Elementi di protezione circuitale per alimentatori Moduli di protezione serie 1692

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1 Elementi di protezione circuitale per alimentatori Moduli di protezione serie 1692

2 2 Elementi di protezione circuitale per alimentatori Sommario Moduli di protezione serie 1692 Cenni generali Altri tipi di interruttori automatici Non è vero che un guasto è un guasto e che qualsiasi dispositivo di protezione dei circuiti elettrici deve vedere il guasto e agire per garantire la protezione? Progettazione per la protezione dei circuiti elettro-meccanici Progettazione per la protezione dei circuiti elettronici Effetto delle condizioni di funzionamento Effetto delle dimensioni e della lunghezza dei cavi Requisiti degli alimentatori di Classe 2 (Classe 2 NEC) e protezione del circuito elettrico Certificazioni multiple della serie Funzione boost di corrente e corrente supplementare per l'intervento di interruttori automatici (ad es SP) Protezione tramite una scheda PLC/PAC di uscita CC con fusibile elettronico Protezione tramite schede di ingresso CC PLC/PAC con serie Uso della serie 1692 con i PLC a 24 VCC (ad es. Micro800) Perché la serie 1692 assicura una protezione migliore per il secondario dell alimentatore rispetto a un interruttore automatico o a un fusibile?

3 Elementi di protezione circuitale per alimentatori 3 Moduli di protezione serie 1692 Il mercato per la protezione dei circuiti sta cambiando in base alla crescita della domanda per la tensione di controllo CC da 24 V. Negli Stati Uniti e in Canada abbiamo assistito a un passaggio nella tensione preferenziale dei circuiti di controllo da 120 V CA a 24 V CC. In genere, questa variazione è promossa da una tendenza a utilizzare una tensione inferiore come misura precauzionale di sicurezza e per ridurre i requisiti di protezione del personale. La tendenza ha avuto origine in Europa con l'introduzione di schemi circuitali di controllo a 24 V CC. L adozione dei 24 V CC ha condotto alla creazione di nuove linee di alimentatori per erogare i 24 V CC. In genere, quegli alimentatori utilizzano una tecnica a modalità commutata per creare i 24 V CC (rispetto ai più antiquati schemi lineari o con diodi/trasformatori). Gli alimentatori switching, come i prodotti Allen-Bradley serie 1606, e altri tipi di alimentatori integrano una funzione di auto-protezione per impedire sovracorrenti e il successivo surriscaldamento che precede l autodistruzione. Si tratta di una funzione eccellente per l alimentazione, ma presenta alcuni problemi quando si tenta di assicurare la protezione sul lato di carico dell alimentatore. Occorre quindi un nuovo metodo per garantire la protezione al secondario di questi alimentatori switching. L argomento viene illustrato dettagliatamente nel seguito. Va aggiunto che la riduzione dei livelli di tensione e la minore richiesta di corrente conducono all uso di conduttori di sezione inferiore. Il conduttore a sezione inferiore può avere un impatto sull applicazione dei dispositivi di protezione. Altri tipi di interruttori automatici La protezione del secondario dell alimentatore switching è più efficace quando si utilizza il dispositivo di protezione dei circuiti elettronici serie In condizioni ideali (vedere più avanti), un dispositivo di protezione elettro-meccanico (un fusibile o un interruttore automatico, ad esempio della serie 1492-SP o 1489) assicura un certo grado di protezione durante un cortocircuito ideale. Ma la serie 1692 assicura un livello di protezione significativamente maggiore. È progettata per funzionare nell ambiente specifico associato a un alimentatore 24 V CC. Il primario dell alimentatore richiederà comunque una protezione mediante fusibile o interruttore automatico. Il secondario deve essere protetto con la serie Non è vero che un guasto è un guasto e che qualsiasi dispositivo di protezione dei circuiti elettrici deve vedere il guasto e agire per garantire la protezione? Non esattamente. Considerate la struttura di un fusibile o di un interruttore automatico. In presenza di un cortocircuito, sono progettati per funzionare in presenza di un'elevata corrente, essenzialmente da una sorgente infinitamente grande con un cavo in grado di condurre tutta la corrente disponibile al piano di massa o alla polarità opposta. Inoltre, il dispositivo di protezione richiede una certa quantità di tempo per rilevare gli elevati livelli di corrente. Con un alimentatore CC esiste un limite per la corrente disponibile; i progettisti potrebbero essere costretti a sovradimensionare i requisiti di alimentazione, nel tentativo di tenere conto dell esigenza di fornire una corrente sufficiente per far intervenire i dispositivi elettromeccanici. Considerate un circuito semplice con due carichi da 1 A e due da 3,5 A

4 4 Elementi di protezione circuitale per alimentatori In genere i carichi da 1 A sono dotati di fusibili a 2 A mentre i carichi da 3,5 A hanno fusibili da 6 A. La corrente di intervento di un fusibile è di circa 1,8 volte il valore del fusibile; la corrente necessaria per far intervenire il fusibile è illustrata nella tabella riportata di seguito: Corrente tipica Valore fusibile Indicatori 1 A 2 A 3,6 A Sensori 1 A 2 A 3,6 A Display 3,5 A 6 A 10,8 A Motore 3,5 A 6 A 10,8 A Totale 9 A Valore intervento fusibile Valore (*1,8) Nota: in base a una corrente tipica di 9 A, si può considerare un alimentazione di 10 A. Tuttavia, se è presente un guasto nella corrente che raggiunge il motore, il flusso di corrente sarà il seguente: Corrente tipica Valore fusibile Valoreintervento fusibile Valore (*1,8) Indicatori 1 A 2 A 3,6 A 1 A Sensori 1 A 2 A 3,6 A 1 A Display 3,5 A 6 A 10,8 A 3,6 A Motore 3,5 A 6 A 10,8 A 10,8 A Totale 9 A 16,3 A Corrente applicazione Nota: in base alla corrente di guasto per il peggiore dei casi si dovrebbe scegliere un alimentazione a 20 A.

5 Elementi di protezione circuitale per alimentatori 5 Con un dispositivo di protezione del circuito elettro-meccanico (un fusibile o un interruttore automatico) il progettista del circuito deve tenere conto dell esigenza di corrente ulteriore per far intervenire il fusibile o l interruttore automatico (riserva per protezione). Progettazione per la protezione dei circuiti elettronici Quando si utilizzano i moduli di protezione (ECP) serie 1692, non occorre prevedere una corrente aggiuntiva per l'intervento. La protezione si basa sulle condizioni del carico, su corrente e tensione, e l'architettura del prodotto non richiede una corrente di riserva. Diventa quindi possibile utilizzare alimentatori di taglia inferiore, migliorare il raffreddamento delle apparecchiature e ottenere quadri di dimensioni ridotte. Effetto delle condizioni di funzionamento Esiste un altro punto di cui tenere conto. Il consumo di potenza del sistema di controllo è diverso quando un sistema è operativo e stabile rispetto a quando è in fase di avviamento. Molti progettisti di sistemi di controllo sovradimensionano le alimentazioni per tenere conto dei requisiti di avviamento. Una questione spesso ignorata è che l azione dei fusibili o dell interruttore automatico può essere diversa in condizioni di funzionamento normale rispetto alle condizioni di avviamento. In condizioni di funzionamento normale, un guasto (cortocircuito) è più facilmente rilevabile da un fusibile o da un interruttore automatico, perché l alimentatore possiede abbastanza capacità supplementare da fornire una corrente sufficiente (corrente infinita) per un tempo sufficiente affinché il fusibile o l interruttore automatico intervenga. Quando il sistema è in fase di avviamento, anche a carico dell alimentatore ci sono richieste di potenza supplementari. L alimentatore potrebbe non essere in grado di fornire una corrente sufficiente affinché il fusibile o l interruttore automatico possano garantire la protezione magnetica (protezione rapida). Anche in presenza di un cortocircuito, l alimentatore potrebbe non essere in grado di fornire la corrente infinita associata a un cortocircuito. Anche se è effettivamente presente un guasto, la quantità di corrente il cui flusso attraversa il fusibile o l interruttore automatico è comunque non infinita e la corrente del livello del guasto viene rilevata come sovracorrente dal fusibile o dall interruttore automatico. La risposta del fusibile o dell interruttore automatico è ulteriormente ritardata con una corrente inferiore (ma ancora sovracorrente) per questa condizione. Il fusibile o l interruttore automatico rileva questa corrente come una sovracorrente rispetto a una corrente di cortocircuito. È possibile che la corrente di guasto non venga rilevata per alcuni secondi durante l avviamento di una macchina o un processo. Durante questo periodo di non intervento potrebbe verificarsi un danno significativo ai componenti. Quando si utilizza la protezione ECP serie 1692, è possibile rilevare queste condizioni di avviamento, spesso una tensione inferiore è associata a una richiesta di avviamento a carico dell alimentatore. La protezione ECP serie 1692 rileva la sovracorrente e monitora che i 24 V CC rispettino la soglia minima (generalmente circa 21 V CC). La protezione ECP serie 1692 rileva le condizioni prolungate al di sotto dei 21 V CC e disattiva i circuiti collegati indicando così la causa come bassa tensione. La protezione ECP serie 1692 rileva sia la sovracorrente sia la sottotensione.

6 6 Elementi di protezione circuitale per alimentatori Effetto delle dimensioni e della lunghezza del cavo Impedenza del circuito guasto (resistività) La resistività di un circuito guasto è estremamente importante e spesso critica. La migliore riserva di corrente nell alimentatore non è d aiuto se la legge di Ohm non consente il flusso della corrente. La resistenza dei cavi ha un forte impatto e viene spesso sottovalutata; l esempio seguente la descrive al meglio: Un display con un assorbimento di 5,5 A si trova a 30 m (lunghezza totale del cavo 60 m) dall armadio elettrico di controllo. Il progettista utilizza un alimentatore a 10 A, un cavo con sezione di 1 mm 2 e un interruttore automatico da 6 A con caratteristica C per proteggere il cavo e il display. Calcolo della resistività del circuito guasto: - Unità alimentatore (R interna) 30 mω - Connettori ecc. 20 mω - Interruttori modulari automatici magnetotermici 20 mω - Cortocircuito (nel dispositivo) 45 mω - Linea 60 m 1 mm 2 (18 mω /m) 1080 mω Totale =1195 mω La resistenza limita il flusso di corrente. Il flusso di corrente non può superare i seguenti valori: In caso di guasto: I = V/R = 24 V / 1,195Ω = 20 A Il flusso di corrente attraverso questo circuito elettrico non può superare i 20 A - (In CONDIZIONI DI GUASTO) 20 A su un interruttore automatico da 6 A è pari a un rapporto I/In di 3,33. L interruttore automatico non reagisce come se l evento fosse un guasto. L evento viene rilevato come sovracorrente. Generalmente, l interruttore automatico interviene entro 3-10 secondi a questo livello di corrente. Non è il genere di risposta auspicata per una condizione di guasto. Utilizzando la protezione ECP serie 1692, questa corrente di guasto su un circuito da 6 A verrebbe rilevata entro circa 300 ms. La protezione ECP serie 1692 assicura la risposta protettiva adeguata quando si utilizza un cavo di sezione inferiore e lunghezza maggiore.

7 Elementi di protezione circuitale per alimentatori 7 Requisiti degli alimentatori di Classe 2 (Classe 2 NEC) e protezione del circuito elettrico Alcune macchine collegate richiedono un alimentazione di Classe 2 (max 100 VA). La soluzione è un alimentatore certificato di Classe 2 (la linea di prodotti Allen-Bradley serie 1606 offre diversi alimentatori di Classe 2) o un alimentatore di taglia superiore utilizzato con un dispositivo di protezione, come la serie 1692, che assicura un livello di alimentazione di Classe 2 certificato. Il dimensionamento del fusibile (o dell interruttore automatico) per avere bassi livelli di corrente da un alimentatore di taglia superiore non rappresenta un metodo accettabile per fornire un circuito di alimentazione di Classe 2. Per ulteriori informazioni, consultare la pubblicazione Rockwell Automation 1692-WP001A-EN-P. Certificazioni multiple della serie 1692 I prodotti possono essere certificati per diverse categorie UL. I dispositivi di protezione dei circuiti elettronici serie 1692 hanno le seguenti certificazioni: Norma UL508 Certificato (Canada e Stati Uniti) Descrizione Norma per apparecchiature di controllo industriale. La sezione specifica di UL508 per cui la serie 1692 è certificata è "Power Circuit and Motor-mounted Apparatus" (NMTR) UL 2367 Riconosciuto Questa norma riguarda i dispositivi di protezione da sovracorrente a stato solido. Questi dispositivi sono interruttori a stato solido che limitano la corrente in uscita a un livello sicuro quando il carico in uscita supera la soglia limite di corrente o quando è presente un cortocircuito lato carico. I dispositivi di protezione da sovracorrente a stato solido devono essere utilizzati sul lato carico di un trasformatore di isolamento, alimentatore o batteria per garantire un metodo di protezione supplementare. UL IEC/EN IEC EN EC/EN Riconosciuto (Canada e Stati Uniti) Norma relativa alle apparecchiature informatiche. Comprende la Classe 2 NEC su moduli selezionati per UL/IEC/EN (vedi sopra) Questa norma riguarda l uso dell apparecchiatura elettronica nelle installazioni di potenza dove si richiede un livello uniforme per sicurezza e affidabilità. Applica inoltre gli standard contro la folgorazione, per le verifiche e per l integrazione nei sistemi per le installazioni di potenza. Apparecchiature elettroniche da utilizzare nelle installazioni di potenza (alcune analogie con la voce precedente) Questa norma si applica ai requisiti generali dell applicazione di apparecchiature elettriche ed elettroniche e in macchine stazionarie. Funzione boost di corrente e corrente supplementare per l'intervento di interruttori automatici (ad es SP) La funzione di boost di corrente è un ottimo strumento per erogare una corrente temporanea supplementare che potrebbe essere necessaria per una condizione di spunto o una brevissima sovracorrente. Non è tuttavia pensata per fornire la corrente supplementare necessaria per far intervenire l interruttore automatico. Una delle condizioni per l'intervento di un interruttore automatico (o anche un fusibile rapido) è che il tempo e la corrente siano sufficienti. La sovracorrente temporanea o di spunto che può presentarsi durante l avviamento non forniscono un tempo idoneo di intervento. L interruttore automatico e il fusibile sono progettati per non intervenire in quell'intervallo. Per proteggere l alimentatore prima che entri in modalità di auto-protezione, l interruttore automatico (fusibile) richiede la corrente supplementare e un tempo sufficiente, ma deve intervenire prima che l alimentatore interrompa l erogazione di corrente. Potrebbe essere un obiettivo conflittuale. In particolare in presenza di fattori induttivi o capacitivi che possono avere un impatto sul circuito. I carichi induttivi e capacitivi richiedono tempo per stabilizzarsi e, in tale lasso di tempo, assorbono corrente supplementare. È tuttavia possibile che i circuiti protettivi dell alimentatore non siano in grado di fornire la corrente supplementare per l auto-protezione.

8 8 Elementi di protezione circuitale per alimentatori Per garantire un intervento rapido prima che si verifichi l auto-protezione, potrebbe essere necessario un interruttore automatico con curva B o Z. Tuttavia, per garantire al carico capacitivo o induttivo di stabilizzarsi e non effettuare un falso intervento potrebbe essere richiesta una curva di intervento dell interruttore automatico di tipo D. Inserire il dispositivo di protezione dei circuiti elettronici. La caratteristica di intervento è stata concepita per consentire il collegamento della maggiore quantità di carichi induttivi/capacitivi, tuttavia il dispositivo di protezione è stato progettato per intervenire prima dell auto-protezione dell alimentatore. Protezione tramite una scheda PLC/PAC di uscita CC con fusibile elettronico Nota: le schede PLC con protezione incorporata a fusibili elettronici non hanno la funzione di sostituire fusibili, interruttori automatici o altri dispositivi di protezione richiesti dalle normative. La protezione a fusibili elettronici del modulo PLC viene solitamente progettata per garantire la protezione del modulo da condizioni di cortocircuito, solitamente in base al principio di protezione termica. Nel caso di una condizione di cortocircuito su un canale di uscita, tale canale limiterà la corrente nel giro di pochi millisecondi dopo che è stata raggiunta la relativa temperatura di protezione termica. Le schede PLC con protezione a fusibili elettronici, in genere, non sono raccomandate per la protezione dalle sovracorrenti. Tuttavia, la protezione del fusibile elettronico in questi dispositivi, benché progettata principalmente per proteggere la scheda di uscita, assicura una rapida protezione ed è probabile che agirebbe ancora più rapidamente del circuito di auto-protezione dell alimentatore, assicurando così le necessarie informazioni per la risoluzione dei problemi: 1756-OB16E 1756-OB8EI 1756-OV16E 1756-OV32E Quando si utilizzano le schede di uscita CC, l uso di un dispositivo di protezione ECP della serie 1692 è d ausilio nel risolvere le condizioni di sovracorrente. I produttori di PLC consigliano spesso di utilizzare fusibili con i moduli d uscita, il cui dimensionamento è idoneo a fornire una protezione esclusivamente per i cortocircuiti dei cablaggi a carichi esterni. Nel caso di un cortocircuito su un canale di uscita, il transistor o il relè associati a tale canale verranno probabilmente danneggiati. Il modulo deve essere sostituito o è necessario utilizzare un canale di uscita di riserva per il carico. I fusibili esterni non assicurano sempre la protezione da sovraccarico. Nel caso di un sovraccarico su un canale di uscita, è probabile che il fusibile non intervenga e che il transistor o relè associato a tale canale venga danneggiato. Per garantire una protezione da sovraccarico all applicazione, è necessario installare esternamente una protezione dei circuiti elettrici fornita dall utente come il dispositivo di protezione serie 1692, opportunamente dimensionata in funzione delle specifiche caratteristiche del carico. Sovradimensionare i dispositivi di protezione serie 1692 in base al 100% del valore nominale della corrente dei singoli carichi. Il dispositivo di protezione ECP serie 1692 consente requisiti di spunto dei carichi in base a determinati limiti, almeno fino a 2 volte la corrente per 1 secondo. Tenere presente che un dispositivo di protezione serie 1692 dimensionato a un amperaggio superiore rispetto alla capacità di condurre corrente della scheda PLC può danneggiare il transistor o il relè associato a quel canale I/O nella scheda PLC. Protezione tramite schede di ingresso CC PLC/PAC con serie 1962 In genere, la scheda di ingresso non è coinvolta nello stato di errore dell'ingresso collegato. Ad esempio, se è presente un sensore cortocircuitato e guasto, la scheda di ingresso segnala lo stato dell'ingresso (attivo/disattivo) ma non la condizione del sensore. Se il sensore assorbe una corrente eccessiva, potrebbe essere sufficiente a mandare l'alimentazione in modalità di auto-protezione. Quando si utilizza il dispositivo di protezione ECP serie 1692 per proteggere i sensori, la condizione di sovracorrente viene rilevata e i circuiti vengono spenti con la notifica del circuito difettoso. L'alimentazione rimane attiva per altri carichi o per gli interventi di manutenzione.

9 Elementi di protezione circuitale per alimentatori 9 Uso della serie 1692 con i PLC a 24 VCC (ad es. Micro800) Quando si utilizza un dispositivo della serie 1692, che monitora la corrente in uscita da un'alimentazione a 24 V CC, un progettista potrebbe considerare inizialmente l'applicazione del monitoraggio di corrente a ogni carico da 24 V CC. Si raccomanda di non applicare la protezione 1692 all'alimentazione a 24 V CC del PLC per la protezione da sovracorrente. Il vantaggio del circuito di monitoraggio della tensione 1692 sta nel fatto che è possibile controllare sia la corrente del circuito da 24 V CC che la tensione da 24 V CC. Altri sistemi da 24 V CC monitorano unicamente la corrente. Il monitoraggio della tensione dell'alimentatore consente al PLC a 24 V CC di funzionare senza la corrente per l'alimentazione del PLC monitorata. I 24 V CC del PLC si ottengono direttamente dall'alimentatore. Il dispositivo di protezione ECP serie 1692 monitora la tensione di alimentazione e indica se tale tensione scende al di sotto di 21 V CC. I carichi meno critici, come le uscite o gli ingressi dei sensori, vengono monitorati tramite la serie 1692 e l'azione può essere intrapresa a seconda dello stato del dispositivo 1692, che dipende dal PLC (o altro sistema di controllo gerarchico) Perché la serie 1692 assicura una protezione migliore per il secondario dell alimentatore rispetto a un interruttore automatico o a un fusibile? Un fusibile o un interruttore automatico non è progettato per le condizioni speciali associate ai sistemi da 24 V CC utilizzati oggi. I fusibili e gli interruttori modulari automatici magnetotermici sono stati progettati per una tensione alternata superiore. L'auto-protezione della serie 1692 opera in maniera estremamente rapida. Molti ricorderanno l'espressione: È piuttosto arduo proteggere un circuito allo stato solido con un dispositivo meccanico. Con la serie 1692, i circuiti elettronici vengono protetti da componenti elettronici. La serie 1692 è progettata per funzionare a 24 V CC. Numerosi collegamenti a un alimentatore da 24 V CC sono circuiti allo stato solido (sensori, schede I/O PLC/PAC, trasduttori, ecc.). È possibile ridurre al minimo il rischio di danneggiamento a questi dispositivi grazie a una protezione ad azione rapida. (Il danno al sensore o al dispositivo allo stato solido non viene eliminato ma significativamente ridotto.) Gli attuali alimentatori switching (come la linea di prodotti Allen-Bradley serie 1606) includono un circuito auto-protettivo. Il circuito interno impedisce all'alimentatore di erogare una corrente eccessiva. Nonostante la protezione sia utile per salvaguardare l'alimentatore, se il dispositivo che ha assorbito una corrente eccessiva non può essere determinato, è possibile che sia necessario eseguire la ricerca guasti al fine di isolare il dispositivo difettoso. Un interruttore automatico potrebbe non essere in grado di isolare il dispositivo difettoso in quanto richiede una sovracorrente e un tempo sufficienti per attivarsi. L'alimentatore si spegne prima che l'interruttore automatico possa intervenire. Il dispositivo di protezione dei circuiti elettronici serie 1692 è concepito per rilevare la sovracorrente e isolare quel circuito in modo che il dispositivo guasto non generi ulteriori problemi.

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11 Assistenza Rockwell Automation Rockwell Automation fornisce informazioni tecniche sul Web a supporto dei propri prodotti. All indirizzo è possibile trovare manuali tecnici, note tecniche ed applicative, codici di esempio e collegamenti a service pack software, oltre alla funzione personalizzabile MySupport per utilizzare al meglio tali strumenti. Inoltre, è possibile consultare la nostra Knowledgebase all indirizzo per accedere a FAQ, informazioni tecniche, aggiornamenti software, chat e forum di supporto, oltre che per sottoscrivere la notifica degli aggiornamenti dei prodotti. Per un ulteriore livello di assistenza tecnica telefonica per l installazione, la configurazione e la ricerca guasti proponiamo i programmi TechConnect SM. Per ulteriori informazioni, contattare il proprio distributore di zona o il rappresentante Rockwell Automation, oppure visitare il sito Assistenza per l installazione Se si osservano anomalie entro 24 ore dall installazione, consultare le informazioni contenute nel presente manuale. Per richiedere assistenza durante la messa in servizio iniziale del prodotto, rivolgersi all Assistenza Clienti. Stati Uniti o Canada Al di fuori degli Stati Uniti o del Canada Utilizzare il Worldwide Locator sul sito oppure contattare il rappresentante Rockwell Automation di zona. Restituzione di prodotti nuovi non funzionanti Rockwell Automation collauda tutti i propri prodotti per accertarsi che siano perfettamente funzionanti al momento della spedizione dalla fabbrica. Tuttavia, se il prodotto non funziona e deve essere restituito, attenersi alla seguente procedura: Stati Uniti Fuori dagli Stati Uniti Contattare il distributore di zona. Per completare la procedura di reso è necessario fornire al distributore il numero di pratica attribuito dall Assistenza Clienti (chiamare il numero telefonico sopra indicato per ottenerne uno). Contattare il rappresentante Rockwell Automation di zona per indicazioni sulla procedura di restituzione. Commenti relativi alla documentazione I commenti degli utenti sono molto utili per capire le loro esigenze in merito alla documentazione. Per proporre dei suggerimenti su eventuali migliorie da apportare al presente documento, compilare il modulo RA-DU002, disponibile sul sito Pubblicazione 1609-WP002A-IT-P Ottobre 2012 PN-XXXXXX-XX Copyright 2012 Rockwell Automation, Inc. Tutti i diritti riservati. Stampato negli U.S.A.