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电子磅秤防雷技术方案
作者:郑州普天    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2010-12-30    

电子衡器防雷系统浅析

(郑州普天防雷科技有限公司,郑州,450002
要:电子衡器防雷技术是一个性能先进的综合复杂的雷电保护系统,主要采用了传感器、仪表等电位保护、传感器电流泄放通道、电源多级防雷保护,尤其是安装防雷接地网等现代雷电防护技术。广泛适用于电子轨道衡、电子汽车衡等。
关键词:电子衡器,防雷技术,保护系统
1、电子衡器遭受雷电袭击损坏的原理
   
雷电是一种常见的自然现象,它具有极大的破坏力。自然界中常见的雷电主要有直击雷、感应雷和传导雷三种。当直击雷对地放电时,在8µs左右达到峰值,并在40µs内完全泄放,因此,直击雷电流具有幅值极高、频率极高、冲击力极强等特点,在地网中产生的电位差会损坏电器设备,甚至直接危及人的生命;当雷电击中输电线路或闪雷放电发生在输电线路附近时,产生的感应雷经由电力线以及与外界有电路联系的信号电路使电子设备损坏,通对雷击事故分析的结果可以得出这样一个结论:雷电造成的电子设备的损坏,90%以上是感应雷造成的;传导雷是指远处的雷电击中线路或因电磁感应产生的极高电压,由室外电源线路传至建筑物内,损坏电器设备。特别是电子轨道衡系统,雷电可通过轨道对衡器系统进行直接破坏。因此,直击雷、感应雷和传导雷均会作用在电子衡器上进行不同程度的破坏。
     
大型电子衡器一般都处于室外露天场所,秤台及钢轨等大型金属构件极易遭受雷电袭击,特别容产生由于电磁感应而导致的浪涌电压,因此,安装在秤台下的传感器及与其相连的二次仪表和相应的计算机系统,很容易遭到雷电的袭击而损坏。大多数情况下,由于传感器弹性体与秤台是处于电气连通状态的,而传感器的弹性体与电子电路之间耐压极限只有1KV1.5KV,传感器弹性体上感应的高电压会将传感器的应变片和其后的相应电路击穿,这就是大型电子衡器经常因遭受雷击而损坏的最主要的原因。
    当电子衡器遭受雷击时,有强大的电流通过传雷感器的弹性体。经实验测试,即使在传感器的两端加装多条短路分流带,由于高频电流的趋肤效应,当冲击电流达到60KA时,传感器两端的压差可达数千伏,传感器弹性体上有巨大的电流通过,此电流产生的电磁场强度足以破坏传感器内部应变电路和电子电路,进而波及到与其相连的二次仪表及计算机系统。这也是大型电子衡器容易遭雷击而损坏的原因之一;架空的供电电源也极易遭受雷电袭击,所以架空电源也是大型电子衡器易遭雷击而损坏的原因之一。总之,凡是与电子衡器系统有电路连或信号联系的地方,都有可能引入雷电袭击而产生浪涌电压,造成衡器系统损坏。

2、电子衡器防雷击系统设计方案
   
电子衡器防雷系统是一个复杂的综合保护系统,要求在防雷击的同时电子衡器的计量性能不变,不能影响衡器的正常使用,这既是电子衡器防雷击系统设计的关键、特色之处,也是设计的难点,我们按照现代防雷技术的要求,建立“综合防护、系统防护、逐级限压”的全面防护的感念,做到:方案优化、技术合理、经济有效、安全可靠,把雷电灾害降低到最低水平。
    电子衡器防雷击系统设计方案是依据现代防雷技术设计规范,结合电子衡器的结构特点,同时考虑技术和施工上的可操作性而设计的电子衡器系统通用防雷击方案。而对于每一台具体的电子衡器,则要根据具体情况对本方案略做修改即可。
2.1
对传感器、二次仪表等电子衡器整体的各个部分,作特殊的等电位防雷保护。
    等电位保护是电子衡器系统雷电保护系统的核心和根本。雷击时,在强大的雷电电流泻人大地的瞬间,由于接地线存在电阻和电感,因此整体衡器系统对地可产生几万甚至几十万伏的高电位,此电位对电子衡器的各个部分甚至整体系统
都是毁灭性的。本系统对整体衡器系统的各部位(传感器、仪表和计算机)的各种接口均做相应的等电位保护,使整体衡器系统的基础电位随地线电位的变化而变化,实质上也就是水涨船高之意,这就避免了电流产生的高电位对电子衡器造成的破坏。
2.2切断传感器弹性体与秤台的电气通道,另外提供电流的泄放通道
    只做等电位保护还不够,还必须切断传感器与秤台的电气连接。雷击电流可以看做超高频且能量巨大的电流,与直流电流有着本质的区别,决不能以直流电阻来计算雷击时通过传感器弹性体的电流。实验测试表明:虽然在传感器的两端加装多条短路分流带,但仍不能有效地保护传感器。本方案采用特殊装置,彻底切断传感器的电流通路,彻底阻断雷电流通过传感器弹性体,从而避免了雷电流接产生的电磁场对传感器的破坏,同时保证雷击电流通畅地泄入大地。
2.3
供电系统做多级防雷保护
    以上两条措施可以对整体衡器系统具有一定的保护功能,但对来自电源的雷击浪涌则无能为力。而架空供电的电源线极易受到雷电袭击而产生浪涌通过电源,造成衡器系统损坏,因此,电源系统更应该加强防护。对此,本方案采用多级防护电路,只有这样,才能把较大的各种浪涌过电压削减到设备能够承受的水平,才能给设备提供安全有效的保护。系统对电源采用B+C+D三级防雷保护方案。
2.4在秤台周围构建包括秤台基础在内的防雷接地网,整体系统在秤台附近单接地。
    整体衡器系统实现如上各项保护措施后,能不能达到预期目的,关键在于整体衡器系统的接地方式。本系统采用的接地方式为:在秤台周围构建包括基础在内的防雷接地网,整个系统在秤台附近单点地。这样,整体衡器系统只有一个基础电位,当发生雷击时,此电位就会随着接地点的电位起伏而变化,确保整体衡器系统安然无恙。
2.5安装雷电记录仪,对电子衡器防雷系统作实时监测。
    雷电记录仪是一种小型雷电感应记录设备,它可以准确记录各种导线上由于雷电感应或则其他原因形成的浪涌信号,它不仅可以记录发生浪涌的时间,而且可以记录浪涌电流的强度。
2.6在衡器控制室屋顶安装直击雷接闪装置
根据滚球法计算出保护对象是否在保护范围之内,确定所需要的避雷针的安装位置和高度。
    国际电工委员会标准将各种类型的电子系统,如计算机、通信设备、工业和商业自动化控制系统等归为信息系统,信息系统的防雷及过电压保护是一种系统工程,必须贯彻整体防护的思想,综合运用分流(泄流)、均压(等电位)、屏蔽、接地和保护(籍位)等各项技术,构成一个完整的防护体系,才能取得最佳效果。电子衡器防雷击系统正是按照这一要求进行设计的,电子衡器防雷击系统组成原理如图所示:
 
3、电子衡器防雷击系统的评价
   
由于电子衡器防雷击系统按照现代防雷技术的要求,采取了“全方位防护、综合治理、层层设防”的设计方法,所以它具有规范性、可靠性和先进性。电子衡器防雷击系统所涉及的技术虽然属于边缘科学,但是在进行设计施工时,郑州普天防雷公司严格按照国际电工委员会IEC标准、法国NFC标准、德国VDE标准和中国GB标准与有关部委颁发的设计规范要求进行设计施工,使得系统设计达到规范性和标准化。
    电子衡器防雷击系统是一个有机的整体系统,其所选用的组成部件有任何一个失效,都会影响整体防雷击系统的效果,甚至失去对衡器系统的保护功能。因此,防雷击系统的可靠性尤为重要。
 
参考资料:
 1《国际建筑物防雷设计规范》IEC1024-1
1990.
  2《建筑物防雷设计规范》GB50057-942000年版)
.
  3《计算机信息系统雷电电磁脉冲安全防护规范》
.GA267-2000.
  4《电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验》
GB/T17626.5-1999.
  5《电子秤技术》施汉谦、宋文敏,中国计量出版社,19919月第1
.
  6《雷击电磁脉冲的防护.2屏蔽、等电位及连接》
GB19271.2-2005.
  7《控制工程中的抗干扰技术》.徐义亨.编著.浙江中控
2007.7.
  8《石化、化工等行业控制系统防雷技术研究》.关象石.2007.9.
    9《防雷工程质量管理措施》. 郑州普天防雷。2010.08
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