Interruttore magnetotermico versus modulo selettivo elettronico Controllo selettivo delle partenze utilizzatore DC 24 V

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1 Interruttore magnetotermico versus modulo selettivo elettronico Controllo selettivo delle partenze utilizzatore DC 24 V Robusti carichi elettromeccanici o elettronica ultrasensibile: tutti gli utilizzatori da 24 V nella moderna costruzione di macchine e impianti vengono alimentati da un unico alimentatore switching comune stabilizzato. Per evitare che i guasti di un utilizzatore compromettano l intero impianto, il circuito di alimentazione a 24 V viene suddiviso in singole derivazioni e protetto in modo selettivo. Allo scopo si usano di frequente interruttori magnetotermici (LSS). In molti casi, tuttavia, essi non garantiscono una protezione affidabile. Il modulo selettivo elettronico, invece, monitora in modo affidabile le derivazioni a 24 V e consente una diagnostica sicura degli errori, riducendo al minimo i tempi di arresto. Gli alimentatori switching si proteggono con la limitazione elettronica della corrente di uscita Gli alimentatori switching del primario sono già largamente diffusi per l alimentazione del livello a 24 V degli impianti automatizzati e hanno ormai sostituito gli alimentatori con trasformatore. Tuttavia, nella maggior parte dei casi la suddivisione dell alimentazione a 24 V in diversi gruppi di utilizzatori, così come la loro protezione, è ancora affidata a interruttori magnetotermici. Gli alimentatori switching con i loro componenti sono dimensionati in base a un determinato valore nominale della potenza di uscita. Per proteggere i dispositivi dai danni causati da un sovraccarico, la corrente di uscita viene limitata elettronicamente. La limitazione della corrente inizia normalmente a 1,1-1,5 volte la corrente nominale. Questa limitazione della corrente massima incide anche sul comportamento di intervento degli interruttori magnetotermici. Comportamento caratteristico degli interruttori magnetotermici Il compito degli interruttori magnetotermici è di proteggere i conduttori dai danni termici dell isolamento causati da correnti troppo elevate. Le caratteristiche di intervento sono pertanto adeguate alle caratteristiche di carico dei conduttori. Nel meccanismo di disinserzione si devono distinguere due campi di intervento. Nel campo delle piccole sovracorrenti si tratta di un intervento termico ritardato mediante un bimetallo. Il tempo prima dell intervento dipende dall entità della sovracorrente e può essere di minuti o di ore. La disinserzione nel campo delle sovracorrenti elevate (cortocircuiti) avviene invece per intervento elettromagnetico, ovvero attraverso un elettromagnete, e in questo caso rientra nell ordine dei millisecondi. Tuttavia, per evitare che l intervento elettromagnetico dell interruttore magnetotermico solleciti gli utilizzatori collegati già in seguito agli impulsi della corrente di inserzione alle normali condizioni di esercizio, esistono diversi gradi di sensibilità riprodotti dalle caratteristiche di intervento da A a D. In ogni caso è necessario un multiplo della corrente nominale per far sì che l interruttore magnetotermico intervanga molto Alimentatori SITOP

2 Un interruttore magnetotermico con caratteristica C, ad es., interviene al raggiungimento di 5-10 volte la corrente nominale. Nel caso della tensione continua, i valori limite della corrente aumentano del fattore 1,4. Per assicurare un intervento immediato è quindi necessario tenere in considerazione 14 volte la corrente nominale nella progettazione. Il problema degli alimentatori moderni e degli interruttori magnetotermici tradizionali In caso di sovraccarico la limitazione elettronica della corrente di un alimentatore switching limita la corrente di uscita ad es. a un valore di 1,5 volte la corrente nominale. Nel caso di un dispositivo da 20 A questo corrisponde ad es. a una corrente max. di 30 A. In questo caso possono intervenire istantaneamente e in modo sicuro tutt al più gli interruttori magnetotermici con caratteristica C e una corrente di fase nominale fino a 2 A. Il sovradimensionamento è un approccio scorretto alla risoluzione del problema Nel più semplice dei casi è possibile ottenere un intervento di interruttori magnetotermici con corrente di fase nominale maggiore utilizzando un alimentatore con una potenza di uscita maggiore. Questo, tuttavia, richiede maggiore spazio e comporta costi maggiori. In alcuni alimentatori di corrente viene integrato anche un cosiddetto power boost. In questo caso il dispositivo è in grado di alimentare - almeno temporaneamente - una corrente di uscita fino a 6 volte la corrente nominale. Un intervento rapido è decisivo, perché se cade l alimentazione a 24 V anche le derivazioni integre sono sottoalimentate. Una caduta di tensione di 20ms è già critica per un PLC, e causa l interruzione del processo se non addirittura la caduta del sistema. Esempio di applicazione con protezione selettiva tramite interruttore magnetotermico: in caso di sovraccarico l alimentatore switching limita la corrente e l interruttore magnetotermico non interviene abbastanza rapidamente. La tensione a 24 volt cala, tutti gli utilizzatori sono sottoalimentati e il PLC entra in STOP. Nella pratica, tuttavia, spesso questa non è una soluzione, in quanto la corrente di uscita così elevata non riesce a passare. Infatti, le resistenze ohmiche dei conduttori di alimentazione e di ritorno fino al punto del guasto limitano la corrente massima possibile. Già a partire da un impedenza ad anello di soli 0,4 ohm che, se si utilizza un cavo con sezione di 1 mm 2, corrispondono a una distanza di soli 11 m tra alimentazione e utilizzatore un alimentatore da 20 A, che potrebbe temporaneamente fornire una corrente di 6 volte maggiore (120 A), riesce a portare solo una corrente tripla (60 A) attraverso il percorso del cortocircuito. Con questa corrente può intervenire istantaneamente e in sicurezza al massimo un interruttore magnetotermico con caratteristica C con corrente nominale fino a 4 A. Tuttavia, se oltre alla resistenza del cavo in sé si tengono in considerazione anche le resistenze interne dell alimentatore e dell interruttore magnetotermico, così come le resistenze di contatto dei morsetti e del cortocircuito effettivo, nemmeno questi 60 A riescono a passare e un C4 non riesce più a intervenire istantaneamente (vedere l esempio applicativo alla prossima pagina). Nel caso di guasti a bassa resistenza riesce a passare una corrente più elevata, con la quale è possibile far intervenire anche interruttori magnetotermici più grandi, tuttavia le partenze utilizzatore parallele subiscono un calo di tensione almeno fino all esclusione del percorso guasto. Se la disinserzione non inizia entro pochi millisecondi, ulteriori utilizzatori potrebbero subire un guasto. Alla fine, con una combinazione di alimentatore switching e interruttore magnetotermico è possibile ottenere una disinserzione selettiva delle partenze utilizzatore guaste solo in casi particolari e con un complesso lavoro di progettazione.

3 Esempio di applicazione con corrente di cortocircuito limitata: la corrente di cortocircuito si riduce a causa di diverse resistenze ohmiche, per cui non è possibile raggiungere la corrente necessaria per l intervento rapido dell interruttore magnetotermico, indipendentemente dalla potenza dell alimentatore. Speciale caratteristica di disinserzione come soluzione ottimale Il modulo selettivo è particolarmente adeguato al comportamento degli alimentatori switching e delle partenze 24V in corrente continua. Con la sua speciale caratteristica di disinserzione (vedere a destra) reagisce alla sovracorrente in una derivazione guasta anche se supera solo leggermente la corrente nominale. Ciò consente di proteggere in modo affidabile anche i conduttori lunghi e sottili nei quali la corrente di cortocircuito è limitata dall elevata resistenza ohmica. Grazie a questo vantaggio è possibile utilizzare conduttori con sezioni dei cavi minori che, proprio nelle lunghe distanze, consentono un risparmio dei costi. Oltre al controllo della corrente nelle singole derivazioni, il modulo selettivo misura anche la tensione di uscita dell alimentatore. Se scende sotto i 20 V, si disattivano immediatamente tutte le uscite in maniera selettiva, ovvero solo quelle che in questo momento conducono oltre il 100% della corrente di sgancio impostata singolarmente. Per tutte le derivazioni che non sono sovraccariche l alimentazione a 24 V viene mantenuta senza l interferenza di cali e anche grandi parti dell impianto possono continuare a funzionare. Modulo selettivo SITOP PSE200U: comportamento in funzione dell'assorbimento di corrente per circuito di uscita... da 0 A fino al valore impostato (I/Inom = 100 %) nessuna disinserzione dal valore impostato fino al 150% disinserzione dopo circa 5 s oltre il 150% del valore impostato Limitazione di corrente al 150% circa per tip. 100 ms, quindi disinserzione oltre il valore impostato con contemporanea interruzione della tensione di alimentazione al di sotto di 20 V disinserzione immediata

4 L ampia funzionalità garantisce una localizzazione sicura degli errori La corrente di sgancio di ogni singola uscita può essere impostata con un potenziometro accessibile dalla parte anteriore. Sono disponibili due varianti del dispositivo con campi di regolazione da 0,5-3 A e 3-10 A per coprire un campo di corrente il più ampio possibile. Lo stato delle singole derivazioni viene segnalato da un LED multicolore per ogni canale. Nel caso di una disinserzione, il LED passa dal verde al rosso e, a seconda della variante del dispositivo, il guasto viene emesso attraverso un contatto di segnalazione cumulativo o come segnalazione del singolo canale. Nel caso della segnalazione del singolo canale l uscita di segnalazione deve essere collegata con un solo ingresso digitale standard del controllore. Il canale disattivato viene segnalato con un protocollo di impulso/pausa che viene analizzato sul lato del controllore da un blocco funzionale (vedere oltre). Ciò consente di localizzare con particolare rapidità gli errori in un sistema di controllo o di servizio e supervisione di livello superiore, il che significa un ulteriore riduzione dei tempi di arresto. Ulteriori vantaggi per il funzionamento e la messa in servizio Se si verifica un errore sporadico durante il funzionamento, è possibile riattivare l uscita corrispondente con un reset remoto. Soprattutto per le parti periferiche dell impianto questa funzione aiuta a risparmiare tempo sia per gli spostamenti che per eventuali arresti. A supporto della messa in servizio e della manutenzione è possibile disattivare e attivare manualmente singole derivazioni per mezzo di tasti. Un canale disattivato manualmente viene segnalato da un LED giallo. Per motivi di sicurezza non è possibile annullare la disattivazione manuale con un reset remoto. Un ulteriore vantaggio è l attivazione sequenziale dei singoli canali di uscita. Qui è possibile scegliere tempi di ritardo di 25 ms o 100 ms che impediscono l attivazione simultanea di numerosi carichi collegati, i quali sovraccaricherebbero temporaneamente l alimentazione di corrente influenzando la tensione a 24 V. La bassa corrente di inserzione consente eventualmente un dimensionamento più contenuto dell alimentatore. La disattivazione e attivazione flessibile dei canali semplifica la messa in servizio e il funzionamento Se si è verificato un errore sporadico che è già stato eliminato, è possibile riattivare il percorso corrispondente con un reset remoto. In particolare nel caso delle parti periferiche dell impianto questo permette di risparmiare tempo per il riavvio. Sul posto, il canale disattivato si può riattivare anche dall apposito tasto nella derivazione. Sempre tramite tasti è possibile anche attivare e disattivare singole parti dell impianto durante la messa in servizio. Questo stato viene Il modulo SITOP PSE200U con segnalazione di canale segnalato da un LED giallo. Per motivi di sicurezza non è singolo fornisce ciclicamente lo stato dei 4 canali possibile annullare il reset manuale con un reset attraverso un codice seriale che può essere letto ad es. remoto. da un ingresso digitale del PLC. Per l analisi sono disponibili gratuitamente blocchi funzionali per le CPU Un ulteriore opzione è l attivazione sequenziale dei SIMATIC S7-1500/1200/300/400 per STEP 7 e TIA singoli canali di uscita. Qui è possibile scegliere tempi di Portal così come per SIMOTION SCOUT e SIMOTION. ritardo di 25 ms o 100 ms che impediscono l attivazione Download dei blocchi funzionali per SIMATIC S7: simultanea di numerosi carichi collegati, i quali sovraccaricherebbero temporaneamente l alimentazione /en di corrente influenzando la tensione a 24 V. Blocchi funzionali per SIMOTION: w/ Guida Esempio di applicazione con un alimentatore standard (ad es. della linea di prodotti SITOP smart) e un modulo selettivo SITOP PSE200U: il modulo selettivo disattiva immediatamente le derivazioni guaste in caso di pericolo di caduta della tensione a 24 V. Gli utilizzatori critici come ad es. i PLC continuano a essere alimentati senza interruzione.

5 Gamma di applicazioni degli interruttori magnetotermici e del modulo selettivo SITOP PSE200U In conclusione: Con il modulo selettivo SITOP PSE200U è possibile ottenere una selettività affidabile nei circuiti di alimentazione a 24 V, eliminando ripercussioni indesiderate sull alimentatore causate da cortocircuiti o sovraccarico. Il modulo selettivo, infatti, controlla la corrente per ogni singola derivazione e impedisce in modo affidabile il calo della tensione di alimentazione. Già la segnalazione dei singoli canali consente di delimitare gli errori e di reagire dalla postazione centrale. Sul posto, nell armadio di comando, i LED specifici dei canali aiutano a localizzare rapidamente l origine dell errore, evitando l arresto totale dell impianto e riducendo al minimo gli arresti parziali. Ulteriori vantaggi sono il reset remoto, la disattivazione e attivazione manuale e l inserzione sequenziale delle singole derivazioni a 24 V. Per gli utilizzatori che non sono sensibili ai cali di tensione gli alimentatori switching con interruttore magnetotermico costituiscono una soluzione conveniente. Con un elevata resistenza ai sovraccarichi dell alimentazione di corrente (power boost ad es. fino a 6 x I nom) è possibile accelerare l intervento degli interruttori magnetotermici. Ma nel caso di utilizzatori sensibili e di una corrente di cortocircuito limitata, anche questa combinazione non garantisce una protezione sicura. Con il modulo selettivo è garantita un elevata sicurezza della progettazione a qualsiasi condizione. Inoltre è sufficiente un alimentatore switching standard. Siemens S.p.A Process Industries and Drives Viale Piero e Alberto Pirelli Milano - Siemens AG 2015 Le informazioni riportate in questa brochure contengono solo descrizioni e caratteristiche generali che potrebbero variare con l evolversi dei prodotti o non essere sempre appropriate, nella forma descritta, per il caso applicativo concreto. Le caratteristiche richieste saranno da considerare impegnative solo se espressamente concordate in fase di definizione del contratto. Tutte le denominazioni di prodotto possono essere marchi registrati o nomi di prodotti della Siemens AG o di altre aziende subfornitrici, il cui utilizzo da parte di terzi per propri scopi può violare i diritti dei proprietari.