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(huì)造成環(huán)境問(wèn)題，所以符合社會(huì)可持續(xù)發(fā)展對(duì)能源的要求。所以，風(fēng)力發(fā)電已在我國(guó)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(huì)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(lái)越大。主體高度約80米、葉片長(zhǎng)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(shí)極易遭受直接雷擊。它是自然界中對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行危害zui大的一種災(zāi)害。雷電釋放的巨大能量會(huì)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(gè)綜合性的防雷工程，防雷設(shè)計(jì)的到位與否，直接關(guān)系到風(fēng)機(jī)在雷雨天氣時(shí)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(duì)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(jì)
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(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在地網(wǎng)開(kāi)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)接地材料與新型接地模塊的使用。
1、常規(guī)接地材料
一般來(lái)說(shuō)，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(zhǎng)度大約2.5-3米?？紤]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(zhǎng)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(jì)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(jì)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(zhǎng)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(kāi)挖面積來(lái)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(huì)發(fā)生大幅度的起伏，隨著腐蝕的加劇地阻也會(huì)不斷增大。
2、梅花型低阻接地體
鄭州萬(wàn)佳防雷有限公司是專業(yè)生產(chǎn)防雷設(shè)備的單位，其生產(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(duì)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*穩(wěn)定。因具有抗鹽、酸、堿腐蝕的能力，使用壽命長(zhǎng)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)。
梅花型低阻接地體的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)下表
| 序號(hào) | 產(chǎn)品型號(hào) | 外形尺寸mm | 質(zhì)量kg | 室溫下 電阻率Ω.m | 工頻 接地電阻Ω | 估算參考式 |
| 3 | MSD-Ⅲ | Ф260×1000 | 52－54 | ≤1 | 4 | 0.11ρ |
單根梅花型接地體的接地電阻Rg，可按下式計(jì)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(jì)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(guò)以上計(jì)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(guò)以上計(jì)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。
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(shí)，由公式Rj=0.5ρ/√s可知，此時(shí)土壤電阻率ρ為常值，
若要降低Rj，只有增大√s，此時(shí)占地面積S將急劇增大，表現(xiàn)為外接多個(gè)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(chǎng)地上大規(guī)模換土，更需動(dòng)用幾千至幾萬(wàn)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(shí)：
“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(shí)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(shí)，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(duì)比
以目前鋼鐵材料市場(chǎng)的價(jià)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(guò)接地體。因此從總成本上看，采用低阻接地體的總成本會(huì)略高一些，但其所需的場(chǎng)地卻要小的多。
3、腐蝕和壽命問(wèn)題
由設(shè)計(jì)手冊(cè)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(shí)接觸電阻迅速增大，整個(gè)地網(wǎng)的接地電阻值將逐漸增大。同時(shí)變電站由于工頻泄放的問(wèn)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*，腐蝕速度極低，可忽略不計(jì)。
4、污染
低電阻接地模塊由于材料與工藝的原因，無(wú)任何污染，同時(shí)又有很強(qiáng)的抗污染抗腐蝕能力。
扁鋼則受污染的影響很大。
6、費(fèi)用
就單個(gè)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
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