本實(shí)用新型涉及防雷的技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種防雷接地組件。

背景技術(shù)：

雷電放電作為一種強(qiáng)大自然力的爆發(fā)，會(huì)給地面諸多設(shè)施帶來災(zāi)害。從防雷的角度看，無(wú)論是槳葉葉尖的接閃器還是電氣系統(tǒng)的電涌保護(hù)器，都需要通過接地把雷電流傳導(dǎo)入地。沒有良好的接地組件，機(jī)組各部分加裝的防雷設(shè)施就不能發(fā)揮其應(yīng)有的保護(hù)作用，接地組件的性能將直接決定著機(jī)組的防雷可靠性。

目前，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在山地重丘地形如何防雷沒有特別有效地接地技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)中根據(jù)不同的地理環(huán)境和地質(zhì)構(gòu)造采用不同的接地技術(shù)。某電場(chǎng)一期工程規(guī)劃容量49.5MW，共設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組33臺(tái)，場(chǎng)址區(qū)域構(gòu)造單元為海拔高度在140m～660m之間，屬于山地重丘地形，該場(chǎng)址區(qū)域勘查期間未見有地下水，地下水埋藏較深，該地區(qū)的電阻值較大不利于雷電的傳導(dǎo)，這造成了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全隱患。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種防雷接地組件，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的防雷地基的地基電阻較高導(dǎo)電效果不佳的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種防雷接地組件，包括：導(dǎo)電組件，導(dǎo)電組件包括：水平接地體、豎直接地體以及連接導(dǎo)體，水平接地體呈封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)，豎直接地體與水平接地體相連接，連接導(dǎo)體將風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和水平接地體連通；導(dǎo)電層，導(dǎo)電層設(shè)置在導(dǎo)電組件的周圍并與導(dǎo)電組件相接觸。

進(jìn)一步地，防雷接地組件還包括：保護(hù)層，保護(hù)層設(shè)置在導(dǎo)電組件的周圍。

進(jìn)一步地，導(dǎo)電層為石墨與土壤的混合層。

進(jìn)一步地，保護(hù)層為緩蝕劑與土壤的混合層。

進(jìn)一步地，水平接地體為多個(gè)，每個(gè)水平接地體均呈封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)，多個(gè)封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)的直徑不同且相間隔設(shè)置，連接導(dǎo)體將多個(gè)封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)連接在一起。

進(jìn)一步地，連接導(dǎo)體為多個(gè)并沿封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)間隔設(shè)置。

進(jìn)一步地，多個(gè)連接導(dǎo)體沿水平接地體的周向均勻設(shè)置。

進(jìn)一步地，導(dǎo)電組件還包括輔助接地體，輔助接地體與水平接地體連接。

進(jìn)一步地，豎直接地體為多個(gè)，每相鄰兩個(gè)豎直接地體之間設(shè)置有至少一個(gè)輔助接地體。

進(jìn)一步地，豎直接地體為多個(gè)，多個(gè)豎直接地體中的部分與連接導(dǎo)體相連接。

應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，當(dāng)雷電的電流引導(dǎo)至地下的防雷接地組件時(shí)，導(dǎo)電組件將電流傳導(dǎo)至導(dǎo)電層，并通過導(dǎo)電層將電流導(dǎo)入大地。由于導(dǎo)電組件和導(dǎo)電層的電阻較小，較容易將雷電的電流導(dǎo)走。本實(shí)用新型的技術(shù)方案有效地解決了由于地基電阻較高導(dǎo)電效果不佳的問題。

附圖說明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型的防雷接地組件的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型的防雷接地組件的實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型的防雷接地組件的實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標(biāo)記：

10、導(dǎo)電組件；11、水平接地體；12、豎直接地體；13、連接導(dǎo)體；20、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)；30、導(dǎo)電層；40、保護(hù)層。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。

如圖1所示，實(shí)施例一的防雷接地組件包括：導(dǎo)電組件10和導(dǎo)電層30。導(dǎo)電組件10包括：水平接地體11、豎直接地體12以及連接導(dǎo)體13，水平接地體11呈封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)，豎直接地體12與水平接地體11相連接，連接導(dǎo)體13將風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)20和水平接地體11連通。導(dǎo)電層30設(shè)置在導(dǎo)電組件10的周圍并與導(dǎo)電組件10相接觸。

應(yīng)用實(shí)施例一的技術(shù)方案，當(dāng)雷電的電流引導(dǎo)至地下的防雷接地組件時(shí)，導(dǎo)電組件10將電流傳導(dǎo)至導(dǎo)電層30，并通過導(dǎo)電層30將電流導(dǎo)入大地。由于導(dǎo)電組件10和導(dǎo)電層30的電阻較小，較容易將雷電的電流導(dǎo)走。本實(shí)施例的技術(shù)方案有效地解決了由于地基電阻較高導(dǎo)電效果不佳的問題。

如圖1所示，在實(shí)施例一的技術(shù)方案中，防雷接地組件還包括：保護(hù)層40。保護(hù)層40設(shè)置在導(dǎo)電組件10的周圍。上述能夠防止導(dǎo)電組件10過早的腐蝕，這樣延長(zhǎng)了導(dǎo)電組件10的使用壽命。一般而言，導(dǎo)電組件10為金屬材質(zhì)，金屬材質(zhì)容易腐蝕，上述結(jié)構(gòu)延緩了導(dǎo)電組件10的腐蝕時(shí)間，保證了導(dǎo)電組件10的導(dǎo)電性能。

在實(shí)施例一的技術(shù)方案中，導(dǎo)電層30為石墨與土壤的混合層。上述設(shè)置比較容易，成本較低。

在實(shí)施例一的技術(shù)方案中，保護(hù)層40為緩蝕劑與土壤的混合層。上述設(shè)置比較容易，成本較低。

如圖1所示，在實(shí)施例一的技術(shù)方案中，水平接地體11為多個(gè)，每個(gè)水平接地體11均呈封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)，多個(gè)封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)的直徑不同且相間隔設(shè)置，連接導(dǎo)體13將多個(gè)封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)連接在一起。上述結(jié)構(gòu)使用較少的水平接地體11和連接導(dǎo)體13就能與大地有更充分地接觸，即使用較少的材料就能獲得較好的導(dǎo)電效果。當(dāng)然，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，多個(gè)水平接地體11的距離不宜太遠(yuǎn)，多個(gè)水平接地體11太遠(yuǎn)時(shí)，一方面浪費(fèi)導(dǎo)電組件10的材料，另一方面使得占用的場(chǎng)地過大，浪費(fèi)場(chǎng)地。具體地，在本實(shí)施例的技術(shù)方案中，每個(gè)水平接地體11與相鄰的水平接地體11之間的徑向距離為8米。

如圖1所示，在實(shí)施例一的技術(shù)方案中，連接導(dǎo)體13為多個(gè)并沿封閉環(huán)形結(jié)構(gòu)間隔設(shè)置。上述結(jié)構(gòu)有利于將水平接地體11串聯(lián)在一起，這樣有利于將電流導(dǎo)入大地。具體地，多個(gè)連接導(dǎo)體13沿水平接地體11的周向均勻設(shè)置。連接導(dǎo)體13的一端傳出水平接地體11并向外延伸，水平接地體11的周向外側(cè)的連接導(dǎo)體13上設(shè)置有豎直接地體12。上述結(jié)構(gòu)有利于電流均勻的導(dǎo)入大地。當(dāng)然，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，連接導(dǎo)體13設(shè)置的疏密程度還可以根據(jù)大地的導(dǎo)電情況進(jìn)行設(shè)置，例如當(dāng)電阻值高的土質(zhì)可以將連接導(dǎo)體13設(shè)置密些，電阻值低的土質(zhì)可以將連接導(dǎo)體13設(shè)置疏些。

在實(shí)施例一的技術(shù)方案中，導(dǎo)電組件10還包括輔助接地體(圖中未示出)，輔助接地體與水平接地體11連接。輔助接地體(即低電阻石墨接地模塊)的使用一方面節(jié)省了施工成本，另一方面有利于電流傳入大地。具體地，豎直接地體12為多個(gè)，每相鄰兩個(gè)豎直接地體12之間設(shè)置有至少一個(gè)輔助接地體。

在實(shí)施例一的技術(shù)方案中，豎直接地體12為多個(gè)，多個(gè)豎直接地體12中的部分與連接導(dǎo)體13相連接。電流也可以通過設(shè)置在連接導(dǎo)體13上的豎直接地體12導(dǎo)入大地，這樣有利于電流導(dǎo)入大地。

建筑物高度h與一般雷擊率n的關(guān)系見表1，在年均雷電日越多出現(xiàn)雷擊的可能性越大。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是風(fēng)電場(chǎng)的貴重設(shè)備，若其遭受雷擊，除了損失修復(fù)期間應(yīng)該發(fā)電所得之外，還要負(fù)擔(dān)受損部件的拆裝和更新部件的巨大費(fèi)用，所以雷害是威脅風(fēng)機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的嚴(yán)重問題。本實(shí)施例一解決的是在現(xiàn)有苛刻地質(zhì)環(huán)境下(山地重丘地形土壤電阻率為2000歐姆·米以上)保證風(fēng)機(jī)機(jī)組接地電阻符合設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(不大于4歐姆)。

表1建筑物高度h與一般雷擊率n的關(guān)系

根據(jù)山地重丘地形土壤地質(zhì)條件因素，水平接地體采用–50×6mm熱鍍鋅扁鋼，埋深為0.8m，單機(jī)設(shè)計(jì)水平接地體總長(zhǎng)度500m。

水平接地體接地電阻R_A可由以下計(jì)算式算得：

$R_A=\frac{\mathrm{\ρ}}{2\mathrm{\π}L}ln\frac{L^2}{bh}=\frac{2000}{2\×\mathrm{\π}\×500}ln\frac{{500}^2}{0.05\×0.8}=9.96\mathrm{\Ω}$

式中：b—扁鋼寬度，在本實(shí)施例中取0.05m；

h—埋設(shè)深度，在本實(shí)施例中取0.8m；

ρ—土壤電阻率，在本實(shí)施例中取2000Ω；

L—接地體長(zhǎng)度，在本實(shí)施例中取500m。

以上計(jì)算證明使用500m接地體理論接地電阻為9.96Ω，不能滿足風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組接地要求。

山地重丘地形土壤電阻率取理論平均值按2000Ω.m計(jì)算，若使風(fēng)機(jī)接地電阻滿足設(shè)計(jì)及風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組技術(shù)參數(shù)要求的4Ω，可用以下幾種方法施工：

1、增加接地體數(shù)量

當(dāng)R_A(水平接地體接地電阻)滿足要求即等于4Ω時(shí)，由上述計(jì)算式可得當(dāng)水平接地體有效長(zhǎng)度L＝1450m，理論上可滿足最大接地電阻要求為3.90Ω，實(shí)際施工時(shí)為確保接地效果并扣除合理?yè)p耗，按照10％的余量計(jì)算，所需水平接地體數(shù)量為：

1450×(1+10％)＝1595m。

2、使用降阻劑

降阻劑的功效為最大限度的發(fā)揮水平接地體的降阻功效，改善土壤環(huán)境，增加金屬極與土壤之間有效接觸面，減少接觸電阻，有利于穩(wěn)定泄流降阻。

降阻劑的降阻效果受周圍土質(zhì)、產(chǎn)品質(zhì)量等多種因素影響，很難預(yù)測(cè)實(shí)際使用效果如何，所以不能作為主要降阻措施使用，只能與其他方案共同作為輔助降阻手段。

3、換填方

由上式可看出，土壤電阻率ρ與接地電阻R_A的關(guān)系成正比，而且是影響接地電阻的一個(gè)重要指標(biāo)。傳統(tǒng)接地系統(tǒng)施工，在大量使用導(dǎo)電組件10和降阻劑仍不能達(dá)標(biāo)的情況下會(huì)考慮換填接地體周圍土質(zhì)的方法。

由于風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)20占地較大，風(fēng)電場(chǎng)的地理位置不便，大量?jī)?yōu)質(zhì)土壤的購(gòu)買取材、運(yùn)輸、換填、棄渣等環(huán)節(jié)都會(huì)造成不必要的巨大施工成本，同時(shí)大量換填原土還會(huì)影響發(fā)電機(jī)組地基的穩(wěn)定定型，因此換填方并不是最優(yōu)的備選實(shí)施方案。

4、選用新型降阻材料

采用新型的低電阻石墨接地模塊(即輔助接地體)，配以離子緩釋劑，具有降阻效果好，時(shí)效性長(zhǎng)，性能穩(wěn)定，無(wú)毒，無(wú)腐蝕，并能延緩?fù)寥缹?duì)水平接地體11、豎直接地體12和連接導(dǎo)體13的腐蝕，保護(hù)接地體的作用。

施工時(shí)可按原設(shè)計(jì)圖紙施工，同時(shí)采用多根豎直接地體12與增加多個(gè)輔助接地體，與水平地網(wǎng)形成三維立體地網(wǎng)，通過水平接地體11與豎直接地體12的綜合降阻功效，達(dá)到降阻目的。

采用輔助接地體后，防雷接地組件的總接地電阻值計(jì)算如下：

(1)水平接地網(wǎng)接地電阻

以水平接地網(wǎng)取值500m計(jì)算，水平接地體電阻值為9.96Ω。

(2)輔助接地體接地電阻值為：

輔助接地體的接地電阻：R_O＝316Ω

并聯(lián)后總接地電阻：R_B＝R_O/(n×η)＝316/(75×0.65)＝6.48Ω

ρ：土壤電阻率，在本實(shí)施例中取2000Ω·m；

n：輔助接地體數(shù)量，在本實(shí)施例中取75塊；

η：輔助接地體調(diào)整系數(shù)，在本實(shí)施例中取0.65。

(3)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)總接地電阻值

R＝R_A×R_B/(R_A+R_B)＝9.96×6.48/(9.96+6.48)＝3.93Ω

單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)接地網(wǎng)的工頻接地電阻值為3.93Ω，滿足接地電阻值4.0的要求。

實(shí)施例一的技術(shù)方案對(duì)導(dǎo)電性的要求：石墨防雷降阻材料電阻率ρ應(yīng)遠(yuǎn)小于自然土壤電阻率ρ只有在相差1-2個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)應(yīng)用，才具有實(shí)用價(jià)值，取得名符其實(shí)的降阻效果。

實(shí)施例一的技術(shù)方案對(duì)降阻功能的要求：接地工程是一地下隱蔽的工程，且自然土壤的含水量會(huì)受環(huán)境、季節(jié)性氣候的影響而時(shí)有變化，因而要求降阻劑的功能應(yīng)長(zhǎng)期有效，石墨防雷降阻材料使用壽命可大于50年。

實(shí)施例一的技術(shù)方案對(duì)金屬的耐蝕緩蝕性：降阻材料是金屬引流體與自然土壤之間的中間媒介物，除了考慮土壤環(huán)境條件的影響外，還需考慮接地裝置流散作用形成的電化作用下，降阻劑不僅本身應(yīng)無(wú)腐蝕性，而且對(duì)金屬能起到緩蝕功能，才能保證接地裝置的使用壽命，為此要求降阻劑的酸價(jià)pH≥7.5，呈堿性或弱堿性，既要能隔絕自然土壤中有害成分的侵蝕，又能在金屬表面形成鈍化護(hù)膜。

實(shí)施例一的技術(shù)方案能耐受大電流的沖擊：接地裝置的流散電流在正常運(yùn)行時(shí)通過的只是三相不平等電流，通常只是毫安到安培級(jí)的電流，然而真正發(fā)揮裝置功能時(shí)通過的則是雷擊電流和接地短路電流，因此要求降阻材料劑在大電流的沖擊下不會(huì)熾熱、自燃或形成揮發(fā)物，具有反復(fù)通流耐受沖擊的性能。

關(guān)于實(shí)施例一的負(fù)阻特性：由于自然巖土中存在一定的空氣間隙，因而接地裝置在自然土壤中的接地電阻，呈現(xiàn)有電容性阻抗，確切地說該電容性阻抗表現(xiàn)為接地阻抗。而且在工頻電流下的接地電阻要比沖擊波下的沖擊阻抗大，這樣就使接地裝置在大電流沖擊下的暫態(tài)地電位比按線性比例(歐姆定理)推算的地電位低，使得被保護(hù)物能更趨于安全。

實(shí)施例一的降阻材料本身應(yīng)無(wú)毒、對(duì)環(huán)境無(wú)污染：顯然降阻材料的應(yīng)用離不開人和大地自然土壤，施工時(shí)必然要與施工人員接觸，應(yīng)盡可能要求其無(wú)毒、無(wú)臭味、無(wú)揮發(fā)物。敷設(shè)后與自然土壤接觸相融一體，在自然環(huán)境條件變異時(shí)也不致污染環(huán)境條件，石墨防雷降阻材料其成份中不含毒元素諸如鉛(Pb)、汞(Hg)、鎘(Cd)，亦不應(yīng)與地中含有的水、初生態(tài)氧(O)等生成有害物質(zhì)而造成環(huán)境污染。

實(shí)施例一的降阻材料應(yīng)便于施工：降阻材料在工程的應(yīng)用中要考慮其適應(yīng)性，不宜過高要求。一般接地工程都是配合建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行的，有的甚至就在曠野山地，未必有良好的施工技術(shù)條件，如嚴(yán)格的配比要求、加溫稀釋等，就會(huì)限制其適應(yīng)范圍，石墨防雷降阻材料施工現(xiàn)場(chǎng)易于達(dá)到，不需增添特定的設(shè)備器材。

實(shí)施例一的技術(shù)方案可明顯減少金屬接地體使用數(shù)量，節(jié)省了大量材料及施工費(fèi)用。若采用傳統(tǒng)施工方法每風(fēng)機(jī)需使用1595m鍍鋅鋼材，使用輔助接地體方案則每風(fēng)機(jī)節(jié)省1095m鍍鋅鋼材及相應(yīng)運(yùn)輸、施工費(fèi)用。

實(shí)施例一的施工步驟如下：

步驟一、導(dǎo)電組件基坑防線；步驟二、導(dǎo)電組件基坑開挖；步驟三、水平接地體與輔助接地體模塊放置；步驟四、用降阻劑包裹接地體并回填；步驟五、接地體與接地極模塊焊接。

實(shí)施例一還需注意：為了最大限度的發(fā)揮水平接地體11的降阻功效，在各風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)20周圍用長(zhǎng)效物理降阻劑包裹水平接地體11，改善土壤環(huán)境，增加金屬與土壤之間有效接觸面，減少接觸電阻，有利于穩(wěn)定泄流降阻。水平接地體11的降阻效果未能達(dá)到要求。采用多根豎直接地體12與增加多個(gè)低電阻石墨接地模塊并在低電阻石墨接地模塊下敷設(shè)離子緩釋劑，與水平地網(wǎng)形成三維立體地網(wǎng)，通過水平接地體11與豎直接地體12的綜合降阻功效，達(dá)到降阻目的，完工后使接地電阻R≤4Ω。低電阻石墨接地模塊敷設(shè)在水平接地體11的外側(cè)，相鄰的低電阻石墨接地模塊之間間距5.5m，形成樹枝狀。水平接地體11上用物理降阻劑包裹，包裹厚度為每米25kg。在使用降阻劑時(shí)以降阻劑：水＝1:0.8的比例加水充分拌合，攪拌均勻成稀糊狀，倒入接地體周圍即可。降阻劑包裹完后再用優(yōu)質(zhì)粘土回填0.3米，灌入足夠量的水以達(dá)到降阻劑能充分向周圍土壤滲透改善周圍土壤電阻率。

如圖2所示，實(shí)施例二的防雷接地組件與實(shí)施例一的不同之處在于連接導(dǎo)體13由風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)20止于最外層的水平接地體11。

如圖3所示，實(shí)施例三的防雷接地組件與實(shí)施例一的不同之處在于水平接地體11為一個(gè)。

上述三個(gè)實(shí)施例是根據(jù)不同的機(jī)組基礎(chǔ)的地質(zhì)環(huán)境分別設(shè)計(jì)的不同的布置方式。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。