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浪涌保护器的选型及使用

由于电气类和电子元件的高损耗，浪涌保护（浪涌保护器或SPD）在风能行业中过电压保护过程中越来越普遍。

风机停机的代价是非常高的，只有在不得不停机的情况下，才能停机。随着风机型号的增大而当其电力系统崩溃带来的损失也不断增大，因此为了免受过电压造成损失而实施保护措施的需求也随之增高。业主对浪涌保护器的需求越来越普遍。这意味着开发商和风机制造商必须确保系统符合现行法律规定及现代风力发电机组可靠性的要求。为了推动这项工作，国际电工委员会出版了低压用电分配系统浪涌保护设备选择和使用的标准。（IEC61643 低电压保护设备：第十二章是关于低压用电分配系统的浪涌保护器的选择和应用原理）

该标准是一个应用及配置指南，对评估浪涌保护重要性非常有用，该标准同时也给风机浪涌保护设备的安装和尺寸测量提供指导规范。

应用指南

该标准可作为设计手册，并阐述了很多选型和设计时要考虑的相关问题。该标准也说明了选择过电压保护设备的各种问题。标准的部分详述了浪涌保护的基本原理和选择浪涌保护器时的各种相关参数（第3、4和5节）。简述之后就是应用指南，一步步介绍在选型前怎样评估应用程序（第6.1节）。下图是评估中重要问题的概览：

选择安装浪涌保护器时，首先要考虑电网的设计（例如：TN-S系统，TT系统，IT系统等）。浪涌保护器的安装位置也要考虑，它的放置位置与被保护设备间的距离要合适。如果浪涌保护器放置得离被保护设备太远了，那就不能确保被保护设备得到有效保护；如果太近了，设备和浪涌保护器之间会产生振荡波，而这样，即使设备被认为是被保护的，会在被保护设备上产生巨大的过电压。

仅因为正确安装浪涌保护器是个简单问题，导致许多浪涌保护器安装位置设计不合理。安装浪涌保护器时，首先确保它被放置在被保护设备的入口处；第二要正确安装浪涌保护器的接地线；第三连接浪涌保护器的电缆要尽可能的短。根据此标准（一般来说），连接电缆的电感一般是1μH/m左右。所以设计该系统时，记得连接电缆要包含火线和接地线。

上图中的安装暴露出一个问题：如图安装会产生1kA/μs的故障电流，这会导致每米连接浪涌保护器的接线上的压降为1000伏。如果接线是1米接地线是0.5米，被保护设备将会承受浪涌保护器的箝制电压再加上1500伏的电压，而通过正确安装浪涌保护器可以极大的减少这种电压。理想的安装方法如下：

按照以上安装方法，被保护设备只会承受几乎等于浪涌保护器箝制电压的电压。

一些浪涌保护器需要额外的保护措施，如，不会被热损坏的保险丝，用来保证浪涌保护器处理能级。其他制造商造出的浪涌保护器可以在风机主断路器短路之前处理全部电流。选择过电压保护的组件时，需要考虑是否有必要使用更多的组件来保证浪涌保护器保护设备。通常粗略保护就是在设备入口处安装一个浪涌保护器，而精细保护就是把浪涌保护器直接安装在被保护设备上。据浪涌保护器目前发展情况，只需安装一个装置，或是粗略保护和精细保护的组合，或是一个据精细保护原则制造的简单大型的浪涌保护器，就可在很大程度上起到全防护作用。

浪涌保护器的安装位置被选定后，就要选择浪涌保护器的级别了。所有的浪涌保护器根据它们能导入地下的能量来划分不同的级别。越低级别的浪涌保护器的导通需要越高的箝位电压。这就导致了被保护设备上压力的增加。被保护设备越容易受到破坏，越需要选择高级别的浪涌保护器。一般来说，根据特定区域需要的保护级别来划分出不同的安装区域，这样对浪涌保护器的选型就会容易多了，同时对具体的区域需要什么级别的浪涌保护器提供了概况。考虑在雷电防护体设计中加入浪涌保护器设计，雷电防护区域可以和浪涌保护器各级过渡区域相整合，而通过各级过渡区域可以知道浪涌保护器的放置位置。（其他标准也是这样的，例如，IEC62305系列或风力发电机具体规定IEC61400-24）

浪涌保护器的选型

做完评估后需要安装浪涌保护器时，需要给系统找到合适的产品。在IEC61643-12的第6.2段落中，描述了正确选择浪涌保护器的方法。

首先所有被选浪涌保护器的持续工作电压要高于标称工作电压。其次要考虑暂态过电压的产生；如果有产生暂态过电压的危险，那么被选的浪涌保护器电压要低于标称工作电压。

      IEC61643-12是一个很好的指导规范，它给设计师提供一些在选择和安装设备来进行过压保护需要考虑的问题的信息。虽然它是一种普遍的标准，但是完全遵循风能行业的需求规范。

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也要根据安装处的电流量来选择浪涌保护器。如果特殊位置的短路电流量是未知的，那么要保证选择足够大的浪涌保护器元器件，以便处理“猜测”电流。

判定和描述特殊具体位置的情况在保证浪涌保护器达到保护设备预期效果是很重要的。

还要考虑浪涌保护器的说明书/寿命。因为在安装后的一秒钟内可能会产生瞬态高电势，这可能会毁坏浪涌保护器，在这种情况下，浪涌保护器的寿命就只有一秒钟。

所以也只能根据从生产商那里得到的数据对浪涌保护器进行预期性的评估。假如浪涌保护器发生故障，要保证它不会造成致命的破坏。

当使用浪涌保护器时，要证实它和在它上方的被保护设备能互相配合。如果用保险丝减小浪涌保护器中电流是必要的，那么这些保险丝要能在损坏浪涌保护器之前切断短路电流。还要考虑漏电保护器跳闸的情况。

选择浪涌保护器时，要选不易老化的，在预期瞬时高压下不易被损坏，及发生故障时不易损坏其它电气设备的浪涌保护器。

后选择浪涌保护器时，它的箝制电压要和被保护设备所能承受的电压一致。如果浪涌保护器不能保持箝制电压，就要在被保护设备附近安装另外的浪涌保护器。如果多个浪涌保护器同时使用时，正确协调这些浪涌保护器间的关系就很重要了。在两个浪涌保护器之间要选择一个规定的电感，而这个电感可以通过两个浪涌保护器之间固定长度的电缆，或是用规定的电感元件来实现。再次重申，以目前浪涌保护器的发展情况来看，一步实现完全保护的可能性很大。