Conceitos de redundância para a alimentação de tensão auxiliar

Conceitos de redundância para a alimentação de tensão auxiliar

Seguro é seguro

Monitorização contínua desde a rede até ao consumidor.

As suas vantagens

  • Alimentação de tensão auxiliar redundante contínua desde a rede até cada consumidor
  • Monitorização de redundância através de uma verificação permanente da tensão de entrada, da corrente de saída e da distância de desacoplamento
  • Mensagens claras através de LED e do contacto de sinal
  • Longa vida útil das cargas devido ao nível de tensão constante
  • Longa vida útil das fontes de alimentação e dos conversores CC/CC devido à distribuição uniforme da carga

Aplicação

A disponibilidade desempenha um papel de extrema importância em muitos sistemas de engenharia de métodos. Curtas interrupções em partes do sistema ou em componentes individuais podem conduzir a falhas na produção dispendiosas, devido a longos tempos de paragem dos processos ou de entrada em funcionamento.

Por isso, em muitos casos, os sistemas redundantes são um instrumento adequado para evitar o Single Point of Failure (ponto único de falha). Mesmo no caso da alimentação de tensão auxiliar necessária em qualquer lugar, que foi implementada na maioria das áreas com 24 V CC. A fim de implementar a redundância para a alimentação de 24 V, duas redes de tensão auxiliar são ligadas em paralelo e desacopladas uma da outra com a ajuda de módulos de redundância. A alimentação de saída é distribuída por todas as cargas através do distribuidor de porta-fusíveis adequado.

Se se olhar com atenção para as cargas comuns na indústria de processos, é possível encontrar sistemas DCS (Distribution Control System), estações I/O remotas e quadros de marshalling ativos, que são frequentemente alimentados através de dois módulos de potência desacoplados um do outro. No entanto, além disso, também se encontram muitos outros consumidores, como condicionadores de sinal, relés, transmissores de 4 condutores, que dispõem apenas de uma entrada de tensão.

Nesse sentido, impõem-se de imediato as seguintes questões:

  • Qual a forma de montagem da alimentação de tensão auxiliar para alimentar com elevada disponibilidade estes dois tipos distintos de carga?
  • A utilização de duas fontes de alimentação ligadas paralelamente é suficiente?
  • Como é monitorizada a redundância?

Solução

Monitorização da redundância do QUINT Oring  

A monitorização de redundância aumenta a disponibilidade

A Phoenix Contact oferece-lhe uma solução adequada, dependendo do conceito de redundância que pretenda implementar:

Rede de alimentação redundante
Quando se pensa em tensão auxiliar redundante, primeiro, é necessário perceber se uma falha de alimentação da rede de baixa tensão pode provocar uma falha na tecnologia de automação.

Se a resposta for negativa, a rede de tensão auxiliar deve ser alimentada por duas redes diferentes. Isto é, ou por dois sistemas de baixa tensão com alimentação independente, ou por um sistema de baixa tensão e, por exemplo, por um sistema de bateria.

Redundância da fonte de alimentação

Ambas as redes independentes obtidas nesta fase têm de ser distribuídas adequadamente e reunidas nos locais certos.

Com o auxílio de fontes de alimentação de controlo modernas, as redes de baixa tensão são convertidas para o nível da rede de tensão auxiliar nas salas de controlo. Nos sistemas de bateria, as variações de carga em vias de cabos longas provocam variações de tensão que podem prejudicar o funcionamento e a
vida útil de consumidores. Por essa razão, antes da distribuição e, por conseguinte, antes das cargas, a tensão proveniente de sistemas de bateria deve ser estabilizada por um conversor CC/CC no nível de tensão pretendido.

Exemplos de fonte de alimentação redundante  

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

A intensidade das correntes e a posição das fontes de alimentação e dos conversores CC/CC (e, por conseguinte, a distância em relação ao consumidores) desempenham um papel importante na escolha do nível de tensão correto e da secção transversal do condutor.

Tal como acontece no sistema de bateria, também aqui, quanto mais central for a conversão para a tensão auxiliar final, maior será a queda de tensão nas vias dos cabos para as
cargas. 28 V CC não são uma raridade para garantir que os 24 V CC pretendidos ainda estão disponíveis na carga. Nestes casos, escolhem-se frequentemente grandes secções transversais de cabos para minimizar a queda de tensão.

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

Módulos de díodo QUINT Oring  

O módulo de redundância assinala OK

Nesse sentido, em todo o ciclo de vida do sistema, deve ser assegurado que só existe redundância se a soma das correntes de carga de todas as cargas não for superior à corrente máxima de uma única fonte de alimentação. Apenas desta forma se garante que um circuito consegue assumir completamente a alimentação em caso de falha do outro.

Os módulos de díodo inteligentes (por exemplo, QUINT Oring) assumem a função de monitorização da corrente total e fazem soar um alarme se o consumo de corrente se tornar demasiado elevado. Isso facilita as expansões e identifica erros furtivos (manutenção preventiva). Além disso, através do Active Current Balancing (ACB) [balanceamento ativo da corrente], estes módulos inteligentes garantem também uma carga uniforme de ambos os circuitos de rede, o que maximiza a vida útil de fontes de alimentação ou de conversores CC/CC.

Se um equipamento apresentar um desvio demasiado vincado no lado da tensão de saída, este comportamento também é comunicado atempadamente. Frequentemente, um díodo de desacoplamento é seguido por um distribuidor de porta-fusíveis. No entanto, a partir deste ponto, a linha alimentação deixa de ser redundante, mesmo que se alimentem cargas com módulos de potência redundantes através de dois fusíveis diferentes. Os erros que possam ocorrer na linha ou no distribuidor de porta-fusíveis podem provocar sempre a falha do sistema.

Alimentação de tensão auxiliar completamente redundante

Ligação de consumidores através de módulos de desacoplamento  

Ligação de consumidores através de módulos de desacoplamento

O conceito de redundância ideal é composto universalmente por duas redes independentes que estão ligadas em cascata, através de duas fontes de alimentação (ou acopladores CC/CC), a dois módulos de redundância inteligentes. Apenas desta forma é possível alimentar todas as cargas de modo efetivamente redundante, carregar todas as redes de tensão auxiliar
e monitorizar a redundância.

Cada consumidor funciona com dois cabos de alimentação separados: um do primeiro e outro do segundo módulo de distribuição de potencial. Assim, os módulos de potência redundante podem ser diretamente ligados do consumidor do tipo 1. Imediatamente antes dos consumidores do tipo 2, ambos os circuitos de tensão auxiliar separados são reunidos através de um outro módulo de desacoplamento para estabelecer uma alimentação.

Phoenix Contact S.A.

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