儀器儀(yí)表
的雷電防護技(jì)術
靜電放電（ESD）和電(dian)快速瞬變脈沖群(qún)（EFT）對儀器儀表系統(tǒng)💃🏻會産生不同🍉程度(du)的危害。靜電放電(dian)在5～200MHz的頻率範圍内(nèi)産生強烈的射頻(pin)輻射。此輻射能量(liàng)的峰值經常出現(xiàn)在35MHz～45MHz之間發生自激(jī)振蕩。許多信息傳(chuan)輸電纜的諧振頻(pin)率也通常在這個(gè)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(su)瞬變脈沖群也産(chǎn)生相當強的輻射(she)發射，從而耦合到(dao)電纜和機殼線路(lu)。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(zhōng)端負載上可以測(ce)量到㊙️的感應電🌏壓(ya)可達到600V，這個電壓(ya)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(xíng)的感應脈沖持續(xu)時間大約🔞爲400納秒(miǎo)。
儀器儀表在使用(yong)中經常會遇到意(yì)外的電壓瞬變和(he)㊙️浪湧，從🐇而導緻電(dian)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(zhàng)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(chǎn)生上萬伏的靜🈲電(diàn)感應電壓，這些，都(dou)🤩是儀器儀☂️表的隐(yǐn)形緻命殺手。因此(ci)，爲了提高儀器儀(yi)表的可靠性和人(ren)體自身的安全性(xing)，必須對電壓瞬變(bian)和浪🌍湧采取防護(hù)措施。
1.防雷端口
根(gēn)據儀器儀表應用(yòng)的工程實踐，儀器(qì)儀表受雷擊可🧡大(dà)緻分爲直擊雷、感(gan)應雷和傳導雷。但(dàn)不論以哪一種形(xing)式到達設備都可(ke)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(duān)口，并以儀器儀🌈表(biǎo)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(yī)個整體的外殼，如(rú)傳感器、傳輸線、信(xìn)号中繼🤩、現場儀表(biǎo)、DCS系統等，它們都有(yǒu)可能完全暴露在(zai)環境中受📞到直接(jie)👉雷擊，造成設備損(sǔn)壞。标準規定，當設(shè)備外殼受到♉4kv的雷(lei)電靜電放電時，都(dōu)會影響儀器儀表(biao)或系統的正常♻️運(yun)行。例如放置于室(shì)外的傳感器端子(zi)🚩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(li)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(zhi)系統中,爲了實現(xian)信号或信息的傳(chuán)遞總要有✌️與外界(jie)連🌈接的部位,如過(guo)程控制系統的信(xin)号交接端的總配(pei)線架、數據傳輸網(wǎng)的終端、微波設備(bei)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(lan)，所以采用10/700μs波形，标(biāo)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(biao)之間傳遞信号的(de)端口受到👌浪湧沖(chòng)擊相當于電源線(xiàn)上的浪湧沖擊，采(cǎi)用1.2/50（8/20）μs組合波，線到線(xian)、線到地浪湧電壓(ya)限值不變。一旦超(chao)過限值，信号端口(kou)和端口後的設備(bei)🌂有可能遭受損壞(huai)。
1.3電源端口
電源端(duān)口是分布最廣泛(fàn)也最容易感應或(huo)傳導雷電浪的✌️部(bu)位，從配電箱到電(diàn)源插座這些電源(yuán)端口可以👅處在任(ren)何位置。标準規定(ding)在1.2/50（8/20）μs 波形下線與線(xian)之間浪湧電壓限(xian)值爲0.5kV，線到地浪湧(yong)電壓限制爲1kv。但這(zhè)裏的浪湧電壓是(shì)指明工作電壓爲(wei)220V交流進入的，如果(guo)工作電壓較低則(ze)不能以此爲标準(zhǔn)，電源線上受較小(xiǎo)的浪湧沖💔擊不一(yi)定立即損壞設備(bei)，但至少壽命有影(ying)響✊。
1.4接地端口
盡管(guǎn)在标準中沒有專(zhuān)門提到接地端口(kou)的指标，實際上信(xin)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(huo)者由于接地不良(liáng)、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(jie)地線極（長度、直徑(jing)、材🏒料）、接地方式、地(di)網的設置等有要(yao)求，而且還與設備(bèi)的電特性、工作頻(pin)段、工作環境等有(you)直接的關系。同時(shi)從接地端還有可(ke)能反擊到直🛀🏻流電(diàn)源端口損壞直流(liú)工作電壓的設備(bèi)。綜上所述，信♍息技(ji)術設備的防雷可(kě)以考💁慮從四個關(guan)鍵的📐端口入手
2.儀(yi)器儀表的端口保(bǎo)護
2.1外殼端口
儀器(qi)儀表的外殼端口(kǒu)保護不僅僅是建(jian)築物外殼，也應⭕當(dāng)包括某個設備的(de)外殼或者某套系(xi)統的外殼，比如說(shuo)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(bù)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(xì)統的設計、安裝、檢(jian)查、維護💋。其保護方(fang)法♈主要有三種🏒：接(jiē)地、屏蔽及🐅等電位(wèi)連接。
2.1.1接地
IEC1024—1已經闡(chan)述了建築物防雷(lei)接地的方法，主要(yào)通過建🍉築✔️物地下(xià)網狀接地系統達(dá)到要求。儀器儀表(biao)系統防雷時還要(yào)求對相⭐鄰兩建築(zhù)物之間通過的電(dian)力✌️線，通信✉️電纜均(jun1)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(lù)徑減少電纜中的(de)電流。
儀器儀表系(xi)統的接地更應當(dāng)注意系統的安全(quán)性和💞防止其🔞它系(xì)統幹擾。一般來說(shuō)工作狀态下儀器(qì)🚶♀️儀表系統接地不(bú)能直接🍓和防雷地(dì)線相連，否則将有(you)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(zài)地下将⭐兩個不同(tong)地網，通過放電器(qi)低壓避雷器連接(jiē)，使其在雷擊狀态(tài)下自動🐪連通。
2.1.2屏蔽(bì)
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(shi)應當從設備元器(qì)件抗擾度及對屏(píng)蔽效能的要求來(lai)選擇不同的屏蔽(bì)🌈方法。線路屏蔽，即(ji)在儀器儀表系統(tǒng)中采用屏蔽電纜(lan)已被廣泛✔️應用。但(dan)對于設備或系統(tǒng)的屏蔽需要視具(ju)🚶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。
靜電放電（ESD）和電(dian)快速瞬變脈沖群(qún)（EFT）對儀器儀表系統(tǒng)💃🏻會産生不同🍉程度(du)的危害。靜電放電(dian)在5～200MHz的頻率範圍内(nèi)産生強烈的射頻(pin)輻射。此輻射能量(liàng)的峰值經常出現(xiàn)在35MHz～45MHz之間發生自激(jī)振蕩。許多信息傳(chuan)輸電纜的諧振頻(pin)率也通常在這個(gè)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(su)瞬變脈沖群也産(chǎn)生相當強的輻射(she)發射，從而耦合到(dao)電纜和機殼線路(lu)。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(zhōng)端負載上可以測(ce)量到㊙️的感應電🌏壓(ya)可達到600V，這個電壓(ya)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(xíng)的感應脈沖持續(xu)時間大約🔞爲400納秒(miǎo)。
儀器儀表在使用(yong)中經常會遇到意(yì)外的電壓瞬變和(he)㊙️浪湧，從🐇而導緻電(dian)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(zhàng)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(chǎn)生上萬伏的靜🈲電(diàn)感應電壓，這些，都(dou)🤩是儀器儀☂️表的隐(yǐn)形緻命殺手。因此(ci)，爲了提高儀器儀(yi)表的可靠性和人(ren)體自身的安全性(xing)，必須對電壓瞬變(bian)和浪🌍湧采取防護(hù)措施。
1.防雷端口
根(gēn)據儀器儀表應用(yòng)的工程實踐，儀器(qì)儀表受雷擊可🧡大(dà)緻分爲直擊雷、感(gan)應雷和傳導雷。但(dàn)不論以哪一種形(xing)式到達設備都可(ke)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(duān)口，并以儀器儀🌈表(biǎo)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(yī)個整體的外殼，如(rú)傳感器、傳輸線、信(xìn)号中繼🤩、現場儀表(biǎo)、DCS系統等，它們都有(yǒu)可能完全暴露在(zai)環境中受📞到直接(jie)👉雷擊，造成設備損(sǔn)壞。标準規定，當設(shè)備外殼受到♉4kv的雷(lei)電靜電放電時，都(dōu)會影響儀器儀表(biao)或系統的正常♻️運(yun)行。例如放置于室(shì)外的傳感器端子(zi)🚩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(li)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(zhi)系統中,爲了實現(xian)信号或信息的傳(chuán)遞總要有✌️與外界(jie)連🌈接的部位,如過(guo)程控制系統的信(xin)号交接端的總配(pei)線架、數據傳輸網(wǎng)的終端、微波設備(bei)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(lan)，所以采用10/700μs波形，标(biāo)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(biao)之間傳遞信号的(de)端口受到👌浪湧沖(chòng)擊相當于電源線(xiàn)上的浪湧沖擊，采(cǎi)用1.2/50（8/20）μs組合波，線到線(xian)、線到地浪湧電壓(ya)限值不變。一旦超(chao)過限值，信号端口(kou)和端口後的設備(bei)🌂有可能遭受損壞(huai)。
1.3電源端口
電源端(duān)口是分布最廣泛(fàn)也最容易感應或(huo)傳導雷電浪的✌️部(bu)位，從配電箱到電(diàn)源插座這些電源(yuán)端口可以👅處在任(ren)何位置。标準規定(ding)在1.2/50（8/20）μs 波形下線與線(xian)之間浪湧電壓限(xian)值爲0.5kV，線到地浪湧(yong)電壓限制爲1kv。但這(zhè)裏的浪湧電壓是(shì)指明工作電壓爲(wei)220V交流進入的，如果(guo)工作電壓較低則(ze)不能以此爲标準(zhǔn)，電源線上受較小(xiǎo)的浪湧沖💔擊不一(yi)定立即損壞設備(bei)，但至少壽命有影(ying)響✊。
1.4接地端口
盡管(guǎn)在标準中沒有專(zhuān)門提到接地端口(kou)的指标，實際上信(xin)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(huo)者由于接地不良(liáng)、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(jie)地線極（長度、直徑(jing)、材🏒料）、接地方式、地(di)網的設置等有要(yao)求，而且還與設備(bèi)的電特性、工作頻(pin)段、工作環境等有(you)直接的關系。同時(shi)從接地端還有可(ke)能反擊到直🛀🏻流電(diàn)源端口損壞直流(liú)工作電壓的設備(bèi)。綜上所述，信♍息技(ji)術設備的防雷可(kě)以考💁慮從四個關(guan)鍵的📐端口入手
2.儀(yi)器儀表的端口保(bǎo)護
2.1外殼端口
儀器(qi)儀表的外殼端口(kǒu)保護不僅僅是建(jian)築物外殼，也應⭕當(dāng)包括某個設備的(de)外殼或者某套系(xi)統的外殼，比如說(shuo)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(bù)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(xì)統的設計、安裝、檢(jian)查、維護💋。其保護方(fang)法♈主要有三種🏒：接(jiē)地、屏蔽及🐅等電位(wèi)連接。
2.1.1接地
IEC1024—1已經闡(chan)述了建築物防雷(lei)接地的方法，主要(yào)通過建🍉築✔️物地下(xià)網狀接地系統達(dá)到要求。儀器儀表(biao)系統防雷時還要(yào)求對相⭐鄰兩建築(zhù)物之間通過的電(dian)力✌️線，通信✉️電纜均(jun1)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(lù)徑減少電纜中的(de)電流。
儀器儀表系(xi)統的接地更應當(dāng)注意系統的安全(quán)性和💞防止其🔞它系(xì)統幹擾。一般來說(shuō)工作狀态下儀器(qì)🚶♀️儀表系統接地不(bú)能直接🍓和防雷地(dì)線相連，否則将有(you)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(zài)地下将⭐兩個不同(tong)地網，通過放電器(qi)低壓避雷器連接(jiē)，使其在雷擊狀态(tài)下自動🐪連通。
2.1.2屏蔽(bì)
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(shi)應當從設備元器(qì)件抗擾度及對屏(píng)蔽效能的要求來(lai)選擇不同的屏蔽(bì)🌈方法。線路屏蔽，即(ji)在儀器儀表系統(tǒng)中采用屏蔽電纜(lan)已被廣泛✔️應用。但(dan)對于設備或系統(tǒng)的屏蔽需要視具(ju)🚶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。