變頻器出口防雷保護(hù)中的錯(cuò)誤

變頻器兩次遭受雷電危害的經(jīng)過

　　某水廠采用變頻恒壓系統(tǒng)供水，由于開始沒有設(shè)計(jì)安裝避雷器，沒運(yùn)行幾年就遭受了雷擊，可編程控制器、變頻器等設(shè)備皆損壞。事故后，該工廠立即補(bǔ)做防雷保護(hù)，其中有一項(xiàng)是對(duì)變頻器的防雷保護(hù)。除了在變頻器電源進(jìn)線處和信號(hào)線處做必要的防雷保護(hù)外，由于變頻器至取水井井下水泵電機(jī)距離有20m左右，原來(lái)采用的是普通電纜，若周圍發(fā)生雷擊，電纜上就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，對(duì)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(hù)。負(fù)責(zé)防雷設(shè)計(jì)施工的技術(shù)人員認(rèn)為，對(duì)電纜采用屏蔽保護(hù)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電壓，起到保護(hù)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(shè)備都未遭到雷電損壞，惟獨(dú)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有起到保護(hù)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(xiàn)都已動(dòng)作;遂將變頻器拆開，分析事故原因。檢查發(fā)現(xiàn)，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(hù)作用，反而還造成變頻器輸出部份功率模塊全部損壞呢?負(fù)責(zé)防雷設(shè)計(jì)施工的技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)仍認(rèn)為避雷器已經(jīng)動(dòng)作，應(yīng)該能起到保護(hù)作用。而對(duì)于為什么變頻器輸出部份功率模塊全部損壞不得其解。

　　運(yùn)行使用單位經(jīng)過綜合研究分析，確定損壞機(jī)理是：周圍雷擊時(shí)，在電纜上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，避雷器動(dòng)作導(dǎo)通，確實(shí)發(fā)揮了吸收浪涌過電壓的作用。但是，由于避雷器動(dòng)作導(dǎo)通，瞬時(shí)使變頻器輸出端遭受嚴(yán)重的短路，因此使變頻器輸出部份的功率模塊全部過流燒壞開裂。避雷器內(nèi)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(jù)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(dāng)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(dāng)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(xiàn)低阻值，甚至接近短路狀態(tài)。

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

　　(3)抑制式二極管(TVS)。當(dāng)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(jí)的速度將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)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(hù)電路的損壞，不僅是過電壓，還有過電流!當(dāng)這些壓敏電阻、氣體放電管、抑制式二極管動(dòng)作時(shí)，雖然限制了過電壓，避免了被保護(hù)電路元件過壓擊穿損壞。但是當(dāng)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(fù)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流燒壞。

　　負(fù)責(zé)防雷設(shè)計(jì)施工的技術(shù)人員也同意這種損壞機(jī)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(duì)雷電感應(yīng)起到了有效地屏蔽作用，使屏蔽層內(nèi)部三相導(dǎo)線上所感應(yīng)的雷電電磁脈沖過電壓大幅度降低，真正達(dá)到保護(hù)目的。

　　2 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)和建議

　　2.1 各類電子信息系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、智能系統(tǒng)以及各種先進(jìn)的電子設(shè)備在生產(chǎn)和生活中得到了廣泛的運(yùn)用。這些系統(tǒng)和設(shè)備都是以電子器件為核心組成的，其過電壓、過電流能力脆弱。在雷雨季節(jié)，即使建筑物已做了防雷保護(hù)，供電系統(tǒng)也做了防雷保護(hù)，但是由于強(qiáng)大的雷電流及其電磁場(chǎng)效應(yīng)，以雷擊為中心約在 1.5 — 3km范圍內(nèi)都可能產(chǎn)生有很強(qiáng)的對(duì)電子信息系統(tǒng)有破壞影響的雷電浪涌入侵及雷電波感應(yīng)過電壓，使這些系統(tǒng)和設(shè)備遭受雷電危害。為了保障這些系統(tǒng)和設(shè)備正常運(yùn)行，防止遭受雷電危害，減少雷電危害時(shí)造成的損失，在設(shè)計(jì)一個(gè)電子信息系統(tǒng)時(shí)，最好同時(shí)進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)。一起設(shè)計(jì)，一起施工，建造一個(gè)良好的能防雷的電子信息系統(tǒng)，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(duì)防雷器件性能參數(shù)正確了解和正確使用外，還必須具備一定的電氣、電子、計(jì)算機(jī)等專業(yè)知識(shí)，對(duì)保護(hù)對(duì)象要有充分的了解和分析。只有進(jìn)行綜合分析、設(shè)計(jì)，才能做好一個(gè)防雷工程。

　　圖1 錯(cuò)誤地在功率型電子設(shè)備的輸出端安裝避雷器