由于打雷、闪电现场总线系统常常因过高的电压而失效,为了避免这种电气设备的损毁，可以使用避雷模块。当您读完本文之后，会了解新型浪涌保护器为基础设施提供了更多的可靠性。

过程自动化中的现场总线系统应有非常高的可靠性，可是，当雷雨交加电闪雷鸣时会出现什么情况呢？在电闪雷鸣时，浪涌保护器承受着巨大的威胁。虽然这一模块是专门针对过高的电压雷击而设计的，但在它最后失效损毁之前它也只能承受一定次数的雷击。避雷模块何时失效取决于两个因素：一个是受到的雷击次数，另一个是受到的雷击强度。例如，当一次性的雷击电流高达20kA时避雷模块会立即被毁，必须更换；而当雷击电压为3kA时则可以承受近千次的雷击。因此，避雷模块的使用寿命并不是线性的，相反与疲劳度不成比例的提高—失效情况也是这样（参见图1）。

图1 雷击的电流强度越低，浪涌保护器可以承受的雷击次数就越多，使用寿命也就越长

因此，Pepperl+Fuchs公司开发了一种具有自我监控功能的避雷模块，当它的功能储备耗尽时会向流程设备控制系统报告。这种Field Connex浪涌保护器检测、统计着受到的雷击次数和每一次的雷击强度，并根据总的使用情况准确地计算出现有的避雷能力何时全部耗尽。在流程设备的日常工作情况下，避雷模块的避雷能力也可以被许多很小的电流冲击逐步瓦解。这样的损失可在技术层面上带来不同的作用：

单侧接地错误：通过抑制二极管或者空气放电管正极或者负极侧的漏损；

由抑制二极管或者空气放电管电阻提高而带来的信号衰减；

由抑制二极管或者空气放电管单侧漏损带来的静态电流提高；

由于串联电阻的提高而减小了信号幅度；

由抑制二极管或者空气放电管的损耗带有的阻抗变化引起的信号质量（灵敏度）变化。

上面介绍的这些效应会改变物理层的质量，而这种物理层质量的变化会被Field Connex浪涌保护器的诊断功能及时发现，在出现干扰和影响之前就报告到流程设备控制系统。

在避雷功能丧失之前，新型的Field Connex浪涌保护器会向流程设备控制系统报告，而操作者只需利用专门的故障诊断软件就可以在流程设备主控系统中找到这一模块所在的位置。操作者只需点击一下鼠标，故障诊断软件会自动的生成所有安装的浪涌保护器的状态明细表。因此，可以有目的地更换那些避雷能力储备不足的避雷模块。按照这种方法，雷雨之后投入大量资金、费时费力的人工检查的方式已经成为过去。

为了能够把所有的信息都报告给流程设备主控系统，浪涌保护器利用了现场总线的物理层设备，在不影响过程通信、不增加通信带宽的同时传送避雷模块的状态信息。

图2 带有故障诊断功能元器件的现场总线分线器：浪涌保护器，避雷模块和泄漏传感器

日常使用中的节约潜力

新型的Field Connex浪涌保护器的效率如何，从一套小型的、有着100个控制装置、每个控制装置各配备了8个现场总线仪器设备、共计1800个避雷模块的小型流程设备的使用情况中看出来，这种流程设备每年受到的雷击次数与其建造的地理环境有着密切的关系。典型的标准值为每年每公里长度5~10次。实验研究时假设的为3次，非常真实的、也比较保守的。

有关技术标准规定，浪涌保护器每年至少要承受一次高电压的雷击，或者每次都是高电压的雷击。在具有自我监控功能的Field Connex浪涌保护器中，对其承受雷击能力的监控必须要登录故障诊断管理软件，以便对仪器进行测试。读取每一个避雷模块的数据是一件相对比较简单的事情，不用5min时间就能完成。通过故障诊断软件编辑的报告可以很快地找出有缺陷的、必须更换的避雷模块。

图3 带有和不带故障诊断功能的避雷模块也可以补装在FieldConnex系列产品上

虽然具有自我诊断功能的避雷模块价格相对没有自我诊断功能的避雷模块要高，但在受到一次雷击之后传统的避雷模块要逐一的人工检查一遍，这就是说要对1800个避雷模块的功能进行一次全面的普查。按照非常保守每年3次雷击来计算，没有自我诊断功能避雷模块1年3次全面复查所产生的时间和费用相当高，若换成购置具有自我诊断功能避雷模块则只需2年时间就能收回全部投资。

这种新型浪涌保护器的安装使用和更换都非常简单，不会出现问题。这种避雷模块可以简单地插到保护装置或者多路隔离器的偶合器上。中间的电气连接也不是必须的，这就明显地降低了时间和资金的付出。而且它们的调试也非常简单，先进的故障诊断系统能够自动识别这种避雷模块。即便是现有的流程设备配用的是老式的偶合器，也无需其他改造就可以补装浪涌保护器。因此，这种新型现场总线系统中使用的高电压避雷模块是最佳的无自我诊断功能避雷模块的更新换代产品。