Conceitos de redundância para a alimentação de tensão auxiliar

Conceitos de redundância para a alimentação de tensão auxiliar

Prioridade para a segurança

Com monitoramento contínuo, desde a rede até o consumidor.

Suas vantagens

  • Alimentação de tensão auxiliar redundante contínua desde a rede até cada consumidor
  • Monitoramento de redundância mediante uma verificação permanente da tensão de entrada, da corrente de saída e do trecho de desacoplamento
  • Mensagens claras através de LEDs e do contato de sinal
  • Longa vida útil das cargas graças ao nível de tensão constante
  • Longa vida útil das fontes de alimentação e dos conversores DC/DC graças à distribuição homogênea da carga

Aplicação

A disponibilidade desempenha um papel essencial em várias instalações de tecnologia de processos. Se ocorrerem breves interrupções na instalação ou mesmo em componentes individuais, os períodos consideráveis de desaceleração ou aceleração dos processos podem provocar longas e consequentemente dispendiosas falhas de produção.

Por essa razão, em muitos casos, os sistemas redundantes são um instrumento adequado para evitar o ponto único de falha (Single Point of Failure). Inclusive no caso de ser necessária uma alimentação de tensão auxiliar de 24 V DC na maioria das áreas. Para realizar a redundância da alimentação de 24 V são conectadas em paralelo duas redes de tensão auxiliar e desacopladas uma da outra com a ajuda de módulos de redundância. A alimentação de saída é distribuída pelas diversas cargas através do respectivo distribuidor de fusíveis.

Olhando com maior atenção para as cargas comuns na indústria de processo, é possível ver sistemas DCS (Distribution-Control-System), estações I/O remotas e distribuidores de triagem ativos, frequentemente alimentados por dois terminais de alimentação desacoplados um do outro. Além disso, porém, também se encontram vários outros consumidores, como amplificadores condicionadores de sinal, relés, transmissores de 4 condutores, que dispõem de uma única entrada de tensão.

Aqui se Impõem imediatamente as seguintes questões:

  • Como tem de estar montada a alimentação de tensão auxiliar para alimentar estes dois tipos de carga diferentes com elevada disponibilidade?
  • A utilização de duas fontes de alimentação ligadas em paralelo é suficiente?
  • Como é monitorada a redundância?

Solução

Monitoramento da redundância do QUINT Oring  

O monitoramento da redundância aumenta a disponibilidade

A Phoenix Contact lhe oferece uma solução adequada para qualquer conceito de redundância que pretenda realizar:

Rede de alimentação redundante
Quando pensamos em tensão auxiliar redundante, é necessário apurar em primeiro lugar se uma queda de corrente da rede de baixa tensão poderá provocar uma falha na tecnologia de comando.

Se a resposta for negativa, a rede de tensão auxiliar deverá ser alimentada por duas redes diferentes. Ou seja, ou por duas instalações de baixa tensão com alimentação independente uma da outra, ou por uma instalação de baixa tensão e, por exemplo, uma instalação de bateria.

Redundância da fonte de alimentação

As duas redes independentes agora obtidas precisam ser distribuídas de modo adequado e encaminhadas para os locais corretos.

Com a ajuda de fontes de alimentação de comando modernas, as redes de baixa tensão são convertidas nos compartimentos de distribuição para o nível da rede de tensão auxiliar. Nas instalações de bateria, as oscilações de carga em circuitos de cabos longos provocam oscilações de tensão que poderão afetar o funcionamento e vida útil dos
consumidores. Por esse motivo, antes da distribuição e consequentemente antes das cargas, a tensão das instalações de bateria deve ser estabilizada por um conversor DC/DC para o nível de tensão desejado.

Exemplos de fornecimento de energia redundante  

Alimentação a partir de 2 redes de baixa tensão antes dos módulos de desacoplamento (figura à esquerda)
Alimentação a partir da rede de baixa tensão e rede da bateria antes dos módulos de desacoplamento (figura à direita)

A intensidade das correntes e a posição das fontes de alimentação e conversores DC/DC (e, consequentemente, a distância relativamente aos consumidores) desempenham um importante papel na seleção do nível de tensão correto e da bitola do condutor.

Tal como anteriormente na instalação de bateria, também aqui se aplica o princípio de que quanto mais central for a conversão para a tensão auxiliar final, maior será a queda de tensão nos longos trajetos dos cabos para as
cargas. Valores de 28 V DC são comuns, para que na carga continuem disponíveis os desejados 24 V DC. Nestes casos, são frequentemente selecionadas bitolas de cabo grandes para minimizar a queda de tensão.

Se os dois circuitos de tensão redundante forem ligados em paralelo, eles devem ser desacoplados com díodos adequados para evitar correntes de compensação.

Módulos de díodo QUINT Oring  

O módulo de redundância sinaliza OK

Ao longo de todo o ciclo de vida da instalação, deve se assegurar que só existe redundância quando a soma das correntes de carga de todas as cargas não for superior à corrente máxima de uma fonte de alimentação isolada. Apenas assim se garante que, em caso de falha de um circuito, o outro consiga assumir a alimentação por completo.

Os módulos de díodo inteligentes (p. ex. QUINT Oring) assumem a função de monitoramento da corrente total e acionam um alarme caso a absorção de corrente se torne demasiado elevada. Isto facilita expansões e identifica erros imperceptíveis (manutenção preventiva). Além disso, estes módulos inteligentes asseguram também, através do balanceamento ativo da corrente (ACB - Active Current Balancing), uma carga uniforme dos dois circuitos de rede, maximizando assim a vida útil das fontes de alimentação ou dos conversores DC/DC.

Se um equipamento se desviar demasiado da tensão de saída, este comportamento também é comunicado atempadamente. Frequentemente, um díodo de desacoplamento é seguido por um distribuidor de fusíveis. Porém, a partir daqui, a alimentação no ramal deixa de ser redundante, mesmo quando se alimentam cargas com terminais de alimentação redundante através de dois fusíveis diferentes. Os erros ocorridos no ramal ou no distribuidor de fusíveis podem sempre provocar falhas na instalação.

Alimentação de tensão auxiliar completamente redundante

Conexão de consumidores através de módulos de desacoplamento  

Conexão de consumidores através de módulos de desacoplamento

O conceito de redundância ideal é composto por duas redes independentes integradas, que se encontram conectadas em cascata, através de duas fontes de alimentação (ou acopladores DC/DC), a dois módulos de redundância inteligentes. Só assim é possível alimentar todas as cargas de modo verdadeiramente redundante, carregar uniformemente as várias redes de tensão auxiliar
e monitorar a redundância.

Para cada consumidor são usados dois cabos de alimentação separados: um do primeiro e outro do segundo distribuidor de potencial. Assim, é possível ligar agora os terminais de alimentação redundante de duas formas: diretamente do consumidor tipo 1 ou diretamente antes dos consumidores tipo 2. Neste último caso, os dois circuitos de tensão auxiliar separados são unidos através de um outro módulo de desacoplamento para uma alimentação.

PHOENIX CONTACT
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