通过对工厂用汽车衡、轨道衡、皮带秤以及散料称等 各种称重系统的浪涌来源、称重系统的共性及传输信号的 特殊性进行分析，提出称重系统的防雷击、防雷电电磁脉 冲破坏的综合解决方案。

自20世纪80年代以来，随着计算 机、自动控制以及信息技术的发展，各 种形式的电子系统，包括计算机、通信 设备、控制系统等的应用日渐增多，特 别是这种系统应用于工业许多部门和规 模及复杂性相当大的工厂。

工厂电子秤自动化系统其主要核心是采用 微电子系统设备，这些电子系统设备的 工作电压仅为几伏，工作电流在微安至 毫安数量级。而雷电流放电瞬间将产生 很强的电磁脉冲，会通过空气辐射耦合 及金属管线电路传导耦合（电阻耦合、 磁场耦合、电场耦合）到灵敏的微电 子设备的电路中，导致控制系统的设备 损坏或出现不正常。所以从经济代价和 生产安全原因出发极不希望发生闪电电 磁脉冲而引起控制系统损坏、数据丢失这种情况出现。

称重系统的特性及特殊性

由于称重系统的应用特性，轨道衡、 汽车衡通常安装于货场的道路或铁路轨道 上，而皮带秤、散料称也通常安装于码 头、货场的原材料输送带上。码头、货场 等通常选址于江边或大片的陆地空旷地 带，而这些称重系统的传感器安装地点要 么在平地或轨道线上，要么在输送带的高 处。图1是某工厂安装的称重系统的常规 布置示意图。

—般情况下，各种称重系统都是应用 应变计作为称重传感器。在模拟型信号传 输的称重系统中，称重传感器的激励电压 均采用12 V,而称重输出信号基本上在 100 mV以内；在数字型信号传输的称重 系统中，称重传感器工作电压均采用 12 V,而称重输出信号采用半双工的 RS485数字信号；皮带秤用的转速计通常 采用12 V电压脉冲输出。这些信号都通 过信号电缆传输到安装称重仪表或控制器的工房内。

除了信号电缆之外，位于工房的称重仪表、 控制器还需要使用来自工厂供配电系统的电源电 缆，以及将称重信号传输到工厂控制、管理网络 的信号或通信电缆。

综上可知，一般的称重系统具有以下几个特 点：①通常安装于码头、货场等位于江边或高处 的空旷地带。②称重装置本身由面积或体积较大 的金属构件组成。③称重系统的信号电缆、电源 电缆或通信电缆会穿过或直接暴露在空旷的无防 护地带。④系统传输信号弱（mV级），传输距离 长（最长可能超过1km)。

雷电及浪涌对称重系统的破坏方式

根据对称重系统大量用户以及生产厂商的使 用及维护情况调查得知，称重系统遭受雷击损坏 的次数显著高于工厂其他仪表电气设备，某些位 置的衡器设备几乎每年在雷雨季节都会遭受雷电 破坏。

由称重系统的安装环境和电气特性分析，称 重系统主要受到直接雷击和间接雷击的破坏。

1.直接雷击

直击雷是指带电云层（雷云）与建筑物、其 他物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现 象，并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械 力等一系列的破坏作用。

对称重系统来说，直接暴露在外的装置本身 导电性好，装置目标较大，或者位于较高点，当 所在位置具备雷击条件时，称重装置极易成为雷 击通道的地面接闪点，从而导致称重装置本身受 到直接雷击，除了金属构件会承受直接雷击之外， 这样的直接雷击甚至有可能直接击中暴露在外的 传感器和传输电缆等。

2.间接雷击

感应雷也称为雷电感应或感应过电压，它分 为静电感应雷和电磁感应雷。

(1)静电感应雷

由于带电积云接近地面，在架空线路导线或 其他导电凸出物顶部感应出大量电荷引起，它将产生很高的电位。

(2)电磁感应雷

由于雷电放电时，巨大的冲击雷电流在周围 空间产生迅速变化的强磁场引起。这种迅速变化 的磁场能在邻近的导体上感应出很高的电动势。 雷电感应引起的电磁能量若不及时泄入地下，可 能产生放电火花，引起火灾、爆炸或造成触电 事故。

一般的称重系统除了本身位于现场的传感器 可能受到雷击或雷电浪涌的直接破坏之外，从现 场传感器连接到位于工房的称重仪表、控制器信 号电缆、给称重仪表、控制器供电的电源电缆及 将称重信号传输到工厂控制、 管理网络的信号或 通信电缆，由于其安装环境及较长的传输距离导 致这些电缆很容易受到静电感应以及电磁感应而 产生瞬态浪涌电压，从而损坏传感器或称重仪表、 控制器以及远程的供电设备、远程信号和通信接 收设备。

称重系统的综合防雷及浪涌保护方法

要找到称重系统的综合防雷及浪涌保护方法， 首先必须要了解防雷分区（LPZ)的划分。

LPZ0a区：本区内的各物体都可能遭到雷 击和导走全部雷电流；本区内的电磁场强度没有 衰减。

LPZ0b区：本区内的各物体不可能遭到大 于所选滚球半径对应的雷电流直接雷击，但本区内的电磁场强度没有衰减。

LPZ1区：本区内的各物体不可能遭到直 接雷击，流经各导体的电流比LPZ0B区更小，本 区内的电磁场强度可能衰减，这取决于屏蔽 措施。

LPZn + 1区后续防雷区：当需要进一步减 小流入的电流和电磁场强度时，应增设后续防雷 区，并按照需要保护的对象所要求的环境区选择 后续防雷区的要求条件。

根据雷电浪涌对称重系统的破坏方式来看, 需要综合运用防直击雷和防间接雷的方法，才能 有效地保护系统设备免受雷电浪涌破坏。

1.防直击雷

直击雷防护以避雷针、避雷带、避雷网、避 雷线为主要方式，其中避雷针最常见。当雷云放 电接近地面时它使地面电场发生畸变，在避雷针 的顶端，形成局部电场强度集中的空间，以影响 雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针放 电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入 大地，从而使被保护物体免遭雷击。避雷针冠以 “避雷” 二字，仅仅是指其能使被保护物体避免 雷害的意思，而其本身恰恰相反，是‘‘引雷” 上身。

在称重装置及安装称重仪表、控制器的工房 附近设置避雷针，将称重装置本体、传输电缆及 仪表工房置于避雷针的保护范围内（LPZ0B),是 称重系统防直击雷的有效措施。完善的防直击雷 措施可以导走雷击瞬间的全部雷电流，从而避免 称重系统设备及电缆遭受直接雷击破坏。

目前，主要的避雷针包括常规避雷针、提前 放电避雷针、主动优化避雷针和限流型避雷针等， 用户可根据各自的技术特点选择合适的类型。

2.防间接雷

有了完善的防直击雷措施以后，只是完成了 系统防雷的第一步，对于称重系统的电气线路和 电子设备而言，完善的感应雷防护措施是保证设 备安全的重要内容。

感应雷也称为雷电感应或感应过电压，它分 为静电感应雷和电磁感应雷。

1)静电感应雷：由于带电积云接近地面，

在架空线路导线或其他导电凸出物顶部感应出大 量电荷引起，它将产生很高的电位。

2)电磁感应雷：由于雷电放电时，巨大的 冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引 起。这种迅速变化的磁场能在邻近的导体上感应 出很高的电动势。雷电感应引起的电磁能量若不 及时泄入地下，可能产生放电火花，引起火灾、 或造成触电事故。

实际上除感应雷之外，人体静电、操作过电 压或设备故障等产生的瞬态过电压对称重设备也 可能破坏，这类瞬态过电压跟感应雷产生的浪涌 类似，可以归并为一类进行防护处理。

感应雷的防护与直击雷防护相比就复杂得多， —般情况下需要综合运用屏蔽、等电位联结、合 理布线、安装浪涌保护器等防护措施，将施加到 设备上的浪涌电压完全消除或降低到设备可以承 受的范围。

（1）屏蔽

屏蔽是减少电磁干扰的基本措施，通常我们 可采用建筑物外部屏蔽、线路屏蔽和屏蔽室（法 拉第笼）等。

对于称重系统而言，安装于现场的各个传感 器的外壳要求有良好的电磁屏蔽设计，称重仪表、 控制器采用金属外壳设计或安装于金属仪表箱内， 信号及通信传输电缆采用双层屏蔽电缆，所有的 电缆必须采用穿金属管或金属桥架布线。

（2）等电位联结

将分开而设的直流地、交流地、安全地、防 静电地、屏蔽地以及相邻防护区界等用等电位联 结导体或电涌保护器联结，以减少信息系统设备 所在建筑物金属构件与设备之间或设备与设备之 间因雷电产生的电位差的接地方法，通常可采用 S型星形结构、M型网状结构或S、M混合型 结构。

将称重装置的各个金属部件用导体或导线连 接成一个等电位体并良好接地，将称重系统和与 之关联的相关设备按照需求进行等电位联结，可 以充分降低地电位差引起的设备损坏。

（3）合理布线

按照相关规范要求对线路的走向、位置进行 合理布置，避免线路受到干扰，如强弱电分开布 线，易感应产生浪涌的线路和不易感应的线路分 开布线，重要的信号或通信线路尽量靠近建筑物 中心布线等。

(4)安装浪涌保护器

实际上，由于现代电气及电子设备的线路越 来越复杂，前面的防雷措施无法完全消除雷电浪 涌。

所以需要在保护设备前端安装适当的浪涌保 护器来阻绝未能消除的雷电浪涌。

称重传感器采用保护电压为±300 mV的应变 计专用串联型浪涌保护器；其他传感器采用与传 感器电气特性匹配的专用串联型浪涌保护器。

称重仪表、控制器：传感器信号输入线路采 用与传感器电气特性匹配的专用浪涌保护器；供 电电源线路要求采用多级保护，主要依据供电电 源电压和最大工作电流的采用二级或三级保护设 计的浪涌保护器或装置；远程传输信号、通信线与工厂其他的电气仪表设备相比较，称重系 统是一个比较独立的装置，其特殊的应用环境和 电气特性使得系统更容易受到雷电浪涌破坏。 所 以针对称重系统要采用从防直击雷到防间接雷， 最后安装使用浪涌保护器这样一整套完整、综合 性的防雷措施，才能保证系统设备得到完善的 保护。