電子地磅秤綜合防雷技術措施

前言隨著微電子技術和國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展 , 電子地磅秤在大型計量場所得到愈來愈多的應用 (如工廠大型進出貨物計量、高速公路車輛超載計量檢查、電廠汽車進煤計量等 ), 已經(jīng)完全取代傳統(tǒng)的機械式地磅秤。然而, 在電子地磅秤的使用中發(fā)現(xiàn) , 盡管其相對于機械式地磅秤計量準確、機械故障少, 但出現(xiàn)電氣故障后將使整個系統(tǒng)癱瘓。電子地磅秤是以一個微處理器為核心的單片機 , 抗過電壓、過電流能力差, 電子地磅秤壓力傳感器部分又在室外 , 因而時常遭受雷電感應電磁脈沖的危害 , 造成系統(tǒng)癱瘓。如 2006年 7 月 , 荔波縣某煤礦電子地磅秤遭受雷擊, 直接經(jīng)濟損失就達 5 萬元人民幣 ;2006年 3月貴陽某大型企業(yè)電子地磅秤遭受雷擊 , 當時直接經(jīng)濟損失即達 7 萬元人民幣。目前 , 多數(shù)人對于電子地磅秤的工作原理還比較生疏 , 本文簡要介紹電子地磅衡器系統(tǒng)的同時 , 對系統(tǒng)的雷電防護必要措施作一些技術說明。 2 電子地磅秤結構簡介電子地磅秤系統(tǒng)主要由橋秤板面、稱重壓力傳感器、前端信號放大器、稱重數(shù)據(jù)處理器、重量顯示器、打印設備等組成。其中稱重壓力傳感器、前端信號放大器在室外橋秤下 , 稱重數(shù)據(jù)處理器、重量顯示器、打印設備在室內 (圖 1)。
工作原理是 :系統(tǒng)接通 220V交流工作電源后, 電子地磅衡器系統(tǒng)清零 , 稱重數(shù)據(jù)處理器送出勵磁信號通過前端放大處理到壓力傳感器 , 當車載貨物經(jīng)過或停在橋秤上時 , 壓力傳感器送出毫安級的模擬信號回前端放大器 , 信號放大后再送回室內稱重數(shù)據(jù)處理器處理換算成相應重量顯示, 需要打印時 ,通過打印機輸出。電子地磅秤使用 220V50Hz交流市電, 信號處理部分弱電設備的工作電壓一般在 5 ～ 18V, 工作電流多為毫安級 ;兩根勵磁信號線、兩條反饋信號線、兩條測量信號線共 6根數(shù)據(jù)信號線。根據(jù)廠家設備要求 ,系統(tǒng)接地電阻應 <4Ψ。
3 電子地磅秤遭受雷擊原因分析
3.1 地電位反擊地電位不平衡造成地電位反擊的事例占多數(shù) 。在調查的所有電子地磅秤使用單位中, 無一家按照 GB50057 -94(2000)《建筑物防雷設計規(guī) 范》或 GB50343 -2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》相關規(guī)定 , 采用聯(lián)合接地或暫態(tài)聯(lián)合接地 , 僅僅將前端放大器和橋秤支架接地 (參見圖 2), 也未與建筑物防雷地連接 , 兩者相距最遠均 < 10m, 存在建設之初就埋下雷擊事故隱患。
3.2 球型閃電球型閃電的直接雷很難預以防護, 它是一種帶有大量電荷等離子體, 觸及物體時通過瞬間的放電將電器設備燒毀 ,通過安裝避雷針和布設避雷帶也很難消除其危害。盡管球型閃電的形成的幾率很低 ,造成的雷擊事故相對較少, 但在調查過程中也發(fā)現(xiàn)過球型閃電接觸稱重橋秤后將電子衡器系統(tǒng) 擊壞報廢的情況。
3.3 電源線路、信號線路雷電波侵入所有電子地磅秤使用單位的 220V電源線路、信號線路都未安裝相應的電涌保護器, 也未做線路 (特別是信號線路 )屏蔽處理 , 經(jīng)調查:幾乎所有的使用單位的電子衡器系統(tǒng)均遭受過雷擊事故。 3.4 接地隱患由于電子地磅秤組成比較簡單,而且設備基本在室內 ,即使稱重橋秤在室外,也有遮雨金屬棚防雨, 因此,幾乎所有使用單位只是根據(jù)設備說明做個簡單接地處理,而且都未做接地測試。經(jīng)過檢查, 電子地磅秤普遍存在著接地電阻偏大 (最大達 27Ψ)、接地導線面積偏小(多數(shù)采用 2.5mm 2 單芯銅線 )、未進行有效等電位連接處理等一系列不安全隱患。 4 雷電防護技術標準正確參照技術標準相關規(guī)定是有效設計防雷措施的前提, 按照電子地磅秤工作原理和設備性質 ,該系統(tǒng)基本屬于建筑物內電子信息系統(tǒng)特點 , 電子地磅秤系統(tǒng)雷電防護主要應參照 GB50057 -94 (2000)《建筑物防雷設計規(guī)范》、 GB50343 -2004 《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》外, 還應遵守下列標準圖集:99(03)D501— 1《建筑物防雷設施安裝》、02D501— 2《等電位連接安裝》、03D501— 4《接地裝置安裝》,按照圖集要求施工。
5 電子地磅秤防雷措施由于電子地磅秤電子系統(tǒng)基本處于室內 ,除在直接雷擊防護措施符合要求的場合外 ,一般情況下可以不考慮直接雷擊防護。因此主要考慮設計、完善弱電系統(tǒng)防雷措施———電涌保護、等電位連接、接地處理。電涌保護器(SPD)的正確使用和安裝 , 是整個防雷系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié), 電子衡器系統(tǒng)防雷擊保護中的 SPD使用 , 應主要從兩個方面來考慮 , 一是控制室內的保護 ,應從供電系統(tǒng)保護和由傳感裝置傳輸?shù)男盘栆约芭c外部連接的傳輸信號和監(jiān)控信號等方面綜合加以考慮。
5.1 電源線路對供電系統(tǒng)而言應采取三級防護 ,第一級以采用開關式 SPD以進行大電流泄放為宜, 通流容量 ≥ 80KA;第二級采用限壓型 SPD進行泄放 ,通流容量 ≥80KA;第三級推薦使用串聯(lián) 式電涌保護器 (SPD)。安裝位置和方法的正確與否直接關系到電涌保護器的泄放效果 , 因此, 第一級與第二級的安裝距離應在 10m以上, 后兩級的安裝距離應 <5m。其它與外部相連的信號通訊傳輸線路均應加裝專用 SPD。
5.2 信號線路首先用金屬管或金屬線槽進行屏蔽處理, 其次,電子部件傳感器加裝專用 SPD保護裝置 , 方能起到良好的效果。由于電子地磅秤弱電設備的工作電壓只有 5 ～ 12V, 工作電流也多為毫安級的 , 選型和安裝必須仔細進行現(xiàn)場考察 ,信號線路電涌保護器目前僅有國外 PHOENIX和 OBO兩家, 而且價格較高,國內也僅有一兩家生產 , 安裝時一定注意連接可靠 ,否則可能影響保護效果。
5.3 等電位連接室內部分 :由于電子地磅秤電子系統(tǒng)設備較少且集中,與室外信號連接僅六根信號線 ,故采用 S型等電位連接方式,等電位連接端子采用 50 ×5 ×300 扁銅 ,信號地、保護地、信號線路屏蔽鋼管接地均采用≥6mm 2 多芯銅線與等電位連接端子相聯(lián) , 接地引入線采用≥16mm 2 多芯銅線與接地裝置相聯(lián) 。室外部分:主要在橋秤地點, 采用 50 ×5 ×300 扁銅做等電位連接端子 , 橋秤鋼板、前端放大器外殼、信號 SPD、壓力傳感器信號地、信號線路屏蔽鋼管接地均采用 ≥6mm 2 多芯銅線與等電位連接端子相聯(lián) ,并對地磅本身進行多點 (不少于 4點 )均衡接地,接地引入線采用 ≥16mm 2 多芯銅線與接地裝置相聯(lián) (圖 2)。
5.4 接地對于電子地磅秤電子系統(tǒng),應采用聯(lián)合接地方式 :建筑物防雷地、室內等電位連接接地、室外等電位連接接地共用接地裝置 ,室外部分距離室內部分接地裝置較遠時 ,可利用信號線路金屬屏蔽管做連接導體 ,達到聯(lián)合接地效果。根據(jù) GB50343 -2004 《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》、GB/T2887 -2000《電子計算機場地通用規(guī)范》, 系統(tǒng)聯(lián)合接地接地電阻應 <4Ψ。
6 結束語電子地磅秤電子系統(tǒng)基本不考慮直接雷擊危害,但由于系統(tǒng)本身信號比較微弱 , 接口及其芯片抗沖擊能力非常差, 設計、現(xiàn)場安裝人員需要較為專業(yè)的技術人員才能進行, 加之電子地磅秤信號部分避雷器需要特殊定做生產, 所以一直是個防雷難點。但只要不斷豐富自己的知識 ,努力提高技術水平,充分了解保護對象的工作原理、結構, 按照雷電防護的基本原理, 就能采取合理的措施, 有效的減小雷電災害損失。

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