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杭州易測計量設備有限公司

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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濟的迅速發展 , 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 ), 已經完全取代傳 統的機械式地磅秤 。然而, 在電子地磅秤的使用 中發現 , 盡管其相對于機械式地磅秤計量準確 、機 械故障少, 但出現電氣故障后將使整個系統癱瘓 。 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, 直接經濟損失就達 5 萬元人民幣 ;2006年 3月貴陽某大型企業電子地 磅秤遭受雷擊 , 當時直接經濟損失即達 7 萬元人 民幣 。目前 , 多數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的 同時 , 對系統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 電子地磅秤系統主要由橋秤板面 、稱重壓力 傳感器 、前端信號放大器 、稱重數據處理器、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 , 稱重數據處理器 、 重量顯示器 、打印設備在室內 (圖 1)。
工作原理是 :系統接通 220V交流工作電源 后, 電子地磅衡器系統清零 , 稱重數據處理器送出 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 回室內稱重數據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根數據信號線。 根據廠 家設備要求 ,系統接地電阻應 <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 。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 范 》或 GB50343 -2004《建筑物電子信息系統防雷 技術規范》相關規定 , 采用聯合接地或暫態聯合接 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 發現過球型閃電接觸稱重橋秤后將電子衡器系統 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 , 經調查:幾乎所有的 使用單位的電子衡器系統均遭受過雷擊事故。 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設備說明做個簡單接 地處理,而且都未做接地測試。經過檢查, 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 ,該系統基本屬于建筑物內電子信息系統特點 , 電子地磅秤系統雷電防護主要應參照 GB50057 -94 (2000)《建筑物防雷設計規范 》、 GB50343 -2004 《建筑物電子信息系統防雷技術規范》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 防雷系統中的重要環節, 電子衡器系統防雷擊保護 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 ,應從供電系統保護和由傳感裝置傳 輸的信號以及與外部連接的傳輸信號和監控信號 等方面綜合加以考慮。
5.1 電源線路 對供電系統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 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 , 接地 引入線采用≥16mm 2 多芯銅線與接地裝置相聯 。 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 ,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 (圖 2)。
5.4 接地 對于電子地磅秤電子系統,應采用聯合接地方式 :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 ,達到聯合接地效果 。根據 GB50343 -2004 《建筑物電子信息系統防雷技術規范 》、GB/T2887 -2000《電子計算機場地通用規范 》, 系統聯合接地 接地電阻應 <4Ψ。
6 結束語 電子地磅秤電子系統基本不考慮直接雷擊危 害,但由于系統本身信號比較微弱 , 接口及其芯片 抗沖擊能力非常差, 設計、現場安裝人員需要較為 專業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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