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电子秤防雷技术的实践

时间:2017-08-05 11:05   来源:http://www.shzrhq.com   访问量:

根据对我们地区几年来电子遭受雷电伤害情况的统计和分析,针对性 地制定并实施了电子工作室预防雷电伤害方案。实践证明方案行之有效,故介绍给同行参考。

众所周知,雷击有直接雷击和感应雷击两大 类之分。顾名思义,雷击直接对其放电所造成的 雷击伤害为直接雷击。感应雷击又称为感应大气 过电压,当雷云出现在较近的上空时,积累的电 荷形成很高的感应浪涌电压,一般几百米范围内 的电子设备均有可能遭其过电压损坏,容易受到 感应雷电的伤害,当然电子也不例外。

目前,各种大型电气设备和高大建筑物(厂 房)都设有较为完善的防雷击措施,能有效地防 止雷电的直接侵害,但因感应大气过电压防不胜 防,所以防感应雷电伤害的效果确实很一般。雷 雨季节电子衡器设备常遭其害。虽然防雷电伤害 是一个老话题,但对衡器行业来讲,却是一个需 要讨论的新课题,因为一般常用的汽车衡和轨道 衡都处于室外露天场所。钢铁构件的大型秤台 容易受到感应雷电的伤害。为了能有的放矢地制 定出切实可行的防雷措施,我们收集整理了几年 2005年〜2007年)马鞍山地区电子遭受 雷电伤害情况,据不完全统计如下:

a)三台动态电子轨道衡的数据采集通道到计 算机的接口电路板损坏8255芯片);

b三台电子汽车衡计算机的通讯接口板中调 制解调器Modem)损坏;

C)两台电子汽车衡称重仪表到计算机的串行 数据接口RS232)损坏;

d)三台电子汽车衡称重仪表到大屏幕显示器 的串行接口电路的光电耦合器P521)和称重仪 表到打印机接口电路74HC244)损坏;

e)一台电子汽车衡仪表到打印机接口电路 (74HC245)损坏;

f)一台电子汽车衡中的一只称重传感器损坏 (输人端开路);

g)随着计算机的普及,不论是轨道衡还是汽 车衡都配置了计算机与衡器仪表构成称重管理系 统。有两台主机和两台CRT显示器的电源部分损 坏;

h)还有特殊的一例,在同一个输送皮带机通 廊里,有两台平行装的皮带机,每台皮带机装了 相同的电子皮带秤。在一次较强的雷雨后,一台 电子皮带秤的称重传感器坏了一只(输入端开路) 和仪表的输人信号放大电路损坏,而另一台电子 皮带秤安然无恙。经现场检査比较,两者差别是信号电缆敷设穿管不同,一台穿铁管,一台穿 塑料管。事后我们分析认为得益于铁管起到了屏 蔽接地的作用使其避免了感应雷电的伤害。因 无法做实验证明,判断是否正确.,不能肯定。

从以上情况和处理过程来看,不难得出这样 一些结论:

(1)损坏的元器件明显的不同于早年,称重传 感器的损坏已占少数,这可能是因为称重传感器 都接有可靠的大电流回路保护线,称重传感器的 上、下短路接地,整个称重传感器形成对地等电 位状态。加之又采用了防浪涌接线盒,实质上就 PCB板上焊有防浪涌及防感应雷的保护元器件 在供桥电压和信号输出端各并联一只TVS管如 P6KE18CA,适当地提高了防雷击能力。

(2称重仪表和计算机又几乎都是电源电路和 接口电路损坏,这样看来,雷电感应浪涌电压的 入侵途径除了电源,主要是通过信号线窜进设备 内部,隔离、接口芯片当然首当其冲,遭其击穿 破坏。

3)一旦发现电子故障,不论原先是开机运行还是停机状态,只要是雷雨过后出现故障, 绝大部分属于雷电伤害所致,可谓病因明确。

(4)计算机主机和显示器一般都采用无电源变 压器的开关电源,不论是否开机,只要电源插头 插在插座上,因为电源开关的动、静触点分离时 的间隙只有2mm左右,瞬时的雷电感应浪涌电压 的火花闪落足以进人,使其电源电路中的整流元 件、滤波电容受到感应雷击伤害。

(5)受雷电伤害的电子故障比较明显,容 易査找发现,只要对进、出口”电路稍加留心 观察就能看到过电压击穿损坏的元器件有的发 黑,有的鼓包,甚至于炸裂)。除更换传感器外, 更换接口芯片,基本上不需要重新标定,因而维 修相对顺利。

鉴于以上情况,为了进一步降低雷击伤害, 我们参照计算机房防雷设施拟定并协助用户单 位实施了电子秤房所防止雷击的预防方案,主 要针对防止雷电感应电压从电源线和信号线窜人, 特别注意到防止从信号线人侵。其接线框图如图1 所示。其方案具体安装实施的特点如下:

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①将三相四线制电源,在进户处把零线做重 复接地,其接地电阻小于4欧姆并将地线同时引人 户内,形成三相五线制供电。这样地线既作接地 保护用,又可预防共用零线断路时,三相负荷不 均衡引起的高电压危害。(如仅接入单相电源 零线同样做重复接地后引入户内)

②在室内配电箱中,对ABC三相各装一 DZ47-63/C10型空气断路器(空气开关)作为 保护之用。据我们实践使用情况,此类开关比老 DZ12系列灵敏度要高很多可靠性较好。在空 气开关的下端火线与零线之间并联一只过压保护 的压敏电阻。当遇到雷击感应浪涌高电压窜入时, 达到压敏电阻的动作值,压敏电阻会立即由高阻 转为导通,短路电流致使空气开关CIO立即跳闸, 起到过电压的保护。

③防雷滤波器主要由压敏电阻和LC滤波电 路组成,其自制的实用电路,如图2所示。

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L,, U是用中0.51.0mm的高强漆包线在同 一磁环的两侧各绕6~ 8匝。

④信号避雷器是借鉴目前市场上有不少加装 避雷器的家用电器,主要是将体积甚小的金属氧 化物避雷器埋藏在家用电器中。其实质就是一个 过压保护元件如压敏电阻YM471)TVS管。

⑤信号电缆的穿管敷设,应注意要采用铁管, 尤其对一些称重传感器到仪表距离较远的秤,例 如电子皮带秤。

另外,我们还主动热情地给有关人员介绍电子不同于机械衡器,讲明电子衡器的仪表和 其他电子仪器仪表一样需要注意防雷电伤害。帮 助司磅人员增强防雷电意识。建议企业各衡器房 所,在雷雨季节,当不称量下班时,尽可能注意, 把称重系统设备的电源插头拔掉。以阻断感应雷 击由电源线窜人。

平时注意检查各称重传感器大电流旁线路和 接地线是否完好。每年至少测量接地电阻一次, 看是否达到不大于4欧姆的要求,确保称重传感器 和秤体与大地是等电位的,否则要及时处理。并 注意安排在雷雨季节之前完成。

按照图1方案实施的电子房所,从2008年冬 到目前,经过2009年、2010年的雷雨季节,尤其 是二年来的7月、8月较强的雷雨尚未发生一起 雷电伤害的事故。而未安装的,在20097月就 有一例是XK3190~~ D2+表中接口芯片HD74HC224P损坏。说明上述 的预防措施是行之有效的,达到了预期目的。故 介绍给同行参考。然而由于所涉地区范围较小, 所经时间不长,尚不能充分说明问题。加之因雷 击伤害的成因很复杂,采取这些经济实用的防雷 措施只能降低雷击的侵害,要想百分之百地避免 雷击伤害还有待于同仁们的共同努力。


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