變頻器配電系統的防雷保護淺論

摘 要：預防雷電災害對保證安全生產有重要意義。同時防雷又是個系統工程，一般是由多級防雷組成，本文從這一指導思想出發，對工廠建筑物配電系統及其附屬變頻、軟啟動器等電子類設備的防雷進行了探索。

關鍵詞：變頻器;防雷接地;淺論

隨著設備自動化程度的提高，變頻、軟啟動器等電子類設備已經得到廣泛的應用，這些系統和設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，以雷擊為中心約在1.5～3 km范圍內都可能產生有很強的雷電浪涌入侵及雷電波感應過電壓，使這些系統和設備遭受雷電危害。

1 雷擊的途徑

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

（1）直接雷擊：雷云之間或雷云對地面某一點的迅猛放電現象稱之為直接雷擊。

（2）感應雷擊：雷云放電時，在附近導體上產生的靜電感應和電磁感應等現象稱之為感應雷擊。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生雷擊的時候，會產生很強的電場，建筑物內的所有金屬物品均會產生感應電壓。感應雷擊破壞的主要對象是電子電氣設備。

（3）地電位反擊：建筑物的外部防雷系統（如避雷針、避雷網等）遭受直接雷擊，在接地電阻的兩端就會產生危險的過電壓，由設備得接地線引入設備，造成設備的損壞。

2 防雷措施

我們既要防止直擊雷，依靠合格的避雷針、帶、網、線系統;也要防止雷電感應高電壓及雷擊電磁脈沖，二者有機結合，相互補充，構成一個完整的現代綜合防雷體系，才能有效的防止雷擊事故，減少雷擊災害，保護建筑物、設備和人身安全。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濟的裝置以確保建筑物及其內的人和設備的防雷安全。常用的防雷裝置有避雷針、避雷線、避雷網、避雷帶、避雷器和保護間隙等。

建筑物內電氣設備的防雷安全比建筑物本身的防雷要復雜困難得多，不可能依靠一、二種先進的防雷設備和防雷措施就能完全消除雷擊過電壓和感應過電壓的影響，必須針對雷害入侵途徑，對各類可能產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

據有關統計資料表明，感應雷中有80%是經由電源線侵入網絡設備的，要保護好變頻器等電子設備，需要在它們的電源輸入端之前設置電源防雷器，這樣可以將從沿市電路襲來的雷電過電壓提前泄放到大地。因此，首先應做好配電線路的防雷，以目前最常用的10 kV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10 kV絕緣子換為防雷絕緣子，將大大提高防雷水平。③在多雷區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，導致電弧容易熄滅，局部增加絕緣強度，如在導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局部剝離絕緣導線，使之局部成為裸導線，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35 kV及以下電壓等級的電力電纜，基本上應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避雷器防護沿線路浸入波。

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

在變頻器中，一般都設有雷電吸收網絡，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絡是不能滿足要求的。在雷電活躍地區，這一問題尤為重要，如果電源是架空進線，在進線處裝設變頻專用避雷器（選件），或有按規范要求在離變頻器20 m的遠處預埋鋼管做專用接地保護。如果電源是電纜引入，則應做好控制室的防雷系統，以防雷電竄入破壞設備。實踐表明，這一方法基本上能夠有效解決雷擊問題。

2.3 變頻器設備防雷

對變頻器設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）。它用于保護用電設備免遭雷電電磁脈沖或操作過電壓破壞，是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置。當電氣回路或者通信線路中因為外界的干擾突然產生尖峰電流或者電壓時，浪涌保護器能在極短的時間內導通分流，從而避免浪涌對回路中其他設備的損害。浪涌保護器的類型和結構按不同的用途有所不同，但它至少應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，并做好屏蔽層地接地。這種屏蔽層對雷電感應起到了有效地屏蔽作用，使屏蔽層內部三相導線上所感應的雷電電磁脈沖過電壓大幅度降低，真正達到保護目的。

3 結束語

雷電科學發展到今天，它提供給人們的只是一種對雷電自然現象的統計規律性的認識。即便我們對建筑物及附屬的變頻、軟啟動器等電子類設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]建筑物防雷設計規范[S].GB50057-2010.中華人民共和國住房和城鄉建設部，2010.

作者簡介：劉振（1988-），男，山東濟寧人，本科，研究方向：高低壓配電設備的裝配及安裝調試。