Conceptos de redundancia para la alimentación de tensión auxiliar

Conceptos de redundancia para la alimentación de tensión auxiliar

Seguridad es seguridad

Monitorización universal, desde la red al consumidor.

Sus ventajas

  • Alimentación de tensión auxiliar redundante universal de la red hasta todos los consumidores
  • Control de la redundancia mediante la comprobación permanente de la tensión de entrada, la corriente de salida y el trayecto de desacoplamiento
  • Mensajes unívocos mediante LED y contacto de aviso
  • Larga duración de las cargas mediante nivel de tensión constante
  • Larga duración de las fuentes de alimentación y los transformadores DC/DC mediante distribución de la carga uniforme

Aplicación

En muchas instalaciones de la técnica de procedimientos, la disponibilidad juega un papel relevante. En caso de que se produzcan breves interrupciones en partes de la instalación o en componentes individuales, estas pueden tener como consecuencia paradas de la producción demasiado largas y con ello caras debido a los tiempos de desaceleración y aceleración de los procesos bastante prolongados.

Por este motivo, en muchos casos los sistemas redundantes resultan un instrumento adecuado para evitar el Single Point of Failure (punto único de fallo). Lo mismo ocurre con la alimentación de tensión auxiliar necesaria en todas partes impuesta en la mayoría de zonas con 24 V DC. Para la realización de la redundancia para la alimentación de 24 V se conectan en paralelo dos redes de tensión auxiliar que se desacoplan entre sí con ayuda de módulos de redundancia. La alimentación de salida se distribuye mediante los correspondientes distribuidores de seguridad a las distintas cargas.

Si observamos atentamente las cargas usuales en la industria de procesos, podremos ver sistemas DCS (Distribution-Control-System), estaciones de E/S remotas y distribuidores clasificadores que a menudo son alimentados por dos módulos de alimentación desacoplados entre sí. Asimismo, pueden encontrarse muchos otros consumidores, como amplificadores de separación, relés y transmisores de 4 conductores que solo disponen de una entrada de tensión.

En este sentido, inmediatamente surgen las siguientes preguntas:

  • ¿Cómo debe crearse la alimentación de tensión auxiliar para alimentar estos dos tipos de carga distintos con una elevada disponibilidad?
  • ¿Es suficiente el uso de dos fuentes de alimentación conectadas en paralelo?
  • ¿Cómo se controla la redundancia?

Solución

Control de la redundancia del QUINT Oring  

El control de la redundancia aumenta la disponibilidad

Phoenix Contact le ofrece una solución adecuada en función de qué concepto de redundancia desee realizar:

Red de alimentación redundante
Si reflexionamos sobre la tensión auxiliar redundante, en primer lugar debería responderse la pregunta de si un fallo de corriente de la red de baja tensión puede provocar un fallo en la técnica de control.

Si la respuesta es no, la red de tensión auxiliar debería alimentarse desde dos redes distintas. Es decir, desde dos instalaciones de baja tensión alimentadas independientemente entre sí o desde una instalación de baja tensión y p. ej. una instalación de baterías.

Redundancia de la fuente de alimentación

Las dos redes independientes obtenidas ahora deben distribuirse de forma adecuada y conducirse a los puntos correctos.

Las redes de baja tensión se transforman al nivel de la red de tensión auxiliar con ayuda de fuentes de alimentación de conmutación modernas en las salas de conexiones. En las instalaciones de baterías, las oscilaciones de la carga provocan oscilaciones de la tensión en tramos de línea largos que podrían perjudicar el funcionamiento y la duración de los
consumidores. Por este motivo, antes de la distribución y con ello antes de las cargas, debería estabilizarse la tensión de instalaciones de baterías mediante transformadores DC/DC al nivel de tensión deseado.

Ejemplos para fuente de alimentación redundante  

Alimentación desde 2 redes de baja tensión delante de módulos de desacoplamiento (figura de la izquierda)
Alimentación desde la red de baja tensión y la red de baterías delante de los módulos de desacoplamiento (figura de la derecha)

La intensidad de las corrientes y la posición de las fuentes de alimentación y los transformadores DC/DC (y con ello la distancia a los consumidores) juegan un papel esencial al seleccionar el nivel de tensión correcto y las secciones de cable.

Del mismo modo que previamente en la instalación de baterías, aquí también se aplica: cuanto más centralizada sea la transformación a la tensión auxiliar definitiva, mayor será la caída de tensión que se produce en los largos tramos de línea a las
cargas. Los 28 V DC no son ninguna rareza para que en la carga sigan estando a disposición los 24 V DC deseados. En estos casos, suelen elegirse secciones de cable grandes para minimizar la caída de tensión.

Si a continuación se conectan en paralelo las dos rutas de tensión auxiliar redundantes, estas deberían desacoplarse con los diodos adecuados para evitar corrientes circulantes.

Módulo de diodos QUINT Oring  

El módulo de redundancia señaliza OK

En este sentido, durante todo el ciclo de vida de la instalación debe procurarse que la redundancia solo se produzca si la suma de las corrientes de carga de todas las cargas no es mayor que la corriente máxima de una única fuente de alimentación. Solo así podrá garantizarse que en caso de fallo de una ruta, la otra pueda encargarse completamente de la alimentación.

Los módulos de diodos inteligentes (p. ej. QUINT Oring) se encargan de la función de control de la corriente de suma y disparan una alarma si la toma de corriente es demasiado elevada. Esto facilita las ampliaciones e identifica fallos latentes (predictive Maintenance). Además, estos módulos inteligentes también se encargan de una carga uniforme de las dos rutas de red mediante Active Current Balancing (ACB), lo que maximiza la duración de fuentes de alimentación y/o transformadores DC/DC.

En caso de que un dispositivo se desvíe demasiado en el lado de la tensión de salida, este comportamiento también se comunicará oportunamente. A menudo, tras un diodo de desacoplamiento se encuentra un distribuidor de seguridad. Sin embargo, a partir de aquí la fase de alimentación ya no es redundante, aunque se alimenten cargas con módulos de alimentación redundantes mediante dos fusibles distintos. Aquí, los fallos que se produzcan en la fase o en el distribuidor de seguridad todavía puede provocar un fallo de la instalación.

Alimentación de tensión auxiliar completamente redundante

Conexión de consumidores mediante módulos de desacoplamiento  

Conexión de consumidores mediante módulos de desacoplamiento

En general, el concepto de redundancia óptimo consta de dos redes independientes conectadas en cascada mediante dos fuentes de alimentación (y/o acopladores DC/DC) con dos módulos de redundancia inteligentes. Solo así, pueden alimentarse realmente de forma redundante todas las cargas, cargarse de forma uniforme redes de tensión auxiliar
independientes y controlarse la redundancia.

Para cada consumidor se instalan dos líneas de alimentación separadas: una del primer distribuidor de potencial y otra del segundo. De este modo, ahora pueden conectarse directamente los módulos de alimentación redundantes del consumidor tipo 1. A continuación, justo antes de los consumidores del tipo 2 se unen en una alimentación las dos rutas de tensión auxiliar separadas mediante otro módulo de desacoplamiento.

PHOENIX CONTACT, S.A.U.

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