隨著數(shù)字式汽車衡在各行業(yè)的普及應(yīng)用，以及集成電路對電壓和電流 脈沖的敏感程度越來越高，雷電對汽車衡的侵害也越來越頻繁，影響了企業(yè)的正常稱重 計量，本文介紹了雷電的特點、現(xiàn)代防雷的一些觀點和雷電的防范措施。

一、前言

汽車衡大多數(shù)地處空曠地帶，環(huán)境比較 惡劣復(fù)雜，由于電子稱重系統(tǒng)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(shè)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(yīng)所產(chǎn)生 的電涌電流防范措施不完善，雷雨季節(jié)時，常常 因雷擊出現(xiàn)較大范圍的精密電子設(shè)備故障，給企 業(yè)帶來了一定的經(jīng)濟損失，更影響了企業(yè)的正常 經(jīng)營。因此防雷工作非常重要，必須采取經(jīng)濟合 理的措施，以解決汽車衡的防雷問題?，F(xiàn)筆 者結(jié)合近幾年的實際工作，談?wù)勅绾渭訌娖嚭?/span> 的防雷，僅供參考。

二、雷電的防范措施分析

雷電是一種極具破壞力的自然現(xiàn)象，其電壓 可高達數(shù)百萬伏，瞬間電流更可高達數(shù)百千安。 雷電造成災(zāi)害有兩種途徑，一種是直擊雷，它以 聲、光、電同時發(fā)生，瞬間電流達數(shù)十萬安培，所產(chǎn)生的電效應(yīng)和熱效應(yīng)能導(dǎo)致火災(zāi)，熔化物體； 另一種是感應(yīng)雷（亦稱二次雷擊），它比直擊雷成 災(zāi)率更高，間接損失更大，是二十世紀(jì)八十年代 以來雷電災(zāi)害最顯著的特征，也是雷電防御技術(shù) 迫切需要解決的難題。一個完整的防雷系統(tǒng)應(yīng)包 括兩個方面：直接雷擊的防護和感應(yīng)雷擊的防護。 以下就針對各自的特點，具體談?wù)劮览状胧?/span>

(一）防直擊雷

由于汽車衡多處空曠地帶，周圍少有高 層建筑物，或不處在高層建筑物防雷系統(tǒng)的保護 范圍內(nèi)，這就有可能與空中帶電云團之間產(chǎn)生放 電，產(chǎn)生直接雷擊。為此，在易產(chǎn)生雷電干擾破 壞的地區(qū)必須采取可靠的防雷措施，以免造成雷 擊破壞。因此，可根據(jù)具體地點，按規(guī)范合理設(shè) 置避雷針，以尖端放電效應(yīng)中和云團中的電何， 有效地保護電子稱重系統(tǒng)，避免遭受直接雷擊。

直擊雷防雷設(shè)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范圍內(nèi)的各種金屬管線和用電設(shè)備。對于在接閃器保護范圍外的 各種金屬導(dǎo)線以及由直擊雷所產(chǎn)生的感應(yīng)雷電是 不能保護的。

(二)防感應(yīng)雷擊

當(dāng)雷電放電路徑不經(jīng)過防雷保護裝置時，放 電過程中產(chǎn)生強大的瞬變電磁場在附近的導(dǎo)體中 感應(yīng)到強大的電磁脈沖，稱感應(yīng)雷。感應(yīng)雷可通 過靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)兩種不同的感應(yīng)方式侵入 導(dǎo)體。

(1) 防靜電感應(yīng)雷擊

雷雨時，空中的帶電云團同室外的秤臺之間 雖然并沒有產(chǎn)生直接雷擊，但通過靜電耦合會使 設(shè)備帶上與云團極性相反的電荷。當(dāng)空中帶電云 團與其他云團產(chǎn)生雷擊放電，突然消失時，為疏 散聚集在秤臺頂部的大量電荷，就會產(chǎn)生很大的 回流電流。一臺汽車衡一般有10至12個支 承點與傳感器連接，當(dāng)靜電感應(yīng)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(huán)節(jié)， 就會在電路中形成靜電感應(yīng)。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(shè)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(tài)，基礎(chǔ)板與承重臺連接為一個 等勢體，可以防止意外電流從傳感器上經(jīng)過而造 成傳感器損壞。這樣，秤臺與汽車衡接地網(wǎng) 之間有了大電流回流通道，當(dāng)靜電感應(yīng)時，可以 從大地補充電子，使其中和，不致因設(shè)備產(chǎn)生高 電位后不能快速疏散。

(2）防電磁感應(yīng)雷擊

近年來，汽車衡除了受到直擊雷的危害 外，更多是雷電的電磁效應(yīng)所產(chǎn)生的對精密電子 設(shè)備具有破壞性質(zhì)的電涌電流。

1)電涌的產(chǎn)生

電涌是微秒量級的異常大的電流脈沖，其波 頭時間一般在0.25?20p s，其單位能量一般在 2.5?10MJ/Q，它可使電子設(shè)備受到瞬間過電壓而 遭破壞。而雷電是導(dǎo)致電涌的最明顯的原因，當(dāng) 空中雷擊時，帶異性電荷云團間產(chǎn)生強烈放電， 會產(chǎn)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(dǎo)體上產(chǎn) 生很大的感應(yīng)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沖的影響所產(chǎn) 生的電涌，可以使計算機、儀器儀表等電子設(shè)備 受到瞬間過電壓而遭到破壞。

另外，大型電機設(shè) 備、電梯、發(fā)電機、空調(diào)、制冷設(shè)備等也會引發(fā) 電涌。UPS也可能被電涌摧毀。

2）電涌防護原理

目前，在電涌的防護當(dāng)中，電涌防護器的使 用已日趨頻繁。電涌防護器（SPD, Surge protection Devic)，是至少應(yīng)包含一個非線性電壓限制元件， 用于限制暫態(tài)過電壓和分流浪涌電流的裝置。一 般電涌防護器采用MOV (金屬氧化物半導(dǎo)體變阻 器)技術(shù)，它和火花間隙技術(shù)是不同的。電涌不 能被阻止，因為它包含的能量太強。正是由于這 種原因，保護敏感電氣設(shè)備免受電涌損壞的策略 是把電涌從設(shè)備分流。當(dāng)電壓升高達到預(yù)先設(shè)定 的水平時，MOV立即動作，響應(yīng)時間為1?3ns。 MOV中的“V”是變阻器，在響應(yīng)的一瞬間， MOV的電阻從完全值降到近乎零歐姆，MOV使瞬 態(tài)高電壓找到了入地的通路，吸引過電流遠離敏 感的電氣設(shè)備，MOV把過電壓漏泄掉，電氣設(shè)備 繼續(xù)在正常的工作電壓下運行。

按工作原理電涌防護器分為三類，（a）電壓 SPD (Voltage switching type SPD 開關(guān)型，無電涌 出現(xiàn)時為高阻抗，當(dāng)出現(xiàn)電壓電涌時突變?yōu)榈妥?/span> 抗。通常采用放電間隙、充氣放電管、閘流管和 三端雙向可控硅元件作這類SPD的組件。有時稱 這類SPD為“短路開關(guān)型”或“克羅巴型” SPD。 (b)限壓型 SPD (Voltage limiting type SPD，無電 涌出現(xiàn)時為高阻抗，隨著電涌電流和電壓的增加， 阻抗跟著連續(xù)變小。通常采用壓敏電阻、抑制二 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 type SPD，由電壓開關(guān)型組件和限壓型組件組合而成， 可以顯示為電壓開關(guān)型或限壓型或這兩者都有的 特性，這決定于所加電壓的特性。另外，按照浪 涌保護器在電子信息系統(tǒng)的功能，可分為電源浪 涌保護器、天饋浪涌保護器和信號浪涌保護器。

3.電涌防護器的選擇

在選擇電涌防護器時，應(yīng)選擇一個技術(shù)先進 的制造商，產(chǎn)品應(yīng)具有詳細的說明書、技術(shù)指標(biāo)、 產(chǎn)地、符合各方面的標(biāo)準(zhǔn)證書及有銷售許可證書 等。

①設(shè)計是否有利于用戶并且容易安裝。理想 的產(chǎn)品應(yīng)該是一個小型、緊湊并且能夠安裝在現(xiàn) 有的空間內(nèi)，同時易于安裝。因此在安裝電涌防 護器時越接近配電箱越好，最好是在15cm以內(nèi)。

②反應(yīng)時間。電涌防護器的反應(yīng)時間必須比 電涌的速度快。反應(yīng)時間在毫微秒（納秒）級均 符合技術(shù)要求。

③一次能夠處理的最大電流。最大電流即峰 流，是一個電涌防護器的處理最大電流的能力。

④吸收能量的能力。電涌防護器吸收能量的 能力以焦耳來衡量，焦耳值越高，電涌防護器的 使用壽命越長。

⑤鉗制電壓的能力。也就是將過電壓鉗制到 電氣設(shè)備所能承受的安全范圍之內(nèi)的能力。1998 年6月1開始實施的GAl73—1998標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：用 于220/380V電力系統(tǒng)的計算機防雷保護器（電涌 防護器）的鉗制電壓應(yīng)小于或等于2kV。

⑥符合國際和國家標(biāo)準(zhǔn)。國際標(biāo)準(zhǔn)，包括 UL449、IEEE、NEMA 和 IEC。

4.電涌防護方案

雷電的感應(yīng)浪涌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(shè)備內(nèi)部，致使稱 重儀表、計算機的接口電路損壞，因此，應(yīng)高度 重視對電涌的防范，切不可抱有僥幸心理。鑒于 以上情況，為了進一步降低電涌的傷害，我們擬 訂了以下預(yù)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(dǎo)線引入的雷電高電壓。

二是等電位聯(lián)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(wǎng)上，地網(wǎng)阻值 要求在4Q以下。這種接地方式有效地降低了接 地電阻，又可使設(shè)備之間的地電位相等。使整個 衡器計量系統(tǒng)有一個共同的接地系統(tǒng)。

三是安裝電涌防護器。根據(jù)雷電分級泄放的 原理，對電源系統(tǒng)的防雷采取三級防雷系統(tǒng)，磅 房內(nèi)220/380V供電系統(tǒng)采用TN-C-S型式，由于 磅房內(nèi)電子設(shè)備相距很近，只需在電源入口下端 安裝電源第一、二級復(fù)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 配電系統(tǒng)的第一、二級防雷保護；在與計量系統(tǒng) 有關(guān)的電源插座處，安裝電涌防護器用于電源的 第三級防護。通過多級電源防雷設(shè)施，徹底泄放 雷電過電流，限制過電壓，盡可能防止雷電通過 電力線路竄入計量系統(tǒng)，損壞系統(tǒng)設(shè)備。

同時對計量室網(wǎng)絡(luò)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(shù)是在電纜接入計量系統(tǒng)前先接入信號避雷 器（信號SPD，盡可能地降低雷電對系統(tǒng)設(shè)備的 沖擊。

四是傳感器信號電纜的防雷保護。在整個稱 重計量系統(tǒng)中，有一處不可忽略，就是磅房到秤 臺有一段較長距離的傳感器信號電纜。雷擊通過 電磁感應(yīng)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(yīng)可靠接地，把閃電的電磁脈沖從空間入侵的 通道全部阻斷，使得閃電無縫可鉆，以消除電磁 感應(yīng)雷擊的破壞。

所以，計量室的電涌過壓及電磁干擾的防護， 是保證正常辦公、電氣設(shè)備及人身安全的重要技 術(shù)手段，是確保電子設(shè)備運行和信息網(wǎng)絡(luò)正常運 行不可缺少的技術(shù)環(huán)節(jié)。電涌防護在日常辦公和 經(jīng)營活動中的作用也變得越來越突出和重要。

三、 結(jié)束語

由于雷電是不可預(yù)測的，加之雷電傷害的成 因很復(fù)雜，所以沒有方法徹底消除它的影響。然 而如把多種方法結(jié)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、可靠的汽車衡的防雷接 地系統(tǒng)，以保證整個汽車衡安全、可靠、穩(wěn) 定地運行。