SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Интеллектуальная защита от импульсных перенапряжений. Всегда в курсе событий

Устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), как и любое оборудование, способны выработать свой ресурс и выйти из строя. УЗИП семейства PT-IQ компании Phoenix Contact снабжены системой контроля на базе микропроцессора, которая позволяет установить неисправность устройства на ранней стадии и заменить его прежде, чем оно перестанет работать, поставив под удар защищаемую систему.

ООО «Феникс Контакт РУС», г. Москва

Phoenix-Contact.gif


Ris.BIG.png

Защита от импульсных перенапряжений для контрольно-измерительного и IT-оборудования используется уже много лет и в разных отраслях промышленности. Из года в год УЗИП защищают все типы оборудования от импульсных перегрузок. Однако кто знает, насколько перегружены сами УЗИП, установленные в той или иной системе?

Большинство устройств защиты от импульсных перенапряжений, располагающих встроенной системой контроля состояния, способны сигнализировать о своем полном выходе из строя. В этом случае их требуется немедленно заменить. Куда более практичной является превентивная сигнализация, которая позволяет проводить такие замены в плановом порядке на ранней стадии.

Семейство продукции PT-IQ решает эту задачу, непрерывно предоставляя информацию о состоянии устройств защиты от импульсных перенапряжений с помощью системы контроля на базе микропроцессора.

Информация о статусе защитных устройств поступает на общий управляющий модуль по специальной шине, расположенной между защитными модулями и DIN-рейкой. Оттуда с помощью изолированных сухих контактов она может быть отправлена дальше, например в ПЛК (рис. 1).

Ris.1.png

Рис. 1. Информация об изменении статуса защитных устройств 
передается с помощью двух изолированных сухих контактов



Как работает система контроля состояния

На сегодня самые современные УЗИП – это многокаскадные устройства. В них защитные элементы с низким уровнем защиты, такие как диоды-супрессоры, комбинируются в одном корпусе с элементами, способными проводить через себя высокие разрядные токи, напри­мер с газонаполненными разрядни­ками. Обычно УЗИП выходит из строя постепенно, это проявляется в виде увеличения тока утечки, который просачивается через защитные элементы. Как следствие, на защитных элементах наблюдается потеря мощности. Однако в контрольно-измерительных системах ее значение, как правило, слишком низкое, чтобы обнаружить выход из строя компонентов на ранней стадии с помощью плавких вставок, которые чаще всего используются производителями для обеспечения контроля состояния УЗИП. К тому же в большинстве контрольно-измерительных систем сигналы активны только короткое время и с перерывами, а для кратковременного повышения температуры плавкие вставки – слишком медленное устройство.

Таким образом, для того чтобы определить степень выработки ресурса УЗИП, имеет смысл отслеживать его ток утечки. Широко распространенный метод измерения с использованием резисторов в данном случае нельзя применять. Из-за воздействия сильных импульсных токов необходимо выбирать резисторы с очень низким сопротивлением, что приведет к неточности измерения токов утечки, значение которых будет составлять несколько миллиампер. Кроме того, предпочтительно, чтобы контрольная цепь УЗИП была изолирована от защищаемой сигнальной линии. Это позволит контролировать несколько сигнальных линий, проходящих через один УЗИП, посредством одного контрольного блока и предохранить последний от электромагнитных воздействий со стороны защищаемых линий.

Один из способов решить перечисленные задачи – это измерять магнитное поле, генерируемое током утечки, с помощью так называемого эффекта Холла. Но реализовать это для токов со значением порядка 1 мА достаточно дорого.

Другой способ – использование дополнительных изолированных датчиков, что также не подходит ввиду того, что контрольный блок, встроенный в УЗИП, должен быть как можно меньшего размера и при этом обеспечивать контроль тока утечки, который способен протекать в двух направлениях.

Чем ниже значение токов утечки, которые можно отследить, тем выше надежность системы. В этом случае потери будут относительно низкими и не приведут к перегреву диода-супрессора. На рис. 2 показана логика, по которой отслеживаются токи утечки контрольным блоком в модулях PT-IQ от Phoenix Contact. Она позволяет идентифицировать статус диода-супрессора при возникновении тока утечки примерно от 1 мА. Это достигается путем подсчета количества и длительности импульсов, воздействующих на диод-супрессор в процессе эксплуатации, с последующей обработкой данных по достаточно сложному алгоритму. При определении «желтого» статуса (диоды-супрессоры достигли границы своего ресурса) соответствующий сигнал отправляется в управляющий модуль. Перегрузка (на индикаторе загорается красный свет) отображается, когда хотя бы один из диодов‑супрессоров в защитной схеме вышел из строя.

Ris.2.png

Рис. 2. Система контроля на базе микропроцессора точно определяет 

У газонаполненных разрядников процесс деградации значительно сложнее и зависит от многих факторов, таких как продолжительность горения дуги, энергия разряда, а также количество разрядов. Соответственно и логика определения оставшегося ресурса для этого элемента несколько сложнее, чем для диодов‑супрессоров.

В дополнение к импульсным нагрузкам газонаполненные разрядники подвержены также и негативному воздействию сопровождающих токов, когда разрядник остается включенным слишком долгое время после прохождения импульса. В случае, когда газонаполненный разрядник уже не способен погасить дугу между своими полюсами и требует замены, специальная перемычка замыкает сигнальную линию накоротко, что обеспечивает надежное гашение дуги в разряднике, а также обеспечивает защиту стоящего после УЗИП устройства от возможных последующих воздействий импульсных перенапряжений. В данной ситуации УЗИП получает «красный» статус (включается красный светодиод) и требует немедленной замены защитного штекера.


Особенности конструкции модулей PT-IQ

Монтажная конструкция, которая включает в себя крепящуюся к DIN-рельсу соединительную шину, позволяет производить сборку системы быстро и безошибочно. По соединительной шине распределяется питание блоков контроля подключенных модулей и передаются сигналы состояния на управляющий модуль PTB. Цепи питания и сигналов состояния подключаются автоматически при защелкивании запирающего механизма модулей на монтажном рельсе, что позволяет проводить монтаж с наименьшими усилиями.

Модули PLUGTRAB PT-IQ,  разработанные компанией Phoenix Contact, доступны в двух исполнениях: с винтовыми клеммами и с клеммами Push-in. Технология подсоединения Push-in позволяет быстро и без использования инструментов подключить проводники сечением от 0,34 мм². Для отсоединения инструмент тоже не требуется, что сильно упрощает монтаж устройств защиты серии PLUGTRAB PT-IQ (рис. 3).

Ris.3.png

Рис. 3. Технология Push-in в устройствах защиты серии PT-IQ


Заключение

Защитные устройства Phoenix Contact с возможностью превентивного мониторинга состояния значительно повышают эксплуатационную готовность системы или предприятия. Данная система мониторинга позволяет отследить этап, когда защитные устройства достигли определенной границы выработки ресурса, и заменить их во время планового ремонта – прежде, чем они выйдут из строя из-за перегрузки, что может случиться в самый неподходящий момент.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 5(53)_2014

Автор – Ralf Hausmann, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, 
Blomberg, Germany,
стилистически переработанный перевод 
подготовил А.А. Баишев, 
менеджер по продукции TRABTECH,
ООО «Феникс Контакт РУС», г. Москва,
тел.: (495) 933-8548,