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）在風能行業(yè)中過電壓保護過程中越來越普遍。

風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。隨著風機型號的增大而當其電力系統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)商和風機制造商必須確保系統符合現行法律規(guī)定及現代風力發(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浪涌保護設備選擇和使用的標準。（IEC61643 低電壓保護設備：第十二章是關于低壓用電分配系統的浪涌保護器的選擇和應用原理）

該標準是一個應用及配置指南，對評估浪涌保護重要性非常有用，該標準同時也給風機浪涌保護設備的安裝和尺寸測量提供指導規(guī)范。

應用指南

該標準可作為設計手冊，并闡述了很多選型和設計時要考慮的相關問題。該標準也說明了選擇過電壓保護設備的各種問題。標準的第一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參數（第3、4和5節(jié)）。簡述之后就是應用指南，一步步介紹在選型前怎樣評估應用程序（第6.1節(jié)）。下圖是評估中最重要問題的概覽：

選擇安裝浪涌保護器時，首先要考慮電網的設計（例如：TN-S系統，TT系統，IT系統等）。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備間的距離要合適。如果浪涌保護器放置得離被保護設備太遠了，那就不能確保被保護設備得到有效保護；如果太近了，設備和浪涌保護器之間會產生振蕩波，而這樣，即使設備被認為是被保護的，會在被保護設備上產生巨大的過電壓。

僅因為正確安裝浪涌保護器是個簡單問題，導致許多浪涌保護器安裝位置設計不合理。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。根據此標準（一般來說），連接電纜的電感一般是1μH/m左右。所以設計該系統時，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：如圖安裝會產生1kA/μs的故障電流，這會導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，被保護設備只會承受幾乎等于浪涌保護器箝制電壓的最低電壓。

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備。通常粗略保護就是在設備入口處安裝一個浪涌保護器，而精細保護就是把浪涌保護器直接安裝在被保護設備上。據浪涌保護器目前發(fā)展情況，只需安裝一個裝置，或是粗略保護和精細保護的組合，或是一個據精細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它們能導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通需要越高的箝位電壓。這就導致了被保護設備上壓力的增加。被保護設備越容易受到破壞，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。考慮在雷電防護總體設計中加入浪涌保護器設計，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。（其他標準也是這樣推薦的，例如，IEC62305系列或風力發(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，需要給系統找到合適的產品。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最大持續(xù)工作電壓要高于標稱工作電壓。其次要考慮暫態(tài)過電壓的產生；如果有產生暫態(tài)過電壓的危險，那么被選的浪涌保護器電壓要低于最大標稱工作電壓。

IEC61643-12是一個很好的指導規(guī)范，它給設計師提供一些在選擇和安裝設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準，但是完全遵循風能行業(yè)的需求規(guī)范。

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也要根據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“最佳猜測”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到保護設備預期效果是很重要的。

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可能會產生瞬態(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。

所以也只能根據從生產商那里得到的數據對浪涌保護器進行預期性的評估。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。

當使用浪涌保護器時，要證實它和在它上方的被保護設備能互相配合。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備的浪涌保護器。

最后選擇浪涌保護器時，它的箝制電壓要和被保護設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，正確協調這些浪涌保護器間的關系就很重要了。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。再次重申，以目前浪涌保護器的發(fā)展情況來看，一步實現完全保護的可能性很大。