Bijdirecte of nabije blikseminslag op de betrokken gebouwen of delen van het weegsysteem kan schade niet volledig worden uitgesloten. Wij raden aan om overspanningsbeveiliging te installeren voor een locatie waar de weegbrug en het weeghuis het risico lopen om door de bliksem te worden getroffen.

Moderneweegsystemen bestaan tegenwoordig grotendeels uit krachtige elektronische componenten. Maar juist daarom zijn ze bijzonder gevoelig voor schade door blikseminslag en overspanning in het algemeen.

Ineen gezamenlijke studie met weegcelfabrikanten en klanten heeft HE Wägetechnik specifiek onderzoek gedaan naar het probleem van bliksemschade aan weegsystemen. Deze informatie behandelt fundamentele vragen over bliksembeveiliging en de installatie van een bliksembeveiligingssysteem.

Blikseminslag

Warmtedie zich ophoopt op berghellingen in de volle zon of koude luchtmassa’s die aan de onderkant warme lucht voor zich uit duwen in een weerfront genereren luchtbewegingen. Terwijl de warme lucht opstijgt, koelt deze geleidelijk af. Een wolk wordt gevormd uit waterdruppels en, op grotere hoogten, uit ijskristallen. Een onweerswolk is zo’n systeem met hogere luchtsnelheden dan normaal het geval is. De krachtige opwaartse en neerwaartse stromingen in het midden van de wolk genereren statische ladingen, waarbij de ijskristallen in de bovenste lagen van de wolk positief geladen zijn en de waterdruppels in de onderste lagen negatief geladen zijn.

Hetspanningsveld dat wordt opgewekt tussen de ladingscentra zorgt ervoor dat de luchtmoleculen ioniseren, waardoor er een geleidend kanaal ontstaat dat de ontlading, oftewel de bliksem, mogelijk maakt. De meeste bliksemflitsen zijn ontladingen tussen twee wolken. Ongeveer 15% zijn ontladingen tussen wolk en grond. Over het algemeen is de ladingsconcentratie het hoogst op hoge of puntige punten. Daarom slaat de bliksem in tussen wolk en grond, bij voorkeur in masten, torens, bomen, enz. Zodra het ionisatiekanaal tussen de wolk en de grond tot stand is gebracht, wordt een geleidend pad gecreëerd dat de ladingscentra kortsluit, waardoor de hoofdstroom of retourslag mogelijk wordt en het evenwicht tussen de ladingen wordt hersteld. Deze stroom kan spanningen opwekken in voedingssystemen zoals lange (ondergrondse) kabels die parallel lopen aan de aarde. Studies hebben aangetoond dat een blikseminslag binnen 300 m van het geometrische middelpunt van een weegbrug zeker een schadelijk effect heeft. Bovendien is de schade niet beperkt tot blikseminslagen op aarde, aangezien blikseminslagen van wolk tot wolk ook een voldoende sterke elektromagnetische puls kunnen genereren om schade te veroorzaken. Blikseminslagen zijn ontladingspieken waarbij de stroom en spanning aanzienlijk hoger zijn dan normaal.

Schade door blikseminslag

Het hart vanmoderne krachtopnemers wordt gevormd door rekstrookweerstanden van het filmtype. Deze rekstrookjes worden gemaakt door een epoxy of polyamide drager te coaten met een dunne film. Een loadcel bestaat normaal gesproken uit vier (of een veelvoud van vier) rekstrookjes in de vorm van een brug van Wheatstone. Verschillende weerstanden zijn in serie geschakeld met de voedingslijnen van de brug van Wheatstone.

Dezeweerstanden compenseren temperatuurinvloeden en worden gebruikt om het uitgangssignaal van de meetcel te kalibreren. Spanningsmeters en weerstanden zijn alleen bestand tegen lage spanningen van niet meer dan 15 of 20 volt. De diëlektrische sterkte van de foliedrager is ongeveer 400 tot 500 volt. Overspanning of overstroom veroorzaakt door bliksem zal de load cell vernietigen, hetzij door beschadiging van de weerstanden of rekstrookjes, hetzij door beschadiging van de foliedrager die de brug met de behuizing verbindt.

Inbeide gevallen kan de component volledig doorbranden, maar dat hoeft niet. Het is mogelijk dat slechts een deel van het load cell circuit of de verbinding van een van de rekstrookjes beschadigd is. In dat geval begint de weegschaal niet goed te werken en/of keert niet terug naar nul na belasting. Soms treden deze problemen pas weken na de blikseminslag op! Naast de load cells kan er ook schade ontstaan aan het meetapparaat (displayeenheid/computer) en randapparatuur zoals printers en kaartlezers, vooral als er in de directe omgeving stroomvoerende kabels zijn geraakt. Net als bij de load cells kan slechts een klein deel van de elektronica beschadigd zijn, zoals RS232-aansluitingen of zelfs maar een paar kleine tantaalcondensatoren. Kleine beschadigingen die direct na de blikseminslag over het hoofd worden gezien, kunnen een displayfout veroorzaken. Het is daarom essentieel om de printplaten zorgvuldig te inspecteren op beschadigingen of resten van doorgebrande componenten.

Bescherming tegen bliksem

Er wordtonderscheid gemaakt tussen externe en interne bliksembeveiliging. Bij externe bliksembeveiliging is er meestal een aardverbinding tussen het stalen dak van de controlekamer waarin het beeldscherm is geïnstalleerd of een andere nabijgelegen structuur of een hoge beschermende mast, zodat er een preferentieel ontladingspunt beschikbaar is waarlangs de overspanning veilig naar aarde wordt geleid. Deze externe bliksembeveiliging is nogal controversieel. Enerzijds is een weegbrug of weegbrug in het algemeen geen bijzonder aantrekkingspunt voor blikseminslagen, maar een 20 meter hoge mast heeft een aantrekkingsstraal van 81 meter. Dit betekent dat de bliksem die zonder een dergelijke mast een gebouw of een boom op een afstand van 60 meter of meer zou treffen, onvermijdelijk een piek (stapspanning) zal genereren in de onmiddellijke nabijheid van de weegbrug! Zonder zeer strikte voorzorgsmaatregelen zal zo’n piek een elektromagnetisch geïnduceerde puls veroorzaken die ongetwijfeld ernstige schade aan de weegbrug kan veroorzaken.

Effectieve hoogte van de constructie (m)	Aantrekkingskracht straal (m)
5	30
10	50
15	67
20	81
25	95
30	108
35	132
40	155

De tabel hierboven toontde aantrekkingsstraal van een structuur op een bepaalde effectieve hoogte voor neerwaartse slagen. Masten ter bescherming van de weegbrug bieden het enige voordeel dat de bliksem niet rechtstreeks in de weegbrug inslaat, maar verhogen juist het risico op schade door hun bliksemaantrekkende werking.

Internebliksembeveiliging bestaat uit het creëren van potentiaalvereffening binnen het hele onderstation door het gebruik van beveiligingen en de constructie van de weegbrugstructuur in de vorm van een kooi van Faraday. Er wordt ook een kooi van Faraday gebouwd rond de controlekamer of meetcabine. Een relatief korte afstand tussen de twee kooien vereist een aardverbinding, d.w.z. het potentiaal van het hele systeem is altijd constant. Potentiaalvereffening is al standaard inbegrepen in elke HE Wägetechnik weegbrug.

Alleexterne aansluitingen, zoals wisselstroomleidingen, communicatieaansluitingen en de signaal-/voedingslijn, zijn een potentiële bron van stroompieken en kortstondige overspanningen. Het is daarom essentieel om een overspanningsbeveiliging te installeren aan de ingang van de kooi van Faraday voor elke ingangs- of uitgangslijn om bliksembeveiliging te garanderen.

Omde load cells te beschermen tegen stapspanningen is isolatie aangebracht tegen de aarde en de weegbrug. Hoewel dit een hoog beschermingsniveau garandeert, moet er rekening mee worden gehouden dat het loadcelcircuit theoretisch nog steeds kan worden bekrachtigd en beschadigd door hoge stromen veroorzaakt door bliksem. Het is echter onwaarschijnlijk dat er een zodanig hoog potentiaalverschil optreedt dat de foliedrager tussen de rekstrook en de behuizing beschadigd kan raken. De isolatieplaten vervullen hun functie alleen als ze goed beschermd zijn tegen vocht; zodra de platen onder water komen te staan, daalt de isolatieweerstand drastisch. Daarom beschermt een goede verzorging en reiniging van de meetschalen ook tegen schade door blikseminslag!

Koppelingen naar het onderwerp

Blikseminformatiedienst van Siemens
met BLITZ-SPION – het gratis overzicht van de huidige onweersactiviteit.

www.blitz-radar.de
biedt onweerwaarschuwingen met kennisgeving via sms of e-mail (gratis)
en archiefgegevens over blikseminslagen van een specifieke dag (tegen betaling).

Dehn + Söhne
biedt een compleet, geharmoniseerd productassortiment voor bliksem- en overspanningsbeveiliging.