地磅防雷擊的研究

本文論述了雷電現(xiàn)象對(duì)地磅的破壞原因，以及針對(duì)此現(xiàn)象給出了防雷擊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。旨在當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，確保整體地磅系統(tǒng)安然無(wú)恙。

一、引言

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，以及沖擊力極強(qiáng)等特點(diǎn)，其中產(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線路聯(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)果可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：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)，雷電課通過(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。

大型地磅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)是處于連通狀態(tài)的，而傳感器的彈性體與電路之間耐壓極限只有 1kV~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)地磅遭受雷擊時(shí)，會(huì)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)。這也是大型地磅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，凡是與地磅系統(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，造成地磅系統(tǒng)損壞。

二、地磅防雷擊系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

地磅防雷系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的綜合保護(hù)系統(tǒng)，要求在防雷擊的同時(shí)保持電子衡器的計(jì)量性能不變，不能影響地磅的正常使用，這既是地磅防雷擊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵、特色之處，也是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，我們按照現(xiàn)代防雷技術(shù)的要求，建立“綜合防護(hù)、系統(tǒng)防護(hù)、逐級(jí)限壓”的全貌防護(hù)概念，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)害降低到最低水平。

地磅防雷擊系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是依據(jù)現(xiàn)代防雷技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合電子衡器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)考慮技術(shù)和施工上的可操作性而設(shè)計(jì)的電子衡器系統(tǒng)通用防雷擊方案。而對(duì)于每一臺(tái)具體的電子衡器，則要根據(jù)具體情況對(duì)本方案略做修改即可。

（一） 對(duì)傳感器、二次儀表等電子衡器整體的各個(gè)部分，作特殊的等電位防雷保護(hù)。

等電位保護(hù)是電子衡器系統(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，由于接地線存在的電阻和電感，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)電子衡器的各個(gè)部分甚至整體系統(tǒng)都是毀滅性的。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)，是整體衡器系統(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)電子衡器造成的破壞。

（二） 切斷傳感器彈性體與秤臺(tái)的電氣通道，另外提供電流的泄放通道。

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，但仍不能有效的保護(hù)傳感器。本方案采用特殊裝置，徹底切斷傳感器的電流通路，徹底阻斷雷擊電流通過(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)保證雷擊電流通暢的泄入大地。

（三） 供電系統(tǒng)做多級(jí)防雷保護(hù)以上兩條措施可以對(duì)整體衡器系統(tǒng)具有一定

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。而架空供電的電源線極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，本方案采用多級(jí)防護(hù)電路，只有這樣，才能把較大的各種浪涌通過(guò)電壓削減到設(shè)備能夠承受的水平，才能給設(shè)備提供安全有效的保護(hù)。系統(tǒng)對(duì)電源采用 B+C+D 三級(jí)防雷保護(hù)方案。

（四） 在秤臺(tái)周圍構(gòu)建包括秤臺(tái)基礎(chǔ)在內(nèi)的防雷接地網(wǎng)，整體系統(tǒng)在秤臺(tái)附近單接地。

三、結(jié)語(yǔ)

整體地磅系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如上各項(xiàng)保護(hù)措施后，能不能達(dá)到預(yù)期目的，關(guān)鍵在于整體衡器系統(tǒng)的接地方式。本系統(tǒng)采用的接地方式為：在秤臺(tái)周圍構(gòu)建包括基礎(chǔ)在內(nèi)的防雷接地網(wǎng)，整個(gè)系統(tǒng)在秤臺(tái)附近單點(diǎn)地。這樣，整體衡器系統(tǒng)只有一個(gè)基礎(chǔ)電位，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，此電位就會(huì)隨著接地點(diǎn)的電位起伏而變化，確保整體衡器系統(tǒng)安然無(wú)恙。