概述
目前，風(fēng)力發(fā)電被稱為明日世界的能源。由于它屬于可再生能源，為人與自然和諧發(fā)展提供了基礎(chǔ)。而且不像火電、核電、水電會造成環(huán)境問題，所以符合社會可持續(xù)發(fā)展對能源的要求。所以，風(fēng)力發(fā)電已在我國達(dá)到了舉足輕重的地位。
然而，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是在空曠、自然、外露的環(huán)境下工作，不可避免的會遭受到直接雷擊。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量越來越大。主體高度約80米、葉片長度約40米、即zui高點(diǎn)高度約為120米的風(fēng)機(jī)，在雷雨天氣時極易遭受直接雷擊。它是自然界中對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行危害很大的一種災(zāi)害。雷電釋放的巨大能量會造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片損壞、發(fā)電機(jī)絕緣擊穿、控制元器件燒毀等。
風(fēng)機(jī)的防雷是一個綜合性的防雷工程，防雷設(shè)計的到位與否，直接關(guān)系到風(fēng)機(jī)在雷雨天氣時能否正常工作，并且確保風(fēng)機(jī)內(nèi)的各種設(shè)備不受損害。
本方案針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的防雷接地。
接地材料的選擇及地網(wǎng)設(shè)計
接地是指將風(fēng)機(jī)的外殼與大地連接一起，以便在正常運(yùn)行、事故接地和遭受雷擊的情況下，將其接地點(diǎn)的電位固定在允許范圍內(nèi)，從而保證人身和設(shè)備安全。風(fēng)機(jī)的接地系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)防雷保護(hù)系統(tǒng)中一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在地網(wǎng)開挖面積有限、土壤電阻率較高的環(huán)境條件下，要能達(dá)到上面的技術(shù)要求，用傳統(tǒng)常規(guī)的角鋼、扁鐵等接地材料進(jìn)行施工是非常困難的。本方案建議采用新型的接地材料：低阻接地極。
下面介紹常規(guī)接地材料與新接地模塊的使用。
1、常規(guī)接地材料
一般來說，水平接地體采用不小于40×4mm的熱鍍鋅扁鋼，垂直接地體采用不小于50×50×5mm的角鋼，每根角鋼的長度大約2.5-3米。考慮到減少接地體的屏蔽效應(yīng)，垂直接地體的間距一般為其長度的1.5至2倍，即為5－6米。
單根垂直接地體的接地電阻Rg，可按下式計算：在一定的土壤電阻率下，為達(dá)到要求的接地電阻值，通常需要若干根垂直接地體。
根據(jù)上式計算，在土壤電阻率為450Ω.M的情況下，接地電阻按4Ω考慮，所需3米長的角鋼大約也要60多條。占地面積大約42米×42米。
由此可以看出，以現(xiàn)在的風(fēng)機(jī)地貌、可開挖面積來看，用傳統(tǒng)的接地材料想達(dá)到接地電阻值的要求是非常困難的。此外，傳統(tǒng)金屬接地體的接地電阻隨氣候(土壤潮濕程度)的變化會發(fā)生大幅度的起伏，隨著腐蝕的加劇地阻也會不斷增大。
2、梅花型低阻接地體
河南邦信防腐材料有限公司生產(chǎn)的低阻接地體是一種以非金屬材料為主的接地體，由導(dǎo)電性、穩(wěn)定性較好的非金屬礦物質(zhì)和電解物質(zhì)組成，它不含對人體有害和污染水源、土壤、環(huán)境的有害物質(zhì)。其特殊的形狀增大了接地體本身的散流面積，減小了接地體與土壤之間的接觸電阻，接地電阻值低。其優(yōu)良的吸濕保濕及改善周圍土壤導(dǎo)電特性的能力,使接地電阻不斷減小而趨于長期穩(wěn)定。因具有抗鹽、酸、堿腐蝕的能力，使用壽命長達(dá)50年。特別適用于沙漠、戈壁、鹽堿地、高原和常年凍土帶等惡劣地質(zhì)條件的地區(qū)。
風(fēng)電機(jī)組防雷接地施工圖
單根梅花型接地體的接地電阻Rg，可按下式計算：在一定的土壤電阻率下，為達(dá)到要求的接地電阻值，通常需要若干根梅花型接地體。接地體的間距不小于4米。 根據(jù)上式計算，在土壤電阻率為450Ω.M的情況下，接地電阻按4Ω考慮，所需梅花型低阻接地體25多塊。占地面積大約16米×16米。通過以上計算可以看出，采用梅花型低阻接地體，所需數(shù)量、占地面積遠(yuǎn)比傳統(tǒng)材料少。技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 通過以上計算可以看出，采用梅花型低阻接地體，所需數(shù)量、占地面積遠(yuǎn)比傳統(tǒng)材料少。
風(fēng)電機(jī)組防雷接地網(wǎng)施工圖
1、占地面積
在一般條件下（ρ≤100Ωm）使用金屬接地材料，在變電站占地面積內(nèi)一般均可達(dá)到接地電阻要求。在ρ≥500Ωm時，由公式Rj=0.5ρ/√s可知，此時土壤電阻率ρ為常值，若要降低Rj，只有增大√s，此時占地面積S將急劇增大，表現(xiàn)為外接多個外引地網(wǎng)，征地費(fèi)用大幅增加，總費(fèi)用劇增，顯然是不可取的解決辦法。若在原場地上大規(guī)模換土，更需動用幾千至幾萬方粘土，其總費(fèi)用更是驚人。采用低電阻接地模塊作垂直接地極時： “低電阻接地模塊”采用了一系列降阻技術(shù)。首先降低接地極與土壤之間的表面接觸電阻，同時成倍增加了接地體的散流面積。由于接地體本身含有豐富的離子，又具有吸濕保濕特性，采用電子十離子導(dǎo)電的散流方式，大大優(yōu)于金屬的電子導(dǎo)電的散流方式。尤其是在高土壤電阻率時，這種工作方式更是大幅度提高了電流的散流效果。采用低電阻接地模塊一般情況下均能在變電站本身占地面積內(nèi)達(dá)到接地電阻要求。
2、兩種接地材料的對比
以目前鋼鐵材料市場的價格，不考慮運(yùn)輸及施工費(fèi)用，角鋼的材料總費(fèi)用大約是接地模塊的1/3~1/2。但角鋼的施工面積卻是接地模塊的7倍，即用角鋼的施工費(fèi)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過接地體。因此從總成本上看，采用低阻接地體的總成本會略高一些，但其所需的場地卻要小的多。
3,腐蝕和壽命問題
由設(shè)計手冊可知扁鋼的腐蝕速度為0.1～0.2mm/年，在酸堿度大的地區(qū)腐蝕速度更快，這樣在變電站工作幾年后，由于扁鋼表面已腐蝕，散流時接觸電阻迅速增大，整個地網(wǎng)的接地電阻值將逐漸增大。同時變電站由于工頻泄放的問題，進(jìn)一步加速了扁鋼的腐蝕速度。低電阻接地模塊采用的是導(dǎo)電性能優(yōu)良的非金屬材料，金屬極芯和富含電解質(zhì)的材料制成的。外層是非金屬材料，金屬極芯采用的是不銹鋼（可達(dá)五十年壽命），抗腐蝕能力極強(qiáng)，腐蝕速度極低，可忽略不計。
4、污染
低電阻接地模塊由于材料與工藝的原因，沒任何污染，同時又有很強(qiáng)的抗污染抗腐蝕能力。則受污染的影響很大。
5、費(fèi)用
就單個材料而言，低電阻接地模塊的費(fèi)用要高些，但就高土壤電阻率的情況下，工程總費(fèi)用和全壽命期費(fèi)用則要明顯低于用扁鋼的地網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電防雷防雷接地工程如何達(dá)到0.5歐姆防雷接地.
陰極保護(hù)技術(shù)是電化學(xué)保護(hù)技術(shù)的一種，其原理是向被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)物表面施加一個外加電流，被保護(hù)結(jié)構(gòu)物成為陰極，從而使得金屬腐蝕發(fā)生的電子遷移得到抑制，避免或減弱腐蝕的發(fā)生。
金屬-電解質(zhì)溶解腐蝕體系受到陰極極化時，電位負(fù)移，金屬陽極氧化反應(yīng)過電位ηa 減小，反應(yīng)速度減小，因而金屬腐蝕速度減小，稱為陰極保護(hù)效應(yīng)。利用陰極保護(hù)效應(yīng)減輕金屬設(shè)備腐蝕的防護(hù)方法叫做陰極保護(hù) 。
由外電路向金屬通入電子，以供去極化劑還原反應(yīng)所需，從而使金屬氧化反應(yīng)(失電子反應(yīng))受到抑制。當(dāng)金屬氧化反應(yīng)速度降低到零時，金屬表面只發(fā)生去極化劑陰極反應(yīng)。
兩種陰極保護(hù)法:外加電流陰極保護(hù)和犧牲陽極保護(hù)。
1、犧牲陽極陰極保護(hù)是將電位更負(fù)的金屬與被保護(hù)金屬連接，并處于同一電解質(zhì)中，使該金屬上的電子轉(zhuǎn)移到被保護(hù)金屬上去，使整個被保護(hù)金屬處于一個較負(fù)的相同的電位下。該方式簡便易行，不需要外加電源，很少產(chǎn)生腐蝕干擾，廣泛應(yīng)用于保護(hù)小型(電流一般小于1安培)或處于低土壤電阻率環(huán)境下(土壤電阻率小于100歐姆.米)的金屬結(jié)構(gòu)。如，城市管網(wǎng)、小型儲罐等。根據(jù)國內(nèi)有關(guān)資料的報道，對于犧牲陽極的使用有很多失敗的教訓(xùn)，認(rèn)為犧牲陽極的使用壽命一般不會超過3年，最多5年。犧牲陽極陰極保護(hù)失敗的主要原因是陽極表面生成一層不導(dǎo)電的硬殼，限制了陽極的電流輸出。產(chǎn)生該問題的主要原因是陽極成份達(dá)不到規(guī)范要求，其次是陽極所處位置土壤電阻率太高。因此，設(shè)計犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)時，除了嚴(yán)格控制陽極成份外，一定要選擇土壤電阻率低的陽極床位置。
2、外加電流陰極保護(hù)是通過外加直流電源以及輔助陽極，是給金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點(diǎn)達(dá)到同一負(fù)電位，使被保護(hù)金屬結(jié)構(gòu)電位低于周圍環(huán)境。該方式主要用于保護(hù)大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結(jié)構(gòu)，如:長輸埋地管道，大型罐群等。
1.所有強(qiáng)制電流電源每兩月檢查一次，間隔長一些或短一些也可能是合適的。運(yùn)行正常的判據(jù)是:電流輸出、正常的功耗、表示正常運(yùn)行的信號或管道上令人滿意的陰極保護(hù)水平。
2.作為預(yù)防性維護(hù)計劃的一部分，為減少使用中的損壞，所有強(qiáng)制電流保護(hù)設(shè)施應(yīng)每年檢查一次。檢查內(nèi)容包括電氣故障、安全接地的連接點(diǎn)、儀表的精度、效率及回路電阻。
3.反向電流開關(guān)、二極管、干擾跨接和其他保護(hù)裝置等，如果失效可能危及構(gòu)筑物的保護(hù)，其正常的功能檢查應(yīng)每兩個月一次。
4.應(yīng)定期檢查并評價絕緣接頭、電連續(xù)性跨接及套管絕緣的有效性，可通過電測量完成。
