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地磅综合防雷技术措施
更新时间:2022-07-04   点击次数:1190次

电子地磅秤在工厂、矿山大型计量场合、高速公路车辆超载计量复合工作中的应用越来越普遍,然而,由于其系 统采用的压力传感器、信号放大器、工控计算机抗过电压能力差,工作原理也鲜为人知,因而在雷雨季节时常出现雷击事故。

文章介绍在电子地磅秤方面的一些雷电防护实践经验。

1、前言

随着微电子技术和国民经济的迅速发展,电 子地磅秤在大型计量场所得到愈来愈多的应用 (如工厂大型进出货物计量、高速公路车辆超载计 量检查、电厂汽车进煤计量等),已经*取代传 统的机械式地磅秤。然而,在电子地磅秤的使用 中发现,尽管其相对于机械式地磅秤计量准确、机 械故障少,但出现电气故障后将使整个系统瘫痪。 电子地磅秤是以一个微处理器为核心的单片机, 抗过电压、过电流能力差,电子地磅秤压力传感器 部分又在室外,因而时常遭受雷电感应电磁脉冲 的危害,造成系统瘫痪。如2006年7月,荔波县 某煤矿电子地磅秤遭受雷击,直接经济损失就达5 万元人民币;2006年3月贵阳某大型企业电子地 磅秤遭受雷击,当时直接经济损失即达7万元人 民币。目前,多数人对于电子地磅秤的工作原理 还比较生疏,本文简要介绍电子地磅衡器系统的 同时,对系统的雷电防护必要措施作一些技术说明。

2、电子地磅秤结构简介

电子地磅秤系统主要由桥秤板面、称重压力 传感器、前端信号放大器、称重数据处理器、重量 显示器、打印设备等组成。其中称重压力传感器、 前端信号放大器在室外桥秤下,称重数据处理器、 重量显示器、打印设备在室内。

图1电子地磅秤系统组成示意框图 工作原理是:系统接通220V交流工作电源 后,电子地磅衡器系统清零,称重数据处理器送出 励磁信号通过前端放大处理到压力传感器,当车 载货物经过或停在桥秤上时,压力传感器送出毫 安级的模拟信号回前端放大器,信号放大后再送 回室内称重数据处理器处理换算成相应重量显 示,需要打印时,通过打印机输出。

电子地磅秤使用220V50Hz交流市电,信号处 理部分弱电设备的工作电压一般在5?18V,工作 电流多为毫安级;两根励磁信号线、两条反馈信号 线、两条测量信号线共6根数据信号线。根据厂 家设备要求,系统接地电阻应<4Q。

3、电子地磅秤遭受雷击原因分析

3. 1地电位反击

地电位不平衡造成地电位反击的事例占多 数。在调查的所有电子地磅秤使用单位中,无一 家按照GB50057 - 94 (2000)《建筑物防雷设计规 范域GB50343 - 2004《建筑物电子信息系统防雷 技术规范》相关规定,采用联合接地或暂态联合接 地,仅仅将前端放大器和桥秤支架接地,也未与建筑物防雷地连接,两者相距最远均< 10m,存在建设之初就埋下雷击事故隐患。

3.2球型闪电

球型闪电的直接雷很难预以防护,它是一种带 有大量电荷等离子体,触及物体时通过瞬间的放电 将电器设备烧毁,通过安装避雷针和布设避雷带也 很难消除其危害。尽管球型闪电的形成的几率很 低,造成的雷击事故相对较少,但在调查过程中也 发现过球型闪电接触称重桥秤后将电子衡器系统 击坏报废的情况。

3. 3电源线路、信号线路雷电波侵入

所有电子地磅秤使用单位的220V电源线路、 信号线路都未安装相应的电涌保护器,也未做线路 (特别是信号线路)屏蔽处理,经调查:几乎所有的 使用单位的电子衡器系统均遭受过雷击事故。

3.4接地隐患

由于电子地磅秤组成比较简单,而且设备基本在 室内,即使称重桥秤在室外,也有遮雨金属棚防雨,因 此,几乎所有使用单位只是根据设备说明做个简单接 地处理,而且都未做接地测试。经过检查,电子地磅 秤普遍存在着接地电阻偏大(最大达27Q )、接地导线 面积偏小侈数采用2. 5mm2单芯铜线)、未进行有效 等电位连接处理等一系列不安全隐患。

4、雷电防护技术标准

正确参照技术标准相关规定是有效设计防雷 措施的前提,按照电子地磅秤工作原理和设备性 质,该系统基本属于建筑物内电子信息系统特点, 电子地磅秤系统雷电防护主要应参照GB50057 - 94 (2000) ?建筑物防雷设计规范》GB50343 - 2004 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》外,还应遵守 下列标准图集:99(03)D501 —1?建筑物防雷设施安 装》、02D501 — 2<等电位连接安装》、03D501 — 4<接 地装置安装》,按照图集要求施工。

5、电子地磅秤防雷措施

由于电子地磅秤电子系统基本处于室内,除在 直接雷击防护措施符合要求的场合外,一般情况下 可以不考虑直接雷击防护。因此主要考虑设计、完 善弱电系统防雷措施一一电涌保护、等电位连接、 接地处理。

电涌保护器(SPD)的正确使用和安装,是整个 防雷系统中的重要环节,电子衡器系统防雷击保护 中的SPD使用,应主要从两个方面来考虑,一是控 制室内的保护,应从供电系统保护和由传感装置传 输的信号以及与外部连接的传输信号和监控信号 等方面综合加以考虑。

5. 1电源线路

对供电系统而言应采取三级防护,第一级以采 用开关式SPD以进行大电流泄放为宜,通流容量> 80KA;第二级采用限压型SPD进行泄放,通流容量 > 80KA;第三级推荐使用串联式电涌保护器 (SPD)。安装位置和方法的正确与否直接关系到电 涌保护器的泄放效果,因此,第一级与第二级的安 装距离应在10m以上,后两级的安装距离应<5m。 其它与外部相连的信号通讯传输线路均应加装专用 SPD。

5.2信号线路

首先用金属管或金属线槽进行屏蔽处理,其 次,电子部件传感器加装专用SPD保护装置,方能 起到良好的效果。由于电子地磅秤弱电设备的工作电压只有5-12V,工作电流也多为毫安级的,选 型和安装必须仔细进行现场考察,信号线路电涌保 护器目前仅有国外PHOENK和OBO两家,而且价 格较高,国内也仅有一两家生产,安装时一定注意 连接可靠,否则可能影响保护效果。

5.3等电位连接

室内部分:由于电子地磅秤电子系统设备较少且集中,与室外信号连接仅六根信号线,故采用S型等电位连接方式,等电位连接端子采用50 X5 X300 扁铜,信号地、保护地、信号线路屏蔽钢管接地均采 用>6mm2多芯铜线与等电位连接端子相联,接地 引入线采用>16mm2多芯铜线与接地装置相联。

室外部分:主要在桥秤地点,采用50 X5 X300 扁铜做等电位连接端子,桥秤钢板、前端放大器外 壳、信号SPD、压力传感器信号地、信号线路屏蔽钢 管接地均采用>6mm2多芯铜线与等电位连接端子 相联,并对地磅本身进行多点(不少于4点)均衡接 地,接地引入线采用>16mm2多芯铜线与接地装置相联。

5.4接地

对于电子地磅秤电子系统,应采用联合接地方式:建筑物防雷地、室内等电位连接接地、室外等电 位连接接地共用接地装置,室外部分距离室内部分 接地装置较远时,可利用信号线路金属屏蔽管做连 接导体,达到联合接地效果。根据GB50343 GB/T 2887 -2000<电子计算机场地通用规范》,系统联合接地 接地电阻应<4Q。

6、结束语

电子地磅秤电子系统基本不考虑直接雷击危害,但由于系统本身信号比较微弱,接口及其芯片抗冲击能力非常差,设计、现场安装人员需要较为专业的技术人员才能进行,加之电子地磅秤信号部 分避雷器需要特殊定做生产,所以一直是个防雷难点。但只要不断丰富自己的知识,努力提高技术水平,充分了解保护对象的工作原理、结构,按照雷电 防护的基本原理,就能采取合理的措施,有效的减小雷电灾害损失。

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