電子汽車衡防雷技術(shù)研究

韓培榮

隨著全國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤炭成為目前支持經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要能源之一。煤炭生產(chǎn)量逐年攀升，聚集在鄂爾多斯的眾多煤炭企業(yè)，每年的煤炭產(chǎn)量達(dá)幾億噸，除個(gè)別煤礦直接裝火車外運(yùn)，大多數(shù)煤炭要經(jīng)過汽車運(yùn)輸?shù)诫姀S或煤炭集裝站，所有這些汽車運(yùn)輸?shù)拿禾坑?jì)量均以采用電子汽車衡來完成。在鄂爾多斯從煤礦出礦計(jì)量到周邊電廠、煤炭集裝站等驗(yàn)收計(jì)量有多少臺(tái)汽車衡，大致估算應(yīng)在千臺(tái)以上。就我所在的單位目前擁有不同規(guī)格的電子汽車衡十幾臺(tái)。每到雷雨季節(jié)，總會(huì)有些汽車衡遭到雷擊損壞，其原因主要是沒有采取防雷措施。或雖采取了防雷措施，但措施不得當(dāng)，所以，采取正確的汽車衡防雷保護(hù)措施，一方面避免汽車衡被雷擊后造成經(jīng)濟(jì)損失；另一方面可避免因汽車衡被雷擊后造成停產(chǎn)帶來更大的間接損失。

1問題的提出

2006年，當(dāng)時(shí)有4臺(tái)汽車衡，到雨季遭到雷擊，導(dǎo)致部分傳感器和與汽車衡相連的微機(jī)、打印機(jī)均有不同程度的損壞，直接經(jīng)濟(jì)損失幾萬元，影響計(jì)量兩三天。經(jīng)過與有關(guān)技術(shù)人員探討研究，決定建設(shè)避雷針，按照避雷針保護(hù)范圍進(jìn)行實(shí)地測算，確定了避雷針建設(shè)的位置及高度。之后不長時(shí)間，再一次遭遇雷雨天氣，再次遭到雷擊，損失情況與前一次大致差不多。每一次損壞需制造廠家來進(jìn)行維修，但每一次廠家因周邊用戶的汽車衡遭雷擊需要維修的情況較多，維修需要排隊(duì)等候，影響生產(chǎn)少則一兩天，多則四五天，如此，一方面造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失，另一方面造成生產(chǎn)無法正常進(jìn)行，給企業(yè)造成較大的損失?！笆鞘裁丛?qū)е吕讚?”，“應(yīng)采取什么預(yù)防措施?”，這些問題成為我們面前亟待解決的問題。

2直擊雷與感應(yīng)雷

雷擊，有很多種。雷擊的機(jī)理也很復(fù)雜。常見的主要有直擊雷、感應(yīng)雷。直擊雷：雷電直接擊在露天的設(shè)備設(shè)施上造成設(shè)備設(shè)施損壞-感應(yīng)雷：當(dāng)有帶電的雷云出現(xiàn)時(shí)，在雷云下面的建筑物和設(shè)施設(shè)備上都會(huì)感應(yīng)出與雷云相反的電荷。當(dāng)雷擊避雷針時(shí)，在引下線周圍會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的瞬變電磁場。處在電磁場中設(shè)備和傳輸線路會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢。這種現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)。這種感應(yīng)電荷在低壓架空線路上可達(dá)lOOkV，信號(hào)線路上可達(dá)40kV-60kV。這種現(xiàn)象叫靜電感應(yīng)。電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)稱為感應(yīng)雷，又叫二次雷。它對(duì)設(shè)備的損害沒有直擊雷來的猛烈，但它發(fā)生的機(jī)率和頻率都要比直擊雷大得多。

3電子汽車衡遭雷擊的成因

雷擊，從理論上講，不論是直擊雷還是感應(yīng)雷，本質(zhì)上均是帶電的雷云，感應(yīng)地面突出部位帶有與雷云相反的電荷，當(dāng)其與這些帶有相反電荷的凸出部位的距離接近或空氣電阻較小(如空氣潮濕)等條件成熟時(shí)就會(huì)擊穿空氣形成瞬間放電的直擊雷，倘若條件沒有形成，就不會(huì)形成直擊雷，若地面的凸出部位是金屬導(dǎo)體，這個(gè)導(dǎo)體會(huì)有大量的電荷積聚，如果這個(gè)導(dǎo)體直接放在大地的地面上，在沒有發(fā)生直擊雷的情況時(shí)，待到帶電云層消失或遠(yuǎn)離此導(dǎo)體后，其所帶的電荷會(huì)向大地釋放。對(duì)于電子汽車衡來說，其衡器的臺(tái)面正好是一個(gè)導(dǎo)體，當(dāng)其帶有大量的電荷時(shí)，由于其與地面之間靠傳感器支撐，其它再無與地面連接之處，當(dāng)其所帶電荷形成的電勢達(dá)到一定程度，即足可以擊穿傳感器時(shí)，傳感器就被擊穿損壞，同時(shí)強(qiáng)大的電流還會(huì)通過與傳感器相連的儀表、電腦、打印機(jī)等設(shè)備，可能造成損壞，這種雷就是感應(yīng)雷對(duì)汽車衡的破壞。但有時(shí)汽車衡并不在地勢較高的地方，甚至在低洼地帶，且周圍有較高的山包或建筑物，按照這種感應(yīng)方式不應(yīng)該發(fā)生被感應(yīng)雷擊穿的現(xiàn)象，但實(shí)際這種情況也發(fā)生過雷擊的現(xiàn)象，這又如何解釋呢?其實(shí)，我們可以將帶電的雷云看作是一個(gè)強(qiáng)度和范圍都很大的而且是運(yùn)動(dòng)著的電磁場，其下方的汽車衡的臺(tái)面是一個(gè)有一定長度的導(dǎo)體，根據(jù)我們中學(xué)物理學(xué)過的發(fā)電機(jī)的原理，導(dǎo)體切割磁力線時(shí)，導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生電流。如果這樣解釋就會(huì)發(fā)現(xiàn)，汽車衡的臺(tái)面不論其所處的位置高低，只要在運(yùn)動(dòng)著的帶電云層下面，即帶電云層形成的電磁場中，衡器臺(tái)面就會(huì)積聚電荷，其形成的電勢的大小與帶電云層形成的電磁場的磁場強(qiáng)度成正比關(guān)系，當(dāng)磁場強(qiáng)度特別大，衡器臺(tái)面上形成的電勢也會(huì)特別大，當(dāng)其達(dá)到一定程度就會(huì)擊穿傳感器，對(duì)衡器造成破會(huì)作用。由此看來，汽車衡遭到雷擊與其所處的地勢高低關(guān)系不大，所以，不論其處在什么地理位置，一定要采取措施進(jìn)行保護(hù)。

4措施及應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

常用的避雷針主要是針對(duì)直擊雷，其原理是利用避雷針的針尖放電連通大地與帶電的云層，將其能量緩慢釋放，避免擊穿空氣形成瞬間放電的閃電，從而達(dá)到避免直擊雷破壞設(shè)備、設(shè)施的目的。但依據(jù)上述分析，避雷針不能保護(hù)汽車衡，因?yàn)槠嚭庠饫讚羰歉袘?yīng)雷造成的。由于衡器臺(tái)面積聚大量的電荷擊穿傳感器造成破壞，那么我們應(yīng)采取的正確措施是將衡器臺(tái)面接地，讓其產(chǎn)生的電荷及時(shí)通過大地釋放，不能形成與地面的電勢差(電壓)，傳感器就不會(huì)被破壞。

根據(jù)上述分析，我們及時(shí)制作接地極，將衡器臺(tái)面與接地極相連，讓衡器臺(tái)面不能形成電荷積聚，從而避免了汽車衡遭雷擊現(xiàn)象的發(fā)生。為了確保雷擊不再發(fā)生，日常管理中還需做好以下兩方面的工作。

(1)每年在雨季來臨之前，一定要檢測接地電阻是否符合規(guī)定，如不符合要及時(shí)采取措施。

(2)為了保險(xiǎn)，在雷雨天氣要將與傳感器連接的所有設(shè)備的連接插頭撥開，防止避雷系統(tǒng)故障對(duì)室內(nèi)設(shè)備、人員造成損傷。

通過上述措施，保證衡器臺(tái)面與接地極的連接是暢通的，保證接地極的接地電阻在符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，從而確保汽車衡不被雷電破壞。