一、前言
電子汽車衡大多數地處空曠地帶，環境比較惡劣複雜，由於電子稱重係統中儀器儀表的電子元件的微型化、集成化程度越來越高，各類電子設備的耐過壓能力下降，造成雷電和過電壓破壞的比例呈上升趨勢。特別對雷的電磁效應所產生的電湧電流防範措施不完善，雷雨季節時，常常因雷擊出現較大範圍的精密電子設備故障，給企業帶來了一定的經濟損失，更影響了企業的正常經營。因此防雷工作非常重要，必須采取經濟合理的措施，以解決電子汽車衡的防雷問題。現筆者結合近幾年的實際工作，談談如何加強汽車衡的防雷，僅供參考。
二、雷電的防範措施分析
雷電是一種極具破壞力的自然現象，其電壓可高達數百萬伏，瞬間電流更可高達數百千安。雷電造成災害有兩種途徑，一種是直擊雷，它以聲、光、電同時發生，瞬間電流達數十萬安培，所產生的電效應和熱效應能導致火災，熔化物體；另一種是感應雷（亦稱二次雷擊），它比直擊雷成災率更高，間接損失更大，是二十世紀八十年代以來雷電災害最顯著的特征，也是雷電防禦技術迫切需要解決的難題。一個完整的防雷係統應包括兩個方麵：直接雷擊的防護和感應雷擊的防護。以下就針對各自的特點，具體談談防雷措施。
（一） 防直擊雷
由於電子汽車衡多處空曠地帶，周圍少有高層建築物，或不處在高層建築物防雷係統的保護範圍內，這就有可能與空中帶電雲團之間產生放電，產生直接雷擊。為此，在易產生雷電幹擾破壞的地區必須采取可靠的防雷措施，以免造成雷擊破壞。因此，可根據具體地點，按規範合理設置避雷針，以尖端放電效應中和雲團中的電荷，有效地保護電子稱重係統，避免遭受直接雷擊。直擊雷防雷設備的作用是接閃，即防止雷電直接擊中計量室以及接閃器保護範圍內的各種金屬管線和用電設備。對於在接閃器保護範圍外的各種金屬導線以及由直擊雷所產生的感應雷電是不能保護的。
（二） 防感應雷擊
當雷電放電路徑不經過防雷保護裝置時，放電過程中產生強大的瞬變電磁場在附近的導體中感應到強大的電磁脈衝，稱感應雷。感應雷可通過靜電感應、電磁感應兩種不同的感應方式侵入導體。
（1） 防靜電感應雷擊
雷雨時，空中的帶電雲團同室外的秤台之間雖然並沒有產生直接雷擊，但通過靜電耦合會使設備帶上與雲團極性相反的電荷。當空中帶電雲團與其他雲團產生雷擊放電，突然消失時，為疏散聚集在秤台頂部的大量電荷，就會產生很大的回流電流。一台電子汽車衡一般有10 至12 個支承點與傳感器連接，當靜電感應雷擊造成大電流回流時，上述承載點就是回流通道的不良環節，就會在電路中形成靜電感應。為此，必須在傳感器的上、下端（如橋式稱重傳感器）或左、右端（如懸臂梁式稱重傳感器） 設置大電流旁路電纜，即采用一根多股編織銅線跨接，使整個傳感器形成對地等電位狀態，基礎板與承重台連接為一個等勢體，可以防止意外電流從傳感器上經過而造成傳感器損壞。這樣，秤台與電子汽車衡接地網之間有了大電流回流通道，當靜電感應時，可以從大地補充電子，使其中和，不致因設備產生高電位後不能快速疏散。
（2） 防電磁感應雷擊
近年來，電子汽車衡除了受到直擊雷的危害外，更多是雷電的電磁效應所產生的對精密電子設備具有破壞性質的電湧電流。
1） 電湧的產生
電湧是微秒量級的異常大的電流脈衝，其波頭時間一般在0.25～20μs，其單位能量一般在2.5～10MJ/Ω，它可使電子設備受到瞬間過電壓而遭破壞。而雷電是導致電湧的最明顯的原因，當空中雷擊時，帶異性電荷雲團間產生強烈放電，會產生幅值大和上升沿很陡的電磁場，這種高強度的瞬變電磁場會使在電磁場所涉及的導體上產生很大的感應電動勢，從而使稱重儀表、計算機主機和顯示器的元器件損壞。因此，雷電通過擊中電源線、信號線和雷電的電磁脈衝的影響所產生的電湧，可以使計算機、儀器儀表等電子設備受到瞬間過電壓而遭到破壞。另外，大型電機設備、電梯、發電機、空調、製冷設備等也會引發電湧。UPS 也可能被電湧摧毀。
2） 電湧防護原理
目前，在電湧的防護當中，電湧防護器的使用已日趨頻繁。電湧防護器（SPD, Surge protectionDevice），是至少應包含一個非線性電壓限製元件，用於限製暫態過電壓和分流浪湧電流的裝置。一般電湧防護器采用MOV （金屬氧化物半導體變阻器） 技術，它和火花間隙技術是不同的。電湧不能被阻止，因為它包含的能量太強。正是由於這種原因，保護敏感電氣設備免受電湧損壞的策略是把電湧從設備分流。當電壓升高達到預先設定的水平時，MOV 立即動作，響應時間為1～3ns。MOV 中的“V”是變阻器， 在響應的一瞬間，MOV 的電阻從完全值降到近乎零歐姆，MOV 使瞬態高電壓找到了入地的通路，吸引過電流遠離敏感的電氣設備，MOV 把過電壓漏泄掉，電氣設備繼續在正常的工作電壓下運行。
按工作原理電湧防護器分為三類，（a） 電壓SPD （Voltage switching type SPD） 開關型，無電湧出現時為高阻抗，當出現電壓電湧時突變為低阻抗。通常采用放電間隙、充氣放電管、閘流管和三端雙向可控矽元件作這類SPD 的組件。有時稱這類SPD 為“短路開關型”或“克羅巴型”SPD。（b） 限壓型SPD （Voltage limiting type SPD），無電湧出現時為高阻抗，隨著電湧電流和電壓的增加，阻抗跟著連續變小。通常采用壓敏電阻、抑製二極管作這類SPD 的組件。有時稱這類SPD 為“鉗壓型”SPD。（c） 組合型SPD （Combination typeSPD），由電壓開關型組件和限壓型組件組合而成，可以顯示為電壓開關型或限壓型或這兩者都有的特性，這決定於所加電壓的特性。另外，按照浪湧保護器在電子信息係統的功能，可分為電源浪湧保護器、天饋浪湧保護器和信號浪湧保護器。
3） 電湧防護器的選擇
在選擇電湧防護器時，應選擇一個技術先進的製造商，產品應具有詳細的說明書、技術指標、產地、符合各方麵的標準證書及有銷售許可證書等。
①設計是否有利於用戶並且容易安裝。理想的產品應該是一個小型、緊湊並且能夠安裝在現有的空間內，同時易於安裝。因此在安裝電湧防護器時越接近配電箱越好，最好是在15cm以內。
②反應時間。電湧防護器的反應時間必須比電湧的速度快。反應時間在毫微秒（納秒）級均符合技術要求。
③ 一次能夠處理的最大電流。最大電流即峰流，是一個電湧防護器的處理最大電流的能力。
④ 吸收能量的能力。電湧防護器吸收能量的能力以焦耳來衡量，焦耳值越高，電湧防護器的使用壽命越長。
⑤ 鉗製電壓的能力。也就是將過電壓鉗製到電氣設備所能承受的安全範圍之內的能力。1998年6 月1 開始實施的GAl73—1998 標準規定：用於220/380V 電力係統的計算機防雷保護器（電湧防護器） 的鉗製電壓應小於或等於2kV。
⑥ 符合國際和國家標準。國際標準，包括UL449、IEEE、NEMA 和IEC。
4） 電湧防護方案
雷電的感應浪湧電壓的入侵途徑除了進線電源外，主要是通過信號線竄入設備內部，致使稱重儀表、計算機的接口電路損壞，因此，應高度重視對電湧的防範，切不可抱有僥幸心理。鑒於以上情況，為了進一步降低電湧的傷害，我們擬訂了以下預防方案。
一是合理布線和屏蔽。進入磅房的低壓電力電纜宜埋地引入，采用具有金屬鎧裝屏蔽層的電纜，且屏蔽層兩端接地，以最大限度地衰減從各種導線引入的雷電高電壓。
二是等電位聯合接地，即防雷接地、保護接地、工作接地共同接到秤體接地網上，地網阻值要求在4Ω 以下。這種接地方式有效地降低了接地電阻，又可使設備之間的地電位相等。使整個衡器計量係統有一個共同的接地係統。
三是安裝電湧防護器。根據雷電分級泄放的原理，對電源係統的防雷采取三級防雷係統，磅房內220/380V 供電係統采用TN- C- S 型式，由於磅房內電子設備相距很近，隻需在電源入口下端安裝電源第一、二級複合防雷保護器，即在各相線與中性線之間安裝FYS- 0.22kV 型避雷器，實施配電係統的第一、二級防雷保護；在與計量係統有關的電源插座處，安裝電湧防護器用於電源的第三級防護。通過多級電源防雷設施，徹底泄放雷電過電流，限製過電壓，盡可能防止雷電通過電力線路竄入計量係統，損壞係統設備。
同時對計量室網絡連接采用ADSL 專線接入的，為了避免通信電纜引入雷電的可能性，采用的技術是在電纜接入計量係統前先接入信號避雷器（信號SPD），盡可能地降低雷電對係統設備的衝擊。
四是傳感器信號電纜的防雷保護。在整個稱重計量係統中，有一處不可忽略，就是磅房到秤台有一段較長距離的傳感器信號電纜。雷擊通過電磁感應途徑，可在線路上引入高電位，造成稱重儀表因雷擊損壞。為此，各信號電纜特別是磅房到秤體的一段信號電纜的屏蔽層以及金屬穿線管應可靠接地，把閃電的電磁脈衝從空間入侵的通道全部阻斷，使得閃電無縫可鑽，以消除電磁感應雷擊的破壞。
所以，計量室的電湧過壓及電磁幹擾的防護，是保證正常辦公、電氣設備及人身安全的重要技術手段，是確保電子設備運行和信息網絡正常運行不可缺少的技術環節。電湧防護在日常辦公和經營活動中的作用也變得越來越突出和重要。
三、結束語
由於雷電是不可預測的，加之雷電傷害的成因很複雜，所以沒有方法徹底消除它的影響。然而如把多種方法結合使用，就可有效降低雷電的侵害，防雷電的影響就可取得令人滿意的效果，因此必須建立完善、可靠的電子汽車衡的防雷接地係統，以保證整個電子汽車衡安全、可靠、穩定地運行。

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