雷電是一種常見的自然現(xiàn)象，約有15%雷會落到地面產(chǎn)生危害。因此有效地防止雷電對儀表系統(tǒng)所產(chǎn)生的危害，是保證儀表系統(tǒng)**、穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提，文章分析了雷電侵入儀器儀表的途徑，并給出防護(hù)措施。
隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展，大量精密電子設(shè)備不斷得到使用和聯(lián)網(wǎng)，安裝在自動控制系統(tǒng)中的設(shè)備經(jīng)受著直擊雷、感應(yīng)雷、雷電瞬間過電壓、零電位漂移等浪涌和過電壓的侵蝕，經(jīng)常會受到各種過電壓、過電流的危害。由于一些電子設(shè)備工作電壓僅幾伏，傳輸信號的電流也很小，對外界的干擾極其敏感，而雷電的高壓可高達(dá)數(shù)十萬伏，瞬間電流可高達(dá)數(shù)十萬安，因此具有極大地破壞性。這些過電壓是破壞大量電子設(shè)備的主要危險源，因此有效地防止雷電對儀表系統(tǒng)所產(chǎn)生的危害，是保證儀表系統(tǒng)**、穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提。
1、雷電干擾對儀器儀表系統(tǒng)的危害
雷電是一種常見的自然現(xiàn)象。夏天的午后或傍晚，地面的熱空氣攜帶大量的水汽不斷地上升到高空，形成大范圍的積雨云，積雨云的不同部位聚集著大量的正電荷或負(fù)電荷，形成雷雨云。地面因受到近地面雷雨云的電荷感應(yīng)，也會帶上與云底相反極性的電荷。當(dāng)云層里的電荷越積越多，達(dá)到一定強(qiáng)度時，*會把空氣擊穿，打開一條狹窄的通道強(qiáng)行放電，這*是雷電。約有15%雷會落到地面產(chǎn)生危害。對于儀表系統(tǒng)來說，由于控制系統(tǒng)安裝在有保護(hù)的建筑物內(nèi)，現(xiàn)場儀表-般都安裝在設(shè)備或管道上，而他們都是良導(dǎo)體，另一方面，裝置區(qū)都采取了防雷設(shè)施，又加_上儀表本身體積較小，因此，儀表系統(tǒng)直接接閃的可能性極小。然而，連接現(xiàn)場儀表和控制儀表的電纜，則有傳到雷電感應(yīng)電波的可能。這主要因?yàn)殡娎|敷設(shè)在裝置各個區(qū)域，連接距離長，當(dāng)雷擊發(fā)生時，靠近雷擊點(diǎn)的電纜產(chǎn)生感應(yīng)電壓，并向“地”傳導(dǎo)，形成瞬間浪涌電壓或電流。
2、雷電侵入途徑分析
雷電損壞設(shè)備通常有4條途徑:一是直擊雷，即雷電直接擊在建筑物、大地或防雷裝置等實(shí)際物體上，它的特點(diǎn)是能量大，伴有強(qiáng)大的沖擊電流、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波等;二是雷電感應(yīng)，即閃電放電時，在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，所形成的雷電電磁脈沖和雷電浪涌沿著與設(shè)備相連的信號線、動力線等侵入設(shè)備而使其損壞。雷電感應(yīng)，因其傳播途徑多，破壞面廣，破壞作用不可預(yù)見，而容易被人忽視，其后果遠(yuǎn)比直雷擊嚴(yán)重得多，對儀表系統(tǒng)的危害也*大;三是地電位反擊，即雷電流經(jīng)過接地點(diǎn)或接地系統(tǒng)(接閃)時，強(qiáng)大的瞬間雷電流通過引下線流入接地裝置，由于大地電阻的存在，雷電電荷不能快速向大地泄放，而引起該區(qū)域地電位上升(可能上百千伏)。如果儀表控制系統(tǒng)的接地體與該點(diǎn)沒有足夠**距離，它們之間*會產(chǎn)生放電，造成反擊電流，直接擊穿用電器的絕緣部分，使儀表系統(tǒng)產(chǎn)生干擾乃至損壞;四是設(shè)備安裝方法包括線路和布局、安裝的位置不規(guī)范，受雷電在空間分布的電場、磁場的影響而損壞。
3、儀表系統(tǒng)防雷保護(hù)措施
防雷的基本途徑*是要提供-條雷電流(包括雷電電磁脈沖輻射)對地泄放的合理的阻抗路徑，而不能讓其隨機(jī)地選擇放電通道。簡言之，*是要控制雷電能量的泄放與轉(zhuǎn)換。
防雷保護(hù)的三道防線:
1)外部保護(hù):將絕大多數(shù)雷電流直接引入大地泄散;
2)內(nèi)部保護(hù):阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)線、信號線侵入的雷電波危
害設(shè)備;
3)過電壓保護(hù):限制被保護(hù)設(shè)備上的雷電過電壓幅值。
這三道防線相互配合，各盡其職，缺一不可。而儀表系統(tǒng)防雷的重點(diǎn)是內(nèi)部保護(hù)，即感應(yīng)雷的防護(hù)和設(shè)置電壓保護(hù)器。感應(yīng)雷的防護(hù)是從整體和系統(tǒng)建立起三維的防護(hù)體系，在被保護(hù)設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)中可采取以下措施:
3.1 等電位連接
等電位*是保持系統(tǒng)各部分不產(chǎn)生足以致?lián)p的電位差，即系統(tǒng)所在環(huán)境及系統(tǒng)本身所有金屬導(dǎo)電體的電位在瞬態(tài)現(xiàn)象時保持基本相等。廠區(qū)、裝置區(qū)、現(xiàn)場爆炸危險區(qū)以及控制室的建筑區(qū)域內(nèi)，必須將所有金屬設(shè)備、部件、結(jié)構(gòu)的金屬導(dǎo)體，用導(dǎo)體互相連接起來，形成一個電氣.上連續(xù)的整體，即等電位體，使其雷感電勢(電壓)均衡，并接入防雷接地系統(tǒng)。等電位連接通常有S型和M型以及兩種形式的組合。儀表系統(tǒng)屬于低頻小信號系統(tǒng)，宜采用S型結(jié)構(gòu)，實(shí)行單點(diǎn)接地。
3.2 接地
儀器儀表系統(tǒng)防雷時還要求對相鄰兩建筑物之間通過的電力線，通信電纜均必須與建筑物接地系統(tǒng)連接起來(不能形成回路)，以利用多條并行路徑減少電纜中的電流。儀器儀表系統(tǒng)的接地更應(yīng)當(dāng)注意系統(tǒng)的**性和防止其它系統(tǒng)干擾。-般來說工作狀態(tài)下儀器儀表系統(tǒng)接地不能直接和防雷地線相連，否則將有雜散電流進(jìn)入儀器儀表系統(tǒng)引起信號干擾。正確的連接方式應(yīng)當(dāng)在地下將兩個不同地網(wǎng)，通過放電器低壓避雷器連接，使其在雷擊狀態(tài)下自動連通。
3.3 屏蔽
儀表系統(tǒng)中使用了大量的半導(dǎo)體器件、集成電路以及傳遞信號的線纜，當(dāng)有雷電電磁脈沖作用在這些物體上時，將在這些器件或與之相接的設(shè)備_上產(chǎn)生瞬態(tài)過電壓，造成設(shè)備或裝置誤動作和損壞。因此，合理必要的屏蔽措施將有效地防范雷擊災(zāi)害。儀表系統(tǒng)的屏蔽防護(hù)措施主要包括控制室屏蔽，現(xiàn)場儀表屏蔽和信號電纜屏蔽?？刂剖覒?yīng)將等電位體與接地裝置進(jìn)行可靠電氣連接，同時要做好門窗的屏蔽防護(hù)，不能留有死角?，F(xiàn)場儀表應(yīng)盡可能安裝在機(jī)箱或機(jī)柜中，并將其外殼與接地裝置進(jìn)行等電位連接。信號電纜應(yīng)使用雙層屏蔽線并穿入金屬管內(nèi)或封閉式電纜橋架，然后將金屬管或電纜橋架*近保護(hù)接地網(wǎng)有效連接。
3.4 合理布線
強(qiáng)電系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)、信號系統(tǒng)對電磁干抗的敏感度各不相同，而且各類線纜在運(yùn)輸各信號中還會相互產(chǎn)生電磁干擾因此,儀表系統(tǒng)中電源線纜、信號線纜以及本安線纜分開敷設(shè)，進(jìn)入控制室的各種信號線纜都要穿金屬管保護(hù)或封閉式電纜橋架，以實(shí)現(xiàn)可靠的屏蔽。另外，由于用作引下線的鋼筋混凝土柱內(nèi)的鋼筋和整個建筑物的屏蔽網(wǎng)都在外墻處，雷電流須經(jīng)此處的鋼筋分流到接地裝置上，所以外墻處的電流密度大、電磁場強(qiáng)。因此，控制室中的電源和信號線路不應(yīng)靠近外墻，*好設(shè)置在建筑物的中心部位。
3.5 提高儀表系統(tǒng)的抗擾度
新型工業(yè)自動化儀表和系統(tǒng)包含許多電子線路，在化工、冶金、煉油和發(fā)電等較為惡劣的工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，處于各種工業(yè)設(shè)備所產(chǎn)生的電磁騷擾影響之下。為保證敏感的電子線路能正常工作，必須考慮儀表和系統(tǒng)的電磁兼容性。儀表系統(tǒng)電源干擾類型主要有7種:跌落、失電、頻率偏移、電器噪聲、浪涌、諧波失真、瞬變，儀表信號干擾類型主要有:共模干擾、串模干擾、浪涌等。其中跌落、浪涌、瞬變干擾主要是由雷擊產(chǎn)生的。
4、結(jié)束語
由于儀器儀表系統(tǒng)多采用集成電路和分散控制的單元，線路延伸到現(xiàn)場的各種環(huán)境之中，對瞬間過電壓承受能力大幅度減弱。采用任何單一的防雷方法和防雷器件難以保證其**可靠，必須采取綜合防護(hù)措施，才能將雷擊災(zāi)害減少到*小。
