儀器防雷技術

靜電放電和電快速瞬變對儀器儀表系統有不同程度的危害 靜電放電產生5-200兆赫頻率范圍內的強射頻輻射 這種輻射能量的峰值通常出現在35 MHz和45 mHz之間，并且發生自激振蕩。 許多信息傳輸電纜的諧振頻率通常也在這個頻率范圍內，導致電纜中有大量靜電放電輻射能量。 電快速瞬變也產生相對強的輻射，輻射耦合到電纜和機柜線路 當電纜暴露在4 ~ 8 kV的靜電放電環境中時，信息傳輸電纜終端負載上測得的感應電壓可達600伏，遠遠超過典型數字儀器的mosfet值0.4V，典型感應脈沖持續時間約為400納秒。 在使用中，儀器和儀表經常會遇到意外的電壓瞬變和浪涌，導致電子設備損壞。損壞的原因是半導體器件(包括二極管、晶體管、可控硅整流器和集成電路等)。)儀器和儀表被燒毀或損壞。 據統計，75%的儀器故障是由瞬變和浪涌引起的。 電壓瞬變和浪涌無處不在。電網、雷擊、爆炸，甚至走在地毯上的人都會產生數萬伏的靜電感應電壓。這些都是無形而致命的儀器和儀表殺手 因此，為了提高儀器的可靠性和人體本身的安全性，必須對電壓瞬變和電涌采取保護措施。 1.防雷端口根據儀器應用的工程實踐，對儀器的雷擊大致可分為直接雷擊、感應雷擊和傳導雷擊 然而，無論設備以何種形式到達，都可以概括為雷電浪涌從以下四個部分侵入，這里稱為防雷端口，并用儀器和儀表來說明。 1.1外殼端口例如，我們可以將任何大型或小型儀器或系統視為一個整體外殼，如傳感器、傳輸線、信號繼電器、現場儀器、集散控制系統等。，可能完全暴露在環境中的直接雷擊中，導致設備損壞 該標準規定，當設備外殼受到4kv雷電靜電放電時，儀器或系統的正常運行將受到影響。 例如，放置在室外的傳感器接線盒可能遭受雷擊接觸放電；當大樓立柱發生泄漏時，機房內的分散控制系統機柜可能會被空氣排出 1.2信號線端口(包括天線饋線、數據線、控制線等)。)在控制系統中，為了實現信號或信息的傳輸，必須始終有與外界相連的部分，如過程控制系統信號切換端的主配線架、數據傳輸網絡的終端、微波設備到天線的饋電端口等。，那么這些從外部世界接收信號或發送信號的接口很可能會受到雷電沖擊的影響 由于來自建筑物外部信號端口的電涌經常穿過長電纜，所以采用10/700μ。標準規定線對線浪涌電壓為0.5kV，線對地浪涌電壓為1kV。 但是，對建筑物內儀器間信號傳輸端口的浪涌沖擊相當于對電力線的浪涌沖擊，采用1.2/50(8/20)-μ；組合波、線對線和線對地浪涌電壓限值保持不變 一旦超過限制，信號端口和端口后面的設備可能會損壞。 1.3電源端口電源端口分布廣泛，嘴易于感應或傳導雷電波。這些電源端口可以位于從配電箱到電源插座的任何地方。 標準為1.2/50(8/20)-μ；線和S波形之間的浪涌電壓限值為0.5kV，線對地浪涌電壓限值為1kv。 然而，這里的浪涌電壓表明工作電壓為220伏交流電。如果工作電壓較低，則不能作為標準。電力線上的小浪涌沖擊可能不會立即損壞設備，但至少會影響使用壽命。 1.4雖然標準中沒有具體提到地面端口，但事實上，信息技術設備的地面端口非常重要。 閃電發生時，接地端口可能會受到地電位反擊和地電位上升的影響，或者由于接地不良和接地不當而損壞設備，使接地電阻過大，無法滿足參考電位的要求。 接地端口不僅對接地電阻/接地極(長度、直徑、材料)、接地方式、接地網設置等有要求。，還與設備的電氣特性、工作頻帶、工作環境等有直接關系。 同時，也可以從接地端子反擊到DC電源端口損壞DC工作電壓的設備。 綜上所述，信息技術設備的防雷保護可以從四個關鍵端口2開始考慮。儀器的端口保護2.1儀器和儀表的端口保護外殼端口保護不僅應包括建筑物的外殼，還應包括某些設備或一組系統的外殼，如機柜、計算機房等。 根據IEC1312 & mdash1“雷電電磁脈沖防護”部分(一般原則)的適用范圍包括建筑物內或建筑物頂部儀表系統的有效防雷系統的設計、安裝、檢查和維護。 有三種主要的保護方法:接地、屏蔽和等電位連接。 2.1.1接地IEC 1024 & mdash1 .闡述了建筑物的防雷接地方法，主要通過建筑物的地下網絡接地系統滿足要求。 儀表系統的防雷還要求穿過兩個相鄰建筑物之間的電力線和通信電纜必須連接到建筑物接地系統(不能形成回路)，以通過使用多條平行路徑來減少電纜中的電流 儀表系統的接地應更加注意系統的安全性，防止其他系統的干擾。 一般來說，儀表系統的接地在工作狀態下不能直接與防雷接地線相連，否則雜散電流會進入儀表系統，造成信號干擾。 正確的連接方法應該是通過放電器的低壓避雷器連接兩個不同的地下接地網，使兩個接地網在雷擊狀態下能夠自動連接 2.1.2屏蔽理論上，屏蔽對于儀表外殼的防雷非常有效。 然而，從經濟合理的角度來看，應根據設備部件的抗擾度和屏蔽效能的要求選擇不同的屏蔽方法 線路屏蔽，即在儀器系統中使用屏蔽電纜，已經得到廣泛應用。 然而，設備或系統的屏蔽取決于具體情況。 國際電工委員會提供了將建筑鋼筋連接到金屬框架的措施實例。

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