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电子汽车衡雷电防护原理及措施

随着电子汽车衡在各个行业的普及和应用,其 称重精确度高、抗干扰能力强等特点倍受人们所推崇。特别 是随着微电子信息系统的引入,电子汽车衡相关配套系统 的集成度也越来越高,称重测量精度也越来越精细,而随之 带来的问题就是其抗雷击过电压能力的减弱。而电子汽车 衡一旦遭到雷击则事必造成货物无法正常称重,企业生产 运输将不能正常运行,其直接或间接损失无法估量。现就电 子汽车衡雷击途径及其防护措施进行详细说明,以供同行 参考。

1 雷击原因及途径 电子汽车衡器一般都处于室外露天场所,其大型金属 构件,如秤台及钢轨等极易遭受雷击,极易由于电磁感应而 产生浪涌电压。传感器、仪表和计算机等由于临近秤台或 与之连接,容易受到雷击而损坏。传感器弹性体及电路耐压 1.0~1.5 kV,无法抵抗雷电侵袭,并且波及连接的二次仪表 及计算机系统。此外,由于地处空旷地带,往往采用架空方 式引入电子汽车衡的供配电系统线路,容易遭受雷电波入 侵,损坏电器设备和危及人身安全。通过以上电子汽车衡雷 击原因分析,对雷电袭击途径有了比较清晰的了解,而其防 雷系统也正是对其雷击途径加以防护。
2 雷电防护原理
2.1 直接雷击防护 由于电子汽车衡多处在空旷地带,周围很少有建筑物 对其形成直击雷防护,这就很有可能使电子汽车衡与空中 带电云团之间产生放电并引起直接雷击。为此,应当在电子 汽车衡附近根据现场实际情况设置避雷针,以尖端放电效应 中和云团中的电荷,有效地保护电子称重系统,避免遭受直 接雷击。但是,避雷针只是防止雷电直接击中计量室及附近 用电设备,对于雷电波沿着架空金属管线侵入计量室或雷 电感应引起周围金属构件产生电磁感应等非直击雷的防 护,仅是采用避雷针还是远远不够的。
2.2 静电感应雷击防护 1 台电子汽车衡一般有 10~12 个支承点与传感器连接, 当雷电发生时,空中的带电云团同室外的秤台之间虽然没有 产生直接雷击,但通过静电耦合会使秤台表面积聚大量与 云团极性相反的电荷,而秤台支承点则是静电电荷泄放的 主要通道。因此,必须在传感器的上、下端设置大电流旁路 电缆,使整个传感器形成对地等电位状态,基础板于承重台 连接为一个等势体,以防止感应电流从传感器上经过而造成传感器损坏。
2.3 电磁感应雷击防护 当空中雷击时,带异性电荷云团间产生强烈放电,会产 生高强度的瞬变电磁场,使其涉及的导体上产生很大的感 应电动势,从而损坏称重仪表、计算机硬件系统的元器件。 因此,雷电通过击中电源线、信号线和雷电的电磁脉冲的影 响所产生的电涌,可以使计算机、仪器仪表等电子设备受到 瞬间过电压而遭到破坏。

3 具体防护措施
3.1 电源线路防雷电波侵入 由于很多企业内电子汽车衡位置往往处于门卫或车辆 进出场所附近,因此在电子汽车衡称重设备配电系统方面 大部分都采用架空线路直接引入汽车衡操作室,只有少数 新建企业采用埋地线路敷设。因此,在对电源线路采取防雷 措施时,应首先考虑线路入户方式,根据入户方式的不同对 应采取不同的雷电防护等级。首先,在直击雷非防护区或直 击雷防护区与第一防护区交界处应安装通过 I 级分类试验 的浪涌保护器或限压型浪涌保护器作为第一级保护;第一 防护区之后的各分区交界处应安装限压型浪涌保护器。同 时,在浪涌保护器前端应安装过电流保护装置。浪涌保护器 安全的数量应根据称重设备的耐冲击过电压额定值来确 定。而浪涌保护器标称放电电流参数值则需根据相应防雷 技术规范来确定。一般情况下,电子衡器电源系统采用 3 级 防雷保护,第一级电源防雷模块安装在系统供电开关后,第 二级电源防雷模块安装在稳压电源前,第三级电源防雷模块 安装在设备前。此外
,3 级防雷保护做到共地,并与秤体共 地,做到等电位。
3.2 信号线路屏蔽、接地及防雷电波侵入 一般数字式电子汽车衡采用 RS485 总线技术,通过信 号线缆将秤台传感器与称重设备之间进行连接,实现信号 的远距离传输,这样在一定程度上不但解决了多路称重传 感器的信号接收,也保证了信号传输的稳定性和可靠性。因 此,RS485 总线的信号防雷措施就显得尤为重要。首先,应 将信号传输线路进行穿金属管埋地敷设,同时应将埋地金 属管两端与接地装置进行可靠连接。另外,在设备输入/出端 口处应设置相应的信号浪涌保护器。
3.3 秤台防雷接地 在秤台周围构建包括基础在内的防雷接地网(接地 井),整个系统在秤台附近接单接地极。这样,整体衡器系统 只有 1 个基础电位,并与室内设备等电位连接器及房屋接 地相连接,做到共地,当发生雷击时,此电位就会随着接地 点的电位起伏而变化,确保整体电子衡器系统安然无恙。

3.4 相关称重设备等电位连接 在电子汽车衡附近一般设置有配套的操作室,称重显 示仪表、打印机、计算机等设备均在其中。因此,对操作室内 设备应考虑等电位连接。利用等电位连接带将操作室内各 设备采用星形连接网络进行可靠连接,使整体衡器系统的 基础电位随地线电位的变化而变化,避免因某个设备由于 线路产生高电位而影响到其他设备。室内等电位连接网络 应与室外接地系统进行连接,接地点一般不少于 2 处。 3.5 监控系统防雷设施 根据各单位管理要求,在某些单位内电子汽车衡附近 设置有监控系统。那么,对于监控系统的防雷措施保护问题 也应作为电子汽车衡防雷系统来进行防雷措施保护。 3.5.1 监控线路材料的防雷要求。一般的监控系统线路材 料通常有 3 种:同轴电缆,用于较近距离或室内监控系统; 双较线,用于中距离监控系统;光缆,用于远距离或超远距 离监控系统。针对于同轴电缆监控系统的防雷,通常时在监 控摄像头和监控设备处安装同轴型电涌保护器,同时在同轴 电缆进入室内处将电缆屏蔽金属层与建筑物接地装置进行 等电位连接。针对于双较线监控系统的防雷,则只需要在监 控摄像头和监控设备处安装信号型电涌保护器。而针对于 光缆监控系统的防雷,无需安装电涌保护器,只需要在光缆 入户处将光缆加强芯进行接地处理。因此,在对于一类场所
监控系统进行检测工作时,应首先考虑监控线路材料类型, 根据材料不同选材来决定防雷措施及检测要点。  监控设备抗雷击电流冲击能力。为了提高监控系统 的高清晰和低失真,监控设备生产厂家在设备内部电路板 上采用了很多大规模和超大规模集成电路,而这也大大降低 了抗雷电流能力,一般情况下如果线路产生高出正常额定 电压几伏特至十几伏特都会导致电路板击穿甚至烧毁。因 此,在对监控设备防雷电波侵入设施检测时,应首先考虑到 监控系统线路入户方式以及供配电系统供电形式,然后应 查看监控设备耐冲击电压能力等相关要求[。

4 结语 随着国家经济建设发展要求,科学技术将涉及到各个 行业和领域,而电子汽车衡作为科技发展的代表性事物势 必会直接或间接地影响到生产运输等环节,因此电子汽车 衡的防雷系统的研究与应用将是今后工作中亟待解决的重 要问题,而作为一名防雷工作者还应当为其继续努力。
 
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