風(fēng)電場防雷中的葉片的防雷保護(hù)

首先，我們來看風(fēng)電場葉片的材料有哪些？

1，金屬葉片，理論上只要金屬的厚度達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求就可以使用風(fēng)葉的防護(hù)變得簡單。但是金屬的使用會影響葉片的性能，增加風(fēng)電機(jī)組的負(fù)荷，降低風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率等，因此金屬葉片目前還未有應(yīng)用。

2，碳纖維葉片，從目前的研究成果看，碳纖維葉片的制造技術(shù)尚未成熟，也未進(jìn)入實際應(yīng)用階段。碳纖維間的融合物普遍為非導(dǎo)電物質(zhì)，單股碳纖維的通流容量較小，所以一旦遭遇中等強度的直接雷擊將導(dǎo)致葉片的嚴(yán)重?fù)p壞。滿足導(dǎo)電性能的粘合物成本太高，難以被市場接受，所以碳纖維葉片目前也未有應(yīng)用。

3，復(fù)合材料葉片，目前大型風(fēng)電機(jī)組的葉片大多由符合材料制成，不能承受直擊雷或傳導(dǎo)直擊雷電流。當(dāng)葉片運行一段時間后，葉片外部被污染物覆蓋或者內(nèi)部積攢水汽等，遭受雷擊時則易發(fā)生故障損壞，因此應(yīng)定期對葉片進(jìn)行維護(hù)工作。

知道了葉片的材料后，我們來看看雷電對葉片的損壞機(jī)理，雷擊造成葉片損壞集中在兩個方面：一方面是雷電擊中葉尖后，釋放的巨大能量使葉尖內(nèi)部溫度急劇上升，水分在極短時間內(nèi)受熱汽化膨脹，產(chǎn)生的巨大機(jī)械力致使葉尖結(jié)構(gòu)爆裂，嚴(yán)重時甚至?xí)斐烧麄€葉片開裂破壞；另一方面是雷擊葉尖產(chǎn)生的巨大聲波也會對葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成一定的破壞。

從上面兩點，我們就來看下葉片如何進(jìn)行防雷。研究表明，當(dāng)物體被雷電擊中時，雷電流總是會選擇傳導(dǎo)性最好（即電阻最低）的路徑。針對這一特性，可以在葉片表面或內(nèi)部構(gòu)造一個相對阻抗較低的對地導(dǎo)電通道，使葉片免遭雷擊破壞。在實際應(yīng)用中，可以通過兩種方法來實現(xiàn)：一時在葉片的尖部和中部各安裝一個接閃器，接閃器通過不銹鋼接頭連接到葉片內(nèi)部的引下線，將雷電流從葉尖引到葉根法蘭處；二是葉片表面涂上一層導(dǎo)電材料，使葉片有充足的導(dǎo)電性能，從而將雷電流安全地傳導(dǎo)到葉片根部進(jìn)行泄流。

   接閃器使一個特殊設(shè)計的不銹鋼螺桿，裝在葉片尖部或中部，相當(dāng)于一個避雷針，起引雷的作用，避免雷直擊葉尖。工程上要求接閃器應(yīng)該能承受多次雷電沖擊，并且可以更換。

   引下線使一段銅芯電纜，位于葉片的內(nèi)部，從接閃器部位開始，到葉片根部結(jié)束。為了使引下線于接閃器有良好的接觸，引下線不能夠移動。由于雷電流幅值巨大，要求引下線的銅導(dǎo)體橫截面積不小于50MM2.發(fā)生雷擊時，巨大的雷電流也不會使葉片的溫度有明顯的增高，能夠使葉片避免遭受雷電流的破壞。

   最后，根據(jù)葉片的類型不同，比如有無葉尖阻尼器的葉片，他的防雷結(jié)構(gòu)也是有區(qū)別的。如果葉片是沒有阻尼器的，一般在葉尖部分的玻璃纖維聚酯層表面預(yù)置金屬氧化物作為接閃器，并通過埋置于葉片內(nèi)部的引下線于葉根處的金屬法蘭相連接，外表面的金屬氧化物可以是網(wǎng)狀或者箔狀。這樣的表面即使在遭受雷擊的情況下表面熔化或損傷，也不會影響到葉片內(nèi)部的強度或結(jié)構(gòu)。

   如果是有葉尖阻尼器的葉片，葉尖阻尼器葉片將分成了兩段。葉尖部分玻璃纖維聚酯層中預(yù)置的金屬導(dǎo)體作為接閃器，通過由碳纖維材料制成的阻尼器于用于啟動葉尖阻尼器的啟動鋼絲相連接。實驗表明，這樣結(jié)構(gòu)的葉片在經(jīng)受200KA的沖擊電流實驗后無任何損傷。但是，這樣的葉片遭受雷擊的概率將會比用絕緣材料制成的葉片高。