Tema: corriente de arranque

Protección de la entrada de corriente

aviso

El fusible (500mA, rápido) en la ruta de medida de la entrada de corriente está previsto como instancia de protección frente a la destrucción de la entrada de medida por un cableado incorrecto. Solo puede ser sustituido por el servicio de optiMEAS (de pago). Para evitar tiempos de parada y costes innecesarios, el cableado debe comprobarse cuidadosamente antes de la puesta en marcha.

¿Por qué el smartIO 8x24 dispone de una protección de 500mA?

Los bornes de medida en aplicaciones industriales para sensores de 4-20mA suelen tener un shunt integrado de $100 \Omega$, en el que se registra la caída de tensión como señal de medida.

Si se conectan por error $24 V$ a la entrada de medida sin sensor, se produciría en el shunt una potencia disipada de aprox. $5.8 W$. Esto puede ser tolerable durante un cierto período de tiempo.

Esta resistencia limita además la corriente de arranque del sensor o transductor de medida conectado a aprox. 240 mA cuando deben cargarse capacidades de almacenamiento internas.

Sin embargo, el smartIO 8x24 mide de forma permanente corrientes de hasta 200 mA (más un margen de tolerancia del 50%). Por ello, la resistencia shunt debe ser considerablemente menor para minimizar tanto la potencia disipada como la caída de tensión. Esta optimización tiene repercusiones en la protección en caso de fallo.

Si la tensión de alimentación de $24 V$ se aplica accidentalmente directamente a la entrada (I_IN, COM), sin la protección correspondiente circula por el shunt de medida $R_{shunt}$ una corriente

$$I_{shunt}=\frac{U}{R}=\frac{24 V}{10 \Omega}=2.4 A.$$

Esto supone una potencia disipada de

$$P_{shunt}=U\cdot I=\frac{U^2}{R}=I^2\cdot R=57,6 W.$$

Esta provocaría, al cabo de muy poco tiempo, daños considerables e irreparables en los componentes SMD y en la placa. Para conservar al menos la posibilidad de reparación, en el reducido espacio de montaje se ha previsto por ello un chip-fuse que interrumpe en un milisegundo un flujo de corriente excesivo.

Además, este fusible debe funcionar de forma fiable en el rango de temperatura ampliado del smartIO 8x24 y alojarse, prácticamente sin potencial, en la entrada de medida acoplada con alta impedancia, en un espacio de montaje muy reducido. También por el precio del módulo quedan descartadas con ello muchas soluciones alternativas.

¿Cómo se detecta un caso de avería?

En los datos de medición se aprecia rápidamente cuando un canal de medida configurado para medición de corriente, sea cual sea el rango de medida, solo entrega valores cero. Posiblemente se observe todavía un ruido mínimo. Si hay conectado un sensor o transductor de medida de 4 - 20mA, este valor queda con seguridad fuera del rango de medida válido y puede detectarse como error.

consejo

Para detectar una avería, puede medirse con un multímetro la resistencia entre las conexiones I_IN y COM de un canal. Si se encuentra en el rango de $10 \dots 15 \Omega$, la entrada es funcional y el error debe buscarse más bien en el cableado o en la alimentación del sensor. Si es claramente mayor o infinita, el smartIO 8x24 debe ser reparado por el servicio de optiMEAS (de pago).

Corriente de arranque de un sensor o transductor de medida

Algunos sensores o transductores de medida conectados a dos hilos, que transportan la señal de medida y la tensión de alimentación por el mismo par de hilos, tienen internamente capacidades de almacenamiento tan grandes que durante el arranque puede producirse un pico de corriente claramente superior a 500mA. Este pico es muy breve y no puede registrarse con un multímetro normal, pero basta para hacer saltar el fusible de la entrada.

En este oscilograma se muestra el arranque de un transductor de medida con alimentación de $24 V$ (amarillo) y un pico de corriente de hasta $2 A$ (cian) en un shunt de $10 \Omega$. La aportación de energía (violeta + cálculo de área) al fusible, de $423\,\mu\mathrm{A}^2\mathrm{s}$, está ya muy cerca del límite de disparo.

consejo

Por lo general, el pico de corriente puede reducirse de forma notable, sin limitar la funcionalidad, mediante una resistencia en serie adicional limitadora de corriente de aprox. 50 .. 100 ohmios en el cable de medida.

Una resistencia en serie de $50 \Omega$ reduce ya el pico a 500mA y la aportación de energía a unos tolerables $66\,\mu\mathrm{A}^2\mathrm{s}$.