功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片雷電分析與防雷器系統(tǒng)
功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片雷電分析與防雷器系統(tǒng)
雷擊時(shí)的典型損壞如下：
1.1 裂縫和灰化
葉片表面的復(fù)合材料開裂或灰化，雷擊點(diǎn)的金屬部件燃燒或熔化。裂紋是由于機(jī)械損壞，灰化是由于熱效應(yīng)。
1.2 圓弧
閃電的流動(dòng)往往在葉片內(nèi)部形成弧線，或在葉尖雷擊點(diǎn)與導(dǎo)體元件之間形成內(nèi)部弧線。風(fēng)電場(chǎng)對(duì)礁石的破壞最為嚴(yán)重，在礁石內(nèi)部和礁石表面的空洞中會(huì)出現(xiàn)空氣中的電弧，這與電損壞相對(duì)應(yīng)。
1.3 朋克
當(dāng)閃電在重組材料的層間流動(dòng)時(shí)，層間有水分，因此內(nèi)部電弧加熱水分導(dǎo)致離岸壓力使葉子爆裂或?qū)⑷~子帶到前后邊緣和葉子。它沿著梁斷裂，較小的裂開葉子的表面，較大的完全裂開葉子。壓力波可以從被閃電擊中的葉片通過(guò)輻條傳遞到其他葉片，造成損壞。對(duì)應(yīng)于熱效應(yīng)和機(jī)械損傷。
2 防雷器閃電測(cè)試
2.1 雷擊極性測(cè)試
測(cè)試方法是對(duì)葉片進(jìn)行正、負(fù)放電各30次，結(jié)果正放電未擊中閃光燈的次數(shù)為0，捕獲率為100%。另一方面，負(fù)極放電未擊中閃光燈的次數(shù)為9次，捕獲率為70%。
從這些實(shí)驗(yàn)中得出重要結(jié)論。
(1) 閃電可能會(huì)直接擊中刀片表面而不是閃光。
?。?）葉尖前綴更容易捕捉閃電。
(3) 正閃電傾向于擊中葉片表面 負(fù)閃電傾向于擊中顫振。
閃電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 葉
根據(jù)以上描述，我們?cè)O(shè)計(jì)大功率風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片防雷器系統(tǒng)如下：
3.1 基本設(shè)計(jì)要求
葉片通過(guò)配置閃光燈、引出線及其連接元件構(gòu)成防雷器系統(tǒng)，這些元件可以是葉片結(jié)構(gòu)本身的一部分，也可以并入葉片的組件中。它可以在規(guī)定的防雷器等級(jí)下承受相應(yīng)雷流的海上打擊，確保樹葉在結(jié)構(gòu)上不被破壞，并防止樹葉在下一次修復(fù)之前繼續(xù)工作。嗯；承受預(yù)期的磨損和風(fēng)引起的振動(dòng)，水分、顆粒物等，但不影響葉片的工作特性。測(cè)試防雷器系統(tǒng)葉片承受機(jī)械應(yīng)力的能力。
3.2 葉接收器
刀片接收器位于刀片表面，可以攔截大部分雷擊。葉接收器可以維護(hù)和更換。
葉片接收器的保護(hù)范圍不能用保護(hù)角法和橫滾法計(jì)算確定。葉片接收器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是基于嚴(yán)格的檢查和測(cè)試確定的。
如果葉片中的接收器數(shù)量大于或等于以下規(guī)定值，則不進(jìn)行高壓雷擊試驗(yàn)中的初始引閃試驗(yàn)。 [6] [7] [8] 刀片長(zhǎng)度 L <20 m：1 個(gè)尖端接收器。葉長(zhǎng)20m≤L<30m：當(dāng)葉尖有1個(gè)葉尖接收器、1個(gè)壓力側(cè)接收器和1個(gè)吸力側(cè)接收器時(shí)。葉長(zhǎng) 30 m ≤
L <45 m：旋轉(zhuǎn)葉片上放置一個(gè)卡諾尖端接收器、兩個(gè)壓力側(cè)接收器和兩個(gè)吸力側(cè)接收器。葉長(zhǎng) L ≥ 45 m：1 個(gè)葉尖接收器，3 個(gè)壓力側(cè)接收器，3 個(gè)吸力側(cè)接收器，分布在旋轉(zhuǎn)葉片上。
3.3 葉子中的引線
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，a-line off 必須是可靠的連接，并且能夠承受雷電產(chǎn)生的電力、熱量和電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)的聯(lián)合海上沖擊。下劃線應(yīng)在模擬雷電試驗(yàn)前貼在葉片上，并應(yīng)與葉片一起測(cè)試其承受機(jī)械應(yīng)力的能力。
b 雷電傳輸期間引線不得超過(guò)珊瑚礁溫度容差。
3.4 碳纖維葉片防雷器
保護(hù)碳纖維葉片涉及幾個(gè)不同且更復(fù)雜的挑戰(zhàn)。與玻璃纖維相反，碳纖維是導(dǎo)體。玻璃纖維葉片的損壞通常發(fā)生在前緣和后緣，但在未受保護(hù)的碳纖維葉片的情況下，它通常發(fā)生在導(dǎo)電碳所在的梁帽處。閃光帶通常用于防止來(lái)自碳纖維葉片的閃電。早期常用的方法是在刀片的橡膠層下埋一個(gè)蓋子，使金屬網(wǎng)與碳纖維層接觸。但是，擊中此網(wǎng)的雷電流會(huì)導(dǎo)致外殼破裂，必須進(jìn)行檢查和維修。
該閃光帶屬于飛機(jī)雷達(dá)天線整流罩閃光帶-多節(jié)點(diǎn)，不連續(xù)。一系列薄導(dǎo)電元件放置在電阻材料的頂部，控制間隙，拉出薄的返回帶并粘在保護(hù)表面上，多節(jié)點(diǎn)閃光器是一個(gè)傳導(dǎo)雷電流的金屬通道。提供了一個(gè)小的間隙，當(dāng)產(chǎn)生許多高壓電場(chǎng)時(shí)會(huì)電離。
4 防雷器檢測(cè)與驗(yàn)證
葉片接收器和引出線阻擋和傳導(dǎo)雷電的能力可以通過(guò)以下方式之一進(jìn)行驗(yàn)證：
(1)葉片防雷器系統(tǒng)的性能檢查和試驗(yàn)應(yīng)按照IEC進(jìn)行。
61400-24 附錄 D 中給出的高壓雷擊試驗(yàn)和大電流試驗(yàn)方法。根據(jù)規(guī)定的測(cè)試設(shè)備、測(cè)試產(chǎn)品、要求的測(cè)試布局和測(cè)試程序，在合格的測(cè)試單元中進(jìn)行測(cè)試。葉片在預(yù)期的閃光位置接收閃光，葉片表面不被破壞，沿著表面的齊平纏繞，在沒(méi)有發(fā)生葉片表面斷裂的情況下，葉片向內(nèi)側(cè)的層合結(jié)構(gòu)將被破壞。測(cè)試通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)節(jié)可以與制造商和測(cè)試單位協(xié)商確定。
(2) 與可證明與經(jīng)認(rèn)證的葉片類型（設(shè)計(jì)）相似的葉片類型或有文件表明其已成功防止雷電。
(3) 用于針對(duì)具有成功測(cè)試結(jié)果或成功服務(wù)經(jīng)驗(yàn)的葉片保護(hù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證可靠的分析軟件。