RS485防雷击浪涌技术介绍
雷电的危害途径
摘要：排水泵站大多位于城区边缘，且毗邻江河堤岸的开阔地带，地势低洼，春夏两季极易遭受雷电袭击。
随着机技术、控制技术、通讯技术的广泛应用，泵站的自动化控制也逐步采用由控制机IPC或可编程控器PLC组成的集数据采集、过程控制和信息传送于一体的监控。
由于这些设备大量采用高度集成化的CMOS电路和CPU单元，其对瞬态过电压的承受能力十分脆弱，成为泵站易受雷电损害的主要设备。
可见对自动化系统采取有效的保护措施非常必要。
关键词：防雷过电压配电接地措施一、雷电的危害途径雷电的危害途径有5种，一是直击雷：雷电直接击在建筑物、构架、树木等物体上，由于热电效应等混合力作用直接对物体造成伤害；二是雷云下的静电感应：一般针对线路而言，在一定强度的雷云下在高压架空线路上可以感应出300—400kV的过电压、在低压架空线路上可以感应出100kV的过电压、在电信线路上也可感应出40—60kV的过电压；三是雷电的电磁感应：雷电流经引下线入地时，在引下线周围产生磁场、引下线周围的各种金属管线上经感应产生瞬间过电压；四是地电位反击：直击雷经接闪器如避雷针、避雷网等而直放入地，导致地网地电位上升，高电压经设备接地线引入设备造成反击；五是雷电波侵入：电源线和通信线遭受直击雷或感应雷加载了过电压及雷电流以感应的方式耦合到线路上，进而入侵设备。
二、瞬态过电压对自控设备的危害通常，在泵站的设计建设中对于直击雷的防护已经有比较完善的措施。
自动化系统大部分置于泵房构筑物之中，网络线、电源线铺设于电缆沟中，因而遭受直接雷击的可能性不大。
根据雷电电磁脉冲(LEMP)和实践经验证明：电子计算机及其它自动化系统设备损坏的主要原因是雷电感应浪涌电压造成的。
雷电感应浪涌电压是一种产生在微秒至毫秒之间的尖峰冲击电压，即瞬态过电压。
它可以通过电源线、天馈线、通讯线和信号线把感应浪涌电压波引入设备内部，分别损坏电源模板、通讯模板、I/0模板，致使设备产生误动作、暂时瘫痪或立即烧毁元器件。
RS485,RS232,以太网接口防雷防静电方案
一、RS485与RS232防护方案RS485 信号防雷保护RS232 信号防雷保护方案说明：图中只画了防雷及过压过流保护部份，至于上拉下拉电阻和终端电阻等并没有标示第一级使用三极气放管进行粗保护，差模共模保护，出现大电压时，气放管导通，将大电流引导到大地，为后续电路提供一道屏障，自恢复保护丝起过流保护，电流异常时，会由低阻转为高阻，将电路切断，以达到保护后续电路的作用，也起线路匹配作用。
TVS 作精细保护，共模差模全保护，经过前二次的保护，到这里的电压通常不会太高，TVS 进行再次的精细保护，为后续的电路提供精准的保护，TVS 还有防静电的作用，使接口芯片处于安全的环境之内。
此方案符合IEC61000-4-2 、IEC61000-4-4 、IEC61000-4-5 等相关测试标准。
二、以太网防护方案实际使用中Ethernet 接口是一个125 MHz 的时钟频率，工作为2 V 数字电平信号。
往往产品在室内，短通讯数据线应用中，产品从以太网接口输入的通常是ESD 的威胁。
1．千兆网络静电保护符合标准：IEC 61000-4-2 Level 4 (Contact: 12 kV Air: 17 kV）优点：提供高速数据传输需要，无信号损失、不影响速率千兆网络静电保护2．10M /100M 静电加雷击保护方案一：适用条件:离充分暴露的直击雷区间用网络线连接线短于10米距离设备测试标准:TU-T (10/700 μS) 阻抗(40Ω)差糢: 共模:10M /100M 静电加雷击保护方案一方案二：适用条件: 充分暴露的直击雷区间测试标准: IEC61000-4-5 50 & 8/20μS 阻抗(2Ω) 差糢:6KV 共糢:6KV10M /100M 静电加雷击保护方案二方案说明:方案选择第一级使用GDT气体放电管,将浪涌电流通过开关式气体放电管泄放到大地,或放电管电极之关的惰性气体电光弧以热量形式消除,中间充分利用网络变压器的电感特性,起到去藕和隔离作用。
监控摄像机RS485总线现场实际应用
监控摄像机RS485总线现场实际应用一、关于监控摄像机RS485总线的几个概念1、RS485总线的通讯距离呆以达到1200米根据485总线结构理论和标准，在理想环境的前提下，485总线传输距离可以达到1200米。
其条件是通讯线材优质达标，波特率为9600，只负载一台485设备，才能使得通讯距离达到1200米，所以通常485总线实际的稳定的通讯距离往往达不到1200米。
如果负载485设备多，线材阻抗不合乎标准，线径过细，转换器品质不良，设备防雷保护复杂和波特率的提高等等因素都有会降低通讯距离。
2、监控摄像机485总线可以带128台设备进行通讯其实并不是所有485转换器都能够128台设备的，要根据485转换器内芯片的型号和485设备芯片的型号来判断，只能按照指标较低的芯片来确定其负载能力。
一般485芯片负载能力有三个级别——32台、128台和蔼56台。
此外理论上的标称往往实际上是达不到的，通讯距离越长、波特率越高、线径越细、线材质量越差、转换器品质越差、转换器品质越差、转换器电能供应不足（无源转换器）、防雷保护越强，这些都会降低真实负载数量3、485总线是一种最简单、最稳定、最成熟的工业总线结构这种概念是错误的。
485总线是一种用于设备联网的、经济型的、传统的工业总线方式。
其通讯质量需要根据施工经验进行调试和测试采可以得到保证。
485总线虽然简单，但也必须严格按照安装施工规范进行布线。
二、必须严格按照施工规范施工在485总线系统施工时必须严格按照施工规范施工，特别应注意下面几点：1、485+和485-数据线一定要互为双绞。
2、布线一定要布多股屏蔽双绞线。
多股是为了备用，屏蔽是为了便于出现特殊情况时调试，双绞是因为485通讯采用差模通讯原理，双绞的抗干扰性较好。
不采用双绞线是错误的。
3、485总线一定要是手牵手式的总线结构,坚决杜绝星型连接和分叉连接。
4、设备供电的交流电及机箱一定要真实接地,而且接地良好。
RS485抗雷击技术介绍
RS485抗雷击技术介绍详细说明：RS485数据总线雷击过压防护1．RS485总线的应用领域工业控制，DCS，数据采集系统高速公路收费系统过程控制及制造电力系统采集与控制系统远程终端互连2．雷击过压防护的必要性由于RS485总线实行长距离传输(1200米以上)，而且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。
而RS485收发器工作电压较低（5V左右），其本身耐压也非常低（-7V~+12V），一旦过压引入，就会击穿损坏。
在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现象。
3．防护方法及原理以上为RS485总线的两级防护电路图。
当雷击发生时，感应过电压由T与R端引入，G1.G2进行共模防护，G3进行差模保护，此时过电压被大大削弱到约500V左右，在经过电阻R1R2限流，TVS1/2二次限压后，到收发器的电压被钳制在6.8V左右，从而实现对收发器的保护。
型号（G1/G2/G3）直流开启电压Vs(100V/S) 绝缘电阻Ir(DC100V) 静电电容（1KHZ）通流能量（10/700us）TED485 120V~240V ≥100MΩ ≤2PF 4KV/500A4．方案选择与对比G1/G2/G3 R1/R2 TVS1/2 比较方案一TED485 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积小/防护中/成本低方案二3R090 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积大/防护高/成本高方案三P0640 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积小/防护低/成本中5．知识问答问：各种器件的选择依据是什么？答：G1G2G3的选择首先考虑其耐压耐流能力。
如TED485能承受10/700us，4KV雷击测试；90V陶瓷管（3R090）可承受10/700us，8KV雷击测试；64V固体管（P0640）只能承受10/700us，3KV雷击测试。
R1R2可选择限流效果最好的高成本PTC电阻，也可以选择低成本线绕电阻。
RS485_在智能电表中的防雷设计
RS-485在多功能电能表中的防雷设计智能电表系统已经广泛地应用到工业和生活的领域。
在电表中使用自动抄表技术通过通信端口读取数据，而且大部分情况采用远程读数方式。
对于电表应用来说既安全又节省了时间和金钱。
实现该技术的关键是确保通信链路安全可靠。
由于RS-485标准具有长距离传输(1200米以上)，最大传输数率可以达到10Mbps，且高信号噪声印制。
同时，RS-485电路具有控制方便，成本低等优点，使多点连接成为可能。
因此，RS-485成为智能电表的标准通信接口。
但RS-485口传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。
而RS-485收发器工作电压较低（5V左右），其本身耐压也非常低（-7V~+12V），一旦过压引入，就会击穿损坏。
在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现象。
因此防雷击保护成为RS-485接口设计必须要考虑的。
通常，如图1所画，使用PPTC和TVS作为RS-485的防雷击保护图1：电表RS-485接口保护当雷击发生时，感应过电压由A/B线引入，经过PPTC，然后GDT作为初级共模防护，通常GDT可以承受10KA(8x20us)浪涌冲击。
之后残压已经大大降低到1KV以下，然后TVS作为二级保护进行共模/差模保护，到收发器的电压被钳制在12V以下，同时，通过A/B线上的上拉电压可以保证A/B线上的电压保持在高电平。
而实现对收发器的浪涌保护。
通常，对于4KV以下过电压，可以省去初级保护—--GDT。
单用TVS就能实现浪涌保护的要求。
当RS-485总线与电力线（例如220VAC）搭接短路时。
A/B线上的PPTC可以提供短路保护。
但这种传统方式有问题需要考虑1：GDT浪涌击穿电压较高，这就意味着后面的电阻值比较大。
这可能会影响传输距离减少2：TVS的漏电流较高，以SMBJ6.0CA来讲大致在800uA左右。
这样会影响点对点通讯的可靠性3：PPTC的响应速度较慢，因此在电力塔接时，可能会造成TVS被交流击穿因此综上所述，是否有更好的RS-485防雷保护方案呢？ 这里，我们提出了自己的一种方案来满足更高可靠性的要求众所周知，TVS 是半导体保护器件，具有响应速度快，可靠性高的优点。
NEWLINK NLK-4504 485集线器说明书
MODEL:NLK-4504四口RS485集线器（HUB）说明书一、产品概述RS-485总线分割集线器(HUB)。
该产品支持传输速率最高达115.2KBPS,为了保证数据通讯的安全可靠，RS-485接口端采用光电隔离技术，防止雷击浪涌引入转换器及设备，内置的光电隔离器及600W浪涌保护电路，能够提供2500V的隔离电压，可以有效地抑制闪电(Lighting)和ESD，同时可以有效的防止雷击和共地干扰，供电采用外接开关电源供电，安全可靠。
二、性能参数1、接口特性：接口兼容EIA/TIA的RS-232C、RS-485标准2、电气接口：RS-232C接口为十位接线柱RS-485接口为十位接线柱3、传输介质：双绞线或屏蔽线4、工作方式：异步半双工5、工作电源：DC9-30V/350mA6、信号指示：七个信号指示灯电源(PWR)、发送(TD)、接收(RD)、故障(E1-E4)7、隔离度：隔离电压2500VRMS500VDC连续.DC/DC模块8、传输速率：115.2K-300BPS 9、保护等级：RS-232接口±15KV ESD保护RS-485接口每线600W的雷击浪涌保护10、传输距离：0-5公里（115,200-300BPS）11、外观尺寸：120mmX72mmx22mm12、使用环境：-40C°到80C°，相对湿度为5%到95%三、产品面板及信号指示：1、NLK-4504的前面板指示灯含义如下：PWR--电源指示，正常时为红色TXD---数据发送指示，正常时为绿色闪亮，表示数据从INPUT口发送至OUTPUT口1～口4RXD---数据接收指示，正常时为黄色闪亮，表示数据从OUTPUT口1～口4发送至INPUT口；E1-E4口1～口4故障警告指示灯，常亮时表示对应口1～口4所连接的RS-485接口设备出现短路或信号反接的情况，E1灯与口1对应，E4灯与口4对应，用户可根据该故障警告指示灯判断出故障端口及其相连的故障设备。
关于RS485防雷保护中四种接地方案对比
关于RS485防雷保护中四种接地方案对比第一级GDT（陶瓷放电管）用作大电流的泄放，第二级的TVS箝位电压（单个TVS作差模保护，两个串联TVS作共模保护），中间用保险丝退耦，后端为485芯片。
由于TVS共模保护是要保护后面的电路或者芯片，所以TVS的地和后端电路的信号地是连接在一起的，这样才有保护意义。
这四种方案的保护等级：可通过IEC61000-4-5；4级标准: 1.2/50us 4KV , 10/700us 6KV。
根据三者不同的接地组合方式，可以把接地分成四种情况(以下四种都是基于共模保护时的情况)。
一．四种接地方案电路原理图下面就是四种接地方案的电路原理图，GDT（陶瓷放电管）接地，TVS（瞬态抑制二极管）接地，后端电路的是信号地，大家从图中可以很方便的看到接地的情形。
二．关于上面四种方案的测试数据三．对几种方案和实验数据的分析从表格的测试数据中可以看到，方案一共模残压（CD两端）比方案二和方案四要略高，当接地状况不良好的时候,由于后端与大地之间进行了隔离，这时候对芯片的影响很小，跟第四种方案差不多，不过这种方案比第三种和第四种节约了成本；但是当大地状况良好的时候，第二种接地方案比第一种要好。
当大地电压出现高电压，或者电力线接触到外壳引起大地电压升高，这时候需要良好的接地隔离。
所以当不清楚大地是否良好的时候，选择第一种方案比第二种方案要好。
方案二的残压比第四种的残压要稍微低点，当接地良好的时候选用第二种比较好；如果接地情况不良，从地面过来的地反击电压很容易造成后端电路的异常；从前端过来的大电流大电压，GDT与TVS组成回路，也可能与从后端电路组成回路，这个时候就要看后面芯片的耐压。
经过测试，一般485芯片的耐压是40V到50V，不同厂家的芯片质量也不尽相同，耐压有高有低。
当地电压超过芯片的耐压值，芯片会被打死。
可以看出方案二稳定性不够好。
方案三前后一起加GDT（陶瓷放电管）再接大地，这种方案跟方案二相比，残压高些。
RS485 保护方案概述
RS485 RS485 保护保护保护方案概述方案概述方案概述随着通信持总线技术被广泛的应用,雷电和静电干扰已经成为各种通信总线在实际工程经常遇到的问题。
雷电能够使各种通信总线构成的系统遭到严重的毁坏, 静电电磁干扰也严重地影响通信总线的数据传输质量。
为此一种能够防感应雷和抗干扰的通信总线防雷电路及实现通用方案。
上海音特 针对RS485传输制定如下方案：1.1.防雷保护器的基本要求防雷保护器的基本要求防雷保护器的基本要求在正常运行时,雷电保护器的接入应不影响信号的正常传输,雷电保护器的对地阻抗应非常大,串连在电路中的阻抗应非常小。
在雷电袭击通信总线时,雷电保护器应发挥良好的电压钳位作用,其钳位电压应低于后端控制芯片或其它电器件的耐受电压水平。
在抑制雷电袭击过程中,雷电保护器自身应完好无损。
雷电保护器对雷电袭击应具有足够快的响应速度一． RS485RS485半双工保护电路半双工保护电路半双工保护电路（经济适用型经济适用型））保护等级保护等级：：1． 防雷标准 YD/T993-2006 2.5KV2． 浪涌能力浪涌能力：：600W 或者1500W浪涌电流浪涌电流：：60A 或者 150A3． ESD 静电防护IEC 6100-4-2：4级标准4．过流短路保护 Ih ：100mAA ：为通常所述Data+ /Rx+B ：为通常所描述Data-/Rx-器件选择：GDT ：INT2R090L 或 INT2R090M （5.5*6mm ）TVS: P6KE6.8CA 或 SMBJ6.5CA 若选1500W 浪涌能力，1.5KE6.8CA 或SMCJ6.5CA ESD ： ESD5V0D5 或ESD5V0D7 PPTC ：60V-010 或 SMD1206-010此方案仅适用防雷/浪涌，以及静电防护的要求，假如需要考虑到其它标准，另要选型，例如：RS485抗电力线干扰，RS485．．．．．芯片存在．．．．ESD ．．．保护等级，可以不．．．．．．．．加．ESD ．．．保护器件．．．．二． RS485RS485半双工保护电路半双工保护电路半双工保护电路（（等级加强型等级加强型，，初次级为共模保护初次级为共模保护））保护等级保护等级：：1． 防雷标准 YD/T993-2006 4.0KV2． 浪涌能力浪涌能力：：600W 或者1500W浪涌电流浪涌电流：：60A 或者 150A3． ESD 静电防护IEC 6100-4-2：4级标准4． 过流短路保护 Ih ：100mA器件选择器件选择：GDT ：INT3R090L 或 INT3R090M TVS: P6KE6.8CA 或 SMBJ6.5CA 若选1500W 浪涌能力，1.5KE6.8CA 或SMCJ6.5CA ESD ： ESD5V0D5 或ESD5V0D7 PPTC ：60V-010 或 SMD1206-010此方案仅适用防雷/浪涌，以及静电防护的要求，假如需要考虑到其它标准，另要选型，例如：RS485抗电力线干扰，RS485．．．．．芯片存在．．．．ES ．．D ．保护等级，可以不．．．．．．．．加．ESD ．．．保护器件．．．．2.2.器件选型器件选型器件选型说明说明说明①.瞬态抑制二极管瞬态抑制二极管TVS TVS TVS或半导体放电管或半导体放电管或半导体放电管Thyristor Thyristor Thyristor通用信号传输线TVS或半导体放电管TVS 二级管的击穿电压VBR应高于信号线上传输的信号电压,在此前提下, VBR应尽可能选得低一些,较低的VBR 可使后端通信芯片得到可靠保护,并且具有较大的通流容量, TVS或Thyrisor 的VBR 应选择一致, 其值一般可按以下公式选择U BR BR = (1. 25 = (1. 25 = (1. 25～～1. 4) Um 1. 4) Um上式中的Um 为正常信号电压幅值。
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RS485数据总线雷击过压防护技术介绍
2006年06月24日浏览 669次
论文摘要：由于RS485总线实行长距离传输(1200米以上)，而且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。
而RS485收发器工作电压较低（5V左右），其本身耐压也非常低（-7V~+12V），一旦过压引入，就会击穿损坏。
在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现
象。
作 者：赵吉祥
RS485数据总线雷击过压防护
1． RS485总线的应用领域
工业控制，DCS，数据采集系统
高速公路收费系统
过程控制及制造
电力系统采集与控制系统
远程终端互连
2． 雷击过压防护的必要性
由于RS485总线实行长距离传输(1200米以上)，而且其传输线通常暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。
而RS485收发器工作电压较低（5V左右），其本身耐压也非常低（-7V~+12V），一旦过压引入，就会击穿损坏。
在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可以看到收发器爆裂，线路板焦糊的现象。
3． 防护方法及原理
以上为RS485总线的两级防护电路图。
当雷击发生时，感应过电压由T与R端引入，G1.G2进行共模防护，G3进行差模保护，此时过电压被大大削弱到约500V左右，在经过电阻R1R2限流，TVS1/2/3二次限压后，到收发器的电压被钳制在6.8V左右，从而实现对收发器的保护。
型 号（G1/G2/G3） 直流开启电压Vs(100V/S) 绝缘电阻Ir(DC100V) 静电电容（1KHZ） 通流能量
（10/700us）
GS41-181N 120V~240V ≥100MΩ ≤2PF 4KV/500A
4． 方案选择与对比
G1/G2/G3 R1/R2 TVS1/2/3 比较
方案一 GS41-181N 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积小/防护中/成本低
方案二 3R090 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积大/防护高/成本高
方案三 P0640 10Ω/1W P6KE6.8CA 体积小/防护低/成本中
5． 知识问答
问：各种器件的选择依据是什么？
答：G1G2G3的选择首先考虑其耐压耐流能力。
如GS41-181N能承受10/700us，4KV雷击测试；90V陶瓷管（3R090）可承受10/700us，8KV雷击测试；64V固体管（P0640）只能承受10/700us，3KV雷击测试。
R1R2可选择限流效果最好的高成本PTC电阻，也可以选择低成本线绕电阻。
经过实际测试，该方案中的线绕电阻选择10Ω/1W，价格低廉，效果不错；PTC则可采用10欧左右，200~300mA,耐压600V 的陶瓷或高分子热敏电阻。
TVS1/2/3选择根据芯片的工作电压与耐压决定，一般略高于芯片最高工作电压。
问：过压防护标准的依据是什么？
答：IEC61000-4-5，ITU-T K20/K21及国标GB9043均有关于雷击浪涌抗扰度测试标准。
其通信线路的最高测试标准为10/700us,4KV。
10/700us为通信线路中感应出的雷电压波形，表示从零值上升至峰值为时
间为10us，下降至峰值的一半为700us。
问：雷击过压防护的接地要求？
答：雷击浪涌防护除了需要选择优质的防护器件，进行良好的电路板设计，接地也是其最重要的要求。
一般防雷地都必要可靠的连接至大地，且接地电阻不能超过10欧。
可靠的接地可以大大提高防护效果，而不
良的接地也会大大消弱防护效果。
问：为了降低成本及体积，可不可以只采用一级防护？
答：不行。
能承受大能量雷击的器件（如RS485）不可能一次将雷击电压钳制到芯片可以承受的水平。
TVS 虽然可以将雷击电压一次钳制到芯片可以承受的水平，但是不能承受大的雷击能量，因此必须两级防护。
问：RS232，RS422的防护与RS485有何区别？
答：防护方法完全相同。
只是根据其工作电压的不同，精细保护器件TVS的电压参数应选择不同。
如RS232最大工作电压为15V，则TVS选择为P6KE18CA（18V），RS422最大工作电压为12V，则TVS选择为
P6KE15CA（15V）。