電子汽車衡器防雷擊系統的研究與實踐

 電子汽車衡器防雷擊系統是個性能進的綜合復雜的雷電保護系統，主要采用了傳感器、

儀表等電位保護、傳感器電流泄放通道、電源多防雷保護、安裝防雷接地網、安裝雷電記錄儀進

行實時監測等現代雷電防護技術。該系統結構合理、性能價格比較高、具有較高的可靠性、較好的

規范性和進性。適用于大型電子軌道衡、汽車衡和高爐配料秤等，使用該系統不僅會給企業帶來

較大的經濟效益，也會帶來較好的社會效益。

 【關鍵詞】電子汽車衡（electronic weighing instrument ）防雷擊系統（the system of protection against

struck by lightning ） 研究與實踐（researche and practice ）

    、引言 

    徐州礦務集團是特大型企業之，百年老礦。在十五期間，生產煤炭8000  多萬噸，完成

營業總收入350 多億元。全公司配備各種軌道衡、汽車衡80 多臺，其中電子軌道衡、電子汽車衡

達40  多臺，承擔著頻繁的煤炭銷售計量任務。然而，每到雷雨季節，都有電子衡器因遭雷擊而損

壞，甚至電子衡器整體被摧毀。次雷擊給企業造成的經濟損失可達幾萬到幾十萬元，更嚴重地是

使企業聲譽受損，間接損失無法估量。如在2004 年的雷雨季節，我公司某礦安裝的臺50t 的全

電子汽車衡，因遭受雷擊致使只數字傳感器損壞，造成直接經濟損失兩萬多元，后雖經廠給予

更換、修復，但在時間上影響了該礦的煤炭銷售，造成的間接損失近十萬元。因此，我們認為：雷

擊，既影響了衡器使用單位經營活動的正常進行，使企業蒙受了間接的經濟損失，同時又損壞了電

子衡器系統，給企業造成了直接的經濟損失，給造成了有限資源的浪費，這與我創建節約型

社會的基本策相違背，所以，開展電子衡器防雷擊系統的研究勢在必行。

    但是，電子衡器防雷擊系統的研究是項復雜的系統工程，它需要衡器生產廠和使用單位通

力合作。同時，電子衡器防雷擊系統的設計、安裝、使用又是創建節約型社會的種理念，有了這

種理念，生產廠就會在衡器設計時，進行防雷擊的設計工作；作為使用單位，在衡器安裝時就會

根據本地區的雷電特點、安裝位置進行防雷裝置的配置，從而保證電子衡器的安全使用。我們正是

基于這種理念，研究、開發了電子衡器防雷擊系統，收到了較好的效果。

    二、電子衡器遭受雷電襲擊損壞的原理 

    雷電是種常見的自然現象，它具有大的破壞力。自然界中常見的雷電主要有直擊雷、感應

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雷和傳導雷三種。當直擊雷對地放電時，在8 μs 左右達到峰值，并在40 μs 內*泄放，因此，直

擊雷電流具有幅值高、頻率高、沖擊力強等特點，在地網中產生的電位差會損壞電器設備，

甚至直接危及人的生命；當雷電擊中輸電線路或閃雷放電發生在輸電線路附近時，產生的感應雷經

由電力線以及與外界有電路的信號電路使電子設備損壞，通過對雷擊事故分析的結果可以得出

這樣個結論：雷電造成的電子設備的損壞，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生的高電壓，由室外電源線路傳至建筑物內，損壞電器設備。特別是電子

軌道衡系統，雷電可通過軌道對衡器系統進行直接破壞。因此，直擊雷、感應雷和傳導雷均會作用

在電子衡器上進行不同程度的破壞。

    大型電子衡器般都處于室外露天場所，秤臺及鋼軌等大型金屬構件易遭受雷電襲擊，特別

容易產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，很容易遭到雷電的襲擊而損壞。大多數情況下，由于傳感器彈性體與秤臺是處

于電氣連通狀態的，而傳感器的彈性體與電子電路之間耐壓限只有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，這就是大型電子衡器經常因遭受雷

擊而損壞的zui主要的原因。

    當電子衡器遭受雷擊時，有強大的電流通過傳感器的彈性體。經實驗測試，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

可達數千伏，傳感器彈性體上有巨大的電流通過，此電流產生的電磁場強度足以破壞傳感器內部應

變電路和電子電路，進而波及到與其相連的二次儀表及計算機系統。這也是大型電子衡器容易遭雷

擊而損壞的原因之；架空的電電源也易遭受雷電襲擊，所以架空電源也是大型電子衡器易遭

雷擊而損壞的原因之。總之，凡是與電子衡器系統有電路連接或信號的地方，都有可能引入

雷電襲擊而產生浪涌電壓，造成衡器系統損壞。

    三、電子衡器防雷擊系統設計方案 

    電子衡器防雷系統是個復雜的綜合保護系統，要求在防雷擊的同時電子衡器的計量性能不

變，不能影響衡器的正常使用，這既是電子衡器防雷擊系統設計的關鍵、特色之處，也是設計的難

點，我們按照現代防雷技術的要求，建立“綜合防護、系統防護、逐限壓”的全面防護的感念，

做到：方案化、技術合理、經濟有效、安全可靠，把雷電災害降低到zui低水平。

    電子衡器防雷擊系統設計方案是依據現代防雷技術設計規范，結合電子衡器的結構特點，同時

考慮技術和施工上的可操作性而設計的電子衡器系統通用防雷擊方案。而對于每臺具體的電子衡

器，則要根據具體情況對本方案略做修改即可。

    1．對傳感器、二次儀表等電子衡器整體的各個部分，作特殊的等電位防雷保護。

    等電位保護是電子衡器系統雷電保護系統的核心和根本。雷擊時，在強大的雷電電流瀉入大地

的瞬間，由于接地線存在電阻和電感，因此整體衡器系統對地可產生幾萬甚至幾十萬伏的高電位，

此電位對電子衡器的各個部分甚至整體系統都是毀滅性的。本系統對整體衡器系統的各部位（傳感

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器、儀表和計算機）的各種接口均做相應的等電位保護，使整體衡器系統的基礎電位隨地線電位的

變化而變化，實質上也就是水漲船高之意，這就避免了雷電流產生的高電位對電子衡器造成的破壞。

    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。雷擊電流可以看做高頻且能

量巨大的電流，與直流電流有著本質的區別，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，*切斷傳感器的電流通路，*阻斷雷電流通過傳感器彈性體，從而避免了

雷電流產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．電系統做多防雷保護。

    以上兩條措施可以對整體衡器系統具有定的保護功能，但對來自電源的雷擊浪涌則無能為

力。而架空電的電源線易受到雷電襲擊而產生浪涌通過電源，造成衡器系統損壞，因此，電源

系統更應該加強防護。對此，本方案采用多防護電路，只有這樣，才能把較大的各種浪涌過電壓

削減到設備能夠承受的水平，才能給設備提安全有效的保護。系統對電源采用B+C+D 三防雷

保護方案。

    4．在秤臺周圍構建包括秤臺基礎在內的防雷接地網，整體系統在秤臺附近單接地。

    整體衡器系統實現如上各項保護措施后，能不能達到預期目的，關鍵在于整體衡器系統的接地

方式。本系統采用的接地方式為：在秤臺周圍構建包括基礎在內的防雷接地網，整個系統在秤臺附

近單點地。這樣，整體衡器系統只有個基礎電位，當發生雷擊時，此電位就會隨著接地點的電位

起伏而變化，確保整體衡器系統安然無恙。

    5．安裝雷電記錄儀，對電子衡器防雷系統作實時監測。

    雷電記錄儀是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則其他

原因形成的浪涌信號，它不僅可以記錄發生浪涌的時間，而且可以記錄浪涌電流的強度。由深圳錦

天樂公司發明的產品UC-2000            雷電記錄儀采用了功能強大的單片機系統和大容量的存儲

器，進的檔案數據管理方式，可存儲4000  條記錄。查詢方式方便簡單，進的自復位系統，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，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生的強度和時間。本系統內安裝兩臺雷電

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和發生的時間，對衡器整體防雷擊

系統進行實時監測。

    際電工委員會標準將各種類型的電子系統，如計算機、通信設備、工業和商業自動化控制系

統等歸為信息系統，信息系統的防雷及過電壓保護是種系統工程，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，構成個完整的防

護體系，才能取得zui效果。電子衡器防雷擊系統正是按照這要求進行設計的，電子衡器防雷擊

系統組成原理如圖所示。

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                             電子衡器防雷擊系統示意圖 

    四、電子衡器防雷擊系統的評價 

    由于電子衡器防雷擊系統按照現代防雷技術的要求，采取了“防護、綜合治理、層層設

防”的設計方法，所以它具有規范性、可靠性和進性。

    電子衡器防雷擊系統所涉及的技術雖然屬于邊緣科學，但是在進行設計施工時，我們嚴格按照

際電工委員會IEC 標準、法NFC 標準、德VDE 標準和中GB 標準與有關部委頒發的設計

規范要求進行設計施工，使得系統設計達到規范性和標準化。

    電子衡器防雷擊系統是個有機的整體系統，其所選用的組成部件有任何個失效，都會影響

整體防雷擊系統的效果，甚至失去對衡器系統的保護功能。因此，防雷擊系統的可靠性尤為重要。

為了保證選用的防雷產品的性能、質量和技術全部都是zui良的，客觀上要求必須通過檢測機

構的認可。本方案中所選擇的所有防雷器均通過信息產業部通信產品防雷性能質量監督檢測中心的

檢測,是檢測報告有效期內性能穩定、質量可靠的防雷產品。例如經深圳錦天樂防雷技術有限公司中

心實驗室200KA  雷電電流發生器的實際測試，在接地系統良好的情況下，不接各防雷模塊，當沖

擊電流達到5  千安時（感應雷的電流強度），衡器系統出現損壞；而我們設計的防雷擊系統，沖擊

電流逐漸加大到127KA，對秤臺、電源火線、電源零線各沖擊3 次，整體系統仍完好無損，此電流

強度相當于較強雷電直接擊中衡器。本系統不但在實驗室檢驗合格，而且已在處于強雷區的十幾處

動態軌道衡和汽車衡上使用，經近兩年使用無受雷擊而損壞。由此可見，本電子衡器防雷系統不

但能防感應雷，更重要的是能防傳導雷和直擊雷，具有較高的可靠性。

    本電子衡器防雷擊系統以現代防雷技術理論為指導，結合電子衡器的結構原理，按照設計規范

標準，采用“綜合防護、系統防護、逐降壓”的全面防護的方法，設計的防雷擊系統采用

進的技術，利用計算機監控技術，對防雷擊系統進行實時監測。該防雷擊系統通過防雷檢

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測機構檢測合格，達到內的技術水平。

    五、結束語 

    本電子衡器防雷擊系統結構合理、性能可靠，該系統對受保護的電子衡器系統不做任何改動，

不影響衡器的計量性能。當有雷電襲擊時不用停電，電子衡器正常計量，可以廣泛應用于鐵路、公

路偏載系統，動、靜態電子軌道衡、電子汽車衡，高爐秤、配料秤、皮帶秤等各種電子衡器系統，

并根據其所處雷區的雷電特點，選用不同的配置方案。該系統性能價格比高，可為用戶帶來巨大的

直接經濟效益，同時，也會產生巨大的社會效益，特別符合我“建立節約型社會”這基本策，

有利于使用單位花zui少的錢，獲得zui大的經濟效益。

參考資料 

    〔1〕《際建筑物防雷設計規范》IEC1024-1，1990。

    〔2 〕《建筑物防雷設計規范》GB50057-94       （2000 年版）。

    〔3〕《計算機信息系統防雷保安器》GA173-1998。

    〔4 〕《計算機信息系統雷電電磁脈沖安全防護規范》GA267-2000。

    〔5〕《電磁兼容試驗和測量技術浪涌（沖擊）抗擾度試驗》GB/T17626.5-1999。

    〔6〕《電子秤技術》施漢謙、宋文敏，中計量出版社