電子地磅秤綜合防雷技術措施

前言隨著微電子技術和國民經濟的迅速發展 , 電子地磅秤在大型計量場所得到愈來愈多的應用 (如工廠大型進出貨物計量、高速公路車輛超載計量檢查、電廠汽車進煤計量等 ), 已經完全取代傳統的機械式地磅秤。然而, 在電子地磅秤的使用中發現 , 盡管其相對于機械式地磅秤計量準確、機械故障少, 但出現電氣故障后將使整個系統癱瘓。電子地磅秤是以一個微處理器為核心的單片機 , 抗過電壓、過電流能力差, 電子地磅秤壓力傳感器部分又在室外 , 因而時常遭受雷電感應電磁脈沖的危害 , 造成系統癱瘓。如 2006年 7 月 , 荔波縣某煤礦電子地磅秤遭受雷擊, 直接經濟損失就達 5 萬元人民幣 ;2006年 3月貴陽某大型企業電子地磅秤遭受雷擊 , 當時直接經濟損失即達 7 萬元人民幣。目前 , 多數人對于電子地磅秤的工作原理還比較生疏 , 本文簡要介紹電子地磅衡器系統的同時 , 對系統的雷電防護必要措施作一些技術說明。 2 電子地磅秤結構簡介電子地磅秤系統主要由橋秤板面、稱重壓力傳感器、前端信號放大器、稱重數據處理器、重量顯示器、打印設備等組成。其中稱重壓力傳感器、前端信號放大器在室外橋秤下 , 稱重數據處理器、重量顯示器、打印設備在室內 (圖 1)。
工作原理是 :系統接通 220V交流工作電源后, 電子地磅衡器系統清零 , 稱重數據處理器送出勵磁信號通過前端放大處理到壓力傳感器 , 當車載貨物經過或停在橋秤上時 , 壓力傳感器送出毫安級的模擬信號回前端放大器 , 信號放大后再送回室內稱重數據處理器處理換算成相應重量顯示, 需要打印時 ,通過打印機輸出。電子地磅秤使用 220V50Hz交流市電, 信號處理部分弱電設備的工作電壓一般在 5 ～ 18V, 工作電流多為毫安級 ;兩根勵磁信號線、兩條反饋信號線、兩條測量信號線共 6根數據信號線。根據廠家設備要求 ,系統接地電阻應 <4Ψ。
3 電子地磅秤遭受雷擊原因分析
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。在調查的所有電子地磅秤使用單位中, 無一家按照 GB50057 -94(2000)《建筑物防雷設計規范》或 GB50343 -2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》相關規定 , 采用聯合接地或暫態聯合接地 , 僅僅將前端放大器和橋秤支架接地 (參見圖 2), 也未與建筑物防雷地連接 , 兩者相距最遠均 < 10m, 存在建設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以防護, 它是一種帶有大量電荷等離子體, 觸及物體時通過瞬間的放電將電器設備燒毀 ,通過安裝避雷針和布設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較少, 但在調查過程中也發現過球型閃電接觸稱重橋秤后將電子衡器系統擊壞報廢的情況。
3.3 電源線路、信號線路雷電波侵入所有電子地磅秤使用單位的 220V電源線路、信號線路都未安裝相應的電涌保護器, 也未做線路 (特別是信號線路 )屏蔽處理 , 經調查:幾乎所有的使用單位的電子衡器系統均遭受過雷擊事故。 3.4 接地隱患由于電子地磅秤組成比較簡單,而且設備基本在室內 ,即使稱重橋秤在室外,也有遮雨金屬棚防雨, 因此,幾乎所有使用單位只是根據設備說明做個簡單接地處理,而且都未做接地測試。經過檢查, 電子地磅秤普遍存在著接地電阻偏大 (最大達 27Ψ)、接地導線面積偏小(多數采用 2.5mm 2 單芯銅線 )、未進行有效等電位連接處理等一系列不安全隱患。 4 雷電防護技術標準正確參照技術標準相關規定是有效設計防雷措施的前提, 按照電子地磅秤工作原理和設備性質 ,該系統基本屬于建筑物內電子信息系統特點 , 電子地磅秤系統雷電防護主要應參照 GB50057 -94 (2000)《建筑物防雷設計規范》、 GB50343 -2004 《建筑物電子信息系統防雷技術規范》外, 還應遵守下列標準圖集:99(03)D501— 1《建筑物防雷設施安裝》、02D501— 2《等電位連接安裝》、03D501— 4《接地裝置安裝》,按照圖集要求施工。
5 電子地磅秤防雷措施由于電子地磅秤電子系統基本處于室內 ,除在直接雷擊防護措施符合要求的場合外 ,一般情況下可以不考慮直接雷擊防護。因此主要考慮設計、完善弱電系統防雷措施———電涌保護、等電位連接、接地處理。電涌保護器(SPD)的正確使用和安裝 , 是整個防雷系統中的重要環節, 電子衡器系統防雷擊保護中的 SPD使用 , 應主要從兩個方面來考慮 , 一是控制室內的保護 ,應從供電系統保護和由傳感裝置傳輸的信號以及與外部連接的傳輸信號和監控信號等方面綜合加以考慮。
5.1 電源線路對供電系統而言應采取三級防護 ,第一級以采用開關式 SPD以進行大電流泄放為宜, 通流容量 ≥ 80KA;第二級采用限壓型 SPD進行泄放 ,通流容量 ≥80KA;第三級推薦使用串聯式電涌保護器 (SPD)。安裝位置和方法的正確與否直接關系到電涌保護器的泄放效果 , 因此, 第一級與第二級的安裝距離應在 10m以上, 后兩級的安裝距離應 <5m。其它與外部相連的信號通訊傳輸線路均應加裝專用 SPD。
5.2 信號線路首先用金屬管或金屬線槽進行屏蔽處理, 其次,電子部件傳感器加裝專用 SPD保護裝置 , 方能起到良好的效果。由于電子地磅秤弱電設備的工作電壓只有 5 ～ 12V, 工作電流也多為毫安級的 , 選型和安裝必須仔細進行現場考察 ,信號線路電涌保護器目前僅有國外 PHOENIX和 OBO兩家, 而且價格較高,國內也僅有一兩家生產 , 安裝時一定注意連接可靠 ,否則可能影響保護效果。
5.3 等電位連接室內部分 :由于電子地磅秤電子系統設備較少且集中,與室外信號連接僅六根信號線 ,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 ,信號地、保護地、信號線路屏蔽鋼管接地均采用≥6mm 2 多芯銅線與等電位連接端子相聯 , 接地引入線采用≥16mm 2 多芯銅線與接地裝置相聯。室外部分:主要在橋秤地點, 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 SPD、壓力傳感器信號地、信號線路屏蔽鋼管接地均采用 ≥6mm 2 多芯銅線與等電位連接端子相聯 ,并對地磅本身進行多點 (不少于 4點 )均衡接地,接地引入線采用 ≥16mm 2 多芯銅線與接地裝置相聯 (圖 2)。
5.4 接地對于電子地磅秤電子系統,應采用聯合接地方式 :建筑物防雷地、室內等電位連接接地、室外等電位連接接地共用接地裝置 ,室外部分距離室內部分接地裝置較遠時 ,可利用信號線路金屬屏蔽管做連接導體 ,達到聯合接地效果。根據 GB50343 -2004 《建筑物電子信息系統防雷技術規范》、GB/T2887 -2000《電子計算機場地通用規范》, 系統聯合接地接地電阻應 <4Ψ。
6 結束語電子地磅秤電子系統基本不考慮直接雷擊危害,但由于系統本身信號比較微弱 , 接口及其芯片抗沖擊能力非常差, 設計、現場安裝人員需要較為專業的技術人員才能進行, 加之電子地磅秤信號部分避雷器需要特殊定做生產, 所以一直是個防雷難點。但只要不斷豐富自己的知識 ,努力提高技術水平,充分了解保護對象的工作原理、結構, 按照雷電防護的基本原理, 就能采取合理的措施, 有效的減小雷電災害損失。

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