秦衛(wèi)真

摘 要： 本文闡述了雷電對(duì)電子衡器的破壞原理并提出了建立電子衡器防雷系統(tǒng)的主要方法。

關(guān)鍵詞： 電子衡器;防雷方法

【中圖分類號(hào)】P427.322 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.37.129

現(xiàn)在電子衡器在煤炭企業(yè)的應(yīng)用越來(lái)越多，承擔(dān)著頻繁的煤炭銷售計(jì)量任務(wù)，其大量程、快速準(zhǔn)確的計(jì)量特性受到企業(yè)青睞。然而，每到雷雨季節(jié)，都有電子衡器因遭雷擊而損壞，特別是傳感器系統(tǒng)更容易被雷擊，嚴(yán)重時(shí)甚至電子衡器整體被摧毀。一次雷擊給企業(yè)造成的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)元，更嚴(yán)重地是影響銷售使企業(yè)聲譽(yù)受損，間接損失更大。雷擊，既影響了衡器使用單位經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的正常進(jìn)行，使企業(yè)蒙受了間接的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)又損壞了電子衡器系統(tǒng)，給企業(yè)造成了直接的經(jīng)濟(jì)損失。

1 雷擊對(duì)電子衡器破壞原理

雷電是一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，它具有極大的破壞力。自然界中常見(jiàn)的雷電主要有直擊雷、感應(yīng)雷和傳導(dǎo)雷三種。當(dāng)直擊雷對(duì)地放電時(shí)，在8μs左右達(dá)到峰值，并在40μs內(nèi)完全泄放，因此，直擊雷電流具有幅值極高、頻率極高、沖擊力極強(qiáng)等特點(diǎn)，在地網(wǎng)中產(chǎn)生的電位差會(huì)損壞電器設(shè)備，甚至直接危及人的生命。當(dāng)雷電擊中輸電線路或閃雷放電發(fā)生在輸電線路附近時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)雷經(jīng)由電力線以及與外界有電路聯(lián)系的信號(hào)電路使電子設(shè)備損壞，雷電造成的電子設(shè)備的損壞，90%以上是感應(yīng)雷造成的。傳導(dǎo)雷是指遠(yuǎn)處的雷電擊中線路或因電磁感應(yīng)產(chǎn)生的極高電壓，由室外電源線路傳至建筑物內(nèi)，損壞電器設(shè)備。特別是電子軌道衡系統(tǒng)，雷電可通過(guò)軌道對(duì)衡器系統(tǒng)進(jìn)行直接破壞。因此，直擊雷、感應(yīng)雷和傳導(dǎo)雷均會(huì)作用在電子衡器上進(jìn)行不同程度的破壞。

大型電子衡器一般都處于室外露天場(chǎng)所，秤臺(tái)及鋼軌等大型金屬構(gòu)件極易遭受雷電襲擊，特別容易產(chǎn)生由于電磁感應(yīng)而導(dǎo)致的浪涌電壓，因此，安裝在秤臺(tái)下的傳感器及與其相連的二次儀表和相應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，很容易遭到雷電的襲擊而損壞。大多數(shù)情況下，由于傳感器彈性體與秤臺(tái)是處于電氣連通狀態(tài)的，而傳感器的彈性體與電子電路之間耐壓極限只有1KV到1.5KV，傳感器彈性體上感應(yīng)的高電壓會(huì)將傳感器的應(yīng)變片和其后的相應(yīng)電路擊穿，這就是大型電子衡器經(jīng)常因遭受雷擊而損壞的最主要的原因。

當(dāng)電子衡器遭受雷擊時(shí)，有強(qiáng)大的電流通過(guò)傳感器的彈性體。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，即使在傳感器的兩端加裝多條短路分流帶，由于高頻電流的趨膚效應(yīng)，當(dāng)沖擊電流達(dá)到60KA時(shí)，傳感器兩端的壓差可達(dá)數(shù)千伏，傳感器彈性體上有巨大的電流通過(guò)，此電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度足以破壞傳感器內(nèi)部應(yīng)變電路和電子電路，進(jìn)而波及到與其相連的二次儀表及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這也是大型電子衡器容易遭雷擊而損壞的原因之一;架空的供電電源也極易遭受雷電襲擊，所以架空電源也是大型電子衡器易遭雷擊而損壞的原因之一。總之，凡是與電子衡器系統(tǒng)有電路連接或信號(hào)聯(lián)系的地方，都有可能引入雷電襲擊而產(chǎn)生浪涌電壓，造成衡器系統(tǒng)損壞。

2 建立電子衡器防雷擊系統(tǒng)

打雷閃電時(shí)會(huì)引起大氣電磁場(chǎng)的強(qiáng)烈變化，主要表現(xiàn)有三種物理過(guò)程：一是靜電感應(yīng)，即閃電引起的地面大氣靜電場(chǎng)變化，使接閃物體附近導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電荷，對(duì)地構(gòu)成極高的電位差;二是電磁感應(yīng)，即閃電通道中電流隨時(shí)間發(fā)生變化，在它周圍空間形成變化的電磁場(chǎng)，在通道附件的導(dǎo)電物體上產(chǎn)生感應(yīng)電壓和渦電流;三是電磁輻射，是由閃電通道中的電流快速變化形成的。由于電子汽車衡只耐低壓，因此閃電引起的上述三種物理過(guò)程對(duì)其極具破壞性，尤其是電磁感應(yīng)。微電子設(shè)備越先進(jìn)、耗電越小、越靈敏，則破壞性越大。因此，電子衡器防止雷擊主要做好以下工作，把雷電災(zāi)害降低到最低水平：

（1）在秤體附近上空要設(shè)置避雷針，以尖端放電效應(yīng)中和云團(tuán)中的電荷，使電子衡器不致因雷擊而損壞。避雷針的高度可根據(jù)電子汽車衡長(zhǎng)度而定，避雷針保護(hù)半徑等于其高度的一個(gè)圓形區(qū)域。

（2）整個(gè)秤臺(tái)要接地，用一根或數(shù)根接地電纜將秤體與接地樁相連，接地樁要打在電位恒定的零區(qū)，且接地電阻小于4Ω。秤臺(tái)與接地樁之間有了寬敞的大電流回流通道，則當(dāng)靜電感應(yīng)時(shí)，可以從大地補(bǔ)充電子使其中和，在設(shè)備產(chǎn)生高電位后能快速疏散而不致?lián)p壞電子汽車衡。

（3）每個(gè)傳感器要有保護(hù)接地。因此每個(gè)傳感器位置要設(shè)置一個(gè)接地線，傳感器與“地”之間設(shè)置接地樁，接地線與接地樁進(jìn)行可靠連接或?qū)⒔拥鼐€與就近地腳螺栓連接。但地腳螺栓必須與基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋接地網(wǎng)相連。

（4）穿信號(hào)電纜的金屬穿線管也必須與接地網(wǎng)相連。稱重傳感器信號(hào)電纜的屏蔽層要接地。電子衡器供電系統(tǒng)，一般從配電室到安裝地有較長(zhǎng)一段空間距離，秤臺(tái)到秤房也有一段較長(zhǎng)距離的信號(hào)電纜，雷擊容易通過(guò)電磁感應(yīng)途徑，在引線上引人高電位，就有可能造成稱重儀表的損壞，因此，稱重傳感器的信號(hào)線和激勵(lì)稱重傳感器的電流電源線采用將屏蔽層接地的電纜連接，以消除電磁感應(yīng)雷擊破壞或引起燃爆的可能。稱重傳感器信號(hào)電纜的屏蔽層可以與稱重傳感器的接地線相連，也可以與稱重顯示器的接地樁相連;可依現(xiàn)場(chǎng)情況確定，但不允許雙點(diǎn)分別同兩個(gè)接地樁人地。

（5）稱重顯示儀表外殼要接地。因此。地秤房?jī)?nèi)設(shè)接地極，且與秤的基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋網(wǎng)（接地）相連，當(dāng)采用塑料外殼時(shí)，應(yīng)在外殼內(nèi)表面噴涂一層金屬膜再接地。

（6）接線盒要接地。接線盒要設(shè)置接地線與秤體相連。電源要有接地，同時(shí)要配防浪涌保護(hù)器。

（7）出現(xiàn)頻繁雷電現(xiàn)象時(shí)，要立即切斷電源并拔掉電源插頭停止工作。

做好以上幾點(diǎn)，電子衡器的安全可靠性就大大加強(qiáng)了，特別是那些多雷地區(qū)的企業(yè)，在安裝、使用電子衡器時(shí)一定要注意以上要求，以確保電子衡器安全使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 《電磁兼容試驗(yàn)和測(cè)量技術(shù)浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)》GB/T17626.5-1999.

[2] 《電子秤技術(shù)》施漢謙、宋文敏，中國(guó)計(jì)量出版社，1991年9月第1版.

[3] 《計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器》GA173-1998.

[4] 《計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖安全防護(hù)規(guī)范》GA267-2000.