楊家供電局485方式低壓集抄試點(diǎn)技術(shù)研究.doc

楊家供電局485方式低壓集抄試點(diǎn)技術(shù)研究1.研究目的和意義根據(jù)“SG186”的總體部署要求，以及對電力用戶用電信息系統(tǒng)的研究和實(shí)施方案，國家電網(wǎng)公司確定了抄表系統(tǒng)本地采集信道采用全載波和半載波通信方式（RS-485+載波），2009年國家電網(wǎng)公司將針對這兩種抄表技術(shù)在重慶市電力公司進(jìn)行低壓集中抄表系統(tǒng)試點(diǎn)，其中選定楊家坪供電局做為半載波通信方式（RS-485+載波）試點(diǎn)單位。半載波通信方式是將載波與RS-485通信方式相結(jié)合的方式，綜合利用這兩種通信方式的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成一種通信距離遠(yuǎn)、通信可靠性高的綜合通信方式，具有先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)點(diǎn)。鑒于這種通信方式將會被推廣使用，需要對該種通信方式進(jìn)行詳盡的分析和細(xì)致的研究。為后面施工規(guī)范、選材標(biāo)準(zhǔn)的編寫提供參考依據(jù)。因此，我們首先對RS-485通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和當(dāng)前現(xiàn)場電能表安裝情況進(jìn)行了分析，其次對RS-485通信方式的適用范圍、布線方式、電源方式、保護(hù)措施、通信性能、材料技術(shù)等六個方面進(jìn)行了技術(shù)研究，有針對性的提出了建設(shè)意見，從而有效指導(dǎo)試點(diǎn)工程的實(shí)施。2. RS- 485方式低壓集抄試點(diǎn)技術(shù)研究2.1現(xiàn)狀分析2.1.1RS-485通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀RS-485通信方式是專線通信方式的代表，目前，這種通信方式被廣泛應(yīng)用于各種適合有線通信的場合，國內(nèi)很多集中抄表系統(tǒng)采用的都是這種傳輸方式。采集終端通過每塊表與采集終端之間的專用導(dǎo)線接收電能表電能數(shù)據(jù)，按一定的規(guī)約打包后，再將數(shù)據(jù)經(jīng)專線傳給集中器加工儲存，然后由集中器傳輸給主站計(jì)算機(jī)。RS-485是CCITTT標(biāo)準(zhǔn)化V.11/X.27兼容的平衡式電氣特性標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)采用集成電路，在一對平衡的互連電纜上傳送差分信號，在接收端用差分接收器進(jìn)行信號判決。這種接口具有抑制共模干擾的能力，因此抗干擾性能好，信號發(fā)送頻率最高可達(dá)10MHz。在使用雙絞線，信號速率小于100kbps時，傳輸距離可達(dá)1200m。RS-485接口在一個通道上可進(jìn)行半雙工通信，所以只需要兩根線便可雙向通信，并可方便地構(gòu)成一點(diǎn)對多點(diǎn)或多點(diǎn)之間的相互通信網(wǎng)絡(luò)。一般使用雙絞線作為網(wǎng)絡(luò)總線，總線上掛接的節(jié)點(diǎn)個數(shù)因選用的接口驅(qū)動芯片而已，最多可接128個節(jié)點(diǎn)。2.1.2楊家坪局一戶一表安裝現(xiàn)狀 楊家坪供電局目前低壓一戶一表的安裝主要有7種典型模式，分別是高層樓房、小高層（含還建房）、花園洋房、獨(dú)棟別墅、零散的商鋪及門面、廠電分離的陳舊居民區(qū)（樓房）、廠電分離中的零星散戶。主要以分層集中裝表模式為主，集中裝表和零散裝表次子。下面是每種安裝模式的具體情況：（1）高層樓房 樓層在13層及以上，電能表分層集中安裝在強(qiáng)電井內(nèi)，每層安裝電能表數(shù)量為6至16只（少量分布特殊的樓房每層達(dá)到20只左右）。樓房電源從配電房通過電纜直供，由于用電負(fù)荷量很大并且分布區(qū)域集中，進(jìn)線電纜數(shù)量在2回及以上，每回電纜的首端設(shè)置斷路器，供電戶數(shù)根據(jù)負(fù)荷和戶型選擇。電源進(jìn)線采用預(yù)分支電纜，用支架固定，在強(qiáng)電井內(nèi)布線， 通過分流線夾進(jìn)電表。如圖1所示。圖1 高層樓房電能表安裝布置示意圖（2）小高層（含還建房）樓層在6至12層，電能表分層集中安裝在強(qiáng)電井內(nèi)，每層安裝電能表數(shù)量為2至6戶。樓房電源從配電房通過一回電纜直供，在電纜的首端設(shè)置斷路器，一般安裝在1樓。電源進(jìn)線如果現(xiàn)場有電纜溝，采用VV22鎧裝電纜，用線夾固定；沒有電纜溝，則采用預(yù)分支電纜，通過橋架走線。電纜在強(qiáng)電井內(nèi)布線，通過分流線夾進(jìn)電表。（3）花園洋房樓層在3至5層，電能表分層集中安裝在強(qiáng)電井內(nèi)，或安裝在底層的電表間內(nèi)，每層安裝電能表數(shù)量為2戶。樓房的每個單元從配電房通過一回電纜直供。在電纜的首端設(shè)置斷路器，一般安裝在1樓。電源進(jìn)線一般由電纜溝引入，采用VV22鎧裝電纜，用線夾固定。電纜在強(qiáng)電井或電表間內(nèi)布線，通過分流線夾進(jìn)電表。（4） 獨(dú)棟別墅用戶分布為1樓1戶，電能表分戶安裝，一般安裝三相電能表，每戶設(shè)一個安裝點(diǎn)。電源從配電房經(jīng)分支箱供入，分支箱和電能表前各設(shè)有一個斷路器。電源進(jìn)線一般由電纜溝引入，采用VV22鎧裝電纜，用線夾固定。（如圖2所示）圖2獨(dú)棟別墅電能表安裝布置示意圖（5）零散的商鋪及門面電表分戶安裝在門前，或集中選點(diǎn)安裝。電源由配電房直供，斷路器設(shè)在配電房。電源進(jìn)線一般通過橋架布線，使用絕緣線。（如圖3所示） 圖3零散的商鋪及門面電能表安裝布置示意圖（注：上圖中藍(lán)色邊框?yàn)闃蚣芑蚓€槽）（6）廠電分離的陳舊居民區(qū)（樓房）樓層在4至8層，電能表分層集中安裝在樓梯間，每層安裝電能表數(shù)量為2至6戶。電源由變壓器直供，或由變壓器經(jīng)分支箱供入，斷路器設(shè)在每個單元的底樓。電源進(jìn)線一般采用架空方式，通過電桿架線，使用絕緣線進(jìn)入每個單元，樓層采用槽板布線。（如圖4、5所示）圖4廠電分離的陳舊居民區(qū)電能表安裝布置示意圖圖5廠電分離的陳舊居民區(qū)電能表安裝布置示意圖（7）廠電分離中的零星散戶電表分戶安裝在門前，或集中選點(diǎn)安裝。電源由變壓器直供，或由變壓器經(jīng)分支箱供入。分戶安裝不設(shè)斷路器，集中安裝設(shè)在表計(jì)安裝地點(diǎn)。電源進(jìn)線使用絕緣線，通過槽板布線。2.1.2小結(jié) 結(jié)合目前楊家坪供電局一戶一表的安裝模式，對高層樓房、小高層（含還建房）、花園洋房、廠電分離的陳舊居民區(qū)（樓房），適宜進(jìn)行RS-485布線，可以通過布線方案的合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)RS-485低壓集中抄表。2.2 RS-485適應(yīng)范圍研究隨著自動抄表技術(shù)的發(fā)展，抄表系統(tǒng)的通信方式可分為有線通信方式和無線通信方式兩種，電力線載波和RS-485因其各自獨(dú)有的優(yōu)勢，已成為有線通信方式的典型。2.2.1載波通信方式特點(diǎn)電力線載波通信(Power Line Communication)技術(shù)簡稱為PLC技術(shù)，出現(xiàn)于20世紀(jì)20年代初期，最早被應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度。低壓電力線載波通信是指利用已有的低壓配電網(wǎng)作為傳輸媒介，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換的一種通信手段。應(yīng)用電力線通信方式發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送器將數(shù)據(jù)調(diào)制到一個高頻載波上，再經(jīng)過功率放大后通過耦合電路耦合到電力上。電力線載波因其利用電力線，具有很多其他通信方式不可比擬的特點(diǎn)：（1）優(yōu)點(diǎn)：施工難度?。河捎跓o需另外布線，其載波電能表的安裝方式與普通電能表完全一致，施工簡單；覆蓋范圍廣：民用電力線是世界上最普及的網(wǎng)絡(luò)，這是電話和有線電視都不能比擬的優(yōu)勢，PLC可以輕松的滲透到每個家庭；永遠(yuǎn)在線：以電力線作為通信信道，可以靈活的實(shí)現(xiàn)“即插即用”，不用繁瑣的撥號過程，接入電源就等于接入了網(wǎng)絡(luò)，只要插上電源就永遠(yuǎn)在線；安全性高：信號傳輸與電力傳輸共用信道，電力線的高安全性，也保障了信號傳輸信道的安全性，不易遭到破壞；維護(hù)量低：系統(tǒng)故障主要集中于電表和集中器，一般與線路無關(guān)，因此故障解決簡單，維護(hù)量低；用戶易接受：在實(shí)現(xiàn)自動采集過程中，沒有增加其他設(shè)備，在進(jìn)行換表時，容易得到用戶的理解和支持；發(fā)展前景好：健全的電力線網(wǎng)絡(luò)，為現(xiàn)代家庭智能化和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供廣闊的發(fā)展空間。（2）缺點(diǎn)通信不穩(wěn)定：由于電力線上各種噪聲信號的存在，以及配電臺區(qū)阻抗變化復(fù)雜等問題，造成電力線載波通信不穩(wěn)定；同類產(chǎn)品互通互換性低：載波通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)形式多樣，可采用FSK、PSK等多種調(diào)制方式，不易實(shí)現(xiàn)互通互換；通信速率低：通信速率最高也只能達(dá)到幾k；載波信號對電網(wǎng)污染：載波信號的調(diào)制頻率集中在5k500之間，載波信號對電力線也是一種噪聲污染。2.2.2 RS-485通信方式特點(diǎn)RS-485通信方式作為一種使用廣泛的有線通信方式，具有通信可靠性高、通信距離短等較明顯的特點(diǎn)：（1）優(yōu)點(diǎn)：傳輸速率高：最高可達(dá)10Mbps；通信可靠性高：由于是有線通信，通信穩(wěn)定可靠，通信成功率高；較好的抗干擾性：具有抑制共模干擾的能力，因此抗干擾性能好。（2）缺點(diǎn)：需要重新布線：，由于是有線通信方式，需要專門布線，帶來一定的施工量；傳輸距離較近：理論上可達(dá)1200m，但實(shí)際應(yīng)用，由于衰減的原因，通信距離更短；易遭受破壞：一旦暴露于外面，被破壞的可能性大，比如易被人為破壞等；線纜較細(xì)，不適合架空和入地，即不適合做大樓之間的通信；易遭受雷擊，如果進(jìn)行長距離通信，容易雷擊。2.2.3 RS-485通信方式選取原則通過上面對載波通信和RS-485通信方式的特點(diǎn)分析，不難看出，這兩種通信方式互有利弊，這也決定了這兩種方式在使用中，會有不同的適用場合：（1） 使用載波通信方式，現(xiàn)場具備的特點(diǎn)：現(xiàn)場裝表情況：現(xiàn)場表計(jì)安裝較分散；臺區(qū)半徑大：臺區(qū)內(nèi)的電力用戶較分散；小區(qū)電力布線裝表不規(guī)范。（2）使用RS-485通信方式，現(xiàn)場具備的特點(diǎn)：現(xiàn)場裝表情況：集中裝表，多用戶分樓層集中裝表，或單元集中裝表，集中裝表數(shù)量較多；臺區(qū)供電半徑?。号_區(qū)的供電半徑能夠限制在載波點(diǎn)對點(diǎn)通信距離內(nèi)，保證每個單獨(dú)的采集器都能與集中器進(jìn)行通信；小區(qū)電力建設(shè)規(guī)范。2.2.4 小結(jié)對于這兩種自動抄表通信方式，利用RS-485半載波通信方式和全載波通信方式，都有不同的適用小區(qū)，建議：（1）載波通信方式適用于建設(shè)年代比較早，及大部分的城鄉(xiāng)結(jié)合部用電小區(qū)。這部分小區(qū)，電能表安裝不規(guī)范，安裝位置較分散，可利用全載波方式實(shí)現(xiàn)用電信息采集。（2）RS-485通信方式適用于新建的規(guī)范住宅小區(qū)，或即將建設(shè)的城區(qū)住宅小區(qū)。這部分小區(qū)，每層樓集中裝表，每層電力用戶在8戶左右，可采用一層樓或多層樓共用一個采集器的系統(tǒng)建設(shè)方式。以上兩種方式，在某些場合下也可混合使用以達(dá)到完全采集的目的。2.3布線方式研究2.3.1布線方式介紹隨著實(shí)際工程對RS-485的需要，RS-485通信不斷豐富著自身的布線方式，目前，可應(yīng)用于低壓電力抄表系統(tǒng)的布線方式主要有兩種：1、RS-485手拉手接線方式RS-485手拉手接線方式，是比較常用的一種RS-485通信方式。該接線方式是將各RS-485通信模塊的A、B兩端分別利用線纜相互連接起來，并在兩線纜的一端與采集終端的RS-485通信模塊相連。具體接線示意圖如圖1所示： 圖1 RS-485手拉手接線方式示意圖2、星形連接實(shí)現(xiàn)方式每一只電能表出一對485線到采集器或分線箱，分線箱實(shí)現(xiàn)方式是在借鑒了互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，將多對RS-485線的轉(zhuǎn)換為一對RS-485線的技術(shù)。該技術(shù)利用分線箱將電能表與采集器隔離開，并使采集器的接線變得簡單。接線示意圖如圖2所示：圖2 RS-485分線箱實(shí)現(xiàn)方式示意圖2.3.2 各種布線方式的特點(diǎn)兩種布線方式，除了具有前面提到的各種特點(diǎn)之外，兩者比較起來，還具有以下特點(diǎn)：1、RS-485手拉手接線方式的特點(diǎn)：（1）RS-485線耗材少，鋪設(shè)成本低；（2）連接到上層設(shè)備的線纜少，易施工；（3）故障點(diǎn)定位，對線路中的短路、斷路，容易分析查找故障點(diǎn)；（4）無需其他轉(zhuǎn)換設(shè)備，前期投資成本低；（5）不易設(shè)置防雷措施。2、分線箱實(shí)現(xiàn)方式的特點(diǎn)：（1）分線箱具有防雷功能，具有更多一層的防護(hù)措施；（2）易于隔離RS-485線路故障，各設(shè)備的逐對RS-485線分別獨(dú)立；（3）施工量大，485線路多，如需穿管，使用管道多；（4）成本較高，在使用同樣數(shù)量的采集器的情況下，需要增加一層設(shè)備。2.3.3布線方式選取原則在上述場合中，由于RS-485這兩種布線方式的特點(diǎn)，也有其適用場合：1、RS-485手拉手接線方式：（1）鋪設(shè)線路過長，如RS-485線跨多樓層進(jìn)行通信的安裝環(huán)境；（2）表計(jì)安裝比較分散，但通信距離不會太長的安裝環(huán)境。2、利用分線箱實(shí)現(xiàn)方式：（1）電能表分層安裝；（2）鋪設(shè)線路僅在幾層之間，鋪設(shè)線路較短。2.3.4小結(jié)對于RS-485半載波通信方式的這兩種布線方式，提出以下建議：（1）RS-485手拉手通信方式適用于集中裝表，但表計(jì)安裝數(shù)量較少，以及通信距離較遠(yuǎn)的場合。（2）分線箱通信方式適用于集中裝表，表計(jì)數(shù)量較大，以及一些易遭受雷擊的場合。以上RS-485的通信方式適用場合，僅為推薦使用，在選擇布線方式時，要分析現(xiàn)場的安裝環(huán)境，合理、靈活地選擇布線方式，也可采用兩種布線方式混合使用的方法。2.4電源方式選擇2.4.1 表前就近取用電源 分線箱、采集器電源在表前進(jìn)線預(yù)設(shè)的獨(dú)立二分流接取，借用現(xiàn)有的電力線，不需另外進(jìn)行線路鋪設(shè)。但如果分線箱、采集器和所接入的電能表不是使用的同一個電源進(jìn)線，各個電源進(jìn)線分別出現(xiàn)停電的情況時，會使抄表采集工作發(fā)生故障。2.4.2 在主干線上取用電源 分線箱、采集器電源在主干線上接取，借用現(xiàn)有的電力線，不需另外進(jìn)行線路鋪設(shè)。但如果分線箱、采集器和所接入的電能表不是使用的同一個主干電源線，各個主干線分別出現(xiàn)停電的情況時，會使抄表采集工作發(fā)生故障。另外，接取時也會破外干線絕緣。2.4.3鋪設(shè)專線提供電源 從電源總控制點(diǎn)單獨(dú)放線到各分線箱和采集器。此方法須重新放線，費(fèi)用高；線路需要維護(hù)，增加了維護(hù)工作量，但可運(yùn)行靠率高。2.4.4 結(jié)論 表前就近取用電源易于施工維護(hù)，費(fèi)用較低，不需破壞線路絕緣。發(fā)生停電故障后雖然對抄表采集工作會產(chǎn)生影響，但能夠在短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)并解決，建議采用這一方式。2.5保護(hù)措施研究2.5.1 接地：根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)卷GB5016992（電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范）第2.1.1條要求： 電氣裝置的下列金屬部分，均應(yīng)接地或接零： 一、電機(jī)、變壓器、電器、攜帶式或移動式用電器具等的金屬底座和外殼。 二、電氣設(shè)備的傳動裝置。 三、屋內(nèi)外配電裝置的金屬或鋼筋混凝土構(gòu)架以及靠近帶電部分的金屬遮欄和金屬門。 四、配電、控制、保護(hù)用的屏(柜、箱)及操作臺等的金屬框架和底座。 五、交、直流電力電纜的接頭盒、終端頭和膨脹器的金屬外殼和電纜的金屬護(hù)層、可觸及的電纜金屬保護(hù)管和穿線的鋼管。 六、電纜橋架、支架和井架。 七、裝有避雷線的電力線路桿塔。 八、裝在配電線路桿上的電力設(shè)備。 九、在非瀝青地面的居民區(qū)內(nèi)，無避雷線的小接地電流架空電力線路的金屬桿塔和鋼筋混凝土桿塔。 十、電除塵器的構(gòu)架。 十一、封閉母線的外殼及其他裸露的金屬部分。 十二、六氟化硫封閉式組合電器和箱式變電站的金屬箱體。 十三、電熱設(shè)備的金屬外殼。 十四、控制電纜的金屬護(hù)層。2.5.2 接地裝置的選擇：根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)卷GB5016992（電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范）第2.2.1條 交流電氣設(shè)備的接地可以利用下列自然接地體： 一、埋設(shè)在地下的金屬管道，但不包括有可燃或有爆炸物質(zhì)的管道。 二、金屬井管。 三、與大地有可靠連接的建筑物的金屬結(jié)構(gòu)。 四、水工構(gòu)筑物及其類似的構(gòu)筑物的金屬管、樁。 第2.2.2條 交流電氣設(shè)備的接地線可利用下列接地體接地： 一、建筑物的金屬結(jié)構(gòu)(梁、柱等)及設(shè)計(jì)規(guī)定的混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋。 二、生產(chǎn)用的起重機(jī)的軌道、配電裝置的外殼、走廊、平臺、電梯豎井、起重機(jī)與升降機(jī)的構(gòu)架、運(yùn)輸皮帶的鋼梁、電除塵器的構(gòu)架等金屬結(jié)構(gòu)。 三、配線的鋼管。根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)卷GB5016992（電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范）關(guān)于電氣設(shè)備的接地的要求：第2.6.1條 攜帶式電氣設(shè)備應(yīng)用專用芯線接地，嚴(yán)禁利用其他用電設(shè)備的零線接地；零線和接地線應(yīng)分別與接地裝置相連接。 第2.6.2條 攜帶式電氣設(shè)備的接地線應(yīng)采用軟銅絞線，其截面不小于1.5mm2。 第2.6.3條 由固定的電源或由移動式發(fā)電設(shè)備供電的移動式機(jī)械的金屬外殼或底座，應(yīng)和這些供電電源的接地裝置有金屬的連接；在中性點(diǎn)不接地的電網(wǎng)中，可在移動式機(jī)械附近裝設(shè)接地裝置，以代替敷設(shè)接地線，并應(yīng)首先利用附近的自然 接地體。 2.5.3防雷：RS-485的抗雷擊技術(shù)：由于重慶電網(wǎng)地處雷電多發(fā)地區(qū)，每年春夏之初尤甚，雖然客戶現(xiàn)場都有比較完善的防雷系統(tǒng)，雷電直擊計(jì)量及采集設(shè)備可能性不大，但通過通信線路或電磁感應(yīng)還是有可能造成設(shè)備RS-485通信口的損壞，造成客戶數(shù)據(jù)失控甚至大面積表計(jì)RS485口損壞，使監(jiān)控中心失去對設(shè)備的監(jiān)視和控制，并會造成對用戶的大面積換表工作，增加對客戶服務(wù)工作的難度。在采用雙絞線作傳輸線構(gòu)成RS-485總線網(wǎng)絡(luò)中，常因雷電瞬變干擾而損壞器件。我們建議采用一種半導(dǎo)體類氣體防雷管構(gòu)見的兩級防雷電路，實(shí)現(xiàn)對RS485接口的防雷擊和過壓保護(hù)。 隨著數(shù)字通訊技術(shù)的發(fā)展，一個系統(tǒng)往往由多個需要相互通訊的終端組成。例如自動抄表系統(tǒng)存在多站、遠(yuǎn)距離通信的問題。在要求通信距離為幾十米到上千米時，由于RS-485總線僅需用一對雙絞線即可實(shí)現(xiàn)多站聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系 統(tǒng)，且設(shè)備簡單、價格低廉，故在工程項(xiàng)目中獲得廣泛的應(yīng)用。 RS-485收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端，驅(qū)動器將TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號輸出；在接收端，接收器將差分信號轉(zhuǎn)換成TTL電平， 因此具有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有高的靈敏度，能檢測低達(dá)200mV的電壓，使傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。根據(jù)RS-485標(biāo)準(zhǔn)，RS- 485收發(fā)器的最大傳輸速率為10Mbps ，最大電纜長度為4000英尺，總線上能連接32個收發(fā)器（Sipex公司的SP485R允許在一條總線上連 接400個收發(fā)器），廣泛適用于遠(yuǎn)距離、多站式、分時通訊系統(tǒng)。 在構(gòu)成RS-485總線網(wǎng)時，采用雙絞線作傳輸線，傳輸線一般在室外架空或沿電纜溝敷設(shè),所以，在雷雨季節(jié)常發(fā)生因雷電在傳輸線上引起的瞬變干擾而損 壞器件，再者由于RS-485的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话悴捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，即通常采用一條總線將各個節(jié)點(diǎn)串接起來，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)，因此，雷電的引發(fā) 的瞬變往往導(dǎo)致傳輸線上的多個RS-485收發(fā)器損壞，故防雷措施是RS-485技術(shù)實(shí)際使用中必須考慮的問題，也是提高系統(tǒng)可靠性一個十分重要的措施。 RS-485接收器差分輸入端對“地”的共模電壓允許-7+12V，超過此范圍的過壓瞬變就可能損壞器件，引起過壓瞬變的來源通常是雷電、靜電放 電、電源系統(tǒng)開關(guān)干擾等，例如人體接觸芯片的引腳而產(chǎn)生靜電放電，其電壓可以高達(dá)數(shù)十千伏，可使在工作中的器件產(chǎn)生閉鎖而不能運(yùn)行或使器件受損；而感應(yīng)雷 在RS-485傳輸線上引起的瞬變干擾，其能量更可在瞬間燒毀聯(lián)結(jié)傳輸線上的全部器件！ 目前市場上已經(jīng)有一些RS485芯片，通過在內(nèi)部集成TVS（TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR,瞬變電壓抑制二極管）的辦 法防過壓瞬變。TVS的作用原理是當(dāng)管子兩端經(jīng)受瞬態(tài)能量沖擊時，能極快地將其兩端的阻抗降低，通過將能量吸收掉從而把其兩端間的電壓箝制在其標(biāo)稱值上， 保護(hù)后端的元件。受半導(dǎo)體工藝限制，集成到RS-485芯片上的TVS很難做到大功率，在雷擊到來時，瞬態(tài)能量可以損壞內(nèi)置的TVS；同時，瞬態(tài)電流產(chǎn)生 的強(qiáng)磁場會使近距離的其他電路上感應(yīng)出高電壓，即形成所謂的反擊，造成電路損壞。RS485芯片上集成TVS的主要功能是為了消除靜電（不少廠商的規(guī)格書 上已有詳細(xì)介紹），而無法防雷擊浪涌。 通訊線路的雷擊模擬測試，現(xiàn)普遍采用的是國際電聯(lián)ITU-T K20（局端使用）和ITU-T K21（用戶端使用）標(biāo)準(zhǔn)，測試方法為 10/700uS;1KV和10/700uS;4KV，正反向各打5次?，F(xiàn)有用戶在測試時使用國際電工IEC61000-4-5 LEVEL4的 1.2 /50;2KV標(biāo)準(zhǔn)，該測試方法一般用來考核電源類端口，但完全不適用于通訊線路的雷擊模擬測試標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)證明，能通過該條件的內(nèi)置了TVS的RS485 芯片在使用10/700uS;1KV條件進(jìn)行測試時，第一次模擬雷擊后就已經(jīng)失效！GB 3482-83電子設(shè)備雷擊試驗(yàn)方法和GB 3483-83 電子設(shè)備雷擊試驗(yàn)導(dǎo)則中均有相應(yīng)的規(guī)定，對RS485通訊接口而言，應(yīng)按與電纜相連的電子設(shè)備來考慮，應(yīng)該選用10/700uS;4KV標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行雷 擊模擬測試。 對于通訊線路的來說，合理防護(hù)的基礎(chǔ)是正確選用器件。傳統(tǒng)的氣體或陶瓷放電管雖然耐流量大，但是其反應(yīng)速度慢，箝位電壓高（約為800V左右）。而壓 敏電阻的吸收性能較差，寄生電容大，且低電壓的壓敏電阻漏流大，也不適合用于RS485接口保護(hù)。半導(dǎo)體類的防雷過壓器件（Sidactor和TVS）雖 然反應(yīng)速度極快，但如前所述其耐受能量不足，難以獨(dú)立承擔(dān)整個線路的保護(hù)。目前， TED-485半導(dǎo)體類氣體防雷管具有反應(yīng)速度快，寄生電容小 （ 300A10/700uS）等特性，特別適合用于RS485接口的初級防護(hù)。 因而我們的建議是使用TED-485防雷管為基礎(chǔ)，構(gòu)建初級和次級的兩級防雷電路，可以實(shí)現(xiàn)對RS485接口的整體防雷擊和過壓保護(hù)。2.5.4 集抄系統(tǒng)RS-485通信防雷方案2.5.4.1 防雷產(chǎn)品選擇目前市場上技術(shù)比較成熟的產(chǎn)品主要有:網(wǎng)絡(luò)避雷器和信號避雷器，主要防護(hù)原理是采用了浪涌抑制器，而浪涌抑制器件主要有氣體放電管、雪崩二極管、固體放電管、氧化鋅壓敏電阻等組成，結(jié)合低壓集抄系統(tǒng)RS-485通信口的電氣參數(shù)和現(xiàn)場實(shí)際，我們考慮在RS-485總線設(shè)置避雷器，同時考慮到每個保護(hù)測控裝置都有遭受雷擊浪涌的可能，因此，我們在表計(jì)的RS-485出口和采集裝置入口均選擇加裝。網(wǎng)絡(luò)和信息避雷器是防感應(yīng)雷的有效措施之一，也是一種比較先進(jìn)的保護(hù)方法，它不僅適用于雷電過電壓保護(hù)，而且可以對工頻過電壓、操作過電壓、諧振過電電壓進(jìn)行擇制。2.5.5 防小動物：配電房的防小動物措施，重點(diǎn)在于封堵電纜溝進(jìn)出線孔洞、配電柜電纜出入口等老鼠和小動物容易進(jìn)入的薄弱點(diǎn)，配電房門窗加裝金屬窗紗（紗孔孔徑建議小于10 mm），配電房進(jìn)出門加裝0.8 m高的防鼠閘。電纜溝或電纜槽的蓋板應(yīng)有電力電纜及高壓危險的警告標(biāo)志，對臨近建筑工地、可能受到擠壓塌方的溝井，除了豎立警示牌，向工地負(fù)責(zé)人發(fā)出警告書外，還應(yīng)加強(qiáng)巡視工作，發(fā)現(xiàn)隱患及時消除。針對線纜應(yīng)在施放過程中全程套穿PVC保護(hù)管。2.6 RS-485通信性能研究2.6.1 RS-485通信性能（1）通信距離RS-485通信方式，在使用雙絞線并且信號速率小于100kps時，傳輸距離可達(dá)1200m。由于RS-485通信是采用總線式，每個需要通信的接點(diǎn)都必須與總線的總節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信，普通RS-485通信模塊無中繼功能。比如，在一個總線上安裝有若干個電能表和一個采集器，此總線上的任一個電能表與采集器的通信距離都不應(yīng)超過1200m。下表為通訊距離與負(fù)載數(shù)量以及傳輸電纜線徑的關(guān)系：通訊距離設(shè)備數(shù)量通訊線規(guī)格1-400m1 - 32 臺0.5mm2400-800m1 - 16 臺0.5mm2400-800m17 - 32 臺0.75mm2800-1200m1 - 8 臺0.5mm2800-1200m9 - 21 臺0.75mm2800-1200m22 - 32臺1.0mm2RS-485的通信距離除了受線路上的負(fù)載多少、傳輸電纜線徑的限制外，還會受到線路傳輸環(huán)境影響：在通信電纜中的信號反射：在通信過程中，有兩種原因?qū)е滦盘柗瓷洌鹤杩共贿B續(xù)和阻抗不匹配。阻抗不連續(xù)，信號在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有，信號在這個地方就會引起反射；引起信號反射的另一個原因是數(shù)據(jù)收發(fā)器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配，這種原因引起的反射，主要表現(xiàn)在通訊線路處在空閑方式時，整個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)混亂。信號反射對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，歸根結(jié)底是因?yàn)榉瓷湫盘栍|發(fā)了接收器輸入端的比較器，使接收器收到了錯誤的信號，導(dǎo)致CRC校驗(yàn)錯誤或整個數(shù)據(jù)幀錯誤。在通訊電纜中的信號衰減：一條傳輸電纜可以把它看作由分布電容、分布電感和電阻聯(lián)合組成的等效電路，電纜的分布電容C主要是由雙絞線的兩條平行導(dǎo)線產(chǎn)生。導(dǎo)線的電阻在這里對信號的影響很小，可以忽略不計(jì)。信號的損失主要是由于電纜的分布電容和分布電感組成的LC低通濾波器。PROFIBUS用的LAN標(biāo)準(zhǔn)型二芯電纜，在不同波特率時的衰減系數(shù)如下表所示：電纜的衰減系數(shù)通訊波特率16MHz4MHz38.4kHz9.6kHz衰減系數(shù)1km42dB22dB4dB2.5dB影響通訊性能的第三個因素是純阻性負(fù)載也叫直流負(fù)載的大小。這里指的純阻性負(fù)載主要是由終端電阻、偏置電阻和RS-485收發(fā)器三者構(gòu)成。這些電阻的串、并聯(lián)會造成RS-485的驅(qū)動能力降低。（2）防干擾性能RS-485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。極大地降低了RS-485在通訊過程中的誤碼率，保證了通信可靠性和成功率。由于RS-485通訊線采用了帶有屏蔽層的雙絞線，有效地抑制了空間電磁信號對RS-485通信的影響。此外，RS-485通訊方式在進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸時，容易遭受感應(yīng)雷，使線路上產(chǎn)生瞬時過電流從而將線路破壞，因此十分有必要采取一定的防雷措施。（3）通道容量總線上掛接的節(jié)點(diǎn)個數(shù)因選用的接口驅(qū)動芯片而已，最多可接128個節(jié)點(diǎn)。RS-485選擇原則通訊距離由于受到諸多因素的限制，應(yīng)控制在200m以內(nèi)，不建議跨多樓層進(jìn)行長距離通信。鑒于RS-485良好的通信抗干擾性能，無須擔(dān)心RS-485的使用電磁環(huán)境，但要注意通信線的