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電子汽車衡的防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
本文詳細(xì)分析了電子汽車衡被雷擊的原因，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)介紹了種性能的系統(tǒng)防雷電技術(shù)，克服了以往局部防雷所存在的缺點(diǎn)，解決了大型電子汽車衡的防雷難題，使得電子汽車衡系統(tǒng)防雷具有較高的性價(jià)比和可靠性，較好的規(guī)范性和性，不僅給企業(yè)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益，也帶來(lái)較好的社會(huì)效益。
、問(wèn)題的提出
雷電是種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，它具有大的破壞力。大型電子汽車衡系統(tǒng)的秤臺(tái)部分大多在戶外露天安裝，經(jīng)常因遭到雷擊而損壞，甚至造成電子汽車衡系統(tǒng)整體被摧毀。有的處于強(qiáng)雷區(qū)的衡器系統(tǒng)，年年遭到雷擊，甚至年遭到幾次雷擊。次雷擊造成的直接經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)元人民幣，其直接經(jīng)濟(jì)損失有時(shí)甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了電子汽車衡系統(tǒng)的實(shí)際造價(jià)，更重要的是會(huì)使整體衡器系統(tǒng)工作停頓，影響衡器使用單位經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的正常進(jìn)行，使企業(yè)聲譽(yù)受損；其間接損失更是無(wú)法估量的。因此，開(kāi)展電子汽車衡系統(tǒng)防雷的研究具有重要意義。
二、電子汽車衡遭受雷擊損壞的原因
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)*泄放，因此，直擊雷電流具有幅值高、頻率高、沖擊力強(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安全；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，通過(guò)對(duì)雷擊事故分析的結(jié)果表明：雷電造成的電子設(shè)備損壞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)作用在電子汽車衡上造成不同程度的破壞。
大型電子汽車衡的秤臺(tái)和鋼軌等金屬構(gòu)件易遭受雷電襲擊，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，這就是大型電子汽車衡經(jīng)常因遭受雷擊而損壞主要的原因。
另外，當(dāng)電子汽車衡遭受雷擊時(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，即：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)變片電路和電子電路，進(jìn)而波及到與其相連的二次儀表及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這也是大型電子汽車衡容易遭雷擊而損壞的原因之。
架空的電電源也易遭受雷電襲擊，所以架空電源也是大型電子汽車衡易遭雷擊而損壞的原因之。總之，凡是與電子汽車衡系統(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。
接地雖然是保護(hù)電子衡器的種方法，盡管接地電阻和衡器保護(hù)方式都相同，但是，接地方法不同，是單點(diǎn)接地還是多點(diǎn)接地，是系統(tǒng)接地還是局部接地，防雷效果卻截然不同，所以，接地是電子汽車衡整體防雷系統(tǒng)為重要的環(huán)。
三、我國(guó)電子汽車衡防雷的現(xiàn)狀
我國(guó)電子汽車衡防雷起步較晚，技術(shù)水平比較落后，防雷設(shè)施比較陳舊，在防雷思想上還停留在局部防雷階段。據(jù)我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前我國(guó)電子汽車衡防雷主要沿用傳統(tǒng)防雷方法，不是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)按照科學(xué)性、規(guī)范性進(jìn)行全面防雷，而是按照傳統(tǒng)的觀點(diǎn)片面的、局部的去設(shè)置防雷設(shè)施，歸納起來(lái)主要有以下幾種方法。
(1)只在電源端安裝電源防雷模塊，雷電襲擊時(shí)自動(dòng)斷電，停止稱重；
(2)雷雨天不稱重，即在雷電到來(lái)之前人工把電源切斷，停止稱重，以保證衡器不被雷擊；
(3)在秤臺(tái)附近加裝避雷針；
(4)只對(duì)稱重儀表和傳感器分別接地。局部防雷雖然能取得定的防雷作用，但卻存在著致命弱點(diǎn)。因?yàn)殡娮悠嚭馐怯煞Q重傳感器、秤體、稱重控制儀表、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)和大屏幕顯示器組成的機(jī)電體化設(shè)備，各組成部分之間不是孤立存在的，而是通過(guò)連接導(dǎo)線有機(jī)連接起來(lái)的有機(jī)整體，既有能量流(電源連接導(dǎo)線)，又有信息流(稱重信號(hào)傳輸導(dǎo)線)，各組成部分之間互相影響、互相制約。
(5)安裝電子汽車衡廠家生產(chǎn)的通用防雷設(shè)施，如電源防浪涌設(shè)備，在雷電到來(lái)時(shí)，防止浪涌和過(guò)電壓；
在自然界中，因雷擊發(fā)生是隨機(jī)的、不可控的，也是復(fù)雜多變的，很難預(yù)測(cè)雷電會(huì)襲擊電子汽車衡的哪個(gè)部位，單純使用某種防雷手段，起不到較好的防雷效果，歸納起來(lái)，局部防雷具有以下不足。
(1)只做電源防雷，不做秤體和傳感器防雷，當(dāng)直擊雷打在秤臺(tái)上時(shí)，容易產(chǎn)生由于電磁感應(yīng)而導(dǎo)致的浪涌電壓，該電壓會(huì)將安裝在秤臺(tái)下的稱重傳感器擊毀，甚至還會(huì)擊毀與傳感器相連的稱重儀表和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
(2)雷雨天切斷電源，電子汽車衡停止使用，使得稱重工作不能照常進(jìn)行，嚴(yán)重影響了企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理，使得企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失加大。
(3)當(dāng)稱重儀表和傳感器分開(kāi)接地時(shí)，在兩個(gè)接地點(diǎn)之間會(huì)產(chǎn)生電位差，強(qiáng)大的雷擊電流會(huì)通過(guò)接地點(diǎn)流過(guò)傳感器，從而損壞傳感器，甚至還會(huì)波及到稱重控制儀表和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
因此，局部防雷是孤立的看待電子汽車衡系統(tǒng)的各組成部分，不能保護(hù)電子汽車衡系統(tǒng)各組成部分的安全，而真正能夠起到可靠防雷作用的是電子汽車衡的系統(tǒng)防雷。
四、電子汽車衡系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)
電子汽車衡系統(tǒng)防雷是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，本著“綜合防護(hù)、系統(tǒng)防護(hù)、逐限壓”的全面防護(hù)理念，依據(jù)現(xiàn)代防雷技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合電子汽車衡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從傳感器、秤體到稱重儀表統(tǒng)進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)，從而做到：方案優(yōu)化、技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)有效、安全可靠，把雷電災(zāi)害降低到低的水平。在雷雨天不用切斷電源，照常使用電子汽車衡，使得企業(yè)稱重計(jì)量不受雷擊的影響，該設(shè)計(jì)具體包括以下三個(gè)部分。
(1)切斷傳感器彈性體與秤臺(tái)的電氣通道，另外提電流的泄放通道。
只做等電位保護(hù)還不夠，還必須切斷傳感器與秤臺(tái)的電氣連接。雷擊電流可以看做超高頻且能量巨大的電流，與直流電流有著本質(zhì)的區(qū)別，決不能以直流電阻來(lái)計(jì)算雷擊時(shí)通過(guò)傳感器彈性體的電流。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明：雖然在傳感器的兩端加裝多條短路分流帶，但仍不能有效地保護(hù)傳感器。本方案采用特殊裝置，*切斷傳感器的電流通路，*阻斷雷擊電流通過(guò)傳感器彈性體，從而避免了雷擊電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)傳感器的破壞，同時(shí)保證雷擊電流通暢地泄入大地。
(2)對(duì)傳感器、二次儀表等電子汽車衡整體的各個(gè)部分，做特殊的等電位防雷保護(hù)。
等電位保護(hù)是電子汽車衡系統(tǒng)雷電保護(hù)系統(tǒng)的核心和根本。雷擊時(shí)，在強(qiáng)大的雷電電流泄入大地的瞬間，由于接地線存在電阻和電感，因此整體衡器系統(tǒng)對(duì)地可產(chǎn)生幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)伏的高電位，此電位對(duì)電子汽車衡的各個(gè)部分甚至整體系統(tǒng)都是毀滅性的打擊。本系統(tǒng)對(duì)整體衡器系統(tǒng)的各部位(傳感器、儀表和計(jì)算機(jī))的各種接口均做相應(yīng)的等電位保護(hù)，使整體衡器系統(tǒng)的基礎(chǔ)電位隨地線電位的變化而變化，實(shí)質(zhì)上也就是水漲船高之意，這就避免了雷擊電流產(chǎn)生的高電位對(duì)電子汽車衡造成的破壞。
(3)電系統(tǒng)做多防雷保護(hù)。
以上兩條措施可以對(duì)整體衡器系統(tǒng)具有定的保護(hù)功能，但對(duì)來(lái)自電源的雷擊浪涌則無(wú)能為力。而架空電的電源線易受到雷電襲擊而產(chǎn)生浪涌，通過(guò)電源，造成衡器系統(tǒng)損壞，因此，電源系統(tǒng)更應(yīng)該加強(qiáng)防護(hù)。對(duì)此，本方案采用多防護(hù)電路，只有這樣，才能把較大的各種浪涌過(guò)電壓削減到電器設(shè)備能夠承受的水平，才能給設(shè)備提安全有效的保護(hù)。