儀器儀表的雷電防護技術
靜電放電（ESD）和電快速瞬變脈衝群（EFT）對儀器儀表係統會產生不同程度的危害。靜電放電在5～200MHz的頻率範圍內產生強烈的射頻輻射。此輻射能量的峰值經常出現在35MHz～45MHz之zhi間jian發fa生sheng自zi激ji振zhen蕩dang。許xu多duo信xin息xi傳chuan輸shu電dian纜lan的de諧xie振zhen頻pin率lv也ye通tong常chang在zai這zhe個ge頻pin率lv範fan圍wei內nei，結jie果guo電dian纜lan中zhong便bian串chuan入ru了le大da量liang的de靜jing電dian放fang電dian輻fu射she能neng量liang。電dian快kuai速su瞬shun變bian脈mai衝chong群qun也ye產chan生sheng相xiang當dang強qiang的de輻fu射she發fa射she，從cong而er耦ou合he到dao電dian纜lan和he機ji殼ke線xian路lu。當dang電dian纜lan暴bao露lu在zai4～8kV靜電放電環境中時，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，典型的感應脈衝持續時間大約為400納秒。
儀器儀表在使用中經常會遇到意外的電壓瞬變和浪湧，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、可控矽和集成電路等）被燒毀或擊穿。據統計儀器儀表的故障有75％是由於瞬變和浪湧造成的。電壓的瞬變和浪湧無處不在，電網、雷擊、爆bao破po，就jiu連lian人ren在zai地di毯tan上shang行xing走zou都dou會hui產chan生sheng上shang萬wan伏fu的de靜jing電dian感gan應ying電dian壓ya，這zhe些xie，都dou是shi儀yi器qi儀yi表biao的de隱yin形xing致zhi命ming殺sha手shou。因yin此ci，為wei了le提ti高gao儀yi器qi儀yi表biao的de可ke靠kao性xing和he人ren體ti自zi身shen的de安an全quan性xing，必bi須xu對dui電dian壓ya瞬shun變bian和he浪lang湧yong采cai取qu防fang護hu措cuo施shi。
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湧，在此把這些部位稱為防雷端口，並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係統視為一個整體的外殼，如傳感器、傳輸線、信號中繼、現場儀表、DCS係統等，它們都有可能完全暴露在環境中受到直接雷擊，造成設備損壞。標準規定，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係統的正常運行。例如放置於室外的傳感器端子箱有可能受到雷電接觸放電；位於機房內的DCS機櫃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、控製線等）
在控製係統中,為了實現信號或信息的傳遞總要有與外界連接的部位,如過程控製係統的信號交接端的總配線架、數據傳輸網的終端、微(wei)波(bo)設(she)備(bei)到(dao)天(tian)線(xian)的(de)饋(kui)線(xian)口(kou)等(deng)等(deng)，那(na)麼(me)這(zhe)些(xie)從(cong)外(wai)界(jie)接(jie)收(shou)信(xin)號(hao)或(huo)發(fa)射(she)信(xin)號(hao)出(chu)去(qu)的(de)接(jie)口(kou)都(dou)有(you)可(ke)能(neng)受(shou)到(dao)雷(lei)電(dian)浪(lang)湧(yong)衝(chong)擊(ji)。因(yin)為(wei)從(cong)樓(lou)外(wai)信(xin)號(hao)端(duan)口(kou)進(jin)來(lai)的(de)浪(lang)湧(yong)往(wang)往(wang)通(tong)過(guo)長(chang)電(dian)纜(lan)，所(suo)以(yi)采(cai)用(yong)10/700μs波形，標準規定線到線間浪湧電壓為0.5kV，線到地間浪湧電壓為1 kV。而樓內儀器儀表之間傳遞信號的端口受到浪湧衝擊相當於電源線上的浪湧衝擊，采用1.2/50（8/20）μs組合波，線到線、線到地浪湧電壓限值不變。一旦超過限值，信號端口和端口後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。標準規定在1.2/50（8/20）μs 波形下線與線之間浪湧電壓限值為0.5kV，線到地浪湧電壓限製為1kv。但這裏的浪湧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湧衝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，或者由於接地不良、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gong作zuo環huan境jing等deng有you直zhi接jie的de關guan係xi。同tong時shi從cong接jie地di端duan還hai有you可ke能neng反fan擊ji到dao直zhi流liu電dian源yuan端duan口kou損sun壞huai直zhi流liu工gong作zuo電dian壓ya的de設she備bei。綜zong上shang所suo述shu，信xin息xi技ji術shu設she備bei的de防fang雷lei可ke以yi考kao慮lv從cong四si個ge關guan鍵jian的de端duan口kou入ru手shou
2.儀器儀表的端口保護
2.1外殼端口
儀器儀表的外殼端口保護不僅僅是建築物外殼，也應當包括某個設備的外殼或者某套係統的外殼，比如說機櫃、計算機室等。按照IEC 1312—1《雷電電磁脈衝的防護》第一部分（一般原則）的適用範圍為：建築物內或建築物頂部儀器儀表係統有效的雷電防護係統的設計、安裝、檢查、維護。其保護方法主要有三種：接地、屏蔽及等電位連接。
2.1.1接地
IEC1024—1yijingchanshulejianzhuwufangleijiedidefangfa，zhuyaotongguojianzhuwudixiawangzhuangjiedixitongdadaoyaoqiu。yiqiyibiaoxitongfangleishihaiyaoqiuduixianglinliangjianzhuwuzhijiantongguodedianlixian，tongxindianlanjunbixuyujianzhuwujiedixitonglianjieqilai（不能形成回路），以利用多條並行路徑減少電纜中的電流。
儀(yi)器(qi)儀(yi)表(biao)係(xi)統(tong)的(de)接(jie)地(di)更(geng)應(ying)當(dang)注(zhu)意(yi)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)性(xing)和(he)防(fang)止(zhi)其(qi)它(ta)係(xi)統(tong)幹(gan)擾(rao)。一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)下(xia)儀(yi)器(qi)儀(yi)表(biao)係(xi)統(tong)接(jie)地(di)不(bu)能(neng)直(zhi)接(jie)和(he)防(fang)雷(lei)地(di)線(xian)相(xiang)連(lian)，否(fou)則(ze)將(jiang)有(you)雜(za)散(san)電(dian)流(liu)進(jin)入(ru)儀(yi)器(qi)儀(yi)表(biao)係(xi)統(tong)引(yin)起(qi)信(xin)號(hao)幹(gan)擾(rao)。正(zheng)確(que)的(de)連(lian)接(jie)方(fang)式(shi)應(ying)當(dang)在(zai)地(di)下(xia)將(jiang)兩(liang)個(ge)不(bu)同(tong)地(di)網(wang)，通(tong)過(guo)放(fang)電(dian)器(qi)低(di)壓(ya)避(bi)雷(lei)器(qi)連(lian)接(jie)，使(shi)其(qi)在(zai)雷(lei)擊(ji)狀(zhuang)態(tai)下(xia)自(zi)動(dong)連(lian)通(tong)。
2.1.2屏蔽
從(cong)理(li)論(lun)上(shang)考(kao)慮(lv)，屏(ping)蔽(bi)對(dui)儀(yi)器(qi)儀(yi)表(biao)外(wai)殼(ke)防(fang)雷(lei)是(shi)非(fei)常(chang)有(you)效(xiao)的(de)。但(dan)從(cong)經(jing)濟(ji)合(he)理(li)角(jiao)度(du)來(lai)看(kan)，還(hai)是(shi)應(ying)當(dang)從(cong)設(she)備(bei)元(yuan)器(qi)件(jian)抗(kang)擾(rao)度(du)及(ji)對(dui)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)能(neng)的(de)要(yao)求(qiu)來(lai)選(xuan)擇(ze)不(bu)同(tong)的(de)屏(ping)蔽(bi)方(fang)法(fa)。線(xian)路(lu)屏(ping)蔽(bi)，即(ji)在(zai)儀(yi)器(qi)儀(yi)表(biao)係(xi)統(tong)中(zhong)采(cai)用(yong)屏(ping)蔽(bi)電(dian)纜(lan)已(yi)被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。但(dan)對(dui)於(yu)設(she)備(bei)或(huo)係(xi)統(tong)的(de)屏(ping)蔽(bi)需(xu)要(yao)視(shi)具(ju)體(ti)情(qing)況(kuang)而(er)定(ding)。IEC提出了采用建築物鋼筋連到金屬框架的措施舉例。
