儀器儀表
的雷電防(fáng)護技(jì)術
靜電放(fàng)電（esd）和(hé)電快(kuài)速瞬變脈沖群（eft）對儀(yí)器儀(yí)表系統(tǒng)會産生(shēng)不同程度的危害。靜電(diàn)放(fàng)電在(zài)5～200mhz的頻率範圍内産生(shēng)強(qiáng)烈的射(shè)頻輻射。此(cǐ)輻射(shè)能量(liàng)的峰值經(jīng)常出現(xiàn)在35mhz～45mhz之間發生(shēng)自激振蕩(dàng)。許多信息傳輸(shū)電纜(lǎn)的諧(xié)振頻(pín)率也(yě)通常(cháng)在這(zhè)個頻(pín)率範圍内(nèi)，結果(guǒ)電纜中便(biàn)串(chuàn)入(rù)了大量的(de)靜電放電輻射能量(liàng)。電快(kuài)速瞬(shùn)變脈(mò)沖群(qún)也産(chǎn)生相當(dāng)強的輻(fú)射發射，從而耦(ǒu)合到電纜和(hé)機(jī)殼線路。當(dāng)電纜(lǎn)暴露(lù)在4～8kv靜電放(fàng)電環境中時，信(xìn)息傳輸電(diàn)纜終(zhōng)端負載上可以測量到的(de)感應(yīng)電壓可(kě)達(dá)到600v，這個電壓遠遠超(chāo)出了(le)典(diǎn)型數字儀器儀表的門(mén)限電壓值(zhí)0.4v，典型的感(gǎn)應脈沖持(chí)續時(shí)間大約爲400納秒。
儀器儀表(biǎo)在使用中(zhōng)經常(cháng)會遇到(dào)意外的(de)電壓瞬(shùn)變和浪(làng)湧，從(cóng)而導(dǎo)緻電(diàn)子(zǐ)設備的(de)損壞(huài)，損壞(huài)的原因是(shì)儀器(qì)儀表中的半導體器(qì)件（包(bāo)括二極管、晶體(tǐ)管、可控矽和集(jí)成電路等）被燒(shāo)毀或擊穿(chuān)。據統計儀器(qì)儀表的(de)故障(zhàng)有75％是由于瞬變和(hé)浪(làng)湧造(zào)成的。電壓的瞬(shùn)變和浪(làng)湧(yǒng)無處(chù)不在，電網、雷擊(jī)、爆破，就連(lián)人在(zài)地(dì)毯(tǎn)上行(háng)走都(dōu)會産生上(shàng)萬伏的靜(jìng)電感(gǎn)應電(diàn)壓，這(zhè)些(xiē)，都(dōu)是儀器儀(yí)表的隐形(xíng)緻命(mìng)殺手。因此(cǐ)，爲了(le)提高(gāo)儀器(qì)儀表的可(kě)靠性(xìng)和人體自身的(de)安全性，必須對(duì)電壓瞬變和浪(làng)湧采取(qǔ)防(fáng)護措施。
1.防(fáng)雷(léi)端口
根(gēn)據儀器儀(yí)表應(yīng)用的(de)工程實踐(jiàn)，儀器儀表受雷(léi)擊可(kě)大緻分(fèn)爲(wèi)直擊雷、感(gǎn)應雷和傳導雷(léi)。但不(bú)論以(yǐ)哪一種形(xíng)式(shì)到達設備都(dōu)可歸納爲從以下4個(gè)部(bù)位侵入(rù)的雷電(diàn)浪(làng)湧，在(zài)此把(bǎ)這(zhè)些部位(wèi)稱爲(wèi)防雷端口(kǒu)，并以(yǐ)儀器儀表(biǎo)舉例說明。
1.1外殼端口
比(bǐ)如說，我(wǒ)們可以把任何(hé)一個大的或小(xiǎo)的儀器(qì)儀表或系統視爲(wèi)一個(gè)整體的(de)外(wài)殼，如(rú)傳感(gǎn)器(qì)、傳輸線(xiàn)、信号中繼(jì)、現場(chǎng)儀表(biǎo)、dcs系統等，它(tā)們都(dōu)有可能完(wán)全暴露在環境(jìng)中受(shòu)到直(zhí)接雷擊(jī)，造成設備損(sǔn)壞。标準規定，當設備外殼受到(dào)4kv的雷電靜(jìng)電放電時(shí)，都會影響(xiǎng)儀器儀表(biǎo)或系(xì)統的(de)正常(cháng)運行(háng)。例如(rú)放置于室(shì)外的傳(chuán)感器端(duān)子箱有可能受(shòu)到雷電接觸放(fàng)電；位于機(jī)房(fáng)内(nèi)的dcs機櫃(guì)有可能(néng)受到(dào)大(dà)樓立柱(zhù)洩流(liú)時的空氣(qì)放電(diàn)。
1.2信号(hào)線端(duān)口（含天饋線(xiàn)、數(shù)據線、控制(zhì)線等）
在控制系統中(zhōng),爲了(le)實(shí)現信号(hào)或信息(xī)的傳遞(dì)總要有與外界連接的部位,如(rú)過程控制系統的信(xìn)号交接端(duān)的總配(pèi)線(xiàn)架、數(shù)據傳輸網的終(zhōng)端、微波設備到(dào)天線的饋線口(kǒu)等等，那麽這些(xiē)從外(wài)界接收信(xìn)号或發射信号出去的接口都(dōu)有可(kě)能受到雷電浪(làng)湧沖擊。因(yīn)爲(wèi)從樓外信号(hào)端口進來的浪(làng)湧往往通過長電纜(lǎn)，所以采用(yòng)10/700μs波形，标(biāo)準規定(dìng)線到線間浪湧(yǒng)電壓爲0.5kv，線(xiàn)到地間浪湧電壓爲1 kv。而樓(lóu)内儀器儀(yí)表之間傳(chuán)遞信号的端口受到(dào)浪湧(yǒng)沖擊相(xiàng)當(dāng)于電源線(xiàn)上的(de)浪湧沖擊，采用(yòng)1.2/50（8/20）μs組合波，線到線(xiàn)、線到(dào)地浪湧電(diàn)壓限值(zhí)不變。一(yī)旦超過(guò)限值，信(xìn)号端(duān)口和(hé)端口後的設備有可(kě)能(néng)遭受損壞。
1.3電源端口
電源端(duān)口是(shì)分布最廣(guǎng)泛也最(zuì)容易感(gǎn)應或(huò)傳導(dǎo)雷電浪的(de)部(bù)位，從配(pèi)電箱到(dào)電源插(chā)座這(zhè)些電(diàn)源端(duān)口可(kě)以處(chù)在任何位置(zhì)。标準規定在1.2/50（8/20）μs 波形下線(xiàn)與線(xiàn)之間浪(làng)湧(yǒng)電壓限(xiàn)值爲0.5kv，線(xiàn)到地(dì)浪湧電壓(yā)限制(zhì)爲1kv。但這裏(lǐ)的浪(làng)湧電(diàn)壓是(shì)指明工作電壓(yā)爲220v交(jiāo)流進(jìn)入的(de)，如果工(gōng)作電壓(yā)較低則不能以(yǐ)此(cǐ)爲(wèi)标準，電源(yuán)線上(shàng)受較小(xiǎo)的(de)浪湧沖擊不一定立即損壞設(shè)備，但至少(shǎo)壽命有影響。
1.4接(jiē)地端(duān)口
盡管在(zài)标準(zhǔn)中沒(méi)有(yǒu)專(zhuān)門提(tí)到接地(dì)端口的指标，實際上信(xìn)息技術(shù)設(shè)備地端口是非常重(zhòng)要的(de)。在雷(léi)電發(fā)生時接(jiē)地端口有可能受到地電位反擊、地電(diàn)位升高影響，或(huò)者由于(yú)接地不(bú)良、接地(dì)不當使地阻(zǔ)過大達不(bú)到參考電(diàn)位要(yào)求使(shǐ)設備損壞(huài)。接地端口(kǒu)不僅對接(jiē)地電阻/接(jiē)地線極（長度、直(zhí)徑、材料）、接地方(fāng)式、地網(wǎng)的設置(zhì)等有要求(qiú)，而且(qiě)還與設備的電(diàn)特性(xìng)、工作頻段(duàn)、工(gōng)作環(huán)境等有(yǒu)直接的關系。同(tóng)時從(cóng)接地(dì)端還有可(kě)能(néng)反擊到直流(liú)電(diàn)源端口(kǒu)損(sǔn)壞(huài)直流(liú)工作(zuò)電壓的設備。綜(zōng)上所述(shù)，信(xìn)息技術設備的(de)防雷(léi)可以(yǐ)考慮從四(sì)個關鍵的端口入手
2.儀(yí)器儀表(biǎo)的端口保護
2.1外(wài)殼端(duān)口
儀器儀(yí)表的外殼端口保護不僅僅是(shì)建築(zhù)物外殼，也應當包(bāo)括(kuò)某個設備(bèi)的(de)外(wài)殼或(huò)者某(mǒu)套系(xì)統的(de)外殼，比如(rú)說機(jī)櫃、計算機室等(děng)。按照iec 1312—1《雷電(diàn)電磁脈沖的(de)防(fáng)護》第(dì)一部分(fèn)（一般原則）的(de)适用範圍(wéi)爲：建築物内或建築(zhù)物頂(dǐng)部儀器儀表系(xì)統有效的(de)雷電防護系統的設計、安(ān)裝、檢查(chá)、維護。其保護方(fāng)法(fǎ)主要(yào)有三(sān)種(zhǒng)：接地、屏(píng)蔽及(jí)等電(diàn)位連(lián)接。
2.1.1接(jiē)地
iec1024—1已(yǐ)經闡(chǎn)述了建築物防雷接地的方法(fǎ)，主要通(tōng)過建築物地(dì)下(xià)網狀接(jiē)地系(xì)統達到要(yào)求。儀器儀(yí)表(biǎo)系統防雷時還要(yào)求對相鄰兩建(jiàn)築物之間通過的電(diàn)力線，通信(xìn)電纜(lǎn)均必須與建築物接(jiē)地系(xì)統連接起(qǐ)來（不(bú)能形成(chéng)回路），以(yǐ)利(lì)用多(duō)條并行(háng)路徑(jìng)減少電纜(lǎn)中的電(diàn)流。
儀器儀表(biǎo)系統的接(jiē)地更應當注意系統(tǒng)的安(ān)全性(xìng)和防止其(qí)它系統幹擾。一般來(lái)說工(gōng)作(zuò)狀(zhuàng)态下(xià)儀器儀表系統(tǒng)接地不能(néng)直接(jiē)和防雷(léi)地(dì)線相(xiàng)連，否則将(jiāng)有雜散電(diàn)流(liú)進(jìn)入儀(yí)器儀表系(xì)統引(yǐn)起信号幹擾。正(zhèng)确的連接方式(shì)應當(dāng)在地(dì)下将(jiāng)兩個不(bú)同地網(wǎng)，通過放電器低(dī)壓避(bì)雷器連接(jiē)，使其(qí)在雷擊狀态下自動(dòng)連通(tōng)。
2.1.2屏蔽
從(cóng)理論上(shàng)考慮(lǜ)，屏蔽(bì)對儀(yí)器儀(yí)表外殼防(fáng)雷是非常(cháng)有效的。但從經濟合(hé)理角度來(lái)看，還(hái)是應(yīng)當從設備(bèi)元(yuán)器件抗擾度及對屏蔽效能(néng)的要求來選擇不同的(de)屏蔽方法。線路屏蔽，即在儀器儀表系(xì)統中采(cǎi)用屏蔽電纜已被(bèi)廣泛(fàn)應用。但對于設備或(huò)系統的屏(píng)蔽(bì)需要視具體(tǐ)情況而定。iec提出(chū)了采用建築物(wù)鋼筋連(lián)到金屬框架的措施舉(jǔ)例。
靜電放(fàng)電（esd）和(hé)電快(kuài)速瞬變脈沖群（eft）對儀(yí)器儀(yí)表系統(tǒng)會産生(shēng)不同程度的危害。靜電(diàn)放(fàng)電在(zài)5～200mhz的頻率範圍内産生(shēng)強(qiáng)烈的射(shè)頻輻射。此(cǐ)輻射(shè)能量(liàng)的峰值經(jīng)常出現(xiàn)在35mhz～45mhz之間發生(shēng)自激振蕩(dàng)。許多信息傳輸(shū)電纜(lǎn)的諧(xié)振頻(pín)率也(yě)通常(cháng)在這(zhè)個頻(pín)率範圍内(nèi)，結果(guǒ)電纜中便(biàn)串(chuàn)入(rù)了大量的(de)靜電放電輻射能量(liàng)。電快(kuài)速瞬(shùn)變脈(mò)沖群(qún)也産(chǎn)生相當(dāng)強的輻(fú)射發射，從而耦(ǒu)合到電纜和(hé)機(jī)殼線路。當(dāng)電纜(lǎn)暴露(lù)在4～8kv靜電放(fàng)電環境中時，信(xìn)息傳輸電(diàn)纜終(zhōng)端負載上可以測量到的(de)感應(yīng)電壓可(kě)達(dá)到600v，這個電壓遠遠超(chāo)出了(le)典(diǎn)型數字儀器儀表的門(mén)限電壓值(zhí)0.4v，典型的感(gǎn)應脈沖持(chí)續時(shí)間大約爲400納秒。
儀器儀表(biǎo)在使用中(zhōng)經常(cháng)會遇到(dào)意外的(de)電壓瞬(shùn)變和浪(làng)湧，從(cóng)而導(dǎo)緻電(diàn)子(zǐ)設備的(de)損壞(huài)，損壞(huài)的原因是(shì)儀器(qì)儀表中的半導體器(qì)件（包(bāo)括二極管、晶體(tǐ)管、可控矽和集(jí)成電路等）被燒(shāo)毀或擊穿(chuān)。據統計儀器(qì)儀表的(de)故障(zhàng)有75％是由于瞬變和(hé)浪(làng)湧造(zào)成的。電壓的瞬(shùn)變和浪(làng)湧(yǒng)無處(chù)不在，電網、雷擊(jī)、爆破，就連(lián)人在(zài)地(dì)毯(tǎn)上行(háng)走都(dōu)會産生上(shàng)萬伏的靜(jìng)電感(gǎn)應電(diàn)壓，這(zhè)些(xiē)，都(dōu)是儀器儀(yí)表的隐形(xíng)緻命(mìng)殺手。因此(cǐ)，爲了(le)提高(gāo)儀器(qì)儀表的可(kě)靠性(xìng)和人體自身的(de)安全性，必須對(duì)電壓瞬變和浪(làng)湧采取(qǔ)防(fáng)護措施。
1.防(fáng)雷(léi)端口
根(gēn)據儀器儀(yí)表應(yīng)用的(de)工程實踐(jiàn)，儀器儀表受雷(léi)擊可(kě)大緻分(fèn)爲(wèi)直擊雷、感(gǎn)應雷和傳導雷(léi)。但不(bú)論以(yǐ)哪一種形(xíng)式(shì)到達設備都(dōu)可歸納爲從以下4個(gè)部(bù)位侵入(rù)的雷電(diàn)浪(làng)湧，在(zài)此把(bǎ)這(zhè)些部位(wèi)稱爲(wèi)防雷端口(kǒu)，并以(yǐ)儀器儀表(biǎo)舉例說明。
1.1外殼端口
比(bǐ)如說，我(wǒ)們可以把任何(hé)一個大的或小(xiǎo)的儀器(qì)儀表或系統視爲(wèi)一個(gè)整體的(de)外(wài)殼，如(rú)傳感(gǎn)器(qì)、傳輸線(xiàn)、信号中繼(jì)、現場(chǎng)儀表(biǎo)、dcs系統等，它(tā)們都(dōu)有可能完(wán)全暴露在環境(jìng)中受(shòu)到直(zhí)接雷擊(jī)，造成設備損(sǔn)壞。标準規定，當設備外殼受到(dào)4kv的雷電靜(jìng)電放電時(shí)，都會影響(xiǎng)儀器儀表(biǎo)或系(xì)統的(de)正常(cháng)運行(háng)。例如(rú)放置于室(shì)外的傳(chuán)感器端(duān)子箱有可能受(shòu)到雷電接觸放(fàng)電；位于機(jī)房(fáng)内(nèi)的dcs機櫃(guì)有可能(néng)受到(dào)大(dà)樓立柱(zhù)洩流(liú)時的空氣(qì)放電(diàn)。
1.2信号(hào)線端(duān)口（含天饋線(xiàn)、數(shù)據線、控制(zhì)線等）
在控制系統中(zhōng),爲了(le)實(shí)現信号(hào)或信息(xī)的傳遞(dì)總要有與外界連接的部位,如(rú)過程控制系統的信(xìn)号交接端(duān)的總配(pèi)線(xiàn)架、數(shù)據傳輸網的終(zhōng)端、微波設備到(dào)天線的饋線口(kǒu)等等，那麽這些(xiē)從外(wài)界接收信(xìn)号或發射信号出去的接口都(dōu)有可(kě)能受到雷電浪(làng)湧沖擊。因(yīn)爲(wèi)從樓外信号(hào)端口進來的浪(làng)湧往往通過長電纜(lǎn)，所以采用(yòng)10/700μs波形，标(biāo)準規定(dìng)線到線間浪湧(yǒng)電壓爲0.5kv，線(xiàn)到地間浪湧電壓爲1 kv。而樓(lóu)内儀器儀(yí)表之間傳(chuán)遞信号的端口受到(dào)浪湧(yǒng)沖擊相(xiàng)當(dāng)于電源線(xiàn)上的(de)浪湧沖擊，采用(yòng)1.2/50（8/20）μs組合波，線到線(xiàn)、線到(dào)地浪湧電(diàn)壓限值(zhí)不變。一(yī)旦超過(guò)限值，信(xìn)号端(duān)口和(hé)端口後的設備有可(kě)能(néng)遭受損壞。
1.3電源端口
電源端(duān)口是(shì)分布最廣(guǎng)泛也最(zuì)容易感(gǎn)應或(huò)傳導(dǎo)雷電浪的(de)部(bù)位，從配(pèi)電箱到(dào)電源插(chā)座這(zhè)些電(diàn)源端(duān)口可(kě)以處(chù)在任何位置(zhì)。标準規定在1.2/50（8/20）μs 波形下線(xiàn)與線(xiàn)之間浪(làng)湧(yǒng)電壓限(xiàn)值爲0.5kv，線(xiàn)到地(dì)浪湧電壓(yā)限制(zhì)爲1kv。但這裏(lǐ)的浪(làng)湧電(diàn)壓是(shì)指明工作電壓(yā)爲220v交(jiāo)流進(jìn)入的(de)，如果工(gōng)作電壓(yā)較低則不能以(yǐ)此(cǐ)爲(wèi)标準，電源(yuán)線上(shàng)受較小(xiǎo)的(de)浪湧沖擊不一定立即損壞設(shè)備，但至少(shǎo)壽命有影響。
1.4接(jiē)地端(duān)口
盡管在(zài)标準(zhǔn)中沒(méi)有(yǒu)專(zhuān)門提(tí)到接地(dì)端口的指标，實際上信(xìn)息技術(shù)設(shè)備地端口是非常重(zhòng)要的(de)。在雷(léi)電發(fā)生時接(jiē)地端口有可能受到地電位反擊、地電(diàn)位升高影響，或(huò)者由于(yú)接地不(bú)良、接地(dì)不當使地阻(zǔ)過大達不(bú)到參考電(diàn)位要(yào)求使(shǐ)設備損壞(huài)。接地端口(kǒu)不僅對接(jiē)地電阻/接(jiē)地線極（長度、直(zhí)徑、材料）、接地方(fāng)式、地網(wǎng)的設置(zhì)等有要求(qiú)，而且(qiě)還與設備的電(diàn)特性(xìng)、工作頻段(duàn)、工(gōng)作環(huán)境等有(yǒu)直接的關系。同(tóng)時從(cóng)接地(dì)端還有可(kě)能(néng)反擊到直流(liú)電(diàn)源端口(kǒu)損(sǔn)壞(huài)直流(liú)工作(zuò)電壓的設備。綜(zōng)上所述(shù)，信(xìn)息技術設備的(de)防雷(léi)可以(yǐ)考慮從四(sì)個關鍵的端口入手
2.儀(yí)器儀表(biǎo)的端口保護
2.1外(wài)殼端(duān)口
儀器儀(yí)表的外殼端口保護不僅僅是(shì)建築(zhù)物外殼，也應當包(bāo)括(kuò)某個設備(bèi)的(de)外(wài)殼或(huò)者某(mǒu)套系(xì)統的(de)外殼，比如(rú)說機(jī)櫃、計算機室等(děng)。按照iec 1312—1《雷電(diàn)電磁脈沖的(de)防(fáng)護》第(dì)一部分(fèn)（一般原則）的(de)适用範圍(wéi)爲：建築物内或建築(zhù)物頂(dǐng)部儀器儀表系(xì)統有效的(de)雷電防護系統的設計、安(ān)裝、檢查(chá)、維護。其保護方(fāng)法(fǎ)主要(yào)有三(sān)種(zhǒng)：接地、屏(píng)蔽及(jí)等電(diàn)位連(lián)接。
2.1.1接(jiē)地
iec1024—1已(yǐ)經闡(chǎn)述了建築物防雷接地的方法(fǎ)，主要通(tōng)過建築物地(dì)下(xià)網狀接(jiē)地系(xì)統達到要(yào)求。儀器儀(yí)表(biǎo)系統防雷時還要(yào)求對相鄰兩建(jiàn)築物之間通過的電(diàn)力線，通信(xìn)電纜(lǎn)均必須與建築物接(jiē)地系(xì)統連接起(qǐ)來（不(bú)能形成(chéng)回路），以(yǐ)利(lì)用多(duō)條并行(háng)路徑(jìng)減少電纜(lǎn)中的電(diàn)流。
儀器儀表(biǎo)系統的接(jiē)地更應當注意系統(tǒng)的安(ān)全性(xìng)和防止其(qí)它系統幹擾。一般來(lái)說工(gōng)作(zuò)狀(zhuàng)态下(xià)儀器儀表系統(tǒng)接地不能(néng)直接(jiē)和防雷(léi)地(dì)線相(xiàng)連，否則将(jiāng)有雜散電(diàn)流(liú)進(jìn)入儀(yí)器儀表系(xì)統引(yǐn)起信号幹擾。正(zhèng)确的連接方式(shì)應當(dāng)在地(dì)下将(jiāng)兩個不(bú)同地網(wǎng)，通過放電器低(dī)壓避(bì)雷器連接(jiē)，使其(qí)在雷擊狀态下自動(dòng)連通(tōng)。
2.1.2屏蔽
從(cóng)理論上(shàng)考慮(lǜ)，屏蔽(bì)對儀(yí)器儀(yí)表外殼防(fáng)雷是非常(cháng)有效的。但從經濟合(hé)理角度來(lái)看，還(hái)是應(yīng)當從設備(bèi)元(yuán)器件抗擾度及對屏蔽效能(néng)的要求來選擇不同的(de)屏蔽方法。線路屏蔽，即在儀器儀表系(xì)統中采(cǎi)用屏蔽電纜已被(bèi)廣泛(fàn)應用。但對于設備或(huò)系統的屏(píng)蔽(bì)需要視具體(tǐ)情況而定。iec提出(chū)了采用建築物(wù)鋼筋連(lián)到金屬框架的措施舉(jǔ)例。