通過對工廠用汽車衡、軌道衡、皮帶秤以及散料稱等 各種稱重系統(tǒng)的浪涌來源、稱重系統(tǒng)的共性及傳輸信號的 特殊性進行分析，提出稱重系統(tǒng)的防雷擊、防雷電電磁脈 沖破壞的綜合解決方案。

自20世紀80年代以來，隨著計算 機、自動控制以及信息技術(shù)的發(fā)展，各 種形式的電子系統(tǒng)，包括計算機、通信 設備、控制系統(tǒng)等的應用日漸增多，特 別是這種系統(tǒng)應用于工業(yè)許多部門和規(guī) 模及復雜性相當大的工廠。

工廠電子秤自動化系統(tǒng)其主要核心是采用 微電子系統(tǒng)設備，這些電子系統(tǒng)設備的 工作電壓僅為幾伏，工作電流在微安至 毫安數(shù)量級。而雷電流放電瞬間將產(chǎn)生 很強的電磁脈沖，會通過空氣輻射耦合 及金屬管線電路傳導耦合（電阻耦合、 磁場耦合、電場耦合）到靈敏的微電 子設備的電路中，導致控制系統(tǒng)的設備 損壞或出現(xiàn)不正常。所以從經(jīng)濟代價和 生產(chǎn)安全原因出發(fā)極不希望發(fā)生閃電電 磁脈沖而引起控制系統(tǒng)損壞、數(shù)據(jù)丟失這種情況出現(xiàn)。

稱重系統(tǒng)的特性及特殊性

由于稱重系統(tǒng)的應用特性，軌道衡、 汽車衡通常安裝于貨場的道路或鐵路軌道 上，而皮帶秤、散料稱也通常安裝于碼 頭、貨場的原材料輸送帶上。碼頭、貨場 等通常選址于江邊或大片的陸地空曠地 帶，而這些稱重系統(tǒng)的傳感器安裝地點要 么在平地或軌道線上，要么在輸送帶的高 處。圖1是某工廠安裝的稱重系統(tǒng)的常規(guī) 布置示意圖。

—般情況下，各種稱重系統(tǒng)都是應用 應變計作為稱重傳感器。在模擬型信號傳 輸?shù)姆Q重系統(tǒng)中，稱重傳感器的激勵電壓 均采用12 V,而稱重輸出信號基本上在 100 mV以內(nèi)；在數(shù)字型信號傳輸?shù)姆Q重 系統(tǒng)中，稱重傳感器工作電壓均采用 12 V,而稱重輸出信號采用半雙工的 RS485數(shù)字信號；皮帶秤用的轉(zhuǎn)速計通常 采用12 V電壓脈沖輸出。這些信號都通 過信號電纜傳輸?shù)桨惭b稱重儀表或控制器的工房內(nèi)。

除了信號電纜之外，位于工房的稱重儀表、 控制器還需要使用來自工廠供配電系統(tǒng)的電源電 纜，以及將稱重信號傳輸?shù)焦S控制、管理網(wǎng)絡 的信號或通信電纜。

綜上可知，一般的稱重系統(tǒng)具有以下幾個特 點：①通常安裝于碼頭、貨場等位于江邊或高處 的空曠地帶。②稱重裝置本身由面積或體積較大 的金屬構(gòu)件組成。③稱重系統(tǒng)的信號電纜、電源 電纜或通信電纜會穿過或直接暴露在空曠的無防 護地帶。④系統(tǒng)傳輸信號弱（mV級），傳輸距離 長（最長可能超過1km)。

雷電及浪涌對稱重系統(tǒng)的破壞方式

根據(jù)對稱重系統(tǒng)大量用戶以及生產(chǎn)廠商的使 用及維護情況調(diào)查得知，稱重系統(tǒng)遭受雷擊損壞 的次數(shù)顯著高于工廠其他儀表電氣設備，某些位 置的衡器設備幾乎每年在雷雨季節(jié)都會遭受雷電 破壞。

由稱重系統(tǒng)的安裝環(huán)境和電氣特性分析，稱 重系統(tǒng)主要受到直接雷擊和間接雷擊的破壞。

1.直接雷擊

直擊雷是指帶電云層（雷云）與建筑物、其 他物體、大地或防雷裝置之間發(fā)生的迅猛放電現(xiàn) 象，并由此伴隨而產(chǎn)生的電效應、熱效應或機械 力等一系列的破壞作用。

對稱重系統(tǒng)來說，直接暴露在外的裝置本身 導電性好，裝置目標較大，或者位于較高點，當 所在位置具備雷擊條件時，稱重裝置極易成為雷 擊通道的地面接閃點，從而導致稱重裝置本身受 到直接雷擊，除了金屬構(gòu)件會承受直接雷擊之外， 這樣的直接雷擊甚至有可能直接擊中暴露在外的 傳感器和傳輸電纜等。

2.間接雷擊

感應雷也稱為雷電感應或感應過電壓，它分 為靜電感應雷和電磁感應雷。

(1)靜電感應雷

由于帶電積云接近地面，在架空線路導線或 其他導電凸出物頂部感應出大量電荷引起，它將產(chǎn)生很高的電位。

(2)電磁感應雷

由于雷電放電時，巨大的沖擊雷電流在周圍 空間產(chǎn)生迅速變化的強磁場引起。這種迅速變化 的磁場能在鄰近的導體上感應出很高的電動勢。 雷電感應引起的電磁能量若不及時泄入地下，可 能產(chǎn)生放電火花，引起火災、爆炸或造成觸電 事故。

一般的稱重系統(tǒng)除了本身位于現(xiàn)場的傳感器 可能受到雷擊或雷電浪涌的直接破壞之外，從現(xiàn) 場傳感器連接到位于工房的稱重儀表、控制器信 號電纜、給稱重儀表、控制器供電的電源電纜及 將稱重信號傳輸?shù)焦S控制、 管理網(wǎng)絡的信號或 通信電纜，由于其安裝環(huán)境及較長的傳輸距離導 致這些電纜很容易受到靜電感應以及電磁感應而 產(chǎn)生瞬態(tài)浪涌電壓，從而損壞傳感器或稱重儀表、 控制器以及遠程的供電設備、遠程信號和通信接 收設備。

稱重系統(tǒng)的綜合防雷及浪涌保護方法

要找到稱重系統(tǒng)的綜合防雷及浪涌保護方法， 首先必須要了解防雷分區(qū)（LPZ)的劃分。

LPZ0a區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到雷 擊和導走全部雷電流；本區(qū)內(nèi)的電磁場強度沒有 衰減。

LPZ0b區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到大 于所選滾球半徑對應的雷電流直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)的電磁場強度沒有衰減。

LPZ1區(qū)：本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直 接雷擊，流經(jīng)各導體的電流比LPZ0B區(qū)更小，本 區(qū)內(nèi)的電磁場強度可能衰減，這取決于屏蔽 措施。

LPZn + 1區(qū)后續(xù)防雷區(qū)：當需要進一步減 小流入的電流和電磁場強度時，應增設后續(xù)防雷 區(qū)，并按照需要保護的對象所要求的環(huán)境區(qū)選擇 后續(xù)防雷區(qū)的要求條件。

根據(jù)雷電浪涌對稱重系統(tǒng)的破壞方式來看, 需要綜合運用防直擊雷和防間接雷的方法，才能 有效地保護系統(tǒng)設備免受雷電浪涌破壞。

1.防直擊雷

直擊雷防護以避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)、避 雷線為主要方式，其中避雷針最常見。當雷云放 電接近地面時它使地面電場發(fā)生畸變，在避雷針 的頂端，形成局部電場強度集中的空間，以影響 雷電先導放電的發(fā)展方向，引導雷電向避雷針放 電，再通過接地引下線和接地裝置將雷電流引入 大地，從而使被保護物體免遭雷擊。避雷針冠以 “避雷” 二字，僅僅是指其能使被保護物體避免 雷害的意思，而其本身恰恰相反，是‘‘引雷” 上身。

在稱重裝置及安裝稱重儀表、控制器的工房 附近設置避雷針，將稱重裝置本體、傳輸電纜及 儀表工房置于避雷針的保護范圍內(nèi)（LPZ0B),是 稱重系統(tǒng)防直擊雷的有效措施。完善的防直擊雷 措施可以導走雷擊瞬間的全部雷電流，從而避免 稱重系統(tǒng)設備及電纜遭受直接雷擊破壞。

目前，主要的避雷針包括常規(guī)避雷針、提前 放電避雷針、主動優(yōu)化避雷針和限流型避雷針等， 用戶可根據(jù)各自的技術(shù)特點選擇合適的類型。

2.防間接雷

有了完善的防直擊雷措施以后，只是完成了 系統(tǒng)防雷的第一步，對于稱重系統(tǒng)的電氣線路和 電子設備而言，完善的感應雷防護措施是保證設 備安全的重要內(nèi)容。

感應雷也稱為雷電感應或感應過電壓，它分 為靜電感應雷和電磁感應雷。

1)靜電感應雷：由于帶電積云接近地面，

在架空線路導線或其他導電凸出物頂部感應出大 量電荷引起，它將產(chǎn)生很高的電位。

2)電磁感應雷：由于雷電放電時，巨大的 沖擊雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強磁場引 起。這種迅速變化的磁場能在鄰近的導體上感應 出很高的電動勢。雷電感應引起的電磁能量若不 及時泄入地下，可能產(chǎn)生放電火花，引起火災、 或造成觸電事故。

實際上除感應雷之外，人體靜電、操作過電 壓或設備故障等產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓對稱重設備也 可能破壞，這類瞬態(tài)過電壓跟感應雷產(chǎn)生的浪涌 類似，可以歸并為一類進行防護處理。

感應雷的防護與直擊雷防護相比就復雜得多， —般情況下需要綜合運用屏蔽、等電位聯(lián)結(jié)、合 理布線、安裝浪涌保護器等防護措施，將施加到 設備上的浪涌電壓完全消除或降低到設備可以承 受的范圍。

（1）屏蔽

屏蔽是減少電磁干擾的基本措施，通常我們 可采用建筑物外部屏蔽、線路屏蔽和屏蔽室（法 拉第籠）等。

對于稱重系統(tǒng)而言，安裝于現(xiàn)場的各個傳感 器的外殼要求有良好的電磁屏蔽設計，稱重儀表、 控制器采用金屬外殼設計或安裝于金屬儀表箱內(nèi)， 信號及通信傳輸電纜采用雙層屏蔽電纜，所有的 電纜必須采用穿金屬管或金屬橋架布線。

（2）等電位聯(lián)結(jié)

將分開而設的直流地、交流地、安全地、防 靜電地、屏蔽地以及相鄰防護區(qū)界等用等電位聯(lián) 結(jié)導體或電涌保護器聯(lián)結(jié)，以減少信息系統(tǒng)設備 所在建筑物金屬構(gòu)件與設備之間或設備與設備之 間因雷電產(chǎn)生的電位差的接地方法，通?？刹捎?/span> S型星形結(jié)構(gòu)、M型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或S、M混合型 結(jié)構(gòu)。

將稱重裝置的各個金屬部件用導體或?qū)Ь€連 接成一個等電位體并良好接地，將稱重系統(tǒng)和與 之關聯(lián)的相關設備按照需求進行等電位聯(lián)結(jié)，可 以充分降低地電位差引起的設備損壞。

（3）合理布線

按照相關規(guī)范要求對線路的走向、位置進行 合理布置，避免線路受到干擾，如強弱電分開布 線，易感應產(chǎn)生浪涌的線路和不易感應的線路分 開布線，重要的信號或通信線路盡量靠近建筑物 中心布線等。

(4)安裝浪涌保護器

實際上，由于現(xiàn)代電氣及電子設備的線路越 來越復雜，前面的防雷措施無法完全消除雷電浪 涌。

所以需要在保護設備前端安裝適當?shù)睦擞勘?護器來阻絕未能消除的雷電浪涌。

稱重傳感器采用保護電壓為±300 mV的應變 計專用串聯(lián)型浪涌保護器；其他傳感器采用與傳 感器電氣特性匹配的專用串聯(lián)型浪涌保護器。

稱重儀表、控制器：傳感器信號輸入線路采 用與傳感器電氣特性匹配的專用浪涌保護器；供 電電源線路要求采用多級保護，主要依據(jù)供電電 源電壓和最大工作電流的采用二級或三級保護設 計的浪涌保護器或裝置；遠程傳輸信號、通信線與工廠其他的電氣儀表設備相比較，稱重系 統(tǒng)是一個比較獨立的裝置，其特殊的應用環(huán)境和 電氣特性使得系統(tǒng)更容易受到雷電浪涌破壞。 所 以針對稱重系統(tǒng)要采用從防直擊雷到防間接雷， 最后安裝使用浪涌保護器這樣一整套完整、綜合 性的防雷措施，才能保證系統(tǒng)設備得到完善的 保護。