雷電是一種常見的自然現象，約有15%雷會落到地麵產生危害。因此有效地防止雷電對儀表係統所產生的危害，是保證儀表係統安全、穩定運行的重要前提，文章分析了雷電侵入儀器儀表的途徑，並給出防護措施。
隨著現代電子技術的不斷發展，大量精密電子設備不斷得到使用和聯網，安裝在自動控製係統中的設備經受著直擊雷、感應雷、雷電瞬間過電壓、零電位漂移等浪湧和過電壓的侵蝕，經常會受到各種過電壓、過電流的危害。由於一些電子設備工作電壓僅幾伏，傳輸信號的電流也很小，對外界的幹擾極其敏感，而雷電的高壓可高達數十萬伏，瞬間電流可高達數十萬安，因此具有極大地破壞性。這些過電壓是破壞大量電子設備的主要危險源，因此有效地防止雷電對儀表係統所產生的危害，是保證儀表係統安全、穩定運行的重要前提。
1、雷電幹擾對儀器儀表係統的危害
雷電是一種常見的自然現象。夏天的午後或傍晚，地麵的熱空氣攜帶大量的水汽不斷地上升到高空，形成大範圍的積雨雲，積雨雲的不同部位聚集著大量的正電荷或負電荷，形成雷雨雲。地麵因受到近地麵雷雨雲的電荷感應，也會帶上與雲底相反極性的電荷。當雲層裏的電荷越積越多，達到一定強度時，就會把空氣擊穿，打開一條狹窄的通道強行放電，這就是雷電。約有15%雷會落到地麵產生危害。對於儀表係統來說，由於控製係統安裝在有保護的建築物內，現場儀表-般都安裝在設備或管道上，而他們都是良導體，另一方麵，裝置區都采取了防雷設施，又加_上儀表本身體積較小，因此，儀表係統直接接閃的可能性極小。然而，連接現場儀表和控製儀表的電纜，則有傳到雷電感應電波的可能。這主要因為電纜敷設在裝置各個區域，連接距離長，當雷擊發生時，靠近雷擊點的電纜產生感應電壓，並向“地”傳導，形成瞬間浪湧電壓或電流。
2、雷電侵入途徑分析
雷電損壞設備通常有4條途徑:一是直擊雷，即雷電直接擊在建築物、大地或防雷裝置等實際物體上，它的特點是能量大，伴有強大的衝擊電流、熾熱的高溫、猛烈的衝擊波等;二是雷電感應，即閃電放電時，在附近導體上產生靜電感應和電磁感應，所形成的雷電電磁脈衝和雷電浪湧沿著與設備相連的信號線、動力線等侵入設備而使其損壞。雷電感應，因其傳播途徑多，破壞麵廣，破壞作用不可預見，而容易被人忽視，其後果遠比直雷擊嚴重得多，對儀表係統的危害也*大;三是地電位反擊，即雷電流經過接地點或接地係統(接閃)時，強大的瞬間雷電流通過引下線流入接地裝置，由於大地電阻的存在，雷電電荷不能快速向大地泄放，而引起該區域地電位上升(可能上百千伏)。如果儀表控製係統的接地體與該點沒有足夠安全距離，它們之間就會產生放電，造成反擊電流，直接擊穿用電器的絕緣部分，使儀表係統產生幹擾乃至損壞;四是設備安裝方法包括線路和布局、安裝的位置不規範，受雷電在空間分布的電場、磁場的影響而損壞。
3、儀表係統防雷保護措施
防雷的基本途徑就是要提供-條雷電流(包括雷電電磁脈衝輻射)對地泄放的合理的阻抗路徑，而不能讓其隨機地選擇放電通道。簡言之，就是要控製雷電能量的泄放與轉換。
防雷保護的三道防線:
1)外部保護:將絕大多數雷電流直接引入大地泄散;
2)內部保護:阻塞沿電源線或數據線、信號線侵入的雷電波危
害設備;
3)過電壓保護:限製被保護設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。而儀表係統防雷的重點是內部保護，即感應雷的防護和設置電壓保護器。感應雷的防護是從整體和係統建立起三維的防護體係，在被保護設備構成的係統中可采取以下措施:
3.1 等電位連接
等電位就是保持係統各部分不產生足以致損的電位差，即係統所在環境及係統本身所有金屬導電體的電位在瞬態現象時保持基本相等。廠區、裝置區、現場爆炸危險區以及控製室的建築區域內，必須將所有金屬設備、部件、結構的金屬導體，用導體互相連接起來，形成一個電氣.上連續的整體，即等電位體，使其雷感電勢(電壓)均衡，並接入防雷接地係統。等電位連接通常有S型和M型以及兩種形式的組合。儀表係統屬於低頻小信號係統，宜采用S型結構，實行單點接地。
3.2 接地
儀器儀表係統防雷時還要求對相鄰兩建築物之間通過的電力線，通信電纜均必須與建築物接地係統連接起來(不能形成回路)，以利用多條並行路徑減少電纜中的電流。儀器儀表係統的接地更應當注意係統的安全性和防止其它係統幹擾。-般來說工作狀態下儀器儀表係統接地不能直接和防雷地線相連，否則將有雜散電流進入儀器儀表係統引起信號幹擾。正確的連接方式應當在地下將兩個不同地網，通過放電器低壓避雷器連接，使其在雷擊狀態下自動連通。
3.3 屏蔽
儀表係統中使用了大量的半導體器件、集成電路以及傳遞信號的線纜，當有雷電電磁脈衝作用在這些物體上時，將在這些器件或與之相接的設備_上產生瞬態過電壓，造成設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範雷擊災害。儀表係統的屏蔽防護措施主要包括控製室屏蔽，現場儀表屏蔽和信號電纜屏蔽。控製室應將等電位體與接地裝置進行可靠電氣連接，同時要做好門窗的屏蔽防護，不能留有死角。現場儀表應盡可能安裝在機箱或機櫃中，並將其外殼與接地裝置進行等電位連接。信號電纜應使用雙層屏蔽線並穿入金屬管內或封閉式電纜橋架，然後將金屬管或電纜橋架就近保護接地網有效連接。
3.4 合理布線
強電係統、弱電係統、信號係統對電磁幹抗的敏感度各不相同，而且各類線纜在運輸各信號中還會相互產生電磁幹擾因此,儀表係統中電源線纜、信號線纜以及本安線纜分開敷設，進入控製室的各種信號線纜都要穿金屬管保護或封閉式電纜橋架，以實現可靠的屏蔽。另外，由於用作引下線的鋼筋混凝土柱內的鋼筋和整個建築物的屏蔽網都在外牆處，雷電流須經此處的鋼筋分流到接地裝置上，所以外牆處的電流密度大、電磁場強。因此，控製室中的電源和信號線路不應靠近外牆，*好設置在建築物的中心部位。
3.5 提高儀表係統的抗擾度
新型工業自動化儀表和係統包含許多電子線路，在化工、冶金、煉油和發電等較為惡劣的工業環境中應用，處於各種工業設備所產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，必須考慮儀表和係統的電磁兼容性。儀表係統電源幹擾類型主要有7種:跌落、失電、頻率偏移、電器噪聲、浪湧、諧波失真、瞬變，儀表信號幹擾類型主要有:共模幹擾、串模幹擾、浪湧等。其中跌落、浪湧、瞬變幹擾主要是由雷擊產生的。
4、結束語
由於儀器儀表係統多采用集成電路和分散控製的單元，線路延伸到現場的各種環境之中，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安全可靠，必須采取綜合防護措施，才能將雷擊災害減少到*小。
