地磅防雷擊的研究

本文論述了雷電現象對地磅的破壞原因，以及針對此現象給出了防雷擊系統的設計方案。旨在當發生雷擊時，確保整體地磅系統安然無恙。

一、引言

雷電是一種常見的自然現象，它具有極大的破壞力。自然界中常見的雷電主要有直擊雷、感應雷和傳導雷三種。當直擊雷對地放電時，在 8μs 左右達到峰值，并在 40μs 內完全泄放，因此，直擊雷電流具有幅值極高、頻率極高，以及沖擊力極強等特點，其中產生的電位差會損壞電器設備，甚至直接危及人的生命；當雷電擊中輸電線路或閃雷放電發生在輸電線路附近時，產生的感應雷經由電力線以及與外界有線路聯系的信號電路使電子設備損壞，通過對雷擊事故分析的結果可以得出這樣一個結論：雷電造成的電子設備的損壞，90%以上是感應雷造成的；傳導雷是指遠處的雷電擊中線路或因電磁感應產生的極高電壓，由室外電源線路傳至建筑物內，損壞電器設備。特別是電子軌道衡系統，雷電課通過軌道對衡器系統進行直接破壞。因此，直擊雷、感應雷和傳導雷均會作用在電子衡器上進行不同程度的破壞。

大型地磅一般都處于室外露天場所，秤臺及鋼軌等大型金屬構件極易遭受雷電襲擊，特別容易產生由于電磁感應而導致的浪涌電壓，因此，安裝在秤臺下的傳感器及與其相連的二次儀表和相應的計算機系統，很容易遭到雷電的襲擊而損壞。大多數情況下，由于傳感器彈性體與秤臺是處于連通狀態的，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的高電壓會將傳感器的應變片和其后的相應電路擊穿，這就是大型電子衡器經常因遭受雷擊而損壞的最主要的原因。

當地磅遭受雷擊時，會有強大的電流通過傳感器的彈性體。經實驗測試，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，當沖擊電流達到 60kA 時，傳感器兩端的壓差可達數千伏，傳感器彈性體上有巨大的電流通過，此電流產生的電磁場強度足以破壞傳感器內部應變電路和電子電路，進而波及到與其相連的二次儀表及計算機系統。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，凡是與地磅系統有電路連接或信號聯系的地方，都有可能引入雷電襲擊而產生浪涌電壓，造成地磅系統損壞。

二、地磅防雷擊系統設計方案

地磅防雷系統是一個復雜的綜合保護系統，要求在防雷擊的同時保持電子衡器的計量性能不變，不能影響地磅的正常使用，這既是地磅防雷擊系統設計的關鍵、特色之處，也是設計的難點，我們按照現代防雷技術的要求，建立“綜合防護、系統防護、逐級限壓”的全貌防護概念，做到方案優化、技術合理、經濟有效、安全可靠，把雷電災害降低到最低水平。

地磅防雷擊系統設計方案是依據現代防雷技術設計規范，結合電子衡器的結構特點，同時考慮技術和施工上的可操作性而設計的電子衡器系統通用防雷擊方案。而對于每一臺具體的電子衡器，則要根據具體情況對本方案略做修改即可。

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

等電位保護是電子衡器系統雷電保護系統的核心和根本。雷擊時，在強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，因此整體衡器系統對地可產生幾萬甚至幾十萬伏的高電位，此電位對電子衡器的各個部分甚至整體系統都是毀滅性的。本系統對整體衡器系統的各部位 （傳感器、儀表和計算機） 的各種接口均做相應的等電位保護，是整體衡器系統的基礎電位隨地線電位的變化而變化，實質上也就是水漲船高之意，這就避免了雷擊電流產生的高電位對電子衡器造成的破壞。

（二） 切斷傳感器彈性體與秤臺的電氣通道，另外提供電流的泄放通道。

只做等電位保護還不夠，還必須切斷傳感器與秤臺的電氣連接。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的區別，決不能以直流電阻來計算雷擊時通過傳感器彈性體的電流。實驗測試表明：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傳感器彈性體，從而避免了雷擊電流產生的電磁場對傳感器的破壞，同時保證雷擊電流通暢的泄入大地。

（三） 供電系統做多級防雷保護以上兩條措施可以對整體衡器系統具有一定

的保護功能，但對來自電源的雷擊浪涌則無能為力。而架空供電的電源線極易受到雷電襲擊而產生浪涌通過電源，造成衡器系統損壞，因此，電源系統更應該加強防護。對此，本方案采用多級防護電路，只有這樣，才能把較大的各種浪涌通過電壓削減到設備能夠承受的水平，才能給設備提供安全有效的保護。系統對電源采用 B+C+D 三級防雷保護方案。

（四） 在秤臺周圍構建包括秤臺基礎在內的防雷接地網，整體系統在秤臺附近單接地。

三、結語

整體地磅系統實現如上各項保護措施后，能不能達到預期目的，關鍵在于整體衡器系統的接地方式。本系統采用的接地方式為：在秤臺周圍構建包括基礎在內的防雷接地網，整個系統在秤臺附近單點地。這樣，整體衡器系統只有一個基礎電位，當發生雷擊時，此電位就會隨著接地點的電位起伏而變化，確保整體衡器系統安然無恙。