變頻器出口防雷保護中的錯誤

變頻器兩次遭受雷電危害的經(jīng)過(guò)

　　某水廠(chǎng)采用變頻恒壓系統供水，由于開(kāi)始沒(méi)有設計安裝避雷器，沒(méi)運行幾年就遭受了雷擊，可編程控制器、變頻器等設備皆損壞。事故后，該工廠(chǎng)立即補做防雷保護，其中有一項是對變頻器的防雷保護。除了在變頻器電源進(jìn)線(xiàn)處和信號線(xiàn)處做必要的防雷保護外，由于變頻器至取水井井下水泵電機距離有20m左右，原來(lái)采用的是普通電纜，若周?chē)l(fā)生雷擊，電纜上就會(huì )產(chǎn)生感應過(guò)電壓，對變頻器造成威脅;因此，在變頻器出口也必須進(jìn)行防雷保護。負責防雷設計施工的技術(shù)人員認為，對電纜采用屏蔽保護措施或者更換成屏蔽電纜比較麻煩，只要在變頻器輸出端加裝避雷器，同樣可以吸收浪涌過(guò)電壓，起到保護作用，如圖1所示。在防雷工程完工的次年，某次雷雨中，其它電子設備都未遭到雷電損壞，惟獨變頻器被打壞了，這是為什么?難道是變頻器輸出端加裝的避雷器沒(méi)有起到保護作用?

　　1 事故分析及處理

　　事故發(fā)生之后，工作人員檢查變頻器輸出端加裝的避雷器，發(fā)現都已動(dòng)作;遂將變頻器拆開(kāi)，分析事故原因。檢查發(fā)現，這次變頻器損壞與上次未裝避雷器時(shí)的損壞不一樣。上次是整流部份被打壞，而這次是輸出部份的功率模塊全部燒壞開(kāi)裂。為什么在變頻器輸出端加裝避雷器不但起不到防雷保護作用，反而還造成變頻器輸出部份功率模塊全部損壞呢?負責防雷設計施工的技術(shù)人員到現場(chǎng)仍認為避雷器已經(jīng)動(dòng)作，應該能起到保護作用。而對于為什么變頻器輸出部份功率模塊全部損壞不得其解。

　　運行使用單位經(jīng)過(guò)綜合研究分析，確定損壞機理是：周?chē)讚魰r(shí)，在電纜上產(chǎn)生感應過(guò)電壓，避雷器動(dòng)作導通，確實(shí)發(fā)揮了吸收浪涌過(guò)電壓的作用。但是，由于避雷器動(dòng)作導通，瞬時(shí)使變頻器輸出端遭受?chē)乐氐亩搪?，因此?span style="color: #000000">變頻器輸出部份的功率模塊全部過(guò)流燒壞開(kāi)裂。避雷器內部一般由壓敏電阻、氣體放電管和抑制式二極管(TVS)等元件組成。根據有關(guān)資料，這里分別將這三種電子元件的伏安特性簡(jiǎn)略描述一下。

　　(1)壓敏電阻。當加在壓敏電阻兩端的電壓小于壓敏電壓時(shí)，壓敏電阻呈高阻狀態(tài)。當加在壓敏電阻兩端的電壓大于壓敏電壓時(shí)，壓敏電阻就會(huì )擊穿，呈現低阻值，甚至接近短路狀態(tài)。

　　(2)氣體放電管。當加到兩電極端的電壓達到氣體放電管的氣體擊穿電壓時(shí)，氣體放電管便開(kāi)始放電，并由高阻抗變成低阻抗，使電極兩端的電壓不超過(guò)擊穿電壓。

　　(3)抑制式二極管(TVS)。當TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，它能以10-12秒量級的速度將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達數千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預定值。

　　無(wú)論是壓敏電阻、氣體放電管還是抑制式二極管都是泄放涌流，限制電壓。而被保護電路的損壞，不僅是過(guò)電壓，還有過(guò)電流!當這些壓敏電阻、氣體放電管、抑制式二極管動(dòng)作時(shí)，雖然限制了過(guò)電壓，避免了被保護電路元件過(guò)壓擊穿損壞。但是當這些壓敏電阻、氣體放電管、抑制式二極管動(dòng)作時(shí)，會(huì )變成低阻值，也就是使變頻器輸出端負載電阻阻值變小，甚至于接近短路，因此會(huì )使變頻器輸出部份的功率模塊全部過(guò)流燒壞。

　　負責防雷設計施工的技術(shù)人員也同意這種損壞機理分析。將變頻器輸出端加裝的避雷器拆除，更換成屏蔽電纜，并做好屏蔽層的接地。這種屏蔽層對雷電感應起到了有效地屏蔽作用，使屏蔽層內部三相導線(xiàn)上所感應的雷電電磁脈沖過(guò)電壓大幅度降低，真正達到保護目的。

　　2 經(jīng)驗教訓和建議

　　2.1 各類(lèi)電子信息系統、自動(dòng)控制系統、智能系統以及各種先進(jìn)的電子設備在生產(chǎn)和生活中得到了廣泛的運用。這些系統和設備都是以電子器件為核心組成的，其過(guò)電壓、過(guò)電流能力脆弱。在雷雨季節，即使建筑物已做了防雷保護，供電系統也做了防雷保護，但是由于強大的雷電流及其電磁場(chǎng)效應，以雷擊為中心約在 1.5 — 3km范圍內都可能產(chǎn)生有很強的對電子信息系統有破壞影響的雷電浪涌入侵及雷電波感應過(guò)電壓，使這些系統和設備遭受雷電危害。為了保障這些系統和設備正常運行，防止遭受雷電危害，減少雷電危害時(shí)造成的損失，在設計一個(gè)電子信息系統時(shí)，最好同時(shí)進(jìn)行防雷設計。一起設計，一起施工，建造一個(gè)良好的能防雷的電子信息系統，避免造成雷電損失。

　　2.2 做好一個(gè)防雷工程，除了必須掌握基本的雷電理論、對防雷器件性能參數正確了解和正確使用外，還必須具備一定的電氣、電子、計算機等專(zhuān)業(yè)知識，對保護對象要有充分的了解和分析。只有進(jìn)行綜合分析、設計，才能做好一個(gè)防雷工程。

　　圖1 錯誤地在功率型電子設備的輸出端安裝避雷器