針對(duì)感應(yīng)雷擊的形成以及對(duì)地磅造成的危害進(jìn)行了理論分析，并提出通過對(duì)傳感器、儀表等部件的電位 保護(hù)，傳感器電流泄放通道、供電系統(tǒng)多級(jí)防雷保護(hù)、共地連接以及合理的布線方法等，可以有效防止地磅遭受感 應(yīng)雷擊的損害。

1.引言

雷電是因強(qiáng)對(duì)流氣候而形成的雷雨云層之間或 者云層與大地之間強(qiáng)烈瞬間的放電現(xiàn)象，它具有極 大的破壞力。自然界中由雷電產(chǎn)生的雷擊主要有直 擊雷擊、感應(yīng)雷擊兩大類。直擊雷擊是雷雨云對(duì)大地 建筑物的放電現(xiàn)象；而感應(yīng)雷擊是由于雷雨云層相 互之間或者雷雨云與大地之間放電時(shí)，在放電通道 周圍產(chǎn)生的電磁感應(yīng)或者雷云電場(chǎng)的靜電感應(yīng)，使 得建筑物上的金屬管道、鋼筋以及由室外進(jìn)入室內(nèi) 的電源線、信號(hào)線路等感應(yīng)的雷電高電壓，通過這些 線路以及通道引入造成放電，從而損壞電子和微電 子設(shè)備。通過對(duì)雷擊事故分析的結(jié)果可以得出一個(gè) 結(jié)論，雷電造成的電子設(shè)備的損壞中90%以上是感 應(yīng)雷擊造成的。

目前，各種大型電氣設(shè)備和高大建筑物都設(shè)有 較為完善的防雷擊措施，能有效地防止雷電的直接 侵害，但防感應(yīng)雷擊的效果確很一般。近年來由于感 應(yīng)雷擊造成電子設(shè)備故障和損壞的情況也比較多，因此由感應(yīng)雷擊致使地磅設(shè)備損害更應(yīng)高度警 惕。雖然防雷擊是一個(gè)老話題，但對(duì)地磅行業(yè)來講， 卻是一個(gè)需要討論的新課題，因?yàn)楹馄髡幵谌?/span> 向電子信息網(wǎng)絡(luò)化改造過程中，其中還存在大量的 有待改進(jìn)和完善的工作。

2.防止感應(yīng)雷擊的理論方法

2.1對(duì)傳感器、二次儀表等電子設(shè)備部件作等電位 防雷保護(hù)

等電位保護(hù)是地磅系統(tǒng)雷電保護(hù)系統(tǒng)的核 心和根本。雷擊時(shí)，在強(qiáng)大的雷電電流瀉入大地的 瞬間，由于接地線存在電阻和電感，因此整體地磅系 統(tǒng)對(duì)地可產(chǎn)生幾萬甚至幾十萬伏的高電位，此電位 對(duì)地磅的各個(gè)部分甚至整體系統(tǒng)都是毀滅性 的。對(duì)整體地磅系統(tǒng)的各部位(傳感器、儀表和計(jì)算 機(jī)）的各種接口均做相應(yīng)的等電位保護(hù)，使整體地磅系統(tǒng)的基礎(chǔ)電位隨地線電位的變化而變化，這樣 有效地避免了雷電流產(chǎn)生的高電位對(duì)地磅造 成的破壞。

2.2切斷傳感器與秤臺(tái)的電氣連接

只做等電位保護(hù)還不夠，還必須切斷傳感器與 秤臺(tái)的電氣連接。由于傳感器彈性體與秤臺(tái)是處于電氣連通狀態(tài)的，而傳感器的彈性體與電子電路之 間耐壓極限只有1 ~1.5kV，傳感器彈性體上感應(yīng)的 高電壓會(huì)將傳感器的應(yīng)變片和其后的相應(yīng)電路擊 穿，這就是大型地磅經(jīng)常因遭受雷擊而損壞的 最主要原因。因此需將傳感器輸出端加分流裝置， 與秤體連接接地，當(dāng)有雷電流時(shí)，通過傳感器分流裝 置，使得雷電流不經(jīng)過傳感器瀉入大地，從而避免了 雷電流產(chǎn)生電磁場(chǎng)感應(yīng)的高電壓通過傳感器傳給后 端電子電路或二次儀表。

2.3供電系統(tǒng)做多級(jí)防雷保護(hù)

架空供電的電源線極易受到雷電襲擊而產(chǎn)生浪 涌通過電源，造成衡器系統(tǒng)損壞，因此，地磅電 源系統(tǒng)采用三級(jí)防雷保護(hù)，第一級(jí)電源防雷模塊安 裝在系統(tǒng)供電開關(guān)后，第二級(jí)電源防雷模塊安裝在 穩(wěn)壓電源前，第三級(jí)電源防雷模塊安裝在設(shè)備前，此 外三級(jí)防雷保護(hù)做到共地，并與秤體共地，做到等電 位。在進(jìn)入操作室的電源線路、信號(hào)線路特別是重要 設(shè)備的前端按規(guī)范逐級(jí)加裝浪涌保護(hù)器，將感應(yīng)到 電源線、天饋線以及信號(hào)線的雷電流泄放到大地，并 將雷電以及浪涌鉗位到設(shè)備能承受的范圍，從而保 護(hù)電子設(shè)備不被雷電感應(yīng)高電壓所損壞。

2.4做好屏蔽和隔離

所謂屏蔽，就是用金屬網(wǎng)、箔、殼等把需要保護(hù) 的對(duì)象包圍起來，把閃電以及強(qiáng)干擾的電磁波在空 間的入侵通道全部阻斷，以保護(hù)電子設(shè)備安全。金屬 屏蔽網(wǎng)應(yīng)與等電位接地端子進(jìn)行可靠連接。所謂隔 離，就是讓敏感的電子信息設(shè)備盡可能避開或遠(yuǎn)離 雷電和涌浪容易干擾的地方氣 2.5共地連接和合理布線

共用接地是將在同一區(qū)域的交流工作地、直流 工作地、安全保護(hù)地、防靜電接地、防雷接地等共用 一組接地裝置。共用接地系統(tǒng)的接地電阻應(yīng)以接 入設(shè)備中最小值確定。這樣，整體衡器系統(tǒng)只有一 個(gè)基礎(chǔ)電位，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，此電位就會(huì)隨著接地點(diǎn) 的電位起伏而變化，確保整體衡器系統(tǒng)安然無恙。合 理布線就是將容易引起干擾的線纜分開敷設(shè)，并 保持一定間距，符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50311規(guī)范的 規(guī)定。

3.實(shí)例分析和具體實(shí)施方案

為了能有的放矢地制定出切實(shí)可行的防雷措 施，特別是防感應(yīng)雷擊對(duì)地磅造成的損害，對(duì)近 兩年來東莞地區(qū)地磅遭受雷電傷害情況做不完 全統(tǒng)計(jì)，得到如下數(shù)據(jù)：

(1)三臺(tái)地磅計(jì)算機(jī)的通訊接口板中調(diào) 制解調(diào)器(Modem)損壞。

（2）兩臺(tái)地磅稱重儀表到計(jì)算機(jī)的串行 數(shù)據(jù)接口（RS232)損壞。

（3）兩臺(tái)地磅稱重儀表到大屏幕顯示器 串行接口電路的光電耦合器(P521)和稱重儀表到打 印機(jī)接口電路(74HC244)損壞。

（4）一臺(tái)地磅儀表到打印機(jī)接口電路 (74HC245)損壞。

（5）—臺(tái)地磅一只稱重傳感器損壞(輸入 端開路)。

（6）稱重管理系統(tǒng)，有兩臺(tái)主機(jī)和兩臺(tái)CRT顯 示器的電源部分損壞。

從以上情況和處理過程來看，不難得出這樣一 些結(jié)論：

（1）損壞的元器件明顯的不同于往年，稱重傳感 器的損壞已占少數(shù)，這可能是因?yàn)榉Q重傳感器都接 有可靠的大電流回路保護(hù)線，稱重傳感器的上、下短 路接地，整個(gè)稱重傳感器形成對(duì)地等電位狀態(tài)。加之 又采用了防浪涌接線盒，實(shí)質(zhì)上就是PCB板上焊有 防浪涌及防感應(yīng)雷的保護(hù)元器件，在供橋電壓和信 號(hào)輸出端各并聯(lián)一只TVS管，如P6KE18CA，適當(dāng)?shù)?/span> 提高了防雷擊能力。

（2）稱重儀表和計(jì)算機(jī)又幾乎都是電源電路和 接口電路損壞，這樣看來，雷電的感應(yīng)浪涌電壓的入 侵途徑除了電源，主要是通過信號(hào)線竄進(jìn)設(shè)備內(nèi)部， 隔離、接口芯片當(dāng)然首當(dāng)其沖，遭其擊穿破壞。

（3）計(jì)算機(jī)主機(jī)和顯示器一般都采用無電源變 壓器的開關(guān)電源，不論是否開機(jī)，只要電源插頭插在 插座上，因?yàn)殡娫撮_關(guān)的動(dòng)、靜觸點(diǎn)分離時(shí)的間隙只 有2mm左右，瞬時(shí)雷電感應(yīng)浪涌電壓的火花閃絡(luò)足 以進(jìn)入，使其電源電路中的整流元件、濾波電容受到 感應(yīng)雷擊傷害。

（4）受雷電傷害的地磅故障比較明顯，容易 查找發(fā)現(xiàn)，只要對(duì)“進(jìn)口、出口 ”電路稍加留心觀察就 能看到過電壓擊穿損壞的元器件（有的發(fā)黑，有的 鼓包，甚至于炸裂）。除更換傳感器外，更換接口芯 片，基本上不需要重新標(biāo)定，因而維修相對(duì)順利。

鑒于以上情況，為了進(jìn)一步降低雷擊傷害，參照 計(jì)算機(jī)房防雷設(shè)施，擬定并協(xié)助用戶單位實(shí)施了地磅房防止雷擊的預(yù)防方案，主要針對(duì)防止雷電 感應(yīng)電壓從電源線竄入，特別注意到防止從信號(hào)線 入侵。

其接線框圖如圖1所示，方案具體安裝實(shí)施的 特點(diǎn)如下：

(1)將三相四線制電源在進(jìn)戶處把零線做重復(fù) 接地，其接地電阻小于4 Ω，并將地線同時(shí)引入戶內(nèi),形成三相五線制供電。這樣地線既作接地保護(hù)用，又 可預(yù)防共用零線斷路時(shí)三相負(fù)荷不均衡引起的高電 壓危害(如僅接入單相電源，零線同樣做重復(fù)接地后 引入戶內(nèi)）。

（2）在室內(nèi)配電箱中，對(duì)A、B、C三相各裝一只 DZ47-63/C16型空氣斷路器（空氣開關(guān))作為保護(hù)之 用。據(jù)實(shí)踐使用情況，此類開關(guān)比老式DZ12系列靈 敏度要高很多，可靠性較好。在空氣開關(guān)的下端火線 與零線之間并聯(lián)一只過壓保護(hù)的壓敏電阻。當(dāng)遇到 雷擊感應(yīng)浪涌高電壓竄入時(shí)，達(dá)到壓敏電阻的動(dòng)作 值，壓敏電阻會(huì)立即由高阻轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，短路電流致使 空氣開關(guān)C16立即跳閘，起到過電壓的保護(hù)。

（3）防雷濾波器主要由壓敏電阻和LC濾波電路 組成，其自制的實(shí)用電路如圖2。L1 L2是用準(zhǔn)0.5~ 1.0mm的高強(qiáng)漆包線在同一磁環(huán)的兩側(cè)各繞6~8匝。

⑷信號(hào)避雷器是借鑒目前市場(chǎng)上有不少加裝 避雷器的家用電器，主要是將體積甚小的金屬氧化 物避雷器埋藏在家用電器中。其實(shí)質(zhì)就是一個(gè)過壓 保護(hù)元件如壓敏電阻(YM471)或TVS管。

按照?qǐng)D1方案實(shí)施的衡器房所，從2005年冬到 2009年冬，經(jīng)過2006年的雷雨季節(jié)，尤其是2007 年3月底和7月、8月較強(qiáng)的雷雨，尚未發(fā)生一起雷 電傷害的事故。而未安裝的，在2006年7月就有一例是XK3190-D2+表中接口芯片HD74HC224P損壞。說明上述的預(yù)防措施是行之有效的。

另外，介紹地磅不同于機(jī)械衡器，講明地磅的儀表和其他電子儀器儀表一樣需要注意 防雷電傷害，幫助具體操作人員增強(qiáng)防雷電意識(shí)。建 議企業(yè)各衡器房所，在雷雨季節(jié)，當(dāng)不稱量下班時(shí)， 盡可能注意，把稱重系統(tǒng)設(shè)備的電源插頭拔掉，以阻 斷感應(yīng)雷擊由電源線竄入。

平時(shí)注意檢查各稱重傳感器大電流旁線路和接 地線是否完好。每年至少測(cè)量接地電阻一次，看是否 達(dá)到不大于4^的要求，否則要及時(shí)處理，并注意安 排在雷雨季節(jié)之前完成。

4.結(jié)束語

地磅防雷技術(shù)是一個(gè)性能先進(jìn)的綜合復(fù)雜 的雷電保護(hù)系統(tǒng)，對(duì)受保護(hù)的地磅系統(tǒng)不做任何 改動(dòng)，不影響衡器的計(jì)量性能。當(dāng)有雷電襲擊時(shí)不用 停電，地磅仍能夠正常計(jì)量。