Guía de protección contra sobretensiones para petróleo y gas destinada a paneles de control e instrumentos de campo

Las instalaciones de petróleo y gas requieren estrategias de protección contra sobretensiones que se ajusten a la arquitectura eléctrica e instrumental completa. Los largos cables exteriores, los dispositivos remotos de campo, los sistemas de control y las redes de comunicación pueden crear múltiples rutas de entrada de sobretensiones.

Esta guía ayuda a contratistas EPC, fabricantes de paneles de control, ingenieros de instrumentación y equipos de compras industriales a evaluar la protección contra sobretensiones para aplicaciones de petróleo y gas, incluidas instalaciones de producción upstream, sistemas de oleoductos y gasoductos midstream y plantas de procesamiento downstream.

Respuesta rápida: ¿Dónde se necesita protección contra sobretensiones en los sistemas de petróleo y gas?

Área de aplicación Equipo Típico Consideración de protección
Distribución de energía y paneles locales Paneles principales, paneles MCC, paneles de control locales Evalúe el SPD de CA según la tensión del sistema, el esquema de puesta a tierra y los requisitos de instalación.
Sistemas de control y automatización Gabinetes PLC, DCS, SCADA, RTU Considere tanto la protección de la alimentación entrante como la de las interfaces conectadas.
Instrumentación de campo Transmisores de presión, temperatura, caudal y nivel Evaluar los requisitos de protección de señales de 4–20 mA, RTD, pulsos y otras.
Redes de comunicación Enlaces RS485, Modbus, Ethernet Confirmar el tipo de interfaz, el tendido de cables, el blindaje y las condiciones de puesta a tierra.

La solución correcta de protección contra sobretensiones depende del diseño real del proyecto. La selección del SPD debe confirmarse según los requisitos del equipo, la ubicación de instalación y los documentos del proyecto aplicables.

Riesgos de sobretensiones en petróleo y gas en operaciones upstream, midstream y downstream

Los sistemas de petróleo y gas están distribuidos en amplias áreas industriales, y la exposición a sobretensiones no es la misma en todas las etapas de la operación. La instrumentación exterior, las estaciones remotas y los sistemas de control centralizados generan distintas prioridades de protección.

Etapa de operación Equipo Típico Consideración del riesgo de sobretensión
Producción upstream Sitios de pozo, instrumentos remotos, sistemas RTU Cables de campo e instrumentación en exteriores expuestos a transitorios relacionados con rayos y maniobras de conmutación.
Transporte midstream Estaciones de ductos, estaciones compresoras, sistemas de monitoreo Largos tendidos de cables de potencia, control y comunicación entre ubicaciones separadas.
Procesamiento downstream DCS de refinería, gabinetes de control, redes de instrumentación Protección de las interfaces sensibles de automatización y medición dentro de sistemas industriales complejos.

El enfoque de protección debe seguir las rutas reales de potencia y señal en lugar de tratar un gabinete o un dispositivo de campo aislado como un punto independiente.

Rutas comunes de entrada de sobretensiones en instalaciones de petróleo y gas

La energía de sobretensión puede ingresar a través de las líneas de alimentación entrantes, los cables de instrumentación exteriores, las líneas de comunicación o las diferencias de potencial entre áreas de puesta a tierra separadas. Por esta razón, la protección contra sobretensiones en petróleo y gas debe revisarse como un problema a nivel de sistema y no como la elección de un único dispositivo.

Arquitectura de protección contra sobretensiones para instalaciones de petróleo y gas que muestra instrumentos de campo, gabinetes de control y puntos de protección de PLC/DCS

Arquitectura de protección contra sobretensiones para petróleo y gas que muestra los puntos comunes de protección desde los instrumentos de campo y las interfaces remotas hasta los sistemas PLC y DCS.

Una revisión de ingeniería completa normalmente considera:

  • Trayectos de alimentación de CA de entrada.
  • Circuitos de alimentación de control de 24 V DC.
  • Lazos de señal de instrumentos de campo.
  • Interfaces de comunicación entre las áreas de campo y de control.
  • Puesta a tierra, apantallamiento y unión equipotencial.
Significado para el comprador: Un SPD de CA a nivel de panel no protege automáticamente a cada transmisor o cable de comunicación conectado. La alimentación, la señal y las interfaces de datos deben evaluarse por separado.

Protección contra sobretensiones para PLC, DCS y paneles de control

Los sistemas PLC y DCS son fundamentales para la automatización en petróleo y gas. Las sobretensiones que ingresan por la alimentación o por el cableado de campo conectado pueden perturbar la electrónica de control sensible, los módulos de comunicación y las interfaces de medición.

Para un panel de control, el comprador debe evaluar la arquitectura completa del gabinete en lugar de seleccionar un SPD solo por su tensión nominal.

Sistema Punto de revisión de protección Qué Confirmar
Gabinete de PLC / DCS Energía entrante e interfaces externas Voltaje del sistema, disposición de puesta a tierra, diseño del gabinete y tipos de interfaz.
Gabinete de E/S remotas Puntos de entrada de cables de campo externos Tipo de señal, tendido de cables, voltaje de alimentación e interfaz de comunicación.
Gabinete de instrumentos Circuitos de medición y control Características del bucle, configuración del cableado y requisitos de los equipos conectados.

Protección de instrumentos de campo de petróleo y gas y lazos de 4–20 mA

Los transmisores de presión, transmisores de temperatura, medidores de flujo e instrumentos de nivel a menudo se instalan al aire libre y se conectan al sistema de control mediante cables de campo largos.

El dispositivo de protección de señal correcto debe coincidir con la interfaz eléctrica real. Un bucle de 4–20 mA, un circuito RTD, una entrada de pulsos y una línea RS485 no tienen las mismas características operativas, por lo que no deben tratarse como aplicaciones intercambiables.

Comparativa de selección de protección contra sobretensiones para instrumentos de campo e interfaces de señal en la industria del petróleo y el gas

Comparación de consideraciones de protección contra sobretensiones para instrumentos de campo y interfaces de control comunes en petróleo y gas.

Para rutas de cables de campo largas, los ingenieros pueden evaluar la protección en ambos extremos del circuito. Esto no significa que cada instalación requiera automáticamente dos SPD. La decisión depende de la ruta del cable, el diseño de la puesta a tierra, la ubicación del equipo y la evaluación de riesgos del proyecto.

Significado técnico: Antes de solicitar un SPD de señal, proporcione al proveedor el tipo de señal, el voltaje del bucle, el número de hilos, la disposición de puesta a tierra y la posición de instalación.

Protección de RS485, Modbus e interfaces de comunicación

Las instalaciones de petróleo y gas dependen cada vez más de la comunicación digital para la supervisión, el control y el diagnóstico remotos. Los enlaces RS485, Modbus y Ethernet pueden proporcionar otra vía para perturbaciones transitorias cuando los cables pasan entre áreas de equipos separadas.

Antes de seleccionar la protección contra sobretensiones de comunicación, confirme:

  • El protocolo de comunicación y la interfaz eléctrica.
  • La señal normal o el voltaje de operación.
  • El número de conductores y la configuración del cableado.
  • La ruta del cable y el entorno de instalación.
  • El método de blindaje y puesta a tierra.
  • Cualquier requisito del fabricante del sistema para la interfaz.

La puesta a tierra, el apantallamiento y la unión equipotencial son tan importantes como el SPD

El rendimiento del SPD depende tanto del dispositivo como de la instalación. La longitud de la conexión, la trayectoria de la tierra de protección y la disposición de la unión influyen en el voltaje residual que llega al equipo protegido.

En los sistemas de instrumentación industrial, el blindaje y la puesta a tierra también afectan la integridad de la señal. Por lo tanto, estos detalles deben revisarse junto con la disposición de protección contra sobretensiones en lugar de tratarse como temas separados.

¿Debe instalarse la protección tanto en el lado de campo como en el lado de la sala de control?

No existe una respuesta universal. Se puede considerar la protección de doble extremo cuando cables largos conectan equipos en ubicaciones separadas, especialmente donde la exposición a rayos o las diferencias de potencial de tierra son relevantes.

Sin embargo, la decisión final debe basarse en el diseño completo del sistema. El ingeniero del proyecto debe confirmar la longitud del cable, la unión, la puesta a tierra, las características de la interfaz y los requisitos de instalación del equipo conectado.

Requisitos de áreas peligrosas y protección contra explosiones

Las instalaciones de petróleo y gas pueden contener áreas peligrosas donde se aplican requisitos específicos de protección contra explosiones. La certificación estándar de un SPD no significa automáticamente que el dispositivo esté aprobado para su instalación directa en un área peligrosa.

Antes de seleccionar un SPD para una ubicación peligrosa, confirme:

  • La clasificación del área y los requisitos de zona.
  • El concepto de protección contra explosiones utilizado por el proyecto.
  • Los requisitos de seguridad intrínseca cuando corresponda.
  • Los requisitos de envolvente e instalación.
  • Las aprobaciones ATEX, IECEx u otras aprobaciones específicas del proyecto cuando corresponda.
  • Las especificaciones del sistema de control, del fabricante del instrumento y del EPC.

Si el SPD en sí no está aprobado para su instalación en el área clasificada, el proyecto puede requerir otra disposición de instalación, como la colocación dentro de una envolvente aprobada o fuera de la zona peligrosa. El método correcto debe confirmarse a partir de los documentos del proyecto y las normas aplicables.

Flujo de trabajo para la confirmación de la selección de protección contra sobretensiones en áreas peligrosas para proyectos de petróleo y gas

La selección de protección contra sobretensiones en áreas peligrosas requiere la confirmación específica del proyecto sobre la clasificación, las aprobaciones, la envolvente y el método de instalación.

Tipos de SPD que se evalúan comúnmente en sistemas de petróleo y gas

La protección contra sobretensiones en petróleo y gas normalmente involucra más de una categoría de SPD. La combinación exacta depende de la arquitectura del sistema.

Aplicación Categoría de protección típica Punto de confirmación principal
Panel principal o local de CA SPD de alimentación de CA Voltaje del sistema, disposición de puesta a tierra, tipo de SPD y posición de instalación.
Circuito de control de 24 V CC Protección contra sobretensiones de alimentación de CC o circuito de control Voltaje de operación, corriente y equipo conectado.
Bucle de transmisor de 4–20 mA SPD de línea de señal Voltaje del bucle, método de cableado, características de la interfaz y puesta a tierra.
RS485 / Modbus SPD de línea de comunicación Interfaz eléctrica, tensión de funcionamiento, disposición de los conductores y requisitos de ancho de banda.

El modelo final de SPD debe seleccionarse a partir de los parámetros eléctricos reales y los requisitos del proyecto. El nombre de la aplicación por sí solo no es suficiente para aprobar un dispositivo.

¿Qué debe verificar un contratista EPC o un fabricante de paneles antes de la aprobación del SPD?

Los proyectos de petróleo y gas normalmente implican múltiples niveles de aprobación. Un dispositivo técnicamente adecuado puede ser rechazado si su documentación, método de instalación o alcance de certificación no coinciden con los requisitos del proyecto.

Antes de la aprobación, los equipos de adquisiciones e ingeniería deben revisar:

  • La ficha técnica del producto y los parámetros eléctricos.
  • Norma de ensayo aplicable.
  • Alcance del certificado y cobertura exacta del modelo.
  • Plano de instalación y disposición de los terminales.
  • Requisitos de puesta a tierra o conexión equipotencial.
  • Restricciones para áreas peligrosas cuando corresponda.
  • Requisitos de integración en paneles o armarios.
  • Necesidades de etiquetado, embalaje y documentación del fabricante (OEM) para suministros recurrentes.

Antes de ordenar: lista de verificación de confirmación de SPD para petróleo y gas

  • Ubicación de la aplicación: instrumento de campo, caja de conexiones, panel local, armario de control o sala de control.
  • Aplicación upstream, midstream o downstream.
  • Entorno de instalación peligroso o no peligroso.
  • Clasificación de área y aprobaciones requeridas, si corresponde.
  • Requisito de protección para alimentación de CA, CC, señal o comunicación.
  • Tensión del sistema y disposición de la puesta a tierra.
  • Tipo de señal: 4–20 mA, RTD, pulso, RS485, Modbus, Ethernet u otra interfaz.
  • Número de conductores y configuración del cableado.
  • Longitud del recorrido del cable y condiciones de instalación.
  • Normas, certificados y documentos de proyecto requeridos.
  • Requisitos de cantidad, etiqueta OEM, embalaje y documentación.

¿Necesita ayuda para confirmar una configuración de SPD para petróleo y gas?

Comparta el voltaje de su sistema, la ubicación de la instalación, el tipo de señal y los requisitos del proyecto. LEEYEE puede brindar asistencia en la revisión de parámetros técnicos para paneles de control industrial, instrumentación de campo y requisitos OEM.

Solicitar recomendación de modelo

Preguntas frecuentes

¿Necesitan protección contra sobretensiones los instrumentos de los campos de petróleo y gas?

Los instrumentos de campo conectados mediante cables exteriores o de larga distancia pueden requerir una evaluación de protección contra sobretensiones, ya que el cableado externo puede introducir perturbaciones transitorias en los circuitos de medición sensibles. El requisito depende del riesgo del sitio y del diseño del proyecto.

¿Qué SPD se utiliza para un transmisor de 4–20 mA?

Se puede considerar un SPD de línea de señal, pero debe coincidir con el voltaje del bucle, la disposición del cableado y las características eléctricas del circuito del transmisor. El modelo exacto debe confirmarse en la documentación del instrumento y del sistema de control.

¿Dónde debe instalarse el SPD en un sistema PLC o DCS?

Los puntos de revisión típicos incluyen la alimentación de entrada, los puntos de entrada de cables de campo y las interfaces de comunicación. La posición final de instalación depende de la arquitectura del sistema, la conexión a tierra, el tendido de cables y los requisitos del equipo.

¿Deben protegerse los instrumentos de campo en ambos extremos del cable?

No siempre. Se puede considerar la protección en ambos extremos para rutas de cable largas o expuestas, pero el requisito debe confirmarse a partir de la conexión a tierra del sistema, el tendido de cables y la evaluación de riesgos del proyecto.

¿Se puede instalar un SPD estándar directamente en una zona peligrosa de petróleo y gas?

No automáticamente. La certificación estándar de protección contra sobretensiones no demuestra por sí misma la aprobación para zonas peligrosas. La clasificación de la zona, el método de protección contra explosiones, la envolvente y los requisitos de certificación deben verificarse por separado.

¿Qué documentos deben solicitar los contratistas EPC antes de la aprobación de un SPD?

Los documentos típicos incluyen la ficha técnica del producto, los certificados aplicables, la información de pruebas específica del modelo, las instrucciones de instalación y los planos requeridos por el proyecto. Los proyectos en zonas peligrosas pueden requerir documentos de aprobación adicionales.

Referencias

[1] Serie IEC 62305, Protección contra el rayo. Comisión Electrotécnica Internacional.

[2] IEC 61643-11, Dispositivos de protección contra sobretensiones de baja tensión — Parte 11: Dispositivos de protección contra sobretensiones conectados a sistemas de alimentación de baja tensión — Requisitos y métodos de ensayo. Comisión Electrotécnica Internacional.

[3] IEC 61643-21, Dispositivos de protección contra sobretensiones de baja tensión — Parte 21: Dispositivos de protección contra sobretensiones conectados a redes de telecomunicaciones y señalización — Requisitos de funcionamiento y métodos de ensayo. Comisión Electrotécnica Internacional.

[4] Serie IEC 60079, Atmósferas explosivas. Comisión Electrotécnica Internacional.

[5] API Recommended Practice 545, Protección contra rayos para tanques de almacenamiento sobre el suelo de líquidos inflamables o combustibles. American Petroleum Institute.

Publicación anterior.
Símbolo del fusible en un circuito: guía esquemática IEC, ANSI y
Publicación siguiente.
Guía de selección de interruptores de transferencia automática para fabricantes de cuadros eléctricos y compradores de equipos originales (OEM)
Devin Ling - Ingeniero Eléctrico en LEEYEE Electrics

Devin Ling

Ingeniero eléctrico en LEEYEE Electrics

Más de 10 años en dispositivos de protección contra sobretensiones
Especializado en IEC 61643 / UL 1449
Experiencia en energía solar fotovoltaica y sistemas industriales

Hable con un ingeniero Obtener recomendación técnica

¿No está seguro de qué SPD se adapta a su sistema?
Obtenga una rápida recomendación de nuestros ingenieros.

LEEYEE Eléctrico

Relacionado
Productos