談談雷電對電子汽車衡的危害及防護措施

一、雷電的防范措施分析

根據(jù)雷電的破壞性和特點，可將雷電分為直擊雷和感應雷。直擊雷以聲、光、電同時發(fā)

生，瞬間電流達數(shù)十萬安培，所產(chǎn)生的電效應和熱效應能導致火災，熔化物體；感應雷（亦

稱二次雷擊），它比直擊雷成災率更高，間接損失更大，是二十世紀八十年代以來雷電災害

顯著的特征，也是雷電防御技術(shù)迫切需要解決的難題。以下就針對各自的特點，具體談談

防雷措施。

1. 防直擊雷

由于礦區(qū)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)的保護范圍內(nèi)，這就有可能與空中帶電云團之間產(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，按規(guī)范合理設置避雷針，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。直擊雷防雷設備的作用是接閃，即防止雷電直接擊中計量室以及接閃器保護范圍內(nèi)的各種金屬管線和用電設備。對于在接閃器保護范圍外的各種金屬導線以及由直擊雷所產(chǎn)生的感應雷電是不能保護的。

2. 防感應雷擊

當雷電放電路徑不經(jīng)過防雷保護裝置時，放電過程中產(chǎn)生強大的瞬變電磁場在附近的導體中感應到強大的電磁脈沖，稱感應雷。感應雷可通過靜電感應、電磁感應兩種不同的感應

方式侵入導體。

2.1 防靜電感應雷擊

雷雨時，空中的帶電云團同室外的秤臺之間雖然并沒有產(chǎn)生直接雷擊，但通過靜電耦合

會使設備帶上與云團極性相反的電荷。當空中帶電云團與其它云團產(chǎn)生雷擊放電，突然消失

時，為疏散聚集在秤臺頂部的大量電荷，就會產(chǎn)生很大的回流電流。一臺電子汽車衡一般有

10至 12 個支承點與傳感器連接，當靜電感應雷擊造成大電流回流時，上述承載點就是回流通道的不良環(huán)節(jié)，就會在電路中形成靜電感應。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）設置大電流旁路電纜，即采用一根多股編織銅線跨接，使整個傳感器形成對地等電位狀態(tài)，基礎板與承重臺連接為一個等勢體，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，秤臺與電子汽車衡接地網(wǎng)之間有了大電流回流通道，當靜電感應時，可以從大地補充電子，使其中和，不致因設備產(chǎn)生高電位后不能快速疏散。

2.2 防電磁感應雷擊

近年來，煤炭行業(yè)的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所產(chǎn)

生的對精密電子設備具有破壞性質(zhì)的電涌電流。

（1）電涌的產(chǎn)生。電涌是微秒量級的異常大的電流脈沖，其波頭時間一般在0.25～20μS，

其單位能量一般在 2.5～10MJ/?，它可使電子設備受到瞬間過電壓而遭破壞。而雷電是導致

電涌的明顯的原因，當空中雷擊時，帶異性電荷云團間產(chǎn)生強烈放電，會產(chǎn)生幅值大和上

升沿很陡的電磁場，這種高強度的瞬變電磁場會使在電磁場所涉及的導體上產(chǎn)生很大的感應

電動勢，從而使稱重儀表、計算機主機和顯示器的元器件損壞。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。另外，大型電機設備、電梯、發(fā)電機、空調(diào)、制冷設備等也會引發(fā)電

涌。UPS 也可能被電涌摧毀。

（2）電涌防護原理。目前，在電涌的防護當中，電涌保護器的使用已日趨頻繁；電涌

防護器（SPD,Surge protection Device)，是至少應包含一個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。一般電涌防護器采用 MOV（金屬氧化物半導體變阻器）

技術(shù)，它和火花間隙技術(shù)是不同的。電涌不能被阻止，因為它包含的能量太強。正是由于這

種原因，保護敏感電氣設備免受電涌損壞的策略是把電涌從設備分流。當電壓升高達到頂先

設定的水平時，MOV 立即動作，響應時間為 1～3 毫微秒。MOV 中的“V”是變阻器，在響應的一瞬間，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，吸引過電流遠離敏感的電氣設備，MOV把過電壓漏泄掉，電氣設備繼續(xù)在正常的工作電壓下運行。

按工作原理電涌防護器分為三類，（a）電壓 SPD(Voltage switching tspdypeSPD)開關(guān)型，

無電涌出現(xiàn)時為高阻抗，當出現(xiàn)電壓電涌時突變?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 SPD的組件。有時稱這類 SPD為“短路開關(guān)型”或“克羅巴型”SPD。（b）限壓型 SPD(Voltage limiting typeSPD)，無電涌出現(xiàn)時為高阻抗，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 SPD 的組件。有時稱這類 SPD為“鉗壓型”SPD。（c）組合型 SPD(Combinatino typeSPD)，由電壓開關(guān)型組件和限壓型組件組合而成，可以顯示為電壓開關(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。按照浪涌保護器在電子信息系統(tǒng)的功能，可分為電源浪涌保護器、天饋浪涌保護器和信號浪涌保護器。

（3）電涌防護器的選擇。在選擇電涌防護器時，應選擇一個技術(shù)先進的制造商，產(chǎn)品

應具有詳細的說明書、技術(shù)指標、產(chǎn)地、符合各方面的標準證書及有銷售許可證書等。

1) 設計是否有利于用戶并且容易安裝。理想的產(chǎn)品應該是一個小型、緊湊并且能夠安

裝在現(xiàn)有的空間內(nèi)，同時易于安裝。因此在安裝電涌防護器時越接近配電箱越好，好是在

15cm以內(nèi)。

2) 反應時間。電涌防護器的反應時間必須比電涌的速度快。反應時間在毫微秒(納秒)

級均符合技術(shù)要求。

3) 一次能夠處理的電流。電流即峰流是一個電涌防護器的處理電流的能

力。

4) 吸收能量的能力。電涌防護器吸收能量的能力以焦耳來衡量，焦耳值越高，電涌防

護器的使用壽命越長。

5) 鉗制電壓的能力。也就是將過電壓鉗制到電氣設備所能承受的安全范圍之內(nèi)的能力。

1998年 6月1 開始實施的 GAl73—1998 標準規(guī)定：用于 220／380V電力系統(tǒng)的計算機防雷保安器(電涌防護器)的鉗制電壓應小于或等于 2kV。

6) 符合國際和國家標準。國際標準，包括 UL449、IEEE、NEMA和 IEC。

（4）電涌防護方案。雷電的感應浪涌電壓的入侵途徑除了進線電源外，主要是通過信

號線竄入設備內(nèi)部，致使稱重儀表、計算機的接口電路損壞，因此，應高度重視對電涌的防

范，切不可抱有僥幸心理。鑒于以上情況，為了進一步降低電涌的傷害，我們擬訂了以下預

防方案。

一是合理布線和屏蔽。進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，以限度地衰減從各種導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 4? 以下。這種接地方式有效地降低了接地電阻，又可使設備之間的地電位相等。使整個衡器計量系統(tǒng)有一個共同的接地系統(tǒng)。

三是安裝電涌防護器。對電源系統(tǒng)的防雷應采取三級防雷系統(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)電子設備相距很近，只需在電源入口下端安裝電源第一、

二級復合防雷保護器，即在各相線與中性線之間安裝 FYS-0.22kV 型避雷器，實施配電系統(tǒng)的第一、二級防雷保護；在與計量系統(tǒng)有關(guān)的電源插座處，安裝電涌防護器用于電源的第三

級防護，其接線如圖所示。通過多級電源防雷設施，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量系統(tǒng)，損壞系統(tǒng)設備。

同時對計量室網(wǎng)絡連接采用 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)是在電纜接入計量系統(tǒng)前先接入信號避雷器（信號 SPD），盡可能地降低雷電對

系統(tǒng)設備的沖擊。

四是傳感器信號電纜的防雷保護。在整個稱重計量系統(tǒng)中，有一處不可忽略，就是磅房

到秤臺有一段較長距離的傳感器信號電纜。雷擊通過電磁感應途徑，可在線路上引入高電位，

造成稱重儀表因雷擊損壞。為此，各信號電纜特別是磅房到秤體的一段信號電纜的屏蔽層以

及金屬穿線管應可靠接地，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，以消除電磁感應雷擊的破壞。所以，計量室的電涌過壓及電磁干擾的防護，是保證正常辦公、電氣設備及人身安全的重要技術(shù)手段，是確保電子設備運行和信息網(wǎng)絡正常運行不可缺少的技術(shù)環(huán)節(jié)。電涌防護在日常辦公和經(jīng)營活動中的作用也變得越來越突出和重要。

三、結(jié)束語

由于雷電是不可預測的，加之雷電傷害的成因很復雜，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)，以保證整個電子稱重系統(tǒng)安

全、可靠、穩(wěn)定地運行。