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标题: 请教关于抄表系统的防雷 [打印本页]

作者: beggar    时间: 2003-6-30 11:21
标题: 请教关于抄表系统的防雷
大家好,我是做电力线载波抄表的,我们的集中器的防雷效果不是很好,集中器是通过电力线和电表通信的,集中器安装在变压器附近(很近有的在变压器旁边的护栏上安装),我们要是想提高他的防雷措施应该怎么做。产品在设计的时候,考虑到雷电的问题,集中器中有防雷保护电路,不过这个电路好象是从别的设备上搬过来的,还请各位高手给指导指导,谢谢,小弟初来请关照。
作者: ASP    时间: 2003-6-30 11:40
最易损坏的是什么

因为是电力线载波,所以一定的有个split

split易损还是....


作者: 通天雷神    时间: 2003-6-30 13:23
欢迎你的到来!谢谢。

我们正在把集抄表系统当做一个新项目在运做。目前我的技术还不很成熟,但是已经找到了问题的关键结症所在。我提一下我个人的观点供你参考:

1、你们在设计时所使用的数据线路接口RS485、RS232,本身不带屏蔽,容易受工频扰动的影响,易损坏接口电路。且其本身设计雷电波通流容量过小,残压参数也过高,不适合在你们的信号传输系统使用。由于集抄系统采样电路的特殊性,我们考虑应该使用新的器件和特殊电路来解决:工频扰动、雷电泻放、线路残压和使用环境的问题。

2、对于集抄的电源系统,你们目前使用的保护方法过与简单,存在同信号系统相同或近似的问题。且你们的电路中使用设备PEN与PE合一的设计,而又将雷电保护部分直接L对PE泻放。这样的设计下会出现很大的问题,比如:当变压器的接地电阻很的啊的时候,你们的内部弱电IC系统就会因其内部视在零电位点电位瞬间抬升而损坏。这样不但会烧坏数据板,而且即便数据板不坏也会丢失数据。

3、鉴于以上问题,我希望你们可以mail与我们联系,提出你们的具体要求,参考我们的设计,共同来解决问题。

E-mail:ping.shuai@vip.163.com;bill@asp.com.cn

希望您满意!


作者: beggar    时间: 2003-6-30 16:20
首先对你们的回答表示感谢,我只是底下的一小卒,想来论坛多学点东西,我会告诉我们的技术领导这里有高手,让他们来和你们具体联系,防雷的技术上的东西我只知道一点毛皮。再次感谢。
作者: beggar    时间: 2003-6-30 16:24
再请教一点,再那里可以找到关于设备(以单片机为核心的带通讯的设备)防雷的更多的知识,谢谢。
作者: ASP    时间: 2003-6-30 16:54
如果你说的是设备内部的保护恐怕不能找防雷这个主题

因为雷击能量问题和现有的设备绝缘耐压要求
一般 spd 都独立于设备之外

你可以参见
http://www.asp.com.cn/cn/lightning/surge/spdhome.html

内部的电涌保护可以采用些 稳压管/滤波器/tvs ... 等等元器件应用于设备敏感ic的前面做保护


作者: 通天雷神    时间: 2003-6-30 16:59
OK。我专门发过单片机保护的论文。恩……似乎还是电力工控部分的。

你留下mail,我发给你。


作者: beggar    时间: 2003-7-1 13:32
谢谢两位的回答,我的email是m88664422@163.com.
以后还请两位多指教
作者: 通天雷神    时间: 2003-7-1 19:52
客气了。身为斑竹就是专门为大家解决和讨论实际问题的。
作者: beggar    时间: 2003-7-2 11:24
再电源线上外接防雷保护装置,无法实现电力载波通信,是否所有外接设备都这样,是什么原因那。
作者: 通天雷神    时间: 2003-7-2 21:18
不是的。是你用的东西不对。你所选的器件(比如大尺寸压敏电阻器),它的极间电容太大,把加载的波形滤掉了。
作者: beggar    时间: 2003-7-3 10:08
这个图纸是否可以达到防雷的效果。
作者: beggar    时间: 2003-7-3 10:12
上面这个图是找了好多地方才找到的,三个TVS是否需要全加上那,是否都加上效果会很好,还有通讯线的防雷措施是什么样的,TVS和压敏电阻结合使用的图纸大家有吗。
作者: 通天雷神    时间: 2003-7-3 14:02
RS-485的抗雷击技术[转帖]


摘要:在采用双绞线作传输线构成RS-485总线网络中,常因雷电瞬变干扰而损坏器件。本文介绍了一种半导体类气体防雷管构见的两级防雷电路,实现对RS485接口的防雷击和过压保护。

关键词:总线  收发器  瞬变

随着数字通讯技术的发展和智能家电的普及,一个系统往往由多个需要相互通讯的终端组成。例如,楼宇安全监控系统,煤气表、水电表的自动抄表系统、超市的自动收费系统等都存在多站、远距离通信的问题。在要求通信距离为几十米到上千米时,由于RS-485总线仅需用一对双绞线即可实现多站联网构成分布式系统,且设备简单、价格低廉,故在工程项目中获得广泛的应用。

RS-485收发器采用平衡发送和差分接收,即在发送端,驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出;在接收端,接收器将差分信号转换成TTL电平,因此具有抑制共模干扰的能力,加上接收器具有高的灵敏度,能检测低达200mV的电压,使传输信号能在千米以外得到恢复。根据RS-485标准,RS-485收发器的最大传输速率为10Mbps ,最大电缆长度为4000英尺,总线上能连接32个收发器(Sipex公司的SP485R允许在一条总线上连接400个收发器),广泛适用于远距离、多站式、分时通讯系统。

在构成RS-485总线网时,采用双绞线作传输线,传输线一般在室外架空或沿电缆沟敷设,所以,在雷雨季节常发生因雷电在传输线上引起的瞬变干扰而损坏器件,再者由于RS-485的网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构,即通常采用一条总线将各个节点串接起来,不支持环形或星型网络,因此,雷电的引发的瞬变往往导致传输线上的多个RS-485收发器损坏,故防雷措施是RS-485技术实际使用中必须考虑的问题,也是提高系统可靠性一个十分重要的措施。

RS-485接收器差分输入端对“地”的共模电压允许-7~+12V,超过此范围的过压瞬变就可能损坏器件,引起过压瞬变的来源通常是雷电、静电放电、电源系统开关干扰等,例如人体接触芯片的引脚而产生静电放电,其电压可以高达数十千伏,可使在工作中的器件产生闭锁而不能运行或使器件受损;而感应雷在RS-485传输线上引起的瞬变干扰,其能量更可在瞬间烧毁联结传输线上的全部器件!

目前市场上已经有一些RS485芯片,通过在内部集成TVS(TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR,瞬变电压抑制二极管)的办法防过压瞬变。TVS的作用原理是当管子两端经受瞬态能量冲击时,能极快地将其两端的阻抗降低,通过将能量吸收掉从而把其两端间的电压箝制在其标称值上,保护后端的元件。受半导体工艺限制,集成到RS-485芯片上的TVS很难做到大功率,在雷击到来时,瞬态能量可以损坏内置的TVS;同时,瞬态电流产生的强磁场会使近距离的其他电路上感应出高电压,即形成所谓的反击,造成电路损坏。RS485芯片上集成TVS的主要功能是为了消除静电(不少厂商的规格书上已有详细介绍),而无法防雷击浪涌。

通讯线路的雷击模拟测试,现普遍采用的是国际电联ITU-T K20(局端使用)和ITU-T K21(用户端使用)标准,测试方法为10/700uS;1KV和10/700uS;4KV,正反向各打5次。现有用户在测试时使用国际电工IEC61000-4-5 LEVEL4的 1.2/50;2KV标准,该测试方法一般用来考核电源类端口,但完全不适用于通讯线路的雷击模拟测试标准。实验证明,能通过该条件的内置了TVS的RS485芯片在使用10/700uS;1KV条件进行测试时,第一次模拟雷击后就已经失效!GB 3482-83《电子设备雷击试验方法》和GB 3483-83《电子设备雷击试验导则》中均有相应的规定,对RS485通讯接口而言,应按与电缆相连的电子设备来考虑,应该选用10/700uS;4KV标准来执行雷击模拟测试。

对于通讯线路的来说,合理防护的基础是正确选用器件。传统的气体或陶瓷放电管虽然耐流量大,但是其反应速度慢,箝位电压高(约为800V左右)。而压敏电阻的吸收性能较差,寄生电容大,且低电压的压敏电阻漏流大,也不适合用于RS485接口保护。半导体类的防雷过压器件(Sidactor和TVS)虽然反应速度极快,但如前所述其耐受能量不足,难以独立承担整个线路的保护。目前,槟城电子的TED-485半导体类气体防雷管具有反应速度快,寄生电容小(<1pF),浪涌耐量大(>300A@10/700uS)等特性,特别适合用于RS485接口的初级防护。

我们的建议是使用TED-485防雷管为基础,构建初级和次级的两级防雷电路,可以实现对RS485接口的整体防雷击和过压保护(电路图如下)。

图中Q1/Q2/Q3为TED-485防雷管,分别提供线线间和线地间的防雷击过压保护,TED-485防雷管的快速反应特性使雷击过电压被迅速泄放,而浪涌吸收能量大的特性可以保证泄放过程中防雷管自身不被损坏。泄放过程中产生的瞬态大电流会在电路中感应出一个尖峰电压,此电压幅值随电路和器件选择而有所不同,约在数十付到数百伏之间,宽度在数十纳秒到数百纳秒,由于脉宽窄,所以能量不大。次级保护使用的是TVS管,其作用就是将以上所述的尖峰电压吸收掉,可靠地箝位在安全电压范围内。图中的R1/R2可以选用小型线绕电阻或小型有机实心电阻,它可以承受很大的瞬态功率,其作用是为电路提供隔离。

用10/700uS;4KV雷击模拟测试,实测该电路输出端波形如下:
   

可以看到,10/700uS;4KV的雷击模拟信号经过保护电路后电压增量为8V,已经被限制在+12V、-7V的RS485可承受的安全范围内。

以上电路同时具有了±8KV空气静电放电和±4KV接触静电放电防护;在快速脉冲群(EFT)的防护方面,信号线端已通过1KV的测试,另外在没有加电源保护的情况下已通过2KV的电源端测试。如果将电路中的R1/R2换成耐压和阻值合适的PTC,则可具过流保护功能。至此,该电路在防雷击过压的基础上形成了对RS485的整体防护。

该雷击保护电路构成简便,可添加到用户新设计电路中或使用独立模块,已经通过权威检测部门检验,且已成功应用于远程自动抄表等需要使用RS485的系统中。


作者: 通天雷神    时间: 2003-7-3 14:06
如果看完了上文,我可以告诉你一些电路。你那桥路的东西耐瞬态电压电流水平超低。估计照那个做,用一次就被搞定。


作者: beggar    时间: 2003-7-4 08:59
下面引用由通天雷神2003/07/02 09:18pm 发表的内容:
不是的。是你用的东西不对。你所选的器件(比如大尺寸压敏电阻器),它的极间电容太大,把加载的波形滤掉了。

您可以推荐给我一些极间电容不会大到把加载的波形滤掉的器件吗,或则那个厂家做的比较好,这几天谢谢你给我讲了这么多防雷技术,那篇文章大体的东西我可以明白了,细节的地方我还得继续吸收消化。

作者: beggar    时间: 2003-7-4 09:29
10/700uS;4KV标准来执行雷击模拟测试,这个时什么意思呀。
还有那个“用10/700uS;4KV雷击模拟测试,实测该电路输出端波形如下:”
的波形图我看不太懂。
   



作者: beggar    时间: 2003-7-4 09:31
还有一点那电源线的防雷应该怎么做那,电线杆上架的线都有什么防雷措施。
作者: 通天雷神    时间: 2003-7-4 17:03
下面引用由beggar2003/07/04 08:59am 发表的内容:
您可以推荐给我一些极间电容不会大到把加载的波形滤掉的器件吗,或则那个厂家做的比较好,这几天谢谢你给我讲了这么多防雷技术,那篇文章大体的东西我可以明白了,细节的地方我还得继续吸收消化。

对此,我想说:首先极间电容小而通流容量又够的只有放电管,尤其是玻璃放电管。可是要解决实际的问题就必须找到一个好的SPD线路,我觉得你应该选择一家好的SPD生产厂家,提出你的要求,由专业的SPD生产厂家去解决问题。我建议你和雷讯联系。可以在论坛给ASP发短信就可以。

作者: 通天雷神    时间: 2003-7-4 18:06
下面引用由beggar2003/07/04 09:29am 发表的内容:
10/700uS;4KV标准来执行雷击模拟测试,这个时什么意思呀。
还有那个“用10/700uS;4KV雷击模拟测试,实测该电路输出端波形如下:”
的波形图我看不太懂。


那是信号部分的横向冲击残压图。

作者: 通天雷神    时间: 2003-7-4 18:09
下面引用由beggar2003/07/04 09:31am 发表的内容:
还有一点那电源线的防雷应该怎么做那,电线杆上架的线都有什么防雷措施。

比如都有Y5WS-17/50的电力避雷器。它的残压是:小于50KV,你的设备能承受吗?

因此需要再保护。加电源的SPD。


作者: beggar    时间: 2003-7-5 15:43
谢谢,我们已经联系了一个厂家,可能得过几天才可以有结果,如果效果不好再和ASP联系。
作者: 通天雷神    时间: 2003-7-6 19:35
好的。如果还有什么问题你在这里留言也可以,给我发mail也可以。
作者: 通天雷神    时间: 2003-7-17 09:00
最早的RC尖峰吸收回路。:)
作者: beggar    时间: 2003-7-17 20:42
是不是删掉了,我没有看见 最早的RC尖峰吸收回路。:)  

作者: beggar    时间: 2003-7-17 20:43
下面引用由马雷2003/07/17 08:49am 发表的内容:
BEGGAR,你画的电路是避雷器吗?我看倒有点象电源……TVS用得很好呵呵

这个就是介绍TVS的用法的。在网上看到的。

作者: NewOne    时间: 2003-7-18 10:44
以前做过电力载波的集抄,但是没有考虑到防雷。手头上倒是有集中器、抄表模块的各种图纸,但是不能法,要担责任的!怕怕呀!不过看了一下以前的图纸,一般集中器的前端都会有一个变压器——将220V的交流电转为直流然后给设备内的各IC模块供电。不过用的是小的那种变压器,功率才几十瓦的那种,忘了有没有中性点了,有的话,建议中性点引地处理。记得当时载波频率是KHz级的,如果上面的效果不好的话,建议在集中器前端加装防雷模块,用C级的就差不多了,想省钱的话用压敏电阻好了。同时如果外部通讯,应该还有用到电信网络的吧——毕竟载波信号过不了变压器呀。应该增加信号的外部防雷设备,看接口类型,如果是拨号的用RJ11,其他的你可以再问问。你们的载波模块用的是哪家公司的?我以前遇到过,如果波模块出了问题会出现同频干扰的事情,希望你们不是这样的!
作者: 通天雷神    时间: 2003-7-18 20:49
NewOne :拨号的用RJ11??不是RS-232?

多说一点。谢谢。


作者: NewOne    时间: 2003-7-21 11:09
我不知道他们是怎么做的。我们当时分为两部分,集中器与上位机之间通讯走moden上电话线(因为电力线载波无法通过变压器耦合),集中器为采集模块之间是通过电力线载波,即PLC,在波模块直接和220V的交流电源连接。当时我做的时候,用的模块处于保密原因不能说,但是存在一个很大的问题,就是如果模块不接控制用的C51芯片就会发出强烈的同频干扰信号。你说你的RS232是早期的设备,这种东西通信距离较短,不太适合远程控制,后来就不用了。简单的说,集抄的关系如下:
上位机——moden——电话线路——moden——集中器——PLC——电力线——PLC——采集模块
我可能说的不太全,详细的我也不太懂了。设计图纸恕不能给您。





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