儀器儀(yi)表
的雷電防護技(jì)術
靜電放電（ESD）和電(diàn)快速瞬變脈沖群(qun)（EFT）對儀器儀表系統(tǒng)會産生不📧同程度(dù)的危害。靜電放電(diàn)在5～200MHz的頻率範圍内(nei)産生強烈的射頻(pin)輻射。此輻射能量(liàng)的峰值經常出現(xian)在35MHz～45MHz之間發生自激(ji)振蕩。許✍️多信息傳(chuán)輸電纜的🐆諧振頻(pín)率🏃也通常在這個(ge)頻率範圍内，結🆚果(guo)電纜中便串入了(le)大量的靜電放電(dian)輻射能量。電快速(sù)瞬變脈沖群也産(chan)生相當強的輻射(shè)發射，從而耦合到(dao)電♻️纜和機殼線路(lù)。當電纜暴露在4～8kV靜(jìng)電放電環境中時(shi)🧑🏽🤝🧑🏻，信息傳輸電纜終(zhong)端負載上可以測(cè)量到☔的感應電㊙️壓(yā)可達到600V，這個電壓(yā)遠遠超出了典型(xing)數字儀器儀表的(de)門限電壓值0.4V，典型(xing)的感應脈沖持續(xu)時間大約🏒爲400納秒(miao)。
儀器儀表在使用(yong)中經常會遇到意(yì)外的電壓瞬變㊙️和(hé)✊浪湧，從而導緻電(diàn)子設備的損壞，損(sǔn)壞的原因是儀器(qì)儀表中的半導體(ti)器件（包括二極管(guan)、晶體管、可控矽和(he)集成電路等）被燒(shao)毀或😍擊穿。據🔞統計(ji)儀器儀表的故障(zhang)有75％是由于🏃🏻♂️瞬變和(he)浪湧造成的。電壓(yā)的瞬👅變和浪湧無(wu)處不在，電網、雷擊(ji)、爆破，就🎯連人在地(di)毯上行走都會📐産(chan)生上萬伏的靜電(diàn)感應電壓，這些，都(dōu)是儀器儀表的隐(yǐn)形緻命殺手。因此(ci)，爲了提高儀器儀(yí)表的可靠性和人(rén)體自身的安全性(xìng)，必須對電壓瞬變(bian)和浪湧采取防護(hù)措施。
1.防雷端口
根(gen)據儀器儀表應用(yòng)的工程實踐，儀器(qi)儀表受雷擊‼️可大(dà)緻分爲直擊雷、感(gan)應雷和傳導雷。但(dan)不論以哪一種形(xíng)式到達設備都可(kě)歸納爲從以下4個(gè)部位侵入的雷電(dian)浪湧，在此把這些(xiē)部位稱爲防雷端(duan)口，并以儀器儀‼️表(biao)舉例說明。
1.1外殼端(duān)口
比如說，我們可(ke)以把任何一個大(dà)的或小的儀器儀(yi)🌐表或🌍系統視🏃🏻♂️爲一(yi)個整體的外殼，如(ru)傳感器、傳輸線🔞、信(xin)号中繼、現場儀表(biao)、DCS系統等，它們都有(you)可能完全暴🌍露在(zài)環❤️境中受㊙️到直接(jie)雷擊，造成設備🔞損(sun)壞。标準規定，當設(she)備外殼受到4kv的雷(lei)電靜電放電時，都(dou)會影響🔞儀器儀表(biao)或🔞系統的正常運(yùn)行。例如放置于室(shi)外的💰傳感器端子(zǐ)箱有可能受到雷(léi)電接觸放電；位于(yu)機房内的DCS機🐕櫃有(you)可能受到大樓立(lì)柱洩流時的空氣(qi)放電。
1.2信号線端口(kǒu)（含天饋線、數據線(xian)、控制線等）
在控制(zhì)系統中,爲了實現(xiàn)信号或信息的傳(chuan)遞總要有與外界(jie)連接的部位,如過(guò)程控制系統的信(xin)号交💯接端的總配(pèi)線架、數據傳輸網(wang)的終端、微波設備(bèi)到天線的饋線口(kǒu)等等，那麽這些從(cong)外界🔴接收信号或(huò)發射信号出去的(de)接口都有可能受(shòu)到雷電浪湧沖擊(jī)。因爲從樓外信号(hào)端口進來的浪湧(yǒng)往往通過長🌈電纜(lǎn)，所以采用10/700μs波形，标(biao)準規定線到線間(jiān)浪湧⚽電壓爲0.5kV，線到(dào)地間浪湧電壓爲(wèi)1 kV。而樓内儀器儀表(biǎo)之間傳💁遞信号的(de)端口受到浪湧沖(chong)擊相當于電源線(xian)上的浪湧沖擊，采(cǎi)用1.2/50（8/20）μs組合波，線到線(xiàn)、線到地浪湧電壓(ya)限♈值不變。一旦超(chāo)過限值，信🌈号端口(kǒu)和端口後的設備(bèi)有可能遭受✊損壞(huai)。
1.3電源端口
電源端(duan)口是分布最廣泛(fàn)也最容易感應或(huò)傳導雷電浪的部(bù)位，從配電箱到電(diàn)源插座這些電源(yuan)端口可以處在任(rèn)何位置。标準規定(dìng)在1.2/50（8/20）μs 波形下線與線(xiàn)之間浪湧電壓限(xiàn)值爲0.5kV，線到地浪湧(yǒng)電壓限制爲1kv。但這(zhe)裏的浪湧電壓是(shi)指明工作電壓爲(wèi)220V交流進入的，如果(guǒ)工作電壓較低則(zé)不能以此爲标準(zhǔn)，電源線上受較小(xiao)的浪湧沖擊不一(yī)定立即☎️損壞設備(bei)，但至少壽㊙️命有影(yǐng)響。
1.4接地端口
盡管(guan)在标準中沒有專(zhuan)門提到接地端口(kou)的指标，實際上信(xìn)🏒息技術設備地端(duan)口是非常重要的(de)。在雷電發生時接(jiē)地端口有可能受(shòu)到地電位反擊、地(dì)電位升高影😄響，或(huò)者由于接地不良(liang)、接地不當使地阻(zǔ)過大達不到參考(kǎo)電位要求使設備(bei)損壞。接🈲地端口不(bu)僅對接地電阻/接(jiē)地線極👌（長度、直徑(jìng)、材料）、接地方式、地(di)網的設置等♈有要(yào)求，而且還與設備(bei)的電特性、工✌️作頻(pin)段、工作環境🐉等有(yǒu)直接的關系。同時(shi)從接地端還有可(ke)能反擊到直流電(dian)源端口損壞直流(liu)工作電壓的設備(bèi)。綜上所述，信♊息技(jì)術🥵設備的防雷可(ke)以考慮從四個關(guān)鍵的端口入手
2.儀(yí)器儀表的端口保(bǎo)護
2.1外殼端口
儀器(qì)儀表的外殼端口(kǒu)保護不僅僅是建(jiàn)築物外殼✉️，也😍應當(dang)包括某個設備的(de)外殼或者某套系(xì)統的外殼，比如說(shuō)💁機櫃、計算🌐機室☎️等(deng)。按照IEC 1312—1《雷電電磁脈(mo)沖的㊙️防護》第一部(bu)分（一般原則）的适(shi)用範圍爲：建築物(wù)内或建築物頂部(bù)儀器儀表系統有(you)效的雷電防護系(xi)統的設計、安🔴裝、檢(jian)查、維護💃🏻。其保護方(fāng)法主要有三種：接(jiē)地、屏蔽及🛀🏻等🌍電位(wei)連接。
2.1.1接地
IEC1024—1已經闡(chǎn)述了建築物防雷(léi)接地的方法，主要(yao)通過建築物地下(xià)網狀接地系統達(da)到要求。儀器儀表(biǎo)系統防雷🏃時還要(yao)求對相👅鄰兩建築(zhù)物之間通過的電(dian)力線，通信電纜均(jun)☂️必須與建築物接(jie)地系統連接起來(lái)（不能形成回路），以(yi)利用多條并行路(lu)徑減少電纜中的(de)電流。
儀器儀表系(xì)統的接地更應當(dāng)注意系統的安全(quan)性和防止其📞它系(xi)統幹擾。一般來說(shuō)工作狀态下儀器(qi)㊙️儀表系統接地✌️不(bu)能⁉️直接和防雷地(di)線相連，否則将有(yǒu)雜散電流進⭐入儀(yí)器儀表系統引起(qi)信号幹擾。正确的(de)連接方式應當在(zai)地下将兩個不同(tóng)地網，通過放電器(qi)低壓避雷器連接(jiē)🔴，使其在雷擊狀态(tai)下自動連通。
2.1.2屏蔽(bi)
從理論上考慮，屏(píng)蔽對儀器儀表外(wai)殼防雷是非常有(yǒu)效的。但從💋經濟合(he)理角度來看，還是(shì)應當從設備元器(qì)件抗🤩擾度及對屏(píng)蔽🆚效能的要求來(lái)選擇不同💞的屏蔽(bì)🏃🏻♂️方法。線路屏蔽，即(jí)在儀器儀表系統(tong)中采用屏蔽電纜(lan)已被廣泛應用。但(dan)對于設備或系統(tong)的屏蔽需要視具(jù)體情況而定。IEC提出(chū)了采用建築物鋼(gāng)筋🎯連到金屬框💞架(jia)的措施舉例。
