儀器儀表的雷電防護技術

靜電放電（ESD）和電快速瞬變脈沖群（EFT）對儀器儀表系統(tǒng)會產生不同程度的危害。靜電放電在5～200MHz的頻率范圍內產生強烈的射頻輻射。此輻射能量的峰值經常出現(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生相當強的輻射發(fā)射，從而耦合到電纜和機殼線路。當電纜暴露在4～8kV靜電放電環(huán)境中時，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，這個電壓遠遠超出了典型數字儀器儀表的門限電壓值0.4V，典型的感應脈沖持續(xù)時間大約為400納秒。

　　上海自動化儀器儀表有限公司　在使用中經常會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(tǒng)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處不在，電網、雷擊、爆破，就連人在地毯上行走都會產生上萬伏的靜電感應電壓，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個部位侵入的雷電浪涌，在此把這些部位稱為防雷端口，并以儀器儀表舉例說明。

　　1.1外殼端口

　　比如說，我們可以把任何一個大的或小的儀器儀表或系統(tǒng)視為一個整體的外殼，如傳感器、傳輸線、信號中繼、現(xiàn)場儀表、DCS系統(tǒng)等，上海自動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(guī)定，當設備外殼受到4kv的雷電靜電放電時，都會影響儀器儀表或系統(tǒng)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；位于機房內的DCS機柜有可能受到大樓立柱泄流時的空氣放電。

　　1.2信號線端口（含天饋線、數據線、控制線等）

　　在控制系統(tǒng)中,為了實現(xiàn)信號或信息的傳遞總要有與外界連接的部位,如過程控制系統(tǒng)的信號交接端的總配線架、數據傳輸網的終端、微波設備到天線的饋線口等等，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來的浪涌往往通過長電纜，所以采用10/700μs波形，標準規(guī)定線到線間浪涌電壓為0.5kV，線到地間浪涌電壓為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上的浪涌沖擊，采用1.2/50（8/20）μs組合波，線到線、線到地浪涌電壓限值不變。一旦超過限值，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(guī)定在1.2/50（8/20）μs波形下線與線之間浪涌電壓限值為0.5kV，線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交流進入的，如果工作電壓較低則不能以此為標準，電源線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

　　盡管在標準中沒有專門提到接地端口的指標，實際上信息技術設備地端口是非常重要的。在雷電發(fā)生時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/接地線極（長度、直徑、材料）、接地方式、地網的設置等有要求，而且還與設備的電特性、工作頻段、工作環(huán)境等有直接的關系。同時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，信息技術設備的防雷可以考慮從四個關鍵的端口入手。