电子衡器的防雷技术研究论文

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摘要：电子衡器防雷技术是一个性能先进的综合复杂的雷电保护系统，主要采用了传感器、仪表等电位保护、传感器电流泄放通道、电源多级防雷保护，尤其是安装防雷接地网等现代雷电防护技术。广泛适用于电子轨道衡、电子汽车衡和高炉配料秤等。

关键词：衡器；防雷技术。

一、引言

莱芜钢铁集团是全国特大型钢铁企业之一，其自动化部配备各种轨道衡、电子汽车衡、高炉配料秤、电子皮带秤、铁水秤等100多台，其中电子轨道衡、电子汽车衡达40多台，承担着莱钢进出口及厂内倒运计量任务。然而，每到夏季雷雨多发时节，都有电子衡器因遭雷击而损坏，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不等，更严重地是使企业声誉受损，间接损失无法估量。如在2007年的雷雨季节，电子轨道衡1#2#，因连续遭受雷击致使2台炎黄视讯硬盘录像机1台数据采集通道损坏，造成直接经济损失7万多元。由于我计量模式采用远程无人值守计量方式，硬盘录像机及数据采集通道的损坏导致计量的中断，导致几百节车厢的进厂煤炭无法完成计量，致使焦化原料告急，造成的间接损失无法估计。因此，我们认为：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，所以，开展电子衡器防雷技术的研究势在必行。

但是，电子衡器防雷技术的研究是一项复杂的系统工程，它需要衡器生产厂家和使用单位通力合作。生产厂家在衡器设计时，进行防雷击的设计；使用单位，在衡器安装时根据本地区的雷电特点、安装位置进行防雷装置的配置，从而保证电子衡器的安全使用。

二、电子衡器遭受雷电袭击损坏的原理

雷电是一种自然界常见的放电现象，它具有极大的破坏力。自然界中常见的雷电主要有直击雷、雷击电磁脉冲（LEMP）和球形雷三种。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；雷击电磁脉冲（LEMP）是指因直击雷的路（雷电流引入）和场（空间电磁场）效应，对电气和电子设备的破坏。通过对雷击事故分析的结果可以得出这样一个结论：雷电造成的电子设备的损坏，90%以上是雷击电磁脉冲造成的；球形雷是一种特殊的带电球体，极不常见，还处于研究中。因此，主要是直击雷、雷击电磁脉冲作用在电子衡器上造成不同程度的破坏。

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，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。

三、电子衡器防雷技术

电子衡器防雷技术是一个复杂的综合保护系统，要求在防雷的同时电子衡器的计量性能不变，不能影响衡器的正常使用，这既是电子衡器防雷的关键、特色之处，也是设计的难点，我们按照现代防雷技术的要求，建立“综合防护、系统防护、逐级限压”的全面防护的感念，做到：方案优化、技术合理、经济有效、安全可靠，此外还要考虑秤体结构的特殊性，具体的安装位置等把雷电灾害降低到最低水平。

1、对传感器、二次仪表等电子衡器整体的各个部分，作特殊的等电位防雷保护。等电位保护是电子衡器雷电保护系统的核心和根本。雷击时，在强大的雷电流泻入大地的瞬间，由于接地线存在电阻和电感，因此整体衡器系统对地可产生几万甚至几十万伏的高电位，此电位对电子衡器的各个部分甚至整体系统都是毁灭性的。本系统对整体衡器系统的各部位（传感器、仪表和计算机）的各种接口均做相应的等电位保护，使整体衡器系统的基础电位随地线电位的变化而变化，这就避免了雷电流产生的高电位对电子衡器造成的破坏。

2、切断传感器与秤台的连接通道，另外提供电流的泄放通道。

只做等电位保护还不够，还必须切断传感器与秤台的电气连接。将传感器输出端加分流装置，与秤体连接接地，当有雷电流时，通过传感器分流装置，使得雷电流不经过传感器泻入大地，从而避免了雷电流产生的电磁场对传感器的破坏。

3、供电系统做多级防雷保护。

对二次仪表及计算机系统的供电系统采用多级防雷保护，进行等电位连接，然后将接到接地极。电子衡器系电源统采用三级防雷保护，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，此外三级防雷保护做到共地，并与秤体共地，做到等电位。

4、在秤台周围（包括秤台基础）构建防雷接地网（接地井）。

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，整体衡器系统只有一个基础电位，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。

5、网络监控系统防雷保护

由于莱钢集团自动化部电子衡器计量实现远程无人值守，其“眼睛”就是网络监控系统，所以对网络监控系统的防雷保护也是非常重要。根据现场需要及监控系统的特点，对硬盘录像机、交换机等设备做到等电位连接，对视频信号、控制信号等安装防雷模块，并作等电位连接。

四、电子信息系统综合防雷技术

二十世纪五十年代以后，由于大量电子设备尤其是微电子设备的广泛应用，电子器件的集成化、小型化水平不断提高，而其耐过压水平、耐过流、抗雷电电磁脉冲的能力大大降低。国际电工委员会标准将各种类型的电子系统，如计算机、通信设备、工业和商业自动化控制系统等归为信息系统。电子信息系统综合雷电防护原则：整体设计，综合治理，系统实施。

信息系统的防雷及过电压保护是一种系统工程，必须贯彻整体防护的思想，综合运用分流（泄流）、均压（等电位）、屏蔽、接地和保护等各项技术，构成一个完整的防护体系，才能取得最佳效果。电子衡器防雷技术正是按照这一要求进行设计的。

由于电子衡器防雷系统按照现代防雷技术的要求，结合电子衡器的结构原理，衡器安装现场地状况，按照设计规范标准，采取了“综合防护、系统防护、逐级降压”的设计方法，所以它具有规范性、可靠性和先进性。

五、结束语

电子衡器防雷技术是一个性能先进的综合复杂的雷电保护系统，对受保护的电子衡器系统不做任何改动，不影响衡器的计量性能。当有雷电袭击时不用停电，电子衡器（包括动、静态电子轨道衡、电子汽车衡，高炉秤、配料秤、皮带秤等各种电子衡器系统）能够正常计量，并根据其所处雷区的雷电特点，选用不同的设计方案。

参考资料：

〔1〕《国际建筑物防雷设计规范》IEC1024-1，1990.

〔2〕《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（2000年版）.

〔3〕《计算机信息系统雷电电磁脉冲安全防护规范》.GA267-2000.

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

〔5〕《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.

〔6〕《雷击电磁脉冲的防护.2屏蔽、等电位及连接》GB19271.2-2005.

〔7〕《控制工程中的抗干扰技术》.徐义亨.编著.浙江中控2007.7.

〔8〕《石化、化工等行业控制系统防雷技术研究》.关象石.2007.9.