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杭州易测计量设备有限公司

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电子地磅秤综合防雷技术措施

前言 随着微电子技术和国民经济的迅速发展 , 电 子地磅秤在大型计量场所得到愈来愈多的应用 (如工厂大型进出货物计量 、高速公路车辆超载计 量检查 、电厂汽车进煤计量等 ), 已经完全取代传 统的机械式地磅秤 。然而, 在电子地磅秤的使用 中发现 , 尽管其相对于机械式地磅秤计量准确 、机 械故障少, 但出现电气故障后将使整个系统瘫痪 。 电子地磅秤是以一个微处理器为核心的单片机 , 抗过电压、过电流能力差, 电子地磅秤压力传感器 部分又在室外 , 因而时常遭受雷电感应电磁脉冲 的危害 , 造成系统瘫痪 。如 2006年 7 月 , 荔波县 某煤矿电子地磅秤遭受雷击, 直接经济损失就达 5 万元人民币 ;2006年 3月贵阳某大型企业电子地 磅秤遭受雷击 , 当时直接经济损失即达 7 万元人 民币 。目前 , 多数人对于电子地磅秤的工作原理 还比较生疏 , 本文简要介绍电子地磅衡器系统的 同时 , 对系统的雷电防护必要措施作一些技术 说明 。 2 电子地磅秤结构简介 电子地磅秤系统主要由桥秤板面 、称重压力 传感器 、前端信号放大器 、称重数据处理器、重量 显示器 、打印设备等组成 。其中称重压力传感器 、 前端信号放大器在室外桥秤下 , 称重数据处理器 、 重量显示器 、打印设备在室内 (图 1)。
工作原理是 :系统接通 220V交流工作电源 后, 电子地磅衡器系统清零 , 称重数据处理器送出 励磁信号通过前端放大处理到压力传感器 , 当车 载货物经过或停在桥秤上时 , 压力传感器送出毫 安级的模拟信号回前端放大器 , 信号放大后再送 回室内称重数据处理器处理换算成相应重量显 示, 需要打印时 ,通过打印机输出 。 电子地磅秤使用 220V50Hz交流市电, 信号处 理部分弱电设备的工作电压一般在 5 ~ 18V, 工作 电流多为毫安级 ;两根励磁信号线 、两条反馈信号 线、两条测量信号线共 6根数据信号线。 根据厂 家设备要求 ,系统接地电阻应 <4Ψ。
3 电子地磅秤遭受雷击原因分析
3.1 地电位反击 地电位不平衡造成地电位反击的事例占多 数 。在调查的所有电子地磅秤使用单位中, 无一 家按照 GB50057 -94(2000)《建筑物防雷设计规 范 》或 GB50343 -2004《建筑物电子信息系统防雷 技术规范》相关规定 , 采用联合接地或暂态联合接 地 , 仅仅将前端放大器和桥秤支架接地 (参见图 2), 也未与建筑物防雷地连接 , 两者相距最远均 < 10m, 存在建设之初就埋下雷击事故隐患 。
3.2 球型闪电 球型闪电的直接雷很难预以防护, 它是一种带 有大量电荷等离子体, 触及物体时通过瞬间的放电 将电器设备烧毁 ,通过安装避雷针和布设避雷带也 很难消除其危害 。尽管球型闪电的形成的几率很 低 ,造成的雷击事故相对较少, 但在调查过程中也 发现过球型闪电接触称重桥秤后将电子衡器系统 击坏报废的情况 。
3.3 电源线路、信号线路雷电波侵入 所有电子地磅秤使用单位的 220V电源线路 、 信号线路都未安装相应的电涌保护器, 也未做线路 (特别是信号线路 )屏蔽处理 , 经调查:几乎所有的 使用单位的电子衡器系统均遭受过雷击事故。 3.4 接地隐患 由于电子地磅秤组成比较简单,而且设备基本在 室内 ,即使称重桥秤在室外,也有遮雨金属棚防雨, 因 此,几乎所有使用单位只是根据设备说明做个简单接 地处理,而且都未做接地测试。经过检查, 电子地磅 秤普遍存在着接地电阻偏大 (最大达 27Ψ)、接地导线 面积偏小(多数采用 2.5mm 2 单芯铜线 )、未进行有效 等电位连接处理等一系列不安全隐患 。 4 雷电防护技术标准 正确参照技术标准相关规定是有效设计防雷 措施的前提, 按照电子地磅秤工作原理和设备性 质 ,该系统基本属于建筑物内电子信息系统特点 , 电子地磅秤系统雷电防护主要应参照 GB50057 -94 (2000)《建筑物防雷设计规范 》、 GB50343 -2004 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》外, 还应遵守 下列标准图集:99(03)D501— 1《建筑物防雷设施安 装 》、02D501— 2《等电位连接安装 》、03D501— 4《接 地装置安装 》,按照图集要求施工。
5 电子地磅秤防雷措施 由于电子地磅秤电子系统基本处于室内 ,除在直接雷击防护措施符合要求的场合外 ,一般情况下 可以不考虑直接雷击防护 。因此主要考虑设计 、完 善弱电系统防雷措施———电涌保护、等电位连接 、 接地处理 。 电涌保护器(SPD)的正确使用和安装 , 是整个 防雷系统中的重要环节, 电子衡器系统防雷击保护 中的 SPD使用 , 应主要从两个方面来考虑 , 一是控 制室内的保护 ,应从供电系统保护和由传感装置传 输的信号以及与外部连接的传输信号和监控信号 等方面综合加以考虑。
5.1 电源线路 对供电系统而言应采取三级防护 ,第一级以采 用开关式 SPD以进行大电流泄放为宜, 通流容量 ≥ 80KA;第二级采用限压型 SPD进行泄放 ,通流容量 ≥80KA;第三 级推 荐使 用串 联 式电 涌保 护 器 (SPD)。安装位置和方法的正确与否直接关系到电 涌保护器的泄放效果 , 因此, 第一级与第二级的安 装距离应在 10m以上, 后两级的安装距离应 <5m。 其它与外部相连的信号通讯传输线路均应加装专 用 SPD。
5.2 信号线路 首先用金属管或金属线槽进行屏蔽处理, 其 次,电子部件传感器加装专用 SPD保护装置 , 方能 起到良好的效果 。由于电子地磅秤弱电设备的工 作电压只有 5 ~ 12V, 工作电流也多为毫安级的 , 选 型和安装必须仔细进行现场考察 ,信号线路电涌保 护器目前仅有国外 PHOENIX和 OBO两家, 而且价 格较高,国内也仅有一两家生产 , 安装时一定注意 连接可靠 ,否则可能影响保护效果 。
5.3 等电位连接 室内部分 :由于电子地磅秤电子系统设备较少 且集中,与室外信号连接仅六根信号线 ,故采用 S型 等电位连接方式,等电位连接端子采用 50 ×5 ×300 扁铜 ,信号地、保护地、信号线路屏蔽钢管接地均采 用≥6mm 2 多芯铜线与等电位连接端子相联 , 接地 引入线采用≥16mm 2 多芯铜线与接地装置相联 。 室外部分:主要在桥秤地点, 采用 50 ×5 ×300 扁铜做等电位连接端子 , 桥秤钢板 、前端放大器外 壳、信号 SPD、压力传感器信号地、信号线路屏蔽钢 管接地均采用 ≥6mm 2 多芯铜线与等电位连接端子 相联 ,并对地磅本身进行多点 (不少于 4点 )均衡接 地,接地引入线采用 ≥16mm 2 多芯铜线与接地装置 相联 (图 2)。
5.4 接地 对于电子地磅秤电子系统,应采用联合接地方式 :建筑物防雷地 、室内等电位连接接地 、室外等电 位连接接地共用接地装置 ,室外部分距离室内部分 接地装置较远时 ,可利用信号线路金属屏蔽管做连 接导体 ,达到联合接地效果 。根据 GB50343 -2004 《建筑物电子信息系统防雷技术规范 》、GB/T2887 -2000《电子计算机场地通用规范 》, 系统联合接地 接地电阻应 <4Ψ。
6 结束语 电子地磅秤电子系统基本不考虑直接雷击危 害,但由于系统本身信号比较微弱 , 接口及其芯片 抗冲击能力非常差, 设计、现场安装人员需要较为 专业的技术人员才能进行, 加之电子地磅秤信号部 分避雷器需要特殊定做生产, 所以一直是个防雷难 点。但只要不断丰富自己的知识 ,努力提高技术水 平,充分了解保护对象的工作原理、结构, 按照雷电 防护的基本原理, 就能采取合理的措施, 有效的减 小雷电灾害损失。
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