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摘要：文中簡介了儀器儀表的防雷端口，闡述了雷電端口防護(hù)的必要性，論述了儀器儀表雷電端口保護(hù)的基本原則。
關(guān)鍵詞：儀器儀表 防雷端口 端口防護(hù)
靜電放電（ESD）和電快速瞬變脈沖群（EFT）對儀器儀表系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生不同程度的危害。靜電放電在5～200MHz的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的射頻輻射。此輻射能量的峰值經(jīng)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(gè)頻率范圍內(nèi)，結(jié)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(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)的輻射發(fā)射，從而耦合到電纜和機(jī)殼線路。當(dāng)電纜暴露在4～8kV靜電放電環(huán)境中時(shí)，信息傳輸電纜終端負(fù)載上可以測量到的感應(yīng)電壓可達(dá)到600V，這個(gè)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了典型數(shù)字儀器儀表的門限電壓值0.4V，典型的感應(yīng)脈沖持續(xù)時(shí)間大約為400納秒。
儀器儀表在使用中經(jīng)常會(huì)遇到意外的電壓瞬變和浪涌，從而導(dǎo)致電子設(shè)備的損壞，損壞的原因是儀器儀表中的半導(dǎo)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(jù)統(tǒng)計(jì)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(wǎng)、雷擊、爆破，就連人在地毯上行走都會(huì)產(chǎn)生上萬伏的靜電感應(yīng)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(hù)措施。
1.3電源端口
電源端口是分布最廣泛也最容易感應(yīng)或傳導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)入的，如果工作電壓較低則不能以此為標(biāo)準(zhǔn)，電源線上受較小的浪涌沖擊不一定立即損壞設(shè)備，但至少壽命有影響。
1.4接地端口
盡管在標(biāo)準(zhǔn)中沒有專門提到接地端口的指標(biāo)，實(shí)際上信息技術(shù)設(shè)備地端口是非常重要的。在雷電發(fā)生時(shí)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(dāng)使地阻過大達(dá)不到參考電位要求使設(shè)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(wǎng)的設(shè)置等有要求，而且還與設(shè)備的電特性、工作頻段、工作環(huán)境等有直接的關(guān)系。同時(shí)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(shè)備。綜上所述，信息技術(shù)設(shè)備的防雷可以考慮從四個(gè)關(guān)鍵的端口入手，如圖1。
IEC1312—2作了如下描述：建筑物內(nèi)部儀器儀表系統(tǒng)的主要電磁干擾源是由一次閃擊是的幾個(gè)雷擊的瞬時(shí)電流造成的瞬態(tài)磁場。如果包含儀器儀表系統(tǒng)的建筑物或房間，用大空間屏蔽，通常在這樣的措施下瞬時(shí)電場被減少到一個(gè)足夠低的值。
2.1.3等電位接連；等電位連接的目的是減小儀器儀表之間和儀器儀表與金屬部件之間的電位差。在防雷區(qū)的界面處的等電位連接要考慮建筑物內(nèi)的儀器儀表系統(tǒng)，在那些對雷電電磁脈沖效應(yīng)要求最小的地方，等電位連接帶最好采用金屬板，并多次與建筑物的鋼筋連接或連接在其它屏蔽物的構(gòu)件上。對于儀器儀表系統(tǒng)的外露導(dǎo)電物應(yīng)建立等位連接網(wǎng)，原則上一個(gè)電位連接網(wǎng)不需要直接連在大地，但實(shí)際上所有等電位連接網(wǎng)都有通大地的連接。
2.2信號(hào)線端口
信號(hào)線端口保護(hù)現(xiàn)在已經(jīng)在已有許多類型的較為成熟的保護(hù)器件，比如儀器儀表信號(hào)網(wǎng)絡(luò)不同接口保護(hù)器、天饋線保護(hù)器、終端設(shè)備的保安單元等。在保護(hù)器選擇時(shí)除了保護(hù)器本身的性能外，應(yīng)該注意保護(hù)設(shè)備的傳輸速率、插入衰耗限值、駐波比、工作電壓、工作電流等相關(guān)指標(biāo)，如果在同一系統(tǒng)（或網(wǎng)絡(luò)）使用多級保護(hù)還應(yīng)該考慮相互配合問題。值得提出的是，當(dāng)前由于商業(yè)因素，在同一網(wǎng)絡(luò)中有過多使用保護(hù)器的傾向，其反而帶來降低速率、增大衰耗、傳輸失真、信息丟失等問題。因此筆者認(rèn)為對某一網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)端口保護(hù)應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)出的交界面處安裝合適的保護(hù)器即可。
在信號(hào)端口竄入的瞬態(tài)電流最容易損壞信號(hào)交換或轉(zhuǎn)換單元及過程控制計(jì)算機(jī)，如主板、并行口、信號(hào)接口卡等。事實(shí)上瞬態(tài)電流或浪涌可能通過不同途徑被引入到信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)中，IEEE 802—3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中列出了四種可能對網(wǎng)絡(luò)造成威脅的情況：
�、倬钟蚓W(wǎng)絡(luò)元件和供電回路或受電影響的電路發(fā)生直接接觸。
�、诰钟蚓W(wǎng)電纜和元件上的靜電效果。
�、鄹吣芰克矐B(tài)電流同局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)耦合（由網(wǎng)絡(luò)電纜附近的電纜引入）。
�、鼙舜讼噙B的網(wǎng)絡(luò)元件的地線電壓間有細(xì)小差別（例如兩幢不同建筑的安全地線電壓就有可能略有不同）。
以數(shù)據(jù)通信線為例，在RS—232的串、并行口的標(biāo)準(zhǔn)中，用于泄放高能浪涌和故障電流的地線同數(shù)據(jù)信號(hào)的返回路徑共享一條線路，而小至幾十伏的瞬態(tài)電壓都有可能通過這些串、并行口而毀壞計(jì)算機(jī)及打印機(jī)等設(shè)備，信號(hào)傳輸線也能直接將戶外電源線上的瞬態(tài)浪涌傳導(dǎo)進(jìn)來，而信號(hào)接口能夠傳導(dǎo)由閃電和靜電泄漏引起的浪涌電壓。
用戶應(yīng)當(dāng)對數(shù)據(jù)線保護(hù)器慎重選擇，有些保護(hù)器雖然起到了“分流”作用，但常常是將硅雪崩二極管（SAD）接在被保護(hù)線路和保護(hù)器外殼之間，測試表明SAD的鉗位性能很好，但它電涌分流能力有限。同時(shí)壓敏電阻（MOV）也不能在數(shù)據(jù)線保護(hù)器上使用。先進(jìn)的過程控制系統(tǒng)的信號(hào)接口防雷保護(hù)裝置（無論是RS—232串等通信接口還是計(jì)算機(jī)同軸網(wǎng)絡(luò)適配器接口）目前均采用瞬態(tài)過電壓半導(dǎo)體放電管，其沖擊殘壓參數(shù)指標(biāo)很重要。有條件能夠采取多級保護(hù)設(shè)計(jì)電路效果更佳。
天饋線保護(hù)器基本采用波導(dǎo)分流原理，其中發(fā)射功率400W，額定測試放電電流（8/20μs）5 kA，傳輸頻率＜2.5GHz，插入損耗＜0.8dB,響應(yīng)時(shí)間＜100ns。
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