ZGSD80(TY)三相电源浪涌保护器工作原理及维修

罗 武

(罗城仫佬族自治县气象局,广西罗城 546400)

ZGSD80(TY)三相电源浪涌保护器工作原理及维修

罗 武

(罗城仫佬族自治县气象局,广西罗城 546400)

为了较快掌握电涌保护器故障维修方法,提高故障排除效率,以ZGSD80(TY)三相电源浪涌保护器为例,通过检查分析浪涌保护器电路板,绘制出其详细的电路图,简要分析其工作原理,并结合实例介绍指示电路部分元件损坏造成失效指示故障的维修方法,供防雷技术人员参考。

电源;浪涌保护器;工作原理;故障;维修

浪涌保护器是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置。在雷暴天气过程中,浪涌保护器有时会遭受雷击而损坏,需要维修或更换。目前,厂家通常不提供电涌保护器的电路图,并且关于电涌保护器维修方面的资料也比较少,因此,电涌保护器一旦发生故障,维修比较困难。为了能较快掌握浪涌保护器故障维修方法,提高故障排除效率,以ZGSD80(TY)三相电源浪涌保护器为例,通过检查分析浪电涌保护器电路板,绘制出其详细的电路图,简要介绍其工作原理,结合实例说明指示电路部分元件损坏后造成的失效指示故障的维修方法,供防雷技术人员参考。

1 工作原理

当雷击供电线路或供电线路附近发生雷击产生瞬变电磁场时,在供电线路上形成的过电压以及雷电的下行先导在供电线路上产生的静电感应,均有可能通过供电线路进入设备而使设备损坏[1]。电涌保护器(Surge protection Device, SPD),又称浪涌保护器,其作用是把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内,或将强大的雷电流泄入大地,保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。按工作原理分类,SPD可以分为电压开关型、限压型和组合型;按用途分类,SPD可以分为电源线路和信号线路SPD两种。

ZGSD80(TY)三相电源浪涌保护器属于限压型SPD,其内部核心元件是由4个压敏电阻组成的防雷模块。压敏电阻是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性电阻,当作用在其两端的电压达到一定值后,电阻对电压变化十分敏感。压敏电阻具有非线性特性好、通流容量大、常态泄漏电流小、残压低、对瞬时过电压响应时间快、无续流等特点,在SPD中应用十分广泛。ZGSD80(TY)的额定工作电压Un为220/380 V,启动电压Uc为385/660 V;额定放电电流In(8/20μS)为40 k A;最大放电电流Imax(8/20μS)为80 k A。其电路图详见图1。

当雷击过电压加在火线 (零线)与地线(PE)两端时,防雷模块的电阻随着电压的增大而急剧减小,呈现非线性变化,从而泄放雷电流入大地,两端的电压因此基本保持在相对输入雷击过电压较低的水平,达到限压的目的[2-3]。为了监测浪涌保护器的运行状态和老化情况, ZGSD80(TY)三相电源浪涌保护器装有电源指示灯和失效指示灯。绿色为电源指示灯,红色为失效指示灯。如图1所示,火线(A)与零线(N)之间的220 V交流电压经过电容C1、电阻R4～R6组成的阻容降压,再经过由二极管D1～D4组成的桥式整流电路,电容C2滤波,变成直流电。稳压二极管D5和三极管Q1组成稳压电路,把直流电压限制在20 V(实测值),为指示灯电路提供工作电压。A和N之间的交流电经过防雷模块限压后,再经电阻R1限流后,为光电耦合器N3提供工作电压。N3内部的发光二极管导通,光敏三级管受到光照,集电极与发射极之间导通,二极管D11的正极和三极管Q2的基极保持低电平,Q2的集电极和发射极之间处于截止状态,继电器J的常闭点保持闭合,绿色发光二极管D13发光。L1～L5主要是防止高频干扰, D6～D8的作用是保护光电耦合器内部的发光二极管不被反向击穿。B和C的工作原理与A完全相同。只要其中一相有故障,绿灯都会熄灭。当绿色指示灯熄灭,红色指示灯亮或不亮时,都表示防雷组件已劣化或被雷击损坏,需要维修。

2 故障现象及维修

一次雷雨天气过后,某单位安装在其总电源开关处的第一级浪涌保护器ZGSD80(TY)损坏。该单位电源线路装有两级浪涌保护器,第二级浪涌保护器正常,用电设备也没有损坏。ZGSD80 (TY)绿色电源指示灯熄灭,红色失效指示灯亮,表明浪涌保护器已有故障,需要更换或维修。

将ZGSD80(TY)拆开检查,发现光电耦合器N1(TIL117)已炸开;电阻R7(20 kΩ)外皮已烧焦,电阻值已变大;稳压二极管D5已被击穿短路;三极管Q1的基极与发射极之间已经开路损坏。用FC-2G防雷元件测试仪检查4个防雷模块的启动电压和漏电流均正常。稳压二极管D5和三极管Q1损坏后,稳压电路失去作用,指示电路的工作电压升高到40 V(实测值)。N1损坏后,造成二极管D9正极和三极管Q2的基极电位升高,Q2的集电极与发射极之间导通,继电器J的常开点闭合,绿色指示灯D13熄灭,红色指示灯D14亮起。更换N1、D5、R7和Q1后,接入供电线路进行测试。一般室内供电线路都是单相供电,为了方便测试,可用一根导线将三相电源浪涌保护器的A、B、C三相并联起来,接入室内供电线路的火线, N线接零线进行实验,绿色指示灯亮,红色指示灯不亮,故障排除。

3 结语

通过绘制ZGSD80(TY)三相电源浪涌保护器电路图,简要分析其防雷工作原理和指示电路工作原理,可为故障维修提供方便。ZGSD80 (TY)三相电源浪涌保护器作为第一级防雷SPD,泄放雷电流比较大,残压比较高,容易造成指示电路元件损坏,维修相对比较容易。如果是防雷模块损坏,就需要返厂维修。另外,该三相电源浪涌保护器没有短路脱扣装置,需要在前面加装断路器,避免因雷击短路造成电线烧毁事故。

[1] 徐文,陈红兵.移动气象台防雷技术[J].气象科技,2012,40(4):661-665.

[2] 李良福,李家启.雷电防护关键技术研究[M].北京:气象出版社,2008:1.

[3] QX3—2000气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范[S].北京:中国标准出版社,2000.

TM862

:B

罗武.ZGSD80(TY)三相电源浪涌保护器工作原理及维修[J].陕西气象,2015(5):48-50.

1006-4354(2015)05-0048-03

2015-05-14

罗武(1967—),男,壮族,广西罗城人,工程师,主要从事气象服务工作。