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防雷方案

风电场防雷中的叶片的防雷保护

  • 发布时间:2019-11-26
  • 发布者: 科盛嘉防雷
  • 来源: 长沙科盛嘉防雷
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首先,我们来看风电场叶片的材料有哪些?

1,金属叶片,理论上只要金属的厚度达到相关标准的要求就可以使用风叶的防护变得简单。但是金属的使用会影响叶片的性能,增加风电机组的负荷,降低风电转换效率等,因此金属叶片目前还未有应用。

2,碳纤维叶片,从目前的研究成果看,碳纤维叶片的制造技术尚未成熟,也未进入实际应用阶段。碳纤维间的融合物普遍为非导电物质,单股碳纤维的通流容量较小,所以一旦遭遇中等强度的直接雷击将导致叶片的严重损坏。满足导电性能的粘合物成本太高,难以被市场接受,所以碳纤维叶片目前也未有应用。

3,复合材料叶片,目前大型风电机组的叶片大多由符合材料制成,不能承受直击雷或传导直击雷电流。当叶片运行一段时间后,叶片外部被污染物覆盖或者内部积攒水汽等,遭受雷击时则易发生故障损坏,因此应定期对叶片进行维护工作。

知道了叶片的材料后,我们来看看雷电对叶片的损坏机理,雷击造成叶片损坏集中在两个方面:一方面是雷电击中叶尖后,释放的巨大能量使叶尖内部温度急剧上升,水分在极短时间内受热汽化膨胀,产生的巨大机械力致使叶尖结构爆裂,严重时甚至会造成整个叶片开裂破坏;另一方面是雷击叶尖产生的巨大声波也会对叶片的内部结构造成一定的破坏。

从上面两点,我们就来看下叶片如何进行防雷。研究表明,当物体被雷电击中时,雷电流总是会选择传导性最好(即电阻最低)的路径。针对这一特性,可以在叶片表面或内部构造一个相对阻抗较低的对地导电通道,使叶片免遭雷击破坏。在实际应用中,可以通过两种方法来实现:一时在叶片的尖部和中部各安装一个接闪器,接闪器通过不锈钢接头连接到叶片内部的引下线,将雷电流从叶尖引到叶根法兰处;二是叶片表面涂上一层导电材料,使叶片有充足的导电性能,从而将雷电流安全地传导到叶片根部进行泄流。

   接闪器使一个特殊设计的不锈钢螺杆,装在叶片尖部或中部,相当于一个避雷针,起引雷的作用,避免雷直击叶尖。工程上要求接闪器应该能承受多次雷电冲击,并且可以更换。

   引下线使一段铜芯电缆,位于叶片的内部,从接闪器部位开始,到叶片根部结束。为了使引下线于接闪器有良好的接触,引下线不能够移动。由于雷电流幅值巨大,要求引下线的铜导体横截面积不小于50MM2.发生雷击时,巨大的雷电流也不会使叶片的温度有明显的增高,能够使叶片避免遭受雷电流的破坏。

   最后,根据叶片的类型不同,比如有无叶尖阻尼器的叶片,他的防雷结构也是有区别的。如果叶片是没有阻尼器的,一般在叶尖部分的玻璃纤维聚酯层表面预置金属氧化物作为接闪器,并通过埋置于叶片内部的引下线于叶根处的金属法兰相连接,外表面的金属氧化物可以是网状或者箔状。这样的表面即使在遭受雷击的情况下表面熔化或损伤,也不会影响到叶片内部的强度或结构。

   如果是有叶尖阻尼器的叶片,叶尖阻尼器叶片将分成了两段。叶尖部分玻璃纤维聚酯层中预置的金属导体作为接闪器,通过由碳纤维材料制成的阻尼器于用于启动叶尖阻尼器的启动钢丝相连接。实验表明,这样结构的叶片在经受200KA的冲击电流实验后无任何损伤。但是,这样的叶片遭受雷击的概率将会比用绝缘材料制成的叶片高。


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