ZGSD80(TY)三相電源浪涌保護(hù)器工作原理及維修

羅 武

(羅城仫佬族自治縣氣象局,廣西羅城 546400)

ZGSD80(TY)三相電源浪涌保護(hù)器工作原理及維修

羅 武

(羅城仫佬族自治縣氣象局,廣西羅城 546400)

為了較快掌握電涌保護(hù)器故障維修方法,提高故障排除效率,以ZGSD80(TY)三相電源浪涌保護(hù)器為例,通過檢查分析浪涌保護(hù)器電路板,繪制出其詳細(xì)的電路圖,簡要分析其工作原理,并結(jié)合實(shí)例介紹指示電路部分元件損壞造成失效指示故障的維修方法,供防雷技術(shù)人員參考。

電源;浪涌保護(hù)器;工作原理;故障;維修

浪涌保護(hù)器是電子設(shè)備雷電防護(hù)中不可缺少的一種裝置。在雷暴天氣過程中,浪涌保護(hù)器有時(shí)會(huì)遭受雷擊而損壞,需要維修或更換。目前,廠家通常不提供電涌保護(hù)器的電路圖,并且關(guān)于電涌保護(hù)器維修方面的資料也比較少,因此,電涌保護(hù)器一旦發(fā)生故障,維修比較困難。為了能較快掌握浪涌保護(hù)器故障維修方法,提高故障排除效率,以ZGSD80(TY)三相電源浪涌保護(hù)器為例,通過檢查分析浪電涌保護(hù)器電路板,繪制出其詳細(xì)的電路圖,簡要介紹其工作原理,結(jié)合實(shí)例說明指示電路部分元件損壞后造成的失效指示故障的維修方法,供防雷技術(shù)人員參考。

1 工作原理

當(dāng)雷擊供電線路或供電線路附近發(fā)生雷擊產(chǎn)生瞬變電磁場時(shí),在供電線路上形成的過電壓以及雷電的下行先導(dǎo)在供電線路上產(chǎn)生的靜電感應(yīng),均有可能通過供電線路進(jìn)入設(shè)備而使設(shè)備損壞[1]。電涌保護(hù)器(Surge protection Device, SPD),又稱浪涌保護(hù)器,其作用是把竄入電力線、信號傳輸線的瞬時(shí)過電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi),或?qū)?qiáng)大的雷電流泄入大地,保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞。按工作原理分類,SPD可以分為電壓開關(guān)型、限壓型和組合型;按用途分類,SPD可以分為電源線路和信號線路SPD兩種。

ZGSD80(TY)三相電源浪涌保護(hù)器屬于限壓型SPD,其內(nèi)部核心元件是由4個(gè)壓敏電阻組成的防雷模塊。壓敏電阻是一種以氧化鋅為主要成份的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻,當(dāng)作用在其兩端的電壓達(dá)到一定值后,電阻對電壓變化十分敏感。壓敏電阻具有非線性特性好、通流容量大、常態(tài)泄漏電流小、殘壓低、對瞬時(shí)過電壓響應(yīng)時(shí)間快、無續(xù)流等特點(diǎn),在SPD中應(yīng)用十分廣泛。ZGSD80(TY)的額定工作電壓Un為220/380 V,啟動(dòng)電壓Uc為385/660 V;額定放電電流In(8/20μS)為40 k A;最大放電電流Imax(8/20μS)為80 k A。其電路圖詳見圖1。

當(dāng)雷擊過電壓加在火線 (零線)與地線(PE)兩端時(shí),防雷模塊的電阻隨著電壓的增大而急劇減小,呈現(xiàn)非線性變化,從而泄放雷電流入大地,兩端的電壓因此基本保持在相對輸入雷擊過電壓較低的水平,達(dá)到限壓的目的[2-3]。為了監(jiān)測浪涌保護(hù)器的運(yùn)行狀態(tài)和老化情況, ZGSD80(TY)三相電源浪涌保護(hù)器裝有電源指示燈和失效指示燈。綠色為電源指示燈,紅色為失效指示燈。如圖1所示,火線(A)與零線(N)之間的220 V交流電壓經(jīng)過電容C1、電阻R4～R6組成的阻容降壓,再經(jīng)過由二極管D1～D4組成的橋式整流電路,電容C2濾波,變成直流電。穩(wěn)壓二極管D5和三極管Q1組成穩(wěn)壓電路,把直流電壓限制在20 V(實(shí)測值),為指示燈電路提供工作電壓。A和N之間的交流電經(jīng)過防雷模塊限壓后,再經(jīng)電阻R1限流后,為光電耦合器N3提供工作電壓。N3內(nèi)部的發(fā)光二極管導(dǎo)通,光敏三級管受到光照,集電極與發(fā)射極之間導(dǎo)通,二極管D11的正極和三極管Q2的基極保持低電平,Q2的集電極和發(fā)射極之間處于截止?fàn)顟B(tài),繼電器J的常閉點(diǎn)保持閉合,綠色發(fā)光二極管D13發(fā)光。L1～L5主要是防止高頻干擾, D6～D8的作用是保護(hù)光電耦合器內(nèi)部的發(fā)光二極管不被反向擊穿。B和C的工作原理與A完全相同。只要其中一相有故障,綠燈都會(huì)熄滅。當(dāng)綠色指示燈熄滅,紅色指示燈亮或不亮?xí)r,都表示防雷組件已劣化或被雷擊損壞,需要維修。

2 故障現(xiàn)象及維修

一次雷雨天氣過后,某單位安裝在其總電源開關(guān)處的第一級浪涌保護(hù)器ZGSD80(TY)損壞。該單位電源線路裝有兩級浪涌保護(hù)器,第二級浪涌保護(hù)器正常,用電設(shè)備也沒有損壞。ZGSD80 (TY)綠色電源指示燈熄滅,紅色失效指示燈亮,表明浪涌保護(hù)器已有故障,需要更換或維修。

將ZGSD80(TY)拆開檢查,發(fā)現(xiàn)光電耦合器N1(TIL117)已炸開;電阻R7(20 kΩ)外皮已燒焦,電阻值已變大;穩(wěn)壓二極管D5已被擊穿短路;三極管Q1的基極與發(fā)射極之間已經(jīng)開路損壞。用FC-2G防雷元件測試儀檢查4個(gè)防雷模塊的啟動(dòng)電壓和漏電流均正常。穩(wěn)壓二極管D5和三極管Q1損壞后,穩(wěn)壓電路失去作用,指示電路的工作電壓升高到40 V(實(shí)測值)。N1損壞后,造成二極管D9正極和三極管Q2的基極電位升高,Q2的集電極與發(fā)射極之間導(dǎo)通,繼電器J的常開點(diǎn)閉合,綠色指示燈D13熄滅,紅色指示燈D14亮起。更換N1、D5、R7和Q1后,接入供電線路進(jìn)行測試。一般室內(nèi)供電線路都是單相供電,為了方便測試,可用一根導(dǎo)線將三相電源浪涌保護(hù)器的A、B、C三相并聯(lián)起來,接入室內(nèi)供電線路的火線, N線接零線進(jìn)行實(shí)驗(yàn),綠色指示燈亮,紅色指示燈不亮,故障排除。

3 結(jié)語

通過繪制ZGSD80(TY)三相電源浪涌保護(hù)器電路圖,簡要分析其防雷工作原理和指示電路工作原理,可為故障維修提供方便。ZGSD80 (TY)三相電源浪涌保護(hù)器作為第一級防雷SPD,泄放雷電流比較大,殘壓比較高,容易造成指示電路元件損壞,維修相對比較容易。如果是防雷模塊損壞,就需要返廠維修。另外,該三相電源浪涌保護(hù)器沒有短路脫扣裝置,需要在前面加裝斷路器,避免因雷擊短路造成電線燒毀事故。

[1] 徐文,陳紅兵.移動(dòng)氣象臺防雷技術(shù)[J].氣象科技,2012,40(4):661-665.

[2] 李良福,李家啟.雷電防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究[M].北京:氣象出版社,2008:1.

[3] QX3—2000氣象信息系統(tǒng)雷擊電磁脈沖防護(hù)規(guī)范[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2000.

TM862

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羅武.ZGSD80(TY)三相電源浪涌保護(hù)器工作原理及維修[J].陜西氣象,2015(5):48-50.

1006-4354(2015)05-0048-03

2015-05-14

羅武(1967—),男,壯族,廣西羅城人,工程師,主要從事氣象服務(wù)工作。