风力发电装置的雷电防护问题

风力发电装置的雷电防护问题
    风力发电，现在被称为明日世界的能源。由于它属于可再生能源，而且不像火电、核电、水电会造成环境问题，所以对社会的可持续发展对能源的要求，达到了举足轻重的地位。 目前，我国正在筹建装机容量5～10 万千瓦的大型风电场两处，另外还在各地发展中小型风力发电装置，至于小型家用风电，内蒙自治区早在上世纪70 年代已有相当规模，90 年代已有很大的发展。可见，配合风电开发，正确解决这种高耸易遭雷击装置的雷电防护和EMC 问题已经提到日程。
    1 风轮、机舱、水平轴和尾舵的防护
    水平轴风电机部件是zui易受击部位，特别是风轮端部。直击雷电流，参考《建筑物防雷设计规范》，按二类防雷设计，应取150KA，波形10/350us。作为参考，该标准认为，机壳等钢的厚度达到4 mm，即可认为能够承受上述直击雷电流。顺便指出，有文献在考虑风轮受到直击雷时按不同方向用滚球法计算，实际上因风轮不断旋转，直观法或保护角法也可使用。
    2 风轮、机舱、水平轴、尾舵和塔柱的等电位连接
机舱外壳应采用钢板制成，为承受直击雷壁厚不应小于4mm。若小于4mm，则应在适当位置，包括上方和两侧装设几支小避雷针，防止上方和两侧受到雷击，穿透舱壁，损坏内部设备。如果大型机组为减轻重量而用复合材料制造机舱外壳，则应在外面以网格形式装设兼作接闪和屏蔽之用的钢丝网，网孔不宜大于3×3cm2～4×4cm2，钢丝直径不宜小于Φ2.5mm，需通过屏蔽计算，必要时再加大钢丝截面或缩小网孔。
    初步估计，对Z=0.25us 到Z=10us 的雷电流，应不小于40db。各网孔结点处应当焊接以保证电气的连续*。 风轮与机舱间，机舱与塔柱间，尾舵与水平轴间，如无铆接、焊接、螺接等可*电气连接，则应设两个金属（钢）连接线，每个的截面不宜小于16mm2。上述各项连接使装置成为电气上的整体，各易击点受到直击雷时，都能保证顺利地以zui近的路径沿塔柱引入接地装置，并流向大地。 如果风轮由复合材料做成，则其端部必须由金属（钢）制成，以便接闪。此时应以截面不小于25～35mm2 的钢线，沿叶片的边缘及迎风面和背风面各敷设一条导流线。尾舵如由复合材料做成，也应沿外廓敷设钢线，用来接闪和导通电流至水平轴。其中间也宜在两侧敷设钢网。 风轮与机舱间，水平轴与塔柱间，尾舵（翼）与水平轴间，以及其它旋转或活动部分间的跨接线需根据具体情况精心设计和安装，并宜采用双份，因为只要在长年运行中，因振动等作用力导致材料疲劳和断开，则强大的雷电流就会通过轴承处的油膜放电，烧损轴承和主轴的接触部位，不用许久，一两年经过几次雷击就会使这些部件损坏，而若旁站导线敷设得当，这些部件本应可*运行很多年，而且大修时也只是更换硬度较小的轴承。
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