電子地磅站的防雷設計

摘要：地磅系統多處于露天場所，雷電災害事故頻繁發生，直接威脅到地磅站內人員和設備的安全，因此對地磅站的雷電綜合防護是非常重要的。

關鍵詞：防護設計

1環境特點：

1.1地理位置：通常設在公路旁或企事業進出口附近的開闊地帶；1.2實施條件：地磅站一般由單層管理房及地磅承重臺組成，建筑面積小，往往不具備符合要求的防雷裝置（包括地網、外部防雷和內部防雷）；1.3電源系統：220V的交流供電線路一般為架空明線進站房，無埋地措施，因此非常容易 感應雷電電磁脈沖；1.4傳感信號系統：直流工作電壓12V的傳感器安裝在承重稱臺的鋼板下，通過9芯電纜與計算機系統相連，通常鋼板無接地，電纜線無穿管屏蔽；

2防雷類別的確認

參照GB 50057-94《建筑物防雷設計規范》第6.1.2條的要求，地磅站應為第三類防雷建筑物，采取避雷帶等防直擊雷，對電子地磅系統采用防雷擊電磁脈沖措施。

3地網的設計

地磅站的接地應采用共用接地形式，即直擊雷保護接地、交流工作接地、信號線路直流工作接地等共用一個地網，其地網接地電阻要求≤4Ω。電力電纜外皮或鋼管、傳感器信號傳輸線的金屬套管兩端、地磅承重稱臺鋼板兩端、進入管理房的金屬水管等，應與接地裝置就近做好等電位連接。信號線路應盡量避開防雷引下線，一般距離在1米以上。地磅站的接地裝置圍繞管理房及地磅承重稱臺四周散水坡外大于1米處敷設成環形接地體，水平接地體使用40×4mm鍍鋅扁鋼，埋深1米，垂直接地體使用L50×5×5mm，長2500mm的鍍鋅角鋼每隔5米打入一根。當接地電阻達不到設計要求時，可依據地形采用樹叉式外引接地裝置，外引長度不應大于有效長度。

4直擊雷防護設計

地磅站管理房屋面四周設避雷帶，在四角設50cm高的避雷短針，在四角設4條引下線與地網連接，要求屋面所有金屬管道、廣告牌等金屬構件與避雷帶作良好等電位連接，并做好防腐處理。

5電源系統雷電防護設計

地磅站電源線入站前實施金屬鎧裝電纜或護套電纜穿鋼管埋地引入，其埋地長度不應小于15米，并在架空線與電纜連接處及入站前將電纜的金屬外皮或鋼管與接地裝置兩次相連。按照IEC 61312《雷電電磁脈沖的防護》、GB 50057-94《建筑物防雷設計規范》中有關防雷區的劃分和各級電源系統雷電及過電壓保護要求，將其分為LPZ0和LPZ1二個防雷區，對電源系統選用二級SPD保護，以防范直擊雷和操作浪涌過電壓的侵襲，并將供電制式改為TN-S系統。

5.1電源第一級SPD保護

在建筑物已安裝合格的防直擊雷措施后，有50%的雷電流通過引下線流入接地裝置，地磅站從室外引來的電源線為TN配電制式，首次雷擊在低壓配電線路上，按最惡劣環境即50%的雷電流分配到電源系統，每線的分配電流為：

In=（100kA ×50%）÷2=25kA （線路無屏蔽）

In=（100kA ×50%×30%）÷2=7.5kA（線路有屏蔽）

依據LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區交界處選用SPD時開關型電源電涌保護器每線標稱放電電流不宜小于15kA的要求，應在低壓總配電箱安裝標稱通流量≥25kA（10/350μS波形）的開關型電源電涌保護器（SPD1），當單相供電時采用2+0保護模式，三相供電時采用4+0保護模式，用于地磅站所有用電設備的第一級電源防護。

5.2電源第二級SPD保護

第一級SPD1所得到的電壓保護水平加上其兩端引線的感應電壓以及反射波效應不足以保護距其較遠的電子地磅系統，應在電子地磅UPS電源前端設SPD2保護，當站內采用非屏蔽線路時，在考慮電子地磅系統80%的耐壓水平基礎上，選用20kA（8/20μS波形）的限壓型電源電涌保護器，要求其保護水平應小于1500V。第一級SPD1與第二級SPD2的安裝距離不應小于10米，當達不到安裝距離時可串接電感退耦裝置，利用退耦裝置的延時、濾波等特性，減緩雷電瞬態過電壓的上升速率，選用的退耦元件電感量一般為7~15μH之間（或延長布線以達到10米）。第二級SPD2必須盡量靠近電子地磅系統，這個距離應小于10米，當大于10米時可考慮增設10kA（8/20μS波形）的插座式電源電涌保護器。為防止電涌保護器遭受雷擊損壞后電源對地短路，需要在電涌保護器前安裝空氣開關作為短路保護裝置。

6信號系統防護設計

電子地磅稱重的過程是傳感器將承重稱臺受到的外力變形經測量電路變換為電信號，通過電纜傳到計算機或顯示屏的過程。傳感器采用12V的直流工作電源，即使1KM范圍內發生雷擊所產生的巨大瞬變電磁場都可對其影響甚至徹底損壞系統，為此應做好安裝在承重稱臺下傳感器的屏蔽接地處理，將承重稱臺鋼板兩端用35mm2多股銅芯線接入鄰近環形地網，將連接傳感器與計算機（或顯示屏）的電纜穿鋼管，并在鋼管兩頭做好接地，并在電纜靠近計算機（或顯示屏）端安裝9針RS-232串行接口信號避雷器。

參考文獻

[1]《建筑物防雷設計規范》GB50057-94（2000版）

[2] IEC 61312《雷電電磁脈沖的防護》

[3]《低壓配電設計規范》 GB50054-95