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仪器仪表的雷电防护技术有哪些?
发布时间 : 2019-05-27

仪器仪表防雷技术

静电放电(ESD)和快速瞬变脉冲群(EFT)会对仪器系统造成不同程度的危害。静电放电在5-200兆赫的频率范围内产生强烈的射频辐射。辐射能量的峰值在35 MHz~45 MHz之间经常发生自激振荡.许多信息传输电缆的谐振频率通常在这个频率范围内。因此,电缆中含有大量的静电放电辐射能量。电快瞬变脉冲群也产生了很强的辐射发射,并耦合到电缆和壳体线上。当电缆暴露在4-8kv的静电放电环境中时,信息传输电缆终端负载上的感应电压可测量到600V,远远超过典型数字仪器0.4V的阈值电压,典型的感应脉冲持续时间约为400纳秒。

仪器在使用中经常会遇到意想不到的电压瞬变和浪涌,导致半导体器件(包括二极管、晶体管等)对电子设备造成损坏。在乐器里。晶闸管、集成电路等)被烧了或者坏了。据统计,75%的仪表故障是由瞬变和浪涌引起的。电压瞬变和浪涌无处不在。电网、雷击、爆炸,甚至人们走在地毯上都会产生数万伏的静电感应电压。这些是无形的致命仪器杀手。因此,为了提高仪器的可靠性和人体自身的安全性,有必要采取电压瞬变和浪涌保护措施。

1.防雷端口

根据仪器应用的工程实践,仪器可分为直接闪电、感应闪电和传导闪电。然而,无论哪种形式到达设备,都可以从以下四个部分归纳为雷电浪涌,即所谓的防雷端口,并用仪器仪表加以说明。

1.1外壳端口

如传感器、传输线、信号继电器、现场仪表、DCS系统等。它们都可能完全暴露在环境中的直接雷击中,造成设备损坏。本标准规定,当设备外壳遭受4千伏雷电静电放电时,将影响仪表或系统的正常运行。例如,放置在室外的传感器终端盒可能遭受雷电接触放电,位于机房内的DCS机柜可以通过从建筑物的立柱排出的空气排出。

1.2信号线端口(包括天线馈线、数据线、控制线等)

在控制系统中,为了实现信号或信息的传输,必须始终有与外界相连的部分,如过程控制系统信号终端的主分布框架、数据传输网络的终端、从微波设备到天线的馈线端口等。然后,这些接收或发送来自外部世界的信号的接口很可能会受到雷电的冲击。由于建筑物外信号端口的涌流往往经过长电缆,采用10/700毫伏波形。规定的线路对地冲击电压标准为0.5千伏,线路对地冲击电压标准为1千伏。然而,建筑物中仪表与仪表之间的信号传输端口相当于电源线受到的冲击。采用1.2≤50(8≤20)μs组合波,线对线和线对地浪涌电压的限值不变。一旦超过限制,信号端口和端口后面的设备可能会损坏。

1.3电源端口

电源端口分布广泛,易于探测或传输雷电波。从配电箱到电源插座,这些电源端口可以处于任何位置。本标准规定,1.2/50(8/20)mus波形下线与线路之间的浪涌电压限值为0.5kV,线路对地浪涌电压限值为1kV。然而,这里的浪涌电压指示工作电压是220VAC入口,如果工作电压低,则不能用作标准。对电源线的较小浪涌冲击可能不会立即损坏设备,但至少影响电源线的寿命。

1.4接地端口

虽然本标准没有对接地端口的具体参考,但事实上,信息技术设备的接地端口是非常重要的。当雷击发生时,接地口可能会受到接地电位反击、接地电位升高的影响,或由于接地不良和接地不当,接地电阻达不到参考电位要求,损坏设备。接地端口不仅对接地电阻/接地极(长度、直径、材质)、接地方式和接地网设置有要求,而且与设备的电气特性、工作频段和工作环境有直接关系。同时,还可以对直流电源端口进行反击,从接地端损坏直流工作电压设备。综上所述,信息技术设备的防雷可从四个关键端口考虑。

2.仪器仪表的端口保护

2.1外壳端口

该仪器的外壳端口保护不仅应包括建筑物的外壳,还应包括某一设备或一套系统的外壳,如机柜、机房等。根据IEC 1312/1“雷电电磁脉冲保护”,第一部分(一般原则)的适用范围是:建筑物顶部或顶部有效防雷系统的设计、安装、检测和维护。主要有三种保护方法:接地、屏蔽和等电位连接。

2.1.1接地

IEC 1024-1介绍了建筑物防雷接地的方法,主要是通过建筑物的地下网接地系统进行接地。仪表系统的防雷还要求通信电缆必须与建筑物接地系统连接,以便在两个相邻建筑物之间通过电力线路,从而通过多条平行路径减少电缆中的电流。

仪表系统接地应注意系统的安全性,防止其它系统的干扰。一般来说,仪表和仪表系统的接地不能直接与防雷接地线连接,否则杂散电流会进入仪表和仪表系统,造成信号干扰。正确的接线方式应通过连接放电装置的低压避雷器,将地下两个不同的地网连接起来,并在雷击条件下自动连接。

2.1.2屏蔽

从理论上讲,屏蔽对仪表外壳的防雷是非常有效的。但是,从经济性和合理性的角度来看,应从设备部件的抗扰度和屏蔽效能的要求出发,选择不同的屏蔽方法。线路屏蔽,即仪表系统中使用的屏蔽电缆,已被广泛应用。然而,设备或系统的屏蔽需要视具体情况而定。国际电工委员会提出了将建筑钢筋与金属框架连接的措施实例。

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