Overvoltage protection for RS232, RS422, RS485 signal lines

Ở Phần 1 đã giới thiệu tổng quan về các chuẩn truyền thông RS232, RS422, RS485 và tầm quan trọng trong kết nối thiết bị công nghiệp và dân dụng, việc bảo vệ chúng trước các nguy cơ từ sét và xung quá áp lan truyền là bước không thể thiếu. Hệ thống các thiết bị với các đặc điểm tín hiệu và cấu trúc mạng dễ bị tổn thương khi có tác động điện từ. Trong phần này, chúng tôi sẽ giới thiệu sự ảnh hưởng của giông sét và cách bảo vệ, từ thiết bị chống sét đến các biện pháp tiếp đất và cách lắp đặt tối ưu để hệ thống RS hoạt động ổn định và an toàn.

1. Tại sao cần bảo vệ đường tín hiệu RS?

1.1. Rủi ro từ sét và quá áp lan truyền

Các hệ thống truyền thông RS (RS232, RS422, RS485) thường được triển khai trong môi trường công nghiệp và thương mại, nơi có nhiều nguy cơ từ sét và nhiễu điện.

Những rủi ro phổ biến bao gồm:

• Sét đánh trực tiếp hoặc gần khu vực: Tạo ra xung điện áp cao trên dây dẫn tín hiệu.
• Quá áp lan truyền trên đường dây nguồn: Sự cố điện trong lưới điện hoặc từ các thiết bị công suất lớn gây ra xung đột biến điện áp trên đường truyền.
• Cảm ứng sét: Các dây dẫn tín hiệu dài (đặc biệt RS422 và RS485) dễ bị cảm ứng điện từ khi có sét đánh gần.

1.2. Hậu quả của xung điện áp lan truyền

• Hư hỏng thiết bị: Mạch giao tiếp và các thiết bị như PLC, cảm biến, hoặc máy tính bị phá hủy.
• Gián đoạn hoạt động: Hệ thống truyền thông bị ngắt quãng, dẫn đến ngừng sản xuất hoặc mất dữ liệu.
• Chi phí sửa chữa cao: Phải thay thế thiết bị và dây dẫn bị hư hỏng.
• Giảm tuổi thọ hệ thống: Sự tác động liên tục của xung sét và nhiễu điện có thể làm giảm hiệu suất thiết bị.

Xem thêm: Sét là gì, sét tác động như thế nào ?

2. Bảo vệ chống quá điện áp đường tín hiệu RS

Để bảo vệ hiệu quả các hệ thống truyền thông RS232, RS422, RS485, cần thực hiện chống sét lan truyền phù hợp. Dưới đây là các phương pháp chính:

2.1. Sử dụng thiết bị triệt xung điện áp phù hợp

Thiết bị triệt xung điện áp hay còn gọi là thiết bị chống sét đường tín hiệu (SPD), đây là là giải pháp chủ động để bảo vệ các đường tín hiệu truyền thông khỏi xung sét và quá áp lan truyền.

a. Nguyên lý hoạt động của SPD

• SPD hoạt động bằng cách chuyển hướng xung sét từ dây dẫn đến hệ thống tiếp đất, bảo vệ thiết bị khỏi xung điện áp cao.
• SPD được thiết kế để phản ứng nhanh (<1ns) nhằm hạn chế điện áp dư thừa trên đường truyền.

b. Tiêu chí chọn SPD cho chuẩn RS

Để chọn đúng SPD bảo vệ hệ thống RS, cần lưu ý các tiêu chí sau:

1. Điện áp hoạt động liên tục (Uc): SPD cần tương thích với điện áp tín hiệu của chuẩn RS.

• RS232: Điện áp ±15V.
• RS422: Điện áp ±6V.
• RS485: Điện áp ±5V.

2. Khả năng chịu dòng xung (Imax): SPD nên có khả năng chịu được dòng xung tối thiểu như sau để đảm bảo an toàn trong khu vực nhiễu cao

• Dòng cắt xung lan truyền (8/20µs): In 5kA, Imax 20kA
• Dòng cắt xung trực tiếp (10/350µs): Iimp 5kA

3. Tốc độ đáp ứng:

• SPD cần có tốc độ phản ứng nhanh (<1ns) để bảo vệ tín hiệu khỏi xung sét ngay lập tức.

4. Tần số và suy hao: SPD cần đáp ứng tần số cao và bị suy hao thấp để đảm bảo tốc độ truyền dữ liệu

• Đáp ứng tần số đến 3MHz,
• Mức suy hao dưới 1dB.

5. Sự tiện dụng:

• Dễ lắp đặt và đấu nối trong các tủ điều khiển
• Có thể thay thế dễ dàng mà không cần tháo dây

c. Vị trí lắp đặt SPD

SPD nên được lắp tại các điểm giao tiếp chính, bao gồm:

• Cổng kết nối tín hiệu RS: Đầu vào/ra của thiết bị giao tiếp như PLC, máy tính, hoặc cảm biến.
• Tủ điện hoặc trung tâm điều khiển: Lắp SPD ngay trên các cổng tín hiệu của tủ để bảo vệ toàn bộ thiết bị bên trong.

2.2. Đảm bảo hệ thống tiếp đất hiệu quả

SPD chỉ hoạt động hiệu quả khi được kết nối với hệ thống tiếp đất đạt tiêu chuẩn.
Yêu cầu kỹ thuật:

• Điện trở tiếp đất phải thấp (≤8Ω).
• Hệ thống tiếp đất phải được kiểm tra định kỳ để đảm bảo hiệu quả.

2.3. Sử dụng bộ cách ly tín hiệu

Bộ cách ly tín hiệu (Signal Isolator) giúp ngăn cách điện giữa thiết bị truyền và nhận, giảm thiểu tác động của xung sét lan truyền. Ứng dụng: Được sử dụng trong các hệ thống RS422 và RS485, nơi có nhiều thiết bị kết nối.

2.4. Bố trí đường dây hợp lý

Nguyên tắc:

• Dây tín hiệu phải cách xa dây nguồn để tránh nhiễu cảm ứng.
• Tránh đi dây song song với các thiết bị công suất lớn.

2.5. Các thiết bị chống sét phù hợp

Bảng tổng hợp sau là các thiết bị chống sét đường dữ liệu được sử dụng phổ biến vì chất lượng tốt, hiệu suất cao, đáp ứng và tương thích hoàn toàn với các chuẩn tín hiệu RS, người dùng chỉ cần lựa chọn các model phù hợp với kiểu đấu nối, dòng và điện áp hoạt động với hệ thống thiết bị đang sử dụng.

3. Lợi ích khi lắp đặt chống sét cho hệ thống RS

• Bảo vệ thiết bị: Ngăn ngừa hư hỏng do sét và quá áp, giúp tăng tuổi thọ thiết bị.
• Giảm thời gian gián đoạn: Đảm bảo hệ thống truyền thông hoạt động liên tục, ổn định.
• Tiết kiệm chi phí: Giảm chi phí sửa chữa và thay thế thiết bị.
• An toàn cho người vận hành: Loại bỏ rủi ro do điện áp cao ảnh hưởng đến con người.

4. Kết luận

Hệ thống RS232, RS422, và RS485 đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp và tự động hóa. Tuy nhiên, chúng cũng dễ bị tổn thương trước các nguy cơ từ sét và xung điện áp. Việc lắp đặt các hệ thống chống sét lan truyền để bảo vệ chống quá điện áp đường tín hiệu RS không chỉ bảo vệ thiết bị mà còn đảm bảo hệ thống hoạt động bền bỉ và hiệu quả.

Hãy liên hệ với công ty chống sét để được tư vấn giải pháp phù hợp, bảo vệ tối ưu cho hệ thống thiết bị tự động của bạn!

Tham khảo bài liên quan:

• Tổng quan về Tín hiệu, Chuẩn Truyền thông
• Chuẩn truyền thông RS232, RS422, RS485 là gì?
• Bảo vệ chống sét đường tín hiệu RS232, RS422, RS485
• Chuẩn truyền thông Fipway là gì?
• Tín hiệu 4-20mA là gì?
• So sánh các thiết bị bảo vệ cho các đường truyền tín hiệu