浪涌保護(hù)器的應(yīng)用

浪涌保護(hù)器，顧名思義就是防浪涌的一種保護(hù)器件。浪涌，是指的雷擊浪涌電流，當(dāng)設(shè)備遭雷擊的時(shí)候會(huì)有巨大的感應(yīng)電流，浪涌保護(hù)器可以將雷擊浪涌電流快速泄入大地，從而保護(hù)用電設(shè)備不受雷擊。因此，我們需要正確選擇和使用浪涌保護(hù)器(SPD)是保護(hù)設(shè)備和人身安全的關(guān)鍵。浪涌保護(hù)器(SPD)的選擇及安裝是防雷工程最重要的環(huán)節(jié)，如不能正確地選擇和安裝浪涌保護(hù)器(防雷器)就不可能起到保護(hù)設(shè)備的功能，甚至還會(huì)出現(xiàn)損壞設(shè)備和造成人員傷害的事故。所以說(shuō)防雷與安全防護(hù)中的浪涌保護(hù)技術(shù)已成為當(dāng)前的一個(gè)熱點(diǎn)，并引起了大家的高度重視。那么在電氣設(shè)計(jì)中，浪涌保護(hù)器如何進(jìn)行選型及使用呢？

（1） 浪涌保護(hù)器的應(yīng)用：

由于電氣類和電子元件的高損耗，浪涌保護(hù)(浪涌保護(hù)器或SPD)在風(fēng)能行業(yè)中過(guò)電壓保護(hù)過(guò)程中越來(lái)越普遍。

風(fēng)機(jī)停機(jī)的代價(jià)是非常高的，只有在不得不停機(jī)的情況下，才能停機(jī)。隨著風(fēng)機(jī)型號(hào)的增大而當(dāng)其電力系統(tǒng)崩潰帶來(lái)的損失也不斷增大,因此為了免受過(guò)電壓造成損失而實(shí)施保護(hù)措施的需求也隨之增高。業(yè)主對(duì)浪涌保護(hù)器的需求越來(lái)越普遍。

這意味著開(kāi)發(fā)商和風(fēng)機(jī)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(jī)組可靠性的要求。為了推動(dòng)這項(xiàng)工作，國(guó)際電工委員會(huì)出版了低壓用電分配系統(tǒng)浪涌保護(hù)設(shè)備選擇和使用的標(biāo)準(zhǔn)。(IEC61643 低電壓保護(hù)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(hù)器的選擇和應(yīng)用原理)。

該標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)應(yīng)用及配置指南，對(duì)評(píng)估浪涌保護(hù)重要性非常有用，該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)也給風(fēng)機(jī)浪涌保護(hù)設(shè)備的安裝和尺寸測(cè)量提供指導(dǎo)規(guī)范。

該標(biāo)準(zhǔn)可作為設(shè)計(jì)手冊(cè)，并闡述了很多選型和設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的相關(guān)問(wèn)題。該標(biāo)準(zhǔn)也說(shuō)明了選擇過(guò)電壓保護(hù)設(shè)備的各種問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)的第一部分詳述了浪涌保護(hù)的基本原理和選擇浪涌保護(hù)器時(shí)的各種相關(guān)參數(shù)(第3、4和5節(jié))。

簡(jiǎn)述之后就是應(yīng)用指南，一步步介紹在選型前，怎樣評(píng)估應(yīng)用程序(第6.1節(jié)) 。下圖是評(píng)估中最重要問(wèn)題的概覽:

（2） 浪涌保護(hù)器保護(hù)器的安裝：

選擇安裝浪涌保護(hù)器時(shí)，首先要考慮電網(wǎng)的設(shè)計(jì)(例如: TN-S系統(tǒng)，TT系統(tǒng)，1T系統(tǒng)等)。浪涌保護(hù)器的安裝位置也要考慮，它的放置位置與被保護(hù)設(shè)備間的距離要合適。

如果浪涌保護(hù)器放置得離被保護(hù)設(shè)備太遠(yuǎn)了,那就不能確保被保護(hù)設(shè)備得到有效保護(hù);如果太近了，設(shè)備和浪涌保護(hù)器之間會(huì)產(chǎn)生振蕩波，而這樣，即使設(shè)備被認(rèn)為是被保護(hù)的，也會(huì)在被保護(hù)設(shè)備上產(chǎn)生巨大的過(guò)電壓。

僅因?yàn)檎_安裝浪涌保護(hù)器是個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題，導(dǎo)致許多浪涌保護(hù)器安裝位置設(shè)計(jì)不合理。安裝浪涌保護(hù)器時(shí)，首先確保它被放置在被保護(hù)設(shè)備的入口處;第二要正確安裝浪涌保護(hù)器的接地線;第三連接浪涌保護(hù)器的電纜要盡可能的短。

根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)(一般來(lái)說(shuō))，連接電纜的電感一般是1μH/m左右。所以設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，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(gè)問(wèn)題:如圖安裝會(huì)產(chǎn)生1kA/μs的故障電流，這會(huì)導(dǎo)致每米連接浪涌保護(hù)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(hù)設(shè)備將會(huì)承受浪涌保護(hù)器的箝制電壓再加上1500伏的電壓，而通過(guò)正確安裝浪涌保護(hù)器可以極大地減少這種電壓。理想的安裝方法如下：

按照以上安裝方法，被保護(hù)設(shè)備只會(huì)承受幾乎等于浪涌保護(hù)器箝制電壓的最低電壓。一些浪涌保護(hù)器需要額外的保護(hù)措施，如不會(huì)被熱損壞的保險(xiǎn)絲，用來(lái)保證浪涌保護(hù)器的處理能級(jí)。其他制造商造出的浪涌保護(hù)器可以在風(fēng)機(jī)主斷路器短路之前處理全部電流。選擇過(guò)電壓保護(hù)的組件時(shí)，需要考慮是否有必要使用更多的組件來(lái)保證浪涌保護(hù)器保護(hù)設(shè)備。通常粗略保護(hù)就是在設(shè)備入口處安裝一個(gè)浪涌保護(hù)器，而精細(xì)保護(hù)就是把浪涌保護(hù)器直接安裝在被保護(hù)設(shè)備上。

據(jù)浪涌保護(hù)器目前發(fā)展情況，只需安裝一個(gè)裝置,或是粗略保護(hù)和精細(xì)保護(hù)的組合，或是一個(gè)據(jù)精細(xì)保護(hù)原則制造的簡(jiǎn)單大型的浪涌保護(hù)器,就可在很大程度上起到全防護(hù)作用。浪涌保護(hù)器的安裝位置被選定后，就要選擇浪涌保護(hù)器的級(jí)別了。所有的浪涌保護(hù)器根據(jù)它們能導(dǎo)入地下的能量來(lái)劃分不同的級(jí)別。越低級(jí)別的浪涌保護(hù)器的導(dǎo)通需要越高的箝位電壓。這就導(dǎo)致了被保護(hù)設(shè)備上壓力的增加。

考慮在雷電防護(hù)總體設(shè)計(jì)中加入浪涌保護(hù)器設(shè)計(jì)，雷電防護(hù)區(qū)域可以和浪涌保護(hù)器各級(jí)過(guò)渡區(qū)域相整合，而通過(guò)各級(jí)過(guò)渡區(qū)域可以知道浪涌保護(hù)器的放置位置。(其 他標(biāo)準(zhǔn)也是這樣推薦的，例如，IEC62305系列或風(fēng)力發(fā)電機(jī)具體規(guī)定IEC61400-24)。

（3）浪涌保護(hù)器的選型：

做完評(píng)估后需要安裝浪涌保護(hù)器時(shí)，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(hù)器的方法。

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

IEC61643-12是一個(gè)很好的指導(dǎo)規(guī)范，它給設(shè)計(jì)師提供-一些在選擇和安裝設(shè)備來(lái)進(jìn)行過(guò)壓保護(hù)需要考慮的問(wèn)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?？梢韵蚴澜绺鞯氐膶＜医M求助、交流防雷方面的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)然也可以向在該領(lǐng)域很有經(jīng)驗(yàn)的工程咨詢公司尋求幫助。也要根據(jù)安裝處的電流量來(lái)選擇浪涌保護(hù)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(hù)器元器件，以便處理“最佳猜測(cè)"電流。判定和描述特殊具體位置的情況在保證浪涌保護(hù)器達(dá)到保護(hù)設(shè)備預(yù)期效果是很重要的。

還要考慮浪涌保護(hù)器的說(shuō)明書/壽命。因?yàn)樵诎惭b后的一秒鐘內(nèi)可能會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)高電勢(shì)，這可護(hù)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(duì)浪涌保護(hù)器進(jìn)行預(yù)期性的評(píng)估。假如浪涌保護(hù)器發(fā)生故障，要保證它不會(huì)造成致命的破壞當(dāng)使用浪涌保護(hù)器時(shí)，要證實(shí)它和在它上方的被保護(hù)設(shè)備能互相配合。如果用保險(xiǎn)絲減小浪涌保護(hù)器中電流是必要的，那么這些保險(xiǎn)絲要能在損壞浪涌保護(hù)器之前切斷短路電流。還要考慮漏電保護(hù)器跳閘的情況。選擇浪涌保護(hù)器時(shí)，要選不易老化的，在預(yù)期瞬時(shí)高壓下不易被損壞，及發(fā)生故障時(shí)不易損壞其它電氣設(shè)備的浪涌保護(hù)器。

最后選擇浪涌保護(hù)器時(shí)，它的箝制電壓要和被保護(hù)設(shè)備所能承受的電壓一致。如果浪涌保護(hù)器不能保持控制電壓，就要在被保護(hù)設(shè)備附近安裝另外的浪涌保護(hù)器。

如果多個(gè)浪涌保護(hù)器同時(shí)使用時(shí)，正確協(xié)調(diào)這些浪涌保護(hù)器之間的關(guān)系就很重要了。在兩個(gè)浪涌保護(hù)器之間要選擇一個(gè)規(guī)定的電感，而這個(gè)電感可以通過(guò)兩個(gè)浪涌保護(hù)器之間固定長(zhǎng)度的電纜，或是用規(guī)定的電感元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。再次重申，以目前浪涌保護(hù)器的發(fā)展情況來(lái)看，一步實(shí)現(xiàn)完全保護(hù)的可能性很大。