汽车衡的雷击实例分析和防护对策

某工厂的汽车衡处于室外露天场所，计量 室属简易板房，此汽车衡多次遭雷击，先后损坏的有 安装在衡体下的传感器、计量室内与电子衡相连的 二次仪表和计算机、打印机、计量室内空调和电话机 等其他用电设备。电子汽车衡每次遭雷击后都影响 厂内正常的生产经营，最严重一次计量室内配电箱 烧焦，差点引起火灾。如何解决雷击致使电子衡损坏 已成工厂迫切需要完成的工作，经笔者调查此类事 故在大多数汽车衡使用单位都发生过，可以说 是个共性问题。

1.汽车衡结构组成及工作原理

汽车衡主要由承载器、称重显示仪表、称重 传感器、连接件、限位装置及接线盒等零部件组成， 还可以选配打印大屏幕显示器、计算机和稳压电源 等外部设备。被称重物或载重汽车置于承载器台面 上，在重力作用下，通过承载器将重力传递至称重传 感器，使称重传感器弹性体产生变形，贴附于弹性体 上的应变计桥路失去平衡，输出与重量数值成正比 的电信号，经线性放大器将信号放大，再经A/D转换 为数字信号，由仪表的微处理机（CPU)对重量信号 进行处理后直接显示重量数据。配置打印机后，即可 打印记录称重数据，如果配置计算机可将计量数据输入计算机管理系统进行综合管理。

2.雷击事故的案例分析

经过实地勘查，此电子汽车衡供电电源线是从附 近车间架空引入计量室配电箱，电子衡没设置接地装 置，整个供电线路没有安装防雷装置，汽车衡的承重 传感器的信号线路没有安装防雷装置，衡体也没有直 击雷防护装置。根据电子衡的结构及现场的实况，笔 者分析电子衡遭雷击的途径有以下几个方面：

（1）来自架空的供电电源线的雷电流。架空的 供电电源线极易遭受雷电袭击，当架空电源线遭雷 击后雷电流沿线路进入计量班室配电箱后窜入电子 衡、仪表、计算机、空调等设备，致使其损坏。

（2）来自电子衡直接遭受雷击和电子衡周围感 应电磁场的破坏。由于传感器弹性体与秤台是处于 电气连通状态，而传感器的弹性体与电子电路之间 耐压极限只有1?1.5KV。电子衡安放在室外，当电 子衡器直接遭受雷击时，有强大的电流通过传感器 的弹性体，此电流产生的电磁场强度足以破坏传感 器内部应变电路和电子电路，进而波及到与其相连 的二次仪表及计算机系统。即便电子衡器没有遭直 击雷袭击，雷雨天气强大的雷电流产生的电磁场感 应到电子衡上的电流足以致使传感器等器件损坏。

经调查分析此类破坏过程，是电子衡经常因遭受雷 击而损坏的最主要的原因。

(3)来自地网上的雷电流反击，因系统内设备的 接地设置不合理，在雷电流经地网泄放时，各设备间 及设备与接地体间出现电压差，致使设备损坏。

3.汽车衡的防雷措施

电子衡的传感器和仪表属精密电子元件，易受到雷击、电磁场的影响，在了解电子汽车衡结构组成及 工作原理后，其防雷措施需根据电子汽车衡结构及配 套的供电系统和所属建（构）筑物进行全面的防护。

3.1衡体和计量室的直击雷防护

因汽车衡一般处于相对孤立的室外，计量 室属配套设施内部设有计算机、称重仪表等电子设 备，并且有人员值班，所以衡体和计量室的直击雷防 护是必须做到位的。

在经济条件和现场周边环境允许的情况下，衡 体、计量室设置在钢结构篷房或钢筋混凝土建筑内， 钢结构篷房直接用屋顶彩钢瓦和钢柱做直击雷防护 装置，钢筋混凝土建筑则需设置避雷带做直击雷防 护装置。

上述条件不具备的场所可设置独立避雷针作为 衡体的直击雷保护装置，计量室所在建筑则必须做 好直击雷防护。

3.2供电线路的防护

由于雷电冲击波的主要能量集中在从工频附近 几十赫兹到几百赫兹的低端，所以雷电冲击波能量 就容易与工频回路发生耦合，雷电冲击波从电源线 路进入电子设备的几率相对来讲比较高，据统计， 约有80%的雷击损坏电子设备的事故是由电源引入 的，因此应特别加强系统中设备电源的防雷措施。

第一级防雷：计量室电源配电箱处加装 8/20波形40KA电源电涌保护器，保护室内所有用 电设备。

第二级防雷：在传感器处安装24V直流电源 电涌保护器，实现滤波精细保护设备，同时防止瞬间 电压波动功能。其特点是电源精细避雷保护，适用于 电源线的防雷保护，具有较低的限制电压，快速响应 等特点，可防护来自传输线的感应雷击或其它浪涌 过电压对被保护设备带来的危害。

3.3控制线路的防护

电子衡一般都处于暴露场合，其应力部件（传感 器）、放大器很容易遭雷击损害，在传感器寺遭雷击后 雷电流又会沿控制信号线传输到计量室与其连接的 显示设备以及与地磅配套使用的电脑打印机等设备， 所以引入计量室的信号线路以及室外与电子衡的应 力部件（传感器）相连接的信号线应安装过电压保护 装置。具体措施：在控制线上安装控制线信号电涌保 护器，防雷器的反应动作时间小于1ns,接入后对信号 的衰减要在0.1dB以内，最大通流能力为10KA。

特别需要说明的一点：在加入信号电涌保护器导 致信号衰减影响设备运行时，称重传感器建议不安 装电涌保护器，依靠对传感器的电源线、信号线的可 靠屏蔽措施，以及对传感器的傍路疏流措施，来避免 雷电过电压对传感器的危害。

3.4线路屏蔽

电子衡由市电电网供电时，从配电室到计量室 配电箱再到电子衡有一段距离，秤台到计量房也有 一段距离的信号电缆，不难设想，雷击通过电磁感应 途径，在电源和信号线路上引入高电位，就有可能造 成称重仪表和其他设备的损坏。但采取了对供电电 源线、传感器的电源线、信号线的可靠屏蔽措施，以 及对传感器的傍路疏流措施后，可以有效避免这种 雷电过电压的产生。

供电系统防雷电波侵入措施，将架空电力线 由终端杆引下后应更换为屏蔽电缆或穿镀锌铁管， 进入计量室前应水平直埋15m以上，屏蔽层或铁管 两端接地。以最大限度地衰减从各种电源线引入的 雷电高电压。

电子衡进入计量室仪表的信号线，信号电缆 特别是计量室到秤体一段信号电缆埋地敷设并将金 属管或电缆外屏蔽层至少在两端作接地，以消除电 磁感应雷击的破坏。称重传感器的信号线和激励称 重传感器的电流电源线采用将屏蔽层接地的电缆连 接，以消除电磁感应雷击破坏。

3.5等电位处理

等电位连接的作用在于削弱雷电在空间产生的 电磁场对电子设备的影响，并消除雷电暂态电流路径 与金属物体之间的击穿放电，减少电子设备的损坏。 具体做法是将称重仪表外壳、衡体、传感器、管线及其 他设备的保护接地与预留等电位端子或电子汽车衡 的接地系统相连接，形成一个电气上连续的整体。

对传感器、二次仪表等电子衡整体的各个部分， 作特殊的等电位防雷保护。雷击时，在强大的雷电流 泻入大地的瞬间，由于接地线存在电阻和电感，因此 整体衡器系统对地可产生几万甚至几十万伏的高电 位，此电位对电子衡器的各个部分甚至整体系统都是 毁灭性的。本系统对整体衡器系统的各部位(传感器、 仪表和计算机)的各种接口均做相应的等电位保护，使 整体衡器系统的基准电位随接地体电位的变化而变 化，这就避免了雷电流产生的高电位对电子衡器造成 的破坏。只做等电位保护还不够，还必须切断传感器 与衡体的电气连接。将传感器输出端加分流装置，与 衡体连接接地，当有雷电流时，通过传感器分流装置， 使得雷电流不经过传感器泻入大地，从而避免了雷电 流产生的电磁场对传感器的破坏。

3.6合理设置接地系统

整个防雷系统的关键点在合理的设置接地系 统，另外闪电会导致电子衡内部电路产生静电感应和 电磁感应，轻则造成称重误差，重则损坏设备，因此接 地措施是否合理也是必须考虑的。

具体做法：在衡体周围构建包括基础在内的 综合接地网，整个系统在衡体附近接到接地网上， 这样整体衡器系统只有一个基准电位，并与室内设 备等电位连接器及计量室接地相连接，做到共地， 当发生雷击时，此电位就会随着接地点的电位起伏 而变化，确保整体电子衡系统安然无恙。其中接地 体通常用400X 500X 60mm自动降阻接地模块和 50X 50X 5mm的热镀锌角钢组成垂直接地体，再用 40X4mm热镀锌扁钢铜铁接头连接引下线，以满足 国家防雷规范接地电阻R<4Q的要求。

（1）整个衡体要接地，用一根或数根接地电缆将 衡体与接地粧相连，接地粧要打在电位恒定的零区， 且接地电阻小于40。衡体与接地粧之间有了宽敞的 大电流回流通道，则当静电感应时，可以从大地补充 电子使其中和，在设备产生高电位后能快速疏散而 不致损坏电子汽车衡。

（2）每个传感器要有保护接地。每个传感器位置 要设置一个接地线，传感器与"地"之间设置接地桩， 接地线与接地桩进行可靠连接或将接地线与就近地 脚螺栓连接。但地脚螺栓必须与基础内接地网相连。

（3）称重传感器信号电缆和供电线路的屏蔽层 要接地。电子汽车衡由市电电网供电时，从配电室到 安装地有比较长一段空间距离，衡体到计量室也有 一段较长距离的信号电缆，不难设想，雷击通过电磁 感应途径，在引线上引人高电位，就有可能造成称重 仪表的损坏，因此，称重传感器的信号线和电流电源 线采用将屏蔽层接地的电缆连接，以消除电磁感应 雷击破坏的可能。称重传感器信号电缆的屏蔽层可 以与称重传感器的接地线相连，也可以与称重显示 器的接地桩相连；可依现场情况确定，但不允许双点 分别同两个接地桩入地。

（4）称重显示仪表外売要接地。在计量室内设置 一等电位连接排且与衡体的基础内接地网相连，计 量室内的电子设备通过此等电位连接排做到接地保 护措施。

4.结束语

汽车衡防雷保护是一个复杂的综合系统， 需结合电子衡的结构特点，按照现代防雷技术的要 求，建立"综合防护、系统防护、逐级限压"的全面防 护理念，做到：方案优化、技术合理、经济有效、安全 可靠，同时需要考虑技术和施工上的可操作性，这些 是电子衡器解决防雷击的共性问题，当然对于每台 具体的电子衡，则要根据具体情况选择有针对性的 保护方案。