儀器儀表的雷電防護(hù)技術(shù)

靜電放電（ESD）和電快速瞬變脈沖群（EFT）對(duì)儀器儀表系統(tǒng)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(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的射頻輻射。此輻射能量的峰值經(jīng)常出現(xiàn)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(nèi)，結(jié)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(dāng)強(qiáng)的輻射發(fā)射，從而耦合到電纜和機(jī)殼線(xiàn)路。當(dāng)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(fù)載上可以測(cè)量到的感應(yīng)電壓可達(dá)到600V，這個(gè)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了典型數(shù)字儀器儀表的門(mén)限電壓值0.4V，典型的感應(yīng)脈沖持續(xù)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(dǎo)致電子設(shè)備的損壞，損壞的原因是儀器儀表中的半導(dǎo)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(jù)統(tǒng)計(jì)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(yīng)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(duì)電壓瞬變和浪涌采取防護(hù)措施。

　　1.防雷端口

　　根據(jù)儀器儀表應(yīng)用的工程實(shí)踐，儀器儀表受雷擊可大致分為直擊雷、感應(yīng)雷和傳導(dǎo)雷。但不論以哪一種形式到達(dá)設(shè)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(tǒng)視為一個(gè)整體的外殼，如傳感器、傳輸線(xiàn)、信號(hào)中繼、現(xiàn)場(chǎng)儀表、DCS系統(tǒng)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(shè)備損壞。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)設(shè)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(tǒng)的正常運(yùn)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(jī)房?jī)?nèi)的DCS機(jī)柜有可能受到大樓立柱泄流時(shí)的空氣放電。

　　1.2信號(hào)線(xiàn)端口（含天饋線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)、控制線(xiàn)等）

　　在控制系統(tǒng)中,為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(tǒng)的信號(hào)交接端的總配線(xiàn)架、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)的終端、微波設(shè)備到天線(xiàn)的饋線(xiàn)口等等，那么這些從外界接收信號(hào)或發(fā)射信號(hào)出去的接口都有可能受到雷電浪涌沖擊。因?yàn)閺臉峭庑盘?hào)端口進(jìn)來(lái)的浪涌往往通過(guò)長(zhǎng)電纜，所以采用10/700μs波形，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(nèi)儀器儀表之間傳遞信號(hào)的端口受到浪涌沖擊相當(dāng)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(hào)端口和端口后的設(shè)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(yīng)或傳導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(biāo)準(zhǔn)，電源線(xiàn)上受較小的浪涌沖擊不一定立即損壞設(shè)備，但至少壽命有影響。

　　1.4接地端口

　　盡管在標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有專(zhuān)門(mén)提到接地端口的指標(biāo)，實(shí)際上信息技術(shù)設(shè)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(dāng)使地阻過(guò)大達(dá)不到參考電位要求使設(shè)備損壞。接地端口不僅對(duì)接地電阻/接地線(xiàn)極（長(zhǎng)度、直徑、材料）、接地方式、地網(wǎng)的設(shè)置等有要求，而且還與設(shè)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(shè)備。綜上所述，信息技術(shù)設(shè)備的防雷可以考慮從四個(gè)關(guān)鍵的端口入手。