風機避雷防護系統方案
當閃電放電時，僅在100-300微秒內，其平均放電量就可達55千瓦時。因此，就要求我們采取高效的防護方法來防護風力發電機葉片及其內部電器設備和電子系統，使其免受雷擊的損害。
當閃電放電時，僅在100-300微秒內，其平均放電量就可達55千瓦時。因此，就要求我們采取高效的防護方法來防護風力發電機葉片及其內部電器設備和電子系統，使其免受雷擊的損害。上升氣流所在的積雨云的厚度為3-4千米時，上升氣流就會引起電荷的分離，從而導致閃電放電。大部份處在惡劣環境中的風力發電機對異常天氣的危害都很敏感。閃電造成的損害，尤其是對風力發電機而言，通常是因防直擊雷裝置不足、連接及接地防護措施不正確或不足以及暫態保護不足而造成的。如果不對這些巨大的風機裝置實施保護措施，那么風機葉片不僅會受到直擊雷的損害，而且由直擊雷及非直擊雷產生的高能量過電流及過電壓暫態也會對葉片造成極大的損害。為了保護風力發電機使其免受雷擊，我們必須對閃電放電的形成及相關過程有一個清楚的了解。
先，閃電放電的初級知識隨時都存在的電暴分子有1700個，這些電暴分子每秒可產生一百多道閃電。相當于每天發生約700到800萬次閃電放電。其中有90%是云層與云層之間的放電，而其余的絕大部分為云層與大地之間迅猛的放電?！‰S著風力發電機系統越來越復雜，越來越精致，僅一個直擊雷就可能給其造成巨大的物理性損害和災難性故障。它可能會引發火災，導致重大電器設備故障和機械損傷，在故障期造成重大的經濟損失。當一個活躍的太陽能加熱垂直空氣柱在較冷的上層氣團上聚合在一起時，上層大氣就會變的不穩定，閃電便由此產生了。這些上升的氣流攜帶著水蒸氣與冷空氣相遇，通常會發生濃縮，從而導致對流風暴。在這樣的氣壓和溫度下，垂直氣流運動成為自我維持現象，為積雨云的形成奠定了基礎。積雨云的中心部位可上升到15000米的高空。只有當云層厚度達到3-4千米時才會發生閃電放電現象。云層越高，閃電放電發生的幾率就越頻繁。積雨云的中柱可使上升氣流達到每小時120千米的時速，與此同時產生伴有猛烈風切變的激烈湍流，這就給飛機的運行帶來了危險。此外，上升氣流還會引發電荷的分離，終導致閃電放電。地球表面帶正電荷，而下層大氣則呈現出相反的負空間電荷。當雨滴攜帶電荷從云層移向地面時，雷雨云呈現出的偶極特點且云層底部帶負電荷，云層頂部帶正電荷。
瀑布式研究表明：細小的降落物獲得正電荷而較大的粒子獲得負電荷。積雨云中的上升氣流通過將正電荷帶向高緯度而使這些電荷分離開來。較重的負電荷仍留在云層的底部，于是通常會發生的事情便出現了，即云層對地面放電中約有90%發生在帶負電荷的云層底部及帶正電荷的地面之間。云層內電荷的分離使電勢增加到一個必定會發生中和放電的高度。避雷防護裝置主要的問題是云層與地面之間的放電。該過程包括兩個步驟，先是從云層放電，然后是從地面或風機裝置上放電。在云層的底部，電離會形成電暈放電。當電場強度（電位梯度）超過弄一數值，但并不滿足發生電弧放電或完全的電擊穿的條件時，導線周圍液體的離子作用就會導致電暈放電發生先導閃電或次放電開始向地面傳播。風切變會驅散電離空氣，并在瞬間使傳播停止，直到生成足夠的電離使放電繼續進行到下一個獨立的階段。梯級先導閃電迅速向地面傳播，當其到達地面的時可能會分支成許多“指狀物”。 當先導閃電接近地面時，電場迅速增強，加快局部地面的電離作用。此時，先導閃電與地面之間的勢差可能會高達107伏，從而導致空氣的分解。
隨后，地面電子流開始移向向下先導閃電，并在地面十米以上的位置被攔截。對風力發電機而言，當攔截現象在地面一百多米以上的位置發生時，風機可被視為地面的避雷針。當向上及向下的閃電先導產生一個電離通道后，云層、風機及地面之間就存在一個低電阻抗通道，從而產生主要放電或回擊。該過程的特點：一般情況下，快速增加的電流的上升速度為每秒1，010安。通常，高電流平均值約為30千安培，小電流為1-3千安培。目前有記載的大放電量已超過200千安培。
此外，在相同通道內進行連續放電也是可能的。當次放電在云層中與局部電荷中和時，就會在相同的通道內發生連續放電。
統計學方法：據現代發電標準，閃電每放電一次，平均會釋放55千瓦時的能量，這是一個巨大的能量值。閃電放電的危險之處就在于它所釋放的所有能量僅在100到300微秒內就會消耗完，放電電流僅在1-2微秒內就是會達到高峰。利用機艙及塔體將能量從風機葉片傳遞到地面需要對設計進行適當的調整。正電荷閃電放電與負電荷閃電放電之間的區別在于，正電荷閃電先導既不分步進行，也不會產生多次沖擊。在正電荷閃電的過程中，只有一次回擊，之后連續電流流向云層。由于閃電放電是一種自然現象，因此統計學方法對防閃電系統的分析研究與設計是一種很有用的方法。來自國際大電網委員會（CIGRE）的數據表明：
5%的負電荷閃電脈沖大于90千安培（平均為33千安培）
5%的正電荷閃電脈沖大于250千安培（平均為33千安培）
5%的負電荷再次閃擊的電流上升率大于161 kA/μs.
基于一種避雷防護系統，IEC62305系列推出了四種避雷防護標準及設計規則，規定了雷擊的小值和大值。極限值概率表明這些大和小值是有可能被超越的。例如，避雷防護標準（一）（LPL I）表明：閃電放電大于規定的200千安培的可能性僅為1%（超過避雷防護標準（二）（LPL II ）規定的150千安培的幾率為2%，超過雷防護標準（三）和（四）（LPL III, IV）規定的100千安培的幾率為3%）。根據適用的IEC標準規定以及風險評估，工程師們選定實施避雷防護標準。當閃電先導接近地面或風機時，電場就形成了，地面或風機會發射出一束攔截電子流。電荷越大，攻擊距離就會越大。一種采用各避雷防護標準中小電流水平的準則指出一種用于名為Rolling-Sphere Method (RSM)測試方法的半徑。該方法采用一個半徑與攻擊距離相同的球體，此長度通常被設想成一個有可能的沖擊端點。采用RSM方法包括在屋面避雷網上旋轉一個半徑一定的設想球體。該球體移向并圍繞避雷針，避雷線以及其它用來防護直擊雷的地面金屬部件轉動。如果這些設備仍處于球體的弧形表面之下，那么它就可免受直擊雷的損害，因為雷擊的過程中，球體會被避雷針或其它設施抬高。而與氣體接觸或穿過球體表面的設備就不會受到保護。通常來講，避雷防護水平越高，要求的避雷防護系統中滾動球體的半徑就越小，這樣就可捕獲更小的雷擊現象。因此，防護水平越高，對材料的要求就越高。小于3千安培的雷擊現象很罕見，通常來講，不會對風力發電機帶來損害。
未采取避雷防護措施的風機百分之百是一個高效的系統，是一個符合標準但對危害沒有免疫能力的系統。避雷防護是一個統計概率及風險管理問題。從統計學上講，一個符合標準的系統應該將其風險減小到一個可接受的程度。IEC
62305-2風險管理方法為這些分析提供了一個框架。人類及建筑物面臨的危險
有效的避雷防護措施可以控制很多種風險。當雷擊放電電流造成大量電氣事故時，熱機械事故也就成了必須要處理的問題。例如，人類和動物面臨的危險包括直接雷擊，跨步電勢，接觸電壓，旁引閃電，繼發效應，如由冒煙造成的窒息，由火災、結構性危害物（如從雷擊點掉落下來的磚石）及不安全環境造成的傷害，如從屋頂滲出的水導致電力或其它故障以及程序、設備和安全系統的錯誤操作或故障。
此外，建筑物及其內部設備面臨的風險包括：直擊雷或放電電流在建筑物內部形成電弧，從而引起火災或爆炸的發生，甚至火災與爆炸同時發生；電阻熔化造成的電弧或導體電阻加熱導致火災或爆炸或火災及爆炸同時發生；雷擊發生點離子熱引起的建筑物屋頂的刺孔；內部電氣設備及電子系統發生故障；機械性損壞，如雷擊發生點濺出的材料；有刪改
當閃電放電時，僅在100-300微秒內，其平均放電量就可達55千瓦時。因此，就要求我們采取高效的防護方法來防護風力發電機葉片及其內部電器設備和電子系統，使其免受雷擊的損害。上升氣流所在的積雨云的厚度為3-4千米時，上升氣流就會引起電荷的分離，從而導致閃電放電。大部份處在惡劣環境中的風力發電機對異常天氣的危害都很敏感。閃電造成的損害，尤其是對風力發電機而言，通常是因防直擊雷裝置不足、連接及接地防護措施不正確或不足以及暫態保護不足而造成的。如果不對這些巨大的風機裝置實施保護措施，那么風機葉片不僅會受到直擊雷的損害，而且由直擊雷及非直擊雷產生的高能量過電流及過電壓暫態也會對葉片造成極大的損害。為了保護風力發電機使其免受雷擊，我們必須對閃電放電的形成及相關過程有一個清楚的了解。
先，閃電放電的初級知識隨時都存在的電暴分子有1700個，這些電暴分子每秒可產生一百多道閃電。相當于每天發生約700到800萬次閃電放電。其中有90%是云層與云層之間的放電，而其余的絕大部分為云層與大地之間迅猛的放電?！‰S著風力發電機系統越來越復雜，越來越精致，僅一個直擊雷就可能給其造成巨大的物理性損害和災難性故障。它可能會引發火災，導致重大電器設備故障和機械損傷，在故障期造成重大的經濟損失。當一個活躍的太陽能加熱垂直空氣柱在較冷的上層氣團上聚合在一起時，上層大氣就會變的不穩定，閃電便由此產生了。這些上升的氣流攜帶著水蒸氣與冷空氣相遇，通常會發生濃縮，從而導致對流風暴。在這樣的氣壓和溫度下，垂直氣流運動成為自我維持現象，為積雨云的形成奠定了基礎。積雨云的中心部位可上升到15000米的高空。只有當云層厚度達到3-4千米時才會發生閃電放電現象。云層越高，閃電放電發生的幾率就越頻繁。積雨云的中柱可使上升氣流達到每小時120千米的時速，與此同時產生伴有猛烈風切變的激烈湍流，這就給飛機的運行帶來了危險。此外，上升氣流還會引發電荷的分離，終導致閃電放電。地球表面帶正電荷，而下層大氣則呈現出相反的負空間電荷。當雨滴攜帶電荷從云層移向地面時，雷雨云呈現出的偶極特點且云層底部帶負電荷，云層頂部帶正電荷。
瀑布式研究表明：細小的降落物獲得正電荷而較大的粒子獲得負電荷。積雨云中的上升氣流通過將正電荷帶向高緯度而使這些電荷分離開來。較重的負電荷仍留在云層的底部，于是通常會發生的事情便出現了，即云層對地面放電中約有90%發生在帶負電荷的云層底部及帶正電荷的地面之間。云層內電荷的分離使電勢增加到一個必定會發生中和放電的高度。避雷防護裝置主要的問題是云層與地面之間的放電。該過程包括兩個步驟，先是從云層放電，然后是從地面或風機裝置上放電。在云層的底部，電離會形成電暈放電。當電場強度（電位梯度）超過弄一數值，但并不滿足發生電弧放電或完全的電擊穿的條件時，導線周圍液體的離子作用就會導致電暈放電發生先導閃電或次放電開始向地面傳播。風切變會驅散電離空氣，并在瞬間使傳播停止，直到生成足夠的電離使放電繼續進行到下一個獨立的階段。梯級先導閃電迅速向地面傳播，當其到達地面的時可能會分支成許多“指狀物”。 當先導閃電接近地面時，電場迅速增強，加快局部地面的電離作用。此時，先導閃電與地面之間的勢差可能會高達107伏，從而導致空氣的分解。
隨后，地面電子流開始移向向下先導閃電，并在地面十米以上的位置被攔截。對風力發電機而言，當攔截現象在地面一百多米以上的位置發生時，風機可被視為地面的避雷針。當向上及向下的閃電先導產生一個電離通道后，云層、風機及地面之間就存在一個低電阻抗通道，從而產生主要放電或回擊。該過程的特點：一般情況下，快速增加的電流的上升速度為每秒1，010安。通常，高電流平均值約為30千安培，小電流為1-3千安培。目前有記載的大放電量已超過200千安培。
此外，在相同通道內進行連續放電也是可能的。當次放電在云層中與局部電荷中和時，就會在相同的通道內發生連續放電。
統計學方法：據現代發電標準，閃電每放電一次，平均會釋放55千瓦時的能量，這是一個巨大的能量值。閃電放電的危險之處就在于它所釋放的所有能量僅在100到300微秒內就會消耗完，放電電流僅在1-2微秒內就是會達到高峰。利用機艙及塔體將能量從風機葉片傳遞到地面需要對設計進行適當的調整。正電荷閃電放電與負電荷閃電放電之間的區別在于，正電荷閃電先導既不分步進行，也不會產生多次沖擊。在正電荷閃電的過程中，只有一次回擊，之后連續電流流向云層。由于閃電放電是一種自然現象，因此統計學方法對防閃電系統的分析研究與設計是一種很有用的方法。來自國際大電網委員會（CIGRE）的數據表明：
5%的負電荷閃電脈沖大于90千安培（平均為33千安培）
5%的正電荷閃電脈沖大于250千安培（平均為33千安培）
5%的負電荷再次閃擊的電流上升率大于161 kA/μs.
基于一種避雷防護系統，IEC62305系列推出了四種避雷防護標準及設計規則，規定了雷擊的小值和大值。極限值概率表明這些大和小值是有可能被超越的。例如，避雷防護標準（一）（LPL I）表明：閃電放電大于規定的200千安培的可能性僅為1%（超過避雷防護標準（二）（LPL II ）規定的150千安培的幾率為2%，超過雷防護標準（三）和（四）（LPL III, IV）規定的100千安培的幾率為3%）。根據適用的IEC標準規定以及風險評估，工程師們選定實施避雷防護標準。當閃電先導接近地面或風機時，電場就形成了，地面或風機會發射出一束攔截電子流。電荷越大，攻擊距離就會越大。一種采用各避雷防護標準中小電流水平的準則指出一種用于名為Rolling-Sphere Method (RSM)測試方法的半徑。該方法采用一個半徑與攻擊距離相同的球體，此長度通常被設想成一個有可能的沖擊端點。采用RSM方法包括在屋面避雷網上旋轉一個半徑一定的設想球體。該球體移向并圍繞避雷針，避雷線以及其它用來防護直擊雷的地面金屬部件轉動。如果這些設備仍處于球體的弧形表面之下，那么它就可免受直擊雷的損害，因為雷擊的過程中，球體會被避雷針或其它設施抬高。而與氣體接觸或穿過球體表面的設備就不會受到保護。通常來講，避雷防護水平越高，要求的避雷防護系統中滾動球體的半徑就越小，這樣就可捕獲更小的雷擊現象。因此，防護水平越高，對材料的要求就越高。小于3千安培的雷擊現象很罕見，通常來講，不會對風力發電機帶來損害。
未采取避雷防護措施的風機百分之百是一個高效的系統，是一個符合標準但對危害沒有免疫能力的系統。避雷防護是一個統計概率及風險管理問題。從統計學上講，一個符合標準的系統應該將其風險減小到一個可接受的程度。IEC
62305-2風險管理方法為這些分析提供了一個框架。人類及建筑物面臨的危險
有效的避雷防護措施可以控制很多種風險。當雷擊放電電流造成大量電氣事故時，熱機械事故也就成了必須要處理的問題。例如，人類和動物面臨的危險包括直接雷擊，跨步電勢，接觸電壓，旁引閃電，繼發效應，如由冒煙造成的窒息，由火災、結構性危害物（如從雷擊點掉落下來的磚石）及不安全環境造成的傷害，如從屋頂滲出的水導致電力或其它故障以及程序、設備和安全系統的錯誤操作或故障。
此外，建筑物及其內部設備面臨的風險包括：直擊雷或放電電流在建筑物內部形成電弧，從而引起火災或爆炸的發生，甚至火災與爆炸同時發生；電阻熔化造成的電弧或導體電阻加熱導致火災或爆炸或火災及爆炸同時發生；雷擊發生點離子熱引起的建筑物屋頂的刺孔；內部電氣設備及電子系統發生故障；機械性損壞，如雷擊發生點濺出的材料；有刪改
