談?wù)劺纂妼?duì)電子地磅的危害及防護(hù)措施
一、前言
目前，淮北礦區(qū)已有近40臺(tái)數(shù)字式電子汽車(chē)衡，其中多為金鐘電子衡器股份有限公司、長(zhǎng)沙衡器傳感器研究所生產(chǎn)，*大秤量為150噸，由數(shù)字稱(chēng)重顯示器、數(shù)字式稱(chēng)重傳感器、計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)備等組成。其中近30臺(tái)電子汽車(chē)衡用于煤炭銷(xiāo)售稱(chēng)重計(jì)量，這些電子汽車(chē)衡分布在百里礦區(qū)，大多數(shù)地處空曠地帶，環(huán)境比較惡劣復(fù)雜，加上對(duì)雷的電磁效應(yīng)所產(chǎn)生的電涌電流防范措施不完善，特別到雷雨季節(jié)，時(shí)常因雷擊出現(xiàn)較大范圍的電子設(shè)備故障，給企業(yè)帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)損失，更影響了礦區(qū)煤炭的正常經(jīng)營(yíng)銷(xiāo)售，因此防雷工作非常重要，必須采取經(jīng)濟(jì)合理的措施，以解決電子地磅的防雷問(wèn)題?，F(xiàn)筆者結(jié)合近幾年的實(shí)際工作，談?wù)勅绾渭訌?qiáng)汽車(chē)衡的防雷，僅供參考。
二、雷電的防范措施分析
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。直擊雷以聲、光、電同時(shí)發(fā)生，瞬間電流達(dá)數(shù)十萬(wàn)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(chēng)二次雷擊），它比直擊雷成災(zāi)率更高，間接損失更大，是二十世紀(jì)八十年代以來(lái)雷電災(zāi)害*顯著的特征，也是雷電防御技術(shù)迫切需要解決的難題。以下就針對(duì)各自的特點(diǎn)，具體談?wù)劮览状胧?br>1. 防直擊雷
由于礦區(qū)電子汽車(chē)衡多處空曠地帶，周?chē)儆懈邔咏ㄖ?，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。因此，可根據(jù)具體地點(diǎn)，按規(guī)范合理設(shè)置避雷針，以**放電效應(yīng)中和云團(tuán)中的電荷，有效地保護(hù)電子稱(chēng)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。
2. 防感應(yīng)雷擊
當(dāng)雷電放電路徑不經(jīng)過(guò)防雷保護(hù)裝置時(shí)，放電過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬變電磁場(chǎng)在附近的導(dǎo)
體中感應(yīng)到強(qiáng)大的電磁脈沖，稱(chēng)感應(yīng)雷。感應(yīng)雷可通過(guò)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。
2.1 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(méi)有產(chǎn)生直接雷擊，但通過(guò)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)電子地磅一般有10至12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**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(chēng)重傳感器）或左、右端（如懸臂梁式稱(chēng)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(shì)體，可以防止意外電流從傳感器上經(jīng)過(guò)而造成傳感器損壞。這樣，秤臺(tái)與電子汽車(chē)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。
2.2 防電磁感應(yīng)雷擊
近年來(lái)，煤炭行業(yè)的電子地磅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。電涌是微秒量級(jí)的異常大的電流脈沖，其波頭時(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(guò)電壓而遭破壞。而雷電是導(dǎo)致電涌的*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(chǎng)，這種高強(qiáng)度的瞬變電磁場(chǎng)會(huì)使在電磁場(chǎng)所涉及的導(dǎo)體上產(chǎn)生很大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而使稱(chēng)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(guò)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(guò)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。目前，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,Surge protection Device)，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(guò)電壓和分流浪涌電流的裝置。一般電涌防護(hù)器采用MOV（金屬氧化物半導(dǎo)體變阻器）技術(shù)，它和火花間隙技術(shù)是不同的。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。當(dāng)電壓升高達(dá)到頂先設(shè)定的水平時(shí)，MOV立即動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間為1～3毫微秒。MOV中的“V”是變阻器，在響應(yīng)的一瞬間，MOV的電阻從完全值降到近乎零歐姆，MOV使瞬態(tài)高電壓找到了入地的通路，吸引過(guò)電流遠(yuǎn)離敏感的電氣設(shè)備，MOV把過(guò)電壓漏泄掉，電氣設(shè)備繼續(xù)在正常的工作電壓下運(yùn)行。
按工作原理電涌防護(hù)器分為三類(lèi)，（a）電壓SPD(Voltage switching tspdypeSPD)開(kāi)關(guān)型，無(wú)電涌出現(xiàn)時(shí)為高阻抗，當(dāng)出現(xiàn)電壓電涌時(shí)突變?yōu)榈妥杩?。通常采用放電間隙、充氣放電管、
閘流管和三端雙向可控硅元件作這類(lèi)SPD的組件。有時(shí)稱(chēng)這類(lèi)SPD為“短路開(kāi)關(guān)型”或“克羅巴型”SPD。（b）限壓型SPD(Voltage limiting typeSPD)，無(wú)電涌出現(xiàn)時(shí)為高阻抗，隨著電涌電流和電壓的增加，阻抗跟著連續(xù)變小。通常采用壓敏電阻、抑制二極管作這類(lèi)SPD的組件。有時(shí)稱(chēng)這類(lèi)SPD為“鉗壓型”SPD。（c）組合型SPD(Combinatino typeSPD)，由電壓開(kāi)關(guān)型組件和限壓型組件組合而成，可以顯示為電壓開(kāi)關(guān)型或限壓型或這兩者都有的特性，這決定于所加電壓的特性。按照浪涌保護(hù)器在電子信息系統(tǒng)的功能，可分為電源浪涌保護(hù)器、天饋浪涌保護(hù)器和信號(hào)浪涌保護(hù)器。
（3）電涌防護(hù)器的選擇。在選擇電涌防護(hù)器時(shí)，應(yīng)選擇一個(gè)技術(shù)先進(jìn)的制造商，產(chǎn)品應(yīng)具有詳細(xì)的說(shuō)明書(shū)、技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)地、符合各方面的標(biāo)準(zhǔn)證書(shū)及有銷(xiāo)售許可證書(shū)等。
1) 設(shè)計(jì)是否有利于用戶并且容易安裝。理想的產(chǎn)品應(yīng)該是一個(gè)小型、緊湊并且能夠安裝在現(xiàn)有的空間內(nèi)，同時(shí)易于安裝。因此在安裝電涌防護(hù)器時(shí)越接近配電箱越好，*好是在15cm以?xún)?nèi)。
2) 反應(yīng)時(shí)間。電涌防護(hù)器的反應(yīng)時(shí)間必須比電涌的速度快。反應(yīng)時(shí)間在毫微秒(納秒)級(jí)均符合技術(shù)要求。
3) 一次能夠處理的*大電流。*大電流即峰流是一個(gè)電涌防護(hù)器的處理*大電流的能力。
4) 吸收能量的能力。電涌防護(hù)器吸收能量的能力以焦耳來(lái)衡量，焦耳值越高，電涌防護(hù)器的使用壽命越長(zhǎng)。
5) 鉗制電壓的能力。也就是將過(guò)電壓鉗制到電氣設(shè)備所能承受的**范圍之內(nèi)的能力。1998年6月1開(kāi)始實(shí)施的GAl73—1998標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：用于220／380V電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)防雷保安器(電涌防護(hù)器)的鉗制電壓應(yīng)小于或等于2kV。
6) 符合國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，包括UL449、IEEE、NEMA和IEC。
（4）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(guò)信號(hào)線竄入設(shè)備內(nèi)部，致使稱(chēng)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。鑒于以上情況，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*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?jī)?nèi)220/380V供電系統(tǒng)采用TN-C-S型式，由于磅房?jī)?nèi)電子設(shè)備相距很近，只需在電源入口下端安裝電源**、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**、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)，其接線如圖所示。通過(guò)多級(jí)電源防雷設(shè)施，徹底泄放雷電過(guò)電流，限制過(guò)電壓，盡可能防止雷電通過(guò)電力線路竄入計(jì)量系統(tǒng)，損壞系統(tǒng)設(shè)備。
圖1 電源防雷示意圖
同時(shí)對(duì)計(jì)量室網(wǎng)絡(luò)連接采用ADSL專(zhuān)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(chēng)重計(jì)量系統(tǒng)中，有一處不可忽略，就是磅房到秤臺(tái)有一段較長(zhǎng)距離的傳感器信號(hào)電纜。雷擊通過(guò)電磁感應(yīng)途徑，可在線路上引入高電位，造成稱(chēng)重儀表因雷擊損壞。為此，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(wú)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(guò)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**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(yíng)活動(dòng)中的作用也變得越來(lái)越突出和重要。
三、結(jié)束語(yǔ)
由于雷電是不可預(yù)測(cè)的，加之雷電傷害的成因很復(fù)雜，所以沒(méi)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、可靠的電子地磅的防雷接地系統(tǒng)，以保證整個(gè)電子稱(chēng)重系統(tǒng)**、可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行。
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