Guia de Seleção de Instrumentação Industrial
Selecionando um protetor contra surto 4-20mA não é apenas uma questão de corrente de surto. O SPD de sinal deve corresponder à tensão do loop, circuito de dois fios ou quatro fios, arranjo de potência do transmissor, entrada de PLC ou DCS, comunicação HART e a tensão disponível em todo o loop de corrente.
Índice
Resposta rápida: qual SPD deve ser usado para um loop de 4-20mA?
Para um transmissor típico de 24V com dois fios, alimentado pelo loop, utilize um SPD de sinal projetado para um loop de corrente flutuante de dois condutores.
Confirme que a tensão máxima de operação contínua do SPD está acima da maior tensão normal do loop. Em seguida, verifique a resistência em série ou a queda de tensão na corrente máxima do loop, corrente de fuga, nível de proteção, método de aterramento e compatibilidade com HART.
Um transmissor de quatro fios normalmente possui uma entrada de potência separada e saída de 4-20mA. Seus condutores de potência e condutores de sinal devem ser avaliados como circuitos diferentes. Um SPD de sinal de dois fios pode não proteger o instrumento completo.
Configurações de proteção recomendadas
Use esta matriz para o planejamento inicial. A confirmação final do modelo ainda requer informações básicas do loop e do equipamento.
transmissor de 2 fios, 24V
Use um SPD de sinal correspondente para o par de loop de corrente flutuante.
Confirme: UC, resistência em série, corrente de fuga e proteção linha a linha/terra.
loop HART de 2 fios
Use um SPD de sinal 4-20mA com compatibilidade HART explícita.
Confirme: capacitância, resposta de frequência, impedância do loop e queda de tensão.
transmissor de 4 fios
Avalie a entrada de potência do instrumento e a saída de 4-20mA separadamente.
Confirme: tensão de potência, tipo de saída, isolamento e referência de sinal.
Cabo externo ou de longa distância
Avaliar a proteção do lado do campo e da entrada do gabinete para ambas as extremidades.
Confirme: rota do cabo, limite da LPZ, embalagem, blindagem e aterramento.
Laço de instrumento Ex i
Utilize apenas um SPD aprovado e coordenado para o circuito intrinsecamente seguro.
Confirme: Aprovação Ex, parâmetros da entidade, barreira, aterramento e zona de instalação.
Por que não existe um modelo universal “24V 4-20mA”
Dois laços com a mesma tensão nominal podem ter diferentes fontes de alimentação, cargas de entrada, referências de aterramento, requisitos HART e condições de área hazardous. Um modelo final não deve ser selecionado apenas a partir de “24V, 4-20mA”.
Como selecionar um SPD de sinal de 4-20mA
Comece com o diagrama do loop, em vez do catálogo de SPD. Dois sistemas descritos como “24V 4-20mA” podem usar fontes de alimentação, referências de aterramento e arranjos de condutores diferentes.
Identifique o circuito completo
Confirme se o instrumento é de dois fios alimentado pelo loop, de três fios ou de quatro fios com alimentação própria.
Encontre a origem da alimentação do loop
Determine se a entrada PLC/DCS, uma fonte externa ou o instrumento de campo fornece a alimentação do loop.
Determine a maior tensão normal
Inclua a tolerância da fonte e a tensão máxima que pode permanecer continuamente nos condutores protegidos.
Corresponda à topologia do circuito do SPD
Escolha a proteção para um par flutuante, circuito com referência comum ou circuitos separados de sinal e potência.
Verifique a transparência do sinal
Revise a resistência em série, a queda de tensão, a corrente de fuga, a capacitância e a compatibilidade com HART.
Confirme as condições de instalação
Especifique montagem em campo ou em painel, aterramento, tamanho dos terminais, aprovação para área classificada e requisitos ambientais.
Loops de 4-20mA de dois fios, três fios e quatro fios
O número de condutores altera a forma como a alimentação, o sinal e a proteção contra surtos são organizados. Um loop de dois fios normalmente usa o mesmo par para alimentação e medição. Um transmissor de quatro fios normalmente separa sua entrada de alimentação da saída analógica.
Alimentado por loop de dois fios
A alimentação e o sinal usam o mesmo par de condutores.
- Normalmente requer um par flutuante protegido.
- A queda de tensão do SPD faz parte do orçamento de tensão.
- Confirme a configuração de AI ativa ou passiva.
- Verifique o HART quando for usado um transmissor inteligente.
Transmissor de três fios
O instrumento normalmente tem alimentação positiva, comum da alimentação e um condutor de saída separado.
- O sinal pode compartilhar a referência da alimentação.
- Um DPS de par flutuante pode não corresponder ao circuito.
- Confirme quais condutores conduzem a corrente normal.
- Forneça um diagrama de ligação antes da seleção final.
Autalimentado de quatro fios
O instrumento possui uma entrada de alimentação separada e uma saída independente de 4-20mA.
- Avalie a alimentação e o sinal como caminhos de surto separados.
- A saída de sinal pode ser ativa ou isolada.
- A tensão de alimentação pode diferir da tensão do sinal.
- Um único SPD de sinal pode não proteger todos os condutores.
Não selecione o SPD apenas pelo número de terminais
Um transmissor de quatro fios não exige automaticamente um SPD de sinal de quatro canais. Confirme primeiro a entrada de alimentação, a saída analógica, o isolamento interno e a referência de aterramento.
Loops de 4-20mA ativos e passivos
“Ativo” e “passivo” descrevem qual dispositivo fornece alimentação do laço. Isso altera a tensão normal e a referência presentes nos condutores.
| Configuração | Quem fornece a alimentação do laço? | Conexão típica | O que deve ser confirmado? |
|---|---|---|---|
| AI ativa | Entrada analógica de PLC ou DCS | A placa de AI alimenta um transmissor passivo de dois fios. | Tensão de alimentação de AI e referência do circuito. |
| AI passiva | Fonte de alimentação de loop externo | A alimentação, o transmissor e a entrada AI passiva estão ligados em série. | Tolerância da alimentação, carga da AI e referência de aterramento. |
| Saída do transmissor ativo | O instrumento de campo | Um instrumento autoalimentado aciona uma AI passiva. | Tensão de saída, limites de modo comum e isolamento. |
| Loop de saída analógica | Placa de AO do PLC/DCS ou fonte externa | A AO controla um posicionador de válvula ou atuador. | Se a AO é fonte ou dreno. |
Uma solicitação que diga apenas “24V, 4-20mA SPD” pode não ser suficiente para um modelo final. Um diagrama elétrico básico, uma foto do terminal ou o modelo do equipamento geralmente conseguem esclarecer a informação em falta.
Qual deve ser a classificação de tensão do SPD de 4-20mA?
Selecione o SPD de sinal pela maior tensão que possa permanecer continuamente nos condutores protegidos - não pelos valores de sinal de 4mA ou 20mA.
A tensão máxima de operação contínua do SPD deve estar acima da maior tensão normal do circuito, incluindo a tolerância da alimentação, mantendo-se baixa o suficiente para fornecer um nível de proteção útil.
Um UC mais baixo não é automaticamente melhor
Se a tensão de operação contínua do SPD estiver abaixo da tensão real do circuito, ele poderá conduzir durante a operação normal, aumentar a fuga ou falhar prematuramente.
Um SPD causará queda de tensão em um loop de 4-20mA?
Sim. Um SPD de sinal conectado em série normalmente introduz resistência ou outra impedância em série. Em 20mA, essa impedância cria uma queda de tensão.
Uma pequena perda de tensão normalmente não cria um erro de medição de corrente proporcional. O transmissor regula a corrente solicitada enquanto houver tensão suficiente em seus terminais.
Inclua as seguintes cargas em série:
- Carga da entrada analógica do PLC ou DCS;
- resistência do laço do cabo;
- SPD do lado do gabinete e do lado de campo;
- barreiras ou isoladores de segurança intrínseca;
- visores alimentados pelo loop ou terminais de teste;
- margem de segurança de engenharia.
Calculadora de orçamento de tensão do loop 4-20 mA
Use a tensão mínima de alimentação e a corrente máxima esperada do loop para uma verificação preliminar conservadora.
O exemplo mantém margem de tensão positiva. Confirme os dados reais do equipamento antes da seleção final.
Esta calculadora é uma ferramenta preliminar de engenharia e não substitui o desenho real do laço nem as fichas técnicas do equipamento.
Interpretação do exemplo
Se dois SPDs apresentarem uma queda de 0.3V a 20mA, juntos consumirão 0.6V. Isso pode ser aceitável em um circuito simples, mas é importante em um circuito longo que também contenha uma entrada de 250Ω e uma barreira de segurança.
Um SPD de sinal pode afetar a precisão da medição de 4-20mA?
Um SPD corretamente selecionado deve permanecer eletricamente transparente durante a operação normal.
| Caraterística | Possível efeito | Dados do fornecedor a verificar |
|---|---|---|
| Resistência em série | Consome a tensão do laço em alta corrente. | Resistência por condutor e queda de tensão a 20mA. |
| Corrente de fuga | Pode introduzir deslocamento em circuitos de alta precisão. | Corrente máxima de fuga em UC e na temperatura de operação. |
| Desequilíbrio dos condutores | Pode reduzir a rejeição de ruído de modo comum. | Caminhos de proteção casados para o par de sinal. |
| Capacitância e largura de banda | Pode afetar a comunicação HART. | Compatibilidade HART e resposta em frequência. |
Distinção importante
Uma pequena queda de tensão no SPD normalmente não cria um erro de escala proporcional. Ela reduz a tensão disponível para o transmissor. Se a margem se tornar insuficiente, o circuito pode não atingir a corrente máxima esperada.
Como selecionar um protetor contra surtos compatível com HART
O HART sobrepõe um sinal de comunicação digital ao circuito convencional de 4-20mA. Um SPD pode conduzir corrente contínua e ainda assim atenuar a comunicação HART.
O SPD deve ser instalado no instrumento de campo ou no armário de controle?
A posição correta depende da exposição do cabo, zonas de proteção contra raios, pontos de entrada nos edifícios e do equipamento que necessita de proteção.
| Condição de instalação | Consideração recomendada | Razão |
|---|---|---|
| Transmissor exterior com cabo longo | Avalie a proteção do lado do campo e da entrada do quadro. | Ambas as extremidades contêm eletrónica sensível. |
| Cabo entre edifícios | Proteja em cada entrada de edifício e coordene a ligação equipotencial. | O cabo atravessa diferentes zonas equipotenciais. |
| Depósito, mastro ou estação de bombagem | Utilize um SPD compatível com o campo perto do instrumento. | Locais exteriores remotos enfrentam uma maior exposição. |
| Cabeamento curto dentro de um único gabinete | Dois SPDs não são automaticamente necessários. | O circuito completo pode permanecer numa única zona protegida. |
| Caixa de junção de campo | Escolha a entrada de cabos ou o limite do equipamento. | O SPD deve estar próximo do limite da zona de proteção. |
Blindagem, aterramento em trilho DIN e ligação equipotencial
Um SPD de sinal requer um caminho de descarga de baixa impedância. O terminal PE, o pé de ligação à terra ou a calha DIN ligada devem conectar-se ao sistema de equipotencialidade local com o percurso mais curto possível.
Seleção de SPD de 4-20mA para áreas perigosas e loops Ex i
Um SPD de sinal industrial padrão não deve ser colocado num circuito intrinsecamente seguro sem verificação.
- Confirme a aprovação ATEX, IECEx ou exigida localmente;
- confirme a zona de instalação e o conceito de proteção;
- verifique os parâmetros máximos de tensão e corrente;
- verifique a capacitância e indutância do SPD;
- coordene o SPD com a barreira ou isolador;
- confirme o método de ligação à terra permitido;
- verifique os requisitos HART ou SIL, quando aplicável.
A aprovação do SPD isoladamente não é suficiente
O transmissor, o cabo, o SPD, a barreira e a disposição da instalação devem ser avaliados como um único circuito intrinsecamente seguro.
O que o comprador fornece e o que o fornecedor de SPD confirma
O comprador apenas precisa de fornecer informações já disponíveis. O fornecedor do SPD deve utilizá-las para confirmar os parâmetros detalhados do produto.
| Item de seleção | O comprador ou engenheiro fornece | O fornecedor do SPD confirma |
|---|---|---|
| Topologia em anel | Informação de dois, três ou quatro fios, desenho ou fotografia do terminal. | Correspondência dos modos de proteção, disposição dos terminais e referência do circuito. |
| Disposição da alimentação | Modelo do cartão PLC/DCS, transmissor ou fonte de alimentação, quando disponível. | Adequação para a tensão normal do circuito e caminho de corrente. |
| Tensão de funcionamento | Tensão nominal do circuito, por exemplo 24V DC. | Tensão nominal e tensão máxima de funcionamento contínuo. |
| Margem de tensão | Modelos de equipamento ou dados de circuito disponíveis. | Resistência em série e queda de tensão à corrente máxima. |
| Precisão de medição | Requisito de precisão especial, quando aplicável. | Corrente de fuga em UC e na gama de temperatura de funcionamento. |
| Desempenho de proteção | Informação de exposição interior, exterior, entre edifícios ou outra. | Níveis de proteção, forma de onda de teste e valores de corrente de surto. |
| Comunicação HART | HART necessário ou não necessário. | Compatibilidade HART, capacitância e resposta de frequência. |
| Área hazardous | Requisito de área perigosa e modelo de barreira quando disponível. | Âmbito da aprovação, parâmetros da entidade e ligação à terra permitida. |
| Instalação | Instalação em campo, em armário ou em ambas as extremidades. | Disposição de montagem, terminais, temperatura e ligação à terra. |
Confirmação do modelo antes de um projeto ou pedido OEM
A LEEYEE pode começar com informações básicas e solicitar dados adicionais apenas quando necessário para a confirmação final do modelo.
Processo de confirmação de quatro passos
Verificar o tipo de loop, tensão e equipamento ligado.
Confirmar UC, corrente de carga, nível de proteção e queda de tensão.
Verificar HART, Ex i, montagem, terminais e ambiente.
Aprovar a ficha técnica, etiqueta, embalagem e quantidade.
Aplicações industriais típicas
Transmissores de nível, pressão, caudal, pH e condutividade ligados a painéis remotos de PLC ou SCADA.
Instrumentos de pressão e nível exteriores com cabos de sinal longos.
Loops de instrumentos DCS em instalações químicas, alimentares, de petróleo, gás e produção.
Transmissores remotos de nível e temperatura em locais expostos.
Sensores analógicos fora do armário de controlo principal ou perto de maquinaria pesada.
Loops analógicos longos entre salas técnicas e painéis de monitorização.
Instrumentos meteorológicos e de processo auxiliares em percursos de cabos expostos.
Proteção de entrada analógica repetível para projetos de armários normalizados.
Erros comuns na seleção de SPD de 4-20mA
Produtos com a mesma etiqueta podem apresentar diferentes níveis de UC, fuga, resistência e proteção.
Um transmissor de quatro fios pode ter caminhos de sobretensão de alimentação e sinal separados.
Uma classificação de sobretensão elevada não prova a adequação para um loop com margem de tensão limitada.
O HART também depende da resposta de frequência, capacitância e impedância em série.
Um instrumento de campo remoto também pode ser danificado por energia de sobretensão induzida.
Bons parâmetros laboratoriais não podem compensar um caminho de descarga longo ou não ligado.
A aprovação e os parâmetros da entidade devem ser verificados para o circuito completo.
O que enviar para uma recomendação de SPD de 4-20mA
Envie qualquer informação que já possua. Não precisa de preparar todos os itens antes de nos contactar.
Seis detalhes são geralmente suficientes para começar
Não tem o esquema do loop? Envie uma ficha técnica do equipamento, foto dos terminais ou modelo de SPD existente. Ajudaremos a identificar o circuito.
2 fios, 3 fios ou 4 fios
Por exemplo: 24V DC
Necessário ou não necessário
Modelo de transmissor ou cartão PLC/DCS
Campo, armário ou ambas as extremidades
Requisitos de quantidade, logótipo e embalagem
Precisa de ajuda para selecionar um SPD de sinal de 4-20mA?
Envie um esquema de ligações, fotografia do terminal, modelo do transmissor ou modelo de SPD existente. A LEEYEE ajudará a identificar o loop e a confirmar a configuração de proteção adequada.
Perguntas frequentes
O mesmo SPD pode ser utilizado para todos os laços de 4-20mA?
Não. Circuitos de dois, três e quatro fios podem utilizar diferentes fontes de alimentação, disposições de condutores e referências de terra.
Um SPD de sinal de 24V é sempre correto para um loop de 24V?
Não automaticamente. Compare a tensão máxima de operação contínua do SPD com a tensão normal mais elevada do loop e a tolerância de fornecimento.
A resistência SPD altera a leitura de 4-20mA?
Normalmente, a resistência do SPD consome tensão do loop em vez de criar um erro de escala proporcional. Se a margem de tensão se tornar insuficiente, o loop poderá não atingir a corrente de fundo de escala.
Deve um loop de 4-20mA ser protegido em ambas as extremidades?
A proteção em ambas as extremidades é frequentemente útil para circuitos exteriores, de longa distância ou entre edifícios. Não é obrigatória para todas as ligações internas curtas.
Um SPD padrão de 4-20mA pode passar a comunicação HART?
Apenas quando a sua capacitância, resposta de frequência e impedância de série forem adequadas. A compatibilidade HART explícita deve ser confirmada.
Um transmissor de quatro fios precisa de dois SPDs?
Pode necessitar de proteção separada para a sua entrada de alimentação e saída de sinal. A disposição final depende da cablagem e do isolamento interno.
O escudo do cabo pode substituir a conexão de terra do SPD?
Não. A terminação da blindagem e a ligação à terra de proteção do SPD desempenham funções relacionadas, mas diferentes.
Qual padrão se aplica a SPDs de sinal 4-20mA?
A norma IEC 61643-21 abrange os requisitos e ensaios para SPD de redes de sinalização. A norma IEC 61643-22 fornece princípios de seleção e aplicação.
Referências técnicas
- IEC, IEC 61643-21:2025 — Requisitos e métodos de ensaio para SPD ligados a redes de telecomunicações e sinalização .
- IEC, IEC 61643-22:2015 — Princípios de seleção e aplicação .
- FieldComm Group, Guia de Aplicação HART .
- Texas Instruments, Design de Referência de Transmissor 4-20mA alimentado por Loop de Baixo Custo .
- LEEYEE, Guia de Proteção contra Sobretensões para PLC .
