风力发电浪涌保护器选型综合方案
风力发电浪涌保护器选型综合方案
发布日期：2024-03-04 09:48
风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源，具有清洁、环保、低碳的特点。然而，风力发电机组由于其高度、位置和结构等因素，也面临着雷电和浪涌的威胁，可能导致设备损坏、故障甚至火灾等严重后果。因此，合理选用和安装
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浪涌保护器（SPD）
是保障风力发电机组安全稳定运行的重要措施。
风力发电
浪涌保护器
SPD
是一种能够在电气系统中检测和释放过电压或过电流的装置，从而保护电气设备免受浪涌电压或浪涌电流的影响。浪涌保护器的选型需要综合考虑被保护设备的特性、工作环境以及浪涌保护器本身的性能参数，选择适合的浪涌保护器才能更好地保护电气设备。
本文将介绍风力发电浪涌保护器的行业应用方案和相关国标，以供参考。
一、
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风力发电浪涌保护器的原理和分类
浪涌保护器（SPD）
是一种能够在电气系统中检测和释放过电压或过电流的装置，从而保护电气设备免受浪涌电压或浪涌电流的影响。浪涌电压或浪涌电流是指在电气系统中出现的短时间内（一般小于1ms）电压或电流的突变，其幅值远高于正常工作电压或电流，可能由雷电、开关操作、短路、负载变化等因素引起。浪涌电压或浪涌电流会对电气设备造成热效应、电击效应、介质击穿效应等损坏，甚至引发火灾和爆炸。
浪涌保护器的工作原理是利用其内部的非线性元件，在正常工作状态下呈现高阻抗，对电气系统的工作电压或电流几乎没有影响，而在浪涌状态下呈现低阻抗，对浪涌电压或浪涌电流产生限制或分流的作用，从而将浪涌电压或浪涌电流降低到电气设备的耐受水平以下，或将浪涌电压或浪涌电流导入地面，保护电气设备免受浪涌的损坏。
浪涌保护器的分类方法有多种，根据不同的标准，可以将浪涌保护器分为以下几种类型：
（1）根据保护对象的不同，可以将浪涌保护器分为电源系统浪涌保护器、信号系统浪涌保护器和混合系统浪涌保护器。电源系统浪涌保护器是指用于保护交流或直流电源系统的浪涌保护器，如交流浪涌保护器、直流浪涌保护器等。信号系统浪涌保护器是指用于保护通信、数据、控制等信号系统的浪涌保护器，如电话浪涌保护器、网络浪涌保护器、视频浪涌保护器等。混合系统浪涌保护器是指同时具有电源系统浪涌保护器和信号系统浪涌保护器的功能的浪涌保护器，如光伏浪涌保护器、风电浪涌保护器等。
（2）根据保护模式的不同，可以将浪涌保护器分为串联式浪涌保护器、并联式浪涌保护器和混联式浪涌保护器。串联式浪涌保护器是指将浪涌保护器串联在被保护设备的输入端或输出端，当发生浪涌时，浪涌保护器会切断电路，从而隔离浪涌，如熔断器、开关等。并联式浪涌保护器是指将浪涌保护器并联在被保护设备的输入端或输出端，当发生浪涌时，浪涌保护器会分流浪涌，从而限制浪涌，如金属氧化物压敏电阻、气体放电管等。混联式浪涌保护器是指将浪涌保护器既串联又并联在被保护设备的输入端或输出端，当发生浪涌时，浪涌保护器会同时切断和分流浪涌，从而综合保护，如晶闸管、晶体管等。
（3）根据保护等级的不同，可以将浪涌保护器分为一级浪涌保护器、二级浪涌保护器、三级浪涌保护器和四级浪涌保护器。一级浪涌保护器是指用于保护电气系统的入口处，主要承受雷电流的影响，其放电能力最高，保护水平最低，如避雷针、避雷带等。二级浪涌保护器是指用于保护电气系统的分支处，主要承受雷电流的感应或传导的影响，其放电能力较高，保护水平较低，如金属氧化物避雷器、气体放电管避雷器等。三级浪涌保护器是指用于保护电气系统的末端处，主要承受雷电流的感应或传导的较弱影响，其放电能力较低，保护水平较高，如压敏电阻、二极管等。四级浪涌保护器是指用于保护电气系统的最末端处，主要承受雷电流的感应或传导的最弱影响，其放电能力最低，保护水平最高，如晶闸管、晶体管等。
二、
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风力发电浪涌保护器的行业应用方案
风力发电机组的雷电和浪涌保护需要遵循分级保护的原则，即在不同的防雷区（LPZ）边界处安装不同等级和类型的浪涌保护器，以形成一个协调的保护系统。根据国际标准 IEC 61400-241 和国家标准 GB/T 19963-20112，风力发电机组的防雷区划分和浪涌保护器的选型如下：
LPZ 0A：叶片区域，直接承受雷电流的影响，需要安装一级浪涌保护器，即 T1 试验的浪涌保护器，其冲击电流 Iimp 应不小于 12.5 kA，保护水平 Up 应不大于 2.5 kV。
LPZ 0B：机舱、轮毂、塔筒等区域，受到雷电流的感应或传导的影响，需要安装二级浪涌保护器，即 T2 试验的浪涌保护器，其最大放电电流 Imax 应不小于 40 kA，保护水平 Up 应不大于 1.8 kV。
LPZ 1：配电室、变压器等区域，受到雷电流的感应或传导的较弱影响，需要安装三级浪涌保护器，即 T2 试验的浪涌保护器，其最大放电电流 Imax 应不小于 20 kA，保护水平 Up 应不大于 1.2 kV。
LPZ 2/3：控制柜、仪表等区域，受到雷电流的感应或传导的最弱影响，需要安装四级浪涌保护器，即 T3 试验的浪涌保护器，其最大放电电流 Imax 应不小于 10 kA，保护水平 Up 应不大于 0.8 kV。
除了电源系统的浪涌保护器外，风力发电机组的信号、数据、通讯等系统也需要安装相应的浪涌保护器，以防止雷电电磁脉冲（LEMP）对敏感设备造成损坏。这些浪涌保护器的选型应根据被保护系统的电压、电流、频率、接口等参数进行选择，保证浪涌保护器的匹配性和协调性。
三、风力发电浪涌保护器的相关国标
风力发电浪涌保护器的相关国标主要有以下几个：
GB/T 19963-2011《风力发电机组 雷电保护》2：本标准规定了风力发电机组的雷电保护的一般原则、风险评估、防雷区划分、防雷系统设计、浪涌保护器选型、安装、检测和维护等内容，是风力发电机组雷电保护的基本标准。
GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》：本标准规定了建筑物的防雷等级划分、防雷系统的构成、防雷系统的设计、浪涌保护器的选型、安装、检测和维护等内容，是建筑物防雷设计的基本标准。
GB 50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》：本标准规定了建筑物电子信息系统的防雷等级划分、防雷系统的构成、防雷系统的设计、浪涌保护器的选型、安装、检测和维护等内容，是建筑物电子信息系统防雷技术的基本标准。
GB/T 21431-2008《电涌保护器（SPD）》：本标准规定了电涌保护器的定义、分类、性能参数、试验方法、标志、安装、使用和维护等内容，是电涌保护器的产品标准。
GB/T 18802.1-2011《低压电涌保护器 第1部分：性能要求和试验方法》：本标准规定了低压电涌保护器的性能要求和试验方法，是低压电涌保护器的技术标准。
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