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)器有時會遭受雷擊而損壞,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,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、對瞬時過電壓響應(yīng)時間快、無續(xù)流等特點,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,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個防雷模塊的啟動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)行實驗,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。