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风电场防雷解决方案

日期:2015-05-14  

国际风力发电网

2015
05/14
10:13
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关键词: 风电场 陶瓷GDT MOV

风电场防雷解决方案

雷一般可分为直击雷和感应雷,直击雷能量太大,一般只有大地才能够承接,因此一般只能用引雷针来保护暴露在野外的电子设备。对风电场来说,尽管风塔采用金属外壳,但为安全起见,最好还是要用引雷针或避雷针。

目前业内能提供引雷针的供应商主要有爱丽达、杜尔梅森和深圳雷晟,雷晟除了拥有自己品牌的引雷针以外,还代理前面两家的引雷针产品。

风电场的机房防雷方案与基站大致相同,主要防雷目标是可能会受到从电源线过来的感应雷影响的电子设备,如逆变器。这一般采用由MOV(压敏电阻)和GDT(气体放电管)构成的组合防雷方案。目前业内主要的MOV供应商有Littelfuse、TDK-EPC、泰科电子、合肥宇潜电气科技,GDT供应商主要有泰科电子、TDK-EPC、DEHN、OBO、深圳槟城电子,深圳天顺和雷晟都是DEHN防雷器的代理商。

不管是保护交流110V/220V开关电源还是48V直流开关电源,传统的防雷解决方法是:第一级防雷采用GDT,第二级防雷采用MOV。

MOV为业界广泛采用的主要原因是有耐冲击电流大、响应时间快和成本低的优点,但众所周知,MOV存在技术上至今无法突破的瓶颈,MOV在未受冲击前,具有较好的绝缘阻抗,即漏电流很低;但当遭受感应雷的冲击后,压敏电阻会劣化,导致绝缘阻抗下降,漏电流加大,随着外界的冲击加剧,这种漏电流会加大导致电路板烧坏甚至短路起火。

目前业界采用了二种方法来解决这一问题,一是将压敏电阻封壳,但这是一个治标不治本的方法,二是串入保险丝的方法,但这一种方法会出现一个矛盾:如果为防止较小的漏电流而使用较小电流的保险丝,这时通流量也会降低,否则较大的雷击电流会烧坏小电流保险丝;如果为提高通流量而采用较大电流的保险丝,这时稍小的漏电流仍然会烧坏电路板的其它元件,甚至还会出现压敏电阻烧坏了保险丝还没有动作的情况。

陶瓷GDT虽然反应速度较MOV慢,但它是一种开关器件,遭雷击时可快速泄放大电流,但它在遭雷击后的导通压降很低,一般只有10V左右,若直接与MOV并接在待保护电路的两端,陶瓷GDT会一直处于导通状态,也即存在业界所讲的续流问题。

为了解决GDT的续流和MOV的漏电流问题,目前业内在交流开关电源上采用的方法是:第一级GDT再串接一个MOV,第二级采用两个MOV串接,再在其中间接一个GDT到地,这样不仅解决了第二级MOV遭雷击时的电流泄放问题,而且有效解决了第一级的GDT续流和MOV漏流问题。

如果是48V直流开关电源,防雷解决方案还可以再简化,第一级仍旧可采用GDT串接MOV的方法,第二级可采用一个MOV进一步降低雷击尖峰电压,但也可采用一个TVS二极管来替代。

如果能有效提高GDT的导通电压,那么就不需再采用钳位型MOV,也就是说可以拿掉第一级体积很大的MOV。幸运的是,最近深圳槟城电子率先在业内做到了这一点。它们从技术上突破了这一问题的瓶颈,开发出了命名为BH601的无续流陶瓷气体放电管,它将导通电压值提高到60V以上,从而可以直接用在48V直流电源的防雷防护上。

与传统的压敏电阻方案相比,BH601不仅从根本上解决了漏流的问题,而且陶瓷GDT的结构特点也决定了其在通流等级上可以轻松实现。BH601最大耐冲击电流高达20KA,绝缘电阻超过1G欧姆,响应时间小于200ns,而且尺寸仅有8.3×24.8mm。

槟城电子FAE主管叶毓明说:“BH601是目前业内第一款真正的无续流GDT,而且现已通过了华为严格的实验室测试。”槟城电子是深圳一家专攻SMD陶瓷GDT的民营企业,目前主要有三个系列的产品。第一是BS系列小型化SMDGDT,最大耐冲击电流达到500A,最小尺寸已做到1206。叶毓明表示:“1206是目前业内做到的最小尺寸SMDGDT,该系列GDT的每月出货量目前已达到2-3KK。”

第二是BS系列半导体放电管TSS,今年7月底一条新的封装线进入量产,目前每月出货量在4KK以上。第三是BV系列瞬态抑制二极管TVS。

目前槟城电子的产品质量和性能已相当接近TDK-EPC。例如,TDK-EPC的GDT最高性能为:最大耐冲击电流100KA,冲击击穿电压为5.5KV,绝缘电阻为1G欧姆,寄生电容为0.5pF;槟城电子GDT的最高性能为:最大耐冲击电流20KA,冲击击穿电压7.5KV,绝缘电阻大于1G欧姆,寄生电容小于0.6pF。

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