儀器儀表的雷電防護技術(shù)

靜電放電（ESD）和電快速瞬變脈沖群（EFT）對儀器儀表系統會(huì )產(chǎn)生不同程度的危害。靜電放電在5～200MHz的頻率范圍內產(chǎn)生強烈的射頻輻射。此輻射能量的峰值經(jīng)常出現在35MHz～45MHz之間發(fā)生自激振蕩。許多信息傳輸電纜的諧振頻率也通常在這個(gè)頻率范圍內，結果電纜中便串入了大量的靜電放電輻射能量。電快速瞬變脈沖群也產(chǎn)生相當強的輻射發(fā)射，從而耦合到電纜和機殼線(xiàn)路。當電纜暴露在4～8kV靜電放電環(huán)境中時(shí)，信息傳輸電纜終端負載上可以測量到的感應電壓可達到600V，這個(gè)電壓遠遠超出了典型數字儀器儀表的門(mén)限電壓值0.4V，典型的感應脈沖持續時(shí)間大約為400納秒。

　　上海自動(dòng)化儀器儀表有限公司　在使用中經(jīng)常會(huì )遇到意外的電壓瞬變和浪涌，從而導致電子設備的損壞，損壞的原因是儀器儀表中的半導體器件（包括二極管、晶體管、可控硅和集成電路等）被燒毀或擊穿。據統計儀器儀表的故障有75％是由于瞬變和浪涌造成的。電壓的瞬變和浪涌無(wú)處不在，電網(wǎng)、雷擊、爆破，就連人在地毯上行走都會(huì )產(chǎn)生上萬(wàn)伏的靜電感應電壓，這些，都是儀器儀表的隱形致命殺手。因此，為了提高儀器儀表的可靠性和人體自身的安全性，必須對電壓瞬變和浪涌采取防護措施。

　　1.防雷端口

　　根據儀器儀表應用的工程實(shí)踐，儀器儀表受雷擊可大致分為直擊雷、感應雷和傳導雷。但不論以哪一種形式到達設備都可歸納為從以下4個(gè)部位侵入的雷電浪涌，在此把這些部位稱(chēng)為防雷端口，并以?xún)x器儀表舉例說(shuō)明。

　　1.1外殼端口

　　比如說(shuō)，我們可以把任何一個(gè)大的或小的儀器儀表或系統視為一個(gè)整體的外殼，如傳感器、傳輸線(xiàn)、信號中繼、現場(chǎng)儀表、DCS系統等，上海自動(dòng)化儀表股份有限公司都有可能完全暴露在環(huán)境中受到直接雷擊，造成設備損壞。標準規定，當設備外殼受到4kv的雷電靜電放電時(shí)，都會(huì )影響儀器儀表或系統的正常運行。例如放置于室外的傳感器端子箱有可能受到雷電接觸放電；位于機房?jì)鹊腄CS機柜有可能受到大樓立柱泄流時(shí)的空氣放電。

　　1.2信號線(xiàn)端口（含天饋線(xiàn)、數據線(xiàn)、控制線(xiàn)等）

　　在控制系統中,為了實(shí)現信號或信息的傳遞總要有與外界連接的部位,如過(guò)程控制系統的信號交接端的總配線(xiàn)架、數據傳輸網(wǎng)的終端、微波設備到天線(xiàn)的饋線(xiàn)口等等，那么這些從外界接收信號或發(fā)射信號出去的接口都有可能受到雷電浪涌沖擊。因為從樓外信號端口進(jìn)來(lái)的浪涌往往通過(guò)長(cháng)電纜，所以采用10/700μs波形，標準規定線(xiàn)到線(xiàn)間浪涌電壓為0.5kV，線(xiàn)到地間浪涌電壓為1kV。而樓內儀器儀表之間傳遞信號的端口受到浪涌沖擊相當于電源線(xiàn)上的浪涌沖擊，采用1.2/50（8/20）μs組合波，線(xiàn)到線(xiàn)、線(xiàn)到地浪涌電壓限值不變。一旦超過(guò)限值，信號端口和端口后的設備有可能遭受損壞。

　　1.3電源端口

　　電源端口是分布最廣泛也最容易感應或傳導雷電浪的部位，從配電箱到電源插座這些電源端口可以處在任何位置。標準規定在1.2/50（8/20）μs波形下線(xiàn)與線(xiàn)之間浪涌電壓限值為0.5kV，線(xiàn)到地浪涌電壓限制為1kv。但這里的浪涌電壓是指明工作電壓為220V交流進(jìn)入的，如果工作電壓較低則不能以此為標準，電源線(xiàn)上受較小的浪涌沖擊不一定立即損壞設備，但至少壽命有影響。

　　1.4接地端口

　　盡管在標準中沒(méi)有專(zhuān)門(mén)提到接地端口的指標，實(shí)際上信息技術(shù)設備地端口是非常重要的。在雷電發(fā)生時(shí)接地端口有可能受到地電位反擊、地電位升高影響，或者由于接地不良、接地不當使地阻過(guò)大達不到參考電位要求使設備損壞。接地端口不僅對接地電阻/接地線(xiàn)極（長(cháng)度、直徑、材料）、接地方式、地網(wǎng)的設置等有要求，而且還與設備的電特性、工作頻段、工作環(huán)境等有直接的關(guān)系。同時(shí)從接地端還有可能反擊到直流電源端口損壞直流工作電壓的設備。綜上所述，信息技術(shù)設備的防雷可以考慮從四個(gè)關(guān)鍵的端口入手。