風電場防雷中的葉片的防雷保護

首先，我們來看風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到相關標準的要求就可以使用風葉的防護變得簡單。但是金屬的使用會影響葉片的性能，增加風電機組的負荷，降低風電轉換效率等，因此金屬葉片目前還未有應用。

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尚未成熟，也未進入實際應用階段。碳纖維間的融合物普遍為非導電物質，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致葉片的嚴重損壞。滿足導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用。

3，復合材料葉片，目前大型風電機組的葉片大多由符合材料制成，不能承受直擊雷或傳導直擊雷電流。當葉片運行一段時間后，葉片外部被污染物覆蓋或者內部積攢水汽等，遭受雷擊時則易發生故障損壞，因此應定期對葉片進行維護工作。

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部溫度急劇上升，水分在極短時間內受熱汽化膨脹，產生的巨大機械力致使葉尖結構爆裂，嚴重時甚至會造成整個葉片開裂破壞；另一方面是雷擊葉尖產生的巨大聲波也會對葉片的內部結構造成一定的破壞。

從上面兩點，我們就來看下葉片如何進行防雷。研究表明，當物體被雷電擊中時，雷電流總是會選擇傳導性最好（即電阻最低）的路徑。針對這一特性，可以在葉片表面或內部構造一個相對阻抗較低的對地導電通道，使葉片免遭雷擊破壞。在實際應用中，可以通過兩種方法來實現：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電材料，使葉片有充足的導電性能，從而將雷電流安全地傳導到葉片根部進行泄流。

   接閃器使一個特殊設計的不銹鋼螺桿，裝在葉片尖部或中部，相當于一個避雷針，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，位于葉片的內部，從接閃器部位開始，到葉片根部結束。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，要求引下線的銅導體橫截面積不小于50MM2.發生雷擊時，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，根據葉片的類型不同，比如有無葉尖阻尼器的葉片，他的防雷結構也是有區別的。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置金屬氧化物作為接閃器，并通過埋置于葉片內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部的強度或結構。

   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置的金屬導體作為接閃器，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，這樣結構的葉片在經受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。