background image

Electrical Protection For Smart Instruments & DustIQ V3.0 

Page 

1

 of 

3

 

 

ELECTRICAL PROTECTION FOR 

SMART INSTRUMENTS & DUSTIQ  

 
 
There  are  a  number  of  circumstances  where  the  electronics  inside  Kipp  &  Zonen  Smart  instruments 
may  be  damaged  by  voltage  surges  or  spikes  on  power,  serial  data  or  analog  signal  connections.  
These  may  be  either  directly  on  the  wires  (for  example  from  a  power  supply)  or  induced  by 
electrostatic discharge (such as lightning) or by a very strong electric field. 
 
The  SMP  series  pyranometers,  SHP  pyrheliometer,  SGR  pyrgeometers,  SUV  ultraviolet  radiometers 
and  RT1  Rooftop  Monitoring  system  share  the  same  set  of  electronics.  This  has  analog-to-digital 
conversion for monitoring the detector signal, external power supply voltage and internal temperature 
(PV module temperature for the RT1). Digital signal processing is carried out by a microprocessor with 
firmware and non-volatile memory. 
 
The  digital  output  is  available  as  2-wire  RS-485  with  Modbus®  RTU  protocol.  A  digital-to-analog 
converter provides a 0-1 V output for the -V versions, or a 4-20mA output for -A versions. A single 8-
wire shielded cable carries all the power and signal output connections. 
 
Due to space restrictions within the housings, these instruments have limited protection against surges 
and spikes and electro-static discharge (ESD).  
 
The  new  SMP12  pyranometer  has  no  analog  output  and  the  internal  construction  is  different.  This 
makes space available for class-leading built-in surge protection. 
 
The Dust IQ Soiling  Monitoring System has a different set of electronics and no analog outputs.  The 
DustIQ with PV module temperature sensor and tilt angle sensor has surge protection built in. 
 
This  document  provides  advice  on  steps  that  can  be  taken  to  minimise  the  probability  of  damage 
occurring to the Smart instruments and to the DustIQ. 
 

DC Power Supply 

 
Kipp & Zonen Smart instruments  and DustIQ are typically operated from a (nominally) 12 VDC or 24 
VDC power supply. Usually, this is an industrial type AC-DC switc

hed mode type device with a ‘soft-

start. However, it could be from a solar panel with batteries and a charger/regulator. It is advised not to 
use  unregulated  power  supplies  that  have  a  switch-on  surge.  All  the  products  have  reverse  polarity 
protection on the DC power input. 
 

DC Power Input Surge Protection 

 
Except for SMP12 and DustIQ, the Smart instruments do not have internal surge protection and may 
also  be  damaged  by  inserting  or  removing  the  cable  connector  with  the  power  switched  on.  It  is 
strongly advised to use an industrial surge protection device (SPD), installed as close as is practical to 
the instrument to minimise pick-up on long cables.  
 

RS-485 Modbus® RTU Data Connection 

 
Modbus® RTU normally operates over 2-wire (semi-duplex) RS-485 and the relevant requirements of 
the EIA-485 standard should be adhered to for reliable communication. A part of the RS-485 standard 
that is not often used, but is specified for Modbus®, is the requirement for a data common wire that is 
isolated from the shield or 0 V, to reduce ground potential issues between the two ends of the cable 
that might be outside the common-mode range of the line-drivers. 
 
This  means  that  for  Modbus  you  should  have  a  3-wire  RS-485  compliant  cable  (a  twisted  pair  plus 
extra wire) with shield. The RS-485/Modbus® 

‘common’ wire of the instrument connects to this. This 

‘common’ wire in the cable should not normally be connected to the cable shield or a ground; if it is, 
only do so at the data acquisition end. 
 

 

Reviews: