风电场电气系统第章防雷和接地的一般原则
风力发电机的防雷与接地
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。
电气系统防雷则主要 是间接雷击保护。
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
外部直击雷的保护设计
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
➢ 可以将多台风电机组的接地网进行互连，这样就可以 通 过延伸机组的接地网可进一步降低接地电阻，使雷电流迅 速流散入大地而不产生危险的过电压。
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风力发电机的防雷与接地
风机的接地
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风力发电机的防雷与接地 电力工程技术（china-
dianli）
电力工程技术（china-dianli）
风力发电机的防雷与接地
风机防雷保护的必要性
风力机组在自然环境下，不可避免受到自然环境 的危害，其中，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危害，一旦发生雷击， 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、控制元件烧毁等后果，严 重可能造成风机报废，造成巨大的经济财产损失。 同时，雷击也会对检修维护人员造成巨大威胁。
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。
根据国际电工委员会推荐标准《风电发电系统——第24 部分：防雷保护》（IEC TR 61400—24）的要求，一般 情况下，是在叶片叶尖部位安装一个金属接闪器，用铜 质电缆导线把叶尖接闪器和轮毂的防雷引下线可靠接地。
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
风力电力站的接地和防雷解决方案
风力电力站的接地和防雷解决方案
风力电力站的接地和防雷问题解决
风机口及其输电设备的接地和防雷接地的要求：
风力电站的设备接地与防雷接地应该区分但又必须共用接地系统。
区分在于入地点之间的区分和选择。
共用接地在于地下部分的巧接和系统之间泄流与保护的功用关系
风力电站设备接地与防雷接地共用地网，其接地地阻为1欧姆以下。
地网布置适用双环行射线状，其外环与内环应间距应为内环到风机口的4倍。
其内环应根据风机口基础的深度确定，应大于基础深度的8-10倍，一般不低于12米。
外围射线布置根据土壤确定，不应低于4条，其长度为风机口到外环的2倍。
地网材料的要求：
水平接地体：5*50以上热镀锌扁钢或4*40以上铜条
垂直接地体：6*63以上热镀锌角钢或5*50以上铜包钢材料
为保证风力电站接地的长久效果，接地材料不适合采用降阻新型材料。
接地与防雷安全要求
接地与防雷安全要求接地与防雷安全是电力系统中非常重要的一环，它不仅关系到人身安全，还影响到设备的使用寿命和运行效果。
在本文中，我将详细介绍接地和防雷安全的基本原理和要求。
接地是电气设备安全可靠运行的基础。
它通过与地建立良好的连接，将电气设备的带电部分与大地形成电位差，以保证人身安全，防止电击事故的发生。
接地还可以有效地防止设备因电气故障而导致的电弧和过电压，保护设备的正常运行。
接地的目的是：1. 保护人身安全：通过将电气设备的带电部分与大地连接，实现电流的分流，降低人体感应电流，防止触电事故的发生。
2. 保护设备安全：接地可以有效地降低设备的接触电压和漏电流，减少对设备的损害，延长设备的使用寿命。
3. 减少电气火灾：接地可以将短路电流迅速引导到大地，通过保护装置的及时动作，减少电气火灾的发生。
接地的原理是将电气设备的带电部分与地连接，形成一个低阻抗的路径，使电流能够通过良好的导体通往大地。
正确的接地应满足以下几个要求：1. 电阻小：接地电阻很小，以确保电流迅速分流到大地，减小接触电压和漏电流。
2. 电阻稳定：接地电阻应保持稳定，避免因土壤湿度、温度等因素的变化而导致接地电阻的波动。
3. 回流电阻低：回流电阻是指从设备的带电部分到接地电极之间的电阻。
回流电阻应尽可能的低，以达到减小接触电压的目的。
4. 接地导线安全：接地导线应选择质量好、横截面积足够大的导体，以保证电流能够畅通地流向大地。
防雷安全是电力系统中防止雷电对设备产生破坏的措施，它包括对雷电感应电压和雷电直击电流进行合理的防护。
防雷安全要求如下：1. 避雷器：合理布置避雷器，将感应电压和雷电直击电流引入地下，避免损害电气设备。
2. 避雷接地系统：对接收到的雷电电流进行安全规范的引导和释放，避免雷电对设备产生破坏。
3. 防雷接地电阻：防雷接地电阻应满足规定的要求，以确保雷电电流能够迅速分流到大地。
4. 链路绝缘：合理设计和选择绝缘材料和绝缘方式，以防止雷电通过空气间隙和绝缘材料对设备产生破坏。
风力发电厂的防雷工程设计原则和实现途径
风力发电厂的防雷工程设计原则和实现途径摘要风力风电机组工作的环境是风力较大的自然环境下，在运转的过程中，难免会受到自然灾害的影响，在众多的自然灾害中对风力发电厂影响最大的当属雷击。
在目前，风力发电机组单机的容量不断的增加，叶轮直径以及轮毂的高度也随之增加，雷击风险也被无形放大，一旦发生雷击，雷电释放出的能量不仅会造成发电机绝缘击穿、发电机组叶片损毁、控制元器件烧毁等后果，还可能会造成工作人员的伤亡，因此，必须要控制好防雷工程的设计，本文主要探讨风力发电厂的防雷工程设计原则和实现途径。
关键词风力发电厂；防雷工程；设计原则；实现途径0引言风能是现代社会下最具开发规模的可再生资源，风力发电是人与自然和谐发展的重要体现，近些年来，我国的风力发电行业得到了十分迅速的发展，但是，由于发展时间相对较短，与其他发达国家相比，我国风力发电在发展过程中还存在着一些不足之处。
风力风电机组工作的环境是风力较大的自然环境下，在运转的过程中，难免会受到自然灾害的影响，在众多的自然灾害中对风力发电厂影响最大的当属雷击。
在目前，风力发电机组单机的容量不断的增加，叶轮直径以及轮毂的高度也随之增加，雷击风险也被无形放大，一旦发生雷击，雷电释放出的能量不仅会造成发电机绝缘击穿、发电机组叶片损毁、控制元器件烧毁等后果，还可能会造成工作人员的伤亡，我国很多地区的地形复杂，容易受到雷暴的影响，因此，为了降低雷击为风力发电厂带来的影响，必须做好对防雷工程进行科学合理的设计。
1风力发电厂防雷工程的设计原则和实现途径风力发电厂的防雷工程是一个系统的工程，其内容包括直击雷的防护、感应雷的防护、屏蔽措施、等电位连接措施、电涌保护器的安装、布线的控制等部分组成，为了实现各个组成部分的防雷要求，风力发电厂的综合防雷工作必须要有外部防直击雷系统、等电位连续以及过电压保护装置三个系统，在风力发电厂防雷工程的设计中要遵循综合治理、全面规划、多重保护的原则，将内部防雷措施与外部防雷措施进行整合，做到技术先进、安全可靠、经济合理、维护方便。
防雷及接地系统设计准则
1.4 当防雷及等电位采用共同接地时，接地电阻应按各系统中的要求的最小值设置（≤1Ω）。
1.5 分层机电设备接地，兹分为水泵、配电盘、强弱电间、桥架及母线、3大运营商机房、外露风机及冷却水塔、发电机等。
1.6 弱电设备指建物内外监控设备浪涌保护，及室外立柱监控设备防雷保护。
二 建筑物本体防雷设计
2.1 接地体的设置类型：①筏板或箱形基础，②独立基础，③桩基。
表2.2 雷区防护分区 LPZ0A区 电磁场没有衰减，各类物体都可能遭到直接雷击，属于完全暴露的不设防区。 LPZ0B区 电磁场没有衰减，各类物体很是遭受直接雷击，属于充分暴露的直击雷防护区。
LPZ1区
由于建筑物的屏蔽措施，流经各类导体的雷电流比直击雷防护区LPZOB区进一步 减小，电磁场得到了初步的衰减，各类物体不可能遭受直接雷击。
2.7 屋顶彩灯或屋顶外轮廓照明装置的设计的原则
2.7.1 屋顶照明装置应设有防雷保护装置，同时其线路必须穿金属管。
2.7.2 供屋顶照明用配电盘内需设浪涌保护器，并就近与防雷装置连接。
三 分层机电设备等电位设计
3.1 一般规定
3.1.1
总等电位由紫铜板制成，应将建筑物内保护干线、接地干线、设备进线总管、建筑物金属构件、集中采暖季空调系统的升压管等导 电体进行连接，总等电位联结均采用各种型号的等电位卡子，不允许在金属管道上焊接。
2.2.2
规格：当钢筋≥φ16时，应利用两根钢筋(绑扎或焊接)作为一组引下线；当钢筋≥φ10时，应利用四根钢筋(绑扎或焊接)作为一组引下 线。
2.2.3 室外需接地的设备：外墙引下线在地坪下0.8~1m处用40X4或φ12mm镀锌导体引出与室外接地线焊接，并作防腐处理。
2.2.4
配电系统的防雷与接地
配电系统的防雷与接地是确保系统安全运行的重要环节。
在一个配电系统中，雷电可能对设备和人员造成严重损害，因此需要采取适当的措施来保护系统免受雷击和其他电力设备引起的危险。
本文将对配电系统的防雷与接地进行详细介绍。
一、防雷措施1. 预防措施（1）合理选择设备位置：应避免将设备安装在高处，尤其是高于周围建筑物的地方。
如果设备不得不安装在高处，应采取适当的绝缘措施来提高设备的耐雷能力。
（2）避免暴露的导体：所有暴露在室外的导体都应遵循规定的最小防雷距离。
这意味着导体应该离地面足够远，以减少雷电对设备的直接影响。
（3）带电设备的防雷保护：对于带电设备，应安装适当的防雷保护装置，如避雷针和避雷网等。
这些装置可以将雷电引导到地面，保护设备免受雷击。
2. 防雷保护装置（1）避雷针：避雷针是一种由尖端导体组成的装置，它们通常位于建筑物的顶部。
当雷电靠近建筑物时，避雷针可以将其引导到地面，保护建筑物内的设备和人员。
（2）避雷网：避雷网是一种由导体组成的网状装置，通常安装在建筑物周围。
它可以将雷电引导到地面，形成一个保护屏障，防止雷电进入建筑物内部。
（3）避雷器：避雷器是一种用于保护设备的装置，可以将雷电引导到地面。
根据不同的电力设备的需要，可以选择不同类型的避雷器，包括气体避雷器、无线电避雷器和电磁避雷器等。
二、接地系统配电系统的接地系统是保护设备和人员免受电击的关键部分。
它能够将电流引导到安全的地方，减少电压梯度，并确保电流能够正确流动。
以下是一些与接地系统相关的重要事项：1. 接地电极：接地电极是连接地面和电气设备的导体，通常埋入地下。
地面接地电极的数量和布局应根据配电系统的具体要求进行设计。
接地电极的长度和直径对于接地效果有直接影响，因此应根据具体情况进行合理选择。
2. 接地系统设计：接地系统的设计应符合相关的标准和规范，如国家标准GB50057-2012《建筑物电气设计规范》。
该标准规定了接地系统的设计要求，包括接地电阻的要求、接地装置的选型等。
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§7.1.3 雷电的一般防护
R ch Rd
§7.2.1 接地基本概念
❖ 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
Ud Id Rd
Id
U f (r)
Ukb
r0
0 .8
r
X
dr
图7-5 接地装置对地电位分布曲线
Uk—接触电位差；Ukb—跨步电位差
R dr0dd R r02r2d r2r0
§7.2.1 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）。
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。
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。
§7.2 接地的原理、意义及措施
§7.2.1 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。
§7 风电场的防雷和接地
❖7.1 雷电的产生机理、危害及防护 ❖7.2 接地的原理、意义及措施 ❖7.3 大型风力机的防雷保护 ❖7.4 集电线路的防雷与接地 ❖7.5 升压变电站的防雷与接地
§7.1 雷电的产生机理、危害及防护
§7.1.1 雷电的产生机理
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。
❖ 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。
§7.2.2.1 功能性接地
❖ 3．信号接地 ❖ 为保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地，称为信号
边长，m；β及m为与接地体形状有关的系数，对垂直接地体β=0.9，
m=0.8，对水平及闭合接地体β=2.2，m=0.9。
§7.2.2 接地的意义
工作接地
保护接地
功能性接地
逻辑接地
保护性接地
信号接地
防雷接地 防静电接地
屏蔽接地
防电腐蚀接地
§7.2.2.1 功能性接地
❖ 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。
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。
§7.1.3 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。
❖ 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。
❖ 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：
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。
§7.1.2 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。
Ujc Ud 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）。
Ukb U2U3
U j c 称为接触电压；U k b 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
为后脚电位。
3
§7.2.1 接地基本概念
❖ 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。
§7.2.1 接地基本概念
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 的过渡电阻和大地的散流 电阻。前两者较小，可忽 略不计，主要是大地的散 流电阻。故接地电阻与土 壤的电阻率ρ成正比，与接 地体的半径成反比。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。
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。
原理：与避雷针基本相同，但对电场畸变的影响比避雷针小。
接地。
❖ 4．屏蔽接地 ❖ 将设备的金属外壳或金属网接地，以保护金属壳内或金属
网内的电子设备不受外部的电磁干扰；或者使金属壳内或 金属网内的电子设备不对外部电子设备引起干扰。这种接 地称为屏蔽接地。法拉第笼就是最好的屏蔽设备。
§7.2.2.2 保护性接地
❖ 1．保护接地 ❖ 为防止电气设备绝缘损坏而使人身遭受触电危险，将于电