变频器出口防雷保护中的失误

　　0 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。