儀器儀表(biao)
的雷電防護技(ji)術
靜電放電（ESD）和(hé)電快速瞬變脈(mò)沖群（EFT）對儀器儀(yi)表系統會産生(sheng)不同程度的危(wei)害。靜電放電在(zai)5～200MHz的頻率範圍内(nèi)産生強烈的射(she)頻輻射。此輻射(she)能量的峰值經(jing)常出現在35MHz～45MHz之間(jian)發生自激振蕩(dàng)。許多信息傳輸(shū)電纜的💜諧振頻(pín)率也通常在🤞這(zhè)個頻率‼️範圍内(nèi)，結果電纜中🏃🏻便(bian)串入了大量的(de)靜電放📞電輻射(she)能量。電快速瞬(shùn)變脈沖群也産(chǎn)生🐉相當強的輻(fú)射發射，從而耦(ǒu)合到電⛱️纜和機(jī)殼線路。當電纜(lǎn)暴露在4～8kV靜電放(fàng)電環境中時，信(xìn)息傳輸電纜終(zhōng)端💃負載上可以(yi)測量到的感應(yīng)電壓可達到600V，這(zhe)個電壓遠遠超(chao)出了典型數字(zì)儀器儀表的門(mén)限電壓值0.4V，典型(xíng)的感應脈沖持(chi)續時間大約爲(wei)400納秒。
儀器儀表(biao)在使用中經常(cháng)會遇到意外的(de)電壓瞬變♉和浪(lang)☂️湧，從✊而導緻電(dian)子設備的損壞(huai)，損壞的原因是(shi)儀器儀表中的(de)半導🔆體器件（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。據統(tong)計儀器儀表的(de)故障有75％是由于(yú)🔴瞬變和浪湧造(zao)成的。電壓的瞬(shun)變和浪湧無處(chu)不在，電網、雷擊(ji)、爆破，就連人在(zai)地毯☀️上行走都(dou)會産生上萬伏(fu)的靜電感應電(diàn)壓，這些，都是儀(yi)器儀表的隐形(xíng)緻命💋殺手。因此(cǐ)🧑🏽🤝🧑🏻，爲了提高儀器(qi)儀表的可靠性(xìng)和人體自身的(de)安全性，必須對(duì)電壓瞬變和浪(lang)湧采取防護措(cuo)施。
1.防雷端口
根(gen)據儀器儀表應(ying)用的工程實踐(jiàn)，儀器儀表受雷(léi)擊可大緻分爲(wèi)直擊雷、感應雷(léi)和傳導雷。但不(bú)論以哪一種形(xíng)式☁️到達🔞設備都(dou)可歸納爲從以(yǐ)下4個部位侵入(rù)的雷💔電浪湧，在(zài)此把這些部位(wèi)稱爲防雷端口(kou)，并以儀器儀表(biǎo)舉例說明。
1.1外殼(ke)端口
比如說，我(wo)們可以把任何(hé)一個大的或小(xiao)的儀器儀表或(huò)系⚽統視爲一個(gè)整體的外殼，如(rú)傳感器、傳輸線(xian)、信号中繼、現場(chang)儀表🙇♀️、DCS系統等，它(ta)們都有可能完(wan)全暴露在環境(jing)中受到直接雷(lei)擊，造成設備損(sǔn)壞。标準規👉定，當(dāng)設備外殼受到(dao)4kv的雷電靜電放(fang)電時，都會影響(xiǎng)🔞儀器儀表或系(xì)統的正常運行(hang)。例如放置于室(shì)外的傳感器端(duan)子箱有可能受(shou)到雷電接觸放(fàng)電；位于機房内(nèi)的DCS機櫃有可能(néng)受到大樓立柱(zhu)洩流時的空氣(qì)💜放電。
1.2信号線端(duan)口（含天饋線、數(shù)據線、控制線等(děng)）
在控制系統中(zhōng),爲了實現信号(hao)或信息的傳遞(dì)總要有與外界(jie)🤞連⛱️接的部位,如(ru)過程控制系統(tong)的信号交接端(duan)的總配線架、數(shù)據傳輸網的終(zhōng)端、微波設備到(dao)⭐天線的饋線口(kǒu)等等，那麽這些(xie)🚩從外界接收信(xin)号或發射信号(hào)出去的接口都(dou)有可能受到雷(lei)電浪湧沖🈲擊。因(yīn)爲從樓🔆外信号(hao)端口進來的浪(làng)湧往往通過長(zhǎng)電纜，所以采用(yòng)10/700μs波形，标準規定(ding)線到線間浪湧(yǒng)電壓爲0.5kV，線到地(di)間浪湧電壓爲(wèi)1 kV。而樓内儀🏒器儀(yi)表之間傳遞信(xìn)号的端口受到(dào)浪湧沖擊相當(dāng)于電源線上的(de)浪湧沖擊，采用(yòng)1.2/50（8/20）μs組合波，線到線(xian)、線到地浪湧電(diàn)壓限值不變。一(yi)旦超過限值，信(xin)号端口和端口(kou)後的設備有可(ke)能遭受損壞。
1.3電(dian)源端口
電源端(duān)口是分布最廣(guang)泛也最容易感(gan)應或傳導雷電(diàn)浪💃🏻的部位，從配(pèi)電箱到電源插(chā)座這些電源端(duān)口可以處在🌈任(ren)何🍉位置。标準規(guī)定在1.2/50（8/20）μs 波形下線(xian)與線之間浪湧(yong)電壓限值爲0.5kV，線(xiàn)到地浪湧電壓(yā)限制爲1kv。但這裏(li)的浪湧電壓是(shi)指明工作電壓(ya)爲220V交流進入的(de)，如果工作電壓(ya)較低則不能👉以(yi)此爲标準，電源(yuán)線上受較小的(de)浪湧沖擊不一(yi)定立即🥰損壞設(she)備，但至少壽命(ming)有影響🈲。
1.4接地端(duan)口
盡管在标準(zhǔn)中沒有專門提(ti)到接地端口的(de)指标，實際上信(xin)息🚩技術設備地(dì)端口是非常重(zhong)要的。在雷電發(fa)生時接地端口(kou)有可能受到地(di)電位反擊、地電(dian)位升高影響，或(huo)者由于接地不(bu)良、接地不當使(shǐ)地阻過♈大達不(bu)到參考電位要(yao)求使設備損壞(huai)。接地端口不僅(jǐn)對接地電阻/接(jiē)地線極（長度、直(zhí)徑、材料）、接地方(fang)式📞、地網的設置(zhi)🈲等有要求，而且(qiě)還與設備的電(diàn)特性、工作頻段(duan)、工作環境等有(you)直接的關系。同(tóng)時從接地端還(hai)有可能反擊到(dao)直🌂流電源端口(kou)損壞直🍓流工作(zuò)電壓的設備。綜(zōng)上所述，信息技(jì)術🔞設備的防雷(léi)可🏃🏻♂️以考🧡慮從四(sì)個關鍵的端口(kǒu)入手
2.儀器儀表(biǎo)的端口保護
2.1外(wai)殼端口
儀器儀(yí)表的外殼端口(kou)保護不僅僅是(shì)建築物外殼，也(ye)👣應🌍當包括🚶♀️某個(gè)設備的外殼或(huo)者某套系統的(de)外殼，比如說🛀🏻機(jī)櫃、計算💚機室等(děng)。按照IEC 1312—1《雷電電磁(ci)脈沖的防護》第(di)一部分（一般原(yuán)則）的适用範圍(wéi)爲：建築物内或(huò)建築物頂部儀(yí)器儀表系統有(you)效的雷電防護(hù)系🔞統的設計、安(an)裝、檢查、維護。其(qi)保護方法主要(yao)有三種🈲：接地、屏(ping)蔽及等電位連(lian)接。
2.1.1接地
IEC1024—1已經闡(chǎn)述了建築物防(fáng)雷接地的方法(fǎ)，主要通過建築(zhù)物地下網狀接(jiē)地系統達到要(yào)求。儀器儀表系(xi)統防雷時還要(yào)求💃對相鄰兩建(jiàn)築物之間通過(guo)的電力線，通信(xìn)電纜均必須與(yǔ)建築物接地系(xì)統連接起來（不(bú)能形成回路），以(yi)利用多條并行(hang)路徑減少電纜(lǎn)中的電流。
儀器(qì)儀表系統的接(jie)地更應當注意(yi)系統的安全性(xìng)和👄防止其♍它系(xì)統幹擾。一般來(lai)說工作狀态下(xia)儀器儀表系統(tong)接地不能直接(jie)和防雷地線相(xiàng)連，否則将有雜(za)散電流進入儀(yi)器儀表系統引(yin)起信号幹擾。正(zhèng)确的連接方式(shì)應當🔞在地下将(jiang)🥵兩個不同地網(wang)，通過放電器低(di)壓避雷器連接(jiē)，使其在雷擊狀(zhuang)态下自動連通(tōng)。
2.1.2屏蔽
從理論上(shàng)考慮，屏蔽對儀(yí)器儀表外殼防(fáng)雷是非常有效(xiào)的🔱。但從經濟合(he)理角度來看，還(hái)是應當從設備(bèi)🚩元器件抗擾度(dù)及對屏蔽🈲效能(néng)的要求來選擇(ze)不同的屏蔽方(fāng)法。線㊙️路屏蔽，即(jí)在儀器儀表🏃♂️系(xì)統中采用屏蔽(bì)電纜已被廣泛(fàn)應用。但對于設(she)備或系統的屏(píng)蔽需要視具體(tǐ)情況而定。IEC提出(chu)了采用🤞建築物(wu)鋼筋連到金屬(shǔ)框架的措施舉(ju)例。
靜電放電（ESD）和(hé)電快速瞬變脈(mò)沖群（EFT）對儀器儀(yi)表系統會産生(sheng)不同程度的危(wei)害。靜電放電在(zai)5～200MHz的頻率範圍内(nèi)産生強烈的射(she)頻輻射。此輻射(she)能量的峰值經(jing)常出現在35MHz～45MHz之間(jian)發生自激振蕩(dàng)。許多信息傳輸(shū)電纜的💜諧振頻(pín)率也通常在🤞這(zhè)個頻率‼️範圍内(nèi)，結果電纜中🏃🏻便(bian)串入了大量的(de)靜電放📞電輻射(she)能量。電快速瞬(shùn)變脈沖群也産(chǎn)生🐉相當強的輻(fú)射發射，從而耦(ǒu)合到電⛱️纜和機(jī)殼線路。當電纜(lǎn)暴露在4～8kV靜電放(fàng)電環境中時，信(xìn)息傳輸電纜終(zhōng)端💃負載上可以(yi)測量到的感應(yīng)電壓可達到600V，這(zhe)個電壓遠遠超(chao)出了典型數字(zì)儀器儀表的門(mén)限電壓值0.4V，典型(xíng)的感應脈沖持(chi)續時間大約爲(wei)400納秒。
儀器儀表(biao)在使用中經常(cháng)會遇到意外的(de)電壓瞬變♉和浪(lang)☂️湧，從✊而導緻電(dian)子設備的損壞(huai)，損壞的原因是(shi)儀器儀表中的(de)半導🔆體器件（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。據統(tong)計儀器儀表的(de)故障有75％是由于(yú)🔴瞬變和浪湧造(zao)成的。電壓的瞬(shun)變和浪湧無處(chu)不在，電網、雷擊(ji)、爆破，就連人在(zai)地毯☀️上行走都(dou)會産生上萬伏(fu)的靜電感應電(diàn)壓，這些，都是儀(yi)器儀表的隐形(xíng)緻命💋殺手。因此(cǐ)🧑🏽🤝🧑🏻，爲了提高儀器(qi)儀表的可靠性(xìng)和人體自身的(de)安全性，必須對(duì)電壓瞬變和浪(lang)湧采取防護措(cuo)施。
1.防雷端口
根(gen)據儀器儀表應(ying)用的工程實踐(jiàn)，儀器儀表受雷(léi)擊可大緻分爲(wèi)直擊雷、感應雷(léi)和傳導雷。但不(bú)論以哪一種形(xíng)式☁️到達🔞設備都(dou)可歸納爲從以(yǐ)下4個部位侵入(rù)的雷💔電浪湧，在(zài)此把這些部位(wèi)稱爲防雷端口(kou)，并以儀器儀表(biǎo)舉例說明。
1.1外殼(ke)端口
比如說，我(wo)們可以把任何(hé)一個大的或小(xiao)的儀器儀表或(huò)系⚽統視爲一個(gè)整體的外殼，如(rú)傳感器、傳輸線(xian)、信号中繼、現場(chang)儀表🙇♀️、DCS系統等，它(ta)們都有可能完(wan)全暴露在環境(jing)中受到直接雷(lei)擊，造成設備損(sǔn)壞。标準規👉定，當(dāng)設備外殼受到(dao)4kv的雷電靜電放(fang)電時，都會影響(xiǎng)🔞儀器儀表或系(xì)統的正常運行(hang)。例如放置于室(shì)外的傳感器端(duan)子箱有可能受(shou)到雷電接觸放(fàng)電；位于機房内(nèi)的DCS機櫃有可能(néng)受到大樓立柱(zhu)洩流時的空氣(qì)💜放電。
1.2信号線端(duan)口（含天饋線、數(shù)據線、控制線等(děng)）
在控制系統中(zhōng),爲了實現信号(hao)或信息的傳遞(dì)總要有與外界(jie)🤞連⛱️接的部位,如(ru)過程控制系統(tong)的信号交接端(duan)的總配線架、數(shù)據傳輸網的終(zhōng)端、微波設備到(dao)⭐天線的饋線口(kǒu)等等，那麽這些(xie)🚩從外界接收信(xin)号或發射信号(hào)出去的接口都(dou)有可能受到雷(lei)電浪湧沖🈲擊。因(yīn)爲從樓🔆外信号(hao)端口進來的浪(làng)湧往往通過長(zhǎng)電纜，所以采用(yòng)10/700μs波形，标準規定(ding)線到線間浪湧(yǒng)電壓爲0.5kV，線到地(di)間浪湧電壓爲(wèi)1 kV。而樓内儀🏒器儀(yi)表之間傳遞信(xìn)号的端口受到(dào)浪湧沖擊相當(dāng)于電源線上的(de)浪湧沖擊，采用(yòng)1.2/50（8/20）μs組合波，線到線(xian)、線到地浪湧電(diàn)壓限值不變。一(yi)旦超過限值，信(xin)号端口和端口(kou)後的設備有可(ke)能遭受損壞。
1.3電(dian)源端口
電源端(duān)口是分布最廣(guang)泛也最容易感(gan)應或傳導雷電(diàn)浪💃🏻的部位，從配(pèi)電箱到電源插(chā)座這些電源端(duān)口可以處在🌈任(ren)何🍉位置。标準規(guī)定在1.2/50（8/20）μs 波形下線(xian)與線之間浪湧(yong)電壓限值爲0.5kV，線(xiàn)到地浪湧電壓(yā)限制爲1kv。但這裏(li)的浪湧電壓是(shi)指明工作電壓(ya)爲220V交流進入的(de)，如果工作電壓(ya)較低則不能👉以(yi)此爲标準，電源(yuán)線上受較小的(de)浪湧沖擊不一(yi)定立即🥰損壞設(she)備，但至少壽命(ming)有影響🈲。
1.4接地端(duan)口
盡管在标準(zhǔn)中沒有專門提(ti)到接地端口的(de)指标，實際上信(xin)息🚩技術設備地(dì)端口是非常重(zhong)要的。在雷電發(fa)生時接地端口(kou)有可能受到地(di)電位反擊、地電(dian)位升高影響，或(huo)者由于接地不(bu)良、接地不當使(shǐ)地阻過♈大達不(bu)到參考電位要(yao)求使設備損壞(huai)。接地端口不僅(jǐn)對接地電阻/接(jiē)地線極（長度、直(zhí)徑、材料）、接地方(fang)式📞、地網的設置(zhi)🈲等有要求，而且(qiě)還與設備的電(diàn)特性、工作頻段(duan)、工作環境等有(you)直接的關系。同(tóng)時從接地端還(hai)有可能反擊到(dao)直🌂流電源端口(kou)損壞直🍓流工作(zuò)電壓的設備。綜(zōng)上所述，信息技(jì)術🔞設備的防雷(léi)可🏃🏻♂️以考🧡慮從四(sì)個關鍵的端口(kǒu)入手
2.儀器儀表(biǎo)的端口保護
2.1外(wai)殼端口
儀器儀(yí)表的外殼端口(kou)保護不僅僅是(shì)建築物外殼，也(ye)👣應🌍當包括🚶♀️某個(gè)設備的外殼或(huo)者某套系統的(de)外殼，比如說🛀🏻機(jī)櫃、計算💚機室等(děng)。按照IEC 1312—1《雷電電磁(ci)脈沖的防護》第(di)一部分（一般原(yuán)則）的适用範圍(wéi)爲：建築物内或(huò)建築物頂部儀(yí)器儀表系統有(you)效的雷電防護(hù)系🔞統的設計、安(an)裝、檢查、維護。其(qi)保護方法主要(yao)有三種🈲：接地、屏(ping)蔽及等電位連(lian)接。
2.1.1接地
IEC1024—1已經闡(chǎn)述了建築物防(fáng)雷接地的方法(fǎ)，主要通過建築(zhù)物地下網狀接(jiē)地系統達到要(yào)求。儀器儀表系(xi)統防雷時還要(yào)求💃對相鄰兩建(jiàn)築物之間通過(guo)的電力線，通信(xìn)電纜均必須與(yǔ)建築物接地系(xì)統連接起來（不(bú)能形成回路），以(yi)利用多條并行(hang)路徑減少電纜(lǎn)中的電流。
儀器(qì)儀表系統的接(jie)地更應當注意(yi)系統的安全性(xìng)和👄防止其♍它系(xì)統幹擾。一般來(lai)說工作狀态下(xia)儀器儀表系統(tong)接地不能直接(jie)和防雷地線相(xiàng)連，否則将有雜(za)散電流進入儀(yi)器儀表系統引(yin)起信号幹擾。正(zhèng)确的連接方式(shì)應當🔞在地下将(jiang)🥵兩個不同地網(wang)，通過放電器低(di)壓避雷器連接(jiē)，使其在雷擊狀(zhuang)态下自動連通(tōng)。
2.1.2屏蔽
從理論上(shàng)考慮，屏蔽對儀(yí)器儀表外殼防(fáng)雷是非常有效(xiào)的🔱。但從經濟合(he)理角度來看，還(hái)是應當從設備(bèi)🚩元器件抗擾度(dù)及對屏蔽🈲效能(néng)的要求來選擇(ze)不同的屏蔽方(fāng)法。線㊙️路屏蔽，即(jí)在儀器儀表🏃♂️系(xì)統中采用屏蔽(bì)電纜已被廣泛(fàn)應用。但對于設(she)備或系統的屏(píng)蔽需要視具體(tǐ)情況而定。IEC提出(chu)了采用🤞建築物(wu)鋼筋連到金屬(shǔ)框架的措施舉(ju)例。