電子地磅秤綜合防雷技術(shù)措施

前言隨著微電子技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展 , 電子地磅秤在大型計(jì)量場所得到愈來愈多的應(yīng)用 (如工廠大型進(jìn)出貨物計(jì)量 ,、高速公路車輛超載計(jì) 量檢查 ,、電廠汽車進(jìn)煤計(jì)量等 ), 已經(jīng)完全取代傳統(tǒng)的機(jī)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(jī)械式地磅秤計(jì)量準(zhǔn)確、機(jī) 械故障少, 但出現(xiàn)電氣故障后將使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓 ,。電子地磅秤是以一個(gè)微處理器為核心的單片機(jī) , 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(shí)常遭受雷電感應(yīng)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(jì)損失就達(dá) 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(dāng)時(shí)直接經(jīng)濟(jì)損失即達(dá) 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(shí) , 對系統(tǒng)的雷電防護(hù)必要措施作一些技術(shù) 說明 ,。 2 電子地磅秤結(jié)構(gòu)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(hào)放大器 ,、稱重?cái)?shù)據(jù)處理器,、重量顯示器、打印設(shè)備等組成 ,。其中稱重壓力傳感器 ,、前端信號(hào)放大器在室外橋秤下 , 稱重?cái)?shù)據(jù)處理器、重量顯示器 ,、打印設(shè)備在室內(nèi) (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?cái)?shù)據(jù)處理器送出勵(lì)磁信號(hào)通過前端放大處理到壓力傳感器 , 當(dāng)車載貨物經(jīng)過或停在橋秤上時(shí) , 壓力傳感器送出毫安級(jí)的模擬信號(hào)回前端放大器 , 信號(hào)放大后再送回室內(nèi)稱重?cái)?shù)據(jù)處理器處理換算成相應(yīng)重量顯示, 需要打印時(shí) ,通過打印機(jī)輸出。電子地磅秤使用 220V50Hz交流市電, 信號(hào)處理部分弱電設(shè)備的工作電壓一般在 5 ～ 18V, 工作電流多為毫安級(jí) ;兩根勵(lì)磁信號(hào)線 ,、兩條反饋信號(hào) 線,、兩條測量信號(hào)線共 6根數(shù)據(jù)信號(hào)線。根據(jù)廠家設(shè)備要求 ,系統(tǒng)接地電阻應(yīng) <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(diào)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(shè)計(jì)規(guī) 范》或 GB50343 -2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》相關(guān)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(yuǎn)均 < 10m, 存在建設(shè)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(yù)以防護(hù), 它是一種帶有大量電荷等離子體, 觸及物體時(shí)通過瞬間的放電將電器設(shè)備燒毀 ,通過安裝避雷針和布設(shè)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(diào)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(bào)廢的情況 ,。
3.3 電源線路、信號(hào)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(hào)線路都未安裝相應(yīng)的電涌保護(hù)器, 也未做線路 (特別是信號(hào)線路 )屏蔽處理 , 經(jīng)調(diào)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(shè)備基本在室內(nèi) ,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(shè)備說明做個(gè)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(dá) 27Ψ),、接地導(dǎo)線面積偏小(多數(shù)采用 2.5mm 2 單芯銅線 ),、未進(jìn)行有效等電位連接處理等一系列不安全隱患。 4 雷電防護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 正確參照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定是有效設(shè)計(jì)防雷措施的前提, 按照電子地磅秤工作原理和設(shè)備性質(zhì) ,該系統(tǒng)基本屬于建筑物內(nèi)電子信息系統(tǒng)特點(diǎn) , 電子地磅秤系統(tǒng)雷電防護(hù)主要應(yīng)參照 GB50057 -94 (2000)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》,、 GB50343 -2004 《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》外, 還應(yīng)遵守下列標(biāo)準(zhǔn)圖集:99(03)D501— 1《建筑物防雷設(shè)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(nèi) ,除在直接雷擊防護(hù)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(hù) 。因此主要考慮設(shè)計(jì) ,、完善弱電系統(tǒng)防雷措施———電涌保護(hù),、等電位連接、接地處理 ,。電涌保護(hù)器(SPD)的正確使用和安裝 , 是整個(gè) 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(hù) 中的 SPD使用 , 應(yīng)主要從兩個(gè)方面來考慮 , 一是控制室內(nèi)的保護(hù) ,應(yīng)從供電系統(tǒng)保護(hù)和由傳感裝置傳輸?shù)男盘?hào)以及與外部連接的傳輸信號(hào)和監(jiān)控信號(hào) 等方面綜合加以考慮,。
5.1 電源線路對供電系統(tǒng)而言應(yīng)采取三級(jí)防護(hù) ,第一級(jí)以采用開關(guān)式 SPD以進(jìn)行大電流泄放為宜, 通流容量 ≥ 80KA;第二級(jí)采用限壓型 SPD進(jìn)行泄放 ,通流容量 ≥80KA;第三級(jí)推薦使用串聯(lián) 式電涌保護(hù) 器 (SPD)。安裝位置和方法的正確與否直接關(guān)系到電涌保護(hù)器的泄放效果 , 因此, 第一級(jí)與第二級(jí)的安裝距離應(yīng)在 10m以上, 后兩級(jí)的安裝距離應(yīng) <5m,。其它與外部相連的信號(hào)通訊傳輸線路均應(yīng)加裝專用 SPD,。
5.2 信號(hào)線路首先用金屬管或金屬線槽進(jìn)行屏蔽處理, 其次,電子部件傳感器加裝專用 SPD保護(hù)裝置 , 方能起到良好的效果。由于電子地磅秤弱電設(shè)備的工作電壓只有 5 ～ 12V, 工作電流也多為毫安級(jí)的 , 選型和安裝必須仔細(xì)進(jìn)行現(xiàn)場考察 ,信號(hào)線路電涌保護(hù)器目前僅有國外 PHOENIX和 OBO兩家, 而且價(jià) 格較高,國內(nèi)也僅有一兩家生產(chǎn) , 安裝時(shí)一定注意連接可靠 ,否則可能影響保護(hù)效果 ,。
5.3 等電位連接室內(nèi)部分 :由于電子地磅秤電子系統(tǒng)設(shè)備較少且集中,與室外信號(hào)連接僅六根信號(hào)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(hào)地,、保護(hù)地,、信號(hào)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(diǎn), 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(hào) SPD、壓力傳感器信號(hào)地,、信號(hào)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(jìn)行多點(diǎn) (不少于 4點(diǎn) )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(yīng)采用聯(lián)合接地方式 :建筑物防雷地、室內(nèi)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(nèi)部分接地裝置較遠(yuǎn)時(shí) ,可利用信號(hào)線路金屬屏蔽管做連接導(dǎo)體 ,達(dá)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(shù)規(guī)范》、GB/T2887 -2000《電子計(jì)算機(jī)場地通用規(guī)范》, 系統(tǒng)聯(lián)合接地接地電阻應(yīng) <4Ψ,。
6 結(jié)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(hào)比較微弱 , 接口及其芯片抗沖擊能力非常差, 設(shè)計(jì),、現(xiàn)場安裝人員需要較為專業(yè)的技術(shù)人員才能進(jìn)行, 加之電子地磅秤信號(hào)部分避雷器需要特殊定做生產(chǎn), 所以一直是個(gè)防雷難點(diǎn)。但只要不斷豐富自己的知識(shí) ,努力提高技術(shù)水平,充分了解保護(hù)對象的工作原理,、結(jié)構(gòu), 按照雷電防護(hù)的基本原理, 就能采取合理的措施, 有效的減小雷電災(zāi)害損失,。

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