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

一、問題的提出

雷電是一種常見的自然現(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)濟損失可達幾萬到 幾十萬元人民幣，其直接經(jīng)濟損失有時甚至遠遠 超過了地磅系統(tǒng)的實際造價，更重要的是 會使整體衡器系統(tǒng)工作停頓，影響衡器使用單位 經(jīng)營活動的正常進行，使企業(yè)聲譽受損；其間接 損失更是無法估量的。因此，開展地磅系 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8us左右 達到峰值，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、沖擊力極強等特 點，在地網(wǎng)中產(chǎn)生的電位差會損壞電器設備，甚至益，也帶來較好的社會效益。

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(fā)生在輸電線路附近時，產(chǎn)生的感應雷 經(jīng)由電力線以及與外界有電路聯(lián)系的信號電路使 電子設備損壞，通過對雷擊事故分析的結(jié)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(chǎn)生的極高電壓，由室外電源線路傳至建筑物 內(nèi)，損壞電器設備。特別是電子軌道衡系統(tǒng)，雷 電可通過軌道對衡器系統(tǒng)進行直接破壞。因此， 直擊雷、感應雷和傳導雷均會作用在地磅上造成不同程度的破壞。

大型地磅的秤臺和鋼軌等金屬構(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(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，這就是大型地磅經(jīng) 常因遭受雷擊而損壞最主要的原因。

另外，當地磅遭受雷擊時，有強大的電 流通過傳感器的彈性體，經(jīng)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(shù)千伏，即：傳感器彈性體上有巨大的電 流通過，此電流產(chǎn)生的電磁場強度足以破壞傳感器 內(nèi)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(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(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、我國地磅防雷的現(xiàn)狀

我國地磅防雷起步較晚，技術(shù)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(jù)我們調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前我國地磅防雷主要沿用傳統(tǒng)防雷方法，不是從系統(tǒng)的觀 點出發(fā)按照科學性、規(guī)范性進行全面防雷，而是按 照傳統(tǒng)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）在秤臺附近加裝避雷針；

（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）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；

（4）安裝地磅廠家生產(chǎn)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；

（5）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。因為地磅是由稱重傳感器、 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。

在自然界中，因雷擊發(fā)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地磅的哪一個部位，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）雷雨天切斷電源，地磅停止使用, 使得稱重工作不能照常進行，嚴重影響了企業(yè)的經(jīng) 營管理，使得企業(yè)的經(jīng)濟損失加大。

（2）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(chǎn)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(tǒng)。

（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(chǎn)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(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)防雷設計

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

（1）對傳感器、二次儀表等地磅整體 的各個部分，做特殊的等電位防雷保護。

等電位保護是地磅系統(tǒng)雷電保護系統(tǒng)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(tǒng)對地可產(chǎn)生幾萬甚至幾十萬伏的高電位，此 電位對地磅的各個部分甚至整體系統(tǒng)都是毀滅性的打擊。本系統(tǒng)對整體衡器系統(tǒng)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(tǒng)的基礎電位隨地線電位 的變化而變化，實質(zhì)上也就是水漲船高之意，這 就避免了雷擊電流產(chǎn)生的高電位對地磅造 成的破壞。

（2）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(zhì)的區(qū)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(chǎn)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。

（3）供電系統(tǒng)做多級防雷保護。

以上兩條措施可以對整體衡器系統(tǒng)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(chǎn)生浪 涌，通過電源，造成衡器系統(tǒng)損壞，因此，電源系 統(tǒng)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。系統(tǒng)對電源采用B+C+D多級防雷保 護方案，如圖1所示。

（4）在秤臺周圍構(gòu)建包括秤臺基礎在內(nèi)的防 雷接地網(wǎng)，整體衡器系統(tǒng)在秤臺附近單點接地。

整體衡器系統(tǒng)實現(xiàn)如上各項保護措施后，能不 能達到預期目的，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：單點接地方式。在 秤臺周圍構(gòu)建包括基礎在內(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，計量室四周墻內(nèi) 也安裝金屬防雷網(wǎng)，稱重控制儀表和計算機等電器 設備也連接到計量室防雷網(wǎng)上，將秤臺的防雷地網(wǎng) 與計量室的防雷網(wǎng)相連，在秤臺附近單點接地，這 樣，整體衡器系統(tǒng)只有一個基礎電位，當發(fā)生雷擊 時，此電位就會隨著接地點的電位起伏而變化，確 保整體衡器系統(tǒng)安然無恙。

（5）安裝雷電記錄儀，對地磅系統(tǒng)防 雷作實時監(jiān)測。

雷電記錄儀是一種小型雷電感應記錄設備，它 可以準確記錄各種導線上由于雷電感應或其他原因 形成的浪涌信號，它不僅可以記錄發(fā)生浪涌的時 間，而且可以記錄浪涌電流的強度。由UC-2000雷電記錄儀采 用了功能強大的單片機系統(tǒng)和大容量的存儲器，先 進的檔案數(shù)據(jù)管理方式，可存儲4000條記錄。查 詢方式方便簡單，先進的自復位系統(tǒng)，可以保證在 任何條件下都不會死機；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時測量記錄雷電發(fā)生的 強度和時間，本系統(tǒng)內(nèi)安裝兩臺雷電記錄儀，分別 測量電源的接地點和傳感器接地點的雷電電流強度 及發(fā)生的時間，對衡器整體系統(tǒng)防雷進行實時監(jiān) 測。雷電記錄儀如圖2所示。

國際電工委員會標準將各種類型的電子系統(tǒng), 如計算機、通信設備、工業(yè)和商業(yè)自動化控制系統(tǒng) 等歸為信息系統(tǒng)，信息系統(tǒng)的防雷及過電壓保護是 一種系統(tǒng)工程，必須貫徹整體防護的思想，綜合運 用分流(泄流)、均壓(等電位)、屏蔽、接地和保護 (箝位)等各項技術(shù)，構(gòu)成一個完整的防護體系，才 能取得最佳效果。地磅系統(tǒng)防雷正是按照這 一要求進行設計的。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

與局部防雷相比，地磅系統(tǒng)防雷具有系 統(tǒng)性、科學性、規(guī)范性和可靠性高等優(yōu)點。本地磅系統(tǒng)防雷設計結(jié)構(gòu)合理、性價比高。該系統(tǒng) 對受保護的地磅系統(tǒng)不做任何改動，不影響 衡器的計量性能。當有雷電襲擊時不用停電，地磅正常計量，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，選用不同的配置，通過對本設計 方案稍加改動，還可以廣泛應用于鐵路、公路超偏 載系統(tǒng)、動、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 用戶帶來巨大的經(jīng)濟效益，同時，也會產(chǎn)生巨大的 社會效益，特別符合我國“建立節(jié)約型社會”這一 基本國策，有利于使用單位花最少的錢，獲得最大 的經(jīng)濟效益。