隨著數(shù)字式汽車(chē)衡在各行業(yè)的普及應(yīng)用，以及集成電路對(duì)電壓和電流 脈沖的敏感程度越來(lái)越高，雷電對(duì)汽車(chē)衡的侵害也越來(lái)越頻繁，影響了企業(yè)的正常稱重 計(jì)量，本文介紹了雷電的特點(diǎn)、現(xiàn)代防雷的一些觀點(diǎn)和雷電的防范措施。

一、前言

汽車(chē)衡大多數(shù)地處空曠地帶，環(huán)境比較 惡劣復(fù)雜，由于電子稱重系統(tǒng)中儀器儀表的電子 元件的微型化、集成化程度越來(lái)越高，各類電子 設(shè)備的耐過(guò)壓能力下降，造成雷電和過(guò)電壓破壞 的比例呈上升趨勢(shì)。特別對(duì)雷的電磁效應(yīng)所產(chǎn)生 的電涌電流防范措施不完善，雷雨季節(jié)時(shí)，常常 因雷擊出現(xiàn)較大范圍的精密電子設(shè)備故障，給企 業(yè)帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)損失，更影響了企業(yè)的正常 經(jīng)營(yíng)。因此防雷工作非常重要，必須采取經(jīng)濟(jì)合 理的措施，以解決汽車(chē)衡的防雷問(wèn)題。現(xiàn)筆 者結(jié)合近幾年的實(shí)際工作，談?wù)勅绾渭訌?qiáng)汽車(chē)衡 的防雷，僅供參考。

二、雷電的防范措施分析

雷電是一種極具破壞力的自然現(xiàn)象，其電壓 可高達(dá)數(shù)百萬(wàn)伏，瞬間電流更可高達(dá)數(shù)百千安。 雷電造成災(zāi)害有兩種途徑，一種是直擊雷，它以 聲、光、電同時(shí)發(fā)生，瞬間電流達(dá)數(shù)十萬(wàn)安培，所產(chǎn)生的電效應(yīng)和熱效應(yīng)能導(dǎo)致火災(zāi)，熔化物體； 另一種是感應(yīng)雷（亦稱二次雷擊），它比直擊雷成 災(zāi)率更高，間接損失更大，是二十世紀(jì)八十年代 以來(lái)雷電災(zāi)害最顯著的特征，也是雷電防御技術(shù) 迫切需要解決的難題。一個(gè)完整的防雷系統(tǒng)應(yīng)包 括兩個(gè)方面：直接雷擊的防護(hù)和感應(yīng)雷擊的防護(hù)。 以下就針對(duì)各自的特點(diǎn)，具體談?wù)劮览状胧?/span>

(一）防直擊雷

由于汽車(chē)衡多處空曠地帶，周?chē)儆懈?/span> 層建筑物，或不處在高層建筑物防雷系統(tǒng)的保護(hù) 范圍內(nèi)，這就有可能與空中帶電云團(tuán)之間產(chǎn)生放 電，產(chǎn)生直接雷擊。為此，在易產(chǎn)生雷電干擾破 壞的地區(qū)必須采取可靠的防雷措施，以免造成雷 擊破壞。因此，可根據(jù)具體地點(diǎn)，按規(guī)范合理設(shè) 置避雷針，以尖端放電效應(yīng)中和云團(tuán)中的電何， 有效地保護(hù)電子稱重系統(tǒng)，避免遭受直接雷擊。

直擊雷防雷設(shè)備的作用是接閃，即防止雷電 直接擊中計(jì)量室以及接閃器保護(hù)范圍內(nèi)的各種金屬管線和用電設(shè)備。對(duì)于在接閃器保護(hù)范圍外的 各種金屬導(dǎo)線以及由直擊雷所產(chǎn)生的感應(yīng)雷電是 不能保護(hù)的。

(二)防感應(yīng)雷擊

當(dāng)雷電放電路徑不經(jīng)過(guò)防雷保護(hù)裝置時(shí)，放 電過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬變電磁場(chǎng)在附近的導(dǎo)體中 感應(yīng)到強(qiáng)大的電磁脈沖，稱感應(yīng)雷。感應(yīng)雷可通 過(guò)靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)兩種不同的感應(yīng)方式侵入 導(dǎo)體。

(1) 防靜電感應(yīng)雷擊

雷雨時(shí)，空中的帶電云團(tuán)同室外的秤臺(tái)之間 雖然并沒(méi)有產(chǎn)生直接雷擊，但通過(guò)靜電耦合會(huì)使 設(shè)備帶上與云團(tuán)極性相反的電荷。當(dāng)空中帶電云 團(tuán)與其他云團(tuán)產(chǎn)生雷擊放電，突然消失時(shí)，為疏 散聚集在秤臺(tái)頂部的大量電荷，就會(huì)產(chǎn)生很大的 回流電流。一臺(tái)汽車(chē)衡一般有10至12個(gè)支 承點(diǎn)與傳感器連接，當(dāng)靜電感應(yīng)雷擊造成大電流 回流時(shí)，上述承載點(diǎn)就是回流通道的不良環(huán)節(jié)， 就會(huì)在電路中形成靜電感應(yīng)。為此，必須在傳感 器的上、下端（如橋式稱重傳感器或左、右端 (如懸臂梁式稱重傳感器）設(shè)置大電流旁路電纜， 即采用一根多股編織銅線跨接，使整個(gè)傳感器形 成對(duì)地等電位狀態(tài)，基礎(chǔ)板與承重臺(tái)連接為一個(gè) 等勢(shì)體，可以防止意外電流從傳感器上經(jīng)過(guò)而造 成傳感器損壞。這樣，秤臺(tái)與汽車(chē)衡接地網(wǎng) 之間有了大電流回流通道，當(dāng)靜電感應(yīng)時(shí)，可以 從大地補(bǔ)充電子，使其中和，不致因設(shè)備產(chǎn)生高 電位后不能快速疏散。

(2）防電磁感應(yīng)雷擊

近年來(lái)，汽車(chē)衡除了受到直擊雷的危害 外，更多是雷電的電磁效應(yīng)所產(chǎn)生的對(duì)精密電子 設(shè)備具有破壞性質(zhì)的電涌電流。

1)電涌的產(chǎn)生

電涌是微秒量級(jí)的異常大的電流脈沖，其波 頭時(shí)間一般在0.25?20p s，其單位能量一般在 2.5?10MJ/Q，它可使電子設(shè)備受到瞬間過(guò)電壓而 遭破壞。而雷電是導(dǎo)致電涌的最明顯的原因，當(dāng) 空中雷擊時(shí)，帶異性電荷云團(tuán)間產(chǎn)生強(qiáng)烈放電， 會(huì)產(chǎn)生幅值大和上升沿很陡的電磁場(chǎng)，這種高強(qiáng) 度的瞬變電磁場(chǎng)會(huì)使在電磁場(chǎng)所涉及的導(dǎo)體上產(chǎn) 生很大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而使稱重儀表、計(jì)算機(jī) 主機(jī)和顯示器的元器件損壞。因此，雷電通過(guò)擊 中電源線、信號(hào)線和雷電的電磁脈沖的影響所產(chǎn) 生的電涌，可以使計(jì)算機(jī)、儀器儀表等電子設(shè)備 受到瞬間過(guò)電壓而遭到破壞。

另外，大型電機(jī)設(shè) 備、電梯、發(fā)電機(jī)、空調(diào)、制冷設(shè)備等也會(huì)引發(fā) 電涌。UPS也可能被電涌摧毀。

2）電涌防護(hù)原理

目前，在電涌的防護(hù)當(dāng)中，電涌防護(hù)器的使 用已日趨頻繁。電涌防護(hù)器（SPD, Surge protection Devic)，是至少應(yīng)包含一個(gè)非線性電壓限制元件， 用于限制暫態(tài)過(guò)電壓和分流浪涌電流的裝置。一 般電涌防護(hù)器采用MOV (金屬氧化物半導(dǎo)體變阻 器)技術(shù)，它和火花間隙技術(shù)是不同的。電涌不 能被阻止，因?yàn)樗哪芰刻珡?qiáng)。正是由于這 種原因，保護(hù)敏感電氣設(shè)備免受電涌損壞的策略 是把電涌從設(shè)備分流。當(dāng)電壓升高達(dá)到預(yù)先設(shè)定 的水平時(shí)，MOV立即動(dòng)作，響應(yīng)時(shí)間為1?3ns。 MOV中的“V”是變阻器，在響應(yīng)的一瞬間， MOV的電阻從完全值降到近乎零歐姆，MOV使瞬 態(tài)高電壓找到了入地的通路，吸引過(guò)電流遠(yuǎn)離敏 感的電氣設(shè)備，MOV把過(guò)電壓漏泄掉，電氣設(shè)備 繼續(xù)在正常的工作電壓下運(yùn)行。

按工作原理電涌防護(hù)器分為三類，（a）電壓 SPD (Voltage switching type SPD 開(kāi)關(guān)型，無(wú)電涌 出現(xiàn)時(shí)為高阻抗，當(dāng)出現(xiàn)電壓電涌時(shí)突變?yōu)榈妥?/span> 抗。通常采用放電間隙、充氣放電管、閘流管和 三端雙向可控硅元件作這類SPD的組件。有時(shí)稱 這類SPD為“短路開(kāi)關(guān)型”或“克羅巴型” SPD。 (b)限壓型 SPD (Voltage limiting type SPD，無(wú)電 涌出現(xiàn)時(shí)為高阻抗，隨著電涌電流和電壓的增加， 阻抗跟著連續(xù)變小。通常采用壓敏電阻、抑制二 極管作這類SPD的組件。有時(shí)稱這類SPD為“鉗 壓型 ” SPD。（c）組合型 SPD (Combination type SPD，由電壓開(kāi)關(guān)型組件和限壓型組件組合而成， 可以顯示為電壓開(kāi)關(guān)型或限壓型或這兩者都有的 特性，這決定于所加電壓的特性。另外，按照浪 涌保護(hù)器在電子信息系統(tǒng)的功能，可分為電源浪 涌保護(hù)器、天饋浪涌保護(hù)器和信號(hào)浪涌保護(hù)器。

3.電涌防護(hù)器的選擇

在選擇電涌防護(hù)器時(shí)，應(yīng)選擇一個(gè)技術(shù)先進(jìn) 的制造商，產(chǎn)品應(yīng)具有詳細(xì)的說(shuō)明書(shū)、技術(shù)指標(biāo)、 產(chǎn)地、符合各方面的標(biāo)準(zhǔn)證書(shū)及有銷(xiāo)售許可證書(shū) 等。

①設(shè)計(jì)是否有利于用戶并且容易安裝。理想 的產(chǎn)品應(yīng)該是一個(gè)小型、緊湊并且能夠安裝在現(xiàn) 有的空間內(nèi)，同時(shí)易于安裝。因此在安裝電涌防 護(hù)器時(shí)越接近配電箱越好，最好是在15cm以內(nèi)。

②反應(yīng)時(shí)間。電涌防護(hù)器的反應(yīng)時(shí)間必須比 電涌的速度快。反應(yīng)時(shí)間在毫微秒（納秒）級(jí)均 符合技術(shù)要求。

③一次能夠處理的最大電流。最大電流即峰 流，是一個(gè)電涌防護(hù)器的處理最大電流的能力。

④吸收能量的能力。電涌防護(hù)器吸收能量的 能力以焦耳來(lái)衡量，焦耳值越高，電涌防護(hù)器的 使用壽命越長(zhǎng)。

⑤鉗制電壓的能力。也就是將過(guò)電壓鉗制到 電氣設(shè)備所能承受的安全范圍之內(nèi)的能力。1998 年6月1開(kāi)始實(shí)施的GAl73—1998標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：用 于220/380V電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)防雷保護(hù)器（電涌 防護(hù)器）的鉗制電壓應(yīng)小于或等于2kV。

⑥符合國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，包括 UL449、IEEE、NEMA 和 IEC。

4.電涌防護(hù)方案

雷電的感應(yīng)浪涌電壓的入侵途徑除了進(jìn)線電 源外，主要是通過(guò)信號(hào)線竄入設(shè)備內(nèi)部，致使稱 重儀表、計(jì)算機(jī)的接口電路損壞，因此，應(yīng)高度 重視對(duì)電涌的防范，切不可抱有僥幸心理。鑒于 以上情況，為了進(jìn)一步降低電涌的傷害，我們擬 訂了以下預(yù)防方案。

一是合理布線和屏蔽。進(jìn)入磅房的低壓電力 電纜宜埋地引入，采用具有金屬鎧裝屏蔽層的電 纜，且屏蔽層兩端接地，以最大限度地衰減從各 種導(dǎo)線引入的雷電高電壓。

二是等電位聯(lián)合接地，即防雷接地、保護(hù)接 地、工作接地共同接到秤體接地網(wǎng)上，地網(wǎng)阻值 要求在4Q以下。這種接地方式有效地降低了接 地電阻，又可使設(shè)備之間的地電位相等。使整個(gè) 衡器計(jì)量系統(tǒng)有一個(gè)共同的接地系統(tǒng)。

三是安裝電涌防護(hù)器。根據(jù)雷電分級(jí)泄放的 原理，對(duì)電源系統(tǒng)的防雷采取三級(jí)防雷系統(tǒng)，磅 房?jī)?nèi)220/380V供電系統(tǒng)采用TN-C-S型式，由于 磅房?jī)?nèi)電子設(shè)備相距很近，只需在電源入口下端 安裝電源第一、二級(jí)復(fù)合防雷保護(hù)器，即在各相 線與中性線之間安裝FYS-0.22kV型避雷器，實(shí)施 配電系統(tǒng)的第一、二級(jí)防雷保護(hù)；在與計(jì)量系統(tǒng) 有關(guān)的電源插座處，安裝電涌防護(hù)器用于電源的 第三級(jí)防護(hù)。通過(guò)多級(jí)電源防雷設(shè)施，徹底泄放 雷電過(guò)電流，限制過(guò)電壓，盡可能防止雷電通過(guò) 電力線路竄入計(jì)量系統(tǒng)，損壞系統(tǒng)設(shè)備。

同時(shí)對(duì)計(jì)量室網(wǎng)絡(luò)連接采用ADSL專線接入 的，為了避免通信電纜引入雷電的可能性，采用 的技術(shù)是在電纜接入計(jì)量系統(tǒng)前先接入信號(hào)避雷 器（信號(hào)SPD，盡可能地降低雷電對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的 沖擊。

四是傳感器信號(hào)電纜的防雷保護(hù)。在整個(gè)稱 重計(jì)量系統(tǒng)中，有一處不可忽略，就是磅房到秤 臺(tái)有一段較長(zhǎng)距離的傳感器信號(hào)電纜。雷擊通過(guò) 電磁感應(yīng)途徑，可在線路上引入高電位，造成稱 重儀表因雷擊損壞。為此，各信號(hào)電纜特別是磅 房到秤體的一段信號(hào)電纜的屏蔽層以及金屬穿線 管應(yīng)可靠接地，把閃電的電磁脈沖從空間入侵的 通道全部阻斷，使得閃電無(wú)縫可鉆，以消除電磁 感應(yīng)雷擊的破壞。

所以，計(jì)量室的電涌過(guò)壓及電磁干擾的防護(hù)， 是保證正常辦公、電氣設(shè)備及人身安全的重要技 術(shù)手段，是確保電子設(shè)備運(yùn)行和信息網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn) 行不可缺少的技術(shù)環(huán)節(jié)。電涌防護(hù)在日常辦公和 經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中的作用也變得越來(lái)越突出和重要。

三、 結(jié)束語(yǔ)

由于雷電是不可預(yù)測(cè)的，加之雷電傷害的成 因很復(fù)雜，所以沒(méi)有方法徹底消除它的影響。然 而如把多種方法結(jié)合使用，就可有效降低雷電的 侵害，防雷電的影響就可取得令人滿意的效果， 因此必須建立完善、可靠的汽車(chē)衡的防雷接 地系統(tǒng)，以保證整個(gè)汽車(chē)衡安全、可靠、穩(wěn) 定地運(yùn)行。