风力发电原理风电场防雷接地
风电防雷接地
风电防雷接地1 风机的防雷特点电闪雷鸣释放的巨大能量，会造成风机叶片爆裂、电气绝缘击穿、自动化控制和通信元件烧毁……1.1 一般雷击率在年均10雷电日地区，建筑物高度h与一般雷击率n的关系见表1。
1.2 环境风力发电特点是：风机分散安置在旷野，大型风机叶片高点（轮毂高度加风轮半径）达60～70 m，易受雷击；风力发电机组的电气绝缘低（发电机电压690 V、大量使用自动化控制和通信元件）。
因此，就防雷来说，其环境远比常规发电机组的环境恶劣。
1.3 严重性风力发电机组是风电场的贵重设备，价格占风电工程投资60%以上。
若其遭受雷击（特别是叶片和发电机贵重部件遭受雷击），除了损失修复期间应该发电所得之外，还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用。
丹麦LM公司资料介绍：1994年，害损坏超过6%，修理费用估计至少1 500万克朗(当年丹麦装机540 MW，平均2.8万克朗/MW) 。
按LM公司估计，世界每年有1%～2%的转轮叶片受到雷电袭击。
叶片受雷击的损坏中，多数在叶尖是容易被修补的，但少数情况则要更换整个叶片。
雷击风机常常引起机电系统的过电压，造成风机自动化控制和通信元件的烧毁、发电机击穿、电气设备损坏等事故。
所以，雷害是威胁风机安全经济运行的严重问题。
2 叶片防雷研究雷击造成叶片损坏的机理是：雷电释放巨大能量，使叶片结构温度急剧升高，分解气体高温膨胀，压力上升造成爆裂破坏。
美国瞬变特性研究院用人工电晕发生器，在全复合材料的叶片做雷击试验，高电压、长电弧冲击（3．5 MV，20 kA）加在无防雷设置的叶片上，结论是叶片必须加装防雷装置。
TACKE公司设计了玻璃钢防雷叶片（图1），叶片顶端铆装一个不锈钢叶尖，用铜丝网贴在叶片两面，将叶尖与叶根连为一导电体。
铜丝网一方面可将叶尖的雷电引导至大地，也防止雷击叶片主体。
丹麦LM公司于1994年获得叶片防雷的科研项目，由丹麦能源部资助，包括丹麦研究院雷电专家、风机生产厂、工业保险业、风电场和商业组织在内，目的在于调查研究雷电导致叶片损害，开发安全耐用的防雷叶片。
风力发电机组的气象防雷保护
风力发电机组的气象防雷保护：随着风力发电机组单机容量的不断増大，风机轮毂高度和叶片高点也在不断増高，在旷野、山顶和沿海地区，风机遭受雷击的概率非常大。
从各风场反馈的情况来看，雷击不但是造成风机故障停机的重要因素，甚至直接影响风电场的安全运行。
本文首先从雷电的破坏机理和形式入手，对雷电的防护区域进行了划分，并提出了风力发电机组的防雷保护设计原则和防雷系统工程方案;而后对风机整机系统的防雷保护进行了系统的分析，并提出了具体的防雷保护方法。
标签：风力发电防雷雷电1引言风能是一种绿色、安全的清洁能源，也是当前技术最成熟、最具备规模开发条件的可再生能源。
近年来，风力发电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多能量，轮毅高度和叶轮直径不断增高;同时，高原、沿海、海上等新型风力发电机组的开发，使风力发电机组开始大量应用于高原、沿海、海上等地形更为复杂，环境更为恶劣的地区，更加加大了风力发电机组被雷击的风险。
据统计，风电机组故障中，由遭遇雷击导致的故障占到4%。
电具有极大的破坏力，雷击释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等故障，给风电场带来直接和间接的巨大经济损失，此风力发电机组的防雷保护已日益引起各个风电机组制造厂家和风电机组研发设计人员的重视。
风电机组的防雷是一个综合性的工程，防雷设计的到位与否，直接关系到风电机组在雷雨天气时能否正常工作，并且确保风电机组内的各种设备不受损害。
2雷电的产生及危害雷电是雷云间或雷云与地面物体间的放电现象，电位差可达数兆瓦甚至十兆瓦，放电电流几十千安甚至几百千安。
经验表明，对地放电的雷云绝大部分带负电荷，当雷暴经过大地时，云块下方原本负电荷充电的几公里的雷暴范围内的大地可以变为正极充电。
这些正电荷会集中在垂的物体上，比如树木和高耸的建筑物。
这些物体向上释放出正极的放电，并试图与从云块发出的向下的负极放电相结合，当正负电荷相结合时，闪电就发生了。
2.1雷电的破坏形式风力发电机一般都是安装在空旷的地方，并且明显高于附近的建筑物和树木，所以整个风机是暴露在直接雷击的威胁下，尤其是叶片。
风电机组的防雷和防雷标准
风电机组的防雷和防雷标准邱传睿1、引言风电作为高效清洁的可再生能源，一问世就受到各国高度重视，我国是较早利用风力发电的国家，到现在为止，总装机容量已经排在亚洲第一、全球第三的位置，而发展速度名列世界前二。
风场高速发展的同时，风电机组的雷害也日益显露，因此风电机组的防雷被问题摆到了风电研发人员的面前。
风力资源丰富的风场往往处于高海拔和远离城市的地区及荒郊，风场中的风电机组容易遭受直接雷击。
目前MW级的大功率的风电机成为风场的主机型，大功率风电机的风塔高度已经超过120m，是风场中最高大的构筑物，在风电机组的20年寿命期内，总会遭遇到几次雷电直击。
最初，我国的风电场从年平均雷电日较少的新疆和内蒙开始发展，那时都是450kW级以下的风力机，因此雷害并不突出，但是，今后我国风机要设置在苏北沿海、华南，甚至将离岸设置，同时我国将发展2.5MW级以上的风机，风力机的雷害问题引起了有关方面的高度重视，中国风能协会叶片专业委员会于2009年9月在肇庆召开的年会，将叶片的防雷作为一个重要问题进行了研讨，说明风力机的防雷得到大家的重视。
国际电工委员会IEC第88工作委员会（IEC TC 88）在编制风电机组系列标准IEC 61400时，编制了一个技术报告（TR），作为IEC 61400系列标准的24部分，于2002年6月出版。
当时，标准编制工作组想为这个相对年经的工业提供雷电和防雷的知识。
因此，在IEC 61400-24中提供了一些风力机雷害的背景资料，也提供了最实用的防雷指导。
在几年的实践中证明了编制工作组编制的该技术报告对防止和减少风电机组的雷害是有效的。
在IEC 61400-24问世后不久，风电工业迅速的向大功率风力机发展，并且技术更加成熟，市场更加繁荣。
同时雷害的问题比2002年以前更加复杂和日益突出。
因此有必要有一个作为风电机组防雷标准的文件供风电行业人员使用。
这样，将IEC 61400由技术报告（TR）升级为技术标准（TS）便顺理成章提到议事日程上来了。
风力发电系统防雷设计研究
风力发电系统防雷设计研究风力发电系统是一种利用风能转化为电能的装置，具有可再生、清洁、环保等优点，正逐渐成为全球能源结构调整的重要部分。
由于风力发电系统通常建在高处，暴雨、雷电等天气现象容易导致系统遭受雷击，引发安全隐患和设备损坏。
对风力发电系统进行防雷设计是非常重要的。
一、风力发电系统的防雷设计原则：1.系统的安全可靠性是最重要的考虑因素。
2.尽可能减小风力发电系统的雷击危害。
3.遵循国家相关防雷标准，确保系统的合规性。
二、风力发电系统的防雷设计内容：1.系统常规防雷保护措施：（1）系统接地设计：风力发电机组、输电线路和绝缘线设计良好的接地系统，可有效地降低雷击危害。
（2）引雷器：在风力发电系统中设置引雷器，将雷电引入地下或者避免直接击中关键设备，减少雷击对设备的损害。
（3）避雷针：在发电塔上安装避雷针，防止塔上人员遭受雷击伤害。
（4）金属防护：使用避雷针、金属网等材料对设备进行金属防护，形成电磁屏蔽，防止雷击对设备造成直接伤害。
2.高频保护系统设计：（1）设置防雷川流式闭合环节，对外部大气环境中的雷击脉冲进行拦截、吸收和消散，保护风力发电系统的高频设备。
（2）通过使用避雷器、稳压器等设备，对高频电路进行保护，防止雷击冲击对设备电路产生干扰和破坏。
3.系统的过电压保护设计：（1）使用过电压保护器对系统进行过电压保护，及时将过电压释放到地下或外部大气环境中，防止过电压对系统设备产生危害。
（2）设置过电压保护器的位置、数量和规格应根据系统的整体特点进行选择，确保可靠性和合理性。
4.系统的电气接地设计：（1）风力发电机组和输电线路的接地设计应符合相关防雷标准，确保接地电阻小于设计要求。
（2）通过设置接地体，提高接地效果，减小系统感应电阻，保护系统的安全运行。
5.系统的维护和监控：定期对风力发电系统进行维护和检测，确保系统设备的正常运行，及时处理可能存在的安全隐患。
总结：风力发电系统的防雷设计是保护系统设备和人员安全的重要环节。
风电场的防雷和接地
风电场电气系统
2
§1.2 雷电的危害
防雷与接地
直击雷：雷云放电时，雷电流可达几百千安。通过被雷击物 体时，产生大量的热量，使物体燃烧。
感应雷：雷电感应是雷电的第二次作用，即雷电流产生的电 磁效应和静电效应作用。
❖ 电气设备的接地：通常情况下是指不带电的金属导体（一 般为金属外壳或底座）。
❖ 非电气设备的导体接地：如风管、输油管及建筑物的金属 构件经金属接地线与接地电极相连接。
风电场电气系统
6
§2.1 接地基本概念
防雷与接地
Uk
❖ 接地电阻：即接地装置对 地电压与入地电流之比。
它包括接地线、接地体的
电阻以及接地体与土壤间
属体，如输油金属管道等，称为防电蚀接地。牺牲阳极保 护阴极的称为阴极保护。
风电场电气系统
15
防雷与接地
§2.3 接地的一般要求
§2.3.1 接地网设计基本要求
❖ 1）电气设备及设施宜接地或接中性线，并做到因地制宜， 安全可靠，经济合理。
❖ 2）不同用途和不同电压的电气设备，除另有规定者外， 应使用一个总的接地系统，接地电阻应符合其中最小值的 要求。
➢ 电力设备传动装置。 ➢ 互感器的二次绕组。 ➢ 配电、控制保护屏（柜、箱）及操作台等的金属框架。 ➢ 屋内配电装置的金属构架和钢筋混凝土构架，以及靠近带
电部分的金属围栏和金属门、窗。 ➢ 交、直流电力电缆桥架、接线盒、终端盒的外壳、电缆的
屏蔽铠装外皮、穿线的钢管等。 ➢ 装有避雷线的电力线路杆塔。 ➢ 在非沥青地面的居民区内，无避雷线非直接接地系统架空
风力发电机防雷系统的组成、措施及思路
风力发电机防雷系统的组成、措施及设计思路1.风电防雷的组成风电的防雷主要由雷电电磁脉冲防护系统和直击雷防护系统组成。
雷电电磁脉冲防护系统主要针对风电的掌握系统；直击雷防护系统主要包括风塔、叶片及接地系统的防护。
从构筑物的角度进行考虑，风塔可以进行LPZ进行防雷分区，依据这种分区方式同样可以确定风塔的不同位置需要实行什么样的防护措施。
依据危急成都进行划分：处于LPZO区的部分包括叶片、风速仪，LPZ1区包括：风机（机舱）罩、塔桶内电缆、，LPZ2区包括: 变浆柜、掌握柜、等。
2.掌握系统的防雷设计对于处于野外高雷击风险环境的雷电电磁脉冲防护应重点考虑采纳等电位、屏蔽及在掌握线路上安装SPD。
3. 1机舱内的等电位系统设计风电掌握机舱内主要有变浆掌握柜、制动掌握柜、机械箱（齿轮箱）、液压掌握柜、发电机及传动系统，由于各系统之间的链接主要是靠地板的链接，各金属外壳间存在肯定的接触电阻，所以应重点做好设施之间的等电位链接，可在用紫铜带或者铜编织带进行牢靠的等电位链接。
4.2屏蔽措施屏蔽措施主要针对目前国内一些风机外科采纳高强度玻璃钢材料而言，由于雷电电磁脉冲的冲击是在空间范围内存在的，所以，为了削减机舱内电子设施受雷电电磁脉冲的冲击，应采纳金属的机舱罩, 减弱雷电电磁脉冲对机舱内设施的影响，减小雷电电磁脉冲的强度，同时也可有效的削减雷电电磁脉冲在线路上产生的浪涌脉冲。
2.3在不同位置安装相应的SPD依据国外风场的统计数据表明，风电场因雷击而损坏的主要风电机部件是掌握系统和通讯系统。
雷击事故中的40%〜50%涉及到风电机掌握系统的损坏，15%〜25%涉及到通讯系统，15%〜20%涉及到风机叶片，5%涉及到发电机。
由此可见，雷电对风机系统遭成的影响是不同的，进行具有针对性的防护是避开和削减事故的重要手段。
依据IEC61312-3. 61024和61400及GB500577994中关于雷电流安排的推举计算可计算出风机内部不同系统存在的雷击电流强度。
风力发电防雷接地施工方案
风力发电防雷接地施工方案1. 引言风力发电作为一种可再生的清洁能源，受到越来越多的关注和应用。
然而，在风力发电场建设过程中，由于风力发电机组的高度和立体结构，以及所处环境的复杂性，雷击是一个常见问题。
为了保护风力发电机组和相关设备不受雷击的影响，需采取合适的防雷接地施工方案。
本文将介绍一种风力发电防雷接地施工方案，以确保风力发电场的设备和人员的安全。
该方案主要包括以下几个方面：选择合适的接地材料、接地设计、接地电阻测试、施工要点等。
2. 接地材料选择接地材料的选择是防雷接地施工的基础，需要考虑材料的导电性能、耐腐蚀性能和耐久性等因素。
常用的接地材料包括铜、镀锌铁、铝等。
在风力发电场的防雷接地中，一般选择铜作为接地材料，因为铜具有导电性能好、抗腐蚀性能强的特点，适用于各种复杂环境。
3. 接地设计风力发电场的防雷接地设计需要考虑到多种因素，包括地质条件、设备排布、雷电活动频率等。
首先，需要确认接地点的选取。
接地点应选择在地势最低的位置，以确保雷电击中后电流能顺利通过地下传导，减少对设备的影响。
其次，需要合理布置接地装置。
根据设备排布和雷电活动频率，合理安排接地装置，使其能够覆盖整个风力发电场，并确保有效接地。
最后，需要合理规划接地导线的走向和长度。
接地导线应尽量短，减少电阻，提高接地效果。
同时，接地导线的走向也应尽量避免与其他电缆和设备产生干扰。
4. 接地电阻测试接地电阻是评估接地效果的重要指标，需要进行定期测试和检查。
常用的接地电阻测试方法包括三线法和四线法。
其中，三线法适用于小型接地，四线法适用于大型接地。
测试结果可以通过比较测试前后的接地电阻值，来评估接地的有效性。
在测试过程中，需要确保接地导线与测试仪器的连接良好，并排除其他因素对测试结果的干扰。
测试结果应记录并保存，以备后续参考和对比。
5. 施工要点在风力发电防雷接地施工过程中，需要注意以下几个要点：•施工前需进行详细的方案设计和风险评估，确保施工过程的安全性。
风力发电机组防雷保护策略综述
风力发电机组防雷保护策略综述摘要：风电机组的防雷保护由于电气和机械特性而提出了许多问题。
本文以一种简单而全面的方式整理有关目前保护风电机组的现有工作，并提出可能有助于未来保护风电机组免受雷击造成的重大损失的建议。
关键词：雷击，风电机组接地，高压输电线路，防雷，浪涌一、概述目前，在世界上的103个国家，风力发电被用于民用和工商业用电。
风能是世界上增长最快的可再生能源之一。
然而，由于它们的物理尺寸，风电机组特别容易遭受雷击。
因此，本文梳理了有关防雷保护的已知信息，并提出了一些改进建议。
二、风电机组尺寸与雷击的关系在岸上和近海地区的规模继续增加。
众所周知，较大的风电机组被闪电击中的可能性较大。
然而，对于这些设备的保护和增加的高度和离岸安装的综合影响，人们明显缺乏专业知识。
考虑到额定功率，目前大规模应用的单机容量从0.25kW-4500kW不等。
风力发电机的功率输出主要取决于风速、涡轮额定功率和转子直径。
如果转子直径增加，塔架的高度也会增加。
随着风电机组整体高度的持续增长，它们变得越来越容易受到雷击。
三、防雷保护的现状与标准目前风机所采用的防雷系统由防雷点、导线、接地系统和各子系统的浪涌保护装置组成。
采用低阻抗路径是进行防雷工作的前提条件。
外部防雷系统，由以下部分组成：转子叶片中的空气终止和向下导体系统、保护机舱的空气终止系统、上层建筑，机舱，和轮毂。
外部防雷系统用于拦截塔上的直击雷击，包括雷击，并将雷电电流从撞击点引导到地面。
机舱的构造应成为防雷系统的组成部分，以确保闪电击中金属部件；或者在机舱上提供空气终止系统。
对于涂有玻璃纤维增强塑料或类似材料的机舱，应配备空气终止系统并在机舱周围形成笼。
该保护系统基于国际标准IEC61400-24和IEC62305。
防雷系统的所有子部件都应符合IEC61400-24规定的防雷等级(LPL-1)，除非风险分析建议采用较低的LPL-1等级。
内部防雷系统，转子叶片广泛使用的防雷方法是一种能够承载雷电电流的内部避雷导体。
风力发电机组防雷措施
风力发电机组防雷措施引言：风力发电是一种可再生能源形式，被广泛应用于现代能源领域。
然而，由于风力发电机组的高度和外露设备，其易受雷击的风险较高。
因此，采取合适的防雷措施对于保护风力发电机组的安全运行至关重要。
本文将详细介绍风力发电机组的防雷措施。
一、风力发电机组雷电灾害的危害雷电灾害对风力发电机组的危害主要体现在以下几个方面：1. 直接打击：雷电直接击中风力发电机组的叶片、塔架等部件，造成严重损坏。
2. 感应效应：雷电产生的电磁场会感应在风力发电机组内部的电缆和设备上，导致设备烧毁。
3. 浪涌效应：雷电产生的浪涌电流会通过电缆进入风力发电机组内部，对设备产生瞬态过电压，损坏电子元器件。
4. 地电位效应：雷电击中地面会产生地电位效应，进而通过地线进入风力发电机组系统，对设备造成损害。
二、风力发电机组防雷措施为了减少雷电灾害对风力发电机组的影响，需要采取以下防雷措施：1. 雷电监测系统安装雷电监测系统可以及时监测雷电活动，根据监测结果采取相应的防护措施。
雷电监测系统可以通过测量电场和磁场强度，以及监测雷电频次和雷暴活动距离等参数，实现对雷电活动的实时监测和预测。
2. 避雷针系统在风力发电机组的塔顶和叶片上安装避雷针系统，可以有效地引导雷电击中。
避雷针系统一般由导线、导线支架和接地装置组成，通过将雷电引导到接地装置上，减少雷电对风力发电机组的直接打击。
3. 接地系统良好的接地系统是防止雷电灾害的重要手段。
风力发电机组的各个部件（包括塔架、叶片、发电机、变压器等）都需要进行接地处理，以保证雷电通过接地系统安全地流入地下。
4. 防雷装置在风力发电机组的电气系统中安装合适的防雷装置，可以有效地降低雷电对设备的影响。
常见的防雷装置包括避雷器、浪涌保护器、瞬态电压抑制器等，它们能够吸收或抑制雷电产生的过电压，保护设备免受损坏。
5. 电磁屏蔽风力发电机组的电缆和设备应采用合适的电磁屏蔽措施，减少雷电感应效应对设备的影响。
风电场防雷接地施工工法
风电场风机基础防雷接地工法（三门峡渑池荆庄100MW风电项目）一、前言风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。
因此风力发电也因之崛起，由于它属于可再生能源，为人与自然和谐发展提供了基础，而且不像火电、核电、水电会造成环境问题，所以符合社会可持续发展对能源的要求，所以，风力发电已在我国达到了举足轻重的地位。
风力发电场广泛随着社会经济的发展，建设量也持续增加。
然而，风力发电机组是在空旷、外露的的环境下工作，不可避免的会遭受到直接雷击。
由于风电技术的迅速发展，风力发电机组的容量也越来越大，轮毂高度100米，叶片长度68米、即最高点高度约168米的风机，在雷雨天气时极易遭受直接雷击。
雷击是自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害，雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。
这种情况下，防雷接地系统问世。
风机的防雷是一个综合性的防雷工程，防雷设计的到位与否，直接关系到风机在雷雨天气时能否正常工作，并且确保风机内的各种设备不受损害。
为保证风力发电机组的正常、安全使用，因此风机基础的防雷接地施工技术成为重中之重。
二、工法特点2.1施工工序衔接紧密，人员分工详细，各负其责，互相协作，既能确保工程质量，又可以提高工作效率。
2.2该工法易于掌握，施工方便，且满足设计要求。
三、适用范围本工法适用于风力发电机组基础、变电站防雷接地装置施工作业。
四、工艺原理该工法根据流水法施工原理，结合接地网施工特点，科学合理安排施工工序，将整个施工过程分为：（1）接地网测量放线；（2）接地沟开挖；（3）敷设接地扁钢与垂直接地极；（4）接地扁钢之间连接与垂直接地极连接；（5）接地扁钢涂刷防腐、防锈材料；（6）检查验收合格；（7）接地沟回填；（8）检测接地电阻值；（9）检测接地电阻值是否≤4Ω，如小于该步骤结束进入下到施工工序，如＞4Ω需放置接地模块。
九个工序，按顺序施工，当上一道工序完成一定工作量后，同时开始下一道工序施工。
风力发电场防雷接地技术
风力发电场防雷接地技术摘要：雷电对风扇的危害包括直雷、雷电感应和雷电波侵入。
雷击具有随机性强、破坏力强的特点，风电机组不可能完全避免遭雷击。
因此，采取有效措施减少累积破坏是每个风电场面临的最重要问题。
对于风力发电来说，良好的接地系统对于在发生雷击时尽快将雷击电流释放到地面是非常重要的。
关键词：风力发电场；接地电阻；防雷保护；雷击是影响风电机组乃至整个风电场安全运行的重要因素，因此对风电场的防雷接地的研究具有重要的现实意义。
结合实际风电场分析了风机雷击事故的破坏机理，针对实际风机接地电阻阻值要求和接地电阻的影响因素，对接地系统进行了研究，并对接地电阻进行了计算，提出了接地设计中应该注意的问题。
一、风力发电场机组接地要求1.接地装置材料的选择。
一般来说，风力发电机组接地装置都是由结构钢制作而成，但如果土壤电阻率相对较高，应该及时采取有效的方法，应用特殊的接地装置材料，诸如长效防腐降阻剂等。
选择材料的时候必须仔细检查材料，不能有粗细不均或锈蚀的现场。
垂直安装的接地体一般是由钢管或角钢制作而成，角钢制作接地体具有成本低、制作过程便捷等特点，但散流效果不够理想。
所以针对土壤电阻率较高的地区，接地装置通常是由钢管制作而成，钢管制作而成的接地装置具有更长的使用寿命，具有较好的防腐效果。
2.技术要求。
（1）所有风电机完成接地网施工后必须单独进行电阻值的测试。
一旦发现测试结果不理想，立即按照涉及要求进行完善。
（2）控制接地体埋深和施工最终夯实地面的距离>1.0m，接地体完成买入后，必须进行分层夯实。
（3）不管是接地体和引线之间，还是接地体之间，都必须做好防腐处理工作。
（4）为了对接地装置进行检测，需要设置测量井。
（5）在进行直埋电缆沟内施工的过程中，应该格外注意电缆的保护。
二、风电场接地系统结构同其他的电力系统一样，风力发电系统必须接地，从而在电气设备和大地之间建立起低阻抗的电气贯通，以确保机组的可靠运行。
风力发电场防雷接地工程方案
风力发电场防雷接地工程方案一、概述目前，风力发电被称为明日世界的能源。
由于它属于可再生能源，为人与自然和谐发展提供了基础。
而且不像火电、核电、水电会造成环境问题，所以符合社会可持续发展对能源的要求。
所以，风力发电已在我国达到了举足轻重的地位。
然而，风力发电机组是在空旷、自然、外露的环境下工作，不可避免的会遭受到直接雷击。
由于现代科学技术的迅猛发展，风力发电机组的单机容量越来越大。
主体高度约80米、叶片长度约40米、即最高点高度约为120米的风机，在雷雨天气时极易遭受直接雷击。
它是自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害。
雷电释放的巨大能量会造成风力发电机组叶片损坏、发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等。
风机的防雷是一个综合性的防雷工程，防雷设计的到位与否，直接关系到风机在雷雨天气时能否正常工作，并且确保风机内的各种设备不受损害。
本方案针对风力发电机组的防雷接地。
二、风力发电厂地貌及接地电阻要求风力发电场位于某地区，风力发电功率为1500kw。
土壤电阻率比较高，超过450Ω.m。
由于有岩石的存在，造成不同深度的土壤电阻率分布不均匀。
风机接地电阻要求做到4欧姆。
风机基础占地面积大约14×14平方米，距其10m处有一台箱式变压器，其接地电阻值的要求为4欧姆。
三、接地材料的选择及地网设计接地是指将风机的外壳与大地连接一起，以便在正常运转、变乱接地和遭受雷击的情况下，将其接地点的电位固定在允许范围内，从而保证人身和设备安全。
风机的接地体系是风机防雷保护体系中一个关键环节。
在地网开挖面积有限、泥土电阻率较高的环境条件下，要能到达上面的技术要求，用传统常规的角钢、扁铁等接地材料举行施工是非常困难的。
本方案发起采用新型的接地材料：高效低阻接地极。
下面介绍常规接地材料与新型高效接地模块的使用。
1、常规接地材料一般来说，程度接地体采用不小于40×4mm的热镀锌扁钢，垂直接地体采用不小于50×50×5mm的角钢，每根角钢的长度大约2.5-3米。
风力发电站防雷设计
风力发电站防雷设计一、防雷概述雷击防护的基本原理雷击防护：就是通过合理、有效的手段将雷电流的能量尽可能的引入到大地，是疏导，而不是堵雷或消雷。
正常采用的方法是采用提前放电避雷针或避雷针塔防护。
避雷针（或避雷带、避雷网、避雷针塔）、引下线和智能接地系统构成外部防雷系统，主要是为了保护建筑物免受雷击引起火灾事故及人身安全事故；完整的防雷还包括内部防雷系统则是防止雷电和其它形式的过电压侵入设备中造成损坏，这是外部防雷系统无法保证的，为了实现内部避雷，需对建筑物进出各保护区的电缆、金属管道等安装过电压保护器进行保护并良好接地。
A、多级分级（类）保护原则：即根据电气、微电子设备的不同功能及不同受保护程序和所属保护层确定防护要点作分类保护；根据雷电和操作瞬间过电压危害的可能通道从电源线到数据通信线路都应做多级层保护。
B、外部无源保护：在0级保护区即外部作无源保护，主要有提前放电避雷针（网、线、带）和接地装置（接地线、地极）。
保护原理：当雷云放电接近地面时，它使地面电场发生畸变。
在避雷针（线）顶部，形成局部电场强度畸变，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针（线）放电，再通过接地引下线，接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物免受雷击。
这是人们长期实践证明的有效的防直击雷的方法。
然而，以往一般认为用避雷针架空得越高越好（一般只按45度角考虑），且使用被动放电式避雷针，其反应速度差，保护的范围小以及导通量小。
根据现代化发展的要求，避雷针应选择提前放电主动式的防雷装置，并且应该从30度、45度、60度等不同角度考虑，安装，以做到对各种雷击的防护，增大保护范围以及增加导通量。
建筑物的所有外露金属构件（管道），都应与防雷网（带，线）良好连接。
风能是当前技术最成熟、最具备规模开发条件的可再生洁净能源。
风能发电为人与自然和谐发展提供了基础。
由于风力发电机组是在自然环境下工作，不可避免的会受到自然灾害的影响。
由于现代科学技术的迅猛发展，风力发电机组的单机容量越来越大，为了吸收更多能量，轮毂高度和叶轮直径随着增高，相对的也增加了被雷击的风险，雷击成了自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害，并且雷击对风电机组造成的危害主要有直击雷、感应雷、雷电波侵入、地电位反击等形式。
风力发电机的防雷与接地
风力发电机的防雷与接地
风机的接地
➢ 风电机组采用TN方式供电系统,可以较好的保护风机电 气系统及人员的安全.
➢ TN系统,T：系统中有一点一般是电源的中性点直接接 大地,称为系统接地System Earthing；N：用电设备的 外壳经保护接地即PE线Protecting Earthing conductor与系统直接接地点连接而间接接地,称为保 护接地Protective Earthing.意思就是风力发电机组 宜设一共用接地装置,供所有接地之用对于其他原因必 须分开装设的接地装置,应采取等电位连接,连到共用 接地装置上.
风力发电机的防雷与接地
内部防雷过电压保护系统
风力发电机的防雷与接地
内部防雷过电压保护系统
依据是否可能发生直击雷,雷电流的幅值以及相关 电磁场情况,国际电工委员会对防雷过电压保护的 防护区域划分为：LPZ0 区LPZ0A、LPZ0B,LPZ1 区 ,LPZ2 区.
风力发电机的防雷与接地
内部防雷过电压保护系统
雷击造成的巨大声波,对叶片结构造 成冲击破坏
风力发电机的防雷与接地
研究表明,物体被雷电击中时,雷电流总是会选择传导性最 好的路径.故针对雷电的这一破坏特性,可以在被击设备内 部构造出一个低阻抗的对地导电通路,这样就可以使设备 免遭雷击破坏.这一原理是整个叶片防雷措施的基础,并且 贯穿于整个风力发电机的防雷系统中.
风力发电机的防雷与接地
风力发电机的防雷与接地
风力发电机的防雷与接地
鉴于雷击无法避免的 特性,风力发电机组的 防雷重点在于雷击时 如何迅速将雷电流引 入大地,尽可能减少由 雷电引入设备的电流, 最大限度地保障设备 和人员安全,使损失降 低到最小程度.
对于风力机而言,直接 雷击保护主要是针对 叶片、机舱、塔架防 雷,而间接雷击保护主 要是指过电压保护和 等电位连接.
风电场机组防雷
风电场接地防雷我国风电装机容量从2005年至今的高速发展，截止到2011年底已达到4700万千瓦，折算风机台数千万台之多，根据风资源的分布情况，这些风电场多数位于三北地区，数千万台的风机尽数安装在空旷的平原、丘陵以及山顶处，而这些地方基本是雷暴高发地区，风电场的防雷尤为重要。
风电场内的防雷主要有两部分，风力发电机组和集电线路。
风力发电机的防雷系统由叶尖接闪器、传输导线、接地滑环、塔筒连接线、接地扁铁、接地体组成。
主流机型的叶尖接闪器是安装在风机的叶尖部，被环氧树脂的风机叶片包裹，之后经过叶片中心预制的50mm2铜导线连接到轮毂的接地滑环上，滑环与两侧的接地碳刷紧密接触，接地碳刷的连接线与机舱接地线连接，之后通过塔筒连接线与接地体连接。
当叶尖接闪器接受到感应雷电时，感应电流会沿着上述路径导入大地。
多数风电场的集电线路为架空导线，内蒙部分风场采用地埋电缆。
架空导线的防雷主要依靠杆塔顶端的避雷线，雷电落到避雷线上，沿杆塔导入大地。
防雷主要依靠两方面的因素，一是雷电的导入路径，二是接地情况。
综上所述，风电机组及架空线路的导入路径已经确定，更改的可能性很小，如此若要加强防雷效果，就要从接地的情况考虑。
风电机组的接地体一般情况下利用风机的基础，以1.5兆瓦风机基础为例，风机基础通常的做法是14x14x2.5米的钢筋水泥体，其中钢筋含量在30吨左右，以此作为接地体不出意外地话接地电阻会降到4欧姆以下，风电场为保险起见，一般还会由此基础向不同的四个方向延伸接地扁铁，一旦达不到电阻要求，可以连接人工接地体。
集电线路的接地是由杆塔根部相对方向的Φ10镀锌钢筋来完成，长度一般为20米，经过测算，长度大于30米时会产生雷电流反击现象。
由于风电的特殊性，风电场一般都建于丘陵山地间，此处的土壤电阻率较高，降低土壤电阻率的通常做法有三种：一是将接地扁铁或接地钢筋周围的介质换成电阻率较低的土壤，这种做法的弊端是需要大量的土壤，丘陵地带运输条件好的尚可，若是山地较为困难。
风力发电系统的防雷设计
风力发电系统的防雷设计防雷接地装置为风力发电机系统安全运行提供了重要保障，文章分析了风机防雷接地的措施，根据不同季节因素对接地电阻率进行了区分。
经过校验，确定方案中所选的材料满足热稳定性、腐蚀性的要求，由于土壤电阻率过高，所以为了使设计得以满足，从而选取了细土与降阻剂按1：8的比例回填土方法，使得接地电阻值达到要求的范围。
标签：雷电危害；接地电阻；接地方案；降阻近年来，随着单机容量的增加，风力发电机的塔架建造得越来越高，因此风力发电机遭受雷击的几率也比过去增加了许多，大力发展防雷保护技术，如何使风力机在遭受雷击时，使受损的可能性降到最小，成为很重要的课题[1]。
1 雷电危害及其防护措施（1）雷电的危害。
雷电会带来严重的危害，就其破坏因素来说，主要来自电效应、热效应和机械效应三个方面。
（2）防雷系统。
防雷接地电缆布局：共2根接地引下电缆。
叶片防雷：240平橡套电缆一根，直接从主轴滑环引入塔筒地基的2个相邻接地点。
机舱防雷及PE：240平橡套电缆一根，直接从主轴滑环引入塔筒地基的其余的2个相邻接地点。
2 双馈异步风力发电机系统接地风力发电基本原理是：风机叶片在风力的作用下旋转，并通过传动轴和变速箱带动发电机旋转产生电，然后经过变压、调频等，再通过电缆送到外部电网。
风力发电机系统接地由几大部分组成。
2.1 轮毂和叶片部分负责吸收风能，产生转动的动力。
一般叶片由复合材料制成，重量轻，有接雷器及疏雷导体，直接接触雷云。
2.2 机舱部分内置变速箱、发电机组、和发电机电气控制箱部分。
电气部分控制发电机的转动，偏航对风，紧急情况下的刹车等，有风速仪架防雷、机舱PE 接地防雷。
2.3 塔筒和地基部分塔筒为机舱、叶片等提供支撑，同时也是电缆走线和维修调试人员的通道，塔底开关柜控制电力的输入和输出。
地基接地为圆周均匀布局4根（点）380平镀锌母排，接地电阻4到10欧姆，另外可以设置直流接地1欧姆单独接地点，为控制系统单独接地抗干扰。
浅谈风电机组防雷与接地技术
浅谈风电机组防雷与接地技术发表时间：2017-06-23T14:16:50.263Z 来源：《基层建设》2017年6期作者：李彦康[导读] 叶片本体为复合材料，闪电击中叶片本体即会造成其穿孔、损坏甚至烧毁，接闪器分布在叶片表面，作用是拦截闪电以防止闪电击中叶片本体。
五凌电力有限公司新疆分公司新疆乌鲁木齐 830000一、风电场防雷主要涉及以下几项技术内容：叶片接闪器；叶片引下线；轮毂与机舱的防雷技术；塔筒；机组的接地；二、关于雷电定义：1、雷电是带电云层之间或带电云层与大地之间的大规模静电放电。
两种类型：云闪（占3/4）和地闪（占1/4）。
物理本质：静电放电。
极性：正极性（5%）和负极性（95%）三、风力发电机组雷电特征：试验研究表明，即便是完全绝缘（不含任何金属）的叶片，也难以避免地遭受雷击，在叶片上安装接闪器的作用即是为了减少雷电直接击中叶片本体的概率。
与建筑物的“避雷针”功能类似。
叶片本体为复合材料，闪电击中叶片本体即会造成其穿孔、损坏甚至烧毁，接闪器分布在叶片表面，作用是拦截闪电以防止闪电击中叶片本体。
实验结果显示，对于不超过20m的叶片，88%的雷闪击中叶尖接闪器，其余则击中叶尖5m附近的区域。
当叶片长度小于20m时，仅在叶尖布置1个（对）接闪器即可达到很高的拦截效率。
随着叶片长度的增加，闪电并不一定从上方垂直地击中叶尖，而是从斜上方击中叶片中部，因此需要在叶片中部相应的布置接闪器，实现对闪电的拦截。
四、叶片引下线选材：现有标准（包括IEC 61400-24）关于叶片引下线参数的规定都沿用了IEC 62305中的有关规定。
IEC 62305标准是针对构筑物（主要是建筑物）的一般规定，其关于引下线参数的规定主要考虑的是机械强度和防腐蚀。
风电机组叶片引下线的选择，除了考虑机械强度和防腐蚀特性之外，更重要的是应考虑引下线的冲击阻抗。
叶片引下线与叶片本体是并联关系，引下线冲击阻抗越大，分流至叶片本体雷电流就越多。
风电防雷接地
风电防雷接地1 风机的防雷特点电闪雷鸣释放的巨大能量，会造成风机叶片爆裂、电气绝缘击穿、自动化控制和通信元件烧毁……1.1 一般雷击率在年均10雷电日地区，建筑物高度h与一般雷击率n的关系见表1。
1.2 环境风力发电特点是：风机分散安置在旷野，大型风机叶片高点（轮毂高度加风轮半径）达60～70 m，易受雷击；风力发电机组的电气绝缘低（发电机电压690 V、大量使用自动化控制和通信元件）。
因此，就防雷来说，其环境远比常规发电机组的环境恶劣。
1.3 严重性风力发电机组是风电场的贵重设备，价格占风电工程投资60%以上。
若其遭受雷击（特别是叶片和发电机贵重部件遭受雷击），除了损失修复期间应该发电所得之外，还要负担受损部件的拆装和更新的巨大费用。
丹麦LM公司资料介绍：1994年，害损坏超过6%，修理费用估计至少1 500万克朗(当年丹麦装机540 MW，平均2.8万克朗/MW) 。
按LM公司估计，世界每年有1%～2%的转轮叶片受到雷电袭击。
叶片受雷击的损坏中，多数在叶尖是容易被修补的，但少数情况则要更换整个叶片。
雷击风机常常引起机电系统的过电压，造成风机自动化控制和通信元件的烧毁、发电机击穿、电气设备损坏等事故。
所以，雷害是威胁风机安全经济运行的严重问题。
2 叶片防雷研究雷击造成叶片损坏的机理是：雷电释放巨大能量，使叶片结构温度急剧升高，分解气体高温膨胀，压力上升造成爆裂破坏。
美国瞬变特性研究院用人工电晕发生器，在全复合材料的叶片做雷击试验，高电压、长电弧冲击（3．5 MV，20 kA）加在无防雷设置的叶片上，结论是叶片必须加装防雷装置。
TACKE公司设计了玻璃钢防雷叶片（图1），叶片顶端铆装一个不锈钢叶尖，用铜丝网贴在叶片两面，将叶尖与叶根连为一导电体。
铜丝网一方面可将叶尖的雷电引导至大地，也防止雷击叶片主体。
丹麦LM公司于1994年获得叶片防雷的科研项目，由丹麦能源部资助，包括丹麦研究院雷电专家、风机生产厂、工业保险业、风电场和商业组织在内，目的在于调查研究雷电导致叶片损害，开发安全耐用的防雷叶片。
风力发电场防雷接地施工方案
风力发电场防雷接地施工方案一、背景介绍风力发电作为新兴的清洁能源形式，在近年来得到了广泛的推广和应用。
然而，随着风电设施规模的不断扩大，雷电对风力发电场的危害日益凸显。
为了保障风力发电场设备的正常运行和人员的安全，建立合理有效的防雷接地施工方案势在必行。
二、施工目标本防雷接地施工方案旨在实现以下目标：1. 提供合理的防雷接地方式，有效阻止雷电对风力发电设备的损害。
2. 保护风力发电场的工作人员免受雷击伤害。
3. 确保风力发电场设备的正常运行，减少设备损坏和停工维修时间。
三、防雷接地施工方案根据风力发电场的特点和雷电防护的原则，本方案提出以下防雷接地施工方案：1. 防雷接地设施选址防雷接地设施选址需满足以下条件：- 避免设施受到周边建筑物和树木的阻挡，确保接地设施能够充分暴露于空气中。
- 选址处地质条件应稳定，避免存在湿地、泥泞等不利于接地效果的地方。
2. 接地棍的设计与安装接地棍是防雷接地系统的关键组成部分，其设计与安装需要遵循以下原则：- 接地棍的材料应选用导电性能好且耐腐蚀的铜材，确保接地效果稳定可靠。
- 接地棍的长度应根据设计需求和地质条件合理确定，通常要求接地棍埋入地下至少2米以上，并通过焊接、螺栓等方式与风力发电场设备连接。
- 接地棍的安装位置要靠近主要设备，同时考虑布置合理性和施工便捷性。
3. 接地线的布设接地线的布设需要注意以下要点：- 接地线选用耐候、耐腐蚀的铜材料，尽量减少导电电阻，确保接地的连续性和稳定性。
- 接地线的长度应尽量缩短，减少电阻的影响。
同时，要避免接地线与其他电线、电缆等设备发生干扰。
- 接地线的规划应符合相关安全规范和要求，合理划定接地范围。
4. 检测和维护防雷接地设施的检测和维护是保证施工方案有效的重要环节：- 定期对防雷接地设施进行检测，确保接地的连续性和稳定性。
- 如发现接地设施损坏或存在问题，应及时采取修复措施，确保设施的正常运行。
- 对防雷接地设施进行维护，及时清理接地设施周围的杂物和堆积物，保持设施表面的导电性能。
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雷电是雷云间或雷云与地面物体间的放电现象。 电位差可达数兆伏甚至数十兆伏，放电电流几十千安甚至几 百千安。经验表明，对地放电的雷云绝大部分带负电荷，所 以雷电流的极性也为负的。
雷电的类型 直击雷：雷云直接对建筑物或地面上的其他物体放电。 感应雷：包括静电感应雷和电磁感应雷。 球形雷：是一种球形的发红光或极亮白光的火球。
接地装置：对地保持一个低的电位差，埋入地中并直接 与大地接触的金属导体。 作用：使雷电流顺利入地，减小雷电流通过时的电位升 高。
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开发新型能源，主导低碳经济
二、接地的原理、意义及措施
接地基本概念
➢ 接地：在电力系统中，接地通常指的是接大地，即将电 力系统或设备的某一金属部分经金属接地线连接到接地 电极上。
➢ 冲击系数 ：一般用实验方法求得，在缺乏准确数据
时，对集中的人工接地体或自然接地体的冲击系数，也 可按下式计算：
0.9
1
(I )m
l1.2
式中：I为冲击电流幅值，kA；ρ为土壤电阻率，kΩ·m；l为垂直接地体
或水平接地体长度，或环形闭合接地体的直径，或方形闭合接地
体的边长，m；β及m为与接地体形状有关的系数，对垂直接地体
Uk—接触电位差；Ukb—跨步电位差
Rd
r0 dRd
dr
r0 2r 2
2r0
8
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接地基本概念
➢ 接触电压：即当电气设备绝缘损坏外壳带电时，有可能 施加于人体的电压。为保证人身安全（≤50V）。
U jc U d U1
➢ 跨步电压：未触及该设备，但由于人在跨步过程中，两 只脚所处的位置不同所产生的电压。同样不允许超过安 全电压（≤50V）。
β=0.9，m=0.8，对水平及闭合接地体β=2.2，m=0.9。
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接地的意义
功能性接地
工作接地
逻辑接地
保护性接地
信号接地
保护接地 防雷接地 防静电接地
屏蔽接地
防电腐蚀接地
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1、功能性接地
➢ 冲击电阻：峰值电压与峰值电流之比。
Rch Um / Im
➢ 接地体上最大电压出现的时刻，不一定是最大电流出现 的时刻。工程上通常是测量工频（或直流）接地电阻，
并用冲击系数来表示冲击接地电阻与工频接地电阻的关
系，即：
Rch
Rd
10
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接地基本概念
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➢ 雷电的危害
直击雷：雷云放电时，雷电流可达几百千安。通过被雷击物 体时，产生大量的热量，使物体燃烧。
感应雷：雷电感应是雷电的第二次作用，即雷电流产生的电 磁效应和静电效应作用。
在雷云向其他地方放电后，云与大地之间的电场突然消失， 但建筑物的顶部或架空线路上的电荷不能很快泄入大地， 残留的大量电荷相互排斥而产生强大的能量使建筑物震 裂。同时，残留电荷形成的高电位，往往造成屋内电线、 金属管道和大型金属设备放电，击穿电气绝缘层或引起 火灾、爆炸。
Uk
➢ 接地电阻：即接地装置 对地电压与入地电流之
比。它包括接地线、接地体的电阻以及接源自体Ud IdRdId
U f (r)
Ukb
与土壤间的过渡电阻和 大地的散流电阻。前两
r0
0.8
r
X
者较小，可忽略不计，
主要是大地的散流电阻。
dr
故接地电阻与土壤的电
阻率ρ成正比，与接地体
接地装置对地电位分布曲线
的半径成反比。设接地 装置（接地体）为一半 径为的半球体，并认为 接地体周围土质均匀。
原理：与避雷针基本相同，但对电场畸变的影响比避雷针小。
避雷器：用来限制沿线路侵入的雷电过电压（或因操作引起 的内过电压）的一种保护设备。
原理：实质上是一种放电器，把它与被保护设备并联，并在 被保护设备的电源侧。
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➢ 雷电的一般防护
避雷带和避雷网：在建筑物最可能遭到雷击的地方采用 镀锌扁钢或镀锌圆钢，并通过接地引下线与埋入地中的 接地体相连构成避雷带，再由避雷带构成的避雷网。 原理：避雷带、避雷网与避雷针及避雷线一样可用于直 击雷防护。
Ukb U2 U3
U
称为接触电压；U
jc
kb
称为跨步电压；U
d
为带电的设备外壳
电压；U 2为前脚电位；U 3为后脚电位。
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接地基本概念
➢ 工频接地电阻：对电力系统中的工作接地和保护接地， 接地电阻是指工频交流（或直流）电流流过接地装置时 所呈现的电阻。
➢ 电力系统中的接地：通常是指中性点或相线上某点的金 属部分。
➢ 电气设备的接地：通常情况下是指不带电的金属导体 （一般为金属外壳或底座）。
➢ 非电气设备的导体接地：如风管、输油管及建筑物的金 属构件经金属接地线与接地电极相连接。
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接地基本概念
➢ 1．工作接地
➢ 为保证电力系统的正常运行，在电力系统的适当地点进 行的接地，称为工作接地。在交流系统中，适当的接地 点一般为电气设备，例如变压器的中性点；在直流系统 中还包括相线接地。
➢ 2．逻辑接地
➢ 电子设备为了获得稳定的参考电位，将电子设备中的适 当金属部件，如金属底座等作为参考零电位，把需要获 得零电位的电子器件接于该金属部件上，如金属底座等， 这种接地称为逻辑接地。该基准电位不一定与大地相连 接，所以它不一定是大地的零电位。
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风力发电原理与应用
风电场防雷接地
§7 风电场的防雷和接地
➢ 雷电的产生机理、危害及防护 ➢ 接地的原理、意义及措施 ➢ 大型风力机的防雷保护 ➢ 集电线路的防雷与接地 ➢ 升压变电站的防雷与接地
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一、雷电的产生机理、危害及防护
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➢ 雷电的一般防护
避雷针：由接闪器、支持构架、引下线和接地体四部分构成。 原理：使雷云先导放电通道所产生的电场发生畸变，致使雷 云中的电荷被吸引到避雷针，并安全泄放入地。
避雷线：由悬挂在被保护物上空的镀锌钢绞线（接闪器）、 接地引下线和接地体组成。主要用于输电线路、发电厂和变 电站的防雷保护。