变频器安全之端口的防雷保护措施培训

变频器安全之端口的防雷保护措施培训CONTENTS目录01防雷保护概述与重要性02雷击的主要途径与危害03建筑与线路防雷基础措施04电源系统多级防雷保护设计CONTENTS目录05变频器端口防雷保护措施06接地系统设计与实施07屏蔽与等电位连接技术08防雷系统的维护与管理01防雷保护概述与重要性雷电灾害对安全生产的影响

01直击雷对建筑物及设备的破坏雷云对地面某一点迅猛放电的直接雷击，可导致建筑物损坏、引发火灾，并对暴露在外的电气设备造成直接冲击，破坏设备结构与核心部件。

02感应雷击对电子设备的威胁雷云放电时在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，会使变频器等以电子器件为核心的设备产生感应过电压，其过电压、过电流能力脆弱，极易受损，据统计感应雷击破坏的主要对象是电子电气设备。

03地电位反击的潜在危害建筑物外部防雷系统遭受直接雷击时，在接地电阻两端产生危险过电压，通过设备接地线引入设备，造成变频器等设备损坏，影响生产系统正常运行。

04雷电浪涌对配电系统的冲击范围在雷雨季节，以雷击为中心约1.5～3km范围内，可能产生很强的雷电浪涌入侵及雷电波感应过电压，导致该区域内的变频器配电系统及附属电子类设备遭受雷电危害，威胁安全生产连续性。变频器设备防雷的必要性电子器件的脆弱性变频器等电子类设备以电子器件为核心，其过电压、过电流能力脆弱，在雷雨季节易受雷电危害。雷电危害范围广以雷击为中心约1.5～3km范围内，都可能产生很强的雷电浪涌入侵及雷电波感应过电压，威胁设备安全。多级防雷的系统性防雷是系统工程，需多级防雷组成。即使总电源进线有避雷器，内部设备仍需防雷，因上级残余雷电可能损害下级设备。安全生产的保障预防雷电灾害对保证安全生产有重要意义，有效的防雷措施能减少雷击事故，保护设备和人身安全，避免因设备损坏导致生产中断。现代综合防雷体系的构成01直击雷防护：接闪与疏导通过避雷针、避雷带、避雷网、避雷线等装置，拦截直击雷并将雷电流安全导入大地，避免建筑物及设备直接受击。02雷电感应防护：抑制与屏蔽针对静电感应和电磁感应产生的过电压，采用屏蔽电缆、等电位连接等措施，降低感应雷对电子设备的影响，如变频器输入端的屏蔽处理。03浪涌防护：多级分流限压在电源系统中设置多级浪涌保护器（SPD），如一级防雷选用10/350µS波形标称通流容量25KA的模块，逐级泄放雷电能量，将残压限制在设备耐受范围内。04接地系统：安全泄流基础构建低阻抗接地网，确保雷电流快速入地。变频器需专用接地，接地电阻应符合规范，接地导线截面积不小于2mm²，长度控制在20m以内。05等电位连接：消除电位差将建筑物内金属构件、设备外壳等进行电气连接，形成等电位体，避免地电位反击导致的设备损坏，尤其在LPZ防雷区交界处需重点实施。02雷击的主要途径与危害直接雷击的特点与破坏形式直接雷击的定义与本质直接雷击是指雷云之间或雷云对地面某一点发生的迅猛放电现象，其核心特征是雷电直接击中物体，释放巨大能量。直接雷击的主要特点直接雷击具有能量极大、电压极高、电流极强的特点，破坏性最为显著，可对建筑物、设备及人员造成严重危害。直接雷击对建筑物的破坏形式直接击中建筑物时，强大的冲击电流可能导致建筑结构损坏、起火，如避雷针等外部防雷系统若不合格，无法有效引雷入地则会加剧破坏。直接雷击对设备的破坏形式若直接击中配电线路或设备，瞬间高电压、大电流会烧毁线路、击穿设备绝缘，导致变频器等电子设备核心部件损坏，无法正常运行。感应雷击的产生机理与影响范围感应雷击的产生机理

雷云放电时，在附近导体上产生静电感应和电磁感应现象，从而形成感应雷击。装有避雷针的建筑物虽能避免直接雷击损坏，但雷击通过地线泄放或附近发生雷击时，会产生强电场，使建筑物内所有金属物品产生感应电压。感应雷击的主要破坏对象

感应雷击破坏的主要对象是电子电气设备，特别是以电子器件为核心组成的变频、软启动器等电子类设备，因其过电压、过电流能力脆弱，易受感应雷危害。感应雷击的影响范围

在雷雨季节，以雷击点为中心约1.5～3km范围内，都可能产生很强的雷电浪涌入侵及雷电波感应过电压，使该范围内的变频器配电系统及附属电子设备遭受雷电危害。地电位反击的形成原因与危害地电位反击的形成机理当建筑物外部防雷系统（如避雷针、避雷网）遭受直接雷击时，强大的雷电流通过接地装置入地，在接地电阻两端产生危险的过电压。此过电压会通过设备接地线反向侵入设备，导致地电位反击。地电位反击的主要危害对象地电位反击主要危害以电子器件为核心的变频、软启动器等电子类设备。这些设备过电压、过电流能力脆弱，易因反击电压击穿内部元器件，造成设备损坏甚至瘫痪。地电位反击的典型破坏路径雷电流经外部防雷装置入地→接地电阻产生过电压→设备接地线传导过电压→设备外壳与内部电路形成电位差→击穿绝缘或损坏敏感电子元件，如变频器的功率模块、控制电路板等。03建筑与线路防雷基础措施建筑物防雷装置的类型与作用

接闪装置：直击雷防护核心接闪装置是拦截直击雷的第一道防线，主要包括避雷针、避雷带、避雷网和避雷线。避雷针通过尖端放电原理吸引雷云放电，将雷电流引入大地；避雷带和避雷网则通过覆盖建筑物易受雷击部位（如屋顶、檐角）形成防护区域，有效降低直击雷概率。

避雷器：过电压限制关键设备避雷器用于限制雷电过电压和操作过电压，保护电气设备。常用类型有氧化锌避雷器，其核心元件为非线性电阻片，在过电压作用下迅速导通，将能量泄放至大地，残压可限制在设备耐受范围内。例如在10kV线路中安装避雷器可减少雷击断线事故，在配电变压器高低压侧安装可保护变压器免受过电压损坏。

接地装置：雷电流泄放通道接地装置由接地极、接地导体和接地网组成，是将雷电流安全引入大地的关键。通过建筑物地下网状接地系统，可降低接地电阻，确保雷电流快速扩散。如变频器系统防雷需将外壳、电缆屏蔽层等与接地网连接，利用多条并行路径削减电流，防止地电位反击。

屏蔽与等电位连接：电磁脉冲防护屏蔽通过金属外壳、屏蔽电缆等阻断雷电电磁脉冲（LEMP）的传播路径，如变频器柜采用金属外壳可减少外部电磁场干扰。等电位连接则将建筑物内金属构件、设备外壳等电位连接，消除电位差，避免电弧放电和设备损坏，符合IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》要求。10kV配电线路防雷措施安装避雷线避雷线是10kV配电线路防雷效果最佳的措施，但存在可行性难度大、成本高的问题，实际应用中需结合线路重要性与经济性综合考量。提高线路绝缘子耐压水平将10kV线路普通绝缘子更换为防雷绝缘子，可显著提升线路的耐雷水平，增强对雷电过电压的抵抗能力。安装线路避雷器在多雷区或按照一定档距安装线路避雷器，能有效减少雷击断线事故，是10kV配电线路防雷的重要手段之一。延长闪烁路径通过在导线与绝缘子相连处加强绝缘、采用长闪烁路径避雷器等方式，延长电弧闪烁路径，使电弧容易熄灭，局部增加绝缘强度。局部剥离绝缘导线对绝缘导线进行局部剥离，使其局部成为裸导线，可使电弧在剥离部分滑动，避免固定在某一点烧蚀，同时也可为后续施工提供挂地线点。35kV及以下电力电缆防雷保护

电缆终端头避雷器配置对于35kV及以下电压等级的电力电缆，应在电缆终端头附近安装避雷器，以有效抑制雷电过电压对电缆及相连设备的冲击。

金属屏蔽与铠装接地要求电缆终端头的金属屏蔽层和铠装必须接地良好，确保雷电感应产生的电荷能快速泄入大地，降低终端头处的过电压风险。

与配电系统防雷协同电缆防雷需与配电系统整体防雷措施相结合，如配合上级线路避雷器、接地网等，形成多级防护体系，提升整体防雷可靠性。04电源系统多级防雷保护设计防雷区划分与防护要求

防雷区划分的必要性单级防雷可能因雷电流过大导致泄流后残压过大或保护能力不足，采用多级保护可防范从直雷到操作浪涌的各级过电压侵袭。LPZ0A-LPZ1区（电源一级防雷）按《建筑物防雷设计规范》要求，每线标称放电电流不宜小于15KA，应在380V低压配电房总配电柜安装标称通流容量25KA（10/350µS波形）或100KA（8/20µS波形开关型）的模块式电源电涌保护器，可将数万伏感应雷击过电压限制到4KV以下。LPZ1-LPZ2区（电源二级防雷）在大楼电源配电箱安装8/20µS波形、通流容量20KA～40KA的三相电源防雷器，进一步削减雷电能量。LPZ2-LPZ3区（电源三级防雷）根据IEC61312-3标准，在此区域防雷器通流容量（8/20µS）应≥10KA，可在变频器电源配电箱处安装8/20µS波形、通流容量20KA～40KA的三相电源防雷器。SPD安装与配合要求SPD连接导线应短而直，不宜大于0.5米，长度超限时适当加粗线径；当SPD1～SPD2线距小于10m、SPD2～SPD3线距小于5m时，需加装退耦装置；SPD安装线路应有过流保护装置，并选用有劣化显示功能的SPD。一级电源防雷（LPZOA-LPZ1区）配置

设计依据与标准要求依据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）第六章第四节，一级防雷区（LPZOA-LPZ1区）每线标称放电电流不宜小于15kA，需将数万伏感应雷击过电压限制到4kV以下。

推荐SPD型号与参数建议在380V低压配电房总配电柜安装标称通流容量25kA（10/350µS波形）或100kA（8/20µS波形开关型）的模块式电源电涌保护器，如AOTEMATPORT/4P-B100。

安装位置与作用作为整个用电设备的第一级电源防护，安装于低压配电系统的总进线处，可有效拦截从外部电网侵入的直击雷及强感应雷能量，为后续防雷区提供基础保护。二级电源防雷（LPZ1-LPZ2区）配置

安装位置与设备选型在大楼电源配电箱处安装，选用8/20µS波形通流容量20KA～40KA的三相电源防雷器，如ATT385/4P-C40型号，以进一步削减经一级防雷后仍可能存在的残余浪涌能量。

技术参数要求根据IEC61312-3《雷电电磁脉冲的防护》标准，此区域防雷器应能有效将浪涌电压限制在更低水平，保障下级设备安全，其通流容量需与所在防雷分区的能量水平相匹配。

安装与连接规范SPD连接导线应短而直，长度不宜大于0.5米，若超过需适当加粗线径；当与一级或三级SPD的线距小于规定值（如SPD1～SPD2线距小于10m）时，应加装退耦装置，确保防护效果。

配套保护措施安装线路上需配备过流保护装置，防止SPD老化短路；选用具有劣化显示功能的SPD，便于实时监测其工作状态，确保二级防雷持续有效。三级电源防雷（LPZ2-LPZ3区）配置

LPZ2-LPZ3区防雷器参数要求根据IEC61312-3标准，LPZ2-LPZ3区防雷器通流容量（8/20µS波形）应≥10KA，以进一步削弱经前两级防护后仍可能存在的残余浪涌电压。

典型安装位置与型号选择应在变频器电源配电箱处安装，推荐选用8/20µS波形、通流容量20KA～40KA的三相电源防雷器，如ATT385/4P-C20型号，确保与变频器前端电源适配。

SPD安装与连接规范SPD连接导线应短而直，长度不宜大于，超过时需加粗线径；若与前级SPD（二级防雷）间距小于5m，应加装退耦装置，避免多级SPD间的相互干扰。

安全与维护要求SPD安装线路需配置过流保护装置，优先选用带劣化显示功能的产品，便于定期检测维护，确保防雷器在雷击后能及时指示失效状态，保障变频器持续安全运行。浪涌保护器（SPD）的选型与安装要求

SPD的选型依据应根据防雷区划分及通流容量需求选型。如LPZOA-LPZ1区（一级防雷）宜选用标称放电电流≥15kA（10/350µS波形）或100kA（8/20µS波形）的开关型SPD；LPZ2-LPZ3区（三级防雷）通流容量需≥10kA（8/20µS波形）。

关键参数选择重点关注冲击放电电流（如15kA10/350μs）、工作电压（如250V）、残压（应限制在设备耐受电压以下，如4kV以下）及响应时间。选用具有劣化显示功能的SPD，便于状态监测。

安装位置与接线规范一级SPD安装于低压配电房总配电柜，二级SPD安装于大楼电源配电箱，三级SPD安装于变频器电源配电箱。SPD连接导线应短而直，长度不宜大于0.5米，线径需满足载流要求，过长时应加粗线径。

退耦与过流保护当两级SPD间距离小于规定值（如SPD1-SPD2<10m、SPD2-SPD3<5m）时，应加装退耦装置。SPD安装线路上必须配备过流保护装置，防止SPD老化短路引发故障。05变频器端口防雷保护措施进线避雷器的安装与选型

进线避雷器的安装位置在变频器控制柜中安装进线避雷器，若电源为架空线路，应在进线处装设；电源为电缆引入时，需做好控制室防雷系统。

进线避雷器的安装方式可采用电源防雷模块，滑道安装，并联接地；也可在电源线上并联压敏电阻防雷，确保连接导线短而直，长度不宜大于0.5米。

进线避雷器的选型参数避雷器模块宜选用间隙放电型，冲击放电电流15kA(10/350μs)，工作电压250V；压敏电阻耐压应低于功率模块耐压。

专用避雷器的选用场景在雷电活跃地区，电源架空进线时，建议装设变频器专用避雷器（选件），或在离变频器20米远处预埋钢管做专用接地保护。专用避雷器的应用场景

架空进线电源防护当变频器电源采用架空线路引入时，应在进线处装设变频专用避雷器，可有效防止雷电浪涌沿线路侵入设备。建议选择冲击放电电流15kA（10/350μs）、工作电压250V的间隙放电型避雷器模块，滑道安装并可靠并联接地。

控制室防雷系统配套若电源为电缆引入，需重点做好控制室防雷系统，在变频器电源配电箱处安装专用避雷器。根据IEC61312-3标准，LPZ2-LPZ3区防雷器通流容量（8/20μS）应≥10KA，如选用通流容量20KA～40KA的三相电源防雷器。

多级防雷体系关键环节在电源一级防雷（LPZOA-LPZ1区）可选用标称通流容量25KA（10/350µS波形）的模块式电源电涌保护器，二级防雷（LPZ1-LPZ2区）选用20KA～40KA（8/20µS波形）防雷器，专用避雷器作为多级防护的重要组成部分，需确保各级SPD之间距离及退耦装置配置符合规范。压敏电阻保护的参数选择

耐压值选择原则压敏电阻的耐压值应低于变频器功率模块的耐压，以确保在雷电冲击下能够优先导通，保护元器件不被击穿。

通流容量匹配根据变频器工作环境的雷电活动强度，选择合适通流容量的压敏电阻，通常应能承受预期的雷电冲击电流。

响应时间要求压敏电阻需具备快速响应特性，能在纳秒级时间内对雷电过电压做出响应，及时将浪涌能量泄放。输出端屏蔽电缆的接地处理

输出端禁止加装避雷器变频器输出端不能加装避雷器，否则可能导致设备损坏或影响正常运行。

屏蔽电缆的应用要求变频器输出端应加装屏蔽电缆，通过金属屏蔽层对雷电感应起到有效屏蔽作用，大幅降低内部三相导线上感应的雷电电磁脉冲过电压。

屏蔽层接地规范需做好屏蔽层的接地处理，确保屏蔽层可靠接地，以将感应的电磁能量通过接地路径泄放，真正达到保护变频器的目的。06接地系统设计与实施接地的基本要求与作用接地的核心作用接地是防雷中最基础、最重要的一环，能将直接雷击和雷电电磁干扰能量通过接地网有效排泄到大地，保护设备和人身安全。接地电阻要求确保接地端子E(G)的接地电阻尽可能小，以保证雷电流快速泄放，降低地电位反击风险。接地导线规范接地导线截面积不得小于2mm²，长度应控制在20m以内，以减少阻抗，确保泄流效果。独立接地原则变频器的接地必须与动力设备的接地址分开，避免共地导致杂散电流进入变频器系统引起信号干扰。等电位连接通过将设备金属外壳、屏蔽层等与接地系统连接，实现等电位，减少电位差，防止地电位反击。专用接地保护的设置规范

专用接地极的设置要求按规范要求在离变频器20米远处预埋钢管做专用接地保护，以有效降低雷电对变频器的冲击。

接地电阻的控制标准确保接地端子E(G)的接地电阻尽可能小，以保证雷电流能够迅速泄放入地，减少对设备的影响。

接地导线的规格参数接地导线的截面积不得小于2mm²，且长度应控制在20m以内，以降低接地回路的阻抗。

独立接地的重要性变频器的接地必须与动力设备的接地址分开，避免共地带来的干扰问题，确保系统稳定运行。接地网的构建与连接方式

接地网的基本构成接地网应由足够数量的接地极、导体和地下网状结构组成，以确保良好的导电性能和雷电流泄放能力，是防雷系统中最基础也是最重要的一环。

专用接地极的设置按规范要求，可在离变频器20米远处预埋钢管作为专用接地极，以降低接地电阻，为变频器提供独立的、低阻抗的雷电流泄放通道。

不同地网的连接原则变频器系统工作接地与防雷接地不能直接相连，应在地下通过放电器或低压避雷器连接，使雷击状态下自动连通，避免杂散电流干扰及地电位反击。

接地导线的技术要求接地导线截面积不得小于2mm²，长度应控制在20m以内，连接应短而直，以减少阻抗，确保雷电流能迅速、低损耗地引入大地。接地电阻的测量与要求接地电阻的基本要求接地电阻应尽可能小，以确保雷电电流能迅速泄放入地。通常要求接地电阻值符合相关规范，一般情况下应不大于4欧姆，对于某些特殊场合可能要求更低。接地电阻测量的方法常用的接地电阻测量方法有三极法、四极法等。测量时应注意避开干扰，选择合适的测量仪器，并按照仪器说明正确操作，确保测量结果的准确性。测量仪器的选择应选用符合国家标准、精度合适的接地电阻测量仪。仪器应定期进行校准，以保证测量数据的可靠性。测量的注意事项测量前应确保接地系统连接良好，断开与其他设备的连接。测量时电极的布置应符合规定，避免测量结果受周围环境因素的影响。接地电阻的定期检测接地电阻应定期进行检测，一般每年至少检测一次。在雷雨季节前或接地系统发生变化后，应及时进行检测，确保接地系统的有效性。07屏蔽与等电位连接技术屏蔽的原理与应用方法屏蔽的防雷原理利用金属材料（如金属网、箔、壳）将需保护的变频器及相关设备包围，限制雷电电磁脉冲在特定区域内，削弱其对内部电子元件的干扰和破坏。线路屏蔽措施变频器系统中广泛采用屏蔽电缆，尤其在变频器输出端应加装屏蔽电缆，并确保屏蔽层良好接地，能大幅降低感应的雷电电磁脉冲过电压。设备与空间屏蔽包含变频器的建筑物或房间可采用大空间屏蔽，如利用建筑物钢筋连接到金属框架，能有效削减瞬时磁场，降低瞬时电场对设备的影响。屏蔽层接地要求屏蔽层需可靠接地，例如远传压力表的信号线屏蔽层应两端接地，以增强屏蔽效果，减少雷电感应电压对变频器的冲击。等电位连接的实施要点

等电位连接的定义与作用等电位连接，也称“均衡连接”，是将建筑物内或设备周围的金属物体、金属部件用导体连接起来，形成一个等电位体，以消除不同金属物体之间的电位差，防止雷电电磁脉冲或地电位反击造成的设备损坏。等电位连接的范围范围应包括变频器外壳、变频器柜、设备金属框架、金属管道、电缆屏蔽层、接地干线等所有可能引入雷电或产生电位差的金属部件。连接导体的要求连接导体应选用截面积不小于16mm²的铜导线，确保导电性能良好，连接点应牢固可靠，接触电阻小，必要时进行防腐处理。实施标准与规范应依照IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》等相关标准进行设计和施工，确保等电位连接系统的有效性和安全性，与接地系统协同工作，共同构建完整的防雷体系。信号线路的屏蔽与接地

01屏蔽电缆的选用与安装变频器输出端应加装屏蔽电缆，屏蔽层能有效降低雷电电磁脉冲在导线上感应的过电压，避免加装避雷器可能带来的负面影响。

02屏蔽层的接地要求屏蔽电缆的屏蔽层需两端可靠接地，形成完整的电磁屏蔽回路，最大限度减少外界电磁场对信号线路的干扰，保障信号传输稳定。

03远传信号线的特殊防护对于远传压力表等信号线路，除采用屏蔽线外，还需对仪表与缓冲管之间采取绝缘处理，进一步降低雷电感应电压对变频器的冲击。08防雷系统的维护与管理防雷设施的定期检测内容

避雷器性能检测检测避雷器的标称通流容量、残压等参数是否符合设计要求，如一级电源防雷器标称放电电流应不小于15KA（10/350µS波形），确保其在雷击时能有效泄流和箝压。

接地系统检测测量接地电阻值，确保接地电阻尽可能小，一般要求接地导线截面积不小于2mm²，接地