概述
目前，風力發電被稱為明日世界的能源。由于它屬于可再生能源，為人與自然和諧發展提供了基礎。而且不像火電、核電、水電會造成環境問題，所以符合社會可持續發展對能源的要求。所以，風力發電已在我國達到了舉足輕重的地位。
然而，風力發電機組是在空曠、自然、外露的環境下工作，不可避免的會遭受到直接雷擊。由于現代科學技術的迅猛發展，風力發電機組的單機容量越來越大。主體高度約80米、葉片長度約40米、即zui高點高度約為120米的風機，在雷雨天氣時極易遭受直接雷擊。它是自然界中對風力發電機組安全運行危害很大的一種災害。雷電釋放的巨大能量會造成風力發電機組葉片損壞、發電機絕緣擊穿、控制元器件燒毀等。
風機的防雷是一個綜合性的防雷工程，防雷設計的到位與否，直接關系到風機在雷雨天氣時能否正常工作，并且確保風機內的各種設備不受損害。
本方案針對風力發電機組的防雷接地。
接地材料的選擇及地網設計
接地是指將風機的外殼與大地連接一起，以便在正常運行、事故接地和遭受雷擊的情況下，將其接地點的電位固定在允許范圍內，從而保證人身和設備安全。風機的接地系統是風機防雷保護系統中一個關鍵環節。在地網開挖面積有限、土壤電阻率較高的環境條件下，要能達到上面的技術要求，用傳統常規的角鋼、扁鐵等接地材料進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。
下面介紹常規接地材料與新接地模塊的使用。
1、常規接地材料
一般來說，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，每根角鋼的長度大約2.5-3米。考慮到減少接地體的屏蔽效應，垂直接地體的間距一般為其長度的1.5至2倍，即為5－6米。
單根垂直接地體的接地電阻Rg，可按下式計算：在一定的土壤電阻率下，為達到要求的接地電阻值，通常需要若干根垂直接地體。
根據上式計算，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，以現在的風機地貌、可開挖面積來看，用傳統的接地材料想達到接地電阻值的要求是非常困難的。此外，傳統金屬接地體的接地電阻隨氣候(土壤潮濕程度)的變化會發生大幅度的起伏，隨著腐蝕的加劇地阻也會不斷增大。
2、梅花型低阻接地體
河南邦信防腐材料有限公司生產的低阻接地體是一種以非金屬材料為主的接地體，由導電性、穩定性較好的非金屬礦物質和電解物質組成，它不含對人體有害和污染水源、土壤、環境的有害物質。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。其優良的吸濕保濕及改善周圍土壤導電特性的能力,使接地電阻不斷減小而趨于長期穩定。因具有抗鹽、酸、堿腐蝕的能力，使用壽命長達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條件的地區。
風電機組防雷接地施工圖
單根梅花型接地體的接地電阻Rg，可按下式計算：在一定的土壤電阻率下，為達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。 根據上式計算，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。通過以上計算可以看出，采用梅花型低阻接地體，所需數量、占地面積遠比傳統材料少。技術經濟比較 通過以上計算可以看出，采用梅花型低阻接地體，所需數量、占地面積遠比傳統材料少。
風電機組防雷接地網施工圖
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一般均可達到接地電阻要求。在ρ≥500Ωm時，由公式Rj=0.5ρ/√s可知，此時土壤電阻率ρ為常值，若要降低Rj，只有增大√s，此時占地面積S將急劇增大，表現為外接多個外引地網，征地費用大幅增加，總費用劇增，顯然是不可取的解決辦法。若在原場地上大規模換土，更需動用幾千至幾萬方粘土，其總費用更是驚人。采用低電阻接地模塊作垂直接地極時： “低電阻接地模塊”采用了一系列降阻技術。首先降低接地極與土壤之間的表面接觸電阻，同時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，采用電子十離子導電的散流方式，大大優于金屬的電子導電的散流方式。尤其是在高土壤電阻率時，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達到接地電阻要求。
2、兩種接地材料的對比
以目前鋼鐵材料市場的價格，不考慮運輸及施工費用，角鋼的材料總費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，即用角鋼的施工費要遠遠超過接地體。因此從總成本上看，采用低阻接地體的總成本會略高一些，但其所需的場地卻要小的多。
3,腐蝕和壽命問題
由設計手冊可知扁鋼的腐蝕速度為0.1～0.2mm/年，在酸堿度大的地區腐蝕速度更快，這樣在變電站工作幾年后，由于扁鋼表面已腐蝕，散流時接觸電阻迅速增大，整個地網的接地電阻值將逐漸增大。同時變電站由于工頻泄放的問題，進一步加速了扁鋼的腐蝕速度。低電阻接地模塊采用的是導電性能優良的非金屬材料，金屬極芯和富含電解質的材料制成的。外層是非金屬材料，金屬極芯采用的是不銹鋼（可達五十年壽命），抗腐蝕能力極強，腐蝕速度極低，可忽略不計。
4、污染
低電阻接地模塊由于材料與工藝的原因，沒任何污染，同時又有很強的抗污染抗腐蝕能力。則受污染的影響很大。
5、費用
就單個材料而言，低電阻接地模塊的費用要高些，但就高土壤電阻率的情況下，工程總費用和全壽命期費用則要明顯低于用扁鋼的地網。風力發電防雷防雷接地工程如何達到0.5歐姆防雷接地.
陰極保護技術是電化學保護技術的一種，其原理是向被腐蝕金屬結構物表面施加一個外加電流，被保護結構物成為陰極，從而使得金屬腐蝕發生的電子遷移得到抑制，避免或減弱腐蝕的發生。
金屬-電解質溶解腐蝕體系受到陰極極化時，電位負移，金屬陽極氧化反應過電位ηa 減小，反應速度減小，因而金屬腐蝕速度減小，稱為陰極保護效應。利用陰極保護效應減輕金屬設備腐蝕的防護方法叫做陰極保護 。
由外電路向金屬通入電子，以供去極化劑還原反應所需，從而使金屬氧化反應(失電子反應)受到抑制。當金屬氧化反應速度降低到零時，金屬表面只發生去極化劑陰極反應。
兩種陰極保護法:外加電流陰極保護和犧牲陽極保護。
1、犧牲陽極陰極保護是將電位更負的金屬與被保護金屬連接，并處于同一電解質中，使該金屬上的電子轉移到被保護金屬上去，使整個被保護金屬處于一個較負的相同的電位下。該方式簡便易行，不需要外加電源，很少產生腐蝕干擾，廣泛應用于保護小型(電流一般小于1安培)或處于低土壤電阻率環境下(土壤電阻率小于100歐姆.米)的金屬結構。如，城市管網、小型儲罐等。根據國內有關資料的報道，對于犧牲陽極的使用有很多失敗的教訓，認為犧牲陽極的使用壽命一般不會超過3年，最多5年。犧牲陽極陰極保護失敗的主要原因是陽極表面生成一層不導電的硬殼，限制了陽極的電流輸出。產生該問題的主要原因是陽極成份達不到規范要求，其次是陽極所處位置土壤電阻率太高。因此，設計犧牲陽極陰極保護系統時，除了嚴格控制陽極成份外，一定要選擇土壤電阻率低的陽極床位置。
2、外加電流陰極保護是通過外加直流電源以及輔助陽極，是給金屬補充大量的電子，使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態，使金屬表面各點達到同一負電位，使被保護金屬結構電位低于周圍環境。該方式主要用于保護大型或處于高土壤電阻率土壤中的金屬結構，如:長輸埋地管道，大型罐群等。
1.所有強制電流電源每兩月檢查一次，間隔長一些或短一些也可能是合適的。運行正常的判據是:電流輸出、正常的功耗、表示正常運行的信號或管道上令人滿意的陰極保護水平。
2.作為預防性維護計劃的一部分，為減少使用中的損壞，所有強制電流保護設施應每年檢查一次。檢查內容包括電氣故障、安全接地的連接點、儀表的精度、效率及回路電阻。
3.反向電流開關、二極管、干擾跨接和其他保護裝置等，如果失效可能危及構筑物的保護，其正常的功能檢查應每兩個月一次。
4.應定期檢查并評價絕緣接頭、電連續性跨接及套管絕緣的有效性，可通過電測量完成。
