风力发电机如何防雷电

“我抓住了闪电！”1752年5月，在电闪雷鸣的波士顿，富兰克林紧握系着风筝线的铁钥匙对儿子大声喊道。富兰克林借用风筝成了第一个触摸到闪电的人，但后来的物理学家发现：风筝不可能受到雷击，否则富兰克林就会被当场击毙，他只是幸运地摸到了风筝感应生成的环境电荷。

每天有数千万次闪电光顾地球

虽然富兰克林触摸到的很可能不是闪电（雷电），但闪电确实是自然界中的常客，全球范围内平均每天会发生800万次闪电。其中，委内瑞拉的卡塔通博河口每年就有297天会出现闪电，可谓“雷神”在地球的第二故乡。

闪电不仅发生次数多，携带的电压也非常大，目前统计到的闪电最大电压高达10亿伏特。

“活靶子”风力发电机怎么避开雷电

大气中各种带电粒子分布极其混乱，雷电往往呈现蜿蜒曲折的姿态。当其距离地面100多米时，会逐渐受到地面环境的影响。风力发电机具有纤细高耸的身躯，叶尖高度甚至超过200米，它们通常位于开阔的荒漠、草原、浅海、丘陵等区域，很容易成为闪电眼中的“活靶子”。

随着雷云逼近、雨水降临，雷电会慢慢伸出魔爪，首当其冲的雷击对象就是叶片。晴天时的叶片中只有少量电荷，而雷雨前则会在表面富集大量电荷。

那叶片是如何防雷的呢？原来，在不改变外形的前提下，风力发动机进行了防雷保护——叶片埋入了金属叶尖以及多组圆柱状的“避雷针”，从而对风力发动机进行保护。

小鏈接：高层建筑的“保护神”—避雷针

凡是高层建筑都装有肉眼可见的避雷针，能有效避免裸露在大气中的设施遭受雷击。早在1754年，避雷针就已经在欧洲问世并开始应用，此后迅速扩展到全世界，成为高层建筑的必需品。

避雷针利用尖端放电的特性，吸引附近的雷电流，再通过引下导线将其导入大地。因此，避雷针的“避”雷实际上是“引”雷。当然，避雷针只是民间通俗的说法，“接闪器”是它的专业名字。

风力发电机防雷有多难？

但是，安装了接闪器是否能高枕无忧呢？

实际上，没有任何接闪器能保证10 0%成功拦截雷电。从理论上讲，迎风面更容易“遭雷劈”，但早期叶片的雷击统计数据显示，叶片背面常常被闪电击中。这是由于早期叶片的制造工艺导致的：叶片内部的引向导线靠近背风面，在一定程度上限制了接闪器准确“引”雷的能力。此外，与静止建筑物不同，风电机组在运行过程中，叶片会持续不断旋转，这会对接闪的有效性造成显著影响。

除了闪电直接击中风力机叶片造成了破坏，雷电流产生的感应电流、接地体在雷击时产生的瞬间高电位“反击”都会使电器设备受损。因此，对于风力发电机机舱内的发电机、变频器等电力设备来说，闪电是它们的致命威胁。

叶片防雷在风电叶片设计中至关重要，早期的叶片主要由欧美发达国家主导开发，这些地区的雷电活动并不频繁。而我国安装风力发电机区域的地质地貌复杂多样，各区域雷暴活动差异大，国外成熟的产品在国内面临着水土不服的问题。随着新型风力发电机机组高度和叶片长度的不断增加，叶片防雷已经迫在眉睫。