风力发电机叶片遭受雷击的根本原因在于旋转摩擦空气产生了多余的电荷。而CMCE多电场补偿器基于电容原理和静电感应原理,安装后可以不断吸收周围的电荷并中和,以mA电流的方式泄放入地。通过这个过程,可以降低和稳定周围大气的电场,避免空气击穿,从而消除了闪电的形成。
—下行先导的负电荷:当雷云中的负极性先导向地面发展时,会在叶片尖端的受体(如金属避雷针)附近感应出正电荷,形成强烈的电场畸变。这种畸变是自然条件下触发雷电附着的核心机制。
—电场阈值:当受体附近的电场强度超过空气击穿阈值(约3×106 V/m)时,自然先导会从受体发起,成功拦截下行先导。
2. 叶片静电荷的引入
—正静电荷的积累:旋转叶片因摩擦空气粒子(如尘埃、冰晶)积累正静电荷(文献中最大密度约0.69μC/m2)。这些电荷分布于叶片表面,但因叶片材料(如玻璃纤维)为绝缘体,电荷无法自由流动。
—静电场的影响:叶片表面的正静电荷会与下行先导的负电荷发生静电屏蔽,导致:
—受体附近电场削弱:正负电荷相互吸引,电场线在叶片表面更集中,但受体(叶片尖端)附近的净电场强度被降低(文献指出静电场可使受体电场降至原始强度的 38%)。
—叶片其他区域电场增强:远离受体的叶片表面(如背风面)因静电荷积累,电场强度可能显著升高。
3. 叠加效应的复杂影响
—局部削弱与全局增强:尽管受体附近电场被削弱,但叶片其他区域的电场可能因静电荷而增强。例如,文献模拟显示,叶片绝缘材料表面(如背风面)的电场强度可达2.76×105V/m,远高于自然条件下的背景电场。
—先导起始点的转移:雷电倾向于选择电场最强的路径发展。若叶片表面某区域的电场强度因静电荷超过阈值(如106V/m),自然先导可能绕过受体,直接从该区域发起。
—电晕放电与水膜导电:叶片表面的正静电荷在高湿度或污染条件下可能引发电晕放电,形成导电通道(如湿润水膜)。这种通道会绕过引下线,使雷电通过叶片表面直接传播,导致滑动闪络或直接击穿。
—伪先导的竞争:叶片表面的静电荷可能提前触发起始电晕,形成与自然先导竞争的“伪先导”。若伪先导发展更快,雷电可能优先选择叶片作为放电路径。
4. 对雷电附着概率的影响
—引下线保护失效:自然条件下,受体附近的强电场确保先导从引下线发起。但叠加静电荷后,受体电场被削弱,而叶片其他区域的电场增强,导致先导更易在非预期位置起始,降低引下线的拦截效率。
—雷击路径改变:叶片表面因静电荷形成的导电通道(如水膜)会改变雷电的自然传播路径,使雷电更易附着到叶片本体而非引下线,显著增加叶片损伤风险。
5. 关键结论
—电场分布的畸变:叠加静电荷后,电场强度在叶片表面呈现非均匀分布,受体附近电场被削弱,但其他区域电场可能增强,导致先导起始点转移。