CN105024282A - 一种风机叶片组合防雷系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风机叶片组合防雷系统，包括具有若干叶片的风机，该防雷系统还包括一储能元件，该储能元件设置在该风机的轮毂里面，该储能元件的一极板通过风机叶片防雷接地线连接至各叶片顶端的指针,本发明可以在雷击前保证储能元件不会因为某只叶片旋转到最低点时而导致储存电荷的消散，利用储能元件收集的电荷触发放电脉冲引发上行先导拦截下行雷闪，避免叶片遭受雷闪直击。

Description

一种风机叶片组合防雷系统
技术领域
本发明涉及风机叶片防雷保护领域，特别是涉及一种风机叶片组合防雷系统。
背景技术
传统的风电机组叶片防雷设计是在风机叶片上加装接闪器，嵌装在桨叶的叶尖、中间等部位，通过在叶片表面安装金属网来增大接闪面积，但是落雷点始终在被保护的风机叶片上，如果发生雷击时雷电流的幅值较大，落雷容易在叶片内部产生高温的电弧烧毁叶片，此外现有的防雷系统不能够在叶片高速旋转下利用储能元件进行充电，在雷闪到来时没有足够的电荷来触发放电脉冲引发上行先导来防止叶片遭受雷电直击。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种风机叶片组合防雷系统，其可以在雷击前保证储能元件不会因为某只叶片旋转到最低点时而导致储存电荷的消散，利用储能元件收集的电荷触发放电脉冲引发上行先导拦截下行雷闪，避免叶片遭受雷闪直击。
为达上述及其它目的，本发明提出一种风机叶片组合防雷系统，包括具有若干叶片的风机，该防雷系统还包括一储能元件，该储能元件设置在该风机的轮毂里面，该储能元件的一极板通过风机叶片防雷接地线连接至各叶片顶端的指针。
进一步地，该风机具有三只叶片，各叶片之间为120度。
进一步地，该储能元件的一极板分出三根风机叶片防雷接地线接到各叶片顶端的主针用来收集电荷。
进一步地，该储能元件的上极板通过风机叶片防雷接地线连接至各叶片顶端的指针。
进一步地，该储能元件的下极板接地下引线。
进一步地，该储能元件的下极板通过下引线接地电阻接到地面。
进一步地，在各风机叶片的主针顶端加装一动态环以抑制电晕放电。
进一步地，该动态环通过三角支架设置于各风机叶片的主针顶端。
进一步地，雷闪时该储能元件上极板储存电荷量激增，使得叶片主针针尖的电场强度突破动态环限制，使针尖附近空气迅速放电，形成很强的放电脉冲，该放电脉冲在雷云电场作用下速向上发展成上行先导，去拦截雷云底部先导或者进入雷云电荷中心。
进一步地，引雷成功后雷电流由针尖，经过叶片内部的引线通过该储能元件到达下引线最后流过接地电阻引向大地。
与现有技术相比，本发明一种风机叶片组合防雷系统通过将风机三只叶片的接地引线同接至储能元件，同时利用三只叶片主针的感应正电荷对储能元件进行不间断充电，保证了在雷电到达时有足够的电荷来触发强大的放电脉冲，同时，本发明利用动态环在引雷前可抑制风机叶片主针放电，在雷云到达时由于主针电场的激增，打破动态环的限制形成强大的放电脉冲，引发上行先导，引发的上行雷对地面具有屏蔽作用，所以雷电感应过电压相对较小，对于风机内部的绝缘材料要求降低，此外，上行的先导在上升过程中可以拦截雷云的下行先导，减少了风机叶片遭受直击的概率。
附图说明
图1为本发明一种风机叶片组合防雷系统的结构示意图；
图2为本发明较佳实施例中风机叶片结构图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种风机叶片组合防雷系统的结构示意图。如图1所示，本发明风机叶片组合防雷系统，包括：风机，该风机包括若干风机叶片6，在本发明较佳实施例中，该风机包含三只风机叶片，各叶片之间为120度；储能元件1，设置在风机的轮毂4里面，该储能元件的上极板通过风机叶片防雷接地线3连接至各叶片顶端的主针以收集电荷，储能元件1的下极板接地下引线，具体地，下极板通过下引线接地电阻接到地面，在本发明较佳实施例中，储能元件1的上极板分出三根防雷接地线接到各叶片顶端的主针用来收集电荷。由于风机叶片处于高速旋转的状态，风机的三只叶片轮流经过垂直平面的最高点，而下行雷的落雷点一般也在建筑物的最高点(即风机叶片的最高点)。当雷云靠近时，由于雷云负电荷的作用，会在叶片顶端主针产生感应正电荷，此时经过最高点的叶片顶端的感应电荷量最大，另外两个叶片顶端的感应电荷量要远小于最高点的叶片，因此本发明通过在风机的轮毂里面加装储能元件，将储能元件的上极板分出三根防雷接地线接到叶片顶端的主针用来收集电荷。三根防雷接地线汇流于储能元件的同一极板，能够保证在风机叶片在高速旋转的状态下进行不间断的储能，避免了一只叶片在旋转到最低点时极板上的电荷消散，在雷云到达时因储能元件电荷太少，不能成功的引发上行的先导。
图2为本发明较佳实施例中风机叶片结构图。在各风机叶片的主针8顶端加装一个动态环5，该动态环5通过三角支架7设置于各风机叶片的主针8顶端，用于抑制电晕放电，雷云到达前，轮毂4里面的储能装置处于储存雷云电场能的工况，由于动态环的作用，(针头部件处于电位浮动状态，主针针尖周围电场分布比较均匀且与周围大气电位差小，)因此几乎不会发生电晕放电，保证充足的电荷量。
本发明中，当雷云离风机较近时，雷云(雷云带有负电荷)会对风机叶片顶端主针产生大量感应正电荷，由于风机叶片顶端的主针防雷接地线同接至储能元件的上极板，即使风机的某只叶片处于水平最低点，(另外两只叶片至少有一只离最高点较近)轮毂里面的储能装置也能保证持续储能工况。
雷闪时储能元件上极板储存电荷量激增，使得叶片主针针尖的电场强度突破动态环限制，使针尖附近空气迅速放电，形成很强的放电脉冲，因没有空间电荷的阻碍，该放电脉冲在雷云电场作用下速向上发展成上行先导，去拦截雷云底部先导或者进入雷云电荷中心，如果第一次脉冲引发不成上行先导，储能元件立即进入储能工况，由于三只叶片组合储存电荷，电荷储存不会中断，电荷聚集速度很快，第二次脉冲产生，如此循环总能成功的引发上行雷。
引雷成功后雷电流由针尖，经过叶片内部的引线通过储能元件(达到一定电压就会导通)到达下引线最后流过接地电阻(一般小于10欧，避免因感应电压过大引起下引线对被保护物的反击)引向大地。
综上所述，本发明一种风机叶片组合防雷系统通过将风机三只叶片的接地引线同接至储能元件，同时利用三只叶片主针的感应正电荷对储能元件进行不间断充电，保证了在雷电到达时有足够的电荷来触发强大的放电脉冲，同时，本发明利用动态环在引雷前可抑制风机叶片主针放电，在雷云到达时由于主针电场的激增，打破动态环的限制形成强大的放电脉冲，引发上行先导，引发的上行雷对地面具有屏蔽作用，所以雷电感应过电压相对较小，对于风机内部的绝缘材料要求降低，此外，上行的先导在上升过程中可以拦截雷云的下行先导，减少了风机叶片遭受直击的概率。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过将三只叶片的防雷接地线同接于储能元件上极板，实现了三只叶片不间断收集电荷，避免了因为一只叶片到达垂直平面最低点时，储能元件电荷的消散，同时，组合式的储能保证了聚集电荷的速度。
(2)减少了风机叶片遭受雷电直击，利用主针自主放电引发上行先导避免雷云底部的下行先导延伸至被保护物体。保证了落雷点不会在被保护物体上，防止雷电产生的高温电弧烧毁风机叶片。
(3)上行先导对地面物体具有屏蔽作用，可减轻放电时在风机上的感应过电压，降低了对风机机舱内部的绝缘水平要求，减少了绝缘材料成本。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种风机叶片组合防雷系统，包括具有若干叶片的风机，其特征在于：该防雷系统还包括一储能元件，该储能元件设置在该风机的轮毂里面，该储能元件的一极板通过风机叶片防雷接地线连接至各叶片顶端的指针。
2.如权利要求1所述的一种风机叶片组合防雷系统，其特征在于：该风机具有三只叶片，各叶片之间为120度。
3.如权利要求2所述的一种风机叶片组合防雷系统，其特征在于：该储能元件的一极板分出三根风机叶片防雷接地线接到各叶片顶端的主针用来收集电荷。
4.如权利要求2所述的一种风机叶片组合防雷系统，其特征在于：该储能元件的上极板通过风机叶片防雷接地线连接至各叶片顶端的指针。
5.如权利要求4所述的一种风机叶片组合防雷系统，其特征在于：该储能元件的下极板接地下引线。
6.如权利要求5所述的一种风机叶片组合防雷系统，其特征在于：该储能元件的下极板通过下引线接地电阻接到地面。
7.如权利要求1所述的一种风机叶片组合防雷系统，其特征在于：在各风机叶片的主针顶端加装一动态环以抑制电晕放电。
8.如权利要求7所述的一种风机叶片组合防雷系统，其特征在于：该动态环通过三角支架设置于各风机叶片的主针顶端。
9.如权利要求6所述的一种风机叶片组合防雷系统，其特征在于：雷闪时该储能元件上极板储存电荷量激增，使得叶片主针针尖的电场强度突破动态环限制，使针尖附近空气迅速放电，形成很强的放电脉冲，该放电脉冲在雷云电场作用下速向上发展成上行先导，去拦截雷云底部先导或者进入雷云电荷中心。
10.如权利要求9所述的一种风机叶片组合防雷系统，其特征在于：引雷成功后雷电流由针尖，经过叶片内部的引线通过该储能元件到达下引线最后流过接地电阻引向地。
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