Guia de Proteção de medidores de nível por radar e Surge

METRAVON Radar Level Lightning Medidor e Surge Guia de Proteção

medidores de nível por radar usam ondas eletromagnéticas para medição contínua sem contato de líquidos, pastas e sólidos a granel. Sua eletrônica interna geralmente inclui circuitos de geração de sinal de micro-ondas, processadores, módulos de energia e interfaces como 4-20 mA, HART e RS485/Modbus.

Estes circuitos electrónicos podem ser vulneráveisondas de relâmpago induzidas, transientes de linha de potência, diferenças terra-potenciais e sobretensão acoplada em cabos de campo longos. O risco é particularmente importante para instrumentos instalados ao ar livre, em cima de tanques ou silos, em reservatórios, pontes, estações hidrológicas remotas e outros locais expostos.

1. Como o relâmpago pode afetar um medidor de nível por radar?

O instrumento não precisa receber um relâmpago direto para ser danificado. Um ataque próximo pode induzir tensão transitória em cabos de alimentação, linhas de sinal, estruturas metálicas e sistema de aterramento.

Acoplamento de linhas eléctricas

Cabos longos de alimentação 24VDC ou AC podem captar altas tensões transitórias de um campo eletromagnético relâmpago.

Acoplamento de Linha de Sinal

Cabos 4–20 mA e RS485 podem conduzir energia de onda no transmissor, PLC, DCS ou RTU.

Ascensão potencial do solo

A corrente de raios que entra num sistema de aterramento pode criar uma diferença de tensão temporária entre pontos de aterramento separados.

Acoplamento de relâmpagos nas proximidades

Um ataque a um prédio, torre, tanque ou oleoduto próximo ainda pode induzir tensões prejudiciais no sistema de instrumentação.

2. Comece com aterramento protetor e ligação equipotencial

Um dos objetivos da proteção de raios é minimizar as diferenças perigosas transientes potenciais entre as estruturas condutivas. Tanques metálicos, caixas de instrumentos, estruturas de montagem, armários e outros componentes condutores devem, portanto, ser conectados de acordo com o local. O projecto de protecção e de ligação equipotencial.

Para um transmissor de radar instalado num tanque de metal, verifique se:

• O próprio tanque está corretamente ligado ao sistema de aterramento do local;

• O instrumento ' o terminal de proteção-terra está conectado de acordo com o fabricante. Instruções;

• Os suportes de montagem e as estruturas metálicas não permanecem em potencial flutuante não controlado;

• Os condutores de aterramento são mantidos tão curtos e diretos quanto possível;

• Os pontos de aterramento estão livres de severa corrosão, frouxidão ou danos mecânicos.

Importante:A ligação equipotencial não significa que 24VDC negativo, sinal analógico comum, digital comum, escudos de cabos, terra de segurança intrínseca e terra protetora devam ser todos conectados indiscriminadamente. A correta relação entre esses condutores depende do instrumento, PLC/DCS, isolante, barreira de segurança, projeto de EMC e sistema de área perigosa.

3. Por que é importante a proteção de cirurgia de energia?

Instrumentos de nível de radar frequentemente usam potência de loop 24VDC ou potência DC independente. Cabos de alimentação externos longos podem conduzir energia de onda induzida por raios diretamente na eletrônica do instrumento.

Quando exigido pela avaliação do risco no local, umdispositivo de protecção contra surtos (SPD)pode ser instalado no circuito de energia. O SPD limita a sobretensão transitória no equipamento protegido e proporciona um caminho controlado para a corrente de onda.

A seleção deve considerar:

• Tensão de funcionamento normal;

• Fornecimento de CA ou DC;

• Tensão máxima de funcionamento contínua;

• Capacidade de descarga corrente;

• Nível de proteção da tensão;

• Compatibilidade com os instrumentos de ciclo de dois fios;

• Requisitos de zona perigosa ou de segurança intrínseca, se aplicável.

Um SPD com uma classificação de baixa tensão operacional desnecessariamente não é automaticamente melhor. Um dispositivo incorreto pode causar vazamento, operação de incômodo ou tensão de operação insuficiente para o instrumento.

4. As linhas de sinal 4-20 mA e HART precisam de proteção contra cirurgia?

A necessidade depende do comprimento do cabo, exposição ao ar livre, e risco de relâmpago. Um longo cabo de 4-20 mA de um transmissor de topo de tanque exposto para uma sala de controle pode conduzir energia de pico para o transmissor ou para o módulo de entrada analógico.

Um SPD de sinal adequado pode, portanto, ser considerado no local adequado.

4–20 mA

Confirme tensão de loop, corrente, queda de tensão e compatibilidade de carga.

HART

O SPD deve preservar as características do sinal necessárias para a comunicação HART.

Loops isolados / intrinsecamente seguros

Confirme compatibilidade com isolantes, barreiras de segurança, impedância de laço e certificação de área perigosa.

5. Como as linhas RS485/Modbus devem ser protegidas?

RS485 usa sinalização diferencial e oferece boa imunidade ao ruído, mas não é projetado para suportar picos de raios. Os autocarros longos RS485 podem ser particularmente expostos à sobretensão induzida.

Considerações importantes incluem:

• Utilizar um SPD destinado à comunicação diferencial RS485;

• Assegurar que a capacidade e a largura de banda do SPD não degradam a comunicação;

• Siga a fiação A/B correta, referência e escudo;

• Evite roteamento paralelo longo com cabos de alta tensão;

• Prestar especial atenção às ligações entre edifícios ou sistemas de aterramento separados;

• Para ligações de muito alto risco ou de longa distância, considerar isolamento galvânico ou fibra óptica, quando apropriado.

6. Como devem ser aterrados escudos de cabos?

A blindagem de cabos pode reduzir a interferência eletromagnética, mas o método de terminação de escudos não deve ser generalizado em uma única regra universal.

Dependendo do sistema, aterramento de ponto único ou multiponto pode ser adequado. O acordo final deverá considerar:

• Arquitectura de aterramento de cabina de comando;

• Aterramento de instrumentos de campo;

• Terra de referência do sinal e de protecção;

• Diferentes edifícios ou redes de aterramento;

• Requisitos de segurança intrínseca;

• Requisitos de EMC.

7. Onde deve ser instalado um SPD?

Locais comuns incluem:

• Perto do transmissor de radar ou da caixa de junção de campo;

• Na entrada do cabo de comando;

• Em ambas as extremidades das linhas de inter-construção;

• Quando um cabo exterior entra numa área interior;

• Antes de módulos de entrada sensíveis PLC, DCS ou RTU.

Os cabos longos podem necessitar de proteção coordenada em vários estágios em vez de um SPD instalado em apenas uma extremidade.

8. Por que as pistas de aterramento devem ser curtas?

A corrente de descarga de raios muda extremamente rapidamente. Mesmo um condutor com baixa resistência DC pode desenvolver tensão transitória significativa devido à sua indutância se a conexão for longa ou desnecessariamente loopada.

As boas práticas de instalação incluem geralmente:

• Manter as ligações curtas;

• Roteando-os o mais diretamente possível;

• Evitar grandes loops;

• Evitar alterações desnecessárias de roteamento;

• Usando o tamanho do condutor de acordo com o projeto elétrico.

A qualidade da instalação do SPD pode ser tão importante quanto a especificação nominal do SPD.

9. Pode aterramento protetor substituir um SPD?

Não.

10. Por que as instalações ao ar livre são mais expostas?

Transmissores de radar montados em telhados de tanque, tampos de silo, estruturas de reservatório, pontes ou outros locais elevados muitas vezes têm longos cabos de energia externa e comunicação e são expostos a campos eletromagnéticos de raios mais fortes.

Verificar:

• Sistema de protecção contra relâmpagos externo existente;

• Aterramento do tanque ou estrutura;

• SPDs de potência e sinal;

• Comprimento do cabo exterior;

• Ligações entre sistemas de aterramento separados;

• Se é necessária proteção adicional no fim do sistema de controle.

11. Qualquer SPD pode ser adicionado em uma área perigosa?

Não.

Se o transmissor de radar faz parte de um circuito intrinsecamente seguro, o SPD adicionado deve ser adequado para esse sistema. Sua certificação e parâmetros elétricos devem ser verificados juntamente com o transmissor, barreira de segurança, isolante, cabo e loop completo.

Para o equipamento à prova de explosão, verificar também:

• Glândulas de cabos certificadas;

• Condição do compartimento e articulações roscadas;

• Requisitos de aterramento indicados nos documentos de certificação;

• Essa adição de componentes não compromete o conceito de proteção certificada.

12. O que deve ser inspecionado antes da estação da tempestade?

Ligações de Aterramento

Verifique se há corrosão, conexões soltas, condutores quebrados ou danos mecânicos.

Condição SPD

Verifique janelas de status, contatos de alarme remotos ou indicadores de manutenção e substitua módulos com falha.

Entradas de Cabos

Confirme que as glândulas e caixas de junção permanecem seladas contra água e umidade.

Estado da comunicação

Verificar 4-20 mA, HART ou RS485 comunicação para o comportamento intermitente ou instável.

Após uma tempestade de trovoadas severas, um instrumento que mostre perda de comunicação, deriva de saída ou reinícios repetidos também deve ser verificado para a degradação do SPD ou dano de onda.

13. Erros comuns de proteção de raios

FAQ: Proteção de raios de radar de nível

Q1: O recinto é suficiente?

R: Não necessariamente. Aterramento e proteção contra picos executam diferentes funções.

Q2: Um transmissor de radar 24VDC ainda pode ser danificado por um raio?

R: Sim. A tensão transitória induzida por raios pode ser muitas vezes superior à tensão normal de funcionamento.

Q3: Uma linha de 4-20 mA precisa de proteção contra surtos?

R: Os circuitos ao ar livre, de longa distância e de alto risco de iluminação devem ser avaliados para proteção contra picos de sinal.

P4: Qualquer SPD de 4–20 mA pode ser utilizado com HART?

R: Não. O SPD deve preservar as características de comunicação HART e atender aos requisitos de tensão de loop.

Q5: O RS485 requer um protetor de onda dedicado?

R: Recomenda-se um protetor projetado para comunicação diferencial RS485.

Q6: Um SPD ao lado do radar é sempre suficiente?

R: Não. Cabos longos ou inter-edifícios podem exigir proteção coordenada nas extremidades do campo e do sistema de controle.

Q7: Todos os escudos de cabo devem ser aterrados em ambas as extremidades?

R: Não universalmente. Aterragem de escudos deve seguir o projeto completo de EMC, sistema de controle e área perigosa.

Q8: Um SPD pode ser adicionado diretamente a um loop intrinsecamente seguro?

R: Só se o SPD for compatível com o sistema de segurança intrínseca e a malha completa permanecer em conformidade.

Q9: Um SPD requer manutenção?

R: Sim. A exposição à cirurgia pode degradar ou danificar um SPD, então sua condição deve ser inspecionada de acordo com o programa de manutenção.

Q10: Que informações METRAVON precisa para avaliar a proteção contra surtos?

R: Forneça um modelo de radar, tensão de alimentação, interface 4-20 mA/HART ou RS485, posição de montagem, comprimento do cabo, localização do compartimento de controle, arranjo de aterramento, requisitos de área perigosa e se a instalação é ao ar livre e elevada.

Conclusão

Proteção de raios de nível de radar confiável não é alcançado com um componente sozinho. Uma abordagem completa normalmente combinaproteção contra aterramento, ligação equipotencial, proteção contra picos de energia, proteção contra linhas de sinal, proteção correta e roteamento de cabos e inspeção de rotina.

Para instalações ao ar livre expostas, longos cabos e transientes induzidos por raios são grandes riscos. A proteção coordenada de campo e sistema de controle, juntamente com conexões SPD curtas e corretamente instaladas, pode reduzir significativamente os danos à eletrônica de radar e às interfaces PLC/DCS.

METRAVON recomenda a avaliação do fornecimento, interface de sinal, comprimento do cabo, aterramento, requisitos de área perigosa e exposição a raios durante o projeto em vez de adicionar proteção apenas após o equipamento já ter sido danificado.