電子汽車衡器防雷擊系統(tǒng)是個(gè)性能進(jìn)的綜合復(fù)雜的雷電保護(hù)系統(tǒng)，主要采用了傳感器、

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

行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等現(xiàn)代雷電防護(hù)技術(shù)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、性能價(jià)格比較高、具有較高的可靠性、較好的

規(guī)范性和進(jìn)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(tǒng)不僅會(huì)給企業(yè)帶來(lái)

較大的經(jīng)濟(jì)效益，也會(huì)帶來(lái)較好的社會(huì)效益。

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

struck by lightning ） 研究與實(shí)踐（researche and practice ）

    、引言 

    徐州礦務(wù)集團(tuán)是特大型企業(yè)之，百年老礦。在十五期間，生產(chǎn)煤炭8000  多萬(wàn)噸，完成

營(yíng)業(yè)總收入350 多億元。全公司配備各種軌道衡、汽車衡80 多臺(tái)，其中電子軌道衡、電子汽車衡

達(dá)40  多臺(tái)，承擔(dān)著頻繁的煤炭銷售計(jì)量任務(wù)。然而，每到雷雨季節(jié)，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(yè)造成的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)元，更嚴(yán)重地是

使企業(yè)聲譽(yù)受損，間接損失無(wú)法估量。如在2004 年的雷雨季節(jié)，我公司某礦安裝的臺(tái)50t 的全

電子汽車衡，因遭受雷擊致使只數(shù)字傳感器損壞，造成直接經(jīng)濟(jì)損失兩萬(wàn)多元，后雖經(jīng)廠給予

更換、修復(fù)，但在時(shí)間上影響了該礦的煤炭銷售，造成的間接損失近十萬(wàn)元。因此，我們認(rèn)為：雷

擊，既影響了衡器使用單位經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的正常進(jìn)行，使企業(yè)蒙受了間接的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)又損壞了電

子衡器系統(tǒng)，給企業(yè)造成了直接的經(jīng)濟(jì)損失，給造成了有限資源的浪費(fèi)，這與我創(chuàng)建節(jié)約型

社會(huì)的基本策相違背，所以，開(kāi)展電子衡器防雷擊系統(tǒng)的研究勢(shì)在必行。

    但是，電子衡器防雷擊系統(tǒng)的研究是項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它需要衡器生產(chǎn)廠和使用單位通

力合作。同時(shí)，電子衡器防雷擊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、使用又是創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)的種理念，有了這

種理念，生產(chǎn)廠就會(huì)在衡器設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)行防雷擊的設(shè)計(jì)工作；作為使用單位，在衡器安裝時(shí)就會(huì)

根據(jù)本地區(qū)的雷電特點(diǎn)、安裝位置進(jìn)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(kāi)發(fā)了電子衡器防雷擊系統(tǒng)，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(jiàn)的自然現(xiàn)象，它具有大的破壞力。自然界中常見(jiàn)的雷電主要有直擊雷、感應(yīng)

----------------------- 頁(yè)面 2-----------------------

雷和傳導(dǎo)雷三種。當(dāng)直擊雷對(duì)地放電時(shí)，在8 μs 左右達(dá)到峰值，并在40 μs 內(nèi)*泄放，因此，直

擊雷電流具有幅值高、頻率高、沖擊力強(qiáng)等特點(diǎn)，在地網(wǎng)中產(chǎn)生的電位差會(huì)損壞電器設(shè)備，

甚至直接危及人的生命；當(dāng)雷電擊中輸電線路或閃雷放電發(fā)生在輸電線路附近時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)雷經(jīng)

由電力線以及與外界有電路的信號(hào)電路使電子設(shè)備損壞，通過(guò)對(duì)雷擊事故分析的結(jié)果可以得出

這樣個(gè)結(jié)論：雷電造成的電子設(shè)備的損壞，90%以上是感應(yīng)雷造成的；傳導(dǎo)雷是指遠(yuǎn)處的雷電擊

中線路或因電磁感應(yīng)產(chǎn)生的高電壓，由室外電源線路傳至建筑物內(nèi)，損壞電器設(shè)備。特別是電子

軌道衡系統(tǒng)，雷電可通過(guò)軌道對(duì)衡器系統(tǒng)進(jìn)行直接破壞。因此，直擊雷、感應(yīng)雷和傳導(dǎo)雷均會(huì)作用

在電子衡器上進(jìn)行不同程度的破壞。

    大型電子衡器般都處于室外露天場(chǎng)所，秤臺(tái)及鋼軌等大型金屬構(gòu)件易遭受雷電襲擊，特別

容易產(chǎn)生由于電磁感應(yīng)而導(dǎo)致的浪涌電壓，因此，安裝在秤臺(tái)下的傳感器及與其相連的二次儀表和

相應(yīng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，很容易遭到雷電的襲擊而損壞。大多數(shù)情況下，由于傳感器彈性體與秤臺(tái)是處

于電氣連通狀態(tài)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(yīng)的高電壓會(huì)將傳感器的應(yīng)變片和其后的相應(yīng)電路擊穿，這就是大型電子衡器經(jīng)常因遭受雷

擊而損壞的zui主要的原因。

    當(dāng)電子衡器遭受雷擊時(shí)，有強(qiáng)大的電流通過(guò)傳感器的彈性體。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(yīng)，當(dāng)沖擊電流達(dá)到60KA 時(shí)，傳感器兩端的壓差

可達(dá)數(shù)千伏，傳感器彈性體上有巨大的電流通過(guò)，此電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度足以破壞傳感器內(nèi)部應(yīng)

變電路和電子電路，進(jìn)而波及到與其相連的二次儀表及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。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?？傊彩桥c電子衡器系統(tǒng)有電路連接或信號(hào)的地方，都有可能引入

雷電襲擊而產(chǎn)生浪涌電壓，造成衡器系統(tǒng)損壞。

    三、電子衡器防雷擊系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 

    電子衡器防雷系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的綜合保護(hù)系統(tǒng)，要求在防雷擊的同時(shí)電子衡器的計(jì)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(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵、特色之處，也是設(shè)計(jì)的難

點(diǎn)，我們按照現(xiàn)代防雷技術(shù)的要求，建立“綜合防護(hù)、系統(tǒng)防護(hù)、逐限壓”的全面防護(hù)的感念，

做到：方案化、技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)有效、安全可靠，把雷電災(zāi)害降低到zui低水平。

    電子衡器防雷擊系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是依據(jù)現(xiàn)代防雷技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合電子衡器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，同時(shí)

考慮技術(shù)和施工上的可操作性而設(shè)計(jì)的電子衡器系統(tǒng)通用防雷擊方案。而對(duì)于每臺(tái)具體的電子衡

器，則要根據(jù)具體情況對(duì)本方案略做修改即可。

    1．對(duì)傳感器、二次儀表等電子衡器整體的各個(gè)部分，作特殊的等電位防雷保護(hù)。

    等電位保護(hù)是電子衡器系統(tǒng)雷電保護(hù)系統(tǒng)的核心和根本。雷擊時(shí)，在強(qiáng)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(tǒng)對(duì)地可產(chǎn)生幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)伏的高電位，

此電位對(duì)電子衡器的各個(gè)部分甚至整體系統(tǒng)都是毀滅性的。本系統(tǒng)對(duì)整體衡器系統(tǒng)的各部位（傳感

----------------------- 頁(yè)面 3-----------------------

器、儀表和計(jì)算機(jī)）的各種接口均做相應(yīng)的等電位保護(hù)，使整體衡器系統(tǒng)的基礎(chǔ)電位隨地線電位的

變化而變化，實(shí)質(zhì)上也就是水漲船高之意，這就避免了雷電流產(chǎn)生的高電位對(duì)電子衡器造成的破壞。

    2．切斷傳感器彈性體與秤臺(tái)的電氣通道，另外提電流的泄放通道。

    只做等電位保護(hù)還不夠，還必須切斷傳感器與秤臺(tái)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(zhì)的區(qū)別，決不能以直流電阻來(lái)計(jì)算雷擊時(shí)通過(guò)傳感器彈性體的

電流。實(shí)驗(yàn)測(cè)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(hù)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(guò)傳感器彈性體，從而避免了

雷電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)傳感器的破壞，同時(shí)保證雷擊電流通暢地泄入大地。

    3．電系統(tǒng)做多防雷保護(hù)。

    以上兩條措施可以對(duì)整體衡器系統(tǒng)具有定的保護(hù)功能，但對(duì)來(lái)自電源的雷擊浪涌則無(wú)能為

力。而架空電的電源線易受到雷電襲擊而產(chǎn)生浪涌通過(guò)電源，造成衡器系統(tǒng)損壞，因此，電源

系統(tǒng)更應(yīng)該加強(qiáng)防護(hù)。對(duì)此，本方案采用多防護(hù)電路，只有這樣，才能把較大的各種浪涌過(guò)電壓

削減到設(shè)備能夠承受的水平，才能給設(shè)備提安全有效的保護(hù)。系統(tǒng)對(duì)電源采用B+C+D 三防雷

保護(hù)方案。

    4．在秤臺(tái)周圍構(gòu)建包括秤臺(tái)基礎(chǔ)在內(nèi)的防雷接地網(wǎng)，整體系統(tǒng)在秤臺(tái)附近單接地。

    整體衡器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)如上各項(xiàng)保護(hù)措施后，能不能達(dá)到預(yù)期目的，關(guān)鍵在于整體衡器系統(tǒng)的接地

方式。本系統(tǒng)采用的接地方式為：在秤臺(tái)周圍構(gòu)建包括基礎(chǔ)在內(nèi)的防雷接地網(wǎng)，整個(gè)系統(tǒng)在秤臺(tái)附

近單點(diǎn)地。這樣，整體衡器系統(tǒng)只有個(gè)基礎(chǔ)電位，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，此電位就會(huì)隨著接地點(diǎn)的電位

起伏而變化，確保整體衡器系統(tǒng)安然無(wú)恙。

    5．安裝雷電記錄儀，對(duì)電子衡器防雷系統(tǒng)作實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

    雷電記錄儀是種小型雷電感應(yīng)記錄設(shè)備，它可以準(zhǔn)確記錄各種導(dǎo)線上由于雷電感應(yīng)或則其他

原因形成的浪涌信號(hào)，它不僅可以記錄發(fā)生浪涌的時(shí)間，而且可以記錄浪涌電流的強(qiáng)度。由深圳錦

天樂(lè)公司發(fā)明的產(chǎn)品UC-2000            雷電記錄儀采用了功能強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)和大容量的存儲(chǔ)

器，進(jìn)的檔案數(shù)據(jù)管理方式，可存儲(chǔ)4000  條記錄。查詢方式方便簡(jiǎn)單，進(jìn)的自復(fù)位系統(tǒng)，可

以保證在任何條件下都不會(huì)死機(jī)。帶有背光的大屏幕液晶顯示系統(tǒng)，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(shí)時(shí)測(cè)量記錄雷電發(fā)生的強(qiáng)度和時(shí)間。本系統(tǒng)內(nèi)安裝兩臺(tái)雷電

記錄儀，分別測(cè)量電源的接地點(diǎn)和傳感器接地點(diǎn)的雷電電流強(qiáng)度和發(fā)生的時(shí)間，對(duì)衡器整體防雷擊

系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

    際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)將各種類型的電子系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、工業(yè)和商業(yè)自動(dòng)化控制系

統(tǒng)等歸為信息系統(tǒng)，信息系統(tǒng)的防雷及過(guò)電壓保護(hù)是種系統(tǒng)工程，必須貫徹整體防護(hù)的思想，綜

合運(yùn)用分流（泄流）、均壓（等電位）、屏蔽、接地和保護(hù)（箝位）等各項(xiàng)技術(shù)，構(gòu)成個(gè)完整的防

護(hù)體系，才能取得zui效果。電子衡器防雷擊系統(tǒng)正是按照這要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的，電子衡器防雷擊

系統(tǒng)組成原理如圖所示。

----------------------- 頁(yè)面 4-----------------------

                             電子衡器防雷擊系統(tǒng)示意圖 

    四、電子衡器防雷擊系統(tǒng)的評(píng)價(jià) 

    由于電子衡器防雷擊系統(tǒng)按照現(xiàn)代防雷技術(shù)的要求，采取了“防護(hù)、綜合治理、層層設(shè)

防”的設(shè)計(jì)方法，所以它具有規(guī)范性、可靠性和進(jìn)性。

    電子衡器防雷擊系統(tǒng)所涉及的技術(shù)雖然屬于邊緣科學(xué)，但是在進(jìn)行設(shè)計(jì)施工時(shí)，我們嚴(yán)格按照

際電工委員會(huì)IEC 標(biāo)準(zhǔn)、法NFC 標(biāo)準(zhǔn)、德VDE 標(biāo)準(zhǔn)和中GB 標(biāo)準(zhǔn)與有關(guān)部委頒發(fā)的設(shè)計(jì)

規(guī)范要求進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)化。

    電子衡器防雷擊系統(tǒng)是個(gè)有機(jī)的整體系統(tǒng)，其所選用的組成部件有任何個(gè)失效，都會(huì)影響

整體防雷擊系統(tǒng)的效果，甚至失去對(duì)衡器系統(tǒng)的保護(hù)功能。因此，防雷擊系統(tǒng)的可靠性尤為重要。

為了保證選用的防雷產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和技術(shù)全部都是zui良的，客觀上要求必須通過(guò)檢測(cè)機(jī)

構(gòu)的認(rèn)可。本方案中所選擇的所有防雷器均通過(guò)信息產(chǎn)業(yè)部通信產(chǎn)品防雷性能質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心的

檢測(cè),是檢測(cè)報(bào)告有效期內(nèi)性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠的防雷產(chǎn)品。例如經(jīng)深圳錦天樂(lè)防雷技術(shù)有限公司中

心實(shí)驗(yàn)室200KA  雷電電流發(fā)生器的實(shí)際測(cè)試，在接地系統(tǒng)良好的情況下，不接各防雷模塊，當(dāng)沖

擊電流達(dá)到5  千安時(shí)（感應(yīng)雷的電流強(qiáng)度），衡器系統(tǒng)出現(xiàn)損壞；而我們?cè)O(shè)計(jì)的防雷擊系統(tǒng)，沖擊

電流逐漸加大到127KA，對(duì)秤臺(tái)、電源火線、電源零線各沖擊3 次，整體系統(tǒng)仍完好無(wú)損，此電流

強(qiáng)度相當(dāng)于較強(qiáng)雷電直接擊中衡器。本系統(tǒng)不但在實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)合格，而且已在處于強(qiáng)雷區(qū)的十幾處

動(dòng)態(tài)軌道衡和汽車衡上使用，經(jīng)近兩年使用無(wú)受雷擊而損壞。由此可見(jiàn)，本電子衡器防雷系統(tǒng)不

但能防感應(yīng)雷，更重要的是能防傳導(dǎo)雷和直擊雷，具有較高的可靠性。

    本電子衡器防雷擊系統(tǒng)以現(xiàn)代防雷技術(shù)理論為指導(dǎo)，結(jié)合電子衡器的結(jié)構(gòu)原理，按照設(shè)計(jì)規(guī)范

標(biāo)準(zhǔn)，采用“綜合防護(hù)、系統(tǒng)防護(hù)、逐降壓”的全面防護(hù)的方法，設(shè)計(jì)的防雷擊系統(tǒng)采用

進(jìn)的技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)，對(duì)防雷擊系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。該防雷擊系統(tǒng)通過(guò)防雷檢

----------------------- 頁(yè)面 5-----------------------

測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)合格，達(dá)到內(nèi)的技術(shù)水平。

    五、結(jié)束語(yǔ) 

    本電子衡器防雷擊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、性能可靠，該系統(tǒng)對(duì)受保護(hù)的電子衡器系統(tǒng)不做任何改動(dòng)，

不影響衡器的計(jì)量性能。當(dāng)有雷電襲擊時(shí)不用停電，電子衡器正常計(jì)量，可以廣泛應(yīng)用于鐵路、公

路偏載系統(tǒng)，動(dòng)、靜態(tài)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(tǒng)，

并根據(jù)其所處雷區(qū)的雷電特點(diǎn)，選用不同的配置方案。該系統(tǒng)性能價(jià)格比高，可為用戶帶來(lái)巨大的

直接經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益，特別符合我“建立節(jié)約型社會(huì)”這基本策，

有利于使用單位花zui少的錢，獲得zui大的經(jīng)濟(jì)效益。

參考資料 

    〔1〕《際建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》IEC1024-1，1990。

    〔2 〕《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-94       （2000 年版）。

    〔3〕《計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)防雷保安器》GA173-1998。

    〔4 〕《計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)雷電電磁脈沖安全防護(hù)規(guī)范》GA267-2000。

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

    〔6〕《電子秤技術(shù)》施漢謙、宋文敏，中計(jì)量出版社