变频器配电系统的防雷保护

摘 要：预防雷电灾害对保证油田安全生产有重要意义。同时防雷又是个系统工程，一般是由多级防雷组成，本文从这一指导思想出发，对工厂建筑物配电系统及其附属变频、软启动器等电子类设备的防雷进行了探索。

关键词：变频器;防雷接地;改造

随着油田生产设备的改造和自动化程度的提高，变频、软启动器等电子类设备已经得到广泛的应用，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，以雷击为中心约在1.5～3km范围内都可能产生有很强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。

1 雷击的途径

防雷是个系统工程，一般是由多级防雷组成，比如总电源进线有避雷器，但这些场所的内部设备仍然需要防雷，因为雷电并不是一下子就能消除到没有，而是一级一级地泄放，每一级的泄放只能保护本级设备不被损害，如果下级设备没有防雷，上级残余的雷电依然能损害设备。雷击的途径主要有以下几种形式：

1.1 直接雷击

雷云之间或雷云对地面某一点的迅猛放电现象称之为直接雷击。

1.2 感应雷击

雷云放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应等现象称之为感应雷击。装有避雷针的建筑物，可以避免雷击损坏建筑物，但是雷击通过避雷针的地线从建筑物顶端泻放入大地或者附近发生雷击的时候，会产生很强的电场，建筑物内的所有金属物品均会产生感应电压。感应雷击破坏的主要对象是电子电气设备。

1.3 地电位反击

建筑物的外部防雷系统（如避雷针、避雷网等）遭受直接雷击，在接地电阻的两端就会产生危险的过电压，由设备的接地线引入设备，造成设备的损坏。

2 防雷措施

我们既要防止直击雷，依靠合格的避雷针、带、网、线系统;也要防止雷电感应高电压及雷击电磁脉冲，二者有机结合，相互补充，构成一个完整的现代综合防雷体系，才能有效的防止雷击事故，减少雷击灾害，保护建筑物、设备和人身安全。在此，针对工厂建筑物及其附属变频、软启动器等电子类设备的防雷，提出了一些具体的防雷措施。建筑防雷的基本原则是用经济的装置以确保建筑物及其内的人和设备的防雷安全。常用的防雷装置有避雷针、避雷线、避雷网、避雷带、避雷器和保护间隙等。

建筑物内电器设备的防雷安全比建筑物本身的防雷要复杂困难得多，不可能依靠一、二种先进的防雷设备和防雷措施就能完全消除雷击过电压和感应过电压的影响，必须针对雷害入侵途径，对各类可能产生雷击的因素进行排除，采用综合防治——接闪、均压、屏蔽、接地、分流（保护），才能将雷害减少到最低限度。

2.1 配电线路的防雷

据有关统计资料表明，感应雷中有80%是经由电源线侵入网络设备的，要保护好变频器等电子设备，需要在它们的电源输入端之前设置电源防雷器，这样可以将从沿市电电路袭来的雷电过电压提前泄放到大地。因此，首先应做好配电线路的防雷，以油田目前最常用的10KV线路为例，可采取以下防雷措施：①安装避雷线，此种方法避雷效果最好，但可行性和难度大，成本高。②提高线路绝缘子耐压水平，将10kV绝缘子换为防雷绝缘子，将大大提高防雷水平。③在多雷区或者按照一定档距安装线路避雷器，减少雷击断线事故。④延长闪烁路径，导致电弧容易熄灭，局部增加绝缘强度，如在导线与绝缘子相连处加强绝缘，以及采用长闪烁路径避雷器等。⑤局部剥离绝缘导线，使之局部成为裸导线，从而电弧能在剥离部分滑动，而不是固定在某一点烧蚀，同时也可为以后施工提供一个挂地线点。对于35kV及以下电压等级的电力电缆，基本上应采取在电缆终端头附近安装避雷器，同时终端头金属屏蔽、铠装必须接地良好。

2.2 变压器的防雷保护

采取的办法主要是装设避雷器防护沿线路浸入波。

在高压侧安装氧化锌避雷器的同时，在低压侧也应按规定安装符合要求的氧化锌避雷器;高、低压侧避雷器的接地端子，低压侧中性点，以及配电变压器外壳必须就近短接后，再集中接至地网;高压侧避雷器应安装在跌落式熔断器负荷侧。

在变频器中，一般都设有雷电吸收网络，主要防止瞬间的雷电侵入，使变频器损坏。但在实际工作中，特别是电源线架空引入的情况下，单靠变频器的吸收网络是不能满足要求的。在雷电活跃地区，这一问题尤为重要，如果电源是架空进线，在進线处装设变频专用避雷器（选件），或有按规范要求在离变频器20m的远处预埋钢管做专用接地保护。如果电源是电缆引入，则应做好控制室的防雷系统，以防雷电窜入破坏设备。实践表明，这一方法基本上能够有效解决雷击问题。

2.3 变频器设备防雷

对变频器设备防雷比较好的做法是在变频柜的电源控制单元增加浪涌保护器（Surge Arrester）。它用于保护用电设备免遭雷电电磁脉冲或操作过电压破坏，是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的时间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。浪涌保护器的类型和结构按不同的用途有所不同，但它至少应包含一个非线性电压限制元件。

需要特别指出的是在变频器输出端不能加装避雷器。正确做法是将变频器输出端加装屏蔽电缆，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。

3 结束语

雷电科学发展到今天，它提供给人们的只是一种对雷电自然现象的统计规律性的认识。即便我们对建筑物及附属的变频、软启动器等电子类设备实施多重防雷保护，也无法做到绝对的安全，所以今后在防雷工程的实践中需要我们不断作出统计归纳、不断改善提高防雷工艺水平。

参考文献：

[1]建筑物防雷设计规范.GB50057-2010.中华人民共和国住房和城乡建设部[S].2010.

作者简介：葛学斌（1967-），山东菏泽人，专科，工程师，研究方向：电气自动化。