地磅在工廠、礦山大型計(jì)量場(chǎng)合、高速公路車(chē)輛超載計(jì)量復(fù)合工作中的應(yīng)用越來(lái)越普遍, 然而, 由于其系統(tǒng)采用的壓力傳感器、信號(hào)放大器、工控計(jì)算機(jī)抗過(guò)電壓能力差, 工作原理也鮮為人知, 因而在雷雨季節(jié)時(shí)常出現(xiàn)雷擊事故。文章介紹在地磅方面的一些雷電防護(hù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

　　1.前言

　　隨著微電子技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展 , 地磅在大型計(jì)量場(chǎng)所得到愈來(lái)愈多的應(yīng)用(如工廠大型進(jìn)出貨物計(jì)量 、高速公路車(chē)輛超載計(jì)量檢查、電廠汽車(chē)進(jìn)煤計(jì)量等 ), 已經(jīng)*取代傳統(tǒng)的機(jī)械式地磅秤。然而, 在電子地磅秤的使用中發(fā)現(xiàn) , 盡管其相對(duì)于機(jī)械式地磅秤計(jì)量準(zhǔn)確、機(jī)械故障少, 但出現(xiàn)電氣故障后將使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。地磅是以一個(gè)微處理器為核心的單片機(jī) , 抗過(guò)電壓、過(guò)電流能力差, 地磅壓力傳感器部分又在室外 , 因而時(shí)常遭受雷電感應(yīng)電磁脈沖的危害 , 造成系統(tǒng)癱瘓。如 2006年 7 月 , 荔波縣某煤礦地磅遭受雷擊, 直接經(jīng)濟(jì)損失就達(dá) 5 萬(wàn)元人民幣 ;2006年 3月貴陽(yáng)某大型企業(yè)電子地磅秤遭受雷擊 , 當(dāng)時(shí)直接經(jīng)濟(jì)損失即達(dá) 7 萬(wàn)元人民幣。目前 , 多數(shù)人對(duì)于地磅的工作原理還比較生疏 , 本文簡(jiǎn)要介紹地磅系統(tǒng)的同時(shí) , 對(duì)系統(tǒng)的雷電防護(hù)必要措施作一些技術(shù)說(shuō)明。

　　2.地磅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

　　地磅系統(tǒng)主要由橋秤板面、稱(chēng)重壓力傳感器、前端信號(hào)放大器、稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)處理器、重量顯示器、打印設(shè)備等組成。其中稱(chēng)重壓力傳感器、前端信號(hào)放大器在室外橋秤下 , 稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)處理器、重量顯示器、打印設(shè)備在室內(nèi) (圖 1)。

　　工作原理是 :系統(tǒng)接通 220V交流工作電源后, 地磅系統(tǒng)清零 , 稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)處理器送出勵(lì)磁信號(hào)通過(guò)前端放大處理到壓力傳感器 , 當(dāng)車(chē)載貨物經(jīng)過(guò)或停在橋秤上時(shí) , 壓力傳感器送出毫安級(jí)的模擬信號(hào)回前端放大器 , 信號(hào)放大后再送回室內(nèi)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)處理器處理?yè)Q算成相應(yīng)重量顯示, 需要打印時(shí) ,通過(guò)打印機(jī)輸出。

　　地磅使用 220V50Hz交流市電, 信號(hào)處理部分弱電設(shè)備的工作電壓一般在 5 ～ 18V, 工作電流多為毫安級(jí) ;兩根勵(lì)磁信號(hào)線(xiàn)、兩條反饋信號(hào)線(xiàn)、兩條測(cè)量信號(hào)線(xiàn)共 6根數(shù)據(jù)信號(hào)線(xiàn)。 根據(jù)廠家設(shè)備要求 ,系統(tǒng)接地電阻應(yīng) <4歐姆。

　　3.地磅遭受雷擊原因分析

　　3.1 地電位反擊地電位不平衡造成地電位反擊的事例占多數(shù)。在調(diào)查的所有地磅使用單位中, 無(wú)一家按照 GB50057 -94(2000)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》或 GB50343 -2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定 , 采用聯(lián)合接地或暫態(tài)聯(lián)合接地 , 僅僅將前端放大器和橋秤支架接地 (參見(jiàn)圖 2), 也未與建筑物防雷地連接 , 兩者相距zui遠(yuǎn)均 < 10m, 存在建設(shè)之初就埋下雷擊事故隱患 。

　　3.2 球型閃電球型閃電的直接雷很難預(yù)以防護(hù), 它是一種帶有大量電荷等離子體, 觸及物體時(shí)通過(guò)瞬間的放電將電器設(shè)備燒毀 ,通過(guò)安裝避雷針和布設(shè)避雷帶也很難消除其危害。盡管球型閃電的形成的幾率很低 ,造成的雷擊事故相對(duì)較少, 但在調(diào)查過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)過(guò)球型閃電接觸稱(chēng)重橋秤后將地磅系統(tǒng)擊壞報(bào)廢的情況。

　　3.3 電源線(xiàn)路、信號(hào)線(xiàn)路雷電波侵入所有地磅使用單位的 220V電源線(xiàn)路、信號(hào)線(xiàn)路都未安裝相應(yīng)的電涌保護(hù)器, 也未做線(xiàn)路(特別是信號(hào)線(xiàn)路 )屏蔽處理 , 經(jīng)調(diào)查:幾乎所有的使用單位的電子衡器系統(tǒng)均遭受過(guò)雷擊事故。

　　3.4 接地隱患

　　由于地磅組成比較簡(jiǎn)單,而且設(shè)備基本在室內(nèi) ,即使稱(chēng)重橋秤在室外,也有遮雨金屬棚防雨, 因此,幾乎所有使用單位只是根據(jù)設(shè)備說(shuō)明做個(gè)簡(jiǎn)單接地處理,而且都未做接地測(cè)試。經(jīng)過(guò)檢查, 地磅普遍存在著接地電阻偏大 (zui大達(dá) 27Ψ)、接地導(dǎo)線(xiàn)面積偏小(多數(shù)采用 2.5mm2 單芯銅線(xiàn) )、未進(jìn)行有效等電位連接處理等一系列不安全隱患 。

　　4.雷電防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

　　正確參照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定是有效設(shè)計(jì)防雷措施的前提, 按照地磅工作原理和設(shè)備性質(zhì) ,該系統(tǒng)基本屬于建筑物內(nèi)電子信息系統(tǒng)特點(diǎn) , 電子地磅秤系統(tǒng)雷電防護(hù)主要應(yīng)參照 GB50057 -94(2000)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范 》、GB50343 -2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》外, 還應(yīng)遵守下列標(biāo)準(zhǔn)圖集:99(03)D501—1《建筑物防雷設(shè)施安裝》、02D501— 2《等電位連接安裝》、03D501—4《接

　　地裝置安裝》,按照?qǐng)D集要求施工。

　　5.地磅防雷措施

　　由于地磅電子系統(tǒng)基本處于室內(nèi) ,除在直接雷擊防護(hù)措施符合要求的場(chǎng)合外 ,一般情況下可以不考慮直接雷擊防護(hù)。因此主要考慮設(shè)計(jì)、完善弱電系統(tǒng)防雷措施———電涌保護(hù)、等電位連接、接地處理。

　　電涌保護(hù)器(SPD)的正確使用和安裝 , 是整個(gè)防雷系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié), 電子衡器系統(tǒng)防雷擊保護(hù)中的 SPD使用 , 應(yīng)主要從兩個(gè)方面來(lái)考慮 , 一是控制室內(nèi)的保護(hù) ,應(yīng)從供電系統(tǒng)保護(hù)和由傳感裝置傳輸?shù)男盘?hào)以及與外部連接的傳輸信號(hào)和監(jiān)控信號(hào)等方面綜合加以考慮。

　　5.1 電源線(xiàn)路對(duì)供電系統(tǒng)而言應(yīng)采取三級(jí)防護(hù) ,*級(jí)以采用開(kāi)關(guān)式 SPD以進(jìn)行大電流泄放為宜, 通流容量 ≥ 80KA;第二級(jí)采用限壓型 SPD進(jìn)行泄放 ,通流容量≥80KA;第三級(jí)*使用串聯(lián)式電涌保護(hù)器(SPD)。安裝位置和方法的正確與否直接關(guān)系到電涌保護(hù)器的泄放效果 , 因此, *級(jí)與第二級(jí)的安裝距離應(yīng)在 10m以上, 后兩級(jí)的安裝距離應(yīng) <5m。其它與外部相連的信號(hào)通訊傳輸線(xiàn)路均應(yīng)加裝 SPD。

　　5.2 信號(hào)線(xiàn)路先用金屬管或金屬線(xiàn)槽進(jìn)行屏蔽處理, 其次,電子部件傳感器加裝 SPD保護(hù)裝置 , 方能起到良好的效果。由于地磅弱電設(shè)備的工作電壓只有 5 ～ 12V, 工作電流也多為毫安級(jí)的 , 選型和安裝必須仔細(xì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察 ,信號(hào)線(xiàn)路電涌保護(hù)器目前僅有國(guó)外 PHOENIX和 OBO兩家, 而且價(jià)格較高,國(guó)內(nèi)也僅有一兩家生產(chǎn) , 安裝時(shí)一定注意連接可靠 ,否則可能影響保護(hù)效果。

　　5.3 等電位連接室內(nèi)部分 :由于地磅電子系統(tǒng)設(shè)備較少

　　且集中,與室外信號(hào)連接僅六根信號(hào)線(xiàn) ,故采用 S型等電位連接方式,等電位連接端子采用 50 ×5 ×300 扁銅 ,信號(hào)地、保護(hù)地、信號(hào)線(xiàn)路屏蔽鋼管接地均采用≥6mm2 多芯銅線(xiàn)與等電位連接端子相聯(lián) , 接地引入線(xiàn)采用≥16mm2 多芯銅線(xiàn)與接地裝置相聯(lián)。

　　室外部分:主要在橋秤地點(diǎn), 采用 50 ×5 ×300 扁銅做等電位連接端子 , 橋秤鋼板、前端放大器外殼、信號(hào) SPD、壓力傳感器信號(hào)地、信號(hào)線(xiàn)路屏蔽鋼管接地均采用 ≥6mm2 多芯銅線(xiàn)與等電位連接端子相聯(lián) ,并對(duì)地磅本身進(jìn)行多點(diǎn) (不少于 4點(diǎn) )均衡接地,接地引入線(xiàn)采用 ≥16mm2 多芯銅線(xiàn)與接地裝置相聯(lián) (圖 2)。

　　5.4 接地對(duì)于地磅電子系統(tǒng),應(yīng)采用聯(lián)合接地方式:建筑物防雷地、室內(nèi)等電位連接接地、室外等電 位連接接地共用接地裝置，室外部分距離室內(nèi)部分 接地裝置較遠(yuǎn)時(shí)，可利用信號(hào)線(xiàn)路金屬屏蔽管做連 接導(dǎo)體，達(dá)到聯(lián)合接地效果。根據(jù)GB50343 — -2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范 》、GB/T2887-2000《電子計(jì)算機(jī)場(chǎng)地通用規(guī)范 》, 系統(tǒng)聯(lián)合接地接地電阻應(yīng) <4歐姆。

　　6.結(jié)束語(yǔ)

　　地磅電子系統(tǒng)基本不考慮直接雷擊危 害，但由于系統(tǒng)本身信號(hào)比較微弱，接口及其芯片 抗沖擊能力非常差，設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)安裝人員需要較為 專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員才能進(jìn)行，加之地磅信號(hào)部 分避雷器需要特殊定做生產(chǎn)，所以一直是個(gè)防雷難 點(diǎn)。但只要不斷豐富自己的知識(shí)，努力提高技術(shù)水 平，充分了解保護(hù)對(duì)象的工作原理、結(jié)構(gòu)，按照雷電 防護(hù)的基本原理，就能采取合理的措施，有效的減 小雷電災(zāi)害損失。