地磅的浪涌保护器设计应用

本文阐述了地磅产生浪涌电压的机理;介绍了浪涌保护器的特性及常用浪涌吸收保护器，并给出瞬态过电压分级保护措施以及 分级保护器件使用。旨在解决电子衡器在浪涌电压和防雷环境中稳定工作问题。

1.地磅浪涌现象

浪涌现象是指沿线路传送的电流、电压或功率的瞬态变化。大型地磅一般爆露室外工作,秤台及钢轨等金属构件遭受雷电袭 击或接通、断开电路瞬间特别容易产生由于电磁感应而导致的瞬态 过电压冲击,这种瞬时过电压（或过电流称为浪涌电压（或浪涌电 流，是一种瞬变噪声,其放电过程中，放电电流可以高达几千安。安 装在秤台下的传感器及与其相连的仪表、计算机系统,处于电气连 接状态，而传感器的弹性体与电子电路之间耐压极限只有1KV到 1.5KV,传感器弹性体上感应的高电压可将传感器的应变片及其电 路击穿,很容易遭到损坏。消除浪涌干扰、防止浪涌损害是关系到地磅安全可靠运行的核心问题。

为了避免浪涌电压击毁敏感地磅,所有出现这种浪涌电压 的单元应考虑在同一接地点上安装对应的浪涌保护器,很快的同电 位均衡系统短接（引入大地。一旦某处感应到过电压（或遭受雷 击，浪涌保护器将使该系统的高电位限定在端口可以允许的电位 范围，接地点电位上升时,其他设置的浪涌保护器以最短的时间，使 各端口的输入电压限定在允许范围内。因此,空气火花间隙、充气式 过电压放电器、压敏电阻、雪崩二极管等元器件，以单独或组合电路

形式被应用到被保护电路中，由于各浪涌保护器件的放电能力、响 应特性、灭弧性能、限压精度等特性不同，所以应根据应用场合、设 备对浪涌电压保护的要求及产品特性来安装保护系统。

2.浪涌保护器及特性

由于地磅的传感器信号输出为毫伏级,所以在雷击和过电 压冲击等场合增加浪涌保护环节尤为重要。其浪涌保护一般分为两 部分第一是加装在电源端的过电压保护装置，以消除电网浪涌电 压、雷电感应电压、开关频繁切换等意外对电子衡器的冲击和损坏； 第二是仪表和传感器的浪涌保护设计。浪涌保护器有过电压保护元 件和过电流保护元件两种。“避雷器”以及“浪涌抑制器”、“过电压 限制器”、齐纳二极管等均属于电压限制元件。浪涌干扰一般用浪涌 吸收器进行抑制，常用的浪涌吸收器有氧化锌压敏电阻器,RCD组 合浪涌吸收器，瞬态电压抑制器。

2.1氣化锌压敏电阻器以氣化锌(ZnO)为主体材料制成的氣 化锌压敏电阻，是一种具有优良限压特性（压敏特性）的非线性电 阻，具有能量容量大、残压低、漏电流小、电压范围宽、动作速度快、 保护性能稳定,工艺简单、成本低廉、适应广泛广等优点。适用于交 流电源电压、各种线圈、接点间浪涌电压吸收及灭弧，同时也作为三 极管、晶闸管等电力电子器件的浪涌电压保护器。压敏电阻器按其 用途有时也称为浪涌（电冲击)吸收器(抑制器。

2.2 RCD组合浪涌吸收器RCD组合浪涌吸收器也称为剩余 电流保护器，当漏电流或不平衡电流达到一定值时便断开电路接点 的机械开关或组件，以组合的形式被用在保护电路中，它可依据电 路的不同特性要求进行不同的组合安装,该组合吸收器适用直流电路，图1 1)是高电平直流控制系统的单向保护，图1 1)是采用齐纳 稳压管或双向二极管正、反向保护的电路系统。

2.3瞬态电压抑制 器瞬态电压抑制器 (TVg是抑制可能出现 的浪涌脉冲功率的浪 涌保护器。当瞬态电压‘抑制器两极受到反向 高能量冲击时，它将以 10-12s级的速度,快速使两极间的阻抗降低、电位箝位到预定值,吸 收高达数千瓦的浪涌功率,从而有效防护电气设备元器件遭受浪涌 冲击损坏。瞬态电压抑制器(TVS具有响应速度快、瞬态功率大、后 续漏电流低、击穿电压误差小、箝位电压易控制、体积小等优点,在 电子设备等领域被广泛应用。目前，国内多数设备普遍采用压敏电 阻进行浪涌保护,TVS与压敏电阻性能参数及特点各有不同，比较 如表1所示。

3.综合浪涌保护系统设计应用

3.1瞬态过电压分级保护措施地磅的浪涌保护环节应在 系统设计中予以综合考虑，一般该系统的浪涌保护分为三级：对于地磅的供电设备而言，需要安装雷击电流放电器、过压放电器 以及终端设备保护器进行保护。第一级保护是对于直接雷击电流进 行泄放,接在用户供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源 处，主要为了吸收承受雷电和感应雷击的大电流和浪涌高能量,将 大量的浪涌电流分流到大地。第二级保护安装在向重要或敏感用电 设备供电的分路配电设备处的电源防浪涌保护器,是针对前级保护 器的残余电压以及区内感应雷击的防护设备。通过对用户供电入口 浪涌放电器的剩余浪涌能量更完善吸收,抑制瞬态过电压。一般用 户供电系统通过二级保护就可以达到用电设备运行的要求。第三级 保护是为了完全消除微小瞬态的瞬态过电压的终端设备保护器，直 接安装在仪器仪表前端，以达到对仪器设备的保护。在等级不同的 放电器之间，应执行导线最小长度规定。供电系统中电流放电器与 过压放电器之间的距离应大于 10m,过压放电器与仪器设备保 护装置之间的导线距离则应大 于5m。电子衡器控制系统三级 保护分布如图2所示。

3.2分级保护器件使用

3.2.1过电压放电器是充有 惰性气体的一级浪涌保护器件，

它的气体放电器响应时间在纳秒级,被广泛应用于远程通信系统的 保护。该器件在使用中存在两大缺点：一是它的触发特性与时间有 关其保护电平与气体放电器额定电压接近。另一是易产生续电流。 当气体放电器被触发时，尤其在低阻抗、电压大于24V的电路中容 易引起该放电器在几分之一秒内爆碎。所以在应用过电压保护电路 中应串接熔断器,使电路中的电流尽快中断。

3.2.2压敏电阻被广泛应用在系统的二级保护中，它的响应时 间在纳秒级,不易产生续电流。在测控设备的保护电路中，压敏电阻 可用于放电电流在2.5kA~5kA范围的中级保护装置。它的缺点是压 敏电阻中二极管的PN结易老化及结电容较高，过载时,PN结将出 现短路,使漏电流增大。在敏感测量电路中使用时会造成测量误差， 器件易发热现象。

3.2.3抑制二极管响应时间可达皮秒级，一般用于高灵敏的电 子电路,其限压值可达到额定电压的1.8倍。它的主要缺点是负荷 能力差，电容随器件额定电压变化且较高，即器件额定电压越低，电 容则越大,该电容与连接导线的电感构成低通电路,使数据传输阻 尼,其阻尼大小与电路信号频率有关。

4.结语

目前，地磅广泛应用于各行业，其应用环境存在着安全隐 患,浪涌电压以及雷击等因素对地磅的破坏具有潜在危机。复 杂的浪涌电压和雷击影响，必须高度重视,充分利用各种有效手段 及途径拟制浪涌电压对电子设备系统造成的危害。