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[導(dǎo)讀]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)計安裝避雷器,沒運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,該工廠立即補做防雷保護,其中有一項是對變頻器的

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)計安裝避雷器,沒運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線處和信號線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,原來采用的是普通電纜,若周圍發(fā)生雷擊,電纜上就會產(chǎn)生感應(yīng)過電壓,對變頻器造成威脅;因此,在變頻器出口也必須進行防雷保護。負責(zé)防雷設(shè)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(shè)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(xiàn)都已動作;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(zé)防雷設(shè)計施工的技術(shù)人員到現(xiàn)場仍認為避雷器已經(jīng)動作,應(yīng)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)過綜合研究分析,確定損壞機理是:周圍雷擊時,在電纜上產(chǎn)生感應(yīng)過電壓,避雷器動作導(dǎo)通,確實發(fā)揮了吸收浪涌過電壓的作用。但是,由于避雷器動作導(dǎo)通,瞬時使變頻器輸出端遭受嚴重的短路,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,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,壓敏電阻就會擊穿,呈現(xiàn)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,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TVS二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時,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(shù)千瓦的浪涌功率,使兩極間的電壓箝位于一個預(yù)定值。

  無論是壓敏電阻、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,不僅是過電壓,還有過電流!當這些壓敏電阻、氣體放電管、抑制式二極管動作時,雖然限制了過電壓,避免了被保護電路元件過壓擊穿損壞。但是當這些壓敏電阻、氣體放電管、抑制式二極管動作時,會變成低阻值,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,因此會使變頻器輸出部份的功率模塊全部過流燒壞。

  負責(zé)防雷設(shè)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(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,真正達到保護目的。

  2 經(jīng)驗教訓(xùn)和建議

  2.1 各類電子信息系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、智能系統(tǒng)以及各種先進的電子設(shè)備在生產(chǎn)和生活中得到了廣泛的運用。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,供電系統(tǒng)也做了防雷保護,但是由于強大的雷電流及其電磁場效應(yīng),以雷擊為中心約在 1.5 — 3km范圍內(nèi)都可能產(chǎn)生有很強的對電子信息系統(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)備正常運行,防止遭受雷電危害,減少雷電危害時造成的損失,在設(shè)計一個電子信息系統(tǒng)時,最好同時進行防雷設(shè)計。一起設(shè)計,一起施工,建造一個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(shù)正確了解和正確使用外,還必須具備一定的電氣、電子、計算機等專業(yè)知識,對保護對象要有充分的了解和分析。只有進行綜合分析、設(shè)計,才能做好一個防雷工程。

  

 

  圖1 錯誤地在功率型電子設(shè)備的輸出端安裝避雷器

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