Guía de relámpago de nivel de radar y protección de subidas

METRAVON Guía de protección contra rayos y sobretensiones para medidores de nivel por radar

Los medidores de nivel por radar utilizan ondas electromagnéticas para la medición continua de líquidos, manchas y sólidos a granel. Su electrónica interna suele incluir circuitos de generación de señales de microondas, procesadores, módulos de energía e interfaces como 4–20 mA, HART y RS485/Modbus.

Estos circuitos electrónicos pueden ser vulnerables aaumentos de rayos inducidos, transientes de línea de energía, diferencias de potencia terrestre y sobrevoltaje unidos en cables de campo largo. El riesgo es particularmente importante para los instrumentos instalados al aire libre, sobre tanques o silos, en depósitos, puentes, estaciones hidrológicas remotas y otros lugares expuestos.

1. ¿Cómo puede el rayo afectar un medidor de nivel por radar?

El instrumento no necesita recibir una huelga de relámpago directa para ser dañada. Una huelga cercana puede inducir el voltaje transitorio a cables de suministro, líneas de señal, estructuras metálicas y el sistema de tierra.

Acoplamiento de la línea de alimentación

Los cables de suministro largo 24VDC o AC pueden recoger voltajes transitorios altos de un campo electromagnético relámpago.

Señal-Line Coupling

Los cables de 4 a 20 mA y RS485 pueden conducir energía de aumento en el transmisor, PLC, DCS o RTU.

Montaje potencial terrestre

La corriente de relámpago que entra en un sistema de tierra puede crear una diferencia de tensión temporal entre puntos de tierra separados.

Relámpagos cercanos

Un ataque a un edificio cercano, torre, tanque o o oleoducto todavía puede inducir voltajes dañinos al sistema de instrumentación.

2. Inicio con Fundamentos Protectivos y Bonificación Equipotencial

Un objetivo de protección de relámpagos es reducir al mínimo las diferencias de potencial transitorio peligrosos entre las estructuras conductivas. Por lo tanto, los tanques de metal, las carcasas de instrumentos, las estructuras de montaje, los gabinetes y otros componentes conductivos deben estar conectados de acuerdo con el sitio residencial#39; s de protección y diseño de unión equipotential.

Para un transmisor de radar instalado en un tanque de metal, compruebe que:

• El tanque en sí está conectado correctamente al sistema de tierra del sitio;

• El instrumento ##39; terminal de protección-tierra se conecta de acuerdo con el fabricante cosecha#39; s instrucciones;

• Los soportes de montaje y las estructuras metálicas no permanecen en un potencial flotante incontrolado;

• Los conductores de tierra se mantienen tan cortos y directos como prácticos;

• Los puntos de aterrizaje están libres de la corrosión severa, la relajación o daño mecánico.

Importante:La unión Equipotential no significa que 24VDC negativo, señal analógica común, digital común, escudos de cable, tierra de seguridad intrínseca y tierra protectora deben estar conectados indiscriminadamente. La relación correcta entre estos conductores depende del instrumento, PLC/DCS, aislador, barrera de seguridad, diseño EMC y sistema de área peligrosa.

3. ¿Por qué es importante la protección de seguridad Power-Side?

Los instrumentos de nivel de radar utilizan a menudo la potencia de bucle 24VDC o el poder DC independiente. Los cables de suministro externos largos pueden conducir energía de relámpago inducida directamente en la electrónica de instrumentos.

Cuando sea requerido por la evaluación del riesgo del sitio, un adecuadodispositivo de protección contra cirugía (SPD)se puede instalar en el circuito de energía. El SPD limita el sobrevoltaje transitorio en el equipo protegido y proporciona una vía controlada para la corriente de cirugía.

La selección debe considerar:

• Tensión de funcionamiento normal;

• Suministro de AC o DC;

• Tensión máxima de funcionamiento continuo;

• Capacidad de carga corriente;

• Nivel de protección del voltaje;

• Compatibilidad con instrumentos de dos hilos.

• Necesidades de seguridad peligrosas o intrínseca cuando proceda.

Un SPD con una calificación de voltaje operativo innecesariamente baja no es automáticamente mejor. Un dispositivo incorrecto puede causar fugas, operación de molestias o tensión de funcionamiento insuficiente para el instrumento.

4. ¿Necesitáis protección de la señalización de 4-20 mA y HART?

La necesidad depende de la longitud del cable, la exposición al aire libre y el riesgo de relámpago. Un cable largo de 4 a 20 mA de un transmisor de tapa de tanque expuesto a una sala de control puede conducir energía de aumento en el transmisor o el módulo de entrada analógico.

Por lo tanto, una señal adecuada SPD puede ser considerada en el lugar apropiado.

4 a 20 mA

Confirme tensión de bucle, corriente, caída de tensión y compatibilidad de carga.

HART

El SPD debe preservar las características de señal requeridas para la comunicación HART.

Loops aislados / intrínsecamente seguros

Confirme compatibilidad con aisladores, barreras de seguridad, impedancia de bucles y certificación de área peligrosa.

5. ¿Cómo deben protegerse las líneas RS485/Modbus?

RS485 utiliza la señalización diferencial y ofrece una buena inmunidad de ruido, pero no está diseñado para soportar aumentos de rayos. Los autobuses de campo RS485 largos pueden estar particularmente expuestos a sobrevoltaje inducido.

Las consideraciones importantes incluyen:

• Use un SPD destinado a la comunicación diferencial RS485;

• Asegurar la capacitancia y ancho de banda del SPD no degradar la comunicación;

• Siga el cableado A/B correcto, referencia y escudo;

• Evite el enrutamiento paralelo largo con cables de alta tensión;

• Preste especial atención a los vínculos entre edificios o sistemas de tierra separados;

• Para enlaces de alto riesgo o de larga distancia, considere el aislamiento galvánico o de fibra óptica cuando corresponda.

6. ¿Cómo deben los escudos de cables estar castigados?

El blindaje de cables puede reducir la interferencia electromagnética, pero el método de determinación de escudos no debe ser generalizado en una regla universal.

Dependiendo del sistema, puede ser apropiado establecer un punto único o un punto múltiple. El acuerdo final debería considerar:

• Arquitectura de tierra de control-cabinet;

• - La base de instrumentos sobre el terreno;

• Referencia de la señal y tierra protectora;

• Diferentes edificios o redes de tierra;

• Necesidades de seguridad intrínseca;

• Requisitos de EMC.

7. ¿Dónde debe instalarse un SPD?

Los lugares comunes incluyen:

• Cerca del transmisor de radar o la caja de unión de campo;

• En la entrada de cable de control-cabinet;

• En ambos extremos de las líneas interconstruidas;

• Donde un cable al aire libre entra en una zona interior;

• Antes de módulos sensibles de entrada PLC, DCS o RTU.

Los cables largos pueden requerir una protección multietapa coordinada en lugar de un SPD instalado en un solo extremo.

8. ¿Por qué debería ser corto el SPD Grounding Leads?

La corriente de relámpago cambia muy rápidamente. Incluso un conductor con baja resistencia DC puede desarrollar un voltaje transitorio significativo debido a su inductancia si la conexión es larga o innecesariamente lazada.

La buena práctica de instalación generalmente incluye:

• Mantener las conexiones cortas;

• Dirigiéndolos lo más directamente posible;

• Evitar grandes lazos;

• Evitar cambios innecesarios de enrutamiento agudo;

• Usando el tamaño del conductor según el diseño eléctrico.

La calidad de instalación de SPD puede ser tan importante como la especificación nominal de SPD.

9. ¿Pueden reemplazar a un SPD?

No.

10. ¿Por qué están más expuestos las instalaciones al aire libre?

Los transmisores de radar montados en techos de tanque, tapas de silo, estructuras de embalses, puentes u otros lugares elevados a menudo tienen cables de energía y comunicación externos largos y están expuestos a campos electromagnéticos de relámpago más fuertes.

Check:

• Sistema de protección externa de rayos;

• La colocación del tanque o la estructura;

• DPS para alimentación y señal;

• Longitud del cable exterior;

• Conexiones entre sistemas de tierra separados;

• Si se requiere protección adicional en el extremo del sistema de control.

11. ¿Se puede agregar algún SPD en un área peligrosa?

No.

Si el transmisor de radar es parte de un circuito intrínsecamente seguro, el SPD añadido debe ser adecuado para ese sistema. Su certificación y parámetros eléctricos deben ser revisados junto con el transmisor, barrera de seguridad, aislador, cable y bucle completo.

Para el equipo a prueba de explosiones, también verifique:

• glándulas de cable certificadas;

• Condición de recinto y articulaciones roscadas;

• Requisitos de puesta en marcha indicados en documentos de certificación;

• Que los componentes añadidos no comprometen el concepto de protección certificado.

12. ¿Qué debe ser inspeccionado antes de la temporada de tormenta?

Conexiones terrestres

Compruebe la corrosión, conexiones sueltas, conductores rotos o daños mecánicos.

SPD Estado

Verifique ventanas de estado, contactos remotos de alarma o indicadores de mantenimiento y reemplace los módulos fallidos.

Entradas por cable

Confirme las glándulas y las cajas de unión permanecen selladas contra el agua y la humedad.

Situación de la comunicación

Comprueba comunicación de 4-20 mA, HART o RS485 para comportamiento intermitente o inestable.

Después de una tormenta severa, un instrumento que muestra la pérdida de comunicación, la deriva de la salida o reiniciamientos repetidos también debe ser comprobado por la degradación del SPD o el daño de la cirugía.

13. Errores comunes de iluminación-protección

FAQ: Protección de relámpagos de nivel de radar

P1: ¿Es suficiente el cierre de tierra?

R: No necesariamente. La protección de la puesta en marcha y el aumento del volumen desempeñan diferentes funciones.

Q2: ¿Puede un transmisor de radar 24VDC todavía ser dañado por el relámpago?

R: Sí. Tensión transitoria inducida por el rayo puede ser muchas veces mayor que el voltaje operativo normal.

P3: ¿Necesita una línea de 4-20 mA protección contra el aumento?

R: Los circuitos al aire libre, de larga distancia y de alto riesgo deben ser evaluados para la protección del aumento de señal.

P4: ¿Se puede utilizar un SPD de 4 a 20 mA con HART?

R: No. El SPD debe preservar las características de comunicación HART y cumplir con los requisitos de tensión de bucle.

P5: ¿Requiere RS485 un protector de onda dedicado?

R: Se recomienda un protector diseñado para la comunicación diferencial RS485.

P6: ¿Un SPD al lado del radar siempre es suficiente?

R: No. Los cables largos o interconstruidos pueden requerir protección coordinada tanto en el campo como en los extremos del sistema de control.

P7: ¿Se debe colocar cada escudo de cable en ambos extremos?

R: No universalmente. La puesta en marcha debe seguir el diseño completo de EMC, sistema de control y área peligrosa.

P8: ¿Se puede añadir un SPD directamente a un bucle intrínsecamente seguro?

R: Sólo si el SPD es compatible con el sistema de seguridad intrínseca y el bucle completo sigue siendo compatible.

P9: ¿Un SPD requiere mantenimiento?

R: Sí. La exposición a la onda puede degradar o dañar un SPD, por lo que su condición debe ser inspeccionada según el programa de mantenimiento.

Q10: ¿Qué información necesita METRAVON al evaluar la protección del aumento?

A: Proporcionar modelo de radar, voltaje de suministro, interfaz de 4–20 mA/HART o RS485, posición de montaje, longitud de cable, ubicación de control-cabinet, disposición de tierra, requisitos de área peligrosa, y si la instalación está al aire libre y elevada.

Conclusión

No se logra una protección fiable del rayo a nivel de radar con un solo componente. Un enfoque completo combina normalmenteprotección de tierra, unión equipotential, protección frente a la potencia, protección de la línea de señal, blindaje correcto y enrutamiento de cables, e inspección rutinaria.

Para instalaciones al aire libre expuestas, las largas pistas de cable y los transientes inducidos por rayos son riesgos importantes. La protección coordinada de campo y sistemas de control, junto con conexiones SPD cortas y correctamente instaladas, puede reducir significativamente los daños a la electrónica de radar y las interfaces PLC/DCS.

METRAVON recomienda evaluar el suministro, la interfaz de señal, la longitud del cable, los requerimientos de tierra, los relámpagos del sitio durante el diseño del proyecto en lugar de añadir protección sólo después de que el equipo ya haya sido dañado.