本文詳細(xì)分析了地磅被雷擊的原因，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)介紹了一種性能 先進(jìn)的系統(tǒng)防雷電技術(shù)，克服了以往局部防雷所存在的缺點(diǎn)，使得地磅系統(tǒng)防雷具有 較高的性價(jià)比和可靠性，較好的規(guī)范性和先進(jìn)性，解決了大型地磅的防雷難題，不僅 給企業(yè)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。

一、問(wèn)題的提出

雷電是一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，它具有極大的 破壞力。大型地磅系統(tǒng)的秤臺(tái)部分大多在 戶外露天安裝，經(jīng)常因遭到雷擊而損壞，甚至造 成地磅系統(tǒng)整體被摧毀。有的處于強(qiáng)雷區(qū) 的衡器系統(tǒng)，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(jīng)濟(jì)損失可達(dá)幾萬(wàn)到 幾十萬(wàn)元人民幣，其直接經(jīng)濟(jì)損失有時(shí)甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn) 超過(guò)了地磅系統(tǒng)的實(shí)際造價(jià)，更重要的是 會(huì)使整體衡器系統(tǒng)工作停頓，影響衡器使用單位 經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的正常進(jìn)行，使企業(yè)聲譽(yù)受損；其間接 損失更是無(wú)法估量的。因此，開(kāi)展地磅系 統(tǒng)防雷的研究具有重要意義。

二、地磅遭受雷擊損壞的原因

自然界中常見(jiàn)的雷電主要有直擊雷、感應(yīng)雷和 傳導(dǎo)雷三種。當(dāng)直擊雷對(duì)地放電時(shí)，在8us左右 達(dá)到峰值，并在40u s內(nèi)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(qiáng)等特 點(diǎn)，在地網(wǎng)中產(chǎn)生的電位差會(huì)損壞電器設(shè)備，甚至益，也帶來(lái)較好的社會(huì)效益。

直接危及人的生命安全；當(dāng)雷電擊中輸電線路或 閃雷放電發(fā)生在輸電線路附近時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)雷 經(jīng)由電力線以及與外界有電路聯(lián)系的信號(hào)電路使 電子設(shè)備損壞，通過(guò)對(duì)雷擊事故分析的結(jié)果表明： 雷電造成的電子設(shè)備損壞90%以上是感應(yīng)雷造成 的；傳導(dǎo)雷是指遠(yuǎn)處的雷電擊中線路或因電磁感 應(yīng)產(chǎn)生的極高電壓，由室外電源線路傳至建筑物 內(nèi)，損壞電器設(shè)備。特別是電子軌道衡系統(tǒng)，雷 電可通過(guò)軌道對(duì)衡器系統(tǒng)進(jìn)行直接破壞。因此， 直擊雷、感應(yīng)雷和傳導(dǎo)雷均會(huì)作用在地磅上造成不同程度的破壞。

大型地磅的秤臺(tái)和鋼軌等金屬構(gòu)件極易 遭受雷電襲擊，特別容易產(chǎn)生由于電磁感應(yīng)而導(dǎo)致 的浪涌電壓。因此，安裝在秤臺(tái)下的傳感器及與其 相連的二次儀表和相應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，很容易遭到 雷電的襲擊而損壞。大多數(shù)情況下，由于傳感器彈 性體與秤臺(tái)是處于電氣連通狀態(tài)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(yīng)的高電壓會(huì)將傳感器的應(yīng)變片和其后的相應(yīng)電路擊穿，這就是大型地磅經(jīng) 常因遭受雷擊而損壞最主要的原因。

另外，當(dāng)地磅遭受雷擊時(shí)，有強(qiáng)大的電 流通過(guò)傳感器的彈性體，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(yīng)，當(dāng)沖擊電流達(dá)到60KA時(shí)，傳感器兩端的 壓差可達(dá)數(shù)千伏，即：傳感器彈性體上有巨大的電 流通過(guò)，此電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度足以破壞傳感器 內(nèi)部應(yīng)變片電路和電子電路，進(jìn)而波及到與其相連 的二次儀表及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這也是大型地磅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 空電源也是大型地磅易遭雷擊而損壞的原因 之一。總之，凡是與地磅系統(tǒng)有電路連接或 信號(hào)聯(lián)系的地方，都有可能引入雷電襲擊而產(chǎn)生浪 涌電壓，造成衡器系統(tǒng)損壞。

接地雖然是保護(hù)電子衡器的一種方法，盡管接 地電阻和衡器保護(hù)方式都相同，但是，接地方法不 同，是單點(diǎn)接地還是多點(diǎn)接地，是系統(tǒng)接地還是局 部接地，防雷效果卻截然不同，所以，接地是地磅整體防雷系統(tǒng)極為重要的一環(huán)。

三、我國(guó)地磅防雷的現(xiàn)狀

我國(guó)地磅防雷起步較晚，技術(shù)水平比較 落后，防雷設(shè)施比較陳舊，在防雷思想上還停留在 局部防雷階段。據(jù)我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前我國(guó)地磅防雷主要沿用傳統(tǒng)防雷方法，不是從系統(tǒng)的觀 點(diǎn)出發(fā)按照科學(xué)性、規(guī)范性進(jìn)行全面防雷，而是按 照傳統(tǒng)的觀點(diǎn)片面的、局部的去設(shè)置防雷設(shè)施，歸 納起來(lái)主要有以下幾種方法。

（1）在秤臺(tái)附近加裝避雷針；

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

（3）只在電源端安裝電源防雷模塊，雷電襲 擊時(shí)自動(dòng)斷電，停止稱重；

（4）安裝地磅廠家生產(chǎn)的通用防雷設(shè) 施,如電源防浪涌設(shè)備，在雷電到來(lái)時(shí)，防止浪 涌和過(guò)電壓；

（5）只對(duì)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(diǎn)。因?yàn)?/span>地磅是由稱重傳感器、 秤體、稱重控制儀表、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)和大屏幕顯 示器組成的機(jī)電一體化設(shè)備，各組成部分之間不是孤立存在的，而是通過(guò)連接導(dǎo)線有機(jī)連接起來(lái)的有 機(jī)整體，既有能量流(電源連接導(dǎo)線）又有信息流 (稱重信號(hào)傳輸導(dǎo)線）各組成部分之間互相影響、 互相制約。

在自然界中，因雷擊發(fā)生是隨機(jī)的、不可控 的，也是復(fù)雜多變的，很難預(yù)測(cè)雷電會(huì)襲擊地磅的哪一個(gè)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(lái)，局部防雷具 有以下不足。

（1）雷雨天切斷電源，地磅停止使用, 使得稱重工作不能照常進(jìn)行，嚴(yán)重影響了企業(yè)的經(jīng) 營(yíng)管理，使得企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失加大。

（2）只做電源防雷，不做秤體和傳感器防雷, 當(dāng)直擊雷打在秤臺(tái)上時(shí)，容易產(chǎn)生由于電磁感應(yīng)而 導(dǎo)致的浪涌電壓，該電壓會(huì)將安裝在秤臺(tái)下的稱重 傳感器擊毀，甚至還會(huì)擊毀與傳感器相連的稱重儀 表和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

（3）當(dāng)稱重儀表和傳感器分開(kāi)接地時(shí)，在兩 個(gè)接地點(diǎn)之間會(huì)產(chǎn)生電位差，強(qiáng)大的雷擊電流會(huì)通 過(guò)接地點(diǎn)流過(guò)傳感器，從而損壞傳感器，甚至還會(huì) 波及到稱重控制儀表和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

因此，局部防雷是孤立的看待地磅系統(tǒng) 的各組成部分，不能保護(hù)地磅系統(tǒng)各組成部 分的安全，而真正能夠起到可靠防雷作用的是地磅的系統(tǒng)防雷。

四、地磅系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)

地磅系統(tǒng)防雷是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，本 著“綜合防護(hù)、系統(tǒng)防護(hù)、逐級(jí)限壓”的全面防護(hù) 理念，依據(jù)現(xiàn)代防雷技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合地磅系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從傳感器、秤體到稱重儀表統(tǒng) 一進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)，從而做到：方案優(yōu)化、技術(shù)合 理、經(jīng)濟(jì)有效、安全可靠，把雷電災(zāi)害降低到最低 的水平。在雷雨天不用切斷電源，照常使用地磅，使得企業(yè)稱重計(jì)量不受雷擊的影響，該設(shè)計(jì) 具體包括以下五個(gè)部分。

（1）對(duì)傳感器、二次儀表等地磅整體 的各個(gè)部分，做特殊的等電位防雷保護(hù)。

等電位保護(hù)是地磅系統(tǒng)雷電保護(hù)系統(tǒng)的 核心和根本。雷擊時(shí)，在強(qiáng)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(tǒng)對(duì)地可產(chǎn)生幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)伏的高電位，此 電位對(duì)地磅的各個(gè)部分甚至整體系統(tǒng)都是毀滅性的打擊。本系統(tǒng)對(duì)整體衡器系統(tǒng)的各部位(傳 感器、儀表和計(jì)算機(jī))的各種接口均做相應(yīng)的等電 位保護(hù)，使整體衡器系統(tǒng)的基礎(chǔ)電位隨地線電位 的變化而變化，實(shí)質(zhì)上也就是水漲船高之意，這 就避免了雷擊電流產(chǎn)生的高電位對(duì)地磅造 成的破壞。

（2）切斷傳感器彈性體與秤臺(tái)的電氣通道， 另外提供電流的泄放通道。

只做等電位保護(hù)還不夠，還必須切斷傳感器與 秤臺(tái)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(zhì)的區(qū)別，決 不能以直流電阻來(lái)計(jì)算雷擊時(shí)通過(guò)傳感器彈性體 的電流。實(shí)驗(yàn)測(cè)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(hù)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(guò)傳感器彈性體，從而 避免了雷擊電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)傳感器的破壞, 同時(shí)保證雷擊電流通暢地泄入大地。

（3）供電系統(tǒng)做多級(jí)防雷保護(hù)。

以上兩條措施可以對(duì)整體衡器系統(tǒng)具有一定的 保護(hù)功能，但對(duì)來(lái)自電源的雷擊浪涌則無(wú)能為力。 而架空供電的電源線極易受到雷電襲擊而產(chǎn)生浪 涌，通過(guò)電源，造成衡器系統(tǒng)損壞，因此，電源系 統(tǒng)更應(yīng)該加強(qiáng)防護(hù)。對(duì)此，本方案采用多級(jí)防護(hù)電 路，只有這樣，才能把較大的各種浪涌過(guò)電壓削減 到電器設(shè)備能夠承受的水平，才能給設(shè)備提供安全 有效的保護(hù)。系統(tǒng)對(duì)電源采用B+C+D多級(jí)防雷保 護(hù)方案，如圖1所示。

（4）在秤臺(tái)周圍構(gòu)建包括秤臺(tái)基礎(chǔ)在內(nèi)的防 雷接地網(wǎng)，整體衡器系統(tǒng)在秤臺(tái)附近單點(diǎn)接地。

整體衡器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如上各項(xiàng)保護(hù)措施后，能不 能達(dá)到預(yù)期目的，關(guān)鍵在于整體衡器系統(tǒng)的接地方 式。本系統(tǒng)采用的接地方式為：?jiǎn)吸c(diǎn)接地方式。在 秤臺(tái)周圍構(gòu)建包括基礎(chǔ)在內(nèi)的防雷接地網(wǎng)，稱重傳 感器連接到防雷接地網(wǎng)上，同時(shí)，計(jì)量室四周墻內(nèi) 也安裝金屬防雷網(wǎng)，稱重控制儀表和計(jì)算機(jī)等電器 設(shè)備也連接到計(jì)量室防雷網(wǎng)上，將秤臺(tái)的防雷地網(wǎng) 與計(jì)量室的防雷網(wǎng)相連，在秤臺(tái)附近單點(diǎn)接地，這 樣，整體衡器系統(tǒng)只有一個(gè)基礎(chǔ)電位，當(dāng)發(fā)生雷擊 時(shí)，此電位就會(huì)隨著接地點(diǎn)的電位起伏而變化，確 保整體衡器系統(tǒng)安然無(wú)恙。

（5）安裝雷電記錄儀，對(duì)地磅系統(tǒng)防 雷作實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

雷電記錄儀是一種小型雷電感應(yīng)記錄設(shè)備，它 可以準(zhǔn)確記錄各種導(dǎo)線上由于雷電感應(yīng)或其他原因 形成的浪涌信號(hào)，它不僅可以記錄發(fā)生浪涌的時(shí) 間，而且可以記錄浪涌電流的強(qiáng)度。由UC-2000雷電記錄儀采 用了功能強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)和大容量的存儲(chǔ)器，先 進(jìn)的檔案數(shù)據(jù)管理方式，可存儲(chǔ)4000條記錄。查 詢方式方便簡(jiǎn)單，先進(jìn)的自復(fù)位系統(tǒng)，可以保證在 任何條件下都不會(huì)死機(jī)；帶有背光的大屏幕液晶顯 示系統(tǒng)，可以保證在任何條件下都能清楚地查詢記 錄。由于儀雷電記錄儀能實(shí)時(shí)測(cè)量記錄雷電發(fā)生的 強(qiáng)度和時(shí)間，本系統(tǒng)內(nèi)安裝兩臺(tái)雷電記錄儀，分別 測(cè)量電源的接地點(diǎn)和傳感器接地點(diǎn)的雷電電流強(qiáng)度 及發(fā)生的時(shí)間，對(duì)衡器整體系統(tǒng)防雷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)。雷電記錄儀如圖2所示。

國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)將各種類型的電子系統(tǒng), 如計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、工業(yè)和商業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng) 等歸為信息系統(tǒng)，信息系統(tǒng)的防雷及過(guò)電壓保護(hù)是 一種系統(tǒng)工程，必須貫徹整體防護(hù)的思想，綜合運(yùn) 用分流(泄流)、均壓(等電位)、屏蔽、接地和保護(hù) (箝位)等各項(xiàng)技術(shù)，構(gòu)成一個(gè)完整的防護(hù)體系，才 能取得最佳效果。地磅系統(tǒng)防雷正是按照這 一要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的。地磅系統(tǒng)防雷電氣示意 圖如圖3所示。電子汽車衡系統(tǒng)防雷接地示意圖如 圖4所示。

五、結(jié)束語(yǔ)

與局部防雷相比，地磅系統(tǒng)防雷具有系 統(tǒng)性、科學(xué)性、規(guī)范性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。本地磅系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、性價(jià)比高。該系統(tǒng) 對(duì)受保護(hù)的地磅系統(tǒng)不做任何改動(dòng)，不影響 衡器的計(jì)量性能。當(dāng)有雷電襲擊時(shí)不用停電，地磅正常計(jì)量，從根本上解決了地磅系統(tǒng)的防雷難題，一次投資，終身受益。根據(jù)衡器所處雷區(qū)的雷電特點(diǎn)，選用不同的配置，通過(guò)對(duì)本設(shè)計(jì) 方案稍加改動(dòng)，還可以廣泛應(yīng)用于鐵路、公路超偏 載系統(tǒng)、動(dòng)、靜態(tài)電子軌道衡、高爐秤、配料秤和 皮帶秤等各種電子衡器系統(tǒng)，適用范圍廣范。可為 用戶帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生巨大的 社會(huì)效益，特別符合我國(guó)“建立節(jié)約型社會(huì)”這一 基本國(guó)策，有利于使用單位花最少的錢，獲得最大 的經(jīng)濟(jì)效益。