Guida alla selezione della strumentazione industriale
La selezione di un Limitatore di sovratensioni 4-20mA non è solo una questione di corrente di scarica. L'SPD di segnale deve corrispondere alla tensione del loop, al circuito a due o quattro fili, alla disposizione dell'alimentazione del trasmettitore, all'ingresso PLC o DCS, alla comunicazione HART e alla tensione disponibile sull'intero loop di corrente.
Indice dei contenuti
Risposta rapida: quale SPD dovrebbe essere utilizzato per un loop 4-20mA?
Per un tipico trasmettitore a due fili da 24V alimentato tramite loop, utilizzare un SPD per segnali progettato per un loop di corrente flottante a due conduttori.
Confermare che la tensione operativa continua massima dell'SPD sia superiore alla tensione normale più alta del loop. Quindi verificare la resistenza in serie o la caduta di tensione alla corrente massima del loop, la corrente di dispersione, il livello di protezione, il metodo di messa a terra e la compatibilità HART.
Un trasmettitore a quattro fili ha normalmente un ingresso di alimentazione separato e un'uscita 4-20mA. I suoi conduttori di alimentazione e i conduttori di segnale devono essere valutati come circuiti diversi. Un singolo SPD per segnali a due fili potrebbe non proteggere l'intero strumento.
Configurazioni di protezione raccomandate
Utilizzare questa matrice per la pianificazione iniziale. La conferma finale del modello richiede comunque le informazioni di base sul loop e sull'apparecchiatura.
Trasmettitore a 2 fili, 24V
Utilizzare un SPD per segnali dedicato per la coppia del loop di corrente flottante.
Conferma: UC, resistenza in serie, corrente di dispersione e protezione linea-linea/terra.
Loop HART a 2 fili
Utilizzare un SPD per segnali 4-20mA con esplicita compatibilità HART.
Conferma: capacità, risposta in frequenza, impedenza del loop e caduta di tensione.
Trasmettitore a 4 fili
Valutare separatamente l'ingresso di alimentazione dello strumento e l'uscita 4-20mA.
Conferma: tensione di alimentazione, tipo di uscita, isolamento e riferimento di segnale.
Esterno o cavo lungo
Valutare la protezione lato campo e ingresso quadro per entrambe le estremità.
Conferma: percorso del cavo, confine LPZ, involucro, schermatura e collegamento equipotenziale.
Loop strumento Ex i
Utilizzare solo un SPD approvato e coordinato per il circuito a sicurezza intrinseca.
Conferma: Approvazione Ex, parametri entità, barriera, messa a terra e zona di installazione.
Perché non esiste un modello universale “24V 4-20mA”
Due loop con la stessa tensione nominale possono avere fonti di alimentazione, carichi di ingresso, riferimenti di messa a terra, requisiti HART e condizioni di area pericolosa differenti. Un modello finale non dovrebbe essere selezionato solo in base a “24V, 4-20mA”.
Come selezionare un SPD per segnali 4-20mA
Partire dallo schema del loop piuttosto che dal catalogo SPD. Due sistemi descritti come "24V 4-20mA" possono utilizzare fonti di alimentazione, riferimenti di messa a terra e disposizioni dei conduttori differenti.
Identificare il circuito completo
Confermare se lo strumento è autoalimentato dal loop a due fili, a tre fili o autoalimentato a quattro fili.
Trovare la fonte dell'alimentazione del loop
Determinare se l'ingresso PLC/DCS, un'alimentazione esterna o lo strumento da campo forniscono l'alimentazione del loop.
Determinare la tensione normale più elevata
Includere la tolleranza di alimentazione e la tensione massima che può rimanere continuamente sui conduttori protetti.
Abbinare la topologia del circuito SPD
Scegliere la protezione per una coppia flottante, un circuito a riferimento comune o circuiti separati di segnale e alimentazione.
Controllare la trasparenza del segnale
Esaminare la resistenza in serie, la caduta di tensione, la corrente di dispersione, la capacità e la compatibilità HART.
Confermare le condizioni di installazione
Specificare il montaggio su campo o su quadro, la messa a terra, la dimensione dei terminali, l'approvazione per aree pericolose e i requisiti ambientali.
Loop 4-20mA a due, tre e quattro fili
Il numero di conduttori modifica il modo in cui sono organizzati alimentazione, segnale e protezione da sovratensioni. Un loop a due fili utilizza normalmente la stessa coppia per alimentazione e misurazione. Un trasmettitore a quattro fili separa normalmente il suo ingresso di alimentazione dall'uscita analogica.
Loop a due fili alimentato
Alimentazione e segnale utilizzano la stessa coppia di conduttori.
- Solitamente richiede una coppia flottante protetta.
- La caduta di tensione dell'SPD fa parte del budget di tensione.
- Confermare la disposizione AI attiva o passiva.
- Controllare HART quando viene utilizzato un trasmettitore intelligente.
Trasmettitore a tre fili
Lo strumento ha normalmente un positivo di alimentazione, un comune di alimentazione e un conduttore di uscita separato.
- Il segnale può condividere il riferimento di alimentazione.
- Un SPD a coppia flottante potrebbe non essere adatto al circuito.
- Confermare quali conduttori trasportano la corrente normale.
- Fornire uno schema elettrico prima della selezione finale.
Quattro fili autoalimentato
Lo strumento ha un ingresso di alimentazione separato e un'uscita 4-20mA indipendente.
- Valutare alimentazione e segnale come percorsi di sovratensione separati.
- L'uscita del segnale può essere attiva o isolata.
- La tensione di alimentazione può differire dalla tensione del segnale.
- Un SPD di segnale potrebbe non proteggere tutti i conduttori.
Non selezionare l'SPD basandosi solo sul numero di terminali
Un trasmettitore a quattro fili non richiede automaticamente un SPD di segnale a quattro canali. Verificare prima l'ingresso di alimentazione, l'uscita analogica, l'isolamento interno e il riferimento di messa a terra.
Loop 4-20mA attivi e passivi
"Attivo" e "passivo" descrivono quale dispositivo fornisce l'alimentazione al loop. Ciò modifica la tensione normale e il riferimento presente sui conduttori.
| Allestimento | Chi fornisce l'alimentazione al loop? | Connessione tipica | Cosa deve essere confermato? |
|---|---|---|---|
| AI attiva | Ingresso analogico PLC o DCS | La scheda AI alimenta un trasmettitore passivo a due fili. | Tensione di alimentazione AI e riferimento di circuito. |
| AI passiva | Alimentatore di loop esterno | Alimentatore, trasmettitore e AI passiva sono collegati in serie. | Tolleranza di alimentazione, carico AI e riferimento di messa a terra. |
| Uscita trasmettitore attivo | Lo strumento da campo | Uno strumento autoalimentato pilota un'AI passiva. | Tensione di uscita, limiti di modo comune e isolamento. |
| Loop di uscita analogica | Scheda AO PLC/DCS o alimentazione esterna | L'AO controlla un posizionatore di valvola o un attuatore. | Se l'AO sia sorgente o sink. |
Una richiesta che indica solo “SPD 24V, 4-20mA” potrebbe non essere sufficiente per un modello definitivo. Uno schema elettrico di base, una foto dei terminali o il modello dell'apparecchiatura possono solitamente risolvere le informazioni mancanti.
Quale tensione nominale deve avere l'SPD 4-20mA?
Selezionare l'SPD di segnale in base alla tensione più elevata che può rimanere continuamente sui conduttori protetti, non in base ai valori di segnale da 4mA o 20mA.
La tensione operativa continua massima dell'SPD deve essere superiore alla tensione normale più elevata del circuito, inclusa la tolleranza di alimentazione, rimanendo al contempo sufficientemente bassa da fornire un livello di protezione utile.
Un UC inferiore non è automaticamente migliore
Se la tensione di esercizio continua dell'SPD è inferiore alla tensione effettiva del loop, potrebbe condurre durante il normale funzionamento, aumentare la dispersione o guastarsi prematuramente.
Un SPD causerà una caduta di tensione in un loop 4-20mA?
Sì. Un SPD di segnale collegato in serie introduce normalmente resistenza o un'altra impedenza in serie. A 20mA, tale impedenza crea una caduta di tensione.
Una piccola perdita di tensione normalmente non crea un errore di misurazione della corrente proporzionale. Il trasmettitore regola la corrente richiesta finché rimane una tensione sufficiente ai suoi terminali.
Includere i seguenti carichi in serie:
- Carico dell'ingresso analogico PLC o DCS;
- resistenza del loop del cavo;
- SPD lato armadio e lato campo;
- barriere o isolatori a sicurezza intrinseca;
- display alimentati da loop o terminali di test;
- margine di sicurezza ingegneristico.
Calcolatore del budget di tensione del loop 4-20mA
Utilizzare la tensione di alimentazione minima e la corrente di loop massima prevista per una verifica preliminare prudenziale.
L'esempio mantiene un margine di tensione positivo. Confermare i dati effettivi dell'apparecchiatura prima della selezione finale.
Questo calcolatore è un supporto tecnico preliminare e non sostituisce il disegno effettivo del loop o le schede tecniche dell'apparecchiatura.
Interpretazione dell'esempio
Se due SPD presentano una caduta di 0,3 V ciascuno a 20 mA, consumano complessivamente 0,6 V. Questo può essere accettabile in un loop semplice, ma è importante in un circuito lungo che contiene anche un ingresso da 250Ω e una barriera di sicurezza.
Un SPD per segnali può influire sull'accuratezza della misura 4-20mA?
Un SPD selezionato correttamente dovrebbe rimanere elettricamente trasparente durante il normale funzionamento.
| Caratteristica | Effetto possibile | Dati del fornitore da controllare |
|---|---|---|
| Resistenza in serie | Consuma tensione del loop ad alta corrente. | Resistenza per conduttore e caduta di tensione a 20 mA. |
| Corrente di dispersione | Può aggiungere offset in circuiti ad alta precisione. | Corrente di dispersione massima a UC e temperatura operativa. |
| Sbilanciamento del conduttore | Può ridurre la reiezione del rumore di modo comune. | Percorsi di protezione accoppiati per la coppia di segnale. |
| Capacità e larghezza di banda | Può influire sulla comunicazione HART. | Compatibilità HART e risposta in frequenza. |
Distinzione importante
Una piccola caduta di tensione dell'SPD normalmente non crea un errore di scala proporzionale. Riduce la tensione disponibile per il trasmettitore. Se il margine diventa insufficiente, il loop potrebbe non raggiungere la corrente massima prevista.
Come selezionare un limitatore di sovratensioni compatibile con HART
HART sovrappone un segnale di comunicazione digitale al tradizionale loop 4-20 mA. Un SPD potrebbe far passare la corrente CC ma attenuare comunque la comunicazione HART.
L'SPD deve essere installato sullo strumento in campo o nel quadro di controllo?
La posizione corretta dipende dall'esposizione del cavo, dalle zone di protezione contro i fulmini, dai punti di ingresso nell'edificio e dall'apparecchiatura che richiede protezione.
| Condizione di installazione | Considerazione consigliata | Motivo |
|---|---|---|
| Trasmettitore esterno con cavo lungo | Valutare la protezione lato campo e all'ingresso dell'armadio. | Entrambe le estremità contengono componenti elettronici sensibili. |
| Cavo tra edifici | Proteggere ad ogni ingresso dell'edificio e coordinare il collegamento equipotenziale. | Il cavo attraversa diverse zone equipotenziali. |
| Serbatoio, albero o stazione di pompaggio | Utilizzare un SPD compatibile con il campo vicino allo strumento. | Le postazioni esterne remote sono soggette a una maggiore esposizione. |
| Cablaggio breve all'interno di un armadio | Due SPD non sono richiesti automaticamente. | Il circuito completo può rimanere in un'unica zona protetta. |
| Scatola di derivazione da campo | Scegliere l'ingresso del cavo o il confine dell'apparecchiatura. | L'SPD deve essere vicino al confine della zona di protezione. |
Schermatura, messa a terra su guida DIN ed equipotenzialità
Un SPD di segnale richiede un percorso di scarica a bassa impedenza. Il terminale PE, il piede di messa a terra o la guida DIN collegata devono essere collegati al sistema di equipotenzialità locale tramite il percorso più breve possibile.
Selezione dell'SPD 4-20mA per aree pericolose e loop Ex i
Un SPD di segnale industriale standard non dovrebbe essere inserito in un circuito a sicurezza intrinseca senza verifica.
- Confermare l'approvazione ATEX, IECEx o richiesta localmente;
- confermare la zona di installazione e il concetto di protezione;
- controllare i parametri di tensione e corrente massimi;
- controllare la capacità e l'induttanza dell'SPD;
- coordinare l'SPD con la barriera o l'isolatore;
- confermare il metodo di messa a terra consentito;
- controllare i requisiti HART o SIL ove applicabile.
L'approvazione del solo SPD non è sufficiente
Il trasmettitore, il cavo, l'SPD, la barriera e la disposizione dell'installazione devono essere valutati come un unico circuito a sicurezza intrinseca.
Cosa fornisce l'acquirente e cosa conferma il fornitore dell'SPD
L'acquirente deve fornire solo le informazioni già disponibili. Il fornitore dell'SPD dovrebbe utilizzarle per confermare i parametri dettagliati del prodotto.
| Elemento di selezione | L'acquirente o l'ingegnere fornisce | Il fornitore dell'SPD conferma |
|---|---|---|
| Topologia del loop | Informazioni su due, tre o quattro fili, disegno o foto dei terminali. | Corrispondenza delle modalità di protezione, disposizione dei terminali e riferimento del circuito. |
| Disposizione dell'alimentazione | Modello di scheda PLC/DCS, trasmettitore o alimentatore ove disponibile. | Idoneità per la tensione normale del circuito e il percorso della corrente. |
| Tensione di esercizio | Tensione nominale del loop, ad esempio 24V DC. | Tensione nominale e tensione massima di funzionamento continuo. |
| Margine di tensione | Modelli di apparecchiature o dati del loop disponibili. | Resistenza in serie e caduta di tensione alla corrente massima. |
| Precisione di misurazione | Requisito di precisione speciale, ove applicabile. | Corrente di dispersione a UC e nell'intervallo di temperatura operativa. |
| Prestazioni di protezione | Informazioni sull'esposizione interna, esterna, tra edifici o di altro tipo. | Livelli di protezione, forma d'onda di test e valori di corrente di picco. |
| Comunicazione HART | HART richiesto o non richiesto. | Compatibilità HART, capacità e risposta in frequenza. |
| Area pericolosa | Requisiti per aree pericolose e modello di barriera ove disponibile. | Ambito di approvazione, parametri di entità e messa a terra consentita. |
| Installazione | Installazione in campo, a quadro o su entrambe le estremità. | Montaggio, morsetti, temperatura e disposizione della messa a terra. |
Conferma del modello prima di un progetto o di un ordine OEM
LEEYEE può partire dalle informazioni di base e richiedere dati aggiuntivi solo quando necessario per la conferma finale del modello.
Processo di conferma in quattro fasi
Controlla il tipo di loop, la tensione e le apparecchiature collegate.
Conferma UC, corrente di carico, livello di protezione e caduta di tensione.
Controlla HART, Ex i, montaggio, terminali e ambiente.
Approva la scheda tecnica, l'etichetta, l'imballaggio e la quantità.
Applicazioni industriali tipiche
Trasmettitori di livello, pressione, portata, pH e conducibilità collegati a pannelli PLC o SCADA remoti.
Strumenti di pressione e livello per esterni con lunghi cavi di segnale.
Loop strumentali DCS in impianti chimici, alimentari, petroliferi, del gas e manifatturieri.
Trasmettitori remoti di livello e temperatura in posizioni esposte.
Sensori analogici all'esterno del quadro di controllo principale o vicino a macchinari di grandi dimensioni.
Lunghi loop analogici tra i locali tecnici e i pannelli di monitoraggio.
Strumenti meteorologici e di processo ausiliari su percorsi di cavi esposti.
Protezione ripetibile degli ingressi analogici per progetti di armadi standardizzati.
Errori comuni nella selezione dell'SPD 4-20mA
Prodotti con la stessa etichetta possono avere UC, dispersione, resistenza e livelli di protezione differenti.
Un trasmettitore a quattro fili può avere percorsi di sovratensione separati per alimentazione e segnale.
Un'elevata capacità di protezione dalle sovratensioni non garantisce l'idoneità per un loop con margine di tensione limitato.
L'HART dipende anche dalla risposta in frequenza, dalla capacità e dall'impedenza di serie.
Anche uno strumento da campo remoto può essere danneggiato dall'energia indotta da una sovratensione.
Buoni parametri di laboratorio non possono compensare un percorso di scarica lungo o non collegato.
L'approvazione e i parametri di entità devono essere verificati per l'intero circuito.
Cosa inviare per ricevere una raccomandazione sull'SPD 4-20mA
Invia tutte le informazioni di cui disponi già. Non è necessario preparare ogni voce prima di contattarci.
Sei dettagli sono solitamente sufficienti per iniziare
Non hai uno schema del loop? Invia la scheda tecnica dell'apparecchiatura, una foto dei terminali o il modello dell'SPD esistente. Ti aiuteremo a identificare il circuito.
A 2, 3 o 4 fili
Per esempio: 24V DC
Richiesto o non richiesto
Modello del trasmettitore o della scheda PLC/DCS
Campo, quadro elettrico o entrambe le estremità
Quantità, logo ed esigenze di imballaggio
Hai bisogno di aiuto per selezionare un SPD per segnali 4-20mA?
Invia uno schema elettrico, una foto dei terminali, il modello del trasmettitore o il modello dell'SPD esistente. LEEYEE aiuterà a identificare il loop e a confermare la configurazione di protezione adatta.
Domande frequenti
Può lo stesso SPD essere utilizzato per tutti i loop 4-20mA?
No. I circuiti a due, tre e quattro fili possono utilizzare diverse fonti di alimentazione, disposizioni dei conduttori e riferimenti di terra.
Un SPD a 24V è sempre corretto per un circuito a 24V?
Non automaticamente. Confronta la tensione operativa continua massima dell'SPD con la tensione di loop normale più alta e la tolleranza di alimentazione.
La resistenza SPD cambia la lettura 4-20mA?
Normalmente, la resistenza dell'SPD consuma la tensione di loop invece di creare un errore di scala proporzionale. Se il margine di tensione diventa insufficiente, il loop potrebbe non raggiungere la corrente di fondo scala.
Dovrebbe un loop 4-20mA essere protetto a entrambe le estremità?
La protezione su entrambe le estremità è spesso utile per circuiti esterni, a lunga distanza o tra edifici. Non è obbligatoria per ogni collegamento interno breve.
Un SPD standard 4-20mA può supportare la comunicazione HART?
Solo quando la sua capacità, risposta in frequenza e impedenza in serie sono adatte. La compatibilità HART esplicita deve essere confermata.
Un trasmettitore a quattro fili ha bisogno di due SPD?
Potrebbe richiedere una protezione separata per l'ingresso di alimentazione e l'uscita del segnale. La disposizione finale dipende dal cablaggio e dall'isolamento interno.
Può il rivestimento del cavo sostituire il collegamento a terra SPD?
No. La terminazione della schermatura e la messa a terra di protezione dell'SPD svolgono funzioni correlate ma diverse.
Quale norma si applica agli SPD per segnali 4-20 mA?
La norma IEC 61643-21 copre i requisiti e i test per gli SPD per reti di segnalazione. La norma IEC 61643-22 fornisce i principi di selezione e applicazione.
Riferimenti tecnici
- IEC, IEC 61643-21:2025 — Requisiti e metodi di prova per SPD collegati a reti di telecomunicazione e segnalazione .
- IEC, IEC 61643-22:2015 — Principi di selezione e applicazione .
- FieldComm Group, Guida all'applicazione HART .
- Texas Instruments, Design di riferimento per trasmettitore 4-20mA alimentato da loop a basso costo .
- LEEYEE, Guida alla protezione contro le sovratensioni per PLC .
