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(yīng)及電感應(yīng)防護原理，深入剖析雷電入侵途徑及其防護措施與方法。

關(guān)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(biāo)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(yīng)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(guān)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(gòu)件，如秤臺及鋼軌等極易遭受雷擊，極易由于電磁感應(yīng)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(shè)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(yīng)當(dāng)在電子汽車衡附近根據(jù)現(xiàn)場實際情況設(shè)置避雷針，以尖端放電效應(yīng)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(shè)備，對于雷電波沿著架空金屬管線侵入計量室或雷電感應(yīng)引起周圍金屬構(gòu)件產(chǎn)生電磁感應(yīng)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(yīng)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(dāng)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(shè)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(chǔ)板于承重臺連接為一個等勢體，以防止感應(yīng)電流從傳感器上經(jīng)過而造成傳感器損壞。

2.3 電磁感應(yīng)雷擊防護

當(dāng)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(dǎo)體上產(chǎn)生很大的感應(yīng)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(shè)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(nèi)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(shè)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(shè)。因此，在對電源線路采取防雷措施時，應(yīng)首先考慮線路入戶方式，根據(jù)入戶方式的不同對應(yīng)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(yīng)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(yīng)安裝限壓型浪涌保護器。同時，在浪涌保護器前端應(yīng)安裝過電流保護裝置。浪涌保護器安全的數(shù)量應(yīng)根據(jù)稱重設(shè)備的耐沖擊過電壓額定值來確定。而浪涌保護器標(biāo)稱放電電流參數(shù)值則需根據(jù)相應(yīng)防雷技術(shù)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(guān)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(shè)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(shù)，通過信號線纜將秤臺傳感器與稱重設(shè)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(yīng)將信號傳輸線路進行穿金屬管埋地敷設(shè)，同時應(yīng)將埋地金屬管兩端與接地裝置進行可靠連接。另外，在設(shè)備輸入/出端口處應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的信號浪涌保護器[1-3]。

3.3 秤臺防雷接地

在秤臺周圍構(gòu)建包括基礎(chǔ)在內(nèi)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(chǔ)電位，并與室內(nèi)設(shè)備等電位連接器及房屋接地相連接，做到共地，當(dāng)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(guān)稱重設(shè)備等電位連接

在電子汽車衡附近一般設(shè)置有配套的操作室，稱重顯示儀表、打印機、計算機等設(shè)備均在其中。因此，對操作室內(nèi)設(shè)備應(yīng)考慮等電位連接。利用等電位連接帶將操作室內(nèi)各設(shè)備采用星形連接網(wǎng)絡(luò)進行可靠連接，使整體衡器系統(tǒng)的基礎(chǔ)電位隨地線電位的變化而變化，避免因某個設(shè)備由于線路產(chǎn)生高電位而影響到其他設(shè)備。室內(nèi)等電位連接網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(shè)施

根據(jù)各單位管理要求，在某些單位內(nèi)電子汽車衡附近設(shè)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(yīng)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(nèi)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(shè)備處安裝同軸型電涌保護器，同時在同軸電纜進入室內(nèi)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(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)備生產(chǎn)廠家在設(shè)備內(nèi)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(dǎo)致電路板擊穿甚至燒毀。因此，在對監(jiān)控設(shè)備防雷電波侵入設(shè)施檢測時，應(yīng)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(yīng)查看監(jiān)控設(shè)備耐沖擊電壓能力等相關(guān)要求[6-8]。

4 結(jié)語

隨著國家經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展要求，科學(xué)技術(shù)將涉及到各個行業(yè)和領(lǐng)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(yīng)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(yīng)當(dāng)為其繼續(xù)努力。

5 參考文獻

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