變頻器配電系統(tǒng)的防雷保護

摘 要：預(yù)防雷電災(zāi)害對保證油田安全生產(chǎn)有重要意義。同時防雷又是個系統(tǒng)工程，一般是由多級防雷組成，本文從這一指導(dǎo)思想出發(fā)，對工廠建筑物配電系統(tǒng)及其附屬變頻、軟啟動器等電子類設(shè)備的防雷進行了探索。

關(guān)鍵詞：變頻器;防雷接地;改造

隨著油田生產(chǎn)設(shè)備的改造和自動化程度的提高，變頻、軟啟動器等電子類設(shè)備已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)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)，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。

1 雷擊的途徑

防雷是個系統(tǒng)工程，一般是由多級防雷組成，比如總電源進線有避雷器，但這些場所的內(nèi)部設(shè)備仍然需要防雷，因為雷電并不是一下子就能消除到?jīng)]有，而是一級一級地泄放，每一級的泄放只能保護本級設(shè)備不被損害，如果下級設(shè)備沒有防雷，上級殘余的雷電依然能損害設(shè)備。雷擊的途徑主要有以下幾種形式：

1.1 直接雷擊

雷云之間或雷云對地面某一點的迅猛放電現(xiàn)象稱之為直接雷擊。

1.2 感應(yīng)雷擊

雷云放電時，在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)等現(xiàn)象稱之為感應(yīng)雷擊。裝有避雷針的建筑物，可以避免雷擊損壞建筑物，但是雷擊通過避雷針的地線從建筑物頂端瀉放入大地或者附近發(fā)生雷擊的時候，會產(chǎn)生很強的電場，建筑物內(nèi)的所有金屬物品均會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。感應(yīng)雷擊破壞的主要對象是電子電氣設(shè)備。

1.3 地電位反擊

建筑物的外部防雷系統(tǒng)（如避雷針、避雷網(wǎng)等）遭受直接雷擊，在接地電阻的兩端就會產(chǎn)生危險的過電壓，由設(shè)備的接地線引入設(shè)備，造成設(shè)備的損壞。

2 防雷措施

我們既要防止直擊雷，依靠合格的避雷針、帶、網(wǎng)、線系統(tǒng);也要防止雷電感應(yīng)高電壓及雷擊電磁脈沖，二者有機結(jié)合，相互補充，構(gòu)成一個完整的現(xiàn)代綜合防雷體系，才能有效的防止雷擊事故，減少雷擊災(zāi)害，保護建筑物、設(shè)備和人身安全。在此，針對工廠建筑物及其附屬變頻、軟啟動器等電子類設(shè)備的防雷，提出了一些具體的防雷措施。建筑防雷的基本原則是用經(jīng)濟的裝置以確保建筑物及其內(nèi)的人和設(shè)備的防雷安全。常用的防雷裝置有避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶、避雷器和保護間隙等。

建筑物內(nèi)電器設(shè)備的防雷安全比建筑物本身的防雷要復(fù)雜困難得多，不可能依靠一、二種先進的防雷設(shè)備和防雷措施就能完全消除雷擊過電壓和感應(yīng)過電壓的影響，必須針對雷害入侵途徑，對各類可能產(chǎn)生雷擊的因素進行排除，采用綜合防治——接閃、均壓、屏蔽、接地、分流（保護），才能將雷害減少到最低限度。

2.1 配電線路的防雷

據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料表明，感應(yīng)雷中有80%是經(jīng)由電源線侵入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的，要保護好變頻器等電子設(shè)備，需要在它們的電源輸入端之前設(shè)置電源防雷器，這樣可以將從沿市電電路襲來的雷電過電壓提前泄放到大地。因此，首先應(yīng)做好配電線路的防雷，以油田目前最常用的10KV線路為例，可采取以下防雷措施：①安裝避雷線，此種方法避雷效果最好，但可行性和難度大，成本高。②提高線路絕緣子耐壓水平，將10kV絕緣子換為防雷絕緣子，將大大提高防雷水平。③在多雷區(qū)或者按照一定檔距安裝線路避雷器，減少雷擊斷線事故。④延長閃爍路徑，導(dǎo)致電弧容易熄滅，局部增加絕緣強度，如在導(dǎo)線與絕緣子相連處加強絕緣，以及采用長閃爍路徑避雷器等。⑤局部剝離絕緣導(dǎo)線，使之局部成為裸導(dǎo)線，從而電弧能在剝離部分滑動，而不是固定在某一點燒蝕，同時也可為以后施工提供一個掛地線點。對于35kV及以下電壓等級的電力電纜，基本上應(yīng)采取在電纜終端頭附近安裝避雷器，同時終端頭金屬屏蔽、鎧裝必須接地良好。

2.2 變壓器的防雷保護

采取的辦法主要是裝設(shè)避雷器防護沿線路浸入波。

在高壓側(cè)安裝氧化鋅避雷器的同時，在低壓側(cè)也應(yīng)按規(guī)定安裝符合要求的氧化鋅避雷器;高、低壓側(cè)避雷器的接地端子，低壓側(cè)中性點，以及配電變壓器外殼必須就近短接后，再集中接至地網(wǎng);高壓側(cè)避雷器應(yīng)安裝在跌落式熔斷器負荷側(cè)。

在變頻器中，一般都設(shè)有雷電吸收網(wǎng)絡(luò)，主要防止瞬間的雷電侵入，使變頻器損壞。但在實際工作中，特別是電源線架空引入的情況下，單靠變頻器的吸收網(wǎng)絡(luò)是不能滿足要求的。在雷電活躍地區(qū)，這一問題尤為重要，如果電源是架空進線，在進線處裝設(shè)變頻專用避雷器（選件），或有按規(guī)范要求在離變頻器20m的遠處預(yù)埋鋼管做專用接地保護。如果電源是電纜引入，則應(yīng)做好控制室的防雷系統(tǒng)，以防雷電竄入破壞設(shè)備。實踐表明，這一方法基本上能夠有效解決雷擊問題。

2.3 變頻器設(shè)備防雷

對變頻器設(shè)備防雷比較好的做法是在變頻柜的電源控制單元增加浪涌保護器（Surge Arrester）。它用于保護用電設(shè)備免遭雷電電磁脈沖或操作過電壓破壞，是電子設(shè)備雷電防護中不可缺少的一種裝置。當(dāng)電氣回路或者通信線路中因為外界的干擾突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時，浪涌保護器能在極短的時間內(nèi)導(dǎo)通分流，從而避免浪涌對回路中其他設(shè)備的損害。浪涌保護器的類型和結(jié)構(gòu)按不同的用途有所不同，但它至少應(yīng)包含一個非線性電壓限制元件。

需要特別指出的是在變頻器輸出端不能加裝避雷器。正確做法是將變頻器輸出端加裝屏蔽電纜，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。

3 結(jié)束語

雷電科學(xué)發(fā)展到今天，它提供給人們的只是一種對雷電自然現(xiàn)象的統(tǒng)計規(guī)律性的認(rèn)識。即便我們對建筑物及附屬的變頻、軟啟動器等電子類設(shè)備實施多重防雷保護，也無法做到絕對的安全，所以今后在防雷工程的實踐中需要我們不斷作出統(tǒng)計歸納、不斷改善提高防雷工藝水平。

參考文獻：

[1]建筑物防雷設(shè)計規(guī)范.GB50057-2010.中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部[S].2010.

作者簡介：葛學(xué)斌（1967-），山東菏澤人，?？疲こ處煟芯糠较颍弘姎庾詣踊?。