儀(yi)器儀表
的雷(léi)電防護技術(shù)
靜電放電（ESD）和(hé)電快速瞬變(bian)脈沖群（EFT）對儀(yi)器儀表系統(tong)會産生不同(tóng)程度的危害(hài)。靜電放電在(zai)5～200MHz的頻率範圍(wéi)内産生強烈(lie)的射頻輻射(shè)。此輻射能量(liàng)的峰值經常(chang)☁️出現在35MHz～45MHz之間(jiān)發生自激振(zhèn)蕩。許🧡多信息(xī)傳輸電纜的(de)諧振頻率也(yě)通常在🍉這個(ge)頻率範圍内(nèi)，結果電纜中(zhōng)便串入了大(dà)量的靜電放(fàng)電輻射能量(liàng)。電快速瞬變(bian)脈沖群也産(chan)生相當強的(de)輻射發射，從(cóng)而耦合到電(diàn)纜和機殼線(xiàn)路。當❤️電纜暴(bào)露在4～8kV靜電放(fàng)電環境中時(shí)，信息傳輸電(dian)纜終端負載(zǎi)上可以測量(liang)到的感應電(dian)壓可達到600V，這(zhe)個電壓遠遠(yuan)超出了典型(xing)數字儀器儀(yi)表的門限電(dian)壓值🍉0.4V，典型的(de)感應脈沖持(chí)續時間大約(yuē)爲400納秒。
儀器(qi)儀表在使用(yòng)中經常會遇(yù)到意外的電(dian)壓瞬變和浪(lang)💚湧，從而導緻(zhi)電子設備的(de)損壞，損壞的(de)原因是儀器(qi)儀表中的半(ban)導體器件（包(bao)括二極管、晶(jīng)體管、可控矽(xī)和集成電💁路(lù)等）被燒毀或(huo)擊穿。據🏒統計(jì)儀器儀表的(de)故障有75％是由(yóu)于瞬變和浪(làng)湧造成的。電(dian)壓的瞬⭐變和(hé)浪湧無處不(bu)在，電網、雷擊(jī)、爆破，就連人(ren)在地毯💚上行(hang)走都會産生(sheng)上萬伏的靜(jing)電感應電壓(yā)，這些，都是儀(yí)器儀表的隐(yǐn)形緻命殺手(shou)。因此，爲了提(ti)高儀器儀表(biǎo)的可靠性和(he)人⛱️體自身的(de)安全性，必須(xu)對電壓💔瞬變(biàn)和浪湧采取(qu)防護措施。
1.防(fáng)雷端口
根據(jù)儀器儀表應(yīng)用的工程實(shi)踐，儀器儀表(biǎo)受雷擊可🌍大(dà)🏃♂️緻分👣爲直擊(ji)雷、感應雷和(he)傳導雷。但不(bu)論以哪一種(zhǒng)🤞形式到達設(shè)備都可歸納(nà)爲從以下4個(gè)部位侵入的(de)雷電浪湧，在(zai)此把這些部(bu)位稱爲🔞防雷(lei)端口，并😘以儀(yi)器儀👈表舉例(lì)說明。
1.1外殼端(duan)口
比如說，我(wo)們可以把任(ren)何一個大的(de)或小的儀器(qi)儀表或👣系統(tong)視⁉️爲一個整(zhěng)體的外殼，如(rú)傳感器、傳輸(shū)線、信号💜中繼(ji)、現場儀表、DCS系(xì)統等，它們都(dōu)有可能完全(quán)暴露在環境(jìng)中受到直接(jiē)雷擊，造成設(she)備損壞。标準(zhun)規定，當設備(bèi)外殼受到4kv的(de)雷電靜電放(fàng)電時，都會影(yǐng)響儀器儀表(biao)或系統的正(zheng)常運行。例如(rú)放置于室外(wài)的🏃傳感器端(duan)子箱有可能(néng)受到雷電接(jie)觸放電；位于(yu)機房内的DCS機(jī)櫃有可能受(shou)到大樓立柱(zhu)洩流時的空(kong)氣🌈放電。
1.2信号(hao)線端口（含天(tian)饋線、數據線(xiàn)、控制線等）
在(zai)控制系統中(zhōng),爲了實現信(xìn)号或信息的(de)傳遞總要有(you)與外界連接(jie)的部位,如過(guò)程控制系統(tǒng)的信号交接(jie)端的總配線(xiàn)架、數據傳輸(shū)網的終端、微(wēi)波設備到天(tiān)線的饋線口(kou)㊙️等等，那麽這(zhe)些從外界🔴接(jiē)收信号或發(fa)射信号出去(qù)的接🏃♀️口都有(yǒu)可能受到雷(léi)電浪湧沖🥰擊(ji)。因爲從樓外(wai)信号端口進(jin)來的浪湧往(wǎng)往通過長🏃🏻電(dian)纜，所以采用(yòng)10/700μs波形，标準規(gui)定線到線間(jiān)浪湧電壓爲(wèi)0.5kV，線到地間浪(lang)湧電壓爲1 kV。而(ér)樓内儀器儀(yi)表之間傳遞(di)信号的端口(kǒu)受到浪湧沖(chong)擊相當于電(diàn)💋源線上的浪(lang)湧沖擊，采用(yòng)1.2/50（8/20）μs組合波，線到(dao)線、線到地浪(làng)湧電壓限㊙️值(zhi)不變。一旦超(chao)過限值，信号(hào)端口和端口(kǒu)後的設備🥰有(yǒu)可能遭受損(sun)壞。
1.3電源端口(kǒu)
電源端口是(shi)分布最廣泛(fàn)也最容易感(gǎn)應或傳導雷(léi)電浪㊙️的部位(wèi)，從配電箱到(dao)電源插座這(zhe)些電源端口(kou)可以處在任(rèn)何位置。标準(zhǔn)規定在1.2/50（8/20）μs 波形(xing)下線與線之(zhi)間浪湧電壓(ya)限值爲0.5kV，線到(dao)地浪湧電壓(yā)限制爲1kv。但這(zhe)裏的浪湧🔞電(dian)壓是指明工(gong)作電壓爲220V交(jiao)流🔞進入的，如(rú)果工作電壓(ya)較低則不能(neng)以此爲标準(zhun)，電源線上受(shòu)🐪較小的浪湧(yong)沖擊不一定(ding)立即損壞設(she)備，但至少壽(shòu)命有影響。
1.4接(jiē)地端口
盡管(guǎn)在标準中沒(mei)有專門提到(dào)接地端口的(de)指标，實際🙇♀️上(shàng)信息技🔞術設(she)備地端口是(shi)非常重要的(de)。在雷電發生(shēng)時接地端口(kou)有💚可能受到(dao)地電位反擊(jī)、地電位升高(gāo)影響，或者由(yóu)于接地不良(liáng)👅、接地不☂️當使(shi)地阻過大達(da)不到參考電(dian)位要求使設(shè)備損壞。接地(dì)端口不僅對(dui)接地電阻/接(jiē)地線極（長度(du)、直徑、材料）、接(jie)地方式🚶♀️、地網(wang)的設置等有(you)要求，而且還(hai)與設備的電(diàn)特性、工🐅作頻(pin)段、工作環境(jing)等有直接的(de)關系。同時從(cong)接地端還有(you)可能反擊到(dào)直流電源端(duān)口損壞直流(liu)工作電壓的(de)設備。綜上所(suo)述，信息技術(shù)😘設備的防雷(léi)可以考🔞慮從(cóng)四個關鍵的(de)端口入手
2.儀(yí)器儀表的端(duan)口保護
2.1外殼(ke)端口
儀器儀(yí)表的外殼端(duan)口保護不僅(jǐn)僅是建築物(wu)外殼，也應當(dāng)🔞包括🐪某個設(shè)備的外殼或(huo)者某套系統(tong)的外殼，比如(ru)說機櫃、計算(suàn)機室等。按照(zhao)IEC 1312—1《雷電電磁脈(mò)沖的♉防護》第(dì)🚩一部分（一般(bān)原則）的适用(yòng)範圍爲：建築(zhu)物内☀️或建築(zhu)物頂部儀器(qì)儀表系統有(you)效的雷電防(fang)護系統的設(she)計、安裝、檢查(chá)、維護💃。其保護(hù)方法主要有(yǒu)三種：接地、屏(píng)蔽及⛷️等電位(wei)連接。
2.1.1接地
IEC1024—1已(yi)經闡述了建(jian)築物防雷接(jiē)地的方法，主(zhǔ)要通過建築(zhu)物地🏒下網狀(zhuàng)接地系統達(dá)到要求。儀器(qi)儀表系統🐆防(fáng)雷時還要求(qiu)對相鄰兩建(jiàn)築物之間通(tōng)過的電力線(xian)，通信電纜均(jun1)♊必須與建築(zhù)物接地系統(tong)連接起來（不(bú)能形成回路(lù)），以利用多條(tiáo)并行路徑減(jiǎn)💋少電纜中的(de)電流。
儀器儀(yí)表系統的接(jiē)地更應當注(zhù)意系統的安(an)全性和防📱止(zhi)❌其🍓它系統幹(gan)擾。一般來說(shuō)工作狀态下(xià)儀器📧儀表系(xì)統接地不能(néng)直接和防雷(lei)地線相連，否(fǒu)則将☀️有雜散(sàn)電流進入儀(yi)器☂️儀表系統(tǒng)引起信号幹(gàn)擾。正🚩确的連(lian)接㊙️方式應當(dang)在地下将兩(liǎng)個不同地網(wang)，通過放電器(qi)低壓㊙️避雷器(qì)連接，使其在(zài)雷擊🧑🏾🤝🧑🏼狀态下(xia)自動連通。
2.1.2屏(píng)蔽
從理論上(shang)考慮，屏蔽對(dui)儀器儀表外(wài)殼防雷是非(fēi)常有效的。但(dàn)🥵從經濟合理(li)角度來看，還(hai)是應當從設(she)備元器件抗(kàng)擾度及對屏(píng)蔽效能的要(yào)求來選擇不(bú)同的屏蔽♊方(fang)法。線路屏蔽(bì)，即在儀器儀(yi)表⛹🏻♀️系統中采(cǎi)用屏蔽電纜(lan)已被廣泛應(ying)用。但對于設(she)備或系統的(de)屏🌈蔽需要視(shi)具體情況而(er)定🔞。IEC提出了采(cai)用♍建築物鋼(gang)筋連到金屬(shu)框架的措施(shi)舉例。
