments et corrigenda. Des informations sur les sujets à l’étude et l’avancement des
travaux entrepris par le comité d’études qui a élaboré cette publication, ainsi que la
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NORME CEI
INTERNATIONALE 61400-2
Deuxième édition
2006-03
Aérogénérateurs –
Partie 2:
Exigences en matière de conception
des petits aérogénérateurs
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– 2 – 61400-2  CEI:2006
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS.8

1 Domaine d'application .12
2 Références normatives.12
3 Termes et définitions .14
4 Symboles et abréviations.28
4.1 Symboles .28
4.2 Système de coordonnées .36
5 Eléments principaux .38
5.1 Généralités.38
5.2 Méthodes de conception.38
5.3 Assurance qualité.38
6 Conditions externes.42
6.1 Généralités.42
6.2 Classes de PAG .42
6.3 Conditions de vent .44
6.4 Autres conditions environnementales .56
6.5 Conditions de charge électrique .60
7 Conception de la structure.62
7.1 Généralités.62
7.2 Méthodologie de conception .62
7.3 Charges et hypothèses de charge .62
7.4 Modèle de charge simplifiée .66
7.5 Modélisation aéroélastique.78
7.6 Mesures de charge.86
7.7 Calcul des contraintes .86
7.8 Facteurs de sécurité.88
7.9 Analyse d’état limite .90
8 Système de protection et d’arrêt .92
8.1 Généralités.92
8.2 Exigences de fonctionnement du système de protection .92
8.3 Arrêt manuel .92
8.4 Arrêt pour maintenance .92
9 Essais .94
9.1 Généralités.94
9.2 Essais destinés à vérifier les données de conception .94
9.3 Essais de charges mécaniques .96
9.4 Essai de durée .98
9.5 Essai mécanique des composants.104
9.6 Sécurité et fonctionnement.106
9.7 Essai environnemental .108
9.8 Electrique.108

– 4 – 61400-2  CEI:2006
10 Système électrique.108
10.1 Généralités.108
10.2 Dispositifs de protection .108
10.3 Dispositif de déconnexion.108
10.4 Systèmes de mise à la terre .110
10.5 Protection parafoudre.110
10.6 Conducteurs et câbles électriques.110
10.7 Charges électriques .110
11 Structure de support.114
11.1 Généralités.114
11.2 Exigences dynamiques.114
11.3 Facteurs environnementaux .114
11.4 Mise à la terre .114
11.5 Fondations .114
11.6 Charges de calcul au niveau de l’accès à la turbine .114
12 Exigences en matière de documentation.114
12.1 Généralités.114
12.2 Installation .116
12.3 Fonctionnement.116
12.4 Maintenance et contrôles de routine .118
13 Marquage des éoliennes.120

Annexe A (informative) Certification de type des petits aérogénérateurs.122
Annexe B (normative) Paramètres de conception destinés à décrire la classe S de PAG .128
Annexe C (informative) Modèles stochastiques de turbulence.130
Annexe D (informative) Description déterministe de la turbulence.134
Annexe E (informative) Facteurs de sécurité partielle des matériaux.138
Annexe F (informative) Elaboration des équations de conception simples.158

Bibliographie.178

Figure 1 – Définition des systèmes d'axes pour EAH .36
Figure 2 – Arbre décisionnel de la CEI 61400-2 .40
Figure 3 – Turbulence caractéristique du vent.48
Figure 4 – Exemple de rafale extrême en fonctionnement (N = 1, V = 25 m/s).50
hub
Figure 5 – Exemple d'amplitude de changement de direction extrême (N = 50, D = 5 m,
z = 20 m).52
hub
Figure 6 – Exemple de changement de direction extrême (N = 50, V = 25 m/s) .52
hub
Figure 7 – Rafale extrême cohérente (V = 25 m/s) (ECG).54
hub
Figure 8 – Changement de direction pour ECD .56
Figure 9 – Déroulement temporel de la modification de direction pour V = 25 m/s .56
hub
Figure A.1 – Modules de la certification de type (selon CEI WT01 et CEI 61400-2) .122
Figure A.2 – Eléments de l’évaluation de la conception (recommandé par la
CEI 61400-2) .124
Figure A.3 – Eléments de l’essai de type (selon CEI WT01 et CEI 61400-2) .126

– 6 – 61400-2  CEI:2006
Figure E.1 – Distribution normale et distribution de Weibull .140
Figure E.2 – Diagramme S-N classique de la fatigue des composites en fibres de verre .144
Figure E.3 – Effets classiques de l’environnement sur des composites en fibres de
verre.144
Figure E.4 – Diagramme de fatigue et de la déformation pour des composites de fibres
de carbone /ester vinylique à fibres larges unidirectionnelles à 0°, R = 0,1 et 10 .146
Figure E.5 – Courbes S-N relatives à la fatigue des métaux habituels.146
Figure E.6 – Données de durée de résistance à la fatigue pour bois tendres .148
Figure E.7 – Courbe S-N classique pour le bois .150
Figure E.8 – Effet de l’hygrométrie sur la résistance à la compression de pièces de
bois parallèlement au grain .150
Figure E.9 – Effet de l’hygrométrie sur les propriétés de résistance du bois .152
Figure E.10 – Effet de l’angle du grain sur la propriété mécanique du bois clair selon
une formule de type Hankinson .152

Tableau 1 – Paramètres de base pour classes de PAG.44
Tableau 2 – Hypothèses de charges de calcul pour la méthode simplifiée de calcul
des charges .68
Tableau 3 – Coefficients de force, C .78
f
Tableau 4 – Ensemble minimum des hypothèses de charge de calcul pour les
modèles aéroélastiques .80
Tableau 5 – Contraintes équivalentes .86
Tableau 6 – Facteurs de sécurité partielle pour les matériaux.88
Tableau 7 – Facteurs de sécurité partielle des charges.90
Tableau C.1 – Paramètres du spectre de la turbulence pour le modèle de Kaimal.130
Tableau E.1 – Facteurs des différentes probabilités de survie et variabilités .140
Tableau E.2 – Discontinuités géométriques .154

– 8 – 61400-2  CEI:2006
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
AÉROGÉNÉRATEURS –
Partie 2: Exigences en matière de conception
des petits aérogénérateurs
AVANT-PROPOS
1) La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est une organisation mondiale de normalisation
composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a
pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les
domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI – entre autres activités – publie des Normes
internationales, des Spécifications techniques, des Rapports techniques, des Spécifications accessibles au
public (PAS) et des Guides (ci-après dénommés "Publication(s) de la CEI"). Leur élaboration est confiée à des
comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le sujet traité peut participer. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent
également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO),
selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux de la CEI
intéressés sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les Publications de la CEI se présentent sous la forme de recommandations internationales et sont agréées
comme telles par les Comités nationaux de la CEI. Tous les efforts raisonnables sont entrepris afin que la CEI
s'assure de l'exactitude du contenu technique de ses publications; la CEI ne peut pas être tenue responsable
de l'éventuelle mauvaise utilisation ou interprétation qui en est faite par un quelconque utilisateur final.
4) Dans le but d'encourager l'uniformité internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent, dans toute la
mesure possible, à appliquer de façon transparente les Publications de la CEI dans leurs publications
nationales et régionales. Toutes divergences entre toutes Publications de la CEI et toutes publications
nationales ou régionales correspondantes doivent être indiquées en termes clairs dans ces dernières.
5) La CEI n’a prévu aucune procédure de marquage valant indication d’approbation et n'engage pas sa
responsabilité pour les équipements déclarés conformes à une de ses Publications.
6) Tous les utilisateurs doivent s'assurer qu'ils sont en possession de la dernière édition de cette publication.
7) Aucune responsabilité ne doit être imputée à la CEI, à ses administrateurs, employés, auxiliaires ou
mandataires, y compris ses experts particuliers et les membres de ses comités d'études et des Comités
nationaux de la CEI, pour tout préjudice causé en cas de dommages corporels et matériels, ou de tout autre
dommage de quelque nature que ce soit, directe ou indirecte, ou pour supporter les coûts (y compris les frais
de justice) et les dépenses découlant de la publication ou de l'utilisation de cette Publication de la CEI ou de
toute autre Publication de la CEI, ou au crédit qui lui est accordé.
8) L'attention est attirée sur les références normatives citées dans cette publication. L'utilisation de publications
référencées est obligatoire pour une application correcte de la présente publication.
9) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Publication de la CEI peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 61400-2 a été établie par le comité d'études 88 de la CEI:
Eoliennes.
Cette seconde édition annule et remplace la première édition publiée en 1996. Cette édition
constitue une révision technique. De nombreux changements substantiels ont été réalisés.
Les changements les plus importants sont:
– des équations simplifiées et révisées en fonction des derniers résultats d’essai et de
recherche;
– plusieurs paramètres dans les équations simplifiées doivent reposer sur des résultats
d’essai;
– ajout d’option pour l’utilisation de modèles aéroélastiques au lieu d’équations simplifiées;
– augmentation des exigences d’essai.

– 10 – 61400-2  CEI:2006
Le texte de la présente norme repose sur les documents suivants:
FDIS Rapport de vote
88/254/FDIS 88/259/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette norme.
La présente publication a été rédigée en fonction des Directives ISO/CEI, Partie 2.
La CEI 61400 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Aéro-
générateurs:
Partie 1: Design requirements (disponible en anglais seulement)
Partie 2: Exigences en matière de conception des petits aérogénérateurs
Partie 3: Design requirements for offshore wind turbines (disponible en anglais

seulement)
Partie 11: Techniques de mesure du bruit acoustique
Partie 12: Wind turbine power performance testing (disponible en anglais seulement)
Partie 12-1: Power performance measurements of electricity producing wind turbines
(disponible en anglais seulement)
Partie 13: Mesure des charges mécaniques
Partie 14: Declaration of apparent sound power level and tonality values (disponible en
anglais seulement)
Partie 21: Mesurage et évaluation des caractéristiques de qualité de puissance des
éoliennes connectées au réseau
Partie 23: Essais en vraie grandeur des structures des pales
Partie 24: Lightning protection (disponible en anglais seulement)
Partie 25-1: Communications for monitoring and control of wind power plants – Overall
description of principles and models (disponible en anglais seulement)
Partie 25-2: Communications for monitoring and control of wind power plants – Information
models (disponible en anglais seulement)
Partie 25-3: Communications for monitoring and control of wind power plants – Information
exchange models (disponible en anglais seulement)
Partie 25-4: Communications for monitoring and control of wind power plants – Mapping to
XML based communication profile (disponible en anglais seulement)
Partie 25-5: Communications for monitoring and control of wind power plants – Conformance
testing (disponible en anglais seulement)
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant la date de
maintenance indiquée sur le site web de la CEI sous «http://webstore.iec.ch» dans les
données relatives à la publication recherchée. A cette date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
———————
A l’étude.
– 12 – 61400-2  CEI:2006
AÉROGÉNÉRATEURS –
Partie 2: Exigences en matière de conception
des petits aérogénérateurs
1 Domaine d'application
La présente partie de la CEI 61400 traite de la philosophie relative à la sécurité, l'assurance
de la qualité et l'intégrité de l'ingénierie, et elle spécifie les exigences relatives à la sécurité
des petits aérogénérateurs (PAG), comprenant leur conception, leur installation et leur
maintenance, ainsi que leur exploitation dans des conditions externes spécifiques. Le but de
cette norme est de fixer un niveau approprié de protection contre les risques et dommages
que ces systèmes pourraient causer pendant leur durée de vie.
La présente partie de la CEI 61400 se préoccupe de tous les sous-systèmes des PAG tels
que les mécanismes de contrôle et de protection, les systèmes électriques internes, les
systèmes mécaniques, les structures de support, les fondations et l'interconnexion électrique
avec la charge.
Bien que la présente partie de la CEI 61400 soit similaire à la CEI 61400-1, elle simplifie et
apporte des changements significatifs afin d’être applicable aux petites turbines.
La présente partie de la CEI 61400 s’applique aux éoliennes ayant une surface balayée
inférieure à 200 m et fonctionnant à une tension en dessous de 1 000 V c.a. ou 1 500 V c.c.
Il convient d'utiliser cette partie de la CEI 61400 avec les normes CEI et ISO appropriées (voir
Article 2).
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent
document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références
non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
CEI 60034-1, Machines électriques tournantes – Partie 1: Caractéristiques assignées et
caractéristiques de fonctionnement
CEI 60034-2, Machines électriques tournantes – Deuxième partie: Méthodes pour la
détermination des pertes et du rendement des machines électriques tournantes à partir
d'essais (à l'exclusion des machines pour véhicules de traction)
CEI 60034-5, Machines électriques tournantes – Partie 5: Degrés de protection procurés par
la conception intégrale des machines électriques tournantes (code IP) – Classification
CEI 60034-8, Machines électriques tournantes – Partie 8: Marques d'extrémité et sens de
rotation
CEI 60038:1983, Tensions normales de la CEI
Amendement 1 (1994)
Amendement 2 (1997)
– 14 – 61400-2  CEI:2006
CEI 60204-1, Sécurité des machines – Equipement électrique des machines – Partie 1:
Règles générales
CEI 60364-5-54, Installations électriques des bâtiments – Partie 5-54: Choix et mise en
oeuvre des matériels électriques – Mises à la terre, conducteurs de protection et conducteurs
d'équipotentialité de protection
CEI 60721-2-1, Classification des conditions d'environnement – Partie 2-1: Conditions
d'environnement présentes dans la nature – Température et humidité
CEI 61400-1, Wind turbines – Design requirements (disponible en anglais seulement)
CEI 61400-12-1, Wind turbines – Part 12-1: Power performance measurements of electricity
producing wind turbines (disponible en anlais seulement)
CEI 61400-13, Aérogénérateurs – Partie 13: Mesure des charges mécaniques
CEI 61400-23, Aérogénérateurs – Partie 23: Essais en vraie grandeur des structures des
pales
CEI 61643-1, Parafoudres basse tension – Partie 1: Parafoudres connectés aux réseaux de
distribution basse tension – Exigences et essais
ISO/CEI 17025:2005, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires
d'étalonnages et d'essais
ISO 2394, Principes généraux de la fiabilité des constructions (disponible en anglais
seulement)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
moyenne annuelle
valeur moyenne d’un ensemble de données mesurées de taille et de durée suffisante destinée
à l’estimation de la valeur attendue de la quantité
NOTE L’intervalle de temps moyen doit être un nombre entier d’années qui représente la moyenne des effets non
permanents tels que la saisonnalité.
3.2
vitesse moyenne annuelle du vent
vitesse du vent établie selon une moyenne conformément à la définition de la moyenne
annuelle
3.3
cycles de refermeture automatique
événement dont la période de temps varie d’approximativement 0,01 s à quelques secondes,
pendant lesquelles un disjoncteur déclenché après un défaut sur le réseau est
automatiquement refermé et la ligne électrique est reconnectée au réseau
3.4
frein (pour éoliennes)
dispositif capable de réduire la vitesse du rotor ou d’arrêter la rotation

– 16 – 61400-2  CEI:2006
3.5
défaillance catastrophique (pour éoliennes)
désintégration ou effondrement d’un composant ou d’une structure, ce qui entraîne une perte
de la fonction vitale et affecte par voie de conséquence la sécurité
3.6
valeur caractéristique (de la propriété d’un matériau)
valeur ayant une probabilité prescrite de ne pouvoir être atteinte dans une série d’essais
hypothétique et non limitée
3.7
système de commande (pour éoliennes)
sous-système recevant les informations relatives à l’état de l’éolienne et/ou son environ-
nement et règlant l’éolienne afin de la maintenir dans ses limites de fonctionnement
3.8
vitesse de démarrage
V
in
vitesse moyenne du vent la plus basse à hauteur du moyeu à laquelle l’éolienne commence à
produire de l’énergie
3.9
vitesse de coupure
V
out
vitesse moyenne du vent la plus élevée à hauteur du moyeu à laquelle l’éolienne est destinée
à produire de l’énergie
3.10
limites de conception
valeurs maximales ou minimales utilisées dans une conception
3.11
situation de projet
mode possible de fonctionnement du petit aérogénérateur (PAG) (par exemple, production
d'énergie, immobilisé, etc.)
3.12
vitesse du vent de conception
vitesse du vent employée comme entrée pour les équations de conception simples (égale à
1,4 V )
ave
3.13
sous le vent
dans le sens du vent principal
3.14
arrêt d’urgence (pour éoliennes)
arrêt rapide de l’éolienne déclenché par un système de protection ou une intervention
manuelle
3.15
conditions environnementales
caractéristiques de l’environnement (altitude, température, humidité, etc.) qui peuvent affecter
le comportement de l’aérogénérateur

– 18 – 61400-2  CEI:2006
3.16
conditions externes (pour éoliennes)
facteurs affectant le fonctionnement d’une éolienne, dont le régime du vent, d’autres facteurs
climatiques (neige, glace, etc.), les conditions sismiques et l’état du réseau électrique
3.17
vitesse extrême du vent
vitesse moyenne du vent la plus élevée, établie selon la moyenne de t en secondes,
susceptible d’être observée sur une période de temps définie de T années (période de
récurrence)
NOTE Les périodes de récurrence de T = 50 ans et T = 1 an et l’intervalle de temps moyen de t = 3 s et t = 10 min
sont employés dans de nombreuses normes. Dans le langage courant, le terme moins précis "vitesse du vent de
survie" est souvent utilisé. Dans la pratique, cependant, l’aérogénérateur est conçu en fonction de la vitesse de
vent extrême pour les hypothèses de charge conceptuelle.
3.18
sécurité intégrée
propriété de la conception d’un élément empêchant ses défaillances de se transformer en
pannes critiques
3.19
effacement du rotor
mécanisme de contrôle passif de survitesse réduisant la projection de la surface balayée
3.20
rafale
augmentation soudaine et brève de la vitesse du vent au-delà de sa valeur moyenne.
NOTE Une rafale peut être caractérisée par son temps de montée, son amplitude et sa durée.
3.21
éolienne à axe horizontal
éolienne dont l’axe du rotor est en grande partie parallèle au flux du vent
3.22
moyeu (pour éoliennes)
dispositif de fixation permettant de fixer les pales ou l’assemblage des pales à l’arbre rotor
3.23
hauteur de moyeu (pour éoliennes)
hauteur du centre du rotor de l’éolienne par rapport au sol. Pour les éoliennes à axe vertical,
la hauteur du moyeu est la hauteur du plan équatorial
3.24
ralenti (pour éoliennes)
état d’une éolienne qui tourne lentement et qui ne produit pas de courant électrique
3.25
état limite
état d’une structure et des charges agissant sur celle-ci, au-delà desquelles la structure ne
satisfait plus aux exigences relatives à la conception
[ISO 2394, 2.2.9, modifiée]
NOTE L’objet de calculs de conception (par exemple l’exigence relative à la conception destinée à l’état limite)
est de maintenir la probabilité qu’un état limite soit atteint en dessous d’une certaine valeur prescrite pour le type
de construction en question (ISO 2394).

– 20 – 61400-2  CEI:2006
3.26
hypothèse de charge
combinaison d'une situation de projet avec une condition externe qui résulte en un
chargement de la structure
3.27
loi logarithmique du cisaillement du vent
loi mathématique qui exprime les variations de la vitesse du vent comme une fonction
logarithmique de la hauteur par rapport au sol
3.28
vitesse moyenne du vent
moyenne statistique de la valeur instantanée de la vitesse du vent établie sur une période de
temps donnée qui peut varier de quelques secondes à plusieurs années
3.29
nacelle
logement qui contient la transmission et les autres dispositifs situés au-dessus du mât d’une
éolienne à axe horizontal
3.30
arrêt normal (pour éoliennes)
arrêt lors duquel toutes les étapes sont commandées par le système de commande
3.31
limites de fonctionnement
ensemble de conditions définies par le concepteur du PAG qui régissent l’activation du
système de commande et de protection
3.32
éolienne immobilisée
selon la construction de l’éolienne, l’immobilisation se réfère à la turbine qui est soit en arrêt,
soit au ralenti
3.33
immobilisation
situation à laquelle une éolienne retourne après une coupure normale
3.34
loi de puissance du cisaillement du vent
loi mathématique qui exprime les variations de la vitesse du vent comme une fonction de
puissance de la hauteur par rapport au sol
3.35
puissance restituée
courant fourni par un dispositif sous une forme spécifique et pour un objectif spécifique
NOTE Pour les éoliennes, il s’agit de la puissance électrique délivrée par une éolienne.
3.36
système de protection (éolienne)
système qui garantit qu'une éolienne en fonctionnement reste à l'intérieur de ses paramètres
limites
– 22 – 61400-2  CEI:2006
3.37
Loi de Rayleigh
une fonction de distribution de la probabilité souvent utilisée pour les vitesses du vent. La
distribution dépend d’un paramètre réglable – le paramètre d’échelle, qui contrôle la vitesse
moyenne du vent
NOTE La loi de Rayleigh est identique à une loi de Weibull (voir 3.55) avec le paramètre de forme 2.
3.38
vitesse de référence du vent
V
ref
paramètre de base de la vitesse du vent utilisé pour définir les classes de PAG. D’autres
paramètres climatiques relatifs à la conception sont dérivés de la vitesse du vent de référence
et d’autres paramètres de classes de PAG de base
NOTE Une turbine conçue pour une classe de PAG avec une vitesse du vent de référence V , est destinée à
ref
supporter des climats pour lesquels la vitesse moyenne du vent extrême sur 10 min avec une période de
récurrence de 50 ans à hauteur de moyeu de la turbine est inférieure ou égale à V (voir 3.17).
ref
3.39
résonance
phénomène apparaissant dans un système oscillant, dans lequel la période d’une oscillation
forcée est très proche de celle d’une oscillation libre
3.40
vitesse du rotor (pour éoliennes)
vitesse de rotation du rotor d’une éolienne autour de son axe
3.41
longueur de rugosité
hauteur extrapolée à laquelle la vitesse moyenne du vent devient nulle si le profil du vent
vertical est supposé subir une variation logarithmique avec la hauteur
3.42
durée de vie assurée
durée de vie prescrite avec une probabilité déclarée des défaillances catastrophiques
3.43
maintenance programmée
maintenance préventive effectuée conformément à un planning établi
3.44
coupure (pour éoliennes)
état transitoire d'une éolienne entre la phase de production d'énergie et celle d'un arrêt ou
une période au ralenti
3.45
arrêt
état d'une éolienne qui est arrêtée
3.46
structure de support (pour éoliennes)
partie d'une éolienne comprenant le mât et les fondations
3.47
vitesse du vent de survie (déconseillé)
nom courant attribué à la vitesse maximale du vent à laquelle une construction doit résister
NOTE Ce terme n’est pas utilisé dans les normes de la série CEI 61400; les conditions de conception font plutôt
référence à la vitesse du vent extrême (voir 3.17).

– 24 – 61400-2  CEI:2006
3.48
petit aérogénérateur
PAG
un système ayant une surface balayée de 200 m ou inférieure qui convertit l’énergie
cinétique du vent en énergie électrique
3.49
surface balayée
zone projetée perpendiculaire à la direction du vent qu’un rotor va décrire pendant une
rotation complète
3.50
intensité de la turbulence
rapport entre l’écart type de la vitesse du vent et la vitesse moyenne du vent, déterminé à
partir des mêmes échantillons de données mesurés de la vitesse du vent, et établi sur une
période de temps définie
3.51
état limite ultime
états limites qui correspondent en règle générale à une capacité maximale à supporter des
charges
3.52
maintenance non programmée
maintenance effectuée, non pas conformément à un planning établi, mais après réception
d’une indication concernant l’état d’une entité
3.53
face au vent
dans le sens opposé à la direction du vent principal
3.54
éolienne à axe vertical
éolienne dont l’axe du rotor est vertical
3.55
loi de Weibull
fonction de distribution de la probabilité souvent employée pour les vitesses de vent. Cette
fonction de distribution dépend de deux paramètres, le paramètre de forme, qui maîtrise la
largeur de la distribution et le paramètre d’échelle, qui, à son tour, maîtrise la vitesse
moyenne du vent
NOTE Voir 3.60, distribution de la vitesse du vent.
3.56
profil du vent – loi du cisaillement du vent
expression mathématique de la variation supposée de la vitesse du vent dont la hauteur est
située au-dessus du sol
NOTE Les profils couramment utilisés sont le profil logarithmique (équation 1) ou le profil de la loi de puissance
(équation 2).
ln(z/ )
z
V(z) = V( ) (1)
z
r
ln( / )
z z
r 0
z
α
V(z) = V( )( ) (2)
z
r
z
r
– 26 – 61400-2  CEI:2006
où
V(z) est la vitesse du vent à la hauteur z;
z est la hauteur au-dessus du sol;
z est une hauteur de référence au-dessus du sol utilisée pour aligner le profil;
r
z est la longueur de rugosité;
o
α est l’exposant du cisaillement du vent (ou loi de puissance).
3.57
cisaillement du vent
variation de la vitesse du vent sur un plan perpendiculaire à la direction du vent
3.58
exposant du cisaillement du vent
également communément connu sous le nom d’«exposant de la loi de puissance» (voir 3.56,
profil du vent – loi du cisaillement du vent)
3.59
vitesse du vent
à un point défini dans l’espace, la vitesse du vent est la vitesse de mouvement d’une petite
quantité d’air située à proximité immédiate du point défini
NOTE La vitesse du vent est également l’amplitude de la vitesse du vent local (vecteur) (voir 3.61).
3.60
distribution de la vitesse du vent
fonction de la distribution de la probabilité, utilisée pour décrire la distribution des vitesses du
vent sur une longue période de temps
NOTE Les fonctions de la distribution souvent utilisées sont les fonctions de Rayleigh, P (V ), et de Weibull,
R o
P (V ).
W o
P{}V < V = 1− exp[− π(V / 2V ) ]
R 0 0 ave
(3)
k
P{}V < V = 1− exp[]− (V / C)
W 0 0
 
C Γ(1+ )
 
k
avec  =  (4)
V  
ave
 
C π /2, if k = 2
 
où
P(V ) est la fonction de probabilité cumulée, c’est-à-dire la probabilité selon laquelle V 0 0
V est la vitesse du vent (limite);
V est la valeur moyenne de V;
ave
C est le paramètre d’échelle de la fonction de Weibull;
k est le paramètre de forme de la fonction de Weibull;
Γ est la fonction gamma.
Aussi bien C et k peuvent être évalués à partir de données réelles. La fonction de Rayleigh est identique à la
fonction de Weibull si k = 2 est choisi et que C et V satisfont à la condition figurant dans l’équation (4) pour
ave
k = 2.
Les fonctions de distribution expriment la probabilité cumulée selon laquelle la vitesse du vent est inférieure à V .
Ainsi (P(V ) – P(V )), si son évaluation est effectuée entre les limites définies V et V , va indiquer la fraction de
1 2 1 2
temps durant laquelle la vitesse du vent se trouve dans ces limites. La différenciation des fonctions de distribution
permet d’obtenir les fonctions de densité de probabilité correspondantes.

– 28 – 61400-2  CEI:2006
3.61
vitesse du vent
vecteur pointant dans la direction du mouvement d’une petite quantité d’air situé à proximité
immédiate du point de considération, l’amplitude du vecteur étant égale à la vitesse de
mouvement de cette «parcelle» d’air (c’est-à-dire la vitesse du vent local)
NOTE Le vecteur à tout point est ainsi le temps dérivé du vecteur de position de la «parcelle» d’air traversant le
point.
3.62
orientation
rotation de l’axe du rotor autour d’un axe vertical (pour les éoliennes à axe horizontal
uniquement)
3.63
vitesse d'orientation
la vitesse de changement de l’angle d'orientation, la vitesse d'orientation
3.64
désalignement d’orientation
écart horizontal de l’axe du rotor de l’éolienne à partir de la direction du vent
4 Symboles et abréviations
4.1 Symboles
A surface transversale [m ]
A est la surface de l'élément projetée sur un plan perpendiculaire ou
proj
parallèle à la direction du vent [m ]
a paramètre de pente pour modèle d’écart-type de turbulence [-]
B nombre de pales [-]
C paramètre d’échelle de la fonction de distribution de Weibull [m/s]
C coefficient de traînée [-]
d
C coefficient de force [-]
f
C coefficient de portance [-]
l
C coefficient de poussée [-]
T
Coh fonction de cohérence [-]
D diamètre du rotor [m]
e distance entre le centre de gravité du rotor et l'axe de rotation [m]
r
F force [N]
F force exercée sur la pale au niveau du pied de pale dans la direction
zB
d’envergure [N]
F charge axiale de l’arbre [N]
x-shaft
–1
f fréquence [s ]
f valeur caractéristique de la résistance du matériau [-]
k
G rapport existant entre le couple assigné et le couple de court-circuit
pour un générateur [-]
g accélération de gravité: 9,81 [m/s ]

– 30 – 61400-2  CEI:2006
I moment d’inertie massique de la pale autour de l’axe du volet du pied
B
de pale [kgm ]
I valeur caractéristique de l’intensité de la turbulence à hauteur du moyeu
à une vitesse moyenne du vent de 15 m/s sur 10 min [-]
K fonction de Bessel modifiée [-]
k paramètre de forme de la fonction de distribution de Weibull [-]
L paramètre d’échelle intégrale de la turbulence isotrope [m]
L distance entre l’oreille de levage et le sommet du mât [m]
lt
L distance entre le centre du rotor et l’axe d’orientation [m]
rt
L distance entre le centre du rotor et le premier palier [m]
rb
L paramètre d’échelle de cohérence [m]
c
L paramètre d’échelle intégrale de la composante de la vitesse [m]
k
M , M moments de flexion en pied de pale [Nm]
xB yB
M couple exercé par le frein sur l’arbre lent [Nm]
brake
M moment de torsion sur l'arbre du rotor au niveau du premier palier [Nm]
x-shaft
M moment de flexion combiné pour l’arbre au niveau du premier palier
shaft
(le plus près du rotor) [Nm]
M moment de flexion du mât exercé au niveau de l’attache de l’oreille
tower
de levage [Nm]
m masse de la pale [kg]
B
m masse du mât entre l’oreille de levage et le sommet du mât [kg]
overhang
m masse du rotor étant la masse des pales plus la masse du moyeu [kg]
r
m masse de la nacelle et du rotor combinés [kg]
towertop
N(.) est le nombre de cycles jusqu’à la rupture comme fonction de la contrainte
(ou déformation) indiquée par l’argument (c’est-à-dire la courbe
caractéristique S-N) [-]
N période de récurrence lors des situations extrêmes [années]
n vitesse du rotor [r/min]
n nombre de cycles de fatigue en tranches de charge i [-]
i
O fraction de la durée de service [%]
P puissance électrique [W]
P (V ) distribution de probabilité cumulée de Rayleigh, c’est-à-dire la probabilité
R 0
selon laquelle V < V [-]
P (V ) distribution de la probabilité cumulée de Weibull [-]
W 0
p probabilité de survie [-]
Q couple du rotor [Nm]
R rayon du rotor [m]
R distance radiale entre le centre de gravité d’une pale et le centre du rotor [m]
cog
r amplitude de la projection du vecteur de séparation [m]
S (f) fonction de la densité spectrale de puissance [m /s]
S spectre de la composante de la vitesse unilatérale [m /s]
k
s niveau de contrainte (ou de déformation) associé au nombre de
...

NORME CEI
INTERNATIONALE
IEC
61400-2
INTERNATIONAL
Deuxième édition
STANDARD
Second edition
2006-03
Aérogénérateurs –
Partie 2:
Exigences en matière de conception
des petits aérogénérateurs
Wind turbines –
Part 2:
Design requirements for small
wind turbines
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 61400-2:2006
Numérotation des publications Publication numbering
Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are
sont numérotées à partir de 60000. Ainsi, la CEI 34-1 issued with a designation in the 60000 series. For
devient la CEI 60034-1. example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1.
Editions consolidées Consolidated editions
Les versions consolidées de certaines publications de la The IEC is now publishing consolidated versions of its
CEI incorporant les amendements sont disponibles. Par publications. For example, edition numbers 1.0, 1.1
exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 indiquent and 1.2 refer, respectively, to the base publication,
respectivement la publication de base, la publication de the base publication incorporating amendment 1 and
base incorporant l’amendement 1, et la publication de the base publication incorporating amendments 1
base incorporant les amendements 1 et 2. and 2.
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actuel de la technique. Des renseignements relatifs à the content reflects current technology. Information
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ligne sont également disponibles sur les nouvelles issued publications, withdrawn and replaced
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INTERNATIONALE
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61400-2
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Deuxième édition
STANDARD
Second edition
2006-03
Aérogénérateurs –
Partie 2:
Exigences en matière de conception
des petits aérogénérateurs
Wind turbines –
Part 2:
Design requirements for small
wind turbines
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– 2 – 61400-2  CEI:2006
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS.8

1 Domaine d'application .12
2 Références normatives.12
3 Termes et définitions .14
4 Symboles et abréviations.28
4.1 Symboles .28
4.2 Système de coordonnées .36
5 Eléments principaux .38
5.1 Généralités.38
5.2 Méthodes de conception.38
5.3 Assurance qualité.38
6 Conditions externes.42
6.1 Généralités.42
6.2 Classes de PAG .42
6.3 Conditions de vent .44
6.4 Autres conditions environnementales .56
6.5 Conditions de charge électrique .60
7 Conception de la structure.62
7.1 Généralités.62
7.2 Méthodologie de conception .62
7.3 Charges et hypothèses de charge .62
7.4 Modèle de charge simplifiée .66
7.5 Modélisation aéroélastique.78
7.6 Mesures de charge.86
7.7 Calcul des contraintes .86
7.8 Facteurs de sécurité.88
7.9 Analyse d’état limite .90
8 Système de protection et d’arrêt .92
8.1 Généralités.92
8.2 Exigences de fonctionnement du système de protection .92
8.3 Arrêt manuel .92
8.4 Arrêt pour maintenance .92
9 Essais .94
9.1 Généralités.94
9.2 Essais destinés à vérifier les données de conception .94
9.3 Essais de charges mécaniques .96
9.4 Essai de durée .98
9.5 Essai mécanique des composants.104
9.6 Sécurité et fonctionnement.106
9.7 Essai environnemental .108
9.8 Electrique.108

61400-2  IEC:2006 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.9

1 Scope.13
2 Normative references .13
3 Terms and definitions .15
4 Symbols and abbreviated terms.29
4.1 Symbols .29
4.2 Coordinate system .37
5 Principal elements .39
5.1 General .39
5.2 Design methods .39
5.3 Quality assurance .39
6 External conditions .43
6.1 General .43
6.2 SWT classes .43
6.3 Wind conditions.45
6.4 Other environmental conditions .57
6.5 Electrical load conditions.61
7 Structural design .63
7.1 General .63
7.2 Design methodology.63
7.3 Loads and load cases.63
7.4 Simplified load model .67
7.5 Aeroelastic modelling .79
7.6 Load measurements .87
7.7 Stress calculation .87
7.8 Safety factors .89
7.9 Limit state analysis.91
8 Protection and shutdown system .93
8.1 General .93
8.2 Functional requirements of the protection system .93
8.3 Manual shutdown .93
8.4 Shutdown for maintenance .93
9 Testing .95
9.1 General .95
9.2 Tests to verify design data .95
9.3 Mechanical load testing.97
9.4 Duration testing.99
9.5 Mechanical component testing .105
9.6 Safety and function .107
9.7 Environmental testing.109
9.8 Electrical .109

– 4 – 61400-2  CEI:2006
10 Système électrique.108
10.1 Généralités.108
10.2 Dispositifs de protection .108
10.3 Dispositif de déconnexion.108
10.4 Systèmes de mise à la terre .110
10.5 Protection parafoudre.110
10.6 Conducteurs et câbles électriques.110
10.7 Charges électriques .110
11 Structure de support.114
11.1 Généralités.114
11.2 Exigences dynamiques.114
11.3 Facteurs environnementaux .114
11.4 Mise à la terre .114
11.5 Fondations .114
11.6 Charges de calcul au niveau de l’accès à la turbine .114
12 Exigences en matière de documentation.114
12.1 Généralités.114
12.2 Installation .116
12.3 Fonctionnement.116
12.4 Maintenance et contrôles de routine .118
13 Marquage des éoliennes.120

Annexe A (informative) Certification de type des petits aérogénérateurs.122
Annexe B (normative) Paramètres de conception destinés à décrire la classe S de PAG .128
Annexe C (informative) Modèles stochastiques de turbulence.130
Annexe D (informative) Description déterministe de la turbulence.134
Annexe E (informative) Facteurs de sécurité partielle des matériaux.138
Annexe F (informative) Elaboration des équations de conception simples.158

Bibliographie.178

Figure 1 – Définition des systèmes d'axes pour EAH .36
Figure 2 – Arbre décisionnel de la CEI 61400-2 .40
Figure 3 – Turbulence caractéristique du vent.48
Figure 4 – Exemple de rafale extrême en fonctionnement (N = 1, V = 25 m/s).50
hub
Figure 5 – Exemple d'amplitude de changement de direction extrême (N = 50, D = 5 m,
z = 20 m).52
hub
Figure 6 – Exemple de changement de direction extrême (N = 50, V = 25 m/s) .52
hub
Figure 7 – Rafale extrême cohérente (V = 25 m/s) (ECG).54
hub
Figure 8 – Changement de direction pour ECD .56
Figure 9 – Déroulement temporel de la modification de direction pour V = 25 m/s .56
hub
Figure A.1 – Modules de la certification de type (selon CEI WT01 et CEI 61400-2) .122
Figure A.2 – Eléments de l’évaluation de la conception (recommandé par la
CEI 61400-2) .124
Figure A.3 – Eléments de l’essai de type (selon CEI WT01 et CEI 61400-2) .126

61400-2  IEC:2006 – 5 –
10 Electrical system .109
10.1 General .109
10.2 Protective devices .109
10.3 Disconnect device .109
10.4 Earthing systems.111
10.5 Lightning protection.111
10.6 Electrical conductors and cables .111
10.7 Electrical loads.111
11 Support structure.115
11.1 General .115
11.2 Dynamic requirements.115
11.3 Environmental factors.115
11.4 Earthing .115
11.5 Foundation .115
11.6 Turbine access design loads .115
12 Documentation requirements .115
12.1 General .115
12.2 Installation .117
12.3 Operation .117
12.4 Maintenance and routine inspection .119
13 Wind turbine markings .121

Annex A (informative) Type certification of small wind turbines .123
Annex B (normative) Design parameters for describing SWT class S .129
Annex C (informative) Stochastic turbulence models.131
Annex D (informative) Deterministic turbulence description.135
Annex E (informative) Partial safety factors for materials .139
Annex F (informative) Development of the simple design equations .159

Bibliography.179

Figure 1 – Definition of the system of axes for HAWT .37
Figure 2 – IEC 61400-2 decision path .41
Figure 3 – Characteristic wind turbulence .49
Figure 4 – example of extreme operating gust (N = 1, V = 25 m/s).51
hub
Figure 5 – Example of extreme direction change magnitude (N = 50, D = 5 m, z = 20 m) .53
hub
Figure 6 – Example of extreme direction change (N = 50, V = 25 m/s) .53
hub
Figure 7 – Extreme coherent gust (V = 25 m/s) (ECG).55
hub
Figure 8 – The direction change for ECD .57
Figure 9 – Time development of direction change for V = 25 m/s.57
hub
Figure A.1 – Modules of type certification (per IEC WT01 and IEC 61400-2) .123
Figure A.2 – Elements of design evaluation (recommended per IEC 61400-2).125
Figure A.3 – Elements of type testing (per IEC WT01 and IEC 61400-2) .127

– 6 – 61400-2  CEI:2006
Figure E.1 – Distribution normale et distribution de Weibull .140
Figure E.2 – Diagramme S-N classique de la fatigue des composites en fibres de verre .144
Figure E.3 – Effets classiques de l’environnement sur des composites en fibres de
verre.144
Figure E.4 – Diagramme de fatigue et de la déformation pour des composites de fibres
de carbone /ester vinylique à fibres larges unidirectionnelles à 0°, R = 0,1 et 10 .146
Figure E.5 – Courbes S-N relatives à la fatigue des métaux habituels.146
Figure E.6 – Données de durée de résistance à la fatigue pour bois tendres .148
Figure E.7 – Courbe S-N classique pour le bois .150
Figure E.8 – Effet de l’hygrométrie sur la résistance à la compression de pièces de
bois parallèlement au grain .150
Figure E.9 – Effet de l’hygrométrie sur les propriétés de résistance du bois .152
Figure E.10 – Effet de l’angle du grain sur la propriété mécanique du bois clair selon
une formule de type Hankinson .152

Tableau 1 – Paramètres de base pour classes de PAG.44
Tableau 2 – Hypothèses de charges de calcul pour la méthode simplifiée de calcul
des charges .68
Tableau 3 – Coefficients de force, C .78
f
Tableau 4 – Ensemble minimum des hypothèses de charge de calcul pour les
modèles aéroélastiques .80
Tableau 5 – Contraintes équivalentes .86
Tableau 6 – Facteurs de sécurité partielle pour les matériaux.88
Tableau 7 – Facteurs de sécurité partielle des charges.90
Tableau C.1 – Paramètres du spectre de la turbulence pour le modèle de Kaimal.130
Tableau E.1 – Facteurs des différentes probabilités de survie et variabilités .140
Tableau E.2 – Discontinuités géométriques .154

61400-2  IEC:2006 – 7 –
Figure E.1 – Normal and Weibull distribution .141
Figure E.2 – Typical S-N diagram for fatigue of glass fibre composites .145
Figure E.3 – Typical environmental effects on glass fibre composites .145
Figure E.4 – Fatigue strain diagram for large tow unidirectional 0° carbon fibre/vinyl
ester composites, R = 0,1 and 10 .147
Figure E.5 – S-N curves for fatigue of typical metals.147
Figure E.6 – Fatigue life data for jointed softwood .149
Figure E.7 – Typical S-N curve for wood .151
Figure E.8 – Effect of moisture content on compressive strength of lumber parallel to
grain .151
Figure E.9 – Effect of moisture content on wood strength properties .153
Figure E.10 – Effect of grain angle on mechanical property of clear wood according to
Hankinson-type formula .153

Table 1 – Basic parameters for SWT classes .45
Table 2 – Design load cases for the simplified load calculation method.69
Table 3 – Force coefficients, C .79
f
Table 4 – Minimum set of design load cases for aeroelastic models.81
Table 5 – Equivalent stresses .87
Table 6 – Partial safety factors for materials .89
Table 7 – Partial safety factors for loads .91
Table C.1 – Turbulence spectral parameters for Kaimal model.131
Table E.1 – Factors for different survival probabilities and variabilities.141
Table E.2 – Geometric discontinuities .155

– 8 – 61400-2  CEI:2006
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE
____________
AÉROGÉNÉRATEURS –
Partie 2: Exigences en matière de conception
des petits aérogénérateurs
AVANT-PROPOS
1) La Commission Electrotechnique Internationale (CEI) est une organisation mondiale de normalisation
composée de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a
pour objet de favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les
domaines de l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI – entre autres activités – publie des Normes
internationales, des Spécifications techniques, des Rapports techniques, des Spécifications accessibles au
public (PAS) et des Guides (ci-après dénommés "Publication(s) de la CEI"). Leur élaboration est confiée à des
comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le sujet traité peut participer. Les
organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec la CEI, participent
également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation Internationale de Normalisation (ISO),
selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux de la CEI
intéressés sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les Publications de la CEI se présentent sous la forme de recommandations internationales et sont agréées
comme telles par les Comités nationaux de la CEI. Tous les efforts raisonnables sont entrepris afin que la CEI
s'assure de l'exactitude du contenu technique de ses publications; la CEI ne peut pas être tenue responsable
de l'éventuelle mauvaise utilisation ou interprétation qui en est faite par un quelconque utilisateur final.
4) Dans le but d'encourager l'uniformité internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent, dans toute la
mesure possible, à appliquer de façon transparente les Publications de la CEI dans leurs publications
nationales et régionales. Toutes divergences entre toutes Publications de la CEI et toutes publications
nationales ou régionales correspondantes doivent être indiquées en termes clairs dans ces dernières.
5) La CEI n’a prévu aucune procédure de marquage valant indication d’approbation et n'engage pas sa
responsabilité pour les équipements déclarés conformes à une de ses Publications.
6) Tous les utilisateurs doivent s'assurer qu'ils sont en possession de la dernière édition de cette publication.
7) Aucune responsabilité ne doit être imputée à la CEI, à ses administrateurs, employés, auxiliaires ou
mandataires, y compris ses experts particuliers et les membres de ses comités d'études et des Comités
nationaux de la CEI, pour tout préjudice causé en cas de dommages corporels et matériels, ou de tout autre
dommage de quelque nature que ce soit, directe ou indirecte, ou pour supporter les coûts (y compris les frais
de justice) et les dépenses découlant de la publication ou de l'utilisation de cette Publication de la CEI ou de
toute autre Publication de la CEI, ou au crédit qui lui est accordé.
8) L'attention est attirée sur les références normatives citées dans cette publication. L'utilisation de publications
référencées est obligatoire pour une application correcte de la présente publication.
9) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Publication de la CEI peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 61400-2 a été établie par le comité d'études 88 de la CEI:
Eoliennes.
Cette seconde édition annule et remplace la première édition publiée en 1996. Cette édition
constitue une révision technique. De nombreux changements substantiels ont été réalisés.
Les changements les plus importants sont:
– des équations simplifiées et révisées en fonction des derniers résultats d’essai et de
recherche;
– plusieurs paramètres dans les équations simplifiées doivent reposer sur des résultats
d’essai;
– ajout d’option pour l’utilisation de modèles aéroélastiques au lieu d’équations simplifiées;
– augmentation des exigences d’essai.

61400-2  IEC:2006 – 9 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION
____________
WIND TURBINES –
Part 2: Design requirements for small wind turbines

FOREWORD
1) The International Electrotechnical Commission (IEC) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, IEC publishes International Standards, Technical Specifications,
Technical Reports, Publicly Available Specifications (PAS) and Guides (hereafter referred to as “IEC
Publication(s)”). Their preparation is entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested
in the subject dealt with may participate in this preparatory work. International, governmental and non-
governmental organizations liaising with the IEC also participate in this preparation. IEC collaborates closely
with the International Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by
agreement between the two organizations.
2) The formal decisions or agreements of IEC on technical matters express, as nearly as possible, an international
consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation from all
interested IEC National Committees.
3) IEC Publications have the form of recommendations for international use and are accepted by IEC National
Committees in that sense. While all reasonable efforts are made to ensure that the technical content of IEC
Publications is accurate, IEC cannot be held responsible for the way in which they are used or for any
misinterpretation by any end user.
4) In order to promote international uniformity, IEC National Committees undertake to apply IEC Publications
transparently to the maximum extent possible in their national and regional publications. Any divergence
between any IEC Publication and the corresponding national or regional publication shall be clearly indicated in
the latter.
5) IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with an IEC Publication.
6) All users should ensure that they have the latest edition of this publication.
7) No liability shall attach to IEC or its directors, employees, servants or agents including individual experts and
members of its technical committees and IEC National Committees for any personal injury, property damage or
other damage of any nature whatsoever, whether direct or indirect, or for costs (including legal fees) and
expenses arising out of the publication, use of, or reliance upon, this IEC Publication or any other IEC
Publications.
8) Attention is drawn to the Normative references cited in this publication. Use of the referenced publications is
indispensable for the correct application of this publication.
9) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this IEC Publication may be the subject of
patent rights. IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 61400-2 has been prepared by IEC technical committee 88: Wind
turbines.
This second edition cancels and replaces the first edition published in 1996. This edition
constitutes a technical revision. Numerous substantive changes have been made. The most
significant of these are:
– revised simplified equations based upon recent test and research results;
– several parameters in the simplified equations shall now be based upon test results;
– added option for use of aeroelastic models instead of simplified equations;
– expanded testing requirements.

– 10 – 61400-2  CEI:2006
Le texte de la présente norme repose sur les documents suivants:
FDIS Rapport de vote
88/254/FDIS 88/259/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette norme.
La présente publication a été rédigée en fonction des Directives ISO/CEI, Partie 2.
La CEI 61400 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Aéro-
générateurs:
Partie 1: Design requirements (disponible en anglais seulement)
Partie 2: Exigences en matière de conception des petits aérogénérateurs
Partie 3: Design requirements for offshore wind turbines (disponible en anglais

seulement)
Partie 11: Techniques de mesure du bruit acoustique
Partie 12: Wind turbine power performance testing (disponible en anglais seulement)
Partie 12-1: Power performance measurements of electricity producing wind turbines
(disponible en anglais seulement)
Partie 13: Mesure des charges mécaniques
Partie 14: Declaration of apparent sound power level and tonality values (disponible en
anglais seulement)
Partie 21: Mesurage et évaluation des caractéristiques de qualité de puissance des
éoliennes connectées au réseau
Partie 23: Essais en vraie grandeur des structures des pales
Partie 24: Lightning protection (disponible en anglais seulement)
Partie 25-1: Communications for monitoring and control of wind power plants – Overall
description of principles and models (disponible en anglais seulement)
Partie 25-2: Communications for monitoring and control of wind power plants – Information
models (disponible en anglais seulement)
Partie 25-3: Communications for monitoring and control of wind power plants – Information
exchange models (disponible en anglais seulement)
Partie 25-4: Communications for monitoring and control of wind power plants – Mapping to
XML based communication profile (disponible en anglais seulement)
Partie 25-5: Communications for monitoring and control of wind power plants – Conformance
testing (disponible en anglais seulement)
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant la date de
maintenance indiquée sur le site web de la CEI sous «http://webstore.iec.ch» dans les
données relatives à la publication recherchée. A cette date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
———————
A l’étude.
61400-2  IEC:2006 – 11 –
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
88/254/FDIS 88/259/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on
voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 2.
IEC 61400 consists of the following parts, under the general title Wind turbines:
Part 1: Design requirements
Part 2: Design requirements for small wind turbines
Part 3: Design requirements for offshore wind turbines
Part 11: Acoustic noise measurement techniques
Part 12: Wind turbine power performance testing
Part 12-1: Power performance measurements of electricity producing wind turbines
Part 13: Measurement of mechanical loads
Part 14: Declaration of apparent sound power level and tonality values
Part 21: Measurement and assessment of power quality characteristics of grid connected
wind turbines
Part 23: Full-scale structural testing of rotor blades
Part 24: Lightning protection
Part 25-1: Communications for monitoring and control of wind power plants – Overall
description of principles and models
Part 25-2: Communications for monitoring and control of wind power plants – Information
models
Part 25-3: Communications for monitoring and control of wind power plants – Information
exchange models
Part 25-4: Communications for monitoring and control of wind power plants – Mapping to
XML based communication profile
Part 25-5: Communications for monitoring and control of wind power plants – Conformance
testing
The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged until
the maintenance result date indicated on the IEC web site under "http://webstore.iec.ch" in
the data related to the specific publication. At this date, the publication will be
• reconfirmed,
• withdrawn,
• replaced by a revised edition, or
• amended.
———————
Under consideration.
– 12 – 61400-2  CEI:2006
AÉROGÉNÉRATEURS –
Partie 2: Exigences en matière de conception
des petits aérogénérateurs
1 Domaine d'application
La présente partie de la CEI 61400 traite de la philosophie relative à la sécurité, l'assurance
de la qualité et l'intégrité de l'ingénierie, et elle spécifie les exigences relatives à la sécurité
des petits aérogénérateurs (PAG), comprenant leur conception, leur installation et leur
maintenance, ainsi que leur exploitation dans des condit
...