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浅谈仪器仪表雷电防护的必要性

点击: 日期:2017-1-1

浅谈仪器仪表雷电防护的必要性

浅谈仪器仪表雷电防护的必要性

静电放电(ESD)和电快速瞬变脉冲群(EFT)X寸仪器仪表系统会产生不同程度的危害。静电放电在5 ~20tMHz的频率范围内产生强烈的射频辐射。
此辐射能量的峰值常常出现在35~45MHz之间产生自激振荡。许多信息传输电缆的谐振频率也通常在这个频率范围内,结果电缆中便串入了大量的静电放电辐射能量。电快速瞬变脉冲群也产生相当强的辐射发射,从而耦合到电缆和机壳线路。当电缆暴露在4 ~8kV静电放电环境中时,信息传输电缆终端负载上可以丈量到的感应电压可到达600V这个电压远远超越了典型数字仪器仪表的门限电压值0~4V典型的感应脉冲延续时间大约为400ns仪器仪表在使用中常常会遇到意外的电压瞬变和浪涌,从而致使电子装备的破坏,破坏的缘由是仪器仪表中的半导体器件(包括2极管、晶体管、可控硅和集成电路等)皮烧毁或击穿。据统计仪器仪表的故障有75%是由于瞬变和浪涌酿成的。电压的瞬变和浪涌无处不在,电网、雷击、爆破,就连人在地毯上行走都会产生上万伏的静电感应电压,这些,都是仪器仪表的隐形致命杀手。因此,为了提高仪器仪表的可靠性和人体本身的安全性,必须对电压瞬变和浪涌采取防护措施。
防雷端口根据仪器仪表利用的工程实践,仪器仪表受雷击可大致分为直击雷、感应雷和传导雷。但不论以哪种情势到达装备都可归纳为从以下4个部位侵入的雷电浪涌,在此把这些部位称为防雷端口,并以仪器仪表举例说明。
外壳端口比如说,我们可以把任何1个大的或小的仪器仪表或系统视为1个整体的外壳,如传感器、传输线、信号中断、现场仪表、DCS系统等,它们都有可能完全暴露在环境中遭到直接雷击,造成装备破坏。
标准规定,当装备外壳遭到4kV的雷电静电放电时,都会影响仪器仪表或系统的正常运行。例如放置于室外的传感器端子箱有可能遭到雷电接触放电;位于机房内的DCS机柜有可能遭到大楼立柱泄流时的空气放电。
信号线端口含天馈线、数据线、控制线等。
在控制系统中,为了实现信号或信息的传递总要有与外界连接的部位,如进程控制系统的信号交接真个总配线架、数据传输网的终端、微波装备到天线的馈线口等等,那末这些从外界接收信号或发射信号出去的接口都有可能遭到雷电浪涌冲击。由于从楼外信号端口进来的浪涌常常通太长电缆,所以采取10/7(0Fs波形,标准规定线到线间浪涌电压为05kV,线到地间浪涌电压为1kV.而楼内仪器仪表之间传递信号的端口遭到浪涌冲击相当于电源线上的浪涌冲击,采取1.2/50(8/20)Ms组合波,线到线、线到地浪涌电压限值不变。1旦超过限值,信号端口和端口后的装备有可能遭受破坏。
电源端口电源端口是散布最广泛也最容易感应或传导雷电浪的部位,从配电箱到电源插座这些电源端口可以处在任何位置。标准规定在L 2/50(8/20)Ms波形下线与线之间浪涌电压限值为Q 5kV线到地浪涌电压限制为1kV但这里的浪涌电压是指明工作电压为220V交换进入的,如果工作电压较低则不能以此为标准,电源线上受较小的浪涌冲击不1定立即破坏装备,但最少寿命有影响。
接地端口虽然在标准中没有专门提到接地端口的指标,实际上信息技术装备地端口是非常重要的。在雷电产生时接地端口有可能遭到地电位反击、地电位升格地满□高影响,或由于接地不良、接地不当使地阻过大达不到电位要求使装备破坏。接地端口不但对接地电阻接地线极(长度、直径、材料)、接地方式、地网的设置等有要求,而且还与装备的电特性、工作频段、工作环境等有直接的关系。同时从接地端还有可能反击到直流电源端口破坏直流工作电压的装备。综上所述,信息技术装备的防雷可以斟酌从4个关键的端口入手,如所示。
仪器仪表防雷的4个关键的端口,仪器仪表的端口保护外壳端口仪器仪表的外壳端口保护不单单是建筑物外壳,也应当包括某个装备的外壳或某套系统的外壳,比如说机柜、计算机室等。依照EC 1312⑴雷电电磁脉冲的防护第1部份(1般原则)的适用范围为:建筑物内或建筑物顶部仪器仪表系统有效的雷电防护系统的设计、安装、检查、保护。其保护方法主要有3种:接地、屏蔽及等电位连接。
接地EC1024⑴已论述了建筑物防雷接地的方法,主要通过建筑物地下网状接地系统到达要求。仪器仪表系统防雷时还要求对相邻两建筑物之间通过的电力线,通讯电缆均必须与建筑物接地系统连接起来(不能构成回路)以利用多条并行路径减少电缆中的电流。
仪器仪表系统的接地更应当注意系统的安全性和避免其它系统干扰。1般来讲工作状态下仪器仪表系统接地不能直接和防雷地线相连,否则将有杂散电流进入仪器仪表系统引发信号干扰。正确的连接方式应当在地下将两个不同地网,通过放电器低压避雷器连接,使其在雷击状态下自动连通。
屏蔽从理论上斟酌,屏蔽对仪器仪表外壳防雷是非常有高低温试验箱高低温试验机效的。但从经济公道角度来看,还是应当从装备元器件抗扰度及对屏蔽效能的要求来选择不同的屏蔽方法。线路屏蔽,即在仪器仪表系统中采取屏蔽电缆已被广泛利用。但对装备或系统的屏蔽需要视具体情况而定。EC提出了采取建筑物钢筋连到金属框架的措施举例。
表系统的主要电磁干扰源是由1次闪击时的几个雷击的瞬时电流酿成的瞬态磁场。如果包括仪器仪表系统的建筑物或房间,用大空间屏蔽,通常在这样的措施下瞬时电场被减少到1个足够低的值。
等电位接连等电位连接的目的是减小仪器仪表之间和仪器仪表与金属部件之间的电位差。在防雷区的界面处的等电位连接要斟酌建筑物内的仪器仪表系统,在那些对雷电电磁脉冲效应要求最小的地方,等电位连接带最好采取金属板,并屡次与建筑物的钢筋连接或连接在其它屏蔽物的构件上。对仪器仪表系统的外露导电物应建立等位连接网,原则上1个电位连接网不需要直接连在大地,但实际上所有等电位连接网都有通大地的连接。
信号线端口信号线端口保护现在已有许多类型的较为成熟的保护器件,比如仪器仪表信号网络不同接口保护器、天馈线保护器、终端装备的保安单元等。在保护器选择时除保护器本身的性能外,应当注意保护装备的传输速率、插入衰耗限值、驻波比、工作电压、工作电流等相干指标,如果在同1系统(或网络)使用多级保护还应当斟酌相互配合问题。值得提出的是,当前由于商业因素,在同1网络中有过电压力锅的压力阀量使用保护器的偏向,其反而带来下降速率、增大衰耗、传输失真、信息丢失等问题。因此对某1网络的信号端口保护应在网络信号进出的交界面处安装适合的保护器便可。
在信号端口窜入的瞬态电流最容易破坏信号交换或转换单元及进程控制计算机,如主板、并行口、信号接口卡等。事实上瞬态电流或浪涌可能通过不同途径被引入到信号传输网络中,EEE 802⑶以太网标准中列出了4种可能对网络造成要挟的情况。
(1)局域网络元件和供电回路或受电影响的电路产生直接接触。
(2)局域网电缆和元件上的静电效果。
(3)高能量瞬态电流同局域网络系统耦合曲网络电缆附近的电缆引入)
(4)彼此相连的网络元件的地线电压间有细小差别(例如两幢不同建筑的安全地线电压就有可能略有不同)。
以数据通讯线为例,在R⑵32的串、并行口的标准中,用于泄放高能浪涌和故障电流的地线同数据信号的返回路径同享1条线路,而小至几10伏的瞬态电压都有可能通过这些串、并行口而损坏计算机及打印机等装备,信号传输线也能直接将户外电源线上苏州拉力试验机的瞬态浪涌传导进来,而信号接口能够传导由闪电和静电泄漏引发的浪涌电压。
用户应当对数据线保护器慎重选择有些保护器虽然起到了“分流”作用,但常常是将硅雪崩2极管(SAD)接在被保护线路和保护器外壳之间,测试表明SAD的钳位性能很好,万能磨耗试验机采购但它电涌分流能力有限。同时压敏电阻(MOV池不能在数据线保护器上使用。先进的进程控制系统的信号接口防雷保护装置不管是R⑵32串等通讯接口还是计算机同轴网络适配器接口)目前均采取瞬态过电压半导体放电管,其冲击残压参数指标很重要。有条件能够采取多级保护设计电路效果更佳。
天馈线保护器基本采取波导分流原理,其中发射功率400W,额定测试放电电流(8/20s)5kA传输频率<25GH插入消耗<08响应时间<100ns 23电源端口原则上采取多级SPD做电源保护,但信息系统的电源保护由于其敏感性必须采取较低的残压值的保护器件,且此残压应当低于需要保护装备的耐压能力。同时还必须斟酌到电磁干扰对仪器仪表系统的影响,因此带过滤波的分流设计应当更加理想。
所以对仪器仪表系统电源保护特别注意的两点是:前两级采取通流容量大的保护器,在仪器仪表终端处则采取残压较低的保护器。最后1级的保护器中最好有滤波电路。对仪器仪表系统电源端口安装SPD时应注意以下问题。
多级SPD应当斟酌能量配合、时间配合、距离配合。如果配合不当的话,效果将适得其反。
(2)连接防雷保护器的引线应当尽可能粗和短。
(3)全保护时尽量将所有连接线捆扎在1起。

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