淺談雷電對(duì)電子汽車衡的危害及預(yù)防

王銘澤

[關(guān)鍵詞]雷電;危害;電子汽車衡

近年來,隨著電子汽車衡在各行各業(yè)的普及應(yīng)用,以及集成電路對(duì)電壓和電流脈沖的敏感程度越來越高,雷電對(duì)電子汽車衡的侵害也日益頻繁,影響了企業(yè)的正常稱重計(jì)量。根據(jù)雷電的破壞性和特點(diǎn),可將雷電分為直擊雷和感應(yīng)雷。直擊雷瞬間電流達(dá)數(shù)十萬安培,所產(chǎn)生的電效應(yīng)和熱效應(yīng)能導(dǎo)致火災(zāi),熔化物體;感應(yīng)雷亦稱二次雷擊比直擊雷成災(zāi)率更高,間接損失更大,是20世紀(jì)80年代以來雷電災(zāi)害最顯著的特征,也是雷電防御技術(shù)迫切需要解決的難題。以下針對(duì)各自的特點(diǎn),談?wù)劮览状胧?/p>

一、直擊雷的預(yù)防

由于電子汽車衡多處空曠地帶,周圍少有高層建筑物,或不處在高層建筑物的防雷系統(tǒng)的保護(hù)范圍內(nèi),這就有可能與空中帶電云團(tuán)之間產(chǎn)生放電,產(chǎn)生直接雷擊。為此,在易產(chǎn)生雷電干擾破壞的地區(qū)必須采取可靠的防雷措施,以免造成雷擊破壞。我們可根據(jù)具體地點(diǎn),按規(guī)范合理設(shè)置避雷針,以尖端放電效應(yīng)中和云團(tuán)中的電荷,有效地保護(hù)電子稱重系統(tǒng),避免遭受直接雷擊。 直擊雷防雷設(shè)備的作用是接閃,即防止雷電直接擊中計(jì)量室以及接閃器保護(hù)范圍內(nèi)的各種金屬管線和用電設(shè)備。對(duì)于在接閃器保護(hù)范圍外的各種金屬導(dǎo)線以及由直擊雷所產(chǎn)生的感應(yīng)雷電是不能保護(hù)的。

二、感應(yīng)雷的預(yù)防

當(dāng)雷電放電路徑不經(jīng)過防雷保護(hù)裝置時(shí),放電過程中產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬變電磁場在附近的導(dǎo)體中感應(yīng)到強(qiáng)大的電磁脈沖,稱感應(yīng)雷。感應(yīng)雷可通過靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)兩種不同的感應(yīng)方式侵入導(dǎo)體。

1.防靜電感應(yīng)雷擊。雷雨時(shí),空中的帶電云團(tuán)同室外的秤臺(tái)之間雖然并沒有產(chǎn)生直接雷擊,但通過靜電耦合會(huì)使設(shè)備帶上與云團(tuán)極性相反的電荷。當(dāng)空中帶電云團(tuán)與其它云團(tuán)產(chǎn)生雷擊放電,突然消失時(shí),為疏散聚集在秤臺(tái)頂部的大量電荷,就會(huì)產(chǎn)生很大的回流電流。一臺(tái)電子汽車衡一般有6 至 10 個(gè)支承點(diǎn)與傳感器連接,當(dāng)靜電感應(yīng)雷擊造成大電流回流時(shí),上述承載點(diǎn)就是回流通道的不良環(huán)節(jié),就會(huì)在電路中形成靜電感應(yīng)。為此,必須在傳感器的上、下端(如橋式稱重傳感器)或左、右端(如懸臂梁式稱重傳感器)設(shè)置大電流旁路電纜,即采用一根多股編織銅線跨接,使整個(gè)傳感器形成對(duì)地等電位狀態(tài),基礎(chǔ)板與承重臺(tái)連接為一個(gè)等勢體,可以防止意外電流從傳感器上經(jīng)過而造成傳感器損壞。這樣,秤臺(tái)與電子汽車衡接地網(wǎng)之間有了大電流回流通道,當(dāng)靜電感應(yīng)時(shí),可以從大地補(bǔ)充電子,使其中和,不致因設(shè)備產(chǎn)生高電位后不能快速疏散。

2.防電磁感應(yīng)雷擊。近年來,電子汽車衡除了受到直擊雷的危害外,更多是雷電的電磁效應(yīng)所產(chǎn)生的對(duì)精密電子設(shè)備具有破壞性質(zhì)的電涌電流。

(1)電涌的產(chǎn)生及危害。電涌是微秒量級(jí)的異常大的電流脈沖,其波動(dòng)時(shí)間一般在 0.25～20μS,其單位能量一般在 2.5～10MJ/Ω,它可使電子設(shè)備受到瞬間過電壓而遭破壞。而雷電是導(dǎo)致電涌的最明顯的原因,當(dāng)空中雷擊時(shí),帶異性電荷云團(tuán)間產(chǎn)生強(qiáng)烈放電,會(huì)產(chǎn)生幅值大和上升沿很陡的電磁場,這種高強(qiáng)度的瞬變電磁場會(huì)使在電磁場所涉及的導(dǎo)體上產(chǎn)生很大的感應(yīng)電動(dòng)勢,從而使稱重儀表、計(jì)算機(jī)主機(jī)和顯示器的元器件損壞。因此,雷電通過擊中電源線、信號(hào)線和雷電的電磁脈沖的影響所產(chǎn)生的電涌,可以使計(jì)算機(jī)、儀器儀表等電子設(shè)備受到瞬間過電壓而遭到破壞。另外,大型電機(jī)設(shè)備、電梯、發(fā)電機(jī)、空調(diào)、制冷設(shè)備等也會(huì)引發(fā)電涌。UPS 也可能被電涌摧毀。

(2)電涌防護(hù)原理。在電涌的防護(hù)當(dāng)中,電涌保護(hù)器的使用已日趨頻繁;電涌防護(hù)器(SPD,SurgeprotectionDevice),是至少應(yīng)包含一個(gè)非線性電壓限制元件,用于限制暫態(tài)過電壓和分流浪涌電流的裝置。電涌不能被阻止,因?yàn)樗哪芰刻珡?qiáng)。正是由于這種原因,保護(hù)敏感電氣設(shè)備免受電涌損壞的策略是把電涌從設(shè)備分流。

(3)電涌防護(hù)方案。雷電的感應(yīng)浪涌電壓的入侵途徑除了進(jìn)線電源外,主要是通過信號(hào)線竄入設(shè)備內(nèi)部,致使稱重儀表、計(jì)算機(jī)的接口電路損壞,因此,應(yīng)高度重視對(duì)電涌的防范,切不可抱有僥幸心理。為了進(jìn)一步降低電涌的傷害,我們擬訂了以下預(yù)防方案。

一是合理布線和屏蔽。進(jìn)入磅房的低壓電力電纜宜埋地引入,采用具有金屬鎧裝屏蔽層的電纜,且屏蔽層兩端接地,以最大限度地衰減從各種導(dǎo)線引入的雷電高電壓。

二是等電位聯(lián)合接地,即防雷接地、保護(hù)接地、工作接地共同接到秤體接地網(wǎng)上,地網(wǎng)阻值要求在 4Ω以下。這種接地方式有效地降低了接地電阻,又可使設(shè)備之間的地電位相等。使整個(gè)衡器計(jì)量系統(tǒng)有一個(gè)共同的接地系統(tǒng)。

三是安裝電涌防護(hù)器。對(duì)電源系統(tǒng)的防雷應(yīng)采取三級(jí)防雷系統(tǒng),磅房內(nèi) 220/380V 供電系統(tǒng)采用 TN-C-S 型式,由于磅房內(nèi)電子設(shè)備相距很近,只需在電源入口下端安裝電源第一、二級(jí)復(fù)合防雷保護(hù)器,即在各相線與中性線之間安裝 FYS-0.22kV 型避雷器,實(shí)施配電系統(tǒng)的第一、二級(jí)防雷保護(hù);在與計(jì)量系統(tǒng)有關(guān)的電源插座處,安裝電涌防護(hù)器用于電源的第三級(jí)防護(hù)。通過多級(jí)電源防雷設(shè)施,徹底泄放雷電過電流,限制過電壓,盡可能防止雷電通過電力線路竄入計(jì)量系統(tǒng),損壞系統(tǒng)設(shè)備。 同時(shí)對(duì)計(jì)量室網(wǎng)絡(luò)連接采用 ADSL 專線接入的,為了避免通信電纜引入雷電的可能性,采用的技術(shù)是在電纜接入計(jì)量系統(tǒng)前先接入信號(hào)避雷器(信號(hào) SPD),盡可能地降低雷電對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的沖擊。

四是傳感器信號(hào)電纜的防雷保護(hù)。在整個(gè)稱重計(jì)量系統(tǒng)中,磅房到秤臺(tái)有一段較長距離的傳感器信號(hào)電纜。雷擊通過電磁感應(yīng)途徑,可在線路上引入高電位,造成稱重儀表因雷擊損壞。各信號(hào)電纜特別是磅房到秤體的一段信號(hào)電纜的屏蔽層以及金屬穿線管應(yīng)可靠接地,把閃電的電磁脈沖從空間入侵的通道全部阻斷,使得閃電無縫可鉆,以消除電磁感應(yīng)雷擊的破壞。 所以,計(jì)量室的電涌過壓及電磁干擾的防護(hù),是保證正常辦公、電氣設(shè)備及人身安全的重要技術(shù)手段,是確保電子設(shè)備運(yùn)行和信息網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行不可缺少的技術(shù)環(huán)節(jié)。電涌防護(hù)在日常辦公和經(jīng)營活動(dòng)中的作用也變得越來越突出和重要。

由于雷電是不可預(yù)測的,加之雷電傷害的成因很復(fù)雜,所以沒有方法徹底消除它的影響。然而如把多種方法結(jié)合使用,就可有效降低雷電的侵害,防雷電的影響就可取得令人滿意的效果,因此必須建立完善、可靠的電子汽車衡的防雷接地系統(tǒng),以保證整個(gè)電子稱重系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行。

(編輯/李舶)