電子汽車衡雷電防護原理及措施

于會明++石艾平

摘要 闡述電子汽車衡組成及原理，分析雷擊事故成因與途徑，介紹直擊雷防護、靜電感應及電感應防護原理，深入剖析雷電入侵途徑及其防護措施與方法。

關鍵詞 電子汽車衡；直擊雷防護；等電位連接；原理；措施

中圖分類號 TH715.1 文獻標識碼 B 文章編號 1007-5739（2016）20-0229-01

近年來，隨著電子汽車衡在各個行業(yè)的普及和應用，其稱重精確度高、抗干擾能力強等特點倍受人們所推崇。特別是隨著微電子信息系統(tǒng)的引入，電子汽車衡相關配套系統(tǒng)的集成度也越來越高，稱重測量精度也越來越精細，而隨之帶來的問題就是其抗雷擊過電壓能力的減弱。而電子汽車衡一旦遭到雷擊則事必造成貨物無法正常稱重，企業(yè)生產(chǎn)運輸將不能正常運行，其直接或間接損失無法估量。現(xiàn)就電子汽車衡雷擊途徑及其防護措施進行詳細說明，以供同行參考。

1 雷擊原因及途徑

電子汽車衡器一般都處于室外露天場所，其大型金屬構件，如秤臺及鋼軌等極易遭受雷擊，極易由于電磁感應而產(chǎn)生浪涌電壓。傳感器、儀表和計算機等由于臨近秤臺或與之連接，容易受到雷擊而損壞。傳感器彈性體及電路耐壓1.0～1.5 kV，無法抵抗雷電侵襲，并且波及連接的二次儀表及計算機系統(tǒng)。此外，由于地處空曠地帶，往往采用架空方式引入電子汽車衡的供配電系統(tǒng)線路，容易遭受雷電波入侵，損壞電器設備和危及人身安全。通過以上電子汽車衡雷擊原因分析，對雷電襲擊途徑有了比較清晰的了解，而其防雷系統(tǒng)也正是對其雷擊途徑加以防護。

2 雷電防護原理

2.1 直接雷擊防護

由于電子汽車衡多處在空曠地帶，周圍很少有建筑物對其形成直擊雷防護，這就很有可能使電子汽車衡與空中帶電云團之間產(chǎn)生放電并引起直接雷擊。為此，應當在電子汽車衡附近根據(jù)現(xiàn)場實際情況設置避雷針，以尖端放電效應中和云團中的電荷，有效地保護電子稱重系統(tǒng)，避免遭受直接雷擊。但是，避雷針只是防止雷電直接擊中計量室及附近用電設備，對于雷電波沿著架空金屬管線侵入計量室或雷電感應引起周圍金屬構件產(chǎn)生電磁感應等非直擊雷的防護，僅是采用避雷針還是遠遠不夠的。

2.2 靜電感應雷擊防護

1臺電子汽車衡一般有10～12個支承點與傳感器連接，當雷電發(fā)生時，空中的帶電云團同室外的秤臺之間雖然沒有產(chǎn)生直接雷擊，但通過靜電耦合會使秤臺表面積聚大量與云團極性相反的電荷，而秤臺支承點則是靜電電荷泄放的主要通道。因此，必須在傳感器的上、下端設置大電流旁路電纜，使整個傳感器形成對地等電位狀態(tài)，基礎板于承重臺連接為一個等勢體，以防止感應電流從傳感器上經(jīng)過而造成傳感器損壞。

2.3 電磁感應雷擊防護

當空中雷擊時，帶異性電荷云團間產(chǎn)生強烈放電，會產(chǎn)生高強度的瞬變電磁場，使其涉及的導體上產(chǎn)生很大的感應電動勢，從而損壞稱重儀表、計算機硬件系統(tǒng)的元器件。因此，雷電通過擊中電源線、信號線和雷電的電磁脈沖的影響所產(chǎn)生的電涌，可以使計算機、儀器儀表等電子設備受到瞬間過電壓而遭到破壞。

3 具體防護措施

3.1 電源線路防雷電波侵入

由于很多企業(yè)內電子汽車衡位置往往處于門衛(wèi)或車輛進出場所附近，因此在電子汽車衡稱重設備配電系統(tǒng)方面大部分都采用架空線路直接引入汽車衡操作室，只有少數(shù)新建企業(yè)采用埋地線路敷設。因此，在對電源線路采取防雷措施時，應首先考慮線路入戶方式，根據(jù)入戶方式的不同對應采取不同的雷電防護等級。首先，在直擊雷非防護區(qū)或直擊雷防護區(qū)與第一防護區(qū)交界處應安裝通過I級分類試驗的浪涌保護器或限壓型浪涌保護器作為第一級保護；第一防護區(qū)之后的各分區(qū)交界處應安裝限壓型浪涌保護器。同時，在浪涌保護器前端應安裝過電流保護裝置。浪涌保護器安全的數(shù)量應根據(jù)稱重設備的耐沖擊過電壓額定值來確定。而浪涌保護器標稱放電電流參數(shù)值則需根據(jù)相應防雷技術規(guī)范來確定。一般情況下，電子衡器電源系統(tǒng)采用3級防雷保護，第一級電源防雷模塊安裝在系統(tǒng)供電開關后，第二級電源防雷模塊安裝在穩(wěn)壓電源前，第三級電源防雷模塊安裝在設備前。此外，3級防雷保護做到共地，并與秤體共地，做到等電位。

3.2 信號線路屏蔽、接地及防雷電波侵入

一般數(shù)字式電子汽車衡采用RS485總線技術，通過信號線纜將秤臺傳感器與稱重設備之間進行連接，實現(xiàn)信號的遠距離傳輸，這樣在一定程度上不但解決了多路稱重傳感器的信號接收，也保證了信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。因此，RS485總線的信號防雷措施就顯得尤為重要。首先，應將信號傳輸線路進行穿金屬管埋地敷設，同時應將埋地金屬管兩端與接地裝置進行可靠連接。另外，在設備輸入/出端口處應設置相應的信號浪涌保護器[1-3]。

3.3 秤臺防雷接地

在秤臺周圍構建包括基礎在內的防雷接地網(wǎng)（接地井），整個系統(tǒng)在秤臺附近接單接地極。這樣，整體衡器系統(tǒng)只有1個基礎電位，并與室內設備等電位連接器及房屋接地相連接，做到共地，當發(fā)生雷擊時，此電位就會隨著接地點的電位起伏而變化，確保整體電子衡器系統(tǒng)安然無恙。

3.4 相關稱重設備等電位連接

在電子汽車衡附近一般設置有配套的操作室，稱重顯示儀表、打印機、計算機等設備均在其中。因此，對操作室內設備應考慮等電位連接。利用等電位連接帶將操作室內各設備采用星形連接網(wǎng)絡進行可靠連接，使整體衡器系統(tǒng)的基礎電位隨地線電位的變化而變化，避免因某個設備由于線路產(chǎn)生高電位而影響到其他設備。室內等電位連接網(wǎng)絡應與室外接地系統(tǒng)進行連接，接地點一般不少于2處。

3.5 監(jiān)控系統(tǒng)防雷設施

根據(jù)各單位管理要求，在某些單位內電子汽車衡附近設置有監(jiān)控系統(tǒng)。那么，對于監(jiān)控系統(tǒng)的防雷措施保護問題也應作為電子汽車衡防雷系統(tǒng)來進行防雷措施保護。

3.5.1 監(jiān)控線路材料的防雷要求。一般的監(jiān)控系統(tǒng)線路材料通常有3種：同軸電纜，用于較近距離或室內監(jiān)控系統(tǒng)；雙較線，用于中距離監(jiān)控系統(tǒng)；光纜，用于遠距離或超遠距離監(jiān)控系統(tǒng)。針對于同軸電纜監(jiān)控系統(tǒng)的防雷，通常時在監(jiān)控攝像頭和監(jiān)控設備處安裝同軸型電涌保護器，同時在同軸電纜進入室內處將電纜屏蔽金屬層與建筑物接地裝置進行等電位連接。針對于雙較線監(jiān)控系統(tǒng)的防雷，則只需要在監(jiān)控攝像頭和監(jiān)控設備處安裝信號型電涌保護器。而針對于光纜監(jiān)控系統(tǒng)的防雷，無需安裝電涌保護器，只需要在光纜入戶處將光纜加強芯進行接地處理。因此，在對于一類場所監(jiān)控系統(tǒng)進行檢測工作時，應首先考慮監(jiān)控線路材料類型，根據(jù)材料不同選材來決定防雷措施及檢測要點[4-5]。

3.5.2 監(jiān)控設備抗雷擊電流沖擊能力。為了提高監(jiān)控系統(tǒng)的高清晰和低失真，監(jiān)控設備生產(chǎn)廠家在設備內部電路板上采用了很多大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，而這也大大降低了抗雷電流能力，一般情況下如果線路產(chǎn)生高出正常額定電壓幾伏特至十幾伏特都會導致電路板擊穿甚至燒毀。因此，在對監(jiān)控設備防雷電波侵入設施檢測時，應首先考慮到監(jiān)控系統(tǒng)線路入戶方式以及供配電系統(tǒng)供電形式，然后應查看監(jiān)控設備耐沖擊電壓能力等相關要求[6-8]。

4 結語

隨著國家經(jīng)濟建設發(fā)展要求，科學技術將涉及到各個行業(yè)和領域，而電子汽車衡作為科技發(fā)展的代表性事物勢必會直接或間接地影響到生產(chǎn)運輸?shù)拳h(huán)節(jié)，因此電子汽車衡的防雷系統(tǒng)的研究與應用將是今后工作中亟待解決的重要問題，而作為一名防雷工作者還應當為其繼續(xù)努力。

5 參考文獻

[1] 國家技術監(jiān)督局，中華人民共和國建設部.建筑物防雷設計規(guī)范：GB50057-94[S].北京：中國標準出版社，2000.

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