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上海奕宇電子衡器有限公司
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電子衡器防雷技術原理與分析
點擊次數:774 發布時間:2014-12-01
 

 一、引言 
   
  萊蕪鋼鐵集團是全國特大型鋼鐵企業之一,其自動化部配備各種軌道衡、電子汽車衡、高爐配料秤、電子皮帶秤、鐵水秤等100多臺,其中電子軌道衡、電子汽車衡達40多臺,承擔著萊鋼進出口及廠內倒運計量任務。然而,每到夏季雷雨多發時節,都有電子衡器因遭雷擊而損壞,甚至電子衡器整體被摧毀。一次雷擊給企業造成的經濟損失可達幾萬到幾十萬元不等,更嚴重地是使企業聲譽受損,間接損失無法估量。如在2007年的雷雨季節,電子軌道衡1#2#,因連續遭受雷擊致使2臺炎黃視訊硬盤錄像機1臺數據采集通道損壞,造成直接經濟損失7萬多元。由于我計量模式采用遠程無人值守計量方式,硬盤錄像機及數據采集通道的損壞導致計量的中斷,導致幾百節車廂的進廠煤炭無法完成計量,致使焦化原料告急,造成的間接損失無法估計。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,所以,開展電子衡器防雷技術的研究勢在必行。 
  但是,電子衡器防雷技術的研究是一項復雜的系統工程,它需要衡器生產廠家和使用單位通力合作。生產廠家在衡器設計時,進行防雷擊的設計;使用單位,在衡器安裝時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。 

 二、電子衡器遭受雷電襲擊損壞的原理 
   
  雷電是一種自然界常見的放電現象,它具有極大的破壞力。自然界中常見的雷電主要有直擊雷、雷擊電磁脈沖(LEMP)和球形雷三種。當直擊雷對地放電時,在8μs左右達到峰值,并在40μs內完全泄放,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,在地網中產生的電位差會損壞電器設備,甚至直接危及人的生命;雷擊電磁脈沖(LEMP)是指因直擊雷的路(雷電流引入)和場(空間電磁場)效應,對電氣和電子設備的破壞。通過對雷擊事故分析的結果可以得出這樣一個結論:雷電造成的電子設備的損壞,90%以上是雷擊電磁脈沖造成的;球形雷是一種特殊的帶電球體,極不常見,還處于研究中。因此,主要是直擊雷、雷擊電磁脈沖作用在電子衡器上造成不同程度的破壞。 
  大型電子衡器一般都處于室外露天場所,秤臺及鋼軌等大型金屬構件極易遭受雷電襲擊,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,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電子衡器易遭雷擊而損壞的原因之一。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、電子衡器防雷技術 
   
  電子衡器防雷技術是一個復雜的綜合保護系統,要求在防雷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、逐級限壓”的全面防護的感念,做到:方案優化、技術合理、經濟有效、安全可靠,此外還要考慮秤體結構的特殊性,具體的安裝位置等把雷電災害降低到zui低水平。 
  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雷電保護系統的核心和根本。雷擊時,在強大的雷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,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、切斷傳感器與秤臺的連接通道,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。將傳感器輸出端加分流裝置,與秤體連接接地,當有雷電流時,通過傳感器分流裝置,使得雷電流不經過傳感器瀉入大地,從而避免了雷電流產生的電磁場對傳感器的破壞。 
  3、供電系統做多級防雷保護。 
  對二次儀表及計算機系統的供電系統采用多級防雷保護,進行等電位連接,然后將接到接地極。電子衡器系電源統采用三級防雷保護,*級電源防雷模塊安裝在系統供電開關后,第二級電源防雷模塊安裝在穩壓電源前,第三級電源防雷模塊安裝在設備前,此外三級防雷保護做到共地,并與秤體共地,做到等電位。 
  4、在秤臺周圍(包括秤臺基礎)構建防雷接地網(接地井)。 
  在秤臺周圍構建包括基礎在內的防雷接地網(接地井),整個系統在秤臺附近接單接地極。這樣,整體衡器系統只有一個基礎電位,并與室內設備等電位連接器及房屋接地相連接,做到共地,當發生雷擊時,此電位就會隨著接地點的電位起伏而變化,確保整體電子衡器系統安然無恙。 
  5、網絡監控系統防雷保護 
  由于萊鋼集團自動化部電子衡器計量實現遠程無人值守,其“眼睛”就是網絡監控系統,所以對網絡監控系統的防雷保護也是非常重要。根據現場需要及監控系統的特點,對硬盤錄像機、交換機等設備做到等電位連接,對視頻信號、控制信號等安裝防雷模塊,并作等電位連接。 
 四、電子信息系統綜合防雷技術 
   
  二十世紀五十年代以后,由于大量電子設備尤其是微電子設備的廣泛應用,電子器件的集成化、小型化水平不斷提高,而其耐過壓水平、耐過流、抗雷電電磁脈沖的能力大大降低。國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。 

電子信息系統綜合雷電防護原則:整體設計,綜合治理,系統實施。 
  信息系統的防雷及過電壓保護是一種系統工程,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、接地和保護等各項技術,構成一個完整的防護體系,才能取得zui佳效果。電子衡器防雷技術正是按照這一要求進行設計的。 
  由于電子衡器防雷系統按照現代防雷技術的要求,結合電子衡器的結構原理,衡器安裝現場地狀況,按照設計規范標準,采取了“綜合防護、系統防護、逐級降壓”的設計方法,所以它具有規范性、可靠性和先進性。 

五、結束語 
   
  電子衡器防雷技術是一個性能先進的綜合復雜的雷電保護系統,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(包括動、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)能夠正常計量,并根據其所處雷區的雷電特點,選用不同的設計方案。 
   
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