儀器儀表(biǎo)
的雷電防護技(jì)術
靜電放電（ESD）和(he)電快速瞬變脈(mò)沖群（EFT）對儀器儀(yi)表系統🆚會🔴産生(shēng)🐇不📱同程度的危(wei)害。靜電放電在(zai)5～200MHz的頻率範圍内(nei)産生強烈的射(she)頻輻射。此輻射(shè)能量的峰值經(jīng)常出現在35MHz～45MHz之間(jiān)發生自激振蕩(dang)。許多信息傳輸(shu)電纜的❌諧振頻(pin)率也通常在☔這(zhè)個頻率範圍内(nei)，結果電纜中便(bian)串入了大🎯量的(de)靜電放電輻射(shè)能量😄。電快速瞬(shun)變脈沖群也産(chǎn)生相當強的輻(fú)射發射，從而耦(ou)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(zhong)端負載上可以(yǐ)測量🌍到的感應(ying)電壓可達到600V，這(zhè)個電壓遠遠超(chāo)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(chí)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(làng)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(bao)括二極管、晶體(ti)管、可控矽和集(jí)成電路等）被🚶♀️燒(shao)毀或擊穿。據統(tǒng)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(shùn)💃變和浪湧無處(chù)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(fú)的靜電感應電(diàn)壓，這些，都是儀(yí)器儀表的隐🏃🏻♂️形(xing)緻命殺手。因此(ci)，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(làng)🈲湧采取防護措(cuò)施。
1.防雷端口
根(gēn)據儀器儀表應(ying)用的工程實踐(jian)，儀器儀表受雷(léi)擊♋可大緻分爲(wèi)直擊雷、感應雷(lei)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(zai)此把這些部位(wei)稱爲🔴防雷端口(kǒu)，并以儀器儀表(biao)舉例說明。
1.1外殼(ké)端口
比如說，我(wǒ)們可以把任何(he)一個大的或小(xiǎo)的儀器儀表或(huo)🎯系統視爲一個(ge)整體的外殼，如(ru)傳感器、傳輸線(xiàn)、信号中繼、現場(chǎng)儀表、DCS系統✂️等，它(tā)們都有可能完(wán)全暴露在環境(jìng)中受到直接雷(lei)擊，造成設備損(sun)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(háng)。例如放置于室(shi)外的傳感器端(duan)子箱有可能受(shòu)到雷電接觸放(fang)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(qi)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(di)總要有與外界(jiè)連接的部位,如(ru)過程控制系統(tǒng)的信号交😄接端(duan)的總⭐配線架、數(shu)據傳輸網的終(zhōng)端、微波設備到(dào)天線的饋線口(kou)等等，那麽這些(xie)🌈從外界接收信(xin)号或👄發射信号(hao)♉出去的接口都(dōu)有可能受到雷(léi)電浪湧沖⛱️擊。因(yin)爲從樓外信号(hao)端口進來的浪(lang)湧往往通過長(zhang)電纜，所以采用(yong)10/700μs波形，标準規定(dìng)線到線間浪湧(yong)電壓爲0.5kV，線到地(dì)間浪湧電壓爲(wei)1 kV。而樓内儀器儀(yí)表之間傳遞信(xin)号的端口受到(dào)浪湧沖擊相當(dang)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(yī)旦超過🌏限值，信(xìn)🈲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(dian)浪的部位🐉，從配(pei)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(gui)定在1.2/50（8/20）μs 波形下線(xian)與線之間浪湧(yǒng)電壓限值爲0.5kV，線(xian)到地浪湧電壓(ya)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(yǐ)此爲标準💛，電源(yuán)線上受🚩較小的(de)浪湧沖擊不一(yī)定立即損壞設(shè)備，但至少壽❗命(ming)有影響。
1.4接地端(duān)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(di)端口是非常重(zhòng)要的。在雷電發(fā)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(bú)良、接地不當使(shi)地阻過大達不(bú)到參考電位✏️要(yao)求使設🧑🏾🤝🧑🏼備損壞(huai)。接地端口不僅(jin)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(zhì)等有要求，而且(qiě)還與設備的電(dian)特性、工作頻段(duàn)、工作環境等有(yǒu)直接的關系🚶♀️。同(tóng)時從接地端還(hai)有可能反擊到(dào)直📱流電源端口(kou)損壞直流工作(zuò)電壓的設備。綜(zong)上所述，信息技(ji)術設備的防雷(léi)可以考慮從四(si)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(yi)表的外殼端口(kou)保護不僅僅是(shi)建築物外殼，也(ye)應當包括某個(ge)設備的外殼或(huò)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(huo)建築物頂部儀(yí)器儀表系統有(yǒu)效的雷電防護(hu)系統的設計、安(an)裝、檢查、維護🚶♀️。其(qí)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(chan)述了建築物防(fáng)雷接地的方法(fa)，主要通過建築(zhu)物❄️地下網狀接(jiē)地系統達到要(yào)求。儀器儀表系(xì)統防雷時還要(yao)求🔆對相🔴鄰兩建(jian)築物之間通過(guò)的電力線，通信(xin)👉電纜均💛必須與(yu)建築物📐接地系(xi)🏃🏻♂️統連接起來（不(bu)能形成❄️回路），以(yi)利用多條并行(háng)路徑減少電纜(lan)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(lái)說工作狀态下(xià)儀器儀表系統(tǒng)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(yǐn)起信号幹擾。正(zheng)确的連接方式(shì)應當在地下将(jiāng)兩個不同地網(wǎng)，通過❄️放電器低(dī)壓避雷器連接(jie)，使其在雷擊🈲狀(zhuàng)态下自動連通(tōng)。
2.1.2屏蔽
從理論上(shàng)考慮，屏蔽對儀(yi)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(hai)是應當從設備(bèi)元器件抗擾度(du)及對屏蔽效能(neng)的要求來選擇(zé)不同✏️的屏蔽方(fang)法。線路屏蔽，即(ji)在儀器儀表系(xi)統中采用屏蔽(bi)電纜已被廣泛(fan)應用。但對于設(she)備或系統的屏(píng)蔽需要視具體(ti)情況而定👅。IEC提出(chū)了采用建築物(wù)鋼筋🚶連到金屬(shu)框架的措施舉(jǔ)例。
靜電放電（ESD）和(he)電快速瞬變脈(mò)沖群（EFT）對儀器儀(yi)表系統🆚會🔴産生(shēng)🐇不📱同程度的危(wei)害。靜電放電在(zai)5～200MHz的頻率範圍内(nei)産生強烈的射(she)頻輻射。此輻射(shè)能量的峰值經(jīng)常出現在35MHz～45MHz之間(jiān)發生自激振蕩(dang)。許多信息傳輸(shu)電纜的❌諧振頻(pin)率也通常在☔這(zhè)個頻率範圍内(nei)，結果電纜中便(bian)串入了大🎯量的(de)靜電放電輻射(shè)能量😄。電快速瞬(shun)變脈沖群也産(chǎn)生相當強的輻(fú)射發射，從而耦(ou)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(zhong)端負載上可以(yǐ)測量🌍到的感應(ying)電壓可達到600V，這(zhè)個電壓遠遠超(chāo)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(chí)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(làng)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(bao)括二極管、晶體(ti)管、可控矽和集(jí)成電路等）被🚶♀️燒(shao)毀或擊穿。據統(tǒng)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(shùn)💃變和浪湧無處(chù)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(fú)的靜電感應電(diàn)壓，這些，都是儀(yí)器儀表的隐🏃🏻♂️形(xing)緻命殺手。因此(ci)，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(làng)🈲湧采取防護措(cuò)施。
1.防雷端口
根(gēn)據儀器儀表應(ying)用的工程實踐(jian)，儀器儀表受雷(léi)擊♋可大緻分爲(wèi)直擊雷、感應雷(lei)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(zai)此把這些部位(wei)稱爲🔴防雷端口(kǒu)，并以儀器儀表(biao)舉例說明。
1.1外殼(ké)端口
比如說，我(wǒ)們可以把任何(he)一個大的或小(xiǎo)的儀器儀表或(huo)🎯系統視爲一個(ge)整體的外殼，如(ru)傳感器、傳輸線(xiàn)、信号中繼、現場(chǎng)儀表、DCS系統✂️等，它(tā)們都有可能完(wán)全暴露在環境(jìng)中受到直接雷(lei)擊，造成設備損(sun)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(háng)。例如放置于室(shi)外的傳感器端(duan)子箱有可能受(shòu)到雷電接觸放(fang)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(qi)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(di)總要有與外界(jiè)連接的部位,如(ru)過程控制系統(tǒng)的信号交😄接端(duan)的總⭐配線架、數(shu)據傳輸網的終(zhōng)端、微波設備到(dào)天線的饋線口(kou)等等，那麽這些(xie)🌈從外界接收信(xin)号或👄發射信号(hao)♉出去的接口都(dōu)有可能受到雷(léi)電浪湧沖⛱️擊。因(yin)爲從樓外信号(hao)端口進來的浪(lang)湧往往通過長(zhang)電纜，所以采用(yong)10/700μs波形，标準規定(dìng)線到線間浪湧(yong)電壓爲0.5kV，線到地(dì)間浪湧電壓爲(wei)1 kV。而樓内儀器儀(yí)表之間傳遞信(xin)号的端口受到(dào)浪湧沖擊相當(dang)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(yī)旦超過🌏限值，信(xìn)🈲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(dian)浪的部位🐉，從配(pei)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(gui)定在1.2/50（8/20）μs 波形下線(xian)與線之間浪湧(yǒng)電壓限值爲0.5kV，線(xian)到地浪湧電壓(ya)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(yǐ)此爲标準💛，電源(yuán)線上受🚩較小的(de)浪湧沖擊不一(yī)定立即損壞設(shè)備，但至少壽❗命(ming)有影響。
1.4接地端(duān)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(di)端口是非常重(zhòng)要的。在雷電發(fā)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(bú)良、接地不當使(shi)地阻過大達不(bú)到參考電位✏️要(yao)求使設🧑🏾🤝🧑🏼備損壞(huai)。接地端口不僅(jin)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(zhì)等有要求，而且(qiě)還與設備的電(dian)特性、工作頻段(duàn)、工作環境等有(yǒu)直接的關系🚶♀️。同(tóng)時從接地端還(hai)有可能反擊到(dào)直📱流電源端口(kou)損壞直流工作(zuò)電壓的設備。綜(zong)上所述，信息技(ji)術設備的防雷(léi)可以考慮從四(si)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(yi)表的外殼端口(kou)保護不僅僅是(shi)建築物外殼，也(ye)應當包括某個(ge)設備的外殼或(huò)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(huo)建築物頂部儀(yí)器儀表系統有(yǒu)效的雷電防護(hu)系統的設計、安(an)裝、檢查、維護🚶♀️。其(qí)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(chan)述了建築物防(fáng)雷接地的方法(fa)，主要通過建築(zhu)物❄️地下網狀接(jiē)地系統達到要(yào)求。儀器儀表系(xì)統防雷時還要(yao)求🔆對相🔴鄰兩建(jian)築物之間通過(guò)的電力線，通信(xin)👉電纜均💛必須與(yu)建築物📐接地系(xi)🏃🏻♂️統連接起來（不(bu)能形成❄️回路），以(yi)利用多條并行(háng)路徑減少電纜(lan)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(lái)說工作狀态下(xià)儀器儀表系統(tǒng)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(yǐn)起信号幹擾。正(zheng)确的連接方式(shì)應當在地下将(jiāng)兩個不同地網(wǎng)，通過❄️放電器低(dī)壓避雷器連接(jie)，使其在雷擊🈲狀(zhuàng)态下自動連通(tōng)。
2.1.2屏蔽
從理論上(shàng)考慮，屏蔽對儀(yi)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(hai)是應當從設備(bèi)元器件抗擾度(du)及對屏蔽效能(neng)的要求來選擇(zé)不同✏️的屏蔽方(fang)法。線路屏蔽，即(ji)在儀器儀表系(xi)統中采用屏蔽(bi)電纜已被廣泛(fan)應用。但對于設(she)備或系統的屏(píng)蔽需要視具體(ti)情況而定👅。IEC提出(chū)了采用建築物(wù)鋼筋🚶連到金屬(shu)框架的措施舉(jǔ)例。