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配合智慧電網環境需求晶焱發表具高度安全性及可靠性的RS485傳收器2012/04/17

晶焱科技 設計研發部 曾當貴經理

在現代的智慧電網中,RS485網路已成為最重要的資料傳輸接口,但因為該網路一般都在戶外架設,使得其容易受到雷擊及其他靜電干擾因素,而導致大量智慧電表設備的損壞。為了提高智慧電網系統的可靠性與安全性,晶焱科技本著在ESD(防靜電干擾)領域多年所累積的研發經驗,推出具有產業中抗雷擊保護力最強,高達+-30A的AZRS3082 RS485傳收器。而除了SURGE之外,該產品在HRM、IEC-61000-4-2 Air、MM及CDM…等項目上亦有領先同業的表現。

可整合發電、輸電、配電及用戶端電力網路的智慧電網(Smart Grid),由於其具備降低用電量及提升使用端能源效率的特性,現已被美國、歐盟、日本、韓國、中國大陸…等國家納入其節能減碳的主要政策中。晶焱科技研發部專案經理曾當貴表示,歐美地區將在2020年之前全面換裝智慧電表,而根據摩根史坦利的預估,全球智慧電網市場規模在2010年將達200億元,智慧電表裝置達1億具,到月2030年時,將可成長至1,000億美元以上的規模。

而在台灣,根據今年6月份甫獲行政院核定而正式啟動的「智慧型電表基礎建設推動方案(Advanced Metering Infrastructure, AMI)」佈建計畫顯示,能源局除先於9月份在台北及新竹兩地換裝300戶家庭智慧電表,做為低壓AMI的示範性系統外,之後台電預計會在民國101年底時完成1萬戶的安裝,以進行技術可行性及時間電價的評估,並做為其後續全面擴大佈建時的參考。

雖然智慧電表在技術上只是一般的電子電表再加上雙向通訊功能,但卻會對目前人們用電的環境及行為產生極大的影響與改變。曾當貴表示:「以往的傳統機械式電表只能不斷地記錄所消耗的累積總電量,但對於這些電量實際的使用狀況卻無從得知。」而藉由智慧電表的協助,每個用電單位當下的用電量、用電效率、用電高峰/離峰時間…等數據記錄,都可透過智慧電網即時回傳給電力控制單位,使其除能進行電力的負載預測及平衡管控調配,並據以決定不同用電時段的供電價格外,亦可讓用電單位自行調整最佳用電量,以達到節省能源成本的目標。

曾當貴指出,過去記錄電表需要仰賴大量抄表員,以每兩個月實地抄表一次的方式記下每戶用電總量,然後再加以計算費用,在此作業模式下,電力控制單位很難即時掌握每個用電單位當下最新的用電資訊,自然亦無法視其用電狀況的變化,動態地進行整體電力需求的預測與調整。但如果能以智慧電表來取代,由於其每隔15分鐘就能記錄並傳輸資料一次,因此除可消除上述資訊落後的現象,提升在發電、輸電、配電上的效率及穩定性外,亦能省去不少過往人工抄表與電表檢查的成本。而透過即時資料與訊號來分析檢測電表是否異常,對於快速發現竊電及電表故障問題也有極大的幫助。

此外,日後若終端用電單位本身也裝置有發電設備,如氣電共生、風力發電、太陽能電板…等,透過設在該處的智慧電表亦可記錄其發電量,如果有多餘的電力,除可自行儲電供離峰時間使用外,亦可回賣給中央控制的電力公司或其他用電單位,而各單位彼此之間的拆帳與計費資料,則都需透過智慧電表的記錄來進行。

由上述內容可知智慧電表在智慧電網中所處的關鍵地位,因此如何維持其安全性與穩定性,以便讓個別終端裝置所記錄到的各項用電資料,能夠透過適當的資料傳輸介面,即時且正確地傳送到遠處的集中器,避免在過程中遭有心人士入侵與篡改便極為重要。「目前微功率無線系統、PLC、乙太網路、RS485…等傳輸介面都有相關業者在進行爭取。」不過基於前述因素的考量,使得RS485最受到業界廣泛使用。曾當貴表示:「有不少智慧電網先進國家在制訂其智慧電表規格時,都已經將RS485傳收器設為必備的標準項目之一。」也就是說,未來智慧電表未必都會支援微功率無線、PLC、乙太網路…等項目,但一定會有RS485介面的存在。

「RS485網路的架設成本不僅較其他傳輸方式更低,整體建置的程序也非常簡便。」曾當貴說:「工程人員僅需將線路用螺絲鎖緊即可完成施工,不必再使用額外的設備與接頭。」此外,RS485還具備多對多傳輸 (32 Driver / 32 Receiver)、1.2公里超長距離通訊、當傳輸發送與接收兩端的地電位不同時,仍然可以傳送資料,以及其接收端輸入靈敏度廣達-7~12V,對抗雜訊與干擾的能力極強…等高品質資料傳輸的優勢,因此普及率很高,除了智慧電網外,現在有不少大樓的監視器系統、門禁系統、自動照明裝置系統,以及在工廠內的馬達控制系統、自動化設備控制系統…等,對於資料傳輸品質要求較高的系統,都是由RS485網路所構成。

智慧電網所傳送的用電資訊,其背後即代表大筆的費用流向,稍微有些錯誤或設備故障問題發生,都會造成相關單位嚴重的損失,但因智慧電網環境中的RS485網路傳輸線,通常都會在戶外或是沿著電纜線架設,使得其容易因為雷擊及其他靜電干擾…等因素所造成的強大瞬間電流,而導致大量智慧電表設備的RS485傳收器損壞。

為了提高智慧電網系統的可靠性與安全性,晶焱科技針對傳統RS485傳收器雷擊保護元件的缺點進行改善,將以往外加的TVS元件整合至CMOS IC中,推出AZRS3082 RS485傳收器產品。「在內建特殊TVS的Transmission-Line-Plus(TLP)之後,AZRS3082不僅可承更高的雷擊電流,雷擊箝制電壓(Surge Clamping Voltage)也更低,使得RS485傳收器能得到更好的安全保障。」曾當貴表示。

目前該產品除在Surge方面可承受高達+-30A,遠超出其他同業外,在HRM、IEC-61000-4-2 Air、MM及CDM…等項目上亦有卓越的表現。可提供RS485傳收器全方位ESD的防護,減少故障機率的發生。 

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