Радарный измеритель уровня молнии и руководство по защите от ударов

METRAVON Radar Level Meter Lightning and Surge Protection

Радиолокационные измерители уровня используют электромагнитные волны для непрерывного бесконтактного измерения жидкостей, шламов и твердых частиц. Их внутренняя электроника обычно включает микроволновые схемы генерации сигналов, процессоры, силовые модули и интерфейсы, такие как 4-20 мА, HART и RS485 / Modbus.

Эти электронные схемы могут быть уязвимы дляиндуцированные скачки молнии, переходные линии электропередач, различия потенциалов земли и перенапряжение, связанные с длинными полевыми кабелями. Риск особенно важен для приборов, установленных на открытом воздухе, поверх резервуаров или шахт, в резервуарах, мостах, отдаленных гидрологических станциях и других открытых местах.

1. Как молния влияет на уровень радара?

Прибор не нуждается в прямом ударе молнии для повреждения. Близлежащий удар может вызвать переходное напряжение в питающие кабели, сигнальные линии, металлические конструкции и систему заземления.

Сцепление линий электропередач

Длинные кабели питания 24VDC или AC могут получать высокие переходные напряжения от электромагнитного поля молнии.

Соединение сигнальной линии

Кабели 4-20 мА и RS485 могут проводить энергию перенапряжения в передатчик, PLC, DCS или RTU.

Потенциальный рост

Ток молнии, поступающий в систему заземления, может создать временную разницу напряжения между отдельными точками заземления.

Ближайшее соединение Lightning

Удар по соседнему зданию, башне, резервуару или трубопроводу может по-прежнему вызывать повреждающие напряжения в системе приборов.

2. Начните с защитного заземления и эквивалентного связывания

Одной из целей молниезащиты является минимизация опасных переходных потенциальных различий между проводящими структурами. Поэтому металлические резервуары, корпуса приборов, монтажные конструкции, шкафы и другие проводящие компоненты должны быть соединены в соответствии с участком' s защитно-заземляющая и эквипотенциально-связывающая конструкция.

Для радиолокационного передатчика, установленного на металлическом танке, проверьте:

• Сам танк правильно прикреплен к системе заземления площадки;

• Инструмент' s защитно-земной терминал подключен в соответствии с заводом-изготовителем' инструкции;

• Монтажные скобки и металлические конструкции не остаются на неконтролируемом плавающем потенциале.

• Заземляющие проводники держатся такими же короткими и прямыми, как и практические.

• Точки заземления свободны от сильной коррозии, рыхлости или механических повреждений.

Важно:Эквипотенциальная связь не означает, что негативный аналоговый сигнал 24VDC, общий цифровой сигнал, кабельные экраны, земля внутренней безопасности и защитная земля должны быть связаны друг с другом без разбора. Правильные отношения между этими проводниками зависят от прибора, ПЛК/DCS, изолятора, барьера безопасности, конструкции ЭМС и системы опасных зон.

3. Почему важна защита от побочного воздействия?

Инструменты радиолокационного уровня часто используют 24VDC или независимую мощность постоянного тока. Длинные внешние кабели питания могут проводить энергию, вызванную молнией, непосредственно в приборную электронику.

Если требуется оценка риска сайта, подходящийЗащитное устройство (SPD)могут быть установлены на электрической цепи. SPD ограничивает временное перенапряжение на защищенном оборудовании и обеспечивает контролируемый путь для тока всплеска.

Выбор должен учитывать:

• нормальное рабочее напряжение;

• AC или DC поставки;

• Максимальное непрерывное рабочее напряжение;

• возможность разряда тока;

• уровень защиты от напряжения;

• Совместимость с двухпроводными петлевыми инструментами;

• Опасные зоны или требования внутренней безопасности, где это применимо.

SPD с излишне низким рейтингом рабочего напряжения автоматически не улучшается. Неправильное устройство может вызвать утечку, неприятную работу или недостаточное рабочее напряжение для инструмента.

4. Требуется ли 4-20 мА и линии сигнала HART для защиты от сбоев?

Потребность зависит от длины кабеля, воздействия на открытом воздухе и риска молнии. Длинный кабель 4-20 мА от открытого передатчика на крыше резервуара до диспетчерской может проводить энергию всплеска в передатчик или аналоговый модуль ввода.

Поэтому подходящий сигнал SPD можно рассматривать в соответствующем месте.

4-20 мА

Подтвердите напряжение петли, ток, падение напряжения и совместимость нагрузки.

HART

SPD должен сохранять характеристики сигнала, необходимые для связи HART.

Изолированные / внутренне безопасные петли

Подтвердить совместимость с изоляторами, барьерами безопасности, сопротивлением петли и сертификацией опасных зон.

5. Как защитить линии RS485/Modbus?

RS485 использует дифференциальную сигнализацию и обладает хорошим помехозащищенным иммунитетом, но не предназначен для того, чтобы выдерживать удары молнии. Длинные полевые шины RS485 могут быть особенно подвержены индуцируемому перенапряжению.

Важными соображениями являются:

• использовать SPD, предназначенный для дифференциальной связи RS485;

• Убедитесь, что емкость и пропускная способность SPD не ухудшают связь;

• Следуйте правильному A / B, ссылке и проводке щита;

• Избегайте длительной параллельной маршрутизации высоковольтными силовыми кабелями;

• обращать особое внимание на связи между зданиями или отдельными системами заземления;

• Для очень рискованных или междугородних линий, подумайте о гальванической или волоконно-оптической изоляции, где это уместно.

6. Как должны быть заземлены кабельные щиты?

Кабельное экранирование может уменьшить электромагнитные помехи, но метод окончания экрана не должен быть обобщен в одно универсальное правило.

В зависимости от системы может быть целесообразным одноточечное или многоточечное заземление. Окончательная договоренность должна предусматривать:

• Контрольно-кабинетная заземляющая архитектура;

• заземление полевых приборов;

• сигнальная и защитная земля;

• Различные здания или заземляющие сети;

• требования внутренней безопасности;

• Требования EMC.

7. Где должен быть установлен SPD?

Общие места включают:

• Рядом с радиолокационным передатчиком или полевой распределительной коробкой;

• при входе в кабель управления-кабинета;

• на обоих концах межстроечных линий;

• где открытый кабель входит в закрытую зону;

• Перед чувствительными модулями ввода PLC, DCS или RTU.

Длинные кабельные прогоны могут потребовать скоординированной многоступенчатой защиты, а не одного SPD, установленного только на одном конце.

8. Почему заземление SPD должно быть коротким?

Молниеносный всплеск тока меняется чрезвычайно быстро. Даже проводник с низким сопротивлением постоянного тока может развить значительное преходящее напряжение из-за его индуктивности, если соединение длинное или излишне зациклено.

Хорошая практика установки обычно включает в себя:

• Короткие связи;

• направлять их как можно дальше;

• Избегайте больших петель;

• избегать ненужных резких изменений маршрутизации;

• Использование размера проводника в соответствии с электрическим дизайном.

Качество установки SPD может быть столь же важным, как и номинальная спецификация SPD.

9. Может ли защитное заземление заменить SPD?

Нет.

10. Почему наружные установки более открыты?

Радиолокационные передатчики, установленные на крышах резервуаров, шахтных крышах, водохранилищах, мостах или других возвышенных местах, часто имеют длинные внешние силовые и коммуникационные кабели и подвергаются воздействию более сильных электромагнитных полей молнии.

Проверьте:

• Существующая внешняя система молниезащиты;

• Заземление танка или конструкции;

• Силовые и сигнальные СПД;

• длина наружного кабеля;

• соединения между отдельными системами заземления;

• Требуется ли дополнительная защита на конце системы управления.

11. Можно ли добавить СДПГ в опасный район?

Нет.

Если радиолокационный передатчик является частью безопасного контура, добавленный SPD должен быть подходящим для этой системы. Его сертификация и электрические параметры должны быть проверены вместе с передатчиком, барьером безопасности, изолятором, кабелем и полным контуром.

Для взрывозащищенного оборудования также проверьте:

• Сертифицированные кабельные железы;

• состояние корпуса и резьбовых соединений;

• требования к заземлению, изложенные в сертификационных документах;

• Эти дополнительные компоненты не ставят под угрозу концепцию сертифицированной защиты.

12. Что следует учитывать перед началом грозового сезона?

Наземные соединения

Проверьте наличие коррозии, свободных соединений, сломанных проводников или механических повреждений.

Состояние SPD

Проверьте окна состояния, удаленные контакты тревоги или индикаторы обслуживания и замените неисправные модули.

Кабельные входы

Подтверждают, что железы и соединительные коробки остаются закрытыми от воды и влаги.

Коммуникационный статус

Проверяйте связь 4-20 мА, HART или RS485 для периодического или нестабильного поведения.

После сильной грозы инструмент, показывающий потерю связи, дрейф выходных данных или повторные перезапуски, также должен быть проверен на предмет деградации СПД или повреждения от всплеска.

13. Ошибки молниезащиты

FAQ: Защита от молнии на уровне радара

Q1: Достаточно ли заземления корпуса?

A: Не обязательно. Заземление и защита от перенапряжений выполняют различные функции.

Q2: Может ли радиолокационный передатчик 24VDC быть поврежден молнией?

А: Да. Наведенное молнией преходящее напряжение может быть во много раз выше нормального рабочего напряжения.

Q3: Требуется ли линия 4-20 мА для защиты от перенапряжения?

A: Наружные, междугородние и высокомолниеносные схемы должны быть оценены для защиты от перенапряжения на стороне сигнала.

Q4: Можно ли использовать 4-20 мА SPD с HART?

А: Нет. SPD должен сохранять характеристики связи HART и соответствовать требованиям к напряжению петли.

Q5: Требуется ли RS485 специальный защитный механизм?

A: Рекомендуется протектор, предназначенный для дифференциальной связи RS485.

Q6: Всегда ли достаточно одного СПД рядом с радаром?

А: Нет. Длинные или межстроительные кабели могут требовать скоординированной защиты как на местах, так и на концах системы управления.

Вопрос 7: Следует ли заземлять каждый кабельный щит с обоих концов?

А. Не универсально. Заземление щита должно соответствовать полной конструкции EMC, системы управления и опасной зоны.

Q8: Можно ли добавить SPD непосредственно в безопасный цикл?

A: Только в том случае, если SPD совместим с системой внутренней безопасности и полный цикл остается совместимым.

Q9: Требует ли SPD технического обслуживания?

А: Да. Воздействие хирургии может ухудшить или повредить SPD, поэтому его состояние должно быть проверено в соответствии с программой обслуживания.

Q10: Какая информация нужна METRAVON при оценке защиты от перенапряжения?

A: Пожалуйста, предоставьте модель радара, напряжение питания, 4-20 мА/HART или интерфейс RS485, положение крепления, длину кабеля, расположение кабины управления, расположение заземления, требования к опасной зоне, а также то, является ли установка наружной и повышенной.

Заключение

Надежная радиолокационная молниезащита достигается не только одним компонентом. Полный подход обычно сочетаетзащитное заземление, эквипотенциальная связь, защита от перенапряжения на стороне электропитания, защита сигнальной линии, правильное экранирование и маршрутизация кабеля и рутинный осмотр.

Для открытых наружных установок большие пробеги кабелей и переходные процессы, вызванные молнией, являются основными рисками. Скоординированная защита полей и систем управления вместе с короткими и правильно установленными соединениями SPD может значительно уменьшить повреждение радиолокационной электроники и интерфейсов PLC/DCS.

Компания METRAVON рекомендует оценивать поставки, интерфейс сигнала, длину кабеля, заземление, требования к опасным зонам и воздействие молнии на объект во время проектирования проекта, а не добавлять защиту только после того, как оборудование уже было повреждено.