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浪涌保護器的選型及使用

由于電氣類和電子元件的高損耗，浪涌保護（浪涌保護器或SPD）在風(fēng)能行業(yè)中過電壓保護過程中越來越普遍。

風(fēng)機停機的代價是非常高的，只有在不得不停機的情況下，才能停機。隨著風(fēng)機型號的增大而當(dāng)其電力系統(tǒng)崩潰帶來的損失也不斷增大，因此為了免受過電壓造成損失而實施保護措施的需求也隨之增高。業(yè)主對浪涌保護器的需求越來越普遍。這意味著開發(fā)商和風(fēng)機制造商必須確保系統(tǒng)符合現(xiàn)行法律規(guī)定及現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機組可靠性的要求。為了推動這項工作，國際電工委員會出版了低壓用電分配系統(tǒng)浪涌保護設(shè)備選擇和使用的標(biāo)準(zhǔn)。（IEC61643 低電壓保護設(shè)備：第十二章是關(guān)于低壓用電分配系統(tǒng)的浪涌保護器的選擇和應(yīng)用原理）

該標(biāo)準(zhǔn)是一個應(yīng)用及配置指南，對評估浪涌保護重要性非常有用，該標(biāo)準(zhǔn)同時也給風(fēng)機浪涌保護設(shè)備的安裝和尺寸測量提供指導(dǎo)規(guī)范。

應(yīng)用指南

該標(biāo)準(zhǔn)可作為設(shè)計手冊，并闡述了很多選型和設(shè)計時要考慮的相關(guān)問題。該標(biāo)準(zhǔn)也說明了選擇過電壓保護設(shè)備的各種問題。標(biāo)準(zhǔn)的部分詳述了浪涌保護的基本原理和選擇浪涌保護器時的各種相關(guān)參數(shù)（第3、4和5節(jié)）。簡述之后就是應(yīng)用指南，一步步介紹在選型前怎樣評估應(yīng)用程序（第6.1節(jié)）。下圖是評估中重要問題的概覽：

選擇安裝浪涌保護器時，首先要考慮電網(wǎng)的設(shè)計（例如：TN-S系統(tǒng)，TT系統(tǒng)，IT系統(tǒng)等）。浪涌保護器的安裝位置也要考慮，它的放置位置與被保護設(shè)備間的距離要合適。如果浪涌保護器放置得離被保護設(shè)備太遠(yuǎn)了，那就不能確保被保護設(shè)備得到有效保護；如果太近了，設(shè)備和浪涌保護器之間會產(chǎn)生振蕩波，而這樣，即使設(shè)備被認(rèn)為是被保護的，會在被保護設(shè)備上產(chǎn)生巨大的過電壓。

僅因為正確安裝浪涌保護器是個簡單問題，導(dǎo)致許多浪涌保護器安裝位置設(shè)計不合理。安裝浪涌保護器時，首先確保它被放置在被保護設(shè)備的入口處；第二要正確安裝浪涌保護器的接地線；第三連接浪涌保護器的電纜要盡可能的短。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)（一般來說），連接電纜的電感一般是1μH/m左右。所以設(shè)計該系統(tǒng)時，記得連接電纜要包含火線和接地線。

上圖中的安裝暴露出一個問題：如圖安裝會產(chǎn)生1kA/μs的故障電流，這會導(dǎo)致每米連接浪涌保護器的接線上的壓降為1000伏。如果接線是1米接地線是0.5米，被保護設(shè)備將會承受浪涌保護器的箝制電壓再加上1500伏的電壓，而通過正確安裝浪涌保護器可以極大的減少這種電壓。理想的安裝方法如下：

按照以上安裝方法，被保護設(shè)備只會承受幾乎等于浪涌保護器箝制電壓的電壓。

一些浪涌保護器需要額外的保護措施，如，不會被熱損壞的保險絲，用來保證浪涌保護器處理能級。其他制造商造出的浪涌保護器可以在風(fēng)機主斷路器短路之前處理全部電流。選擇過電壓保護的組件時，需要考慮是否有必要使用更多的組件來保證浪涌保護器保護設(shè)備。通常粗略保護就是在設(shè)備入口處安裝一個浪涌保護器，而精細(xì)保護就是把浪涌保護器直接安裝在被保護設(shè)備上。據(jù)浪涌保護器目前發(fā)展情況，只需安裝一個裝置，或是粗略保護和精細(xì)保護的組合，或是一個據(jù)精細(xì)保護原則制造的簡單大型的浪涌保護器，就可在很大程度上起到全防護作用。

浪涌保護器的安裝位置被選定后，就要選擇浪涌保護器的級別了。所有的浪涌保護器根據(jù)它們能導(dǎo)入地下的能量來劃分不同的級別。越低級別的浪涌保護器的導(dǎo)通需要越高的箝位電壓。這就導(dǎo)致了被保護設(shè)備上壓力的增加。被保護設(shè)備越容易受到破壞，越需要選擇高級別的浪涌保護器。一般來說，根據(jù)特定區(qū)域需要的保護級別來劃分出不同的安裝區(qū)域，這樣對浪涌保護器的選型就會容易多了，同時對具體的區(qū)域需要什么級別的浪涌保護器提供了概況。考慮在雷電防護體設(shè)計中加入浪涌保護器設(shè)計，雷電防護區(qū)域可以和浪涌保護器各級過渡區(qū)域相整合，而通過各級過渡區(qū)域可以知道浪涌保護器的放置位置。（其他標(biāo)準(zhǔn)也是這樣的，例如，IEC62305系列或風(fēng)力發(fā)電機具體規(guī)定IEC61400-24）

浪涌保護器的選型

做完評估后需要安裝浪涌保護器時，需要給系統(tǒng)找到合適的產(chǎn)品。在IEC61643-12的第6.2段落中，描述了正確選擇浪涌保護器的方法。

首先所有被選浪涌保護器的持續(xù)工作電壓要高于標(biāo)稱工作電壓。其次要考慮暫態(tài)過電壓的產(chǎn)生；如果有產(chǎn)生暫態(tài)過電壓的危險，那么被選的浪涌保護器電壓要低于標(biāo)稱工作電壓。

      IEC61643-12是一個很好的指導(dǎo)規(guī)范，它給設(shè)計師提供一些在選擇和安裝設(shè)備來進行過壓保護需要考慮的問題的信息。雖然它是一種普遍的標(biāo)準(zhǔn)，但是完全遵循風(fēng)能行業(yè)的需求規(guī)范。

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也要根據(jù)安裝處的電流量來選擇浪涌保護器。如果特殊位置的短路電流量是未知的，那么要保證選擇足夠大的浪涌保護器元器件，以便處理“猜測”電流。

判定和描述特殊具體位置的情況在保證浪涌保護器達(dá)到保護設(shè)備預(yù)期效果是很重要的。

還要考慮浪涌保護器的說明書/壽命。因為在安裝后的一秒鐘內(nèi)可能會產(chǎn)生瞬態(tài)高電勢，這可能會毀壞浪涌保護器，在這種情況下，浪涌保護器的壽命就只有一秒鐘。

所以也只能根據(jù)從生產(chǎn)商那里得到的數(shù)據(jù)對浪涌保護器進行預(yù)期性的評估。假如浪涌保護器發(fā)生故障，要保證它不會造成致命的破壞。

當(dāng)使用浪涌保護器時，要證實它和在它上方的被保護設(shè)備能互相配合。如果用保險絲減小浪涌保護器中電流是必要的，那么這些保險絲要能在損壞浪涌保護器之前切斷短路電流。還要考慮漏電保護器跳閘的情況。

選擇浪涌保護器時，要選不易老化的，在預(yù)期瞬時高壓下不易被損壞，及發(fā)生故障時不易損壞其它電氣設(shè)備的浪涌保護器。

后選擇浪涌保護器時，它的箝制電壓要和被保護設(shè)備所能承受的電壓一致。如果浪涌保護器不能保持箝制電壓，就要在被保護設(shè)備附近安裝另外的浪涌保護器。如果多個浪涌保護器同時使用時，正確協(xié)調(diào)這些浪涌保護器間的關(guān)系就很重要了。在兩個浪涌保護器之間要選擇一個規(guī)定的電感，而這個電感可以通過兩個浪涌保護器之間固定長度的電纜，或是用規(guī)定的電感元件來實現(xiàn)。再次重申，以目前浪涌保護器的發(fā)展情況來看，一步實現(xiàn)完全保護的可能性很大。