风机避雷防护系统方案
当闪电放电时，仅在100-300微秒内，其平均放电量就可达55千瓦时。因此，就要求我们采取高效的防护方法来防护风力发电机叶片及其内部电器设备和电子系统，使其免受雷击的损害。
当闪电放电时，仅在100-300微秒内，其平均放电量就可达55千瓦时。因此，就要求我们采取高效的防护方法来防护风力发电机叶片及其内部电器设备和电子系统，使其免受雷击的损害。上升气流所在的积雨云的厚度为3-4千米时，上升气流就会引起电荷的分离，从而导致闪电放电。大部份处在恶劣环境中的风力发电机对异常天气的危害都很敏感。闪电造成的损害，尤其是对风力发电机而言，通常是因防直击雷装置不足、连接及接地防护措施不正确或不足以及暂态保护不足而造成的。如果不对这些巨大的风机装置实施保护措施，那么风机叶片不仅会受到直击雷的损害，而且由直击雷及非直击雷产生的高能量过电流及过电压暂态也会对叶片造成极大的损害。为了保护风力发电机使其免受雷击，我们必须对闪电放电的形成及相关过程有一个清楚的了解。
先，闪电放电的初级知识随时都存在的电暴分子有1700个，这些电暴分子每秒可产生一百多道闪电。相当于每天发生约700到800万次闪电放电。其中有90%是云层与云层之间的放电，而其余的绝大部分为云层与大地之间迅猛的放电。 随着风力发电机系统越来越复杂，越来越精致，仅一个直击雷就可能给其造成巨大的物理性损害和灾难性故障。它可能会引发火灾，导致重大电器设备故障和机械损伤，在故障期造成重大的经济损失。当一个活跃的太阳能加热垂直空气柱在较冷的上层气团上聚合在一起时，上层大气就会变的不稳定，闪电便由此产生了。这些上升的气流携带着水蒸气与冷空气相遇，通常会发生浓缩，从而导致对流风暴。在这样的气压和温度下，垂直气流运动成为自我维持现象，为积雨云的形成奠定了基础。积雨云的中心部位可上升到15000米的高空。只有当云层厚度达到3-4千米时才会发生闪电放电现象。云层越高，闪电放电发生的几率就越频繁。积雨云的中柱可使上升气流达到每小时120千米的时速，与此同时产生伴有猛烈风切变的激烈湍流，这就给飞机的运行带来了危险。此外，上升气流还会引发电荷的分离，终导致闪电放电。地球表面带正电荷，而下层大气则呈现出相反的负空间电荷。当雨滴携带电荷从云层移向地面时，雷雨云呈现出的偶极特点且云层底部带负电荷，云层顶部带正电荷。
瀑布式研究表明：细小的降落物获得正电荷而较大的粒子获得负电荷。积雨云中的上升气流通过将正电荷带向高纬度而使这些电荷分离开来。较重的负电荷仍留在云层的底部，于是通常会发生的事情便出现了，即云层对地面放电中约有90%发生在带负电荷的云层底部及带正电荷的地面之间。云层内电荷的分离使电势增加到一个必定会发生中和放电的高度。避雷防护装置主要的问题是云层与地面之间的放电。该过程包括两个步骤，先是从云层放电，然后是从地面或风机装置上放电。在云层的底部，电离会形成电晕放电。当电场强度（电位梯度）超过弄一数值，但并不满足发生电弧放电或完全的电击穿的条件时，导线周围液体的离子作用就会导致电晕放电发生先导闪电或次放电开始向地面传播。风切变会驱散电离空气，并在瞬间使传播停止，直到生成足够的电离使放电继续进行到下一个独立的阶段。梯级先导闪电迅速向地面传播，当其到达地面的时可能会分支成许多“指状物”。 当先导闪电接近地面时，电场迅速增强，加快局部地面的电离作用。此时，先导闪电与地面之间的势差可能会高达107伏，从而导致空气的分解。
随后，地面电子流开始移向向下先导闪电，并在地面十米以上的位置被拦截。对风力发电机而言，当拦截现象在地面一百多米以上的位置发生时，风机可被视为地面的避雷针。当向上及向下的闪电先导产生一个电离通道后，云层、风机及地面之间就存在一个低电阻抗通道，从而产生主要放电或回击。该过程的特点：一般情况下，快速增加的电流的上升速度为每秒1，010安。通常，高电流平均值约为30千安培，小电流为1-3千安培。目前有记载的大放电量已超过200千安培。
此外，在相同通道内进行连续放电也是可能的。当次放电在云层中与局部电荷中和时，就会在相同的通道内发生连续放电。
统计学方法：据现代发电标准，闪电每放电一次，平均会释放55千瓦时的能量，这是一个巨大的能量值。闪电放电的危险之处就在于它所释放的所有能量仅在100到300微秒内就会消耗完，放电电流仅在1-2微秒内就是会达到高峰。利用机舱及塔体将能量从风机叶片传递到地面需要对设计进行适当的调整。正电荷闪电放电与负电荷闪电放电之间的区别在于，正电荷闪电先导既不分步进行，也不会产生多次冲击。在正电荷闪电的过程中，只有一次回击，之后连续电流流向云层。由于闪电放电是一种自然现象，因此统计学方法对防闪电系统的分析研究与设计是一种很有用的方法。来自国际大电网委员会（CIGRE）的数据表明：
5%的负电荷闪电脉冲大于90千安培（平均为33千安培）
5%的正电荷闪电脉冲大于250千安培（平均为33千安培）
5%的负电荷再次闪击的电流上升率大于161 kA/μs.
基于一种避雷防护系统，IEC62305系列推出了四种避雷防护标准及设计规则，规定了雷击的小值和大值。极限值概率表明这些大和小值是有可能被超越的。例如，避雷防护标准（一）（LPL I）表明：闪电放电大于规定的200千安培的可能性仅为1%（超过避雷防护标准（二）（LPL II ）规定的150千安培的几率为2%，超过雷防护标准（三）和（四）（LPL III, IV）规定的100千安培的几率为3%）。根据适用的IEC标准规定以及风险评估，工程师们选定实施避雷防护标准。当闪电先导接近地面或风机时，电场就形成了，地面或风机会发射出一束拦截电子流。电荷越大，攻击距离就会越大。一种采用各避雷防护标准中小电流水平的准则指出一种用于名为Rolling-Sphere Method (RSM)测试方法的半径。该方法采用一个半径与攻击距离相同的球体，此长度通常被设想成一个有可能的冲击端点。采用RSM方法包括在屋面避雷网上旋转一个半径一定的设想球体。该球体移向并围绕避雷针，避雷线以及其它用来防护直击雷的地面金属部件转动。如果这些设备仍处于球体的弧形表面之下，那么它就可免受直击雷的损害，因为雷击的过程中，球体会被避雷针或其它设施抬高。而与气体接触或穿过球体表面的设备就不会受到保护。通常来讲，避雷防护水平越高，要求的避雷防护系统中滚动球体的半径就越小，这样就可捕获更小的雷击现象。因此，防护水平越高，对材料的要求就越高。小于3千安培的雷击现象很罕见，通常来讲，不会对风力发电机带来损害。
未采取避雷防护措施的风机百分之百是一个高效的系统，是一个符合标准但对危害没有免疫能力的系统。避雷防护是一个统计概率及风险管理问题。从统计学上讲，一个符合标准的系统应该将其风险减小到一个可接受的程度。IEC
62305-2风险管理方法为这些分析提供了一个框架。人类及建筑物面临的危险
有效的避雷防护措施可以控制很多种风险。当雷击放电电流造成大量电气事故时，热机械事故也就成了必须要处理的问题。例如，人类和动物面临的危险包括直接雷击，跨步电势，接触电压，旁引闪电，继发效应，如由冒烟造成的窒息，由火灾、结构性危害物（如从雷击点掉落下来的砖石）及不安全环境造成的伤害，如从屋顶渗出的水导致电力或其它故障以及程序、设备和安全系统的错误操作或故障。
此外，建筑物及其内部设备面临的风险包括：直击雷或放电电流在建筑物内部形成电弧，从而引起火灾或爆炸的发生，甚至火灾与爆炸同时发生；电阻熔化造成的电弧或导体电阻加热导致火灾或爆炸或火灾及爆炸同时发生；雷击发生点离子热引起的建筑物屋顶的刺孔；内部电气设备及电子系统发生故障；机械性损坏，如雷击发生点溅出的材料；有删改
当闪电放电时，仅在100-300微秒内，其平均放电量就可达55千瓦时。因此，就要求我们采取高效的防护方法来防护风力发电机叶片及其内部电器设备和电子系统，使其免受雷击的损害。上升气流所在的积雨云的厚度为3-4千米时，上升气流就会引起电荷的分离，从而导致闪电放电。大部份处在恶劣环境中的风力发电机对异常天气的危害都很敏感。闪电造成的损害，尤其是对风力发电机而言，通常是因防直击雷装置不足、连接及接地防护措施不正确或不足以及暂态保护不足而造成的。如果不对这些巨大的风机装置实施保护措施，那么风机叶片不仅会受到直击雷的损害，而且由直击雷及非直击雷产生的高能量过电流及过电压暂态也会对叶片造成极大的损害。为了保护风力发电机使其免受雷击，我们必须对闪电放电的形成及相关过程有一个清楚的了解。
先，闪电放电的初级知识随时都存在的电暴分子有1700个，这些电暴分子每秒可产生一百多道闪电。相当于每天发生约700到800万次闪电放电。其中有90%是云层与云层之间的放电，而其余的绝大部分为云层与大地之间迅猛的放电。 随着风力发电机系统越来越复杂，越来越精致，仅一个直击雷就可能给其造成巨大的物理性损害和灾难性故障。它可能会引发火灾，导致重大电器设备故障和机械损伤，在故障期造成重大的经济损失。当一个活跃的太阳能加热垂直空气柱在较冷的上层气团上聚合在一起时，上层大气就会变的不稳定，闪电便由此产生了。这些上升的气流携带着水蒸气与冷空气相遇，通常会发生浓缩，从而导致对流风暴。在这样的气压和温度下，垂直气流运动成为自我维持现象，为积雨云的形成奠定了基础。积雨云的中心部位可上升到15000米的高空。只有当云层厚度达到3-4千米时才会发生闪电放电现象。云层越高，闪电放电发生的几率就越频繁。积雨云的中柱可使上升气流达到每小时120千米的时速，与此同时产生伴有猛烈风切变的激烈湍流，这就给飞机的运行带来了危险。此外，上升气流还会引发电荷的分离，终导致闪电放电。地球表面带正电荷，而下层大气则呈现出相反的负空间电荷。当雨滴携带电荷从云层移向地面时，雷雨云呈现出的偶极特点且云层底部带负电荷，云层顶部带正电荷。
瀑布式研究表明：细小的降落物获得正电荷而较大的粒子获得负电荷。积雨云中的上升气流通过将正电荷带向高纬度而使这些电荷分离开来。较重的负电荷仍留在云层的底部，于是通常会发生的事情便出现了，即云层对地面放电中约有90%发生在带负电荷的云层底部及带正电荷的地面之间。云层内电荷的分离使电势增加到一个必定会发生中和放电的高度。避雷防护装置主要的问题是云层与地面之间的放电。该过程包括两个步骤，先是从云层放电，然后是从地面或风机装置上放电。在云层的底部，电离会形成电晕放电。当电场强度（电位梯度）超过弄一数值，但并不满足发生电弧放电或完全的电击穿的条件时，导线周围液体的离子作用就会导致电晕放电发生先导闪电或次放电开始向地面传播。风切变会驱散电离空气，并在瞬间使传播停止，直到生成足够的电离使放电继续进行到下一个独立的阶段。梯级先导闪电迅速向地面传播，当其到达地面的时可能会分支成许多“指状物”。 当先导闪电接近地面时，电场迅速增强，加快局部地面的电离作用。此时，先导闪电与地面之间的势差可能会高达107伏，从而导致空气的分解。
随后，地面电子流开始移向向下先导闪电，并在地面十米以上的位置被拦截。对风力发电机而言，当拦截现象在地面一百多米以上的位置发生时，风机可被视为地面的避雷针。当向上及向下的闪电先导产生一个电离通道后，云层、风机及地面之间就存在一个低电阻抗通道，从而产生主要放电或回击。该过程的特点：一般情况下，快速增加的电流的上升速度为每秒1，010安。通常，高电流平均值约为30千安培，小电流为1-3千安培。目前有记载的大放电量已超过200千安培。
此外，在相同通道内进行连续放电也是可能的。当次放电在云层中与局部电荷中和时，就会在相同的通道内发生连续放电。
统计学方法：据现代发电标准，闪电每放电一次，平均会释放55千瓦时的能量，这是一个巨大的能量值。闪电放电的危险之处就在于它所释放的所有能量仅在100到300微秒内就会消耗完，放电电流仅在1-2微秒内就是会达到高峰。利用机舱及塔体将能量从风机叶片传递到地面需要对设计进行适当的调整。正电荷闪电放电与负电荷闪电放电之间的区别在于，正电荷闪电先导既不分步进行，也不会产生多次冲击。在正电荷闪电的过程中，只有一次回击，之后连续电流流向云层。由于闪电放电是一种自然现象，因此统计学方法对防闪电系统的分析研究与设计是一种很有用的方法。来自国际大电网委员会（CIGRE）的数据表明：
5%的负电荷闪电脉冲大于90千安培（平均为33千安培）
5%的正电荷闪电脉冲大于250千安培（平均为33千安培）
5%的负电荷再次闪击的电流上升率大于161 kA/μs.
基于一种避雷防护系统，IEC62305系列推出了四种避雷防护标准及设计规则，规定了雷击的小值和大值。极限值概率表明这些大和小值是有可能被超越的。例如，避雷防护标准（一）（LPL I）表明：闪电放电大于规定的200千安培的可能性仅为1%（超过避雷防护标准（二）（LPL II ）规定的150千安培的几率为2%，超过雷防护标准（三）和（四）（LPL III, IV）规定的100千安培的几率为3%）。根据适用的IEC标准规定以及风险评估，工程师们选定实施避雷防护标准。当闪电先导接近地面或风机时，电场就形成了，地面或风机会发射出一束拦截电子流。电荷越大，攻击距离就会越大。一种采用各避雷防护标准中小电流水平的准则指出一种用于名为Rolling-Sphere Method (RSM)测试方法的半径。该方法采用一个半径与攻击距离相同的球体，此长度通常被设想成一个有可能的冲击端点。采用RSM方法包括在屋面避雷网上旋转一个半径一定的设想球体。该球体移向并围绕避雷针，避雷线以及其它用来防护直击雷的地面金属部件转动。如果这些设备仍处于球体的弧形表面之下，那么它就可免受直击雷的损害，因为雷击的过程中，球体会被避雷针或其它设施抬高。而与气体接触或穿过球体表面的设备就不会受到保护。通常来讲，避雷防护水平越高，要求的避雷防护系统中滚动球体的半径就越小，这样就可捕获更小的雷击现象。因此，防护水平越高，对材料的要求就越高。小于3千安培的雷击现象很罕见，通常来讲，不会对风力发电机带来损害。
未采取避雷防护措施的风机百分之百是一个高效的系统，是一个符合标准但对危害没有免疫能力的系统。避雷防护是一个统计概率及风险管理问题。从统计学上讲，一个符合标准的系统应该将其风险减小到一个可接受的程度。IEC
62305-2风险管理方法为这些分析提供了一个框架。人类及建筑物面临的危险
有效的避雷防护措施可以控制很多种风险。当雷击放电电流造成大量电气事故时，热机械事故也就成了必须要处理的问题。例如，人类和动物面临的危险包括直接雷击，跨步电势，接触电压，旁引闪电，继发效应，如由冒烟造成的窒息，由火灾、结构性危害物（如从雷击点掉落下来的砖石）及不安全环境造成的伤害，如从屋顶渗出的水导致电力或其它故障以及程序、设备和安全系统的错误操作或故障。
此外，建筑物及其内部设备面临的风险包括：直击雷或放电电流在建筑物内部形成电弧，从而引起火灾或爆炸的发生，甚至火灾与爆炸同时发生；电阻熔化造成的电弧或导体电阻加热导致火灾或爆炸或火灾及爆炸同时发生；雷击发生点离子热引起的建筑物屋顶的刺孔；内部电气设备及电子系统发生故障；机械性损坏，如雷击发生点溅出的材料；有删改
