电子衡器防雷击的方法

秦卫真

摘 要： 本文阐述了雷电对电子衡器的破坏原理并提出了建立电子衡器防雷系统的主要方法。

关键词： 电子衡器;防雷方法

【中图分类号】P427.322     【文献标识码】A     【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.37.129

现在电子衡器在煤炭企业的应用越来越多，承担着频繁的煤炭销售计量任务，其大量程、快速准确的计量特性受到企业青睐。然而，每到雷雨季节，都有电子衡器因遭雷击而损坏，特别是传感器系统更容易被雷击，严重时甚至电子衡器整体被摧毁。一次雷击给企业造成的经济损失可达几万到几十万元，更严重地是影响销售使企业声誉受损，间接损失更大。雷击，既影响了衡器使用单位经营活动的正常进行，使企业蒙受了间接的经济损失，同时又损坏了电子衡器系统，给企业造成了直接的经济损失。

1 雷击对电子衡器破坏原理

雷电是一种常见的自然现象，它具有极大的破坏力。自然界中常见的雷电主要有直击雷、感应雷和传导雷三种。当直击雷对地放电时，在8μs左右达到峰值，并在40μs内完全泄放，因此，直击雷电流具有幅值极高、频率极高、冲击力极强等特点，在地网中产生的电位差会损坏电器设备，甚至直接危及人的生命。当雷电击中输电线路或闪雷放电发生在输电线路附近时，产生的感应雷经由电力线以及与外界有电路联系的信号电路使电子设备损坏，雷电造成的电子设备的损坏，90%以上是感应雷造成的。传导雷是指远处的雷电击中线路或因电磁感应产生的极高电压，由室外电源线路传至建筑物内，损坏电器设备。特别是电子轨道衡系统，雷电可通过轨道对衡器系统进行直接破坏。因此，直击雷、感应雷和传导雷均会作用在电子衡器上进行不同程度的破坏。

大型电子衡器一般都处于室外露天场所，秤台及钢轨等大型金属构件极易遭受雷电袭击，特别容易产生由于电磁感应而导致的浪涌电压，因此，安装在秤台下的传感器及与其相连的二次仪表和相应的计算机系统，很容易遭到雷电的袭击而损坏。大多数情况下，由于传感器弹性体与秤台是处于电气连通状态的，而传感器的弹性体与电子电路之间耐压极限只有1KV到1.5KV，传感器弹性体上感应的高电压会将传感器的应变片和其后的相应电路击穿，这就是大型电子衡器经常因遭受雷击而损坏的最主要的原因。

当电子衡器遭受雷击时，有强大的电流通过传感器的弹性体。经实验测试，即使在传感器的两端加装多条短路分流带，由于高频电流的趋肤效应，当冲击电流达到60KA时，传感器两端的压差可达数千伏，传感器弹性体上有巨大的电流通过，此电流产生的电磁场强度足以破坏传感器内部应变电路和电子电路，进而波及到与其相连的二次仪表及计算机系统。这也是大型电子衡器容易遭雷击而损坏的原因之一;架空的供电电源也极易遭受雷电袭击，所以架空电源也是大型电子衡器易遭雷击而损坏的原因之一。总之，凡是与电子衡器系统有电路连接或信号联系的地方，都有可能引入雷电袭击而产生浪涌电压，造成衡器系统损坏。

2 建立电子衡器防雷击系统

打雷闪电时会引起大气电磁场的强烈变化，主要表现有三种物理过程：一是静电感应，即闪电引起的地面大气静电场变化，使接闪物体附近导体产生感应电荷，对地构成极高的电位差;二是电磁感应，即闪电通道中电流随时间发生变化，在它周围空间形成变化的电磁场，在通道附件的导电物体上产生感应电压和涡电流;三是电磁辐射，是由闪电通道中的电流快速变化形成的。由于电子汽车衡只耐低压，因此闪电引起的上述三种物理过程对其极具破坏性，尤其是电磁感应。微电子设备越先进、耗电越小、越灵敏，则破坏性越大。因此，电子衡器防止雷击主要做好以下工作，把雷电灾害降低到最低水平：

（1）在秤体附近上空要设置避雷针，以尖端放电效应中和云团中的电荷，使电子衡器不致因雷击而损坏。避雷针的高度可根据电子汽车衡长度而定，避雷针保护半径等于其高度的一个圆形区域。

（2）整个秤台要接地，用一根或数根接地电缆将秤体与接地桩相连，接地桩要打在电位恒定的零区，且接地电阻小于4Ω。秤台与接地桩之间有了宽敞的大电流回流通道，则当静电感应时，可以从大地补充电子使其中和，在设备产生高电位后能快速疏散而不致损坏电子汽车衡。

（3）每个传感器要有保护接地。因此每个传感器位置要设置一個接地线，传感器与“地”之间设置接地桩，接地线与接地桩进行可靠连接或将接地线与就近地脚螺栓连接。但地脚螺栓必须与基础内钢筋接地网相连。

（4）穿信号电缆的金属穿线管也必须与接地网相连。称重传感器信号电缆的屏蔽层要接地。电子衡器供电系统，一般从配电室到安装地有较长一段空间距离，秤台到秤房也有一段较长距离的信号电缆，雷击容易通过电磁感应途径，在引线上引人高电位，就有可能造成称重仪表的损坏，因此，称重传感器的信号线和激励称重传感器的电流电源线采用将屏蔽层接地的电缆连接，以消除电磁感应雷击破坏或引起燃爆的可能。称重传感器信号电缆的屏蔽层可以与称重传感器的接地线相连，也可以与称重显示器的接地桩相连;可依现场情况确定，但不允许双点分别同两个接地桩人地。

（5）称重显示仪表外壳要接地。因此。地秤房内设接地极，且与秤的基础内钢筋网（接地）相连，当采用塑料外壳时，应在外壳内表面喷涂一层金属膜再接地。

（6）接线盒要接地。接线盒要设置接地线与秤体相连。电源要有接地，同时要配防浪涌保护器。

（7）出现频繁雷电现象时，要立即切断电源并拔掉电源插头停止工作。

做好以上几点，电子衡器的安全可靠性就大大加强了，特别是那些多雷地区的企业，在安装、使用电子衡器时一定要注意以上要求，以确保电子衡器安全使用。

参考文献

[1] 《电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验》GB/T17626.5-1999.

[2] 《电子秤技术》施汉谦、宋文敏，中国计量出版社，1991年9月第1版.

[3] 《计算机信息系统防雷保安器》GA173-1998.

[4] 《计算机信息系统雷电电磁脉冲安全防护规范》GA267-2000.