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電子汽車衡的防雷系統的設計


發布日期:[2018-07-30] 共閱[339]次

本文詳細分析了電子汽車衡被雷擊的原因,從系統的觀點介紹了一種性能的系統防雷電技術,克服了以往局部防雷所存在的缺點,解決了大型電子汽車衡的防雷難題,使得電子汽車衡系統防雷具有較高的性價比和可靠性,較好的規范性和性,不僅給企業帶來較大的經濟效益,也帶來較好的社會效益。

一、問題的提出

雷電是一種常見的自然現象,它具有極大的破壞力。大型電子汽車衡系統的秤臺部分大多在戶外露天安裝,經常因遭到雷擊而損壞,甚至造成電子汽車衡系統整體被摧毀。有的處于強雷區的衡器系統,年年遭到雷擊,甚至一年遭到幾次雷擊。一次雷擊造成的直接經濟損失可達幾萬到幾十萬元人民幣,其直接經濟損失有時甚至遠遠超過了電子汽車衡系統的實際造價,更重要的是會使整體衡器系統工作停頓,影響衡器使用單位經營活動的正常進行,使企業聲譽受損;其間接損失更是無法估量的。因此,開展電子汽車衡系統防雷的研究具有重要意義。

二、電子汽車衡遭受雷擊損壞的原因

自然界中常見的雷電主要有直擊雷、感應雷和傳導雷三種。當直擊雷對地放電時,在8μs左右達到峰值,并在40μs內完全泄放,因此,直擊雷電流具有幅值極高、頻率極高、沖擊力極強等特點,在地網中產生的電位差會損壞電器設備,甚至直接危及人的生命安全;當雷電擊中輸電線路或閃雷放電發生在輸電線路附近時,產生的感應雷經由電力線以及與外界有電路聯系的信號電路使電子設備損壞,通過對雷擊事故分析的結果表明:雷電造成的電子設備損壞90%以上是感應雷造成的;傳導雷是指遠處的雷電擊中線路或因電磁感應產生的極高電壓,由室外電源線路傳至建筑物內,損壞電器設備。特別是電子軌道衡系統,雷電可通過軌道對衡器系統進行直接破壞。因此,直擊雷、感應雷和傳導雷均會作用在電子汽車衡上造成不同程度的破壞。

大型電子汽車衡的秤臺和鋼軌等金屬構件極易遭受雷電襲擊,特別容易產生由于電磁感應而導致的浪涌電壓。因此,安裝在秤臺下的傳感器及與其相連的二次儀表和相應的計算機系統,很容易遭到雷電的襲擊而損壞。大多數情況下,由于傳感器彈性體與秤臺是處于電氣連通狀態的,而傳感器的彈性體與電子電路之間耐壓極限只有1kv到1.5kv,傳感器彈性體上感應的高電壓會將傳感器的應變片和其后的相應電路擊穿,這就是大型電子汽車衡經常因遭受雷擊而損壞主要的原因。

另外,當電子汽車衡遭受雷擊時,有強大的電流通過傳感器的彈性體,經實驗測試,即使在傳感器的兩端加裝多條短路分流帶,由于高頻電流的趨膚效應,當沖擊電流達到60ka時,傳感器兩端的壓差可達數千伏,即:傳感器彈性體上有巨大的電流通過,此電流產生的電磁場強度足以破壞傳感器內部應變片電路和電子電路,進而波及到與其相連的二次儀表及計算機系統。這也是大型電子汽車衡容易遭雷擊而損壞的原因之一。

架空的供電電源也極易遭受雷電襲擊,所以架空電源也是大型電子汽車衡易遭雷擊而損壞的原因之一。總之,凡是與電子汽車衡系統有電路連接或信號聯系的地方,都有可能引入雷電襲擊而產生浪涌電壓,造成衡器系統損壞。

接地雖然是保護電子衡器的一種方法,盡管接地電阻和衡器保護方式都相同,但是,接地方法不同,是單點接地還是多點接地,是系統接地還是局部接地,防雷效果卻截然不同,所以,接地是電子汽車衡整體防雷系統極為重要的一環。

三、我國電子汽車衡防雷的現狀

我國電子汽車衡防雷起步較晚,技術水平比較落后,防雷設施比較陳舊,在防雷思想上還停留在局部防雷階段。據我們調查發現,目前我國電子汽車衡防雷主要沿用傳統防雷方法,不是從系統的觀點出發按照科學性、規范性進行全面防雷,而是按照傳統的觀點片面的、局部的去設置防雷設施,歸納起來主要有以下幾種方法。

(1)只在電源端安裝電源防雷模塊,雷電襲擊時自動斷電,停止稱重;

(2)雷雨天不稱重,即在雷電到來之前人工把電源切斷,停止稱重,以保證衡器不被雷擊;

(3)在秤臺附近加裝避雷針;

(4)只對稱重儀表和傳感器分別接地。局部防雷雖然能取得一定的防雷作用,但卻存在著致命弱點。因為電子汽車衡是由稱重傳感器、秤體、稱重控制儀表、計算機、打印機和大屏幕顯示器組成的機電一體化設備,各組成部分之間不是孤立存在的,而是通過連接導線有機連接起來的有機整體,既有能量流(電源連接導線),又有信息流(稱重信號傳輸導線),各組成部分之間互相影響、互相制約。

(5)安裝電子汽車衡廠家生產的通用防雷設施,如電源防浪涌設備,在雷電到來時,防止浪涌和過電壓;

在自然界中,因雷擊發生是隨機的、不可控的,也是復雜多變的,很難預測雷電會襲擊電子汽車衡的哪一個部位,單純使用某種防雷手段,起不到較好的防雷效果,歸納起來,局部防雷具有以下不足。

(1)只做電源防雷,不做秤體和傳感器防雷,當直擊雷打在秤臺上時,容易產生由于電磁感應而導致的浪涌電壓,該電壓會將安裝在秤臺下的稱重傳感器擊毀,甚至還會擊毀與傳感器相連的稱重儀表和計算機系統。

(2)雷雨天切斷電源,電子汽車衡停止使用,使得稱重工作不能照常進行,嚴重影響了企業的經營管理,使得企業的經濟損失加大。

(3)當稱重儀表和傳感器分開接地時,在兩個接地點之間會產生電位差,強大的雷擊電流會通過接地點流過傳感器,從而損壞傳感器,甚至還會波及到稱重控制儀表和計算機系統。

因此,局部防雷是孤立的看待電子汽車衡系統的各組成部分,不能保護電子汽車衡系統各組成部分的安全,而真正能夠起到可靠防雷作用的是電子汽車衡的系統防雷。

四、電子汽車衡系統防雷設計

電子汽車衡系統防雷是從系統的觀點出發,本著“綜合防護、系統防護、逐級限壓”的全面防護理念,依據現代防雷技術設計規范,結合電子汽車衡系統的結構特點,從傳感器、秤體到稱重儀表統一進行防雷設計,從而做到:方案優化、技術合理、經濟有效、安全可靠,把雷電災害降低到低的水平。在雷雨天不用切斷電源,照常使用電子汽車衡,使得企業稱重計量不受雷擊的影響,該設計具體包括以下三個部分。

(1)切斷傳感器彈性體與秤臺的電氣通道,另外提供電流的泄放通道。

只做等電位保護還不夠,還必須切斷傳感器與秤臺的電氣連接。雷擊電流可以看做超高頻且能量巨大的電流,與直流電流有著本質的區別,決不能以直流電阻來計算雷擊時通過傳感器彈性體的電流。實驗測試表明:雖然在傳感器的兩端加裝多條短路分流帶,但仍不能有效地保護傳感器。本方案采用特殊裝置,徹底切斷傳感器的電流通路,徹底阻斷雷擊電流通過傳感器彈性體,從而避免了雷擊電流產生的電磁場對傳感器的破壞,同時保證雷擊電流通暢地泄入大地。

(2)對傳感器、二次儀表等電子汽車衡整體的各個部分,做特殊的等電位防雷保護。

等電位保護是電子汽車衡系統雷電保護系統的核心和根本。雷擊時,在強大的雷電電流泄入大地的瞬間,由于接地線存在電阻和電感,因此整體衡器系統對地可產生幾萬甚至幾十萬伏的高電位,此電位對電子汽車衡的各個部分甚至整體系統都是毀滅性的打擊。本系統對整體衡器系統的各部位(傳感器、儀表和計算機)的各種接口均做相應的等電位保護,使整體衡器系統的基礎電位隨地線電位的變化而變化,實質上也就是水漲船高之意,這就避免了雷擊電流產生的高電位對電子汽車衡造成的破壞。

(3)供電系統做多級防雷保護。

以上兩條措施可以對整體衡器系統具有一定的保護功能,但對來自電源的雷擊浪涌則無能為力。而架空供電的電源線極易受到雷電襲擊而產生浪涌,通過電源,造成衡器系統損壞,因此,電源系統更應該加強防護。對此,本方案采用多級防護電路,只有這樣,才能把較大的各種浪涌過電壓削減到電器設備能夠承受的水平,才能給設備提供安全有效的保護。

 

 
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