变频器出口防雷保护中的错误

变频器两次遭受雷电危害的经过

　　某水厂采用变频恒压系统供水，由于开始没有设计安装避雷器，没运行几年就遭受了雷击，可编程控制器、变频器等设备皆损坏。事故后，该工厂立即补做防雷保护，其中有一项是对变频器的防雷保护。除了在变频器电源进线处和信号线处做必要的防雷保护外，由于变频器至取水井井下水泵电机距离有20m左右，原来采用的是普通电缆，若周围发生雷击，电缆上就会产生感应过电压，对变频器造成威胁;因此，在变频器出口也必须进行防雷保护。负责防雷设计施工的技术人员认为，对电缆采用屏蔽保护措施或者更换成屏蔽电缆比较麻烦，只要在变频器输出端加装避雷器，同样可以吸收浪涌过电压，起到保护作用，如图1所示。在防雷工程完工的次年，某次雷雨中，其它电子设备都未遭到雷电损坏，惟独变频器被打坏了，这是为什么?难道是变频器输出端加装的避雷器没有起到保护作用?

　　1 事故分析及处理

　　事故发生之后，工作人员检查变频器输出端加装的避雷器，发现都已动作;遂将变频器拆开，分析事故原因。检查发现，这次变频器损坏与上次未装避雷器时的损坏不一样。上次是整流部份被打坏，而这次是输出部份的功率模块全部烧坏开裂。为什么在变频器输出端加装避雷器不但起不到防雷保护作用，反而还造成变频器输出部份功率模块全部损坏呢?负责防雷设计施工的技术人员到现场仍认为避雷器已经动作，应该能起到保护作用。而对于为什么变频器输出部份功率模块全部损坏不得其解。

　　运行使用单位经过综合研究分析，确定损坏机理是：周围雷击时，在电缆上产生感应过电压，避雷器动作导通，确实发挥了吸收浪涌过电压的作用。但是，由于避雷器动作导通，瞬时使变频器输出端遭受严重的短路，因此使变频器输出部份的功率模块全部过流烧坏开裂。避雷器内部一般由压敏电阻、气体放电管和抑制式二极管(TVS)等元件组成。根据有关资料，这里分别将这三种电子元件的伏安特性简略描述一下。

　　(1)压敏电阻。当加在压敏电阻两端的电压小于压敏电压时，压敏电阻呈高阻状态。当加在压敏电阻两端的电压大于压敏电压时，压敏电阻就会击穿，呈现低阻值，甚至接近短路状态。

　　(2)气体放电管。当加到两电极端的电压达到气体放电管的气体击穿电压时，气体放电管便开始放电，并由高阻抗变成低阻抗，使电极两端的电压不超过击穿电压。

　　(3)抑制式二极管(TVS)。当TVS二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值。

　　无论是压敏电阻、气体放电管还是抑制式二极管都是泄放涌流，限制电压。而被保护电路的损坏，不仅是过电压，还有过电流!当这些压敏电阻、气体放电管、抑制式二极管动作时，虽然限制了过电压，避免了被保护电路元件过压击穿损坏。但是当这些压敏电阻、气体放电管、抑制式二极管动作时，会变成低阻值，也就是使变频器输出端负载电阻阻值变小，甚至于接近短路，因此会使变频器输出部份的功率模块全部过流烧坏。

　　负责防雷设计施工的技术人员也同意这种损坏机理分析。将变频器输出端加装的避雷器拆除，更换成屏蔽电缆，并做好屏蔽层的接地。这种屏蔽层对雷电感应起到了有效地屏蔽作用，使屏蔽层内部三相导线上所感应的雷电电磁脉冲过电压大幅度降低，真正达到保护目的。

　　2 经验教训和建议

　　2.1 各类电子信息系统、自动控制系统、智能系统以及各种先进的电子设备在生产和生活中得到了广泛的运用。这些系统和设备都是以电子器件为核心组成的，其过电压、过电流能力脆弱。在雷雨季节，即使建筑物已做了防雷保护，供电系统也做了防雷保护，但是由于强大的雷电流及其电磁场效应，以雷击为中心约在 1.5 — 3km范围内都可能产生有很强的对电子信息系统有破坏影响的雷电浪涌入侵及雷电波感应过电压，使这些系统和设备遭受雷电危害。为了保障这些系统和设备正常运行，防止遭受雷电危害，减少雷电危害时造成的损失，在设计一个电子信息系统时，最好同时进行防雷设计。一起设计，一起施工，建造一个良好的能防雷的电子信息系统，避免造成雷电损失。

　　2.2 做好一个防雷工程，除了必须掌握基本的雷电理论、对防雷器件性能参数正确了解和正确使用外，还必须具备一定的电气、电子、计算机等专业知识，对保护对象要有充分的了解和分析。只有进行综合分析、设计，才能做好一个防雷工程。

　　图1 错误地在功率型电子设备的输出端安装避雷器