Guide de protection contre la foudre et la surpression des radars

Guide de protection contre les éclairs et les surgissements des radars

Les compteurs de niveau radar utilisent des ondes électromagnétiques pour la mesure continue sans contact des liquides, des boues et des solides en vrac. Leur électronique interne comprend généralement des circuits de génération de signaux micro-ondes, des processeurs, des modules d'alimentation et des interfaces telles que 4-20 mA, HART et RS485/Modbus.

Ces circuits électroniques peuvent être vulnérablesles ondes de foudre induites, les transitoires de la ligne de puissance, les différences de potentiel au sol et la surtension couplées à de longs câbles de champ. Le risque est particulièrement important pour les instruments installés à l'extérieur, sur des réservoirs ou des silos, dans des réservoirs, des ponts, des stations hydrologiques éloignées et d'autres endroits exposés.

1. Comment la foudre peut-elle affecter un radar ?

L'instrument n'a pas besoin de recevoir un coup de foudre direct pour être endommagé. Une frappe à proximité peut induire une tension transitoire dans les câbles d'alimentation, les lignes de signal, les structures métalliques et le système de mise à la terre.

Couplage de ligne électrique

De longs câbles d'alimentation 24VDC ou AC peuvent capter des tensions transitoires élevées d'un champ électromagnétique par foudre.

Couplage signal-ligne

Les câbles de 4 à 20 mA et RS485 peuvent entraîner une surtension dans l'émetteur, PLC, DCS ou RTU.

Augmentation du potentiel terrestre

Le courant de foudre entrant dans un système de mise à la terre peut créer une différence de tension temporaire entre des points de mise à la terre séparés.

Couplage de foudre à proximité

Une attaque contre un bâtiment, une tour, un réservoir ou un pipeline à proximité peut encore provoquer des tensions nuisibles dans le système d'instrumentation.

2. Commencez par la mise à la terre protectrice et le collage équitable

Un des objectifs de la protection contre la foudre est de réduire au minimum les différences potentielles dangereuses entre les structures conductrices. Les réservoirs en métal, les boîtiers d'instruments, les structures de montage, les armoires et autres composants conducteurs devraient donc être reliés selon le site et le numéro 39; s conception de protection et d'arrimage.

Pour un émetteur radar installé sur une citerne métallique, vérifiez que :

• Le réservoir lui-même est correctement lié au système de mise à la terre du site;

• L'instrument et le numéro 39; s le terminal de protection-terre est relié selon le fabricant et le numéro 39; s les instructions;

• Les supports de montage et les structures métalliques ne restent pas à un potentiel flottant incontrôlé;

• Les conducteurs d'échouement sont maintenus aussi courts et directs que possible;

• Les points de mise à la terre sont exempts de corrosion grave, de lâcheté ou de dommages mécaniques.

Important:La liaison équipotentielle ne signifie pas que le signal 24VDC négatif, le signal analogique commun, le signal numérique commun, les boucliers de câbles, la terre de sécurité intrinsèque et la terre protectrice devraient tous être reliés de façon aveugle. La bonne relation entre ces conducteurs dépend de l'instrument, du PLC/DCS, de l'isolant, de la barrière de sécurité, de la conception du CEM et du système à zone dangereuse.

3. Pourquoi la protection contre les surcharges électriques est-elle importante?

Les instruments de niveau radar utilisent souvent une puissance de boucle 24VDC ou une puissance DC indépendante. De longs câbles d'alimentation externes peuvent conduire l'énergie de surtension induite par la foudre directement dans l'électronique de l'instrument.

Lorsque l'évaluation des risques sur le site l'exige,Dispositif de protection contre les surtensions (SPD)peut être installé sur le circuit d'alimentation. Le SPD limite la surtension transitoire à l'équipement protégé et fournit une trajectoire contrôlée pour le courant de surtension.

La sélection devrait tenir compte :

• tension de fonctionnement normale;

• alimentation en courant alternatif ou en courant continu;

• tension maximale de fonctionnement continu;

• Capacité de décharge;

• Niveau de protection contre les tensions;

• Compatibilité avec les instruments à boucle à deux fils;

• Exigences relatives aux zones dangereuses ou à la sécurité intrinsèque, le cas échéant.

Un SPD dont la tension de fonctionnement est inutilement faible n'est pas automatiquement meilleur. Un dispositif incorrect peut causer des fuites, des nuisances ou une tension de fonctionnement insuffisante pour l'instrument.

4. Les lignes de signal de 4 à 20 mA et HART ont-elles besoin d'une protection contre les surpressions?

Le besoin dépend de la longueur du câble, de l'exposition extérieure et du risque de foudre. Un long câble de 4 à 20 mA d'un transmetteur au sommet d'un réservoir exposé à une salle de commande peut entraîner une surtension dans l'émetteur ou le module d'entrée analogique.

Un signal SPD approprié peut donc être envisagé à l'endroit approprié.

4-20 mA

Confirmer la tension de boucle, le courant, la chute de tension et la compatibilité de charge.

HART

Le DOCUP devrait préserver les caractéristiques du signal requis pour la communication HART.

Boucles isolées / intrinsèquement sûres

Confirmer la compatibilité avec les isolants, les barrières de sécurité, l'impédance des boucles et la certification des zones dangereuses.

5. Comment les lignes RS485/Modbus devraient-elles être protégées?

RS485 utilise la signalisation différentielle et offre une bonne immunité sonore, mais il n'est pas conçu pour résister aux ondes de foudre. De longs bus de terrain RS485 peuvent être particulièrement exposés à une surtension induite.

Parmi les considérations importantes, mentionnons :

• utiliser un DOCUP destiné à la communication différentielle RS485;

• s'assurer que la capacité et la bande passante du SPD ne dégradent pas la communication;

• Suivre les corrects A/B, la référence et le câblage de bouclier;

• Éviter un long routage parallèle avec des câbles à haute tension;

• prêter une attention particulière aux liaisons entre bâtiments ou systèmes de mise à la terre séparés;

• Pour les liaisons à très haut risque ou à longue distance, envisager l'isolement galvanique ou fibre optique le cas échéant.

6. Comment les boucliers de câbles doivent-ils être mis à la terre?

Le blindage des câbles peut réduire les interférences électromagnétiques, mais la méthode du blindage ne doit pas être généralisée en une seule règle universelle.

Selon le système, une mise à la terre à un seul point ou à plusieurs points peut être appropriée. L'arrangement final devrait envisager:

• l'architecture de mise à la terre des caissons de commande;

• Mise à la terre des instruments de campagne;

• Référence du signal et terre protectrice;

• différents bâtiments ou réseaux de mise à la terre;

• Exigences de sécurité intrinsèque;

• Prescriptions relatives aux CEM.

7. Où doit-on installer un SPD?

Les emplacements communs comprennent :

• Près de l'émetteur radar ou de la boîte de jonction;

• à l'entrée du câble de commande-cabinet;

• Aux deux extrémités des lignes interbâtiments;

• Lorsqu'un câble extérieur entre dans une zone intérieure;

• Avant les modules d'entrée sensibles PLC, DCS ou RTU.

Les longs parcours de câbles peuvent nécessiter une protection coordonnée à plusieurs étages plutôt qu'un seul SPD installé à une seule extrémité.

8. Pourquoi le SPD devrait-il être court?

Le courant de la foudre change extrêmement rapidement. Même un conducteur à faible résistance DC peut développer une tension transitoire importante en raison de son inductance si la connexion est longue ou inutilement en boucle.

Les bonnes pratiques d'installation comprennent généralement:

• - Garder les connexions courtes;

• les routages le plus directement possible;

• Éviter les grandes boucles;

• éviter les changements inutiles de routage aigu;

• Utiliser la taille du conducteur selon la conception électrique.

La qualité de l'installation du SPD peut être aussi importante que la spécification nominale du SPD.

9. La mise à la terre de protection peut-elle remplacer un SPD?

Pas du tout.

10. Pourquoi les installations élevées à l'extérieur sont-elles plus exposées?

Les émetteurs radar montés sur les toits des réservoirs, les sommets de silo, les structures des réservoirs, les ponts ou d'autres endroits élevés ont souvent de longs câbles d'alimentation et de communication externes et sont exposés à des champs électromagnétiques plus forts.

Vérifier :

• Système externe de protection contre la foudre existant;

• Mise à la terre de la citerne ou de la structure;

• les SPD de puissance et de signal;

• Longueur du câble extérieur;

• Connexions entre systèmes de mise à la terre séparés;

• Indique si une protection supplémentaire est nécessaire à l'extrémité du système de contrôle.

11. Est-ce qu'un DOCUP peut être ajouté dans une zone dangereuse?

Pas du tout.

Si l'émetteur radar fait partie d'un circuit intrinsèquement sûr, le SPD ajouté doit être adapté à ce système. Sa certification et ses paramètres électriques doivent être vérifiés avec l'émetteur, la barrière de sécurité, l'isolant, le câble et la boucle complète.

Pour les équipements antidéflagrants, vérifier également:

• les glandes câblées certifiées;

• État de l'enceinte et des joints filetés;

• les exigences relatives à l'établissement de la base énoncées dans les documents de certification;

• Cela ne compromet pas le concept de protection certifiée.

12. Qu'est-ce qui devrait être inspecté avant la saison des orages?

Connexions de base

Vérifier la corrosion, les connexions lâches, les conducteurs brisés ou les dommages mécaniques.

Condition SPD

Vérifiez les fenêtres d'état, les contacts d'alarme à distance ou les indicateurs de maintenance et remplacez les modules défectueux.

Entrées de câbles

Confirmer que les glandes et les boîtes de jonction restent scellées contre l'eau et l'humidité.

État de la communication

Vérifiez la communication 4-20 mA, HART ou RS485 pour un comportement intermittent ou instable.

Après un orage sévère, un instrument montrant une perte de communication, une dérive de sortie ou des redémarrages répétés doit également être vérifié pour détecter la dégradation du SPD ou les dommages causés par une surtension.

13. Erreurs communes de protection de la foudre

FAQ : Protection contre la foudre des radars

Q1: La mise à la terre de l'enceinte est-elle suffisante?

R: Pas nécessairement. L'échouement et la protection contre les surtensions remplissent différentes fonctions.

Q2: Un émetteur radar 24VDC peut-il encore être endommagé par la foudre?

R : Oui. La tension transitoire induite par la foudre peut être plusieurs fois supérieure à la tension normale de fonctionnement.

Q3 : Une ligne de 4 à 20 mA a-t-elle besoin d'une protection contre les surtensions?

R: Les circuits extérieurs, de longue distance et à haut risque d'éclairage devraient être évalués pour la protection contre les surtensions côté signal.

Q4: Peut-on utiliser un SPD de 4 à 20 mA avec HART?

A: Non. Le SPD devrait préserver les caractéristiques de communication HART et satisfaire aux exigences de tension de la boucle.

Q5: RS485 nécessite-t-il un protecteur de surtension dédié?

R: Un protecteur conçu pour la communication différentielle RS485 est recommandé.

Q6: Un SPD à côté du radar est-il toujours suffisant?

A: Non. Les câbles longs ou inter-bâtiments peuvent nécessiter une protection coordonnée aux extrémités du champ et du système de commande.

Q7 : Est-ce que chaque bouclier de câble doit être mis à la terre aux deux extrémités?

R: Pas universellement. La mise à la terre du bouclier devrait suivre la conception complète du CEM, du système de contrôle et des zones dangereuses.

Q8: Un SPD peut-il être ajouté directement à une boucle intrinsèquement sûre?

R: Seulement si le DOCUP est compatible avec le système de sécurité intrinsèque et que la boucle complète reste conforme.

Q9: Est-ce qu'un DOCUP nécessite une maintenance?

R : Oui. L'exposition au surgissement peut dégrader ou endommager un SPD, de sorte que son état devrait être inspecté selon le programme d'entretien.

Q10: De quelles informations METRAVON a-t-il besoin pour évaluer la protection contre les surtensions?

R: Veuillez fournir le modèle radar, la tension d'alimentation, l'interface 4-20 mA/HART ou RS485, la position de montage, la longueur du câble, l'emplacement de la cabine de commande, la disposition de mise à la terre, les exigences de zone dangereuse, et si l'installation est extérieure et élevée.

Conclusion

Une protection fiable contre la foudre au niveau du radar n'est pas réalisée avec un seul composant. Une approche complète combine normalementla mise à la terre de protection, la liaison équipotentielle, la protection contre les surtensions côté puissance, la protection de la ligne de signal, le blindage correct et l'acheminement des câbles, et l'inspection de routine.

Pour les installations extérieures exposées, les longs câbles et les transitoires induits par la foudre sont des risques majeurs. Une protection coordonnée sur le terrain et le système de contrôle, ainsi que des connexions SPD courtes et correctement installées, peuvent réduire considérablement les dommages causés à l'électronique radar et aux interfaces PLC/DCS.

METRAVON recommande d'évaluer l'approvisionnement, l'interface de signal, la longueur du câble, la mise à la terre, les exigences en matière de zones dangereuses et l'exposition à la foudre pendant la conception du projet plutôt que d'ajouter une protection seulement après que l'équipement a déjà été endommagé.