電子衡器的防雷技術(shù)研究論文

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摘要：電子衡器防雷技術(shù)是一個(gè)性能先進(jìn)的綜合復(fù)雜的雷電保護(hù)系統(tǒng)，主要采用了傳感器、儀表等電位保護(hù)、傳感器電流泄放通道、電源多級(jí)防雷保護(hù)，尤其是安裝防雷接地網(wǎng)等現(xiàn)代雷電防護(hù)技術(shù)。廣泛適用于電子軌道衡、電子汽車衡和高爐配料秤等。

關(guān)鍵詞：衡器；防雷技術(shù)。

一、引言

萊蕪鋼鐵集團(tuán)是全國特大型鋼鐵企業(yè)之一，其自動(dòng)化部配備各種軌道衡、電子汽車衡、高爐配料秤、電子皮帶秤、鐵水秤等100多臺(tái)，其中電子軌道衡、電子汽車衡達(dá)40多臺(tái)，承擔(dān)著萊鋼進(jìn)出口及廠內(nèi)倒運(yùn)計(jì)量任務(wù)。然而，每到夏季雷雨多發(fā)時(shí)節(jié)，都有電子衡器因遭雷擊而損壞，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)幾萬到幾十萬元不等，更嚴(yán)重地是使企業(yè)聲譽(yù)受損，間接損失無法估量。如在2007年的雷雨季節(jié)，電子軌道衡1#2#，因連續(xù)遭受雷擊致使2臺(tái)炎黃視訊硬盤錄像機(jī)1臺(tái)數(shù)據(jù)采集通道損壞，造成直接經(jīng)濟(jì)損失7萬多元。由于我計(jì)量模式采用遠(yuǎn)程無人值守計(jì)量方式，硬盤錄像機(jī)及數(shù)據(jù)采集通道的損壞導(dǎo)致計(jì)量的中斷，導(dǎo)致幾百節(jié)車廂的進(jìn)廠煤炭無法完成計(jì)量，致使焦化原料告急，造成的間接損失無法估計(jì)。因此，我們認(rèn)為：雷擊，既影響了衡器使用單位經(jīng)營活動(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，所以，開展電子衡器防雷技術(shù)的研究勢在必行。

但是，電子衡器防雷技術(shù)的研究是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它需要衡器生產(chǎn)廠家和使用單位通力合作。生產(chǎn)廠家在衡器設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)行防雷擊的設(shè)計(jì)；使用單位，在衡器安裝時(shí)根據(jù)本地區(qū)的雷電特點(diǎn)、安裝位置進(jìn)行防雷裝置的配置，從而保證電子衡器的安全使用。

二、電子衡器遭受雷電襲擊損壞的原理

雷電是一種自然界常見的放電現(xiàn)象，它具有極大的破壞力。自然界中常見的雷電主要有直擊雷、雷擊電磁脈沖（LEMP）和球形雷三種。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；雷擊電磁脈沖（LEMP）是指因直擊雷的路（雷電流引入）和場（空間電磁場）效應(yīng)，對(duì)電氣和電子設(shè)備的破壞。通過對(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%以上是雷擊電磁脈沖造成的；球形雷是一種特殊的帶電球體，極不常見，還處于研究中。因此，主要是直擊雷、雷擊電磁脈沖作用在電子衡器上造成不同程度的破壞。

大型電子衡器一般都處于室外露天場所，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)大的電流通過傳感器的彈性體，此電流產(chǎn)生的電磁場強(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。

三、電子衡器防雷技術(shù)

電子衡器防雷技術(shù)是一個(gè)復(fù)雜的綜合保護(hù)系統(tǒng)，要求在防雷的同時(shí)電子衡器的計(jì)量性能不變，不能影響衡器的正常使用，這既是電子衡器防雷的關(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”的全面防護(hù)的感念，做到：方案優(yōu)化、技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)有效、安全可靠，此外還要考慮秤體結(jié)構(gòu)的特殊性，具體的安裝位置等把雷電災(zāi)害降低到最低水平。

1、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)大的雷電流瀉入大地的瞬間，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)生幾萬甚至幾十萬伏的高電位，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)，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，這就避免了雷電流產(chǎn)生的高電位對(duì)電子衡器造成的破壞。

2、切斷傳感器與秤臺(tái)的連接通道，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。將傳感器輸出端加分流裝置，與秤體連接接地，當(dāng)有雷電流時(shí)，通過傳感器分流裝置，使得雷電流不經(jīng)過傳感器瀉入大地，從而避免了雷電流產(chǎn)生的電磁場對(duì)傳感器的破壞。

3、供電系統(tǒng)做多級(jí)防雷保護(hù)。

對(duì)二次儀表及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的供電系統(tǒng)采用多級(jí)防雷保護(hù)，進(jìn)行等電位連接，然后將接到接地極。電子衡器系電源統(tǒng)采用三級(jí)防雷保護(hù)，第一級(jí)電源防雷模塊安裝在系統(tǒng)供電開關(guān)后，第二級(jí)電源防雷模塊安裝在穩(wěn)壓電源前，第三級(jí)電源防雷模塊安裝在設(shè)備前，此外三級(jí)防雷保護(hù)做到共地，并與秤體共地，做到等電位。

4、在秤臺(tái)周圍（包括秤臺(tái)基礎(chǔ)）構(gòu)建防雷接地網(wǎng)（接地井）。

在秤臺(tái)周圍構(gòu)建包括基礎(chǔ)在內(nèi)的防雷接地網(wǎng)（接地井），整個(gè)系統(tǒng)在秤臺(tái)附近接單接地極。這樣，整體衡器系統(tǒng)只有一個(gè)基礎(chǔ)電位，并與室內(nèi)設(shè)備等電位連接器及房屋接地相連接，做到共地，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，確保整體電子衡器系統(tǒng)安然無恙。

5、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)防雷保護(hù)

由于萊鋼集團(tuán)自動(dòng)化部電子衡器計(jì)量實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人值守，其“眼睛”就是網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，所以對(duì)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的防雷保護(hù)也是非常重要。根據(jù)現(xiàn)場需要及監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)硬盤錄像機(jī)、交換機(jī)等設(shè)備做到等電位連接，對(duì)視頻信號(hào)、控制信號(hào)等安裝防雷模塊，并作等電位連接。

四、電子信息系統(tǒng)綜合防雷技術(shù)

二十世紀(jì)五十年代以后，由于大量電子設(shè)備尤其是微電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電子器件的集成化、小型化水平不斷提高，而其耐過壓水平、耐過流、抗雷電電磁脈沖的能力大大降低。國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)將各種類型的電子系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、工業(yè)和商業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)等歸為信息系統(tǒng)。電子信息系統(tǒng)綜合雷電防護(hù)原則：整體設(shè)計(jì)，綜合治理，系統(tǒng)實(shí)施。

信息系統(tǒng)的防雷及過電壓保護(hù)是一種系統(tǒng)工程，必須貫徹整體防護(hù)的思想，綜合運(yùn)用分流（泄流）、均壓（等電位）、屏蔽、接地和保護(hù)等各項(xiàng)技術(shù)，構(gòu)成一個(gè)完整的防護(hù)體系，才能取得最佳效果。電子衡器防雷技術(shù)正是按照這一要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

由于電子衡器防雷系統(tǒng)按照現(xiàn)代防雷技術(shù)的要求，結(jié)合電子衡器的結(jié)構(gòu)原理，衡器安裝現(xiàn)場地狀況，按照設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，采取了“綜合防護(hù)、系統(tǒng)防護(hù)、逐級(jí)降壓”的設(shè)計(jì)方法，所以它具有規(guī)范性、可靠性和先進(jìn)性。

五、結(jié)束語

電子衡器防雷技術(shù)是一個(gè)性能先進(jìn)的綜合復(fù)雜的雷電保護(hù)系統(tǒng)，對(duì)受保護(hù)的電子衡器系統(tǒng)不做任何改動(dòng)，不影響衡器的計(jì)量性能。當(dāng)有雷電襲擊時(shí)不用停電，電子衡器（包括動(dòng)、靜態(tài)電子軌道衡、電子汽車衡，高爐秤、配料秤、皮帶秤等各種電子衡器系統(tǒng)）能夠正常計(jì)量，并根據(jù)其所處雷區(qū)的雷電特點(diǎn)，選用不同的設(shè)計(jì)方案。

參考資料：

〔1〕《國際建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》IEC1024-1，1990.

〔2〕《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94（2000年版）.

〔3〕《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.

〔4〕《電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)》GB/T17626.5-1999.

〔5〕《電子秤技術(shù)》施漢謙、宋文敏，中國計(jì)量出版社，1991年9月第1版.

〔6〕《雷擊電磁脈沖的防護(hù).2屏蔽、等電位及連接》GB19271.2-2005.

〔7〕《控制工程中的抗干擾技術(shù)》.徐義亨.編著.浙江中控2007.7.

〔8〕《石化、化工等行業(yè)控制系統(tǒng)防雷技術(shù)研究》.關(guān)象石.2007.9.