og Elektronikkprodukter

Transkript

1 Innføring i Analog Signalbehandling og Elektronikkprodukter Nettbutikk: jfknudtzen.no E-post: firmapost@jfknudtzen.no eller bestilling@jfknudtzen.no Telefon: Telefaks: Teknisk support: teknisk@jfknudtzen.no / telefon Besøksadresse: Billingstad sletta 97, N-1378 Nesbru

2 x innholdsfortegnelse x x x x x x x innledning Elektroteknikk 4 Grunnleggende elektronikk 6 Viktige formler 8 ANALOG SIGNALBEHANDLING Analog signalbehandling - FAQ 12 Forskjellige typer analoge signaler 14 Analog signalbehandling - Tekniske data 16 FDT/DTM - Standard løsning for enhetskonfigurasjon 20 Sikkerhet i farlige områder 22 ATEX direktivene 28 Merking for ATEX godkjenning av signalkonverter 29 Klareringer og krypstrømsavstander i elektrisk utstyr - påvirkende faktorer 30 Derating kurve (Reduksjonskurve) 31 IP beskyttelsesklasser iht. DIN EN CE-merking / EMC-direktivene 33 relèer og optokoblere Relèmoduler - en oversikt 36 Definisjon/virkemåte 42 Grunnleggende funksjoner 44 Kontrollkrets 45 Lastkrets 46 Forsterkerledd 47 Bryting av ulike belastninger 48 Vernetiltak 49 Tekniske data 50 STRØMFORSYNINGER Strømforsyning - en oversikt 51 Standarder og godkjenninger 53 overspenningsvern Har overspenningsvern noen verdi? 54 Elektromagnetisk kompatibilitet 56 Hva er overspenninger? 57 Hvordan oppstår overspenninger? 58 Forebygging er en bedre kur 62 Hvordan oppnår vi vern av overspenning? 63 Klassifisering og beskyttende soner 64 Testkriterier 65 Komponenter for overspenningsvern 66 Installasjon av overspenningsvern - kontorbygg 70 Installasjon av overspenningsvern - industribygg 71 Generelle installasjonsråd 72 Standarder og forskrifter 73 Overspenningsvern-konsept 74 Varitector overspenningsvern 76 interface & Pls Weidmüller interface enheter 84 PLS adapter system 86 PLS system interface 87 givere (sensorer) Elektroniske givere 88 Kapasitive givere 92 Fotoceller 96 Temperatur 104

3 innledning vi kan tilby våre kunder Hovedfokuset i denne elektronikkbrosjyren er behandling og beskyttelse av digitale og analoge signaler. Disse signalene kan konverteres, standardiseres, beskyttes og klargjøres for kommunikasjon ved hjelp av komponenter fra Sivilingeniør J.F. Knudtzen AS. Weidmüller, som er vårt hovedagentur, utvikler og produserer elektroniske komponenter for industriell automasjon, prosessautomatisering og energiproduksjon. Disse komponentene brukes både i og utenfor tavlen eller styreskapet. Vi kan tilby signalomformere og input/output enheter for disse formålene. Produktløsninger er også tilgjengelig for følgende felt: Overspenningsvern, beskytte og forsterke digitale og analoge signaler, Ethernet datakommunikasjon samt pre-monterte systemkabler. Alle disse produktene har en mekanisk, praktisk installasjonsprosess, en optimalisert håndtering av elektriske tilkoblinger og trygge ledningstilkoblinger. Produktene selv er svært godt egnet for tøffe, industrielle applikasjoner. De er egnet for bruk i et stort spekter av driftstemperaturer og har utmerket motstand mot elektromagnetisk interferens. Høy kompetanse Kort leveringstid E-handels løsning Stort lager i Norge Kundetilpassede logistikkløsninger Oversiktlig web-side med nyttig informasjon Stor produktportefølje fra ledende produsenter Innledning Med denne porteføljen, tilbyr Weidmüller produkter som dekker hele industrielle applikasjoner for overføring og behandling av: Power, signal og data. Espen Smedsrud Teknisk Sjef Koblingsteknikk vi er din komplette partner på koblingsteknikk merking automasjon

4 elektroteknikk Vi kan konstatere at dagens moderne samfunn ikke kan klare seg uten elektrisiteten. Derfor er det et tankekors at elektrisitetens historie er ganske kort, selv sett i et par generasjoners perspektiv. Spesielt har mye skjedd de siste tiårene. For å få et begrep om utviklingen, bakgrunnen og ikke minst mulighetene innen denne fascinerende verdenen, bør vi starte helt fra utgangspunktet - omtrent da det ble lys for første gang. Og vi starter svært enkelt og grunnleggende, i det mange kan ha latt en del av basiskunnskapene gå i glemmeboken til fordel for avanserte spesifikasjoner og spissteknologi. Allerede i antikken forestilte vitenskapsmennene seg at alle stoffer var satt sammen av små deler. Rundt år 500 før Kristus konstruerte filosofene Leukippos og Demokrit forholdsvis avanserte modeller for å beskrive de små delene. Disse delene ble kalt atomer -som betyr udelelig - rett og slett fordi de trodde dette var de minste delene stoffene bestod av. I dag vet vi at stoffene riktignok er bygget opp av atomer, men de er ikke udelelige. Vi kjenner til at atomet består av en kjerne med et antall elektroner i baner rundt den. Kjernen består av flere partikler, bl.a.nøytroner og protoner. Elektronene er negativt ladde, og protonene har positiv ladning. Et nøytralt atom har like mange elektroner som protoner i kjernen. Strøm måler vi i ampere (A). Enheten ampere er oppkalt etter den franske fysikeren André Marie Ampere ( ) som undersøkte magnetiske fenomener i tilknytning til elektrisk strøm. Antall Ampere angir ladningstransporten pr. sekund i en krets. En annen kjent fysiker var Michael Faraday, som levde i England fra I79l til Han har fått æren av å grunnlegge den moderne elektrisitetslæren. Faraday oppdaget bl.a. et spesielt fenomen som vi skal merke oss: Området rundt en ladning har en spesiell fysisk egenskap som vi bare kan påvise dersom en annen ladning er i nærheten. Det betyr at enhver ladning er omgitt av et elektrisk felt. Når vi enkelt sagt sender en ladning gjennom et elektrisk felt, oppstår det spenning - uttrykt i Volt. Det elektriske feltet tvinger ladningen inn i en ordnet bevegelse med eller mot feltets retning avhengig av om ladningen er positiv eller negativ. Hvis feltet har samme retning hele tiden, får vi likestrøm. Hvis feltet skifter retning i perioder, får vi vekselstrøm. Enheten Volt er for øvrig oppkalt etter en annen av elektrisitetslærens pionèrer: Alessandro Volta ( ). Han var professor i fysikk, og viste at det oppstår strøm dersom man kobler to forskjellige metaller som står i en væske. I 1799 konstruerte han sin berømte søyle som bestod av flere lag. Han påviste at det gikk strøm gjennom en leder som var koblet til første sølvplate og nederste sinkplate- forløperen for moderne batterier. Michael Faraday ( ) Så begynner det å bli interessant: Den positive elektronkjernen trekker på de negative elektronene, men kraften blir svakere jo lengre elektronene er fra kjernen. Det trengs derfor minst energi for å frigjøre de elektronene som er lengst fra kjernen. De ytterste elektronene blir påvirket av andre atomer i nærheten, og kan lett bevege seg fra atom til atom. Disse elektronene kaller vi frie elektroner, eller ledningselektroner. I kobber avgir hvert atom ett elektron på denne måten. Når vi kobler kobberledninger til en elektrisk spenningskilde, utsettes de frie elektronene for en kraft som dirigerer dem i en bestemt retning. De transporterer en elektrisk ladning, det vil si at de lager en elektrisk strøm i ledningen. Det er de frie elektronene som bærer ladningen, og antallet frie elektroner i metaller er stort. Det er derfor metaller er så gode ledere for elektrisk strøm. Og som vi ser av dette, er strøm ganske enkelt en transport av ladning i en ledning. Strøm har for oss to viktige egenskaper: 1. Når det går strøm gjennom en leder, øker temperaturen i lederen, avhengig av motstanden. 2. Strømen har magnetiske virkninger. En annen viktig oppdagelse innen elektrisitetslæren stod den tyske fysikeren Georg Simon Ohm for. I 1827 fant han sammenhengen som bærer hans navn - Ohms lov. Ohm undersøkte forholdet mellom strøm og spenning, ogfant ut at strømmen i lederen er proporsjonal med spenningen over den. Dette forholdet kalles resistans, eller motstand. Uttrykt i en enkel formel defineres resistansen R i en leder som forholdet mellom spenningen U overlederen og strømmen i gjennom den slik: U=RxI Side 4

5 Vi har imidlertid enda en dimensjon innen elektrisitetslæren - tid. Overføring av energi over et tidsrom defineres som effekt, og beskrives i Watt. Enheten er oppkalt etter skotten James Watt ( ), som opprinnelig var utdannet instrumentmaker. Han var svært opptatt av å forbedre dampmaskinens egenskaper, som på den tid utnyttet den tilførte energien svært dårlig. De første dampmaskinene ble brukt til å drive gruvepumper, og Watt sammenliknet maskinens yteevne med antallet hester som tidligere hadde drevet pumpen. Watt fant ut at en normal hest kunne løfte 75 kg vann en meter opp i løpet av ett sekund. Her finner vi sammenhengen mellom Watt og hestekrefter - 1 trk = 735 W. Watt måles i joule/ sekund. Innledning Som vi ser, skjedde mange av de viktigste og mest grunnleggende oppdagelsene innen elektrisitstslæren i siste del av 1700-tallet og på begynnelsen av 18O0-tallet. Videre utover i dette århundret ble forskningen mer avansert, og vi ble tilført kunnskaper om elektromagnetismen. Også her var Faraday en pådriver, og oppdaget i 1831 at det var mulig å produsere elektrisk strøm ved hjelp av magnetisme. Dette dannet grunnlaget for den industrielle revolusjonen i tiden som fulgte, med bygging av kraftverk og opprettelsen av ny industri. Norges første el-anlegg Elektriske apparater i hjemmene NRK De første rekkeklemmene Første datamaskin Første PC Internett Mikro prosessor Automatisering Busssystem Smarttelefon iphone Nettbrett Historikken viser oss for øvrig at det alltid hersker en viss treghet fra en nyvinning blir lansert til den blir allment akseptert og tatt i bruk. Som vi har sett, ble de første moderne datamaskinene konstruert på 1950-tallet - men først 30 år senere så de første PCene dagens lys. Dette må vi regne med som en faktor i vår hverdag - ny teknologi som vi så vidt kjenner til vil komme i hyllene i løpet av en viss tid. Dette tidsrommet blir imidlertid kortere og kortere for hver nyvinning som gjøres. Markedskreftene sørger for det. Derfor er det viktig å være oppdatert, vite hva som kommer, og stå klar i det øyeblikket markedet er rede til å ta imot de nye produktene. Det er derfor vi har utformet dette kompendiet, slik at du skal være best mulig oppdatert. Husk kunnskap er nøkkelen til suksess! Side 5

6 grunnleggende elektroteknikk På de foregående sidene har vi sett nærmere på den historiske utviklingen innen elektro og elektroteknikk, med korte glimt av de viktigste definisjonene. I dette kapittelet skal vi gå nærmere inn på symboler og begreper du bør kunne mer om, og beskrive de viktigste fysiske lovene mer detaljert. De viktigste symbolene og begrepene vi kommer innom i dette heftet er nevnt nedenfor. De viktigste størrelsene og enhetene: Størrelse Symbol Navn Benevning Avledede enheter Frekvens f Hertz Hz Kraft F Newton N Trykk p Pascal Pa/Bar N/m 2 Energi, arbeid, varme E/W/A Joule J N x m Effekt P Watt W J/s Elektrisk potensialspenning, potensialdifferens, elektromotorisk spenning U Volt V J/C = W/A Kapasitans C Farad F C/V Ledningsevne X X X = 1/p Resistans R Ohm Ω V/A = 1/S Konduktans G Siemens S A/V = 1/ Ω Magnetisk fluks Φ Weber Wb V x s Magnetisk flukstetthet, magnetisk induksjon B Tesla T Wb/m 2 Induktans L Henry H V x s/a = Wb/A Lysfluks, lysstrøm Φ Lumen lm Belysning E Lux lx lm/m 2 Spenning U Volt V J/C Strøm I Ampere A Grunnenhet Tilsynelatende effekt S Volt-Ampere VA Reaktiv effekt Q Volt-Ampere reaktiv VAr Aktiv effekt P Watt W J/S Side 6

7 Kapslingsgrader (IP) Nettsystemer IP-systemet er bygget opp slik at bokstavene IP følges av to siffer. Det første sifferet angir beskyttelse slik at mennesker unngår å berøre spenningsførende deler eller deler i bevegelse innenfor kapslingen, samt beskyttelse mot inntrenging av faste gjenstander. Det andre sifferet angir beskyttelse av utstyret inne i kapslingen mot inntrenging av vann. Første siffer: Fremmedlegemer Andre siffer: Vann Første siffer: Beskrivelse 0 Ubeskyttet 1 Beskyttet mot faste fremmedlegemer > 50 mm 2 Beskyttet mot faste fremmedlegemer > 12 mm 3 Beskyttet mot faste fremmedlegemer > 2,5 mm 4 Beskyttet mot faste fremmedlegemer > 1 mm 5 Støvbeskyttet 6 Støvtett Annet siffer: Beskrivelse 0 Ubeskyttet 1 Beskyttet mot dryppende vann 2 Beskyttet mot dryppende vann når skråstilt opp til 15 3 Beskyttet mot regn 4 Beskyttet mot vannsprut 5 Beskyttet mot vannstråler 6 Beskyttet mot tung sjø 7 Beskyttet ved neddykking 8 Beskyttet ved nedsenking Vi opererer med tre ulike nettsystemer, avhengig av hvordan forbindelsen til jord er lagt opp. Hva betyr bokstavene? 1. BOKSTAV - Fordelingssystemets forhold til jord. T = Direkte forbindelse fra ett punkt til jord, vanligvis fra nøytralpunktet. I = Alle spenningsførende deler isolert fra jord. Nøytralpunktet eller en av ytterlederne kan ha gjennomslagsvern mot jord. 2. BOKSTAV - Utsatte delers forhold til jord. T = Direkte forbindelse fra utsatte deler til jord, uavhengig av jording andre steder i systemet. N = Direkte forbindelse fra utsatte deler til det jordede punktet i systemet. PÅFØLGENDE BOKSTAVER: S = Funksjonene til PE-leder og N-leder ivaretatt av separate ledere. C = Funksjonene til PE-leder og N-leder kombinert i èn leder (PEN-leder). IT-system Innledning TN-system TT-system Side 7

8 viktige formler Vi repeterer også en del av de viktigste formlene innen elektroteknikken: Formel Omhandler I = Qt Strømelektrisitetsmengde U = R x I Ohms lov R = R1 + R2 + R3... Seriekobling resistans I = Kirchhoffs 1. lov (summen av alle strømmer i et punkt er lik 0) U = U1 + U2 + U3... Kirchhoffs 2.lov (delspenninger) (summen av alle spenninger i en sløyfe er lik 0) l/r = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3.. Parallellkobling resistans Ui = I x Ri Indre delspenning Uk = E - I x Ri Klemmespenning (ytre delspenning) E = El + E2 + E3... Seriekobling spenningskilder Ri = Ri1 + Ri2 + Ri3... Indre resistans ved seriekobling spenningskilder E = EC Parallellkobling spenningskilder W = U x I x t Joules lov (energi) P = U x I Effektloven f = 1/T Frekvens T = 1/f Periodetid Z = U/I Impedans De viktigste lovene for oss er nok Ohms lov og Effektloven. Blant disse formlene har nok Ohms lov og Effektloven størst betydning for vår daglige omgang med koblingsteknikk. Derfor bør vi kjenne disse lovene noe mer i detalj, og ikke minst bakgrunnen for dem. Ohms lov Vi forstår at Ohms lov har med motstand å gjøre. Vi vet U at den kinetiske energien til ioner og molekyler i luften begrenses av at luftpartiklene R I støter mot hverandre. I metall kolliderer imidlertid ikke ledeelektronene med hverandre, men med gitterfeil og såkalte fononer i metallet (fonon er et energikvant i en elastisk bølge - dette kan sammenliknes med et foton i en elektromagnetisk bølge). Ledeelektronenes støtfrekvens er i størrelsesorden dette er ganger større enn for luftpartiklene. Denne støtprosessen gir en motstandskraft - kv som er rettet mot elektronenes ordnede bevegelse i det elektriske feltet. Etter Newtons andre lov får vi en slik differensiallikning for bevegelsen til de tenkte, positive ladningsbærerne i metallet: ma = m dv/dt = -kv + ee Her er v driftfarten og E er den elektriske feltstyrken i metallet. Etter bruk av flere formler kommer vi til slutt til at som er den versjonen av Ohms lov vi bruker når vi skal regne ut motstand og strøm i elektriske kretser. Enheten for elektrisk resistans er volt pr. ampere, eller (R) = (U) /(I) = V/4. Denne enheten kaller vi ohm (Q). Q = V/A. I ulike stoffer har vi imidlertid ulike ledningsevner. Motstanden (R) i stoffene er derfor ulik. Metaller ser vi har god ledningsevne, mens isolatorer har svært dårlig ledningsevne. Vi tar med noen eksempler på metaller og isolatorer: Metaller (10-8Ωm) Aluminium 2,75 GuIl 2,20 Jern 9,68 Kobber 1,70 Kvikksølv 95,9 Sink 5,92 Sølv 1,61 U = R x I Side 8

9 Isolatorer (Ωm) Glass Kvartsglass 1016 Polyamid Polyvinylklorid Tre Ikke Ohm til alt - husk impedansen! Vi har sett på Ohms lov for likestrøm. Vi bruker gjerne Ohms lov for vekselstrøm også, men her er det viktig å være oppmerksom på ett unntak: Ohms lov for likestrøm kan ikke brukes for vekselstrøm hvis belastningen ikke er rent resistiv. Dette er fordi en induktiv belastning som f.eks. en spole er et større hinder for vekselstrøm enn for likestrøm. Grunnen er at det i en spole både finnes resistansen R samt en såkalt induktiv reaktans X L. Tilsammen danner R og X L en total hindring som vi kaller impedans, som har størrelsessymbolet Z. X L er avhengig av vinkelfrekvensen og induktansen, det vil si Innledning X L = ω x L, eller X L = 2πf L Forholdet mellom Z, R og X L i en induktiv krets viser vi gjerne med en impedanstrekant, der forskyvningsvinkelen φ ligger mellom Z og R. Denne impedanstrekanten er rettvinklet, derfor kan vi bl.a. benytte Pytagoras lov til å regne ut vinklene. Du kan i utganspunktet ikke benytte Ohms lov for vekselstrøm på samme måte som likestrøm. φ Z R Ut fra dette kan vi se at i samme krets er effekt-trekanten og impedanstrekanten likeformede. Det vil si at begge er rettvinklede og har samme faseforskyvningsvinkel. X L Du husker vel Pytagoras? Z 2 = R 2 + X L 2 Z X L φ R Ohms lov har vi nylig sett på - og vi har vi lært at Ohms lov kan brukes for vekselstrøm hvis vi husker å erstatte resistansen R med impedansen Z. I U Z Erstatt resistansen R med impedansen Z Side 9

10 Kapasitiv reaktans Vi skal også se kort på kapasitiv reaktans. Som eksempel har vi valgt en kondensator. På tross av at kondensatoren ikke gjennomflytes av strøm, kan den betraktes som en viss hindring for strømmen - på samme måte som en motstand eller en spole. Kapasitiv reaktans kan vi regne ut med en formel: X C = 1 2 π f C Tilsynelatende effekt Tilsynelatende effekt S er lik aktiv effekt P når cos φ er lik 1. Når vi har en belastning (induktiv/kapasitiv) som fører til at cos φ endres, vil tilsynelatende effekt øke. Stort sett brukes denne til å angi merkeeffekt for spenningskilder og omformere. Hvis en transformator har merkeeffekt 2,2 kva ved 220 V, kan vi belaste den med maks. I = S/U = 2200/22 A= 10A. Hvis vi sammenlikner impedanstrekanten til en kapasitivkrets med impedanstrekanten for en induktiv krets, ser vi at induktans og kapasitans motvirker hverandre i en krets. R Noen formler Aktiv effekt: Reaktiv effekt: Tilsynelatende effekt: P = U x I x cos. φ Q = U x I x sin. φ S = U x I Z X C φ S P Q Effekt Vi må skille mellom ulike typer effekt: Aktiv effekt, reaktiv effekt og tilsynelatende effekt. Som vi kjenner til, er effektfaktoren cos φ et begrep som brukes på ulike maskiner og utstyr. Den kan brukes til å vudrere det reaktive effektforbruket i et elektrisk anlegg i en gitt installasjon. En dårlig effektfaktor har vi vanligvis når faktoren ligger under 0,90. Da har vi et høyt reaktivt effektforbruk, noe som kan medføre høy strømregning og unødig belastning av anlegget. For å bedre effektfaktoren (cos φ) kan vi legge inn en kondensator i det elektriske systemet. Dette kalles effektfaktorregulering eller fasekompensering. Eksempler: Belastning cos φ Vanlige asynkrone motorer 25% 0,55 50% 0,73 75% 0,80 100% 0,85/0,99 Lysrør 0,5 Elektriske motstander 1 Aktiv effekt Aktiv effekt er den effekten vi kan dra nytte av i en krets - det vil si den effekten som blir omsatt i arbeid som oppvarming, drift av maskiner, belysning osv. Den aktive effekten er imidlertid ulik for en induktiv og en resistiv krets, til tross for at spenningen og strømmen er like stor. Side 10

11 Parallellkobling og seriekobling En annen interess-ant effekt av Ohms lov dukker opp når vi foretar parallellkobling eller seriekobling av motstander. Hvis vi seriekobler motstander, viser det seg at totalresistansen R i en slik seriekobling blir summen av de enkelte motstandene, Rl, R2, R3 osv. Hvis vi kobler to motstander med f.eks. 10 og15 Ω i serie, blir altså resultatet 25 Ω. Formelen for totalresistans i en seriekoblet krets blir dermed R = Rl + R2 + R Dette gjelder for øvrig både for hele strømkretser og fordeler av en strømkrets. Fra det vi har gjenn-omgått, vet vi at resistansen er et mål på den hindringen en leder lager for strømmen. La oss koble på en motstand på 15 Ω. Lederne som kobler motstanden til spenningskilden regner vi for å være uten resistans. Strømmen kan dermed bare gå en vei i kretsen. Men hvis vi kobler på to motstander på 15 Ω parallelt, kan strømmen plutselig gå to veier! Da kan en større total strøm slippes frem, fordi hovedstrømmen i ledningen inn til forgreningspunktet fordeler seg på begge motstandene. Hindringen av strømmen blir derfor bare halvparten så stor som den ville ha vært hvis strømmen bare hadde en av motstandene å gå gjennom. Vi ser at vi dermed kan erstatte to parallelle 15 Ω motstander med en stk. 7,5 Ω motstand. Vi tar også med den generelle formelen for parallellkobling av motstander: 1 = R R 1 R Vi har nå lagt bak oss en del helt grunnleggende teori innen elektroteknisk, som er nødvendig å ha som ballast når vi går videre inn i elektroteknikkens fasinerende verden. Nå skal vi ta skrittet og spesialisere oss innen koblingsteknikk - bli med videre, det er nå det blir virkelig gøy! Innledning Side 11

12 analog signalbehandling - FAQ Hvor brukes analog signalbehandling? I alle typer industri og marine måle- og styringssystemer - for eksempel i prosesser som kraftverk, stålverk, vann- og avfallsanlegg, olje- og gassproduksjon og kjemisk behandling. Faktisk, uansett temperatur, trykk, nivå, mengde, vekt, er hastighet etc. målt og kontrollert som en del av et sammenhengende eller batch produksjonsprosess. Slike måleparametere må ikke forringes på vei fra feltet til kontrollrommet, til tross for ytre påvirkninger fra atmosfæren eller installasjonen. Konvertering eller endringer i disse signalene krever elektronikk av høyeste kvalitet, som også kan tåle store temperaturforandringer, elektromagnetiske forstyrrelser, vibrasjon, etsende og farlige omgivelser. Hvilke funksjoner oppgir analog signalbehandling? En eller flere av følgende: 1 Isolering av høyt nivå DC-måling og kontrollsignaler. (Hvorfor trenger vi isolering? -se notatene som følger senere i denne brosjyren). 2 Konvertering av høyt nivåsignal, for eksempel V inngang til ma utgang. 3 Forsterke, liniarisere og overføre svake sensorer, slik som millivolt fra termoelementer, til sterke signaler, DC-utganger som kan overføres over avstander på 100 m eller mer. 4 Initiere statusindikasjoner og alarmer ved å skape relékontakt nedleggelse utganger fra analoge innganger. Side 12

13 x Hvorfor trenger vi egen analog modul idag? Kan styringssystemet (PLS eller DCS) utføre de samme funksjonene? Hvordan kan jeg velge det riktige produktet for min applikasjon? 1 Noen ganger er dette tilfelle, men vi må se på hvor kabling fra felt-enheter (sendere, sensorer, ventiler og aktuatorer) går. Ofte går de ikke bare rett til styringssystemet. Mange signaler går også til lokale indikatorer og alarmer, og disse må isoleres fra de andre. 2 Ofte trengs sensorer som termoelementer for temperaturmåling, isolering, konvertering og linearising lokalt til et standardisert industrisignal (f.eks ma) for overføring over lange avstander i stedet for å bruke dyre kompensasjons-kabler til styringssystemet. 3 Når kontrollsystemet ikke har isolerte analoge innganger, vil en egen isolator ofte være nødvendig. 1 Weidmüller har en formidabel rekke analoge signalbehandlere, som dekker de fleste krav til applikasjonen, og vårt utvalg er i vekst. Vi har også nyttige verktøy for valg og konfigurering. 2 Hvis du ikke kan finne et passende produkt for din applikasjon, betyr ikke det at vi ikke har produktet! Fortell oss dine behov, og hvis vi ikke kan tilby en løsning fra vårt nåværende utvalg av produkter, kan det være en tilpasset versjon som vi kan lage for deg. Analog Signalbehandling 4 Når kontrollsystemet ikke kan gi strøm til sensor / transmitter og det er praktisk å gjøre dette fra en isolerende modul. 5 Hvor høy integritet, er dedikert skjerm nødvendig, atskilt fra kontrollsystemets display, og inngangen har behov for splitting. 6 Når lokal linearisering er nødvendig for drift av et anlegg - for eksempel der en væske volum indikator er nødvendig for å fylle en bulk lagertank, mens målingen er basert på nivået (nivå til volum konvertering avhenger av formen på tanken). 7 Når kontrollsystemet tar bare ma analoge innganger og sensorene leverer mindre vanlige områder, for eksempel mv, V, kω, mA, khz, A AC etc. 8 Når kontrollsystemet må beskyttes mot elektriske støypulser på den analoge inngangen. 9 Hvor utvidelse av de analoge inngangene ville bety et kostbart nytt I / O-kort for kontrollsystemet. Side 13

14 forskjellige typer analoge signaler Arbeidsmiljøet kan måles på mange ulike former, for eksempel i form av temperatur, fuktighet eller lufttrykk. Verdiene av disse fysiske variablene endres stadig. Elementer som overvåker status og statusendringer av et gitt miljø og levere en indikasjon på dette endrede miljøet må kunne skildre kontinuerlig endring. I industrielle overvåkningsoppgaver, er sensorene ansvarlig for å registrere statuser på omgivelsene. Sensorer gir signaler som gir detaljerte konklusjoner for nedstrøms evaluering og overvåkingssystemer med detaljerte konklusjoner om statusene eller endringer, for eksempel i en produksjonsprosess. Sensorsignaler overvåker kontinuerlige endringer i feltet. De forekommer i digital og analog form. Som regel leverer de en elektrisk spenning eller strømverdi som tilsvarer proporsjonalt med de fysiske variablene som overvåkes. Hvis automatiseringen er ventet å nå bestemte statuser eller beholde dem konstant, er analog signalbehandling nødvendig. Det er også viktig i områder der dette allerede er en del av lang, etablert praksis, f.eks. innen prosess eller kjemisk industri. I prosessteknikk, er det standardiserte, elektriske signaler som normalt brukes. Strømmene av ma eller ma, spenning på V er blitt etablert som utgangsvariabler for sensorer som måler de forskjellige fysiske parametre. Weidmüller tar hensyn til den økende preferansen for automatisering - inkludert og spesielt med analog signalbehandling- og tilbyr et bredt spekter av produkter skreddersydd til kravene som er involvert i håndtering av sensorsignaler. Enheter for de vanlige signalene ( ma, ma, V) genererer et utgangssignal som en proporsjonal verdi av det variable inngangssignalet. Beskyttende separasjon, f.eks. av sensorens krets fra evalueringskretsen, er også tatt hensyn til. Beskyttende separasjon forhindrer gjensidige forstyrrelser mellom flere sensorkretser, f.eks som i tilfelle av jordsløyfer i sammenhengende målingskretser. Det brede spekteret av Weidmüller produkter dekker alle funksjoner som er involvert i signalkonvertering, signalseparasjon og signalovervåking. Produktene kan dermed håndtere nesten alle applikasjoner i industriell måleteknikk, og sikre elementære funksjoner mellom feltsignaler og ytterligere prosessystemer. De mekaniske egenskaper av produktene er bygget opp rundt et konsistent konsept. Signalomformere kan brukes med andre Weidmüller produkter og kombineres med hverandre. De er designet for å innebære minimum arbeid på kabling og vedlikehold, i både elektriske og mekaniske vilkår. Produktspekteret består av følgende funksjoner: DC / DC omformere Nåværende omformere Spenningsomformere Temperaturtransformatorer for motstand termometre og termoelementer Frekvensomformere Potentiometer omformer AC omformer Målebro (strekklapp) Nivå overvåkingsmoduler AD / DA omformere Produktene er tilgjengelige som rene signalkonvertere, 2-veis isolasjon, 3-veis isolasjon og passive skiller - avhengig av produktfunksjonene i hvert tilfelle. Side 14

15 x 2-veis isolasjon skiller signaler fra hverandre elektrisk og skiller målingskretser. Potensial forskjeller - forårsaket av lange linjelengder og felles referansepunkter - er eliminert. Videre beskytter den elektriske separasjonen mot uopprettelig skade forårsaket av overspenninger samt induktive og kapasitive forstyrrelser. 3-veis isolasjon kobler ut forsyningsspenningen fra inn-og utgangskretser og gjør at funksjonen kan operere med bare én driftsspenning. Den passive separator tilbyr en ekstra, avgjørende fordel - det krever ingen ytterligere spenningsforsyning. Strømforsyningen til modulen er oppnådd via inn- eller utgangskrets som overføres til inngang / utgang. Srømsløyfe mating gir et svært lavt forbruk. En rekke produkter er tilgjengelige for temperaturmålinger. For eksempel, PT100 signaler i 2 -, 3 - og 4-leder system for konvertering til standard ma, ma og V-signaler. Analog Signalbehandling Modulene for tilkobling av konvensjonelle termoelementer er utstyrt med kaldpunkt kompensering som standard. Videre forsterker de og lineariserer spenningssignalet levert av termoelementet. Dette garanterer nøyaktig analog signalbehandling mens den eliminerer kilder til forstyrrelser eller feil. Frekvensomformere - overfører frekvenser til standard analoge signaler. Nedstrømskontroller kan derfor direkte prosessere puls-strenger for måling rpm eller hastighet. AD eller DA omformere er nødvendig for å bringe sammen analoge signaler som kartlegger de lokale forhold og digital prosessering i et prosessovervåkingssystem. Weidmüller kan levere slike komponenter for vanlige ma, ma og V inn- og utgangssignaler. 8-bits prosessorer er tilgjengelig på den digitale siden. Strøm overvåkingsmoduler kan brukes til å kontrollere DC- og AC-strøm opp til 60 ampere. En vekslingsoperasjon utløses når de innstilte aktuelle verdiene ikke er oppfylt eller overskredet. Komponenter med analoge utganger overvåker strømbelastningen kontinuerlig via nedstrøms kontroller. Spenningsovervåkingsmoduler kan brukes til å overvåke AC- og DC-spenninger. Justerbare nivåterskler kan brukes til å oppdage eller varsle ved svingninger forårsaket av innkoblinger eller overbelastning i strømnettet. Side 15

16 tekniske data Passive isolatorer trekker strømmen som kreves for forsyning fra målesignalet. Strømmen som kreves er så liten at overføringsproblemer ikke oppstår. Matingen kan skje enten fra inn- eller utgangssiden. Isolering skjer ved transformator barriere. Fordelene er: opphør av nettverkspåvirkninger, enestående nøyaktighet, kort signalforsinkelse og lavt potensialkrav. Passive isolatorer samhandler ikke, en endring i belastningen i utgangskretsen vil ikke påvirke inngangskretsen. Jordsløyfer Common Mode støy Vanligvis har signaler som sendes ut fra sensorer lave nivåer, og er dermed utsatt for kapasitive og induktive forstyrrelser, slik som de som skapes av motorer, frekvensomformere og andre endringer. Denne støyen inneholder måleverdien og ødelegger ofte dyre analoge I / O-kort i kontrollsystemet. Gjennom utnyttelse av analoge signalisolatorer, er denne støyen som vanligvis berører begge signallinjene i common mode (push push), effektivt eliminert gjennom null potensial inngang. Spenningsforsyningens sekundære side er jordet for å sette opp rask og sikker jordsløyfeovervåking. Hvis et analogt signal mates inn fra en separat spenningsforsyning eller hvis måleenheten i seg selv er jordet, vil man få transiente strømmer mellom jordpotensialer igjennom de sammenhengende jordlederene, som igjen ødelegger målesignalet. Analog signalisolasjonsomformere hindrer denne formen av målingssignal forstyrelse og forvrengning. 2-veis isolasjon Aktiv Isolator / passiv Isolator Aktive isolatorer trekker sin strømforsyning fra en egen forsyningsterminal for å sikre at de kan fungere perfekt. Avhengig av applikasjonen er inngang, utgang, i tillegg er strømforsyningen isolert fra hverandre. Bare en forsyning er nødvendig for 3-veis isolasjon. Men den er isolert fra inn- og utgangskretser. Også i tilfelle en kortslutning, overspenning eller motsatt polaritet, er nedstrøms styringselektronikk beskyttet fra å bli skadet. Isolasjon av signalene mellom inn- og utgang kan gjennomføres enten optisk eller ved transformatorbarriere avhengig av overføringshastigheten. Aktive isolatorer samhandler ikke, dvs. en endring i lasten utøver ikke noen innflytelse på en inngangskrets. Den enkleste formen for analog signalisolator er 2-veis isolasjon. Det tjener til å isolere inngangskretsen fra utgangskretsen samt de to ekstra spenningene fra hverandre. Avhengig av isolatorens design og de observerte isolasjonsdata, viser man her til baseisolasjon (galvanisk skille) eller sikkert skille. Aktuelle signaler, ma sløyfematet moduler er tilgjengelige. En ekstra hjelpespenning for inngangskretsen er ikke nødvendig her. Ved å koble sammen inn- og utgående spenningsforsyning, kan 2-veis isolasjonen konvertere til å operere som en enkel signalomformer. Dette er av spesiell interesse der isolasjon ikke er nødvendig, men en signalkonvertering må gjøres. Side 16

17 x 3-veis Isolasjon Temperatur signal målemetode 3-port 3-veis Isolation isolasjon er den mest universelle form for signalisolator. 3-port isolation is the most universal form of signal isolator An En optical optisk coupler kobling or eller transformer transformator isolates isolerer the input inngangen from the output fra utgangskretsen. circuit. Together Sammen with the med clearance krypstrømsavstander tjener det til å definere isolasjonsnivået. and creepage distances it serves to define the isolation level. For example, For eksempel er inngangssignalet konvertert ved hjelp the av input pulsbredde signal is modulasjon converted til by et means frekvens-signal of pulse-width og de modulation modulert into igjen a på frequency utgangssiden signal for and å danne demodulated en analog again on verdi. the output En forsterker side to genererer form an analog deretter value. et standardisert An amplifier then generates analogt signal. a standardised En galvanisk analog isolert signal. DC- A / DC-omformer galvanic isolated DC/DC mater converter inn- og utgangskrets feeds the input med and en potensialfri output circuit with a matespenning. Det bestemmer også isoleringsnivå potential free supply voltage. It too determines the isolation gjennom sine data, luft og krympstrømsavstander. Med level disse through tre isolasjonsgrensene its data, air and creepage (inngang/utgang, distances. inngang/ In the case of hjelpespenning, these three isolation utgang/hjelpespenning) paths (input/output, refererer input/auxiliary en til voltage, 3-veis output/auxiliary isolasjon. voltage) one refers to 3-port isolation. Temperature Målinger ved Signal hjelp av Measuring termoelementer. Method Ved målinger ved hjelp termoelementer genereres en spenning Measurements fra to using metaller thermocouples av forskjellig legering som er loddet When conducting sammen. Differensialforsterkeren measurements using thermocouples brukes til å the forsterke voltage that signalet. is generated Den enkleste when two (og dermed differently den alloyed mest metals kostnadseffektive) metode for behandling av signalet er come into contact with each other is measured. en forsterkerkrets, som konverterer disse signalene i standard A differential signaler. amplifier Bedre is then løsninger used behandler to recondition målesignalet the signal. ved The hjelp easiest av en (and mikroprosessor, thus the most som cost samtidig effective) behandler method of sub signalet sequent (filtrering, processing linearisering). is conducted by means of an amplifier circuit, which converts these signals into standard signals. High-end components process the measuring signal using a microprocessor, which simultaneously reconditions the signal Kaldpunkt kompensasjon for termoelementer (filtering, linearisation) Når man registrerer temperaturer ved hjelp av termoele- Cold menter Junction møter Compensation man problemer med For en Thermocouples termisk spenning på tilkoblingsklemmene på signalomformerne på grunn av de Recording ulike materialene temperatures i ledere by og using klemme. thermocouples Denne spenningen encounters motvirker så termoelementets spenning. the problem of a thermal voltage forming at the clamping terminals on the signal converter on account of the different materials in the conductors and bus bar. This voltage then counteracts the thermal element s voltage. Analog Signalbehandling Temperature Signal Measuring Method Temperatur signal målemetode Measurement using resistors (RTD) When measuring with temperature-dependent resistors a current Måling of ved approx. hjelp av 1.5mA motstander is passed (RTD). through Ved måling the resistor med from a constant temperatur-motstander current source in passerer the signal en strøm converter. på ca. 1,5 ma gjennom motstanden fra en konstant strømkilde i signalomformeren. An operational amplifier is used to measure the potential drop at the resistor (2-wire circuit). In order to take account of lead length, the voltage drop is En operasjonsforsterker brukes til å måle spenningsfall measured over motstanden at the return (2-wire conductor krets). For and å calculated ta hensyn with til ledning, double the måles value spenningsfallet (3-wire circuit). på This returleder thus simulates og beregnes the wire med resistances doble verdier from (3-wire the feed krets). and Dette return simulerer lines. dermed Accurate ledningsmotstand measurements fra tilførsel are achieved og returleder. by separately Nøyaktige measuring målinger the oppnås voltage ved drop separat at the spenningsmåling feed and return på lines tilførsel og returledning (4-wire krets). Verdiene for forsyningslederne er beregnet mot den målte verdien. (4-wire circuit). The values for the supply lines are calculated against the measured value. For å kompensere for feilen til den målte verdien som oppstår her, er temperaturen målt på tilkoblingsklemmen. Mikroprosessoren In order to compensate i signalomformeren the leser error verdien to the measured målt der og value beregner which arises den mot here, målte the temperature verdi. Denne is prosedyren measured er at kjent the som kaldpunktkompensasjon. clamping terminal. The microprocessor in the signal converter reads the value measured there and calculates it against the measured value. This procedure is known as cold junction Spenning på målepunktet (Vmeas) compensation. + Spenning ved klemmen (Vterminal) = Spenning Voltage at ved the measuring termoelementet point (Vmeas) (Vthermo) => Temperatur + Voltage på termoelementet at the terminal (Vterminal) (Tthermo) Linearisering Linearisation = Voltage at the thermocouple (Vthermo) => Temperature at the thermocouple (Tthermo) Temperaturavhengige komponenter har vanligvis ikkelineær Temperature-dependent karakteristiske kurver. components For å sikre do at not videre normally be- have handling linear characteristic kan skje med curves. nødvendig To ensure nøyaktighet, that further må processing disse karakteristiske can take place kurvene with the være necessary lineære accuracy, til en viss these grad. Grafen characteristic viser målinger curves have av termoelementer, to be linearised særlig to some kan extent. den The avsløre betydelige avvik på enkelte punkter fra den graph showing measurements of thermocouples, in particular, ideelle grafen. Som en konsekvens, er signalet som er målt reveals opparbeidet significant av deviations en mikroprosessor. at some points from the "ideal graph. As a consequence, the signal which has been measured is worked up by a microprocessor. Side 17 W.5

18 Strømmåling ved bruk av Hall sensor Hall sensor prinsippet - Hall sensorer måler magnetisk flux B og leverer en proporsjonal spenning ut, som deretter behandles og danner et standard signal via en forsterkerkrets. Mikroprosessoren sammenligner verdien målt med den karakteristiske kurven for termoelementet i minnet og beregner den tilsvarende verdien på den ideelle karakteristikken. På utgangen, leverer det sistnevnte til en forsterker, som produserer den analoge verdien i lineær form. Utgangstrinnet konverterer dette til en standardisert verdi eller inn i en vekslingsutgang med vekslingsterskel. Lineariseringen av PT100-elementer kan foretas via enkle forsterkeretapper. Den første etappen korrigerer grafens toppverdi til målingene. Avviket på slutten av grafen som følge av dette blir korrigert av et annet trinn. Den under- og overskyting som genereres på denne måten, er svært liten og er dekket av toleranse for modulen. Komponenter med Hall sensorer er ideelt egnet til å måle høyere strøm, så eventuelle høye startstrømmer fra motorer eller spisslast ikke kan skade komponenten. I tillegg er de også ideelle for å måle like og vekselstrøm med ulike formkurver. Strømmåling ved bruk av målingstransformator Hvis vi kobler vekselspenning til den ene spolen, blir det indusert vekselspenning i den andre spolen. Det kommer av at det blir et varierende magnetfelt med feltlinjer som krysser spoleviklingene. Dette prinsippet kaller vi transformatorprinsippet fordi spenningen blir transformert eller overført fra den ene spolen til den andre. Kvadratisk middelverdi måling / Crest faktor Kvadratisk middelverdi (Root Mean Square (rms)) av en sinusformet vekselstrøm er verdien, som i en ohmsk motstand tilsvarer samme (effektiv) likestrøm. Ikke sinus formede signaler kan bare måles med True RMS standardenheter og / eller videre bearbeides. Sann RMS = sann kvadratisk middelverdi. Kvadratisk middelverdi måling brukes der (effektiv) vekslende spenninger eller strømmer skal måles eller evalueres. Omformere med transformatorkoblinger er brukt til å etablere de mest kostnadseffektive målemetodene for enkel sinusformet strøm. Strømmen som skal måles flyter direkte gjennom måltransformatorens primære viklinger. Den sekundære viklingen forsyner måleelektronikken med et proporsjonalt strømsignal. På grunn av effekttap er denne metoden for å måle strøm begrenset til strøm opp til 5 A. Disse omformerene reagerer følsomt på topplast, og må derfor sikres på primærsiden. Crest faktoren angir forholdet mellom sinusverdi til kvadratisk middelverdi. Spenningstype RMS verdi Crest faktor DC 1 1 AC Side 18

19 x Lastmotstand Hysterese Lastmotstand er en motstand på den utgående siden av en måleomformer eller isolasjonsforsterker. Lastmostanden er vanligvis mindre enn 500 Ω ved strømutganger. Spenningsutganger er normalt større enn 1 KΩ. Peak value Root mean square value Hysterese angir den prosentvise forskjellen mellom input og output punkt av en gitt oppgave. Det bør ikke være lavere enn en gitt minimumsverdi, som gjør at en ellers bestemt oppgave ikke lenger kan implementeres eller gjennomføres. Lederbrudd deteksjon Måletransformatorer med lederbrudd deteksjon overvåker inngangssignalet permanent. I tilfelle en feil (lederbrudd) vil utgangssignalet overstige nominell verdi. Nedstrøms kontrollkrets kan deretter analysere feilen. Analog Signalbehandling Galvanisk Isolasjon Galvanisk isolasjon forstås som elektrisk isolasjon mellom inngangs- og utgangskrets, og kretsens forsyningsspenning. Det kan settes opp enten optisk med en optokobler, eller med en transformator. Isolasjonen tjener til å sikre målekretsen mot skader og for å eliminere jordsløyfer, noe som kan føre til at målt signal blir ødelagt. Cut-off frekvens I elektronikk, er cut-off frekvens (knekkfrekvens/cross over frekvens) frekvensen enten over eller under effekten av en krets, for eksempel en linje, forsterker, eller elektronisk filter har falt til en gitt andel av effekten i spekter. Den hyppigste brukte cut-off frekvens er halvparten av effekt, også referert til som 3 db punkt fordi et fall på 3 db tilsvarer omtrent halvparten effekt. Cut-off frekvenser indikerer den dynamiske overføringskarakteristisk for en isolasjonsforsterker. Den gitte frekvens er (3dB) grensen, hvor en tydelig forandring skjer til signalet. En økt cut-off frekvens fører til en overføring av høyfrekvente vekselkomponenter, noe som ødelegger signalet. Responstid Responstid refererer til endring i utgangssignalet for et inngangssignal hopp ( %). Det er direkte relatert til cut-off frekvens (omvendt proporsjonal). Nøyaktighet / temperatur koeffisient Nøyaktighet beskriver kapasiteten til et måleinstrument til å levere en målt verdi så nøyaktig som mulig. Det gjelder for sluttverdien og er gitt for omgivelsestemperatur (23 C). Eksempel: En RTD er gitt med en nøyaktighet på 1 %. Måleområdet er satt til C. Den forventede effektive feil av: 200 * 1 % = + / - 2K gjelder over hele måleområdet. Temperatur koeffisienten beskriver avvikene i nøyaktighet av måleinstrumenter avhengig av omgivelsestemperaturen. Det gis i prosent eller i deler per million / Kelvin (ppm / K). Eksempel: En RTD med en nøyaktighet på 1% og et måleområde på C har en temperatur koeffisient på 250 ppm / K. Hvis enheten drives ved +40 C, vil det bidra til følgende i en forventet absolutt feil: (([40 C - 23 C] * 250ppm / K) + 1 %) * 200K) = + / - 2,85k i hele måleområdet. Side 19

20 W.8 FDT/DTM FDT/DTM The - Standard standard løsning solution for for enhetskonfigurasjon device configuration Field Device Tool (FDT) Det finnes flere ulike typer av DTM: FDT-teknologi spesifiserer og standardiserer integrasjon Device DTM. Dette er en normal feltenhet som bruker av kommunikasjonsenheter fra forskjellige produsenter, og kommunikasjonskanaler for å kommunisere med den Field Device gjør bruk Tool av en (FDT) overordnet programvare for administrasjon. There are tilkoblede several fysiske different enheten. types of DTMs: Nøkkeltrekk er dens uavhengighet fra den kommunikasjonsprotokoll specifies og programvare and standardises som benyttes the integration av enheten of FDT technology communicating og vertssystemet. devices from FDT gir different tilgang manufacturers. til alle enheter It fra makes enhver Device Kommunikasjon DTM DTM. Dette er en kommunikasjonsenhet This som is a "normal" gir kommunikasjon field device via that kommunikasjonskanaler. uses communication use of enhet a superimposed som bruker device enhver management protokoll. program. The key channels Kommunikasjonskanaler to communicate with gir the tilgang connected til kommunikasjon physical device. infrastruktur (for eksempel; PC-kort eller modem). De feature is its independence from the communication protocol Communication DTM brukes av enhets DTM er eller gateway DTM er for and software used by the device and the host system. FDT This kommunikasjonstjenester. is a communications device that provides communication allows access Device to any Type device Manager from any host (DTM) using any protocol. using communication channels. Communication channels provide Gateway access DTM. to the Dette communications er en gateway infrastructure enhet som gjør (such at Device Utstyrsprodusenter Type Manager (DTM) gjør tilgjengelig en Device Type Manager as PC data interface kan utveksles cards or mellom modems). to kommunikasjonskanaler. They are used by device (DTM) programvaredriver for hver enhet eller enhetsgruppe. DTMs For or eksempel gateway kan DTMs dette for være communication en gateway services. mellom En DTM angir alle enhetsspesifikke informasjoner, funksjoner PROFIBUS-DP og PROFIBUS-PA. Device manufacturers make available a Device Type Manager Gateway DTM og regler (for eksempel enhetens struktur, kommunikasjonsmuligheter, software driver interne for avhengigheter each device or og device menneske-maskin- group. The This ramme is a gateway program. device. It allows data to be exchanged DTM er lastet og startet opp innen en FDT program eller (DTM) DTM specifies grensesnitt all device-specific (HMI)). DTM definerer information, funksjoner functions for tilgang and rules (such til enhetsparametere, as the device structure, feilsøking, communication konfigurasjon capabilities, og drift av between two communication channels. For example, this could be a gateway between PROFIBUS-DP and internal enheten. dependencies DTM kan and være the enkle human-machine grensesnitt interface (GUI) for å (HMI)). sette PROFIBUS-PA. DTMs enhetsparametrene define functions for access eller mer to komplekse device parameters, applikasjoner troubleshooting, configuration and operation of devices. DTMs are The DTM is loaded and started up within a FDT container som er i stand til å utføre beregninger for diagnose eller vedlikehold. available which can be simple GUIs for setting device parameters program or "frame" application. or more complex applications that are capable of carrying out calculations for diagnostic or maintenance purposes. Side 20

21 x FDT frame application FDT rammeprogram Frame applications can be used as a tool to configure devices, plan projects, operate consoles or administer facilities. The FDT Rammeprogrammer frame application provides kan brukes a PC som software et verktøy environment til å konfigurere following enheter, functions: planlegge prosjekter, drive konsoller eller admin- with the istrere anlegg. FDT rammen gir et PC-programvare miljø med følgende User administration funksjoner: DTM administration Brukeradministrasjon Data management Network configuration DTM administrasjon FDT Navigation frame application Databehandling Frame Weidmüller applications offers their can be WI-Manager used as a FDT tool to frame configure program devices, to plan the Nettverkskonfigurasjon projects, user for no operate cost. consoles This certified or administer software is facilities. compatible The and FDT frame works application together with provides all certified a PC software DTMs. This environment screenshot with shows the the Navigasjon following WI-Manager functions: with an opened DTM for the ACT20X series. Weidmüller tilbyr sitt WI-Manager FDT rammeprogram til Download User administration at brukere uten kostnad. Den sertifiserte programvaren er kompatibel DTM administration og fungerer sammen med alle sertifiserte DTM. Dette Data skjermbildet management viser WI-Manager med en åpnet DTM for ACT20X Network serien. configuration Navigation Nedlasting på Weidmüller offers their WI-Manager FDT frame program to the user for no cost. This certified software is compatible and works together with all certified DTMs. This screenshot shows the WI-Manager with an opened DTM for the ACT20X series. FDT/DTM The standard solution for device configuration Technical ap Technical appendix/glossary Analog Signalbehandling Download at FDT User Group The FDT User Group is an alliance of users and manufacturers interested in defining the specifications and moving the FDT/DTM technology forward. Weidmüller is a member of this group along with most process automation manufacturers and work towards advancing this standard further. More details are available at FDT User Group FDT User Group FDT The FDT User User Group Group er en is allianse an alliance av brukere of users og and produsenter manufacturers interessert interested in i defining å definere the spesifikasjoner specifications and og føre moving FDT the / DTMteknologi FDT/DTM fremover. technology Weidmüller forward. Weidmüller er medlem is av a member denne gruppen of this sammen group along med with de fleste most process andre automatiseringsprodusenter automation manufacturers and og arbeider work towards for å fremme advancing denne this standard standarden further. videre. More Flere details detaljer are er tilgjengelig på available at W.9 W Side 21 W

22 Sikkerhet i farlige områder Ved bruk av elektriske apparater innenfor eksplosjonsfarlige områder, må du oppfylle kravene til bruk i slike soner. Eksplosiv atmosfære kan oppstå ved blanding av brennbare gasser, tåke, damp eller støv. Hvis konsentrasjonen er høy nok i den omkringliggende luften, kan en kilde for tenning eller gnist utløse en eksplosjon. Slike eksplosjoner kan forårsake død, alvorlige personellskader eller store materielle skader. Det er i utgangspunktet to strategier for å redusere risikoen for eksplosjon. For det første, bør ingen farlige stoffer slippes ut i lufta som kan skape en eksplosiv atmosfære. For det andre, bør det ikke være noen mekanisme til stede som kan skape en gnist. Mange eksplosjoner kunne vært unngått hvis bare den internasjonale forskrift om bruk av utstyr i eksplosjonsfarlige områder hadde blitt overholdt. Men hva er de viktigste globale regler om bruk av utstyr i eksplosjonsfarlige områder? I Nord-Amerika, den amerikanske National Electric Code (NEC) forskrift (artikkel og den kanadiske CEC (Canadian Electrical Code) artikkel, -090, -100, -200 og -300 er gyldig. I Europa, både EU-direktiver ATEX 95 (94/9/EG) og ATEX 137 (1992/92/EC) er relevant. De beskriver forberedelse (ATEX 95) og bruk (ATEX 137) for anlegg i potensielle Ex soner. I resten av verden, er det en blanding av nasjonale forskrifter (i Øst-Europa) og internasjonale IECEx konformitet erklæringer (i Asia) som må følges. I enkelte asiatiske land, har de europeiske ATEX direktivene blitt akseptert og anvendt. EX Amerika Europa Andre land NEC ATEX 95 + ATEX 137 IECEx-Scheme Divisjon 1: Klasse I Klasse II Klasse III Kontinuerlig eksplosjonsfarlige omg. Base sikkerhets-og helsemessige krav 2 1 Ytterligere lokale krav med nasjonale variasjoner Divisjon 2: Sjelden eksplosjonsfarlige omgivelser. Gruver (I) Ikke gruver (II) 0 NEC 505 Klasse 1 Gass Sone 0- CE Notification of the production EG-bekreftelse Produsent bekreftelse (Sone 2) Produkt Audit QM-Audit IECEx Certificate of Conformity Amerikanske godkjenninger: i.e. UL 508 Industrial Control Equipment, UL 1604 og UL Bruk med Side 22

23 Den europeiske ATEX forskrift gjelder for innretninger og deres bruk i eksplosjonsfarlige områder. Begrepet ATEX kommer fra det franske uttrykket Atmospheres Eksplosiv. Forskriften omfatter i dag to direktiver fra EU om eksplosjonsvern. Dette er ATEX operative direktivet 1999/92/EG (ATEX 137) og ATEX produkt-direktivet 94/9/EG (ATEX 95). ATEX 137 operativ-direktivet angir minimumskrav for bedre beskyttelse av helse og sikkerhet for arbeidstakere i miljøer med fare for eksplosjoner. ATEX 95 Produkt-direktivet angir regler for å innføre produkter på markedet som skal brukes i soner der det er fare for eksplosjon. Dette direktivet er det første til å omfatte ikke-elektriske enheter innenfor sin domsmyndighet. Formålet med direktivet er å beskytte personell som arbeider i de farlige områdene. Vedlegg II i direktivet inneholder de grunnleggende helse- og sikkerhetskrav. Disse må følges av produsenten og overholdelse må dokumenteres med erklæringer om samsvar. Siden 30. juni 2003, har alle enheter, komponenter og sikkerhetssystem som er brakt til markedet måttet være i samsvar med ATEX 95 produkt-direktivet. Analog Signalbehandling ATEX 95 direktivet klassifiserer enheter og komponenter for Ex sone i to hovedgrupper: Gruppe I => Utstyr til bruk i gruvedrift, for underjordiske og over bakken operasjoner Kullstøv Metan Tøffe driftsforhold Gruppe II => Utstyr til bruk i de andre farlige områder Kategori M 1 M 1 Gasser, damp og tåke G Støv D Kategorier Ingen ekstra divisjoner Soner Soner For applikasjoner i olje-, gass-og kjemisk industri, er det spesielt viktig å følge Gruppe-II "G" krav om elektrisk eller elektronisk utstyr og komponenter. Side 23

24 Technical appendix/glo Safety in hazardous areas Sikkerhet i farlige områder Sone 0 Gruppe II G deler Ex-sonen inn i tre soner med forskjellige krav til sikkerhet. Group II "G" divides the Ex zone into three zones with different Denne Zone sonen 0 gjelder This zone for farlige applies eksplosive to dangerous atmosfærer explosive der atmospheres ofte where eller over the risk lengre is present tidsperioder. often or over long safety requirements. risikoen er til stede =>> 50 % av de operative tiden, eller mer enn timer per år. time periods. => > 50 % of the operational time, or more than hours per year. Sone 1 Farlige områder Hazardous areas Denne Zone sonen 1 gjelder This zone for situasjoner applies to der situation eksplosive where atmosfærer tidvis kan explosive atmospheres være til stede may under occasionally normal drift. be present during => Noen ganger mindre enn 10 timer per år. normal operations. => Occasionally, less than 10 hours per year. Sone 2 Zone 2 This zone applies to situation where explosive Denne sonen gjelder atmospheres for situasjoner are normally der eksplosive not present atmosfærer or only normalt ikke er tilstede eller bare kort tilstede under normal drift. briefly present during normal operations. => Max. 30 min / år. Omgivelser = Sone 1 rørgater, sone 0 => Max. 30 min/year. Sone 0 Sone 1 Sone 2 Sikker sone Zone 0 Zone 1 Zone 2 Safe zone Eksplosjonsfare Explosion risk Kontinuerlig, Continual, langsiktig, long-term, ofte often Av Occasionally og til SjeldenRarely Ingen None Tennkilde Spark source Ingen None Sjelden Rarely og and kortsiktig short-term Av og Occasionally til Kontinuerlig, langsiktig, Continual, ofte long-term, often Direct Direkte surroundings omgivelser = Sone = Zone m 2 m² Piping, Sone Zone m 0.2 m² m 0.2 m² 2 Manholes Kummer Zone Sone 1 (Zone (Sone 0) Fuel Drivstoffpumper pumps Zone Sone 1 Sone 2 Zone mm² 2 Tank, Sone Zone 0 0 When når flammepunktet flash point < 35 C C Sandfylling filling Typical Typisk division fordeling of av zones soner at på a fuelling en fyllestasjon. station Side 24 W.12

25 Hvor benyttes ATEX-sertifiserte elektroniske enheter (for eksempel signalomformere, isolasjon forsterker, Namur brytere og forsterkere)? ATEX-sertifiserte enheter brukes i industrianlegg og produksjonshaller hvor det er mulighet for at eksplosive gasser eller støv kan slippes ut. Transport og produksjonsprogrammer som krever bruk av slike sertifiserte enheter er listet nedenfor: Off-shore olje og gass, bore Tankskip som frakter olje, gass eller kjemikalier Skip som bærer potensielt eksplosive materialer Raffinerier og andre olje-og gass produksjonsanlegg Transport og fyllestasjoner for olje og gass Petro-kjemikalier Hva er forskjellene mellom standard enheter og egensikre enheter? For elektroniske enheter som blir brukt i sone 0 (20) eller 1 (21), kan ingen av komponentene eller de elektriske kretsene tillates å generere ulovlig høye temperaturer eller gnister, enten under normal drift eller ved funksjonsfeil. Med andre ord: Alle kretser i egensikker elektriske enheter (Ex i) er trygge og ikke er i stand til å tenne eksplosive atmosfærer. Analog Signalbehandling Hva er enhetskategorien? Enhetensgruppe II (farlige områder ikke inkludert underjordiske eller over-bakken gruvedrift) er delt inn i enhetskategorier 1, 2 og 3. De har følgende sikkerhetsnivåer: Omgivelser Enhetskategori Forekomst og varighet av eksplosiv atmosfære Antennelige materialer Sikkerhetsnivåer Tillatte feil Grupper og soner Sammenligning Gruppe II 1 Oppstår stadig Langsiktig Regelmessig Gasser, damp, tåke, støv Meget høyt sikkerhetsnivå Beskyttelse ved 2 uavhengige feil Gruppe II Sone 0 (gass) Sone 20 (støv) Gruppe II 2 Sannsynlige forekomster i løpet av begrenset tidsperiode Gasser, damp, tåke, støv Høyt sikkerhetsnivå For der det ikke kan oppstå mer enn én feil Gruppe II Sone 1 (gass) Sone 21 (støv) Gruppe II 3 Forekomst usannsynlig Kun i korte perioder Gasser, damp, tåke, støv Normal I sikkerhetsnivå Nødvendige beskyttelsestiltak Gruppe II Sone 2 (gass) Sone 22 (støv) Side 25

26 Sikkerhet i farlige områder Hvilke eksplosjonsvern kategorier er mest brukt? Trykk-resistent innkapsling (Ex d) i samsvar med EN : Komponenter som er i stand til å utløse en eksplosjon er innkapslet i en kapsling som er i stand til å motstå eksplosjon. Åpninger i huset er utformet for å hindre at eksplosjon blir overført eksternt. Økt sikkerhet (Ex e) i samsvar med EN : Denne eksplosjonsvern-kategorien påføres vanligvis transformatorer, motorer, batterier, rekkeklemmer, elektriske ledninger og kabler. Det er ikke egnet for beskyttelse av elektronikk komponenter og gnist genererende komponenter (for eksempel brytere, relèer eller overspenningsvern). Ytterligere tiltak og økt sikkerhetsnivå er iverksatt for å forhindre gnister, elektrisk overslag eller farlig høye temperaturer som kan gi antenning. Økt sikkerhet er laget med kapslinger som hindrer inntrenging av støv. Eksplosjonsvern metoder (Ex n): Denne eksplosjonsvern kategorien kan bare brukes i farlige områder 2 / 22. Her er det ingen fare for eksplosjon på det elektriske utstyret i normal drift eller under definert funksjonsfeil. Dette inkluderer alle elektriske apparater og komponenter som ikke har gnistforming kontakter og som har en vanntett eller støvtett kapsling. Større krympstrømsavstand er ikke nødvendig så lenge den høyeste nominelle spenning på 60 V AC / 70 V DC opprettholdes. Egensikkerhet (Ex i) i samsvar med EN : Strømforsyning til elektrisk utstyr er utført gjennom en sikkerhetsbarriere som begrenser strøm og spenning, slik at minst mulig strøm og lavest mulig temperaturnivåer overholdes for å unngå å antenne en eksplosiv. Egensikkerhet for elektrisk og elektronisk utstyr er spesifisert, slik at sirkulerende eller lagret strøm (selv i tilfelle funksjonssvikt) aldri er sterk nok til å utløse en eksplosjon i en eksplosiv atmosfære. Du må også huske at ikke bare den elektriske enheten, men også alle andre komponenter koblet til kretsen, kan bli utsatt for den eksplosive atmosfæren. Alle bryterkretser i egensikre enheter må utformes slik at de også er egensikre. Disse enhetene er delt inn i kategorigrupper <ia> og <ib> som avviker i antall oppståtte funksjonsfeil. Kategori <ia> => Bryter kretser innenfor kategori <ia>, elektriske apparater, må ikke være i stand til å forårsake en gnist selv med to uavhengige feil tilstede. Kategori <ib> => Bryterkretser i elektriske apparater må ikke være i stand til å forårsake en gnist ved en feil. Elektriske apparater for bruk i eksplosive gass-, damp- og tåkeatmosfærer - i henhold til CENELEC Eksplosjon beskyttelsestype Identifikasjon Beskyttende utforming Trykkfast innkapsling Ex d Omslutter eksplosjoner og hindrer brann i å spre seg Økt sikkerhet Ex e Ingen gnist formasjon eller varme overflater Metode for eksplosjonsbeskyttelse Ex n Ingen gnist formasjon eller varme overflater Egensikkerhet Ex i Begrenset energi for å hindre gnist formasjon eller overopphetet overflatetemperaturer CENELEC klassifisering av gasser, støv og maksimalt tillatte overflatetemperaturer på enheter og komponenter Gass gruppe Temperaturklasser T1 T2 T3 T4 T5 T6 I Metan IIA IIB Ammoniakk Metan Etan Propan Belysning Gasser, Acrylonitrille Etylalkohol Sykloheksan b-butan n-heksan Etylen Etylen oksid IIC Hydrogen Ethine (Acetylen) Benzen, Parafin Etylen glykol, Hydrogen sulfid Acetaldehyd - - Ethyl eter Side 26

27 IEC (gruppe II) Klassifisering Max.overflate temperatur Kommentarer T1 450 ºC (842 ºF) T2 T3 T4 T5 T6 Tx 300 ºC (572 ºF) 200 ºC (392 ºF) 135 ºC (275 ºF) 100 ºC (212 ºF) 85 ºC (185 ºF) Max. overflate temperatur udefinert Temperaturen er relevant for alle deler av enhetene som kan komme i kontakt med potensielt eksplosive materialer. Gyldig for lukkede tanksystemer brukt på containerskip der det enkelte innholdet ikke kan overvåkes i tilfelle brann. Det er ansvaret til føreren å vurdere hver temperaturklasse. Analog Signalbehandling Hvordan merke forsvarlig? Eksempel på enhetsmerking: CE Ex II 2 G Ex ia IIA T4 Sertifiseringsmyndighet ex. DEMKO Europeisk merking for EX-produkter Enhetsgruppe Overflate Enhetskategori sone 1 Gass Beskyttelse eksplosjonstype: egensikre kategori <ia> Gass gruppe Overflate temperatur: max 135 ºC Side 27

28 ATEX-direktivene Siden 1. juli 2003 må alle nye anlegg i farlige områder sertifiseres i henhold til ATEX direktiv 94/9/EG eller ATEX 95 (ATEX: ATmosphère EXplosive = eksplosiv atmosfære). Direktivet er en ny type direktiv. Det er gyldig i alle EU-land, samt Island, Lichtenstein og Norge. I disse landene refererer direktivet til salg og idriftsettelse av produkter som har blitt designet spesielt for bruk i miljøer med høy eksplosjonsfare (der eksplosive atmosfærer eksisterer på grunn av gasser, damper, tåker eller støv). Det dekker også gruvesektoren og rent mekaniske enheter. Beskyttelsesklasse Klassifisering for potensielt farlige områder Generelle krav Olje nedsenking o Trykkapparater p Pulver-fylling q Flammesikkert kabinett d Økt sikkerhet e Egensikkerhet ia Egensikkerhet ib Egensikkerhet ic Type n (Ex n) n Innkapsling m Klassifisering for potensielt farlige områder CENELEC klassifisering IEC Sone 0 Tilstedeværelse av eksplosiv atmosfære Kode CENELEC EN IEC Produktkategori eksplosjonsbeskyttelse Produktkategori US klassifisering NEC 500 Brennbare media Permanent, langsiktig 1G Klasse I, Div 1 Gasser, damp Sone 20 eller ofte 1D Klasse II, Div 1 støv Sone 1 2G Klasse I, Div 1 Gasser, damp Av og til Sone 20 2D KlasseII, Div 1 støv Sone 2 3G Klasse I, Div 2 Gasser, damp Sjelden og kort Sone 22 3D Klasse II, Div 2 støv Eksplosjonsgrupper Gass (e.g.) CENELEC NEC 500 Propan IIA D Etylen IIB C Hydrogen IIC B Acetylen IIC A Metan (gruvedrift) I gruvedrift (MSHA) Temperaturklasser Max. overflatetemperatur ( C) Temperaturklasse CENELEC 450 T1 T1 300 T2 T T2A T2B T2C T2D 200 T3 T T3A T3B T3C 135 T4 T T4A 100 T5 T5 85 T6 T6 Temperaturklasse NEC Side 28

29 Merking for ATEX godkjenning av signalkonverter II 3 G Ex nancnl IIC T4 II (1) D [Ex IAD] II = Enhetsgruppe 2: enheter for bruk i eksplosjonsfarlige områder (unntatt gruver og over bakken gruvedrift innretninger som er utsatt for brannfarlig støv eller metan). 3 = Enhetskategori 3: faren forekommer sjelden eller bare for korte perioder. Kravet er for normal sikkerhet, egnet for bruk i sone 2. G = Beregnet for gass sonen. Ex = Eksplosjonsvern. na = Ikke-gnist dannende utstyr. nc = Tilknyttede anlegg (egnet beskyttelse). nl = Utstyr med begrenset makt. IIC T4 = Eksplosjonsgrupper: typisk gass for C er hydrogen. = Temperaturklassen The max. tillatt overflatetemperatur for T4 er 135 C. Sone 2 en sone hvor det ved normal drift, bare er en kortsiktig forekomst av farlige atmosfærer (blandinger av luft og brennbare gasser, damper eller tåker). II = Enhetsgruppe 2: enheter for bruk i eksplosjonsfarlige områder (unntatt gruver og over bakken gruvedrift innretninger som er utsatt for brannfarlig støv eller metan). (1) = Enhetskategori (1): Utstyr fra kategori 1 kan kobles til denne signalomformeren. Signalomformer må drives i sikker sone eller i sone 2 (II 3 G...). D = Designet for støv sonen. [Ex IAD] = Eksplosjonsvern type: beskyttet med egensikkerhet. Signalomformeren i forbindelse med tilhørende utstyr, skal brukes for tilkobling med egensikre kretser. Analog Signalbehandling II (1) G [Ex ia] IIC / IIB / IIA II = Enhetsgruppe 2: enheter for bruk i eksplosjonsfarlige områder (unntatt gruver og over bakken gruvedrift innretninger som er utsatt for brannfarlig støv eller metan). (1) = Enhetskategori (1): Utstyr fra kategori 1 kan kobles til denne signalomformeren. Signalomformer må drives i sikker sone eller i sone 2 (II 3 G...). G = Beregnet for gass-sonen. [Ex ia] = Eksplosjonsvern type: beskyttet med egensikkerhet. Signalomformeren med tilhørende utstyr har hensikt å brukes i forbindelse med egensikre kretser. IIC / = Eksplosjonsgrupper - typiske gasser: propan for A. IIB/IIA = Ethylene for B og hydrogen for C. Side 29

30 Klareringer og krypstrømsavstander i elektrisk utstyr - påvirkende faktorer Nominell impulsspenning Støtspenningsholdfastheten er avhengig av : Strømførende leder - jord (den nominelle spenning på nettet, tar hensyn til alle nettverk). Beskyttelseskategori Tabell 1: Nominell impulsytelse-spenninger for elektrisk utstyr Merkespenning på strømforsyningssystem *) i Rangert støtspenningsholdfasthet i kv V 3-fase system 230/ /480 1-fase system med nøytral punkt Elektrisk utstyr ved forsyningspunktet til installasjonen Elektrisk utstyr som en del av den permanente installasjonen (Beskyttelseskategori III) (Beskyttelseskategori IV) Elektrisk utstyr som skal kobles til permanent installasjon (Beskyttelseskategori II) 120 til Spesielt beskyttet elektrisk utstyr (Beskyttelseskategori I) 400/ Verdier avhengig av spesielle prosjekt, hvis ingen verdier er tilgjengelige, gjelder verdiene av de foregående linjene. *) til IEC 38 Forurensningsgrad Forurensningsgrad kategori 1 Ingen forurensing, eller bare tørr, ikke-ledende forurensning som ikke har noen innflytelse. Forurensningsgrad kategori 2 Ikke-ledende forurensning bare; tilfeldig kondens kan føre til midlertidig ledningsevne. Forurensningsgrad kategori 3 Ledende forurensning, eller tørr, ikkeledende forurensning som er egnet til å bli ledende gjennom konstruksjonen. Forurensningsgrad kategori 4 Beskyttelseskategorier er fastsatt i samsvar med den tyske standarden DIN VDE (for elektrisk utstyr mates direkte fra lavspent nett). Beskyttelseskategori I Utstyr for tilkobling til den faste elektriske installasjonen av en bygning. Tiltak for å begrense transient overspenning til spesifikke nivå utenfor utstyret, enten i fast installasjon eller mellom permanent installasjon og utstyr. Beskyttelseskategori II Utstyr som skal kobles permanent til den elektriske installasjonen i en bygning, for eksempel husholdningsapparater, mobilt verktøy, etc. Beskyttelseskategori III Utstyr som er en del av den faste elektriske installasjonen og annet utstyr hvor en høyere grad av tilgjengelighet er forventet, f.eks fordelinger, effektbrytere, kablingssystemer (inkludert kabler, skinner, koblingsbokser, brytere, stikkkontakter) permanent installasjon, utstyr for industriell bruk og noe annet utstyr, f.eks stasjonære motorer med permanent tilknytning til fast installasjon. Beskyttelseskategori VI Utstyr for bruk på eller nær strømforsyningene i elektriske installasjoner av bygninger, mellom distribusjon og nettet, f.eks strømmålere, effektbrytere og sentralisert rippel kontrollere. Forurensning resulterer i konstant konduktivitet, f.eks forårsaket av ledende støv, regn eller snø. Med mindre annet er angitt, er dimensjonering av klarerings- og krypstrømavstander for elektromekaniske komponenter basert på forurensning alvorlighetsgrad 2 og overspenningskategori III, som tar hensyn til alle typer nettverk. Side 30

31 Derating kurve (reduksjonskurve) Derating kurven viser hvilke strømmer som kan flyte kontinuerlig når komponenten er utsatt for ulike temperaturer under sin øvre grense temperatur. Den øvre grense temperaturen på en komponent er bestemt av materialer. Summen av omgivelsestemperaturen pluss temperaturstigning som følge av den aktuelle lasten kan ikke overstige den øvre grensetemperaturen i komponenten, ellers vil den kunne bli skadet eller helt ødelagt. Strømføringsevnen er derfor ikke en konstant verdi, men avtar etter hvert som komponentens omgivelsestemperatur øker. Videre er strømføringsevnen påvirket av geometrien i komponenten, antall poler og antall leder(e) som er koblet til den. kurve der den maksimale tillatte volummotstand og måleusikkerheten i temperaturmålingene er tatt hensyn til på en slik måte at de er egnet for praktisk bruk, som erfaring har vist. Dersom derating kurven overstiger strømmene i lav omgivelses-temperatursone, som er gitt av den gjeldende strømføringsevnen til lederens tverrsnitt, skal derating kurven begrenses til de mindre aktuelle i denne sonen. Base kurve Maks temperatur på komponenter Reduksjonskurve Analog Signalbehandling Strømføringsevnen bestemmes iht. DIN IEC For å gjøre dette, blir de resulterende komponent temperaturer tb1, tb2 og omgivelsestemperaturer tu1, tu2 målt for tre forskjellige strømninger I1, I2. Verdiene er angitt på en graf med et system av lineære koordinater for å illustrere forholdet mellom strømmene, omgivelses-temperaturen og temperaturstigningen i komponenten. Laststrømmene er plottet på y-aksen og komponentens omgivelsestemperaturer på x-aksen. En linje trukket vinkelrett på x-aksens øvre grense temperatur tg av komponenten fullfører koordinatsystem. Den tilhørende gjennomsnittlige verdi av temperaturøkning i komponenten, Δ t1 = TB1-tu1, Δt2 = TB2-TU2, er plottet for hver nåværende I1, I2 til venstre for den vinkelrette linjen. Punktene som genereres på denne måten danner et lag parabolske kurver. Ettersom det ikke er praktisk mulig å velge komponenter med den maksimale tillatte volummotstand for målingene, må kurven reduseres. Reduksjon av strøm til 80 % resulterer i derating t g = maks temperatur på komponent t u = ambient temperatur l n = nåværende Laststrømmene er plottet på y-aksen, komponentens omgivelsestemperaturer på x-aksen. En linje trukket vinkelrett på x-aksens øvre grense temperaturen tg av komponenten fullfører koordinatsystem. Den tilhørende gjennomsnittlige verdien av temperaturøkning i komponenten, Δ t 1 = t B1 -t u1, Δt 2 = t B2 -t U2, er plottet for hver nåværende I1, I2 til venstre for den vinkelrette linjen. Punktene som genereres på denne måten danner et lag parabolske kurve. t g = maks temperatur på komponent t u = ambient temperatur l n = nåværende a = base kurve b = redusert base kurve (reduksjonskurve) Ettersom det ikke er praktisk mulig å velge komponenter med den maksimale tillatte volummotstand for målingene, må basekurven reduseres. Redusert strøm til 80 % resulterer i belastningsreduksjon kurve, der høyeste tillatte volummotstand og måleusikkerheten i temperaturmålingene er tatt hensyn til på en slik måte at de er egnet for praktisk bruk, som erfaring har vist. Dersom reduksjonskurven overstiger strømmene i lav omgivelsestemperatur, som er gitt av den gjeldende strømføringsevnen bør deratingkurven begrenses til laveste verdi i denne sonen. Side 31

32 CE-merking / EMC direktivene Oversikt over CE merking CE-merking, på ulike produkter og deres emballasje, er verken et tegn på kvalitet eller sikkerhet. CE-merkingen er en merking som ble innført for å sikre uhindret bevegelse av varer i hele det europeiske indre marked. Det er ikke ment å være en referanse for sluttbrukere. CEmerkingen viser kun at produsenten har oppfylt alle EU-direktiver som gjelder for dette produktet. Derfor bør CE-merking anses som verifisering av samsvar med de relevante direktiver og er rettet mot de ansvarlige overvåkingsmyndigheter. For varer som krysser politiske grenser i EU, er CE-merking som et pass. Weidmüller tar hensyn til alle relevante EU-direktiver iht. beste kunnskap og tro. Følgende direktiver gjelder: 73/23 EWG - Elektrisk utstyr til bruk innenfor bestemte områder (Lavspenningsdirektivet) 89/336 EWG - EMC-direktivet 98/37 EG - Sikkerhet ved maskiner (Maskindirektivet) Standardene sitert i direktivene har lenge siden vært implementert i Weidmüller utviklingsstandarder. Denne gir en garanti om samsvar med EU-direktivene. Våre testlaboratorier, akkreditert til EN 45001, utfører testene i henhold til standardene. Testrapportene er anerkjent i Europa innenfor rammen av akkrediteringsprosesser. Direktivet 2006/95/EC er en samletekst av det originale lavspenningsdirektivet 73/23/EEC (EØF)6 med etterfølgende endringer og tillegg. 2006/95/EC gjelder fra 16. januar 2007 og 73/23/EEC (EØF) har ikke lenger gyldighet. Lavspenningsdirektivet er et totalt harmoniseringsdirektiv ved at det overstyrer eksisterende nasjonal regulering på dekningsområdet: elektrisk utstyr kan bare markedsføres om det er i overensstemmelse med direktivet, og medlemslandene kan ikke hindre fri omsetning av utstyr som oppfyller kravene i direktivet. Direktivet skal omfatte alt elektrisk utstyr som er beregnet for bruk mellom spenningsgrensene 50 og 1000 V vekselstrøm eller 75 til 1500 V likestrøm. Spenningsgrensene gjelder spenninger på inngang og utgang. Spenninger som måtte forekomme inne i utstyret, kan ha vilkårlig verdi. Diskusjonen blant medlemslandene og med EU-kommisjonen har ført til at begrepet.. konstruert for bruk innen spenningsområdet. skal forstås som at utstyret har merkespenning ved inngang og ved utgang som er innenfor dette spennningsområdet. Inne i utstyret kan det være høyere spenninger. Batteridrevet utstyr utenfor spenningsområdet ligger også utenfor direktivets virkeområde. Likevel kan eventuelt batteriladere eller utstyr med integrert batterilader-spenningskilde med inngangsspenning innen direktivets virkeområde, være dekket av direktivet. Dette gjelder også for utstyr med drivspenning under 50V AC og 75V DC for deres tilhørende energikilder (f. eks. bærbar PC). Analog Signalbehandling 2004/108/EF EMC direktivet - Med resolusjon av direktivet i Europarådet datert 3. mai 1989 for justeringen av de juridiske kravene til medlemslandene om elektromagnetisk kompatibilitet, har EU erklært EMC som et beskyttelsesmål. Det tidligere EMC-direktiv 89/336/EØF ble erstattet den 31. desember 2004 av den reviderte versjonen 2004/108/EG, som har vært gyldig siden 20. juli Side 33

33 CE-merking / EMC direktivene Sikkerhets målene er definert i artikkel 5 i EMC forskrift fra desember, De oppgir følgende: Den elektromagnetiske forstyrrelsen som genereres overstiger ikke et nivå slik at radio- og telekommunikasjonsutstyr og andre apparater fungerer som forutsatt. Apparatet har et tilstrekkelig nivå av indre immunitet mot elektromagnetiske forstyrrelser for å kunne fungere som forutsatt. Apparatet er definert i EMC-direktivet som følger: Alle elektriske og elektroniske apparater sammen med utstyr og installasjoner som inneholder elektriske- og / eller elektroniske komponenter. Dette gjelder aktive / passive komponenter og intelligente moduler produsert og konstruert av Weidmüller. Samsvar med dette direktivet er å anse som gitt for apparat som er i samsvar med de harmoniserte europeiske standarder som er publisert i, for eksempel i Tyskland Gazette av Federal Minister for Post-og teletilsynet. Slike apparater benyttes på følgende områder: Industrielle installasjoner Medisinsk og vitenskapelig utstyr og enheter Informasjonsteknologi enheter Weidmüller tester sine elektroniske produkter i henhold til relevante standarder for å oppfylle de avtalte beskyttelsesmål. Elektroniske produkter fra Weidmüller med hensyn til EMC direktiver Kategori 1 Alle passive komponenter som: Terminaler med statusskjermer Sikringsterminaler med statusindikatorer Passive grensesnittenheter med og uten statusindikatorer Overspenningsvern Disse produktene forårsaker ingen forstyrrelser, og de har en passende immunitet mot forstyrrelser. Disse produktene er ikke merket med CE-merkingen, EMC-direktivet eller den tyske EMC loven. Kategori 2 Disse produktene er merket med CE-merkingen etter at samsvarsvurderingen er foretatt som inkluderer henvisning til de harmoniserte europeiske standarder. Følgende er harmoniserte standarder: EN Generic Emission Standard - Del 1: bolig, handel og lett industri. EN Generisk Immunity Standard - Del 1: bolig, handel og lett industri. EN Generic Emission Standard - Del 2: industrielt miljø. EN Generic Immunity Standard- Del 2: industrielt miljø. EN Industrielt, vitenskapelig og medisinsk (ISM) radio-frekvens utstyr - Radio forstyrrelses-egenskaper - Grenseverdier og målemetoder. EN Informasjonsteknologi utstyr - Radio forstyrrelses karakteristikker - Grenseverdier og målemetoder. EN Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) - Del 3-2: Grenser for harmonisk dagens utslipp (utstyr inngangsstrømmer opp til og med 16 A per fase). EN Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) - Del 3-3: Begrensning av spenningsvariasjoner og flimmer i lavspent, leverer systemer for utstyr med merkestrøm mindre enn eller lik 16 A per fase og ikke underlagt betinget forbindelse. Bruk av tester Bruk av generelle test-standarder skal alltid brukes når ingen spesifikke produktstandarder for de aktuelle enheter eksisterer. Den generelle standarden EN X er brukt som grunnlag for Weidmüller produkter. Merk: Relevansen av EN for visse produkter må kontrolleres samt hvor langt generisk standardene EN eller EN ble vurdert under testing. Miljø-fenomener og test interferens nivåer er spesifisert i generiske standarder. I tillegg vurderer Weidmüller vurderingskriteriene A, B og C. Utdrag fra den generiske standarden EN : Kriterium A Utstyret skal fortsette å operere som forutsatt. Ingen degradering av ytelse eller tap av funksjon er tillatt under et minimum prestasjonsnivå som angitt av produsenten, når utstyret blir brukt som forutsatt. I visse tilfeller kan det nominelle effektnivået erstattes med et tillatt tap av ytelse. Hvis minimalt prestasjonsnivå eller tillatt tap av ytelse ikke er spesifisert av produsenten, kan begge disse spesifikasjonene være avledet fra beskrivelsen av produktet, relevant dokumentasjon og fra hva operatøren forventer fra utstyret under sin tiltenkte bruk. Side 34

34 Kriterium B Utstyret skal fortsette å operere som forutsatt etter testen. Ingen degradering av ytelse eller tap av funksjon er tillatt under et minimum prestasjonsnivå som angitt av produsenten, når utstyret blir brukt som forutsatt. I visse tilfeller kan minimal prestasjonsnivå erstattes med et tillatt tap av ytelse. Under testing er degradering av ytelsesnivået tillatt, men endringer i det angitte bruksområdet eller tap av data er ikke tillatt. Hvis minimalt prestasjonsnivå eller tillatt tap av ytelse ikke er spesifisert av produsenten, kan begge disse spesifikasjonene være avledet fra beskrivelsen av produktet, relevant dokumentasjon og fra hva operatøren forventer fra utstyret under sin tiltenkte bruk. Kriterium C Midlertidig tap av funksjon er tillatt, forutsatt at tap av funksjon er selv-gjenvinnbare eller kan gjenopprettes ved driften av kontrollene. Kriterium B er hyppigst nevnt i de generiske standarder og brukes av Weidmüller. Ta for eksempel WAVEANALOG skille. Under testing, kan det analoge skillet konvertere verdier som ligger utenfor den tillatte toleransen. Etter testing, må imidlertid verdiene ligge innenfor gitte toleranser. Generell installasjonsinstruks Samsvarer med ytelsesnivået og kriteriene A og B, kan produktene bli påvirket av ytre påvirkninger i løpet av en feil. Men målet bør være å eliminere dette så langt som mulig ved hjelp av en optimal installasjon. Tiltak Installer produkter i et metallkabinett (styreskap, metallhus). Beskytt spenningen med et overspenningsvern. Bruk kun skjermede kabler for analoge datasignaler. Bruk ESD tiltak under installasjon, vedlikehold og drift. Opprettholde min. 200 mm klaring mellom elektroniske moduler og kilder til interferens (f.eks. vekselrettere) eller kraftledninger. Påse at temperatur og relativ luftfuktighet ikke overstiger det som er angitt. Beskytt lange kabler med overspenningsvern enheter. Analog Signalbehandling Av sikkerhetsmessige årsaker, ikke bruk walkie-talkies og mobiletelefoner innenfor en radius på 2 meter av utstyret. Side 35

35 Tech W Historical background Relèmoduler en oversikt The term relay was originally used for a station where stagecoaches were able to change their tired horses for fresh ones. Historisk bakgrunn Consequently, with low power input battery power for e le a relay provides the option of switching heavy loads a as being able to serve as a switching amplifier. Thanks to isolation between the input and output, relays are also su The term relay was given a totally different meaning by the Følgelig, English for med providing lav effekt separation inngang - batteristrøm when the power for eksem- of the control an physicist Charles Wheatstone ( ). In pel - gir et open relé muligheten circuits differ. til å Equipped bytte tung with last several samt å kunne NO (make) con Begrepet relè ble opprinnelig brukt til en stasjon hvor tjene som en bytte-forsterker. Takket være isolasjon mellom Wheatstone s times, departing trains were signalised by a ringing bell at relè the ble next gitt railway en helt station annen betydning up the line. av den En- strømmen av kontrollen og den åpne krets er forskjellig. a relay can also be utilised for multiplying signals. diligence førerne kunne bytte sine slitne hester til friske. inngang og utgang, er reléer også egnet til å gi separasjon når Begrepet gelske fysikeren Charles Wheatstone ( ). I Wheatstone s Utstyrt med flere NO (gjøre) kontakter, kan et relé også This was tider, achieved ble tog som by connecting forlot perrongen a battery signalisert in the med first en station benyttes to From for å multiplisere relay to relay signaler. module ringende a bell in bjelle the second. på den neste However, jernbanestasjonen as the railway på stations linjen. were generally ble several oppnådd kilometres ved å koble apart et batteri the power i den første arriving sta- at the second Dette There are two alternative methods that make a relay mod sjonen, station til was en bjelle often i den insufficient andre. Men to ring jernbanestasjonene the bell. Wheatstone var invented a flere switchgear kilometer apparatus fra hverandre that og was spenningen installed på at den the second an- in combination with the corresponding assembly techni Fra relé suitable til for relémodul use in industrial applications: mounting onto a typisk dre railway stasjonen station. var ofte This utilstrekkelig continued to for function å få bjellen even til with å ringe. low power Det er to and alternative circuitry metoder or plugging som gjør onto en relémodul a specially egnet designed relay Wheatstone fant opp et koblingsapparat som ble installert på for bruk i industrielle applikasjoner: montering på en PCB - i den supply andre levels. jernbanestasjonen. The switchgear Dette apparatus fortsatte switched å fungere, a selv second kombinasjon med tilsvarende monteringsteknikker og kretser ved electrical lave spenninger. circuit that Apparatet actuated opererte the bell. en That annen was elektrisk the birth of - the eller plugging Generally, på et the spesialdesignet and rating relè. data determine if a relay krets electromagnetic som betjente relay. klokken. Dette var fødselen av det elektromagnetiske relé. ler is or is not suitable for a particular application. Vanligvis er det slik at utforming og vurderingsdata avgjør om et relèmodul er, eller ikke er egnet for et bestemt program. For example, relay modules with plugged on relays are on How a relay functions For eksempel, partly relémoduler suitable for med use pluggbare in applications reléer er subjected bare to heavy v Hvordan et relé fungerer delvis egnet tions. for In bruk this i applikasjoner case, relay modules utsatt for with kraftig soldered vibrasjoner. I dette relays sho A relay is an electromagnetic switch comprising two galvanically preferred. tilfellet Low, bør relémoduler compact designs med loddede such as reléer those provided Et relé er en elektromagnetisk bryter bestående av to galvanisk bli foretrukket. Lav, kompakt design tilsvarende RIDERisolated isolerte circuits. kretser. Firstly For det the første control styrekretsen circuit and og secondly for det the open SERIE benyttes RIDERSERIES i små forbrukerenheter are utilised in hvor small den consumer samlede units where andre circuit den with åpne the krets normally med normalt open contact. åpen kontakt. As soon Så snart as the control tilgjengelige overall høyden available er begrenset. height is Omvendt limited. hjelper Conversely, det the compac kontrollkretsen circuit is energised, får tilført the energi, coil creates skaper spolen a magnetic magnetisk field in the core/ kompakte sign designet of the på MICROSERIES MICROSERIEN å helps spare to plass save i elektriske space in electric felt yoke i kjernen and attracts / åk og tiltrekker the armature. ankeret. The Ankeret actuator betjener now nå actuates fordelingstavler. the binets. bryteren på utgangskretsen, normalt åpen kontakt (lukke kontakt) switch at stenger the output, og normalt the normally lukket kontakt open (åpne contact kontakt) (make contact) åpnes. closes Når and kontrollkretsen the normally er closed slått av, contact forsvinner (break magnetfeltet, When og the kontaktsettet control circuit returnerer is turned til sin off, opprinnelige the magnetic posis- field diminis- Beskyttende Protective separation separasjon contact) opens. jon. hes Aktuatoren and the return flytter spring normalt returns åpen (ta the kontakt) armature tilbake to its til initial position. The actuator moves the normally open (make contact) It is essential that all electrical equipment required to prov normal posisjon, den normalt åpne kontakten åpnes, normalt Det er viktig at alt elektrisk utstyr som er nødvendig for å gi lukket kontakt (bryte kontakten) stenger. beskyttende separasjon er utformet på en slik måte at isolasjonen protective ikke skades, separation for eksempel be ved designed mekanisk in feil. such Hvis a manner det that back to its normal position, the normally open contact opens, the normally closed contact (break contact) closes. oppstår en sulation mekanisk cannot feil i et be relé impaired, må beskyttende for example separasjon by mechanical e garanteres. If a Reléer mechanical er spesifisert error occurs og testet in a iht. relay EN (bent soldering pin, Standarden gjør imidlertid ingen referanse til EN ken winding wire or broken spring), protective separation (Elektronisk utstyr for bruk i kraft-installasjoner); heller ingen definisjon be er guaranteed. gitt for begrepet Relays beskyttende are specified separasjon". and tested Ting in accord Isolasjon Isolation er gjort verre with av EN det faktum at However, ulike målingsforhold the standard er gitt makes for no refere Actuator Aktuator testspenninger EN fastsatt (Electronic for reléer. equipment for use in power installat Yoke equally no definition is given for the term protective sepa Coil Spole Armature Things are made worse by the fact that different measure conditions are given for the test voltages stipulated for rel Kjerne Core Arm Armature Returfjær Spole Relay Relèbase Coil return spring a u r A1 A2 W.2 Side 36

36 Som en konsekvens, kan testspenninger ikke påføres standardene EN eller EN Og fordi brukeren likevel i økende grad distribuerer elektrisk utstyr som er ment å garantere beskyttende separasjon, peker et stort antall produsenter av reléer til EN og gjennomfører testene tilsvarende. Og selvfølgelig er verdiene beskyttende separasjon i overensstemmelse. Standarder Følgende enkeltstandarder anvendes i samsvar med tilsvarende krav: Relémoduler DIN EN 50178: Elektronisk utstyr for bruk i strøminstallasjoner. Relèer DIN EN : Elektromekaniske elementære reléer (elektromekaniske elementære relèer uten spesifisert tidsrespons karakterisert ka). Del 1: Generelle og sikkerhetsmessige krav. Forskjellige spolekretser I DC kretser genererer induktans i relèspolen en spenning når den blir de-energisert. Dette kan skade eller ødelegge den tilkoblede styringselektronikk. En friløpsdiode koblet i parallell til spolen begrenser indusert spenning, beskytter styringselektronikk og forhindrer induksjon av spenning til andre signal linjer. Store kretser eller lange kabelstrekk er utsatt for økt elektriske og elektromekaniske forstyrrelser og skader. Feil eller total svikt i relèmodulen kan da oppstå. Den utstrålte interferens, og for ikke å glemme lekkasjestrøm som kommer fra utløsermoduler, kan også medføre at et relè ikke faller ut. Som standard er det spesifisert at slippspenningen er begrenset til ca. 15 prosent av nominell spenning, allikevel kan forstyrrelsesspenningen som er generert være tilstrekkelig til å hindre relèet fra å åpne. En måte å løse dette problemet på er å koble en RC kombinasjon på linje siden for å filtrere bort forstyrrelser og gi en kapasitiv undertrykkelse av forstyrrende spenninger. På MICROSERIE produkter er beskyttende kretser allerede integrert i elektronikken. For PLUGSERIE og RIDERSERIE er disse tilgjengelige som modulært ekstrautstyr. Relèer og Optokoblere Relè base DIN EN Konnektorer - Sikkerhetskrav og prøving. EMC - Elektromagnetisk kompatibilitet DIN EN Del 6-1: Generisk standard; Immunitet for boliger, kommersielle og lys-industrielle miljøer. DIN EN Del 6-2: Generisk standarder - Immunitet for industrielle miljøer. DIN EN Del 6-3: Generisk standard - Utslipsstandard for boliger, kommersielle og lys-industrielle miljøer. DIN EN Del 6-4: Generisk standard - Utslipsstandard for industrielle miljøer. Side 37

37 Relemoduler en oversikt Bryte store og små kapasitanser I utgangspunktet treffer påliteligheten av kontakter i et relé, maksimum på medium strømbelastning, takket være en kontinuerlig selvrensende effekt. Ettersom kontaktbelastningen øker og dermed fører til mer alvorlig erosjon av kontaktene, reduseres bryter-påliteligheten med et økende antall bryteroperasjoner. Dette reduserer levetiden til kontaktene. Selv om svært lave laster med minimal erosjon av kontaktene øker levetiden mekanisk, bidrar mangelen på en selvrensende effekt til en lavere kontakt-pålitelighet. Pålitelig kontakt ved lav strøm, spesielt når bare små spenninger også er involvert, avhenger valget av kontaktmateriale. Kontakter av sølv-nikkel, som er standard for de fleste Weidmüller reléer, er generelt egnet for strøm på ca.10 ma og høyere. Slike store overflatekontakter kan bryte både lave og høye strømmer. Men ved lave spenninger kan sporadiske feil oppstå på grunn av erosjon og mangel på selvrensende effekt. Jo høyere strøm, jo mer pålitelig blir kontakten - takket være selvrensende effekt. Sølv-nikkel er egnet som et kontaktmateriale for lav strøm / spenning. Det gir imidlertid kun moderat bryter-pålitelighet. Hvis dette er akseptabelt, kan konvensjonelle standard reléer representere en rimelig løsning. For applikasjoner som krever bedre kontaktpålitelighet eller lave strømmer / spenninger, er konvensjonelle reléer med hard-belagte gullkontakter å foretrekke, fordi de ikke eroderer og derfor er mer pålitelig. Dersom maksimum bryter-pålitelighet er nødvendig, spesielt for lave strømmer / spenninger, bør relé ikke være ditt førstevalg. I disse tilfellene råder Weidmüller bruk av optokobler. Ved bruk av optokoblere unngår du mekanisk slitasje. Beskyttende kretser for kontaktene Kopling av induktiv eller kapasitiv last gir gnister som kan påvirke den elektriske levetid på reléer. Følgende beskyttende kretser finnes for å redusere kontaktslitasje: Diode Fordel: Kan brukes til alle laster, lav gjennomslagsverdi, plassbesparende, lav pris. Ulempe: Veldig lang bryteforsinkelse. Diode og Z-diode Fordel: Lav gjennomslagsverdi (definert av Z-diode), korte bryterforsinkelser. Ulempe: Kan ikke brukes for store laster. Varistor (~) + Last + Last + (~) U D U ZD U S U S U S 1 2 t 1 2 t Last VDR U VDR 1 2 t Fordel: Lav gjennomslagsverdi, kort bryterforsinkelse. Ulempe: Høy belastning på kontaktene når reléet slår inn, mer komplisert og dyrere ved større last. RC kombinasjon + (~) (~) R Last C U RC U S 1 2 t Fordel: Kort bryterforsinkelse, lav pris. Ulempe: Kan ikke brukes for alle driftsspenninger og laster US = Spenningsprogresjon 1 = lukking 2 = Åpning Side 38

38 Viktigste egenskaper relékontakter Derating kurve Selv om alle relé-kontakter har sine egne særtrekk, er ytelseskurvene svært like i form, men ikke de faktiske verdiene. Eksemplene nedenfor viser kurver for Kontakt levetid (antall inn-/utkobling operasjoner plottet mot inn-/utkobling kapasitet). DC grense kurve (likestrøm plottet mot direkte spenning). Reduksjonsfaktor for induktiv belastning (reduksjonsfaktor plottet mot cos:). Overgangsmotstand i rélekontakter er en viktig faktor som bidrar til temperaturøkningen inne i relémoduler. Dette forholdet er illustrert av en derating kurve, definert som funksjon av den tillatte strøm plottet mot temperatur. Den tillatte strøm (kurve a) bestemmes for følgende driftsforhold: Kontinuerlig drift. Nominell styrespenning + 10 prosent. Flere relémoduler arbeider under belastning, montert horisontalt i rader på montasjeskinne, uten mellomrom. Dersom modulene er montert med en avstand > 20 mm, resulterer dette i en høyere strømbelastning (kurve b). Kurve b viser også maksimumsverdier for veksling eller kort tid operasjon når montert horisontalt. Relèer og Optokoblere Kontakt levetid for ohmsk belastning (tabelltekst) DC grense kurve for ohmsk belastning (tabelltekst) Reduksjonsfaktor for induktiv last cos: <1 (tabelltekst) Eff. make-break op. = Make-break operasjoner for (cos: = 1) Side 39

39 Relemoduler en oversikt Kontaktmaterialer Agni Au (sølv-nikkel hard gullbelagt) For tørr last, måling og bryterkretser, kontroll-innganger (1 mv - 10 V, 0,1 ma ma). Agni 0,15 (finmalt sølv) Passer for lav til middels belastning, AC og DC laster, resistive og induktive (solenoid ventiler, vifter, ovner), ikke egnet for høy innkoplingsstrøm. AgSnO2 90/10 (sølv-tinn oksid) Passer for alle laster. Godt egnet til høyere last. Spesielt godt egnet til høy innkoplingsstrøm (lampe laster, kapasitiv last, lysstoffrør, switch-mode strømforsyning, etc.). Godt egnet til resistive, induktive og kapasitive DC-applikasjoner på grunn av lav materialtransport. 1 ma10 ma100. Agni 90/10 (sølv-nikkel) Passer for alle belastninger, konstant lav kontak-krets motstand i lav belastning serien, AC og DC laster, resistive og induktive (solenoid ventiler, vifter, ovner), ikke egnet for kapasitive innkoplingsstrøm. Contact Kontaktmateriale Hardt gull Hard gold plating htv AgNi AgNi AgNi AgNi 90/10 90/10 AgSnO 2 90/ /10 1 ma 10 ma 100 ma 1 A 10 A 100 A Load Laststrøm current Side 40

40 Definisjon av tekniske data Inndata Nominell spenning [V] Nominell strøm [ma] Referansespenningen som reléene opererer; typiske inngangsspenninger => 5 V DC, 12, 24, 48, 60, 115, 230 V AC / DC Inngangsspenning og innspill motstand; inngang motstand => spolemotstand + motstand av utløsende enhet (R, LED, GL...) Nominell effekt [W / VA] Inngangsspenning x inngangsstrømmen DC / AC med toleranse ± 10 % eller 5 / -15 %, typisk rekkevidde for reléer 250 mw... 1 W eller 0,4 VA... 1,2 VA Respons spenning [V] Minste inngangsspenning kreves for reléer for å svare (Tu = 293 K) Lukkestrøm [ma] Minste inngangsstrømmen hvor reléet skifter fra normal til driftsstilling (Tu = 293 K) Lukkeeffekt [W / VA] Åpne-spenning [V] Åpne-strøm [ma] Utdata Max. omkoblingsspenning [V] Lukkestrøm [A] Kontinuerlig strøm [A] Brytereffekt [W / VA] Min. brytereffekt [μw] Brukstid Responstid [ms] Åpne-tiden [ms] Svitsjefrekvens [Hz] Dielektrisk styrke [kv] Produkt av responsspenning og lukkestrøm Spenningsnivå for at relèet faller ut Inngangsstrøm for at relèet faller ut Max. spenning som kan brukes på relékontakten Den gjeldende strøm som har lov å flyte på max. 4 sekunder etter at relékontakten stenger Konstant strømgjennomgang etter at kontakt er sluttet Produkt av utgangsspenning og lage strøm for resistive, induktive eller kapasitiv last Minste kraften som kan kobles via kontakten Antall operasjoner før kontakten svikter - Mekanisk => uten elektrisk belastning - Elektriske => under resistive og induktive AC / DC last Tid til kontakt lukker / åpner etter betjening Tid til kontakt lukker / åpner etter betjening Vekslingsoperasjoner pr. sekund Maks. testspenning mellom inngangs- og utgangskretser som ikke fører til utslipp Beskyttende seperasjon Reléer til EN og VDE 0106 del 10 Relèer og Optokoblere Side 41

41 Definisjon / virkemåte Optokoblere - virkemåte Optokoblerene er elektroniske komponenter for å bryte lastkretser ved hjelp av en kontrollkrets. På den ene siden tillater optokobleren applikasjoner med forskjellig ytelse, å bli drevet med relativt lav bryterstrøm. Optokobleren gir i tillegg elektrisk isolasjon mellom kontroll- og lastkretser for å sikre beskyttelse av komponenter dersom en feil skulle oppstå. I motsetning til elektromekaniske relémoduler har ikke optokoblerene noen mekaniske deler som er utsatt for slitasje. For å aktivere intermitterende drift utløses et lyssignal via en LED i styrekretsen som forårsaker en lys-sensitiv halvleder mottaker å slutte en tilkoblet lastkrets. Transmitter (LED) og mottaker (for eksempel en Photo transistor) er innebygd i et lysledende plastmateriale og innkapslet i en lystett kapsling som beskytter mot ytre påvirkninger. Transmitter (LED) Conrol circuit Receiver (Transistor) Load circuit To design typer er differensiert: Ansikt til ansikt design med LED og transistor montert på tvers av hverandre med direkte lett kontakt. Face-to-face Transmitter (LED) Coplanar Sidestilt design med LED og transistor på samme nivå. I dette tilfellet er lysstrålen overført av refleksjon i henhold til prinsippet om fiber-optikk. Receiver (Transistor) Transmitter (LED) Receiver (Transistor) Optokobleren Spenningen, som kan brukes på opto-produksjonen, er begrenset av følsomheten til halvleder-mottaker (phototransistor). I applikasjoner hvor bare lav strøm eller spenning er nødvendige i lastkretsen er det mulig å bruke komponenten uten ekstra krets i en optokobler. Opto module Control circuit Load circuit Solid-state relé Optocoupler For å bryte høyere strømmer er det nødvendig å gjøre tilpasninger for å imøtekomme de ulike ytelsesnivåer av phototransistor og lastkrets (veksling forsterkning). Moduler, annet enn optokoblere som er utstyrt med en bryterforsterker, kalles for solid-state reléer (SSR). Solid-state relay Control circuit Switching amplification Load circuit Optocoupler Side 42

42 Avhengig av kravene, er valget mellom elektromekaniske og solid-state reléer basert på de ulike fordelene som de ulike versjoner tilbyr: Housing Transmitter (LED) Receiver (Transistor) Movable contact Armature Reset spring Fixed contacts Coil Relèer og Optokoblere Fordeler med solid-state reléer (SSR) + Lang operativ levetid og pålitelighet Ingen bevegelige deler eller kontaktslitasje. + Små dimensjoner Sparer plass på PCB og monteringsrail. + Lav styrestrøm En LED er aktivert - ingen mekaniske deler er flyttet. + Rask responstid Rask veksling, som gir mulighet for høy bryterfrekvens. + Ingen kontakthopp Reduserer forsinkelser på bryting/lukking. + Ingen tilkoblingsstøy Egnet for bruk i støyfølsomme miljøer. + Ikke utsatt for støt og vibrasjoner Hindrer uønskede vekslingsstatuser. + Ingen elektromagnetisk stråling grunnet tilkoblingsgnister eller spoler Ingen forstyrrelser av tilstøtende forsamlinger eller elektronikk komponenter. Fordeler med elektromekanisk relémoduler (EPJ) + AC og DC drift i lastkrets mulig Allsidig (fordel som grensesnitt mellom ulike systemer). + Ingen lekkasjestrøm i lastkretsen En semi-leder oppnår ikke 100 % isolasjon. + Lav gjenværende spenning i lastkretsen Lavt spenningsfall. + Ingen redusert ytelse i lastkrets I motsetning til semi-dirigenten i optomodulene er det ingen elektrisk motstand i kontaktene på elektromekaniske relémoduler som kan føre til en økning i temperaturen når den er under belastning. Derfor er ikke kjøleribber nødvendig. + Flere kontakter mulig Et enkelt kontrollsignal kan bytte flere lastkretser. + Kontrollkrets mindre følsom for transienter *) Uønskede innkoblinger forårsaket av spenningsvariasjoner er forhindret av kapasiteten på magnetiske spoler. Side 43

43 Grunnleggende funksjoner Optomoduler og solid-state reléer brukes vanligvis i følgende applikasjoner: Potensial isolasjon Mange applikasjoner krever at styrekretsen er elektrisk isolert fra lastkretsen. Dette beskytter først og fremst kontrollnivået fra forstyrrelser fra feltet, for eksempel: Potential isolation Test voltage min.2.5 kv Forstyrrelsesstrømmer, f.eks fra jord og jordsløyfer. Forstyrrelsespulser, f.eks fra induktive effekter av transienter. Utskillelsen av kontrollen og lastkretser i optomodulen gir den nødvendige isolasjon. Krav til isolasjonstest på minst 2,5 kv i alle optomoduler og solid state reléer. For å garantere isolasjon er det nødvendig at minimum 3 mm klaring og krypstrømsavstander opprettholdes på alle komponenter. Clearance and creepage distance min. 3 mm Signalbehandling Signal conditioning I forbindelse med at de ulike optomoduler gir mulighet til å konfigurere både last og kontrollsiden, gir det seg at optomoduler ofte blir brukt for signalbehandlingsformål. Dette gjør at de forskjellige elektriske potensialene av signaler fra kontroll og lastkretser (for eksempel sensorer og kontroll) er adskilt fra hverandre. 120 V AC 24 V DC Bryterforsterkning Applikasjoner med strøm- og spenningsverdier som overstiger kapasiteten til phototransistoren krever en ekstra krets på produksjonssiden i optomodulen for å kunne bryte større laster. Under intermitterende drift av optomodulen aktiverer LED en basestrøm i phototransistoren. Dette aktiverer en annen halvleder (transistor, tyristor) som imøtekommer applikasjonens krav og som deretter blir ledende for laststrømmen. Side 44

44 Kontrollkrets Inngangskretser (kontrollkrets) Input configuration De fleste industrielle applikasjoner kan ikke kobles direkte til en optomodul, vanligvis kreves spenningsregulering ved hjelp av seriekoblede motstander eller kondensatorer. For å få så eksakte brytepunkter som mulig, kan en scmitttrigger brukes for å tilordne styresignaler en entydig status (0-1) når du flytter fra høy til lav eller lav til høy, som deretter sendes videre til optomodulen. Avhengig av design, er alle Weidmüller optomoduler og solidstate reléer utstyrt med egnede enheter (varistorer, dioder) og filtre for å beskytte mot forstyrrelsespulser fra styrekretsen. DC inngang: En ekstra beskyttelsesdiode garanterer beskyttelse mot omvendt polaritet og at optomodulen ikke blir ødelagt hvis styrespenningen er feil koblet. Bryterstatus er signalisert av en statusindikator/led. Control circuit DC input Protective circuit Voltage regulation Auxiliary circuit Relèer og Optokoblere AC / DC inngang: En likeretter med utjevningskondensator er koblet i serie for AC kontrollspenninger. Polaritetsbeskyttelsen for likestrøm er ikke nødvendig. Resten av konstruksjonen tilsvarer en DC krets. På grunn av utjevningskondensatoren er svitsjefrekvensen av AC styresignaler mindre enn halvparten av nettfrekvensen. En høyere svitsjefrekvens vil resultere i at styresignalet stadig blir slått gjennom i takt med nett-frekvensen. Fordelen av å kunne velge mellom en AC eller DC strøminngang står i kontrast til den ulempe av at utjevningskondensatoren også begrenser svitsjefrekvensen av DC styresignal. Control circuit AC/DC input AC inngang: Koblingsskjemaet tilsvarer prinsippet med en AC / DC krets. I stedet for serie motstander er det mulig å bruke kondensatorer til å regulere spenningen i en ren AC operasjon. I motsetning til motstander er det ingen effekttap med kondensatorer, og som et resultat ingen varme som må ledes bort. Control circuit AC input Control circuit Side 45

45 Lastkrets Utgangskrets (lastkrets) Output circuit Som regel er driftsspenningens område oppgitt til nominell koblingsspenning på optomoduler og solid state reléer (for eksempel V DC), det er ikke tillatt å over- eller underskride denne verdien. Det samme gjelder for kontinuerlig strøm. Overskridelse av denne verdien kan ofte føre til for tidlig slitasje og ødeleggelse av optomodulenes halvledere. Som en direkte relasjon mellom gjeldende- og omgivelsestemperatur, er en derating kurve *) tilgjengelig for alle optomoduler og solid-state reléer. Overspenninger blir ledet bort med beskyttende enheter som dioder eller varistorer. For å hindre skader forårsaket av nåværende spenningstopper (for eksempel start eller bryterpulser) er noen moduler utstyrt med en power boost *) som er i stand til å bære høyere strøm enn den maksimalt oppgitte for en kort periode. Det er mulig å koble AC- eller DC-laster på utgangskretsene, men man må da være oppmerksom på hvilke halvledere som er benyttet i modulen. 2-wire DC output Interface circuit Interface circuit Switching amplification Protective circuit Protective circuit Load circuit Load circuit DC utgang: Med en to-polet DC-utgang skal forbindelsesterminalene kobles på samme måte som med et konvensjonellt relé. Det eneste man behøver å tenke på er den forhåndsbestemte polariteten. Med en 3-polet DC-tilkobling bistår en ekstra spenning i utgangskretsen med å kontrollere forsterkerleddet mer presist. Flere applikasjoner krever også denne ekstra spenningen for kortslutningsvern i beskyttelseskretsen. 3-wire DC output AC utgang: For å aktivere AC bryting er en halvleder koblet på lastsiden av optomodulen for å bryte AC-spenning (TRIAC eller Tyristor). Interface circuit Protective circuit Load circuit Out AC output Interface circuit Protective circuit Load circuit Side 46

46 forsterkerledd Fototransistoren i optomodulen har en lav strøm og spenningsrating. Som en konsekvens av dette, setter man inn et forsterkerledd i form av en halvleder som har en høyere strøm og spenningsrating. Switching amplification Bipolar Transistor (DC) Brukes ved lave strømmer (0,5 A). Den bipolare transistoren har kort responstid, noe som gjør høye bryterfrekvenser mulig. MOSFET (DC) Brukes ved høy belastningsstrøm (opptil 10 A). Den lave kontaktmotstanden gjør at MOSFET bare skaper svært liten lekkasjestrøm (<10 μa) med lavt effekttap. Transistor MOSFET TRIAC Relèer og Optokoblere TRIAC (AC) Triac er en elektrisk halvlederkomponent, som består av to tyristorer som er koblet i parallell, men motsatt retning, så hver tyristor leder vekselspenningen under hver sin fase, det vil si at strømmen går i hver sin retning. En triac kan vanligvis føre langt mer strøm og tåler mye høyere spenninger enn de fleste andre typer halvledere. Side 47

47 Bryting av ulike belastninger De ulike typer belastninger som følge av de forskjellige anvendelsesapplikasjoner (resistiv, induktiv, kapasitiv last) representerer en spesiell utfordring for lastkrets arrangementer i optomoduler og solid-state reléer. Med henvisning til den planlagte applikasjonen, bør man alltid være klar over hvilke effekter de belastninger vil ha på moduler og hvordan de tilsvarende beskyttelsesenhetene skal være utformet. Generelt sett må det sikres at strømbrudd på forsterkerleddet ikke overstiger den tillatte grensen i lengre tid. Dette vil føre til overoppheting og til slutt til ødeleggelse av komponenten. Bryting av resistiv belastning På grunn av det faktum at i ohmske laster er strømstyrken i lastkretsen, og spenningen over forsterkerleddet omvendt proporsjonal med hverandre, utgjør disse ikke generelt et alliert problem. Det er tilstrekkelig å følge den maksimale strømog spenningsratingen av modulene. Bryting av glødelamper representerer en spesiell sak. Det er mulig at når glødelampen slås på at overstrøm 10 til 20 ganger driftstrøm kan oppstå på grunn av lav kaldmotstand. Derfor må komponentene være konstruert for å takle disse mulige overbelastninger som tilsvarer effekten av kapasitiv last. Bryting av kapasitiv last Kapasitive laster finnes der det er en kondensator i lastkretsen. Effekten ligner på en kortslutning på det punktet av aktivisering og resulterer i en høy innkoblingsstrøm. Hvis denne strømmen ikke blir begrenset kan det føre til ødeleggelse av forsterkerens halvleder. Switching on capacitive loads Amperage Bryting av induktive laster Problemer kan oppstå med induktive laster når de blir slått av, særlig når spoler brukes i lastkretsen. Flyten av strøm i spolen bygger opp et magnetisk felt som plutselig kollapser og skaper høy spenningsinduksjon. Denne spenningen må kortsluttes via en diode koblet i parallell (friløpsdiode). Ulempen er at den tiden som kreves til denne operasjonen fører til en forsinket slipp. Operating current Turning off inductive loads Voltage Operating voltage 0 A Switch-off point Time Side 48

48 Vernetiltak Oppbygningen av optomodulen muliggjør rask og følsom veksling, derimot er komponenten også mer utsatt for forstyrrelser. Av denne grunn er alle Weidmüller optomoduler og solid-state reléer utstyrt med en rekke tiltak for å beskytte mot overbelastning og forstyrrende pulser. Friløpsdioder (DC) Friløpsdioder brukes hovedsakelig for å beskytte mot overspenninger, som skjer gjennom selv-induksjon ved betjening av induktiv DC last (elektriske motorer, reléspoler). Spenningstopper er begrenset til tilsvarende verdi av dioden og overspenning slippes via diode. Imidlertid fører dette til en forsinkelse i spenningsfall, og som sådan også forsinkelser i vekslingsoperasjonen. Protective measures Free-wheeling diode Zener diode Suppressor diode Varistor RC element Relèer og Optokoblere Zenerdiode / suppressor diode (DC) Disse fungerer normalt som dioder i gjennomføringsretning. I blokkeringsretningen blir de lave motstandsdyktige i en viss spenning (sammenbrudd spenning/tennspenning). Høye nivåer av overspenninger kan føre til ødeleggelse av zenerdiode / suppressor diode. Varistor (AC / DC) I funksjonelle prinsipp er varistor også basert på en sammenbruddspenning, men med raskere reaksjonstid. Dette gjør at den kan lede bort høyere nivåer av energi, men dette fører til at komponenten aldres. Dette i sin tur reduserer nedbrytningen av spenning over tid og øker lekkasjestrøm. RC-element (AC) RC-element kompenserer spenningstopper ved hjelp av en kondensator. På grunn av ladings- og utladings-egenskaper blir forstyrrelsespulsene filtrert ut når spenningen stiger, og ikke først når overbelastning er nådd. Av denne grunn benyttes RC-elementer for å beskytte mot forstyrrende pulser og utelukke feil vekslingsoperasjoner. Side 49

49 Tekniske data Definisjon av de tekniske dataene som er oppført på følgende sider: Nominell og grenseverdier for belastningskretser Merkespenning Nominell bryterspenning Spenningsfall (ved maks. last) Nominell spenning (isolasjon) Nominell impulsspenning Nomiell strøm Nominell bryterstrøm Kontinuerlig strøm Lekkasjestrøm Nettfrekvens Tillatt kortslutningsstrøm Last kategori til DIN EN Spenningsverdi som definerer anvendelsen av lastkrets og som refererer til relevante tester og lastkategorier. Høyeste spenningsverdi mellom tilkoblinger. Spenningsverdier som refererer til krypstrømsavstander og dielektriske verdier. Toppverdi av en spenningspuls med en fastsatt form og polaritet som optokobler kan tåle under spesifikke testkriterier uten å feile. Denne refererer også til krypstrømsavstander. Driftsstrøm som tar hensyn til driftsspenning, driftsfrekvens og last- og overstrømskarakteristikker ved 40 grader omgivelsestemperatur. Verdien av strømmen som modulen kan føre kontinuerlig. Rms-verdien av strømmen som flyter gjennom vekslingselementet når du er i av-tilstand. Nettfrekvens som modulen ble utviklet i og som de andre karakteristiske verdier tilsvarer. Verdi av strøm som modulen kan føre når den er beskyttet av kortslutningssikring, spesifisert av produsent. LC A: Resistive eller lav induktiv last LC B: Motor laster LC C: Gass utladningslampe LC D: Glødelamper LC E: Transformatorer LC F: Kapasitiv last Nominell og grenseverdier for kontrollkretser Nominell effekt Summen av nom. strøm og spenning. Max. inngangsfrekvens Maksimal frekvensverdi som det er tillatt å bruke på styrespenningen. Nominell styrespenning Spenningsverdien der kontrollkretsen er definert. Lukke spenning Spenningsverdien som lastkrets pålitelig lukker. Bryte spenning Spenningsverdien som lastkrets pålitelig bryter. Slå-på forsinkelse Tid fra å søke den nominelle spenningen til lastkretsen er fullt aktivert. Slå-av forsinkelse Tid fra å åpne den nominelle spenningen til lastkretsen er fullt deaktivert. Omgivelsestemperatur Temperaturområde av den omkringliggende luften som modulen er vurdert i. Lagringstemperatur Temperaturområde av den omkringliggende luften som modulen kan lagres i. Side 50

50 Strømforsyning - Oversikt Strømforsyninger er viktige ledd i energiforsyningens kjede av automasjonssystemer. Uregulert strømforsyning eller regulert slått-mode strømforsyninger i hjertet av alle elektriske skap. 24 VDC har dukket opp som standard spenning for levering av elektrisk sub-samlinger og systemer. Men andre kontrollspenninger er også nødvendig. Riktig strømforsyning er en kritisk faktor for pålitelig drift av de etterfølgende komponentene. Dermed må de velges med særlig oppmerksomhet. Strømforsyninger fra Weidmüller, enten regulert eller uregulert, har vist seg pålitelig over mange år, som tilførsel i elektrisk sub-samlinger og systemer. Weidmüller tilbyr spesialtilpassede løsninger for praktisk talt alle dine krav: Hvordan de fungerer Uregulerte strømforsyninger består av en transformator som transformerer spenningen i ulike AC-spenninger. Enhetene gjør da bruk av en likeretter og en filterkrets for å jevne ut slik at det blir en DC utgangsspenning. Mains (AC) Unregulated transformer power supply Output Strømforsyninger Uregulert transformator strømforsyninger Primære switch-mode strømforsyninger DC / DC omformere Diode-moduler UPS kontroll-moduler Elektronisk fusing Regulerte strømforsyninger i området opp til 1000 W er vanligvis utformet som primær switch-mode strømforsyninger. AC spenningen blir korrigert og forvandlet til høy frekvens til den sekundære side med transistorer og krafttransformatorer. Dette etterfølges av likeretter og filterkrets for å generere DC utgangsspenning. En kontrollkrets sammenligner strøm og spenning på den utgående siden til de angitte målverdier og genererer deretter et kontrollsignal for transistorer. Dette tillater kompensasjon for lastendringer og svingninger i nettspenningen. Som et resultat, forblir utgangsspenningen stabil. Disse strømforsyningene blir i økende grad benyttet for å drives med DC inngangsspenning (for eksempel Weidmüller s PRO-M strømforsyninger). Controller Mains (AC/DC) Output Switched-mode power supply Side 51

51 En DC / DC omformer er en variant av den klassiske switchmode strømforsyning. Transformerings-strategien er tilsvarende som på AC/DC, men det er ingen inngangs likeretter på DC/DC omformeren. Denne starter med en spesifisert DC input spenning, DC / DC omformereren genererer en annen DC spenning på tilsvarende eller annet nivå. De brukes til å tilpasse ulike spennings-nivåer, også for å isolere potensialer. Controller Mains (DC) Output DC/DC converter I bruk verden rundt Weidmüller sine strømforsyninger har blitt designet for bruk over hele verden. De kan brukes i praktisk talt alle programmer i hele verden på grunn av deres CE-merker og mange andre nasjonale og internasjonale godkjennelser. Deres brede inngangsspenningsområde og kompatibilitet med ulike strømtilkoblinger forbedrer deres globale appell. Temperaturområde Under drift, genereres et strømtap i strømforsyninger. I Weidmüller sine switch-mode strømforsyninger, spres varmen kun ved hjelp av naturlige luftstrømmer. Designet, som ikke benytter seg av en avtrekksvifte, er et eksempel på vår overlegne holdbarhetsstandard. Weidmüller sine strømforsyninger, avhengig av modell, kan brukes i temperaturer fra -25 C til +70 C. Kompakt og effektivt design Weidmüller sine switch-mode strømforsyninger er ekstra små fordi de drar nytte av den, over gjennomsnittet, grad av effektivitet som tilbys av de nyeste teknologiene. Strømforsyninger fra Weidmüller - enten de er bok-formet med minimert base-overflate, eller varianter med redusert høyde for bruk i bokser alltid riktig kostnadsbesparende løsning. Side 52

52 standarder og godkjenninger Standarder / Godkjenninger DIN EN (VDE 0160) DIN EN (VDE ) DIN EN (VDE ) DIN EN (VDE 0570 Del 2-17) DIN EN (VDE ) Elektronisk utstyr for bruk i strøminstallasjoner. IT-utstyr - Sikkerhet - Del 1: Generelle krav. Sikkerhet for transformatorer, strømforsyninger og lignende apparater. Del 1: Generelle krav og tester. Sikkerhet for transformatorer, strømforsyningsenheter og liknende utstyr. Del 2-17: Spesielle krav til switch-mode strømforsyningstransformatorer. Maskinsikkerhet - Elektrisk utstyr i maskiner - Del 1: Generelle krav. DIN VDE Bygging av strømanlegg med nominell spenning opp til 1000 V. Del 4: Vernetiltak. Kapittel 41: Beskyttelse mot elektrisk støt. DIN EN Strømforsyningsenheter for lav spenning, med direkte-dagens-utgang - egenskaper. DIN EN Lavspennings bytte-enheter - Del 1: Generelle definisjoner. Strømforsyninger DIN EN Beskyttelse mot elektrisk støt - felles krav til anlegg og driftsløsøre. IEC 38 Utfyllende notater om status for internasjonale standarder og europeiske harmonisering av nettspenninger 230/400 V. 73/23 EWG Elektrisk utstyr til bruk innenfor bestemte rammer (Lavspenningsdirektivet). 2004/108/EF (89/336 EWG) Elektromagnetisk kompatibilitet (EMC-direktivet). 2006/42/EG (98/37 EG) Sikkerhet for maskiner (direktiv dekker mekanisk utstyr). UL-godkjennelse for det Amerikanske markedet. UL Sikkerhetsgodkjennelse for det Amerikanske markedet. CSA Sikkerhetsgodkjenning for det Kanadiske markedet. SGL Test-spesifikasjonene for elektrisk / elektronisk utstyr og systemer til bruk i marin teknologi. UL1310 Klasse 2 strømforsyninger (begrenset energi). UL1604 Elektrisk utstyr for bruk i farlige omgivelser. SEMFI F47 Motstand på elektronisk utstyr mot spenningsfall. 2006/95/EG Lavspenningsdirektivet. (72/23/EWG) EN Klassifisering av omgivelsene. EN Isolasjonskoordinering for elektrisk utstyr. (VDEO110-1) C22.2 No Generelle standarder for strømforsyninger (Kanadisk standard). EN Begrensning av nettspenning harmoniske strømmer. EN x Støyimmunitet tester. Side 53

53 Har overspenningsvern noen verdi? Du kan stole på flaks eller ta forholdsregler Prioriteten du gir til overspenningsvern avhenger av din villighet til å ta risiko! Kanskje du tror det vil aldri skje med meg. Da vil du ikke ha tapt noe, men vil ha fått bare veldig lite. Men da vil overspenning være gjenstand for en daglig bekymring for deg. Dersom du ønsker å være på den sikre siden, bør du inkludere overspenningsvern i bedriftens strategi. En slik investering gir deg driftssikkerhet og dette kan vise seg uvurderlig når katastrofen inntreffer. i alt som kan lede strøm, og dermed fare for isolasjonen i elektrisk utstyr. Antallet lynnedslag per år i Europa alene er betydelige. Lynnedslag er registrert over hele verden. Du kan få de nyeste tallene ved å gå til Internett-adressen / eurobli.htm. Katastrofen kommer fra himmelen De voldsomme naturkreftene i form av et tordenvær er et spektakulært show. Potensielt er dette en farlig hendelse for mennesker og ikke mindre farlig for industrielle og kommersielle lokaler og utstyr. Mens en person hovedsakelig er eksponert for risikoen for et lynnedslag i hans eller hennes umiddelbare nærhet, er dette ikke tilfelle for elektrisk utstyr. Lynnedslag opp til 2 km unna kan skade elektriske komponenter. Bortsett fra dette, er elektriske systemer vesentlig mer følsomme for de indirekte effektene av energien til ett lynnedslag. Lynnedslag genererer sekundære spenninger Elektrisk lysbue i en 10 kv bryter samtidig er slått av. Side 54

54 Men katastrofen kommer også fra innsiden Spenninger som overstiger grensene Og i langt større grad enn fra himmelen. Uansett hvor elektrisitet er brukt, vil det også bli slått av og på. De fysiske prosessene i en betjeningsoperasjon kan også føre til overspenning. Disse overspenninger er på langt nær så høye som de generert av lynnedslag, men de påvirkes i systemet og gir stress på isolasjonen. Selv om betjeningsoperasjoner ikke er like spektakulært som lynnedslag, oppstår de oftere. I tillegg kommer overspenninger forårsaket av elektrostatiske utladninger eller feil innkoblinger. Beskyttelse synes å være et spørsmål om felles-forstand Overspenninger er spenninger som overstiger normale verdier. Disse normale verdiene bestemmes av isolasjonen, som er konstruert og testet i henhold til hensiktsmessige forskrifter. Graden av isolasjon varierer avhengig av type elektrisk utstyr. Vi snakker derfor om isolasjon koordinering. Et element for bruk med 230 V, f.eks en elektrisk motor, er isolasjonstestet med et par kilovolt. Det er åpenbart at en chip på en PCB opererer med 5 V ikke kan ha samme dielektrisk styrke. For denne brikken kan 10 V bety katastrofe. Overspenningsvern Våre moderne arbeidsliv ville være utenkelig uten strømforsyning, instrumentering og kontrollutstyr når de brytes ned. Det kan få store konsekvenser om systemene bryter sammen. De potensielle scenarier spenner fra et kort avbrudd i arbeidet til konkurs. God beskyttelse kan hindre det. Overspenningsvern er et tema for i dag Overspenningsvern er en viktig del av elektromagnetisk kompatibilitet og er derfor påkrevet ved lov. Det har vært mange tekniske forbedringer på området overspenningsbeskyttelse gjennom årene. Kvaliteten og kvantiteten på overspenningsbeskyttelse-systemer har økt. Det kommer frem fra en rapport fra den tyske forsikringsbransjen at den årlige samlede erstatning av utbetaling for forsikringen av elektronisk utstyr har falt litt til tross for at mer elektronisk utstyr brukes, og elektriske og elektroniske systemer blir stadig mer komplekse, og graden av integrering stadig høyere. Likevel, hvert år i Tyskland, blir ca krav registrert over det elektroniske spekteret. Det totale tapet i Tyskland for 2005 beløp seg til 230 mill.. Det er anslått at om lag en tredjedel av disse skyldes overspenninger. Ødelagt komponent Overspenningsvern krever spesiell kunnskap Overspenningsvern må ta hensyn til isolasjonskoordinering. Det må være i stand til å håndtere høye spenninger på høye strømmer like trygt som lav spenning ved lav strøm. Disse kan være helt normalt i andre deler av systemet. Derfor er overspenningsbeskyttelse et komplekst tema. Det består ikke bare av en elektrisk komponent, men snarere flere funksjonelle elementer kombinert i én krets. Dette krever spesiell teknisk kompetanse - ikke bare for levering av funksjonelle overspenningsbeskyttelses-moduler, men også for planlegging og installasjon. Derfor tilbyr denne katalogen ikke bare presentasjon av våre produkter, men gir også omfattende informasjon for å hjelpe deg å forstå overspenningsbeskyttelse. Side 55

55 Elektromagnetisk kompatibilitet EMC - elektromagnetisk kompatibilitet - betyr problemfritt samspill mellom elektriske og elektroniske systemer og enheter uten gjensidig interferens. I denne forbindelse kan noe elektriske elementer opptre på både senderen (kilde til forstyrrelser) og mottaker (potensielt følsom enhet) samtidig. Electrical system MSR MSR 5 Electrical system 2 Vi skiller mellom periodiske forstyrrelser (system hum, RF bestråling), forbigående forstyrrelser (korte, ofte med høye energipulser) og støy (bred distribusjon av forstyrrelsesenergi over hele frekvensområdet). Modellen som brukes i EMC observasjoner utpeker senderen som kilden til interferens utslippet og mottakeren som interferens avløpet. Overføringen av interferens tar plass via line-bundet og / eller felt-bundet (H-field/E-field) koblingsmekanismer. Når det vurderes som en kilde til forstyrrelser kan ikke en enhet eller et system overstige utslippstersklene spesifisert i EMC standardene. Når det vurderes som en potensielt mottakelig enhet, må det samme systemet vise at immunitet mot forstyrrelser spesifisert i standardene. Men ordningen med ulike elektriske systemer innen et komplekst anlegg eller i et rom, og de mange linjer for strømforsyninger, innganger og utganger til kontroller og bussystemer, gir opphav til ulike potensielle påvirkninger. Overspenninger kan bli introdusert av lyn, innkoblinger etc. via de ulike koblingsstier. Dette kan føre til følgende effekter: Redusert funksjonalitet EMC lover og direktiver Det finnes en rekke standarder og myndighetskrav med sikte på å kontrollere gjensidig interferens-drift. Et Single European Market ble opprettet i 1989, et EØS-direktiv som dekker elektromagnetisk kompatibilitet, ble vedtatt og senere ratifisert av regjeringene i medlemslandene. Tyskland er omfattet av elektromagnetisk kompatibilitet Act, vedtatt 9. november Det var en overgangsperiode hvor 1992-loven, Radio Interference Act av 1979 og High- Frequency utstyr Act av 1949, alle var gyldige. Men siden 1. januar 1996 har bare 1992-loven vært gyldig. Den andre endringen av loven har vært i kraft siden 25. september Elektromagnetiske påvirkninger kan være forårsaket av naturlige prosesser, f.eks et lynnedslag, og også tekniske prosesser, for eksempel high-speed endringer i status for strømmer og spenninger. Funksjonsfeil Svikt i funksjoner Skade Disse to siste funksjonelle forstyrrelser medfører stans for hele produksjonsanlegget og forårsaker høye sammenbruddskostnader. Følgende punkter må tas i betraktning for å oppnå et system eller anlegg som opererer i henhold til EMC retningslinjene: Lynvern Jording Ruting av kabler Kabelskjerming Panelkonstruksjon Sensorer og aktuatorer Electrical system 1 MSR Conductive coupling Inductive coupling Capacitive coupling MSR Electrical system 2 Sendere og mottakere Frekvensomformere Source Radiation coupling Potentially Buss-og feltutstyr ESD Side 56

56 Hva er overspenninger? Overspenningsvern (OVP) installasjoner Det å konstruere et elektrisk eller elektronisk system i samsvar med EMC retningslinjer med egnede komponenter er vanligvis ikke tilstrekkelig til å garantere drift, fri for forstyrrelser. Bare ved å innsette overspenningsvern-systemer på passende steder i et anlegg er det mulig å oppnå drift uten avbrudd, forårsaket av overspenninger. Prosedyren for bruk av overspennings-beskyttelsessystemer er også knyttet til påvirkninger mellom forstyrrelseskilden og potensielt mottakelige enheter som blir integrert i et omfattende beskyttende system, sammen med en lynavleder reguleringsplan og isolasjon koordinering. Hva er overspenninger? Overspenninger er ekstremt høye spenninger som skader, eller helt ødelegger isolasjon, og dermed svekker eller forstyrrer helt funksjonen til elektriske og elektroniske komponenter av alle slag. Hver elektrisk komponent er utstyrt med isolasjon til å isolere den elektriske spenningen fra jord eller andre spenningsbærende deler. Isolasjonens styrke er avhengig av nominell spenning og type elektriske komponenter, som fastsettes av IEC / VDE forskrifter. Komponentene er testet ved å benytte foreskrevet spenninger for en definert periode. Hvis testspenningen er overskredet i drift, er effekten av isolasjonen ikke lenger garantert. Komponenten kan bli skadet eller helt ødelagt. Overspenninger er spenningsimpulser som er høyere enn testspenning, og vil derfor kunne ha en ødeleggende effekt på de respektive elektriske komponenter eller system. Dette betyr at komponenter med høy spenning kan være i stand til å motstå en bølge spenning. Men komponenter med en lavere spenning vil være veldig mye i risiko fra samme bølge. En overspenning, for eksempel i en elektrisk motor, kan konstruere en katastrofe for en elektronisk krets! Permanent høyere spenninger kan også oppstå med 50/60 Hz nettfrekvens. Disse spenningene oppstår som følge av feil betjeningsoperasjoner. Resultatet av disse kontinuerlige forstyrrelsesspenningene kan også begrenses ved hjelp av overspenningsvern. Individuelle overspenningsimpulser, som har en høy frekvens på grunn av sin fysiske dannelse, har en gjeldende økning som er omtrent ti tusen ganger brattere mot 50 Hz spenning. Hvis gjeldende stigningstid i 50/60 Hz området er 5 ms, kan en overspenning endre tiden til 1 μs. Disse overspenninger er utpekt som forbigående spenninger. Dette betyr at de er kortvarige, midlertidige svingninger. Deres form og frekvens er avhengig av impedansen til kretsen. Voltage (V) Voltage (V) Leading edge of mains voltage Time (ms) Leading edge of overvoltage pulse Time (µs) Overspenningsvern Side 57

57 Hvordan oppstår overspenninger? Overspenninger er hovedsakelig forårsaket av: Forbigående innkoblinger og sekundær viklingene består av kun en enkelt vikling, dvs. induktans er lav. Lyn grunnet atmosfæriske utslipp C P C P Elektrostatiske utladninger C P Feil innkoblinger Lyn Lyn inneholder svært høye strømmer. Derfor skaper lyn høyt spenningsfall og følgelig en stor økning i potensialet, selv i godt jordede bygninger eller anlegg, til tross for lav jordingsmotstand. Dette vil da føre til en galvanisk, induktiv eller kapasitiv kopling av overspenninger i kretser av elektriske eller elektroniske innretninger. Det vil også trenge gjennom isolasjonen.. Kapasitiv kobling En kapasitiv kobling av overspenninger er også mulig. Den høye spenningen som lynet genererer gir et elektrisk felt med høy feltstyrke. Transporten av elektroner kan føre til et kapasitivt overslag til kretser med lavere potensiale og heve det totale potensialet til overspenningsnivå. E / H i 1 i 2 Z g i g ESD kobling Overspenninger overføres direkte i kretser via felles jordingssystemets impedanser. Omfanget av overspenning avhenger av strømstyrken av lyn- og jordingsforhold. Frekvensen og bølgens atferd er i hovedsak bestemt av induktans og hastigheten på den gjeldende kurve. Selv et fjernt lynnedslag kan føre til overspenninger i form av stigningsbølger, som påvirker ulike deler av elektriske anlegg i form av ledende kobling. i S Induktiv kobling H i ind Et høy-ampere lynnedslag genererer et sterkt magnetisk felt. Her kan overspenninger mot nærliggende kretser nås ved hjelp av en induserende effekt (f.eks direkte jordet leder, strømforsyningslinjer, datalinjer, etc.). Ifølge transformatorprinsippet, er koblingen av induserte spenninger betydelig på grunn av den høyfrekvente strøm di / dt - selv når primær Strålingskobling Elektromagnetiske bølgefelt (E / H-feltet), som også må passes på når det lyner (fjernfelt tilstand, E / H-feltet vektorer vinkelrett på hverandre), påvirker ledende strukturer på en slik måte at overspenninger må forventes, selv uten direkte lynnedslag. Permanent bølgefelt fra sterke sendere er også i stand til å forårsake forstyrrelsesspenninger i linjer og kretser. Betjeningsoperasjoner - transienter Oftere, er det innkoblinger som forårsaker forstyrrelser i stedet for lyn. Høystrøms nedstengninger i strømnettet kan gi spesielt store overspenninger. Betjeningsoperasjoner kan generere overspenninger, på grunn av sin konstruksjon: kontakter som slår på eller av opererer ikke synkronisert med nullpunktet av en vekselstrøm. Dette betyr at i de fleste tilfeller er det en svært rask endring av gjeldende, fra en høy verdi til null (di / dt). På grunn av impedansene i den berørte kretsen, fører dette til transiente overspenninger med høyfrekvente svingninger og høye spenningstopper. Disse kan nå elektriske komponenter med ledende, induktive eller kapasitive overspenninger og skade eller ødelegge disse. Det samme vil gjelde ved en kortslutning da dette også representerer en rask bryterfunksjon. Side 58

58 Elektrostatiske utladninger - ESD Elektrostatiske utladninger (ESD) forårsaket av friksjon er ekstra godt kjent. Du kan oppleve dem når du går ut av en bil eller går over et teppe. Disse utslippene kan være over volt i styrke. Vi snakker om ESD når disse spenninger utslippes til et lavere potensial. Dersom en slik spenning skulle treffe for eksempel elektroniske komponenter, kan disse bli helt ødelagt. Feil innkoblinger Igjen og igjen opplever vi feil innkoblinger i 50/60 Hz strømnettet. Dette kan være forårsaket av en mislykket strømforsyning eller feil ledninger i en tavle. De relativt høye spenninger som kan oppstå, representerer også farlige overspenninger. Beskyttelse mot disse er avgjørende. Electrical system SURGE PROTECTION SURGE PROTECTION SURGE PROTECTION MSR 5 Overspenningsvern Beskrivelse av interferense spenninger Overspenninger som oppstår mellom strømførende ledere eller mellom en strømførende leder og nøytralleder er utpekt som tverrgående spenninger eller symmetrisk forstyrrelser. i S Overspenninger som oppstår mellom en strømførende leder og den beskyttende jordlederen er utpekt som langsgående spenninger eller asymmetriske forstyrrelser. i S i S U Q Normal-modus interferens (symmetrisk interferens) En spenning mellom supply og returleder, differensialmodus spenning / strøm. Skjer hovedsakelig ved lave frekvenser via forstyrrelser i eksisterende linjer. Forstyrrelsen forårsaker en forstyrrelsesspenning UQ direkte på interferens punktet (mellom inngangsklemmene). Med galvanisk eller induktiv kopling, er både effektive kilder og interferens kilder koblet serielt. Serietilkobling av last og forstyrrelseskilde, for eksempel i tilfelle av induktive (magnetfelt) eller ledende kobling (vanlig impedans). I symmetriske kretser (ikke-jordet eller virtuelle potensielle jordet), oppstår det normal-modus forstyrrelser som symmetriske spenninger. I usymmetriske kretser (jordet den ene siden), oppstår det normal-modus forstyrrelser som usymmetriske spenninger. i S UL U L De forskjellige former for interferens spenning I utgangspunktet er kombinerte transiente overspenninger enten normal-modus eller felles-modus forstyrrelser målt som en langsgående eller tverrgående spenning. Forstyrrelsesspenningen oppstår som symmetrisk, usymmetrisk eller asymmetrisk, avhengig av de spesielle systemer som er involvert. Side 59

59 Tverrgående spenning UQ (normal-modus spenning) Koblet transient interferens spenning mellom to aktive ledere. Ved usymmetriske kretser med jord potensial, er de tverrgående spenninger lik den langsgående spenning. Dette kan begrenses av vridde par av tilknyttede ledninger sammen som gir ett eller flere lag med skjerming i form av kabelskjerming. Dette reduserer induksjon av tverrgående spenninger. Fellesmodus interferens (unsymetrisk interferens) Spenning mellom leder og referansepotensial (jord), fellesmodus spenning / strøm. Hovedsakelig forårsaket av en kapasitiv kobling (elektrisk felt). Derfor flyter betydelige fellesmodus forstyrrelser strømmer bare på høyere frekvenser. Interferensen på potensielt utsatte apparater forårsakes av at spenningen synker på tilførselsledere (i hvert tilfelle mellom inngang og referanse jord). Kilde for interferens mellom signal-wire og referanseleder, f.eks på grunn av en kapasitiv kobling eller en økning i referansepotensial mellom separate earths. I symmetriske kretser, oppstår felles-modus forstyrrelser som asymmetriske spenninger mellom DC forskyvning av kretsen og referansen jorden. Supply og returleder har samme forstyrrelses-spenninger i forhold til referansen. I usymmetriske kretser, oppstår felles-modus forstyrrelser som usymmetriske spenninger mellom de enkelte ledere og referansjorden. Symmetriske, usymmetriske og asymmetriske forstyrrelsesspenninger Den symmetriske forstyrrelsesspenningen måles mellom tilførsel og retur ledere i en krets. U sym. = U unsym. 1 - U unsym. 2 Den usymmetriske forstyrrelsspenningen måles mellom en leder og referansepotensial (jord) i en krets. U unsym. 1 = U sym. + U unsym. 2 U unsym. 2 = U unsym. 1 - U sym. Den asymmetriske forstyrrelsesspenningen måles mellom offset og referansepotensial (jord) i en krets. U asym. = (U unsym. 1 + U unsym. 2) / 2 Normal-modus forstyrrelser i symmetriske kretsen 1. Serie sammenheng mellom spenningskilde og forbruker. Kretsen er utformet uten referanse potensiale eller at virtuellt potensial har tilknytning til referanse potensial. Interferens spenning legges til signalet fordi signalstrømmene, som regel er normal-modus strømmer. 2. Symmetriske signal transmisjoner, f.eks som med en mikrofon bruker to ledninger med skjerming. Virtual potensial har tilknytning til referanse potensial. Symmetrisk interferens spenning er lagt til å signalisere og asymmetriske forstyrrelsesspenning oppstår mellom virtuelle potensial og referanse potensial. Langsgående spenning UL (vanlig-mode spenning) Felles transient interferensspenning mellom en aktiv leder og jordpotensial. Som regel er de langsgående spenninger høyere enn tverrgående spenning (den tverrgående spenningen er lavere på grunn av kabelskjerming og vridning). Langsgående spenninger forårsaket av lynstrømmer på kabelskjerming, og man kan anta ganske høye verdier, spesielt i tilfelle av lange linjer inn i en bygning fra utsiden. U push-pull U common mode push pull interference I push-pull U sym. U unbalanced 1 I push-pull U unbalanced 2 Z / 2 Z / 2 transverse voltage U asym. Side 60

60 Normal-modus forstyrrelser i usymmetriske kretser Serie sammenheng mellom spenningskilde og forbruker. Kretsen er utformet med tilknytning til referansepotensial, for eksempel koaksialkabel. Interferens spenning oppstår som usymmetrisk spenning mellom linje og referanse potensial. Fellesmodus forstyrrelser i symmetriske kretser Forårsaker ikke noen forstyrrelsesspenning i ideelle (helt symmetriske) kretser. Men komponentene er satt under en tyngre belastning av ekstra strøm. Konsekvenser Impedanser og kapasiteter er likeverdige i ideelle kretser. Dette betyr at strømmen i tilførselsledere generert av overspenninger også genererer forstyrrelsesspenning. Men i praksis er impedanser og kapasitanser i tilførsel og retur ledere forskjellige. Dette resulterer i ulike strømmer som forårsaker ulike spenninger til jorden i tilførselsledere. Så den skjeve impedansen som fører til felles-modus spenning, blir for det meste, en normal-modus spenning på grunn av ulikheter i spenninger til jord av tilførselsledere. Overspenningsvern Z / 2 Fellesmodus forstyrrelser i usymmetriske kretser U push-pull U unbalanced 1 U sym. Z / 2 Forårsaker ikke noen forstyrrelsesspenning i ideelle (helt symmetriske) kretser. U common mode U unbalanced 2 U asym. Fellesmodus forstyrrelser ved høyere frekvenser Impedansen har en sterkere innflytelse dersom frekvensene øker. Forstyrrelsesspenningen stasjonerer felles-mode strømmer gjennom de ulike impedanser av tilførselsledere og til jorden via kapasitanser og tilbake til kilden til interferens. common mode interference I common mode Z / 2 U push-pull U sym. U unbalanced 1 Z / 2 I common mode U asym. U common mode U unbalanced 2 longit adinal voltage Side 61

61 Forebygging er bedre enn kur Det gjelder også for helse som på elektriske og elektroniske komponenter og systemer. Tar man økonomiske hensyn i betraktning betyr dette også å investere i overspenningsvern. Denne investeringen er bare en brøkdel av kostnaden for de skader som kan oppstå. Å måtte stenge ned et produksjonsanlegg fordi et kontrollsystem har sviktet, eller sammenbruddet av industrielle dataoverføringer kan bli dyre opplevelser. Det er ikke bare avbrudd eller reperasjoner som er dyre, nedetiden på anlegget må også tas i betraktning. Risikoen som følge av overspenning er betydelige. I tillegg er gjennomsnitlig tid mellom feil også redusert. Overspenninger representerer en betydelig fare. Dette er ikke bare demonstrert av skade-statistikken fra forsikringsselskapene. Generelt, er alt elektrisk utstyr truet av overspenninger. Dette inkluderer alt fra frittstående høyspentanlegg til elektroniske mikro-komponenter. For lavspenning, er denne risikoen særlig tilstede innen strømforsyning, måle- og kontrollteknologi, telekommunikasjon og dataoverføring. Vi tilbyr de perfekte serier overspenningsvern for disse nevnte feltene. Overspenningsvern har blitt et tema av økende betydning. På den ene siden vil elektriske og elektroniske komponenter fortsette å bli mindre. På den annen side er det økende grad av automatisering i industri-og forbrukerelektronikk. Sikkerhetsmarginene på isolasjon og krypstrømsavstander er synkende. Dette i sin tur, senker nivået av toleranse. Elektroniske kretser fungerer ved lave spenningsnivåer på bare noen hundre volt. Dermed kan overspenninger utgjøre en betydelig fare. Lovgiver har også anerkjent viktigheten av å sikre riktig spenningbeskyttelse. Den tyske Lov om elektromagnetisk kompatibilitet i enheter etablerer riktig EMC-kompatibelt design og layout for elektrisk og elektronisk utstyr. Overspenningsvern er en del av disse EMC tiltakene. Tiltak for å gjennomføre denne beskyttelsen er beskrevet i en rekke IEC / VDE standarder. Slike tiltak kan også hjelpe med å skaffe CE-merket for godkjenning. Årsak til overspenning ICE Vernetiltak spesifisert i: DIN VDE IEC Installasjon av verneinnretninger spesifisert i: IEC Direkte lynnedslag X X X Remote lynnedslag X X X Lyn felt X X Bytte operasjoner X X Faget overspenningsvern er forholdsvis komplisert og krever spesiell kunnskap. Derfor gir denne katalogen deg noe nyttig informasjon. Og hvis du vil vite mer, kontakt oss. Vi er glade for å hjelpe og gi deg råd. Side 62

62 Hvordan oppnår vi vern av overspenning? Vi må vurdere overspenningsvern fra to synsvinkler: Generelle beskyttelsestiltak under planlegging og bygging av bygninger og elektriske installasjoner. Spesielle beskyttelsestiltak realisert ved installasjon av overspenningsvern. Planlegging av bygninger og elektriske installasjoner Mye kan gjøres for å forhindre skade på grunn av overspenninger, ved nøye planlegging og bygging av bygninger og elektriske / elektroniske systemer kan mye gjøres. Selv om disse tiltakene bare gir grunnleggende beskyttelse, kan de utgjøre kostnads-besparelser på en effektiv måte. Det er viktig å inkludere et tilstrekkelig dimensjonert jordingssystem helt fra første byggetrinn. Bare dette punktet alene garanterer full potensialutligning i tilfelle av interferens. Ved planlegging av den elektriske installasjonen, må man sørge for å sikre at elektriske anlegg med ulik merkespenning holdes atskilt. Tilsvarende sikringssoner kan da være satt opp og dette fører til kostnadsbesparelser for overspenningsbeskyttelse. Overspenninger holdes borte fra utsatte elektriske komponenter ved først å redusere dem til en ufarlig dimensjon før de når komponentene. For å gjøre dette, bruker vi overspenningsavledere som reagerer svært raskt. De må svare i løpet av den høyfrekvente stigende fasen av en overspenning, dvs. før en farlig verdi er nådd, og slukke overspenning. Responstiden ligger i nanosekunds-området. Naturligvis må overspenningsvern komponenter være i stand til å tåle svært høy strøm, siden en bølge under visse omstendigheter, kan levere flere tusen ampere. Samtidig bør det ikke forbli mye (dvs. farlig) restspenning, selv om driftsstrøm er svært høy. Bortsett fra det, er det helt avgjørende at overspenningsbeskyttelse komponenten er meget raskt tilgjengelig igjen i elektrisk form etter at overspenningen har blitt slukket ved å ledes til jord. Dette er nødvendig for å sikre at funksjonen til kretsen er garantert. Gode overspenningsvern kjennetegnes ved: Rask responstid SURGE PROTECTION Overspenningsvern Videre er det den fysiske separasjon eller skjerming av linjer som kan påvirke hverandre, en god måte å oppnå maksimal elektrisk isolasjon. Et annet godt alternativ er å splitte opp de enkelte faser av tre-fase systemer i forhold til sine funksjoner, f.eks en fase bare for forsyningen til instrumentering og kontrollsystemer. Selvfølgelig gjør ikke alle disse primære tiltakene at man oppnår full beskyttelse. For å gjøre dette, må du installere ekstra beskyttende komponenter. Overspenningsvern komponenter Høy strøm-bæreevne Lav restspenning God reaktiveringstid Weidmüller kan levere beskyttende komponenter som oppfyller alle disse kriteriene. Avhengig av vernet, består disse vanligvis av en kombinasjon av individuelle komponenter, som beskrevet i kapittelet om overspenningskomponenter. Hvilken kombinasjon av beskyttende komponenter som er tilgjengelig for det aktuelle vernet er beskrevet i kapitlene B, C og D i Weidmüllers katalog som omhandler overspenningsvern. Side 63

63 Klassifisering og beskyttende soner Kravene til overspenningsvern og de nødvendige prøvene for overspenningsvern komponenter er fastsatt av nasjonale og internasjonale standarder. For merkespenning opp til 1000 V AC, gjelder standardene for produsentene av overspenningsbeskyttelse og installatører av overspenningsbeskyttelse i anlegget eller systemet. Denne brosjyren inneholder en liste over gyldige standarder for din referanse. Isolasjonskoordinering for elektrisk utstyr i lavspenningssystemer for IIIV EN (IEC ) er avgjørende for utformingen av overspenningsbeskyttelse. Dette angir ulik dielektrisk styrke innen elektriske systemer. Basert på denne, kan enkelte lynvernsoner settes opp i henhold til IEC / EN Lyn fredningssoner En beskyttelsessone er preget av en fullt jordet konstruksjon. Med andre ord, har det et omsluttende skjold som muliggjør full potensialutligning. Denne skjermingen kan også bli dannet av bygningsmaterialer som metallfasader eller metallforsterkning. Linjer som går gjennom dette skjoldet skal være beskyttet med avledere på en slik måte at et foreskrevet beskyttelsesnivå oppnås. Videre beskyttende soner kan settes opp i en slik beskyttende sone. Beskyttelsesnivået av disse sonene kan være lavere enn den tilhørende sikringssone. Dette fører til et koordinert beskyttelsesnivå for objektene som skal beskyttes. Ikke alle individuelle deler må være beskyttet med maksimalt beskyttelsesnivå (for eksempel mot lyn). I stedet kan individuelle beskyttende soner garantere at et visst overspenningsnivå ikke er overskredet, og dermed ikke kan infiltrere denne sonen. Klassifisering Opprinnelig var beskyttende soner klassifisert i henhold til grov, mellom og fin beskyttelse. Disse beskyttende sonene ble utpekt klassene B, C og D i IEC (VDE ). Det var også en klasse A for eksterne avledere (f.eks. for lavspennings kjøreledninger), men denne klassen er nå opphevet. IEC (Feb 1998) klassifiserer de beskyttende soner som klasser I, II og III. Sammenligning av overspenningsvern klassifikasjoner. Mange nasjonale standarder, f.eks i Østerrike, er utledet fra de nevnte VDE eller IEC-standarder Tidligere IEC Nå IEC 37A / 44 / CDV eller IEC (Feb 1998) Avledere av krav klasse B, lynvern ekvipotensial binding til DIN VDE 0185 del 1 ( B avledere ) Klasse I avledere Avledere av krav klasse C, overspenningsvern i permanente installasjoner, beskyttelse tåler spenningskategori (beskyttelseskat.) III ( C avledere ) Klasse II avledere Avledere av krav klasse D, overspenningsvern i mobile / faste innretninger, beskyttelse tåler spenningskategori (beskyttelseskat..) II ( D avledere ) Klasse III avledere Side 64

64 Testkriterier Den nye klassifiseringen er basert på den erfaring at Bavledere kan bli overbelastet i ekstreme situasjoner, og også på nyere undersøkelser i lynnedslag og dertil utslipp. Dette resulterte i den nye standardiserte 10/350 μs som er dagens kurver for testing av klasse avledere. Test parameterne ligger mellom 12,5 og 25 ka Ipeak. Begrepet 10/350 μs betyr at overspenningen når 90 % av maksimal verdi etter 10 μs, og deretter forfaller til halvparten verdi etter 350 μs. Området under denne kurven tilsvarer energien som brukes i testen. Som tidligere, er klasse II avledere (tidligere C avledere ) testet med 8 / 20 μs kurve. Strømgjennomgang gjeldende for våre avledere: for en 2-polet opp til 75 ka, for en 4-polet opptil 100 ka. Klasse III avledere (tidligere D avledere ) blir brukt for å beskytte utstyret. Disse er testet med 2 a W hybrid bølge strømgenerator som leverer en maksimal ladespenning på 0,1 til maks. 20 kv, som i løpet av en kortslutning forsyner mellom 0,05 og 10 ka, 8 / 20 μs. Tidligere Grov beskyttelse Medium beskyttelse Fin beskyttelse Klassifisering Testverdier Applikasjoner VDE 0675 B- avleder C- avleder D- avleder IEC 37A klasse I I IMP = 25 ka Beskyttelse mot direkte lynnedslag. klasse II klasse III 1-pol I N = 20 ka 8/20 µs kurve 3- eller 4-pol I N = 100 ka 8/20 µs kuve U OC = 20 kv max. I S = 10 ka max. hybrid generator Beskyttelse for permanente installasjoner (elektrisk distribusjon etc.) Beskyttelse for enheter (stikkkontatker etc.) Overspenningsvern Test pulse 8 / 20 µs Voltage % t in µs Test pulse 10 / 350 µs Voltage % t in µs Test pulse 1.2 / 50 µs Voltage % Side 65 t in µs

65 Komponenter for overspenningsvern Det er ingen ideell komponent som kan oppfylle alle tekniske krav til overspenningsbeskyttelse like effektivt. I stedet bruker vi en rekke komponenter som ulike fysiske metoder for drift som utfyller hverandre, og disse har forskjellige beskyttende effekt. Super-rask reaksjonstid, høy strømbæreevne, lav restspenning og lang levetid, som alene ikke kan finnes i en enkelt komponent. I praksis bruker vi tre hovedkomponenter: 1. Gnistgap 2. Varistorer 3. Supressordioder Derfor, for å optimalisere overspenningsbeskyttelse er grupper av disse komponentene ofte kombinert i en beskyttende modul. 4. Kombinasjonkretser 1. Gnistgap (GDT) Puls form uten GDT U(kV) 1,0 0,5 Puls form med GDT U(kV) 1,0 0,5 1µs t 1µs t Navnet sier alt. Høye spenninger slippes til jord via en gnist gap (f.eks gass avløpsrøret) som har blitt avfyrt. Utslipp kapasitet på gnistgap er svært høyt - opptil 100 ka avhengig av type. Gass gnistgapene er innlemmet i isolerende glass eller keramiske (aluminiumoksid) hus. Elektrodene på sparkover gapet er laget av en spesiell legering og plassert i kapslinger som er vakuum forseglet og fylt med en edelgass som argon eller neon. De er justert med hensyn til form og klaringsavstand, slik at spenningen som oppstår produserer en fordeling av feltstyrken. Dette resulterer i en ganske presis spenningsverdi for komplett tenning av gnist gap. Husene er vakuumtette og fylt med en inert gass som argon eller neon. Gnisten har en bipolar funksjon. Tenningen på angitt spenningsnivå derimot, er avhengig av hvor bratt anvendt overspenningen er. Den karakteristiske kurven for tenning av gassfylte gnistgap avslører at spenninger øker for de overspenninger som klatrer mer bratt. Konsekvensen er at for svært bratte overspenninger, blir tennspenningen (det vil si beskyttelse nivå) relativt høy og kan være godt i overkant av nominell spenning til gnist (ca V). Den problematiske slukke atferd gnistgapet kan være en ulempe. Buen har en svært lav spenning og er kun slukket når verdien faller under dette. Derfor, ved utformingen av geometrien av en gnistgap, er vekt på å sikre at - gjennom lange avstander og også gjennom kjøling at spenningen på buen fortsatt er så høy som mulig, og slik blir slukket relativt raskt. Likevel kan en lengre følgestrøm oppstå som konsekvens av dette. En effektiv løsning er å koble et gnistgap og et hurtigvirkende smeltemetall legering koblet i serie. Side 66

66 2. Varistorer 3. Suppressor dioder U U U U Overspenningsvern t t t t Varistorer benyttes ofte i overspenningsvern i form av MOV (metall oksid varistor) og har en motstand som avhenger av spenningen. Dette blir vanligvis utført i form av metalloksid (sink-oksid) plater. Disse er lav-ohmige i området over den nominelle spenningen. Tennspenningen er begrenset siden det må gå en strøm gjennom varistoren. Varistoren fungerer like godt begge veier. Avhengig av type har varistorer enten en middels eller høy utladningskapasitet. Dette området er enten 40 eller 80 ka. Responstiden er raskere enn 25nS. Suppressor dioder fungerer på en lignende måte som Zenerdioder. Det finnes enveis og toveis versjoner. Uni-directional suppressordioder er ofte brukt i DC kretser. Sammenlignet til standard Zenerdioder, har suppressor dioder en høyere strømførende kapasitet og er betydelig raskere. På et visst spenningsnivå, blir de ledende svært raskt. Men deres strømbæreevne er ikke veldig høy. Det er bare et par hundre ampere. I stedet har de en veldig rask reaksjonstid som ligger i picosekund området. Dessverre, har supressordioder en betydelig iboende kapasitans. Derfor, som med varistorer, må deres mulige dempingseffekt på høye frekvenser tas i betraktning. Men det finnes også ulemper ved bruk av varistorer. To faktorer som må tas i betraktning er relativt høy kapasitans, og aldringen av varistoren. Lekkasjestrømmer vil oppstå over tid, avhengig av hvor ofte den har utladet. Dette fordi enkelte motstandselementer brytes ned. Dette kan igjen føre til temperaturforhøyning eller fullstendig ødeleggelse. Den høye kapasitansen varistoren har, vil også skape problemer i anlegg med høye frekvenser. Demping av signaler over ca.100 khz vil forekomme, og varistorer er derfor ikke egnet som vern i for eksempel et dataoverføringsanlegg. Side 67

67 4. Kombinasjonskretser Å kombinere komponentene beskrevet tidligere resulterer i fine beskyttelsesprodukter som kan matche individuelle behov. Dersom en spenningspuls når input til en slik kombinasjonskrets, blir gassen i gnistgapet avfyrt og resultatet blir utslipp med høy strøm. Den gjenværende puls dempes av en ned-strøms induktans og blir senere mottatt og begrenset av varistor- og / eller supressordiode. Hvis gassen ikke er utløst, dvs. i tilfelle en lavere spenning, blir pulsen utladet av varistor eller supressordioden alene. Rekkefølgen av de enkelte komponentene resulterer i en økende responsfølsomhet mot utgang. En forstyrrelsesspenning med en oppgang på 1 kv / μs, og en topp på 10 kv ved inngangen er begrenset av en gass-fylt overspenningsavleder til ca V. Det andre stadiet, frikoplet fra den første ved hjelp av en induktans, senker denne verdien til ca. 100 V. Denne spenningspulsen blir så redusert til ca.35 V (i et 24 V beskyttelseskombinasjon) av supressordiode. Derfor trenger nedstrøms elektronikken bare være i stand til å takle en spenningspuls på ca. 1,5 x UB. Bilde: Overspenningskurve kv V V V Surge voltage wave µs µs µs µs U B U Side 68

68 Lynvernklasser Lightning protection classes I II 200 ka 100 ka PAS 100 ka 150 ka Lynvernklasse I Lynvernklasse I dekker en puls på 200 ka. Dette gjelder ytre lynvern fasiliteter. Halvparten av denne pulsen er ledet til jord og den andre halvparten er ledet til den delen av anlegget som er ledende. Hvis bare et fireleder system er tilgjengelig, vil en strøm på 25 ka bli distribuert til hver leder. For et femleder system, ville det tilsvare 20 ka. Denne lynvern klassen dekker flere områder, blant annet: petrokjemiske anlegg (Ex-soner) og sprengstoff depoter. Lynvernklasse II Lynvern klasse II dekker en puls på 150 ka. Dette gjelder ytre lynvern fasiliteter. Halvparten av denne pulsen er ledet til jorden og den andre halvparten er ledet inn til den delen av anlegget som er ledende. Hvis bare fireleder system er tilgjengelig, vil en strøm på 19 ka bli distribuert til hver leder. For et femleder system, ville det tilsvare 15 ka. Denne lynvern klassen dekker flere områder, blant annet: deler av sykehus, shipping lager og telekommunikasjonstårn. Overspenningsvern 75 ka PAS Lynvernklasse III/IV III/IV 75 ka 100 ka Lynvern klasse III dekker en puls på 100 ka. Dette gjelder ytre lynvern fasiliteter. Halvparten av denne pulsen er ledet til jorden og den andre halvparten er ledet til den delen av anlegget som er ledende. Hvis bare et fireleder system er tilgjengelig, vil en strøm på 12,5 ka distribueres til hver leder. For et femleder system, vil det tilsvare ca.10 ka. 12,5 ka verdien brukes også her. Omtrent 80 % av alle applikasjoner blir dekket av lynvern klasse III. Dette inkluderer hus, hjem, administrative bygninger og industrielle anlegg. 50 ka PAS 50 ka Side 69

69 ations, installation positions: ation installasjon Office buildingav overspenningsvern Applications, installation positions: applikasjon kontorbygg Application Office building The basics of Surge protection Office building with lightning protection LPZ OA Ap Ap A LPZ OB LPZ OA LPZ OB EMA BMA RV HAK PAS EMA BMA RV 3 9 HAK PAS 5 6 voltage supply) Arresters with sparkover gaps, PU 1 TSG / PU 1 TSG+ Arresters Power with high-power (lavspenningsforsyning) varistors, PU BC series, PU I series Arresters 1 with Klasse varistors, I PU II Avledere series med gnistgap, PU en TSG / PU en TSG + Arresters 2 Power for Klasse installing (low-voltage I in subdistribution supply) Avledere boards, med høy PU effekt III series varistorer, PU I serien Arresters 31 Class in Klasse the Iform II of Arresters plug-in Avledere surge with protectors, sparkover med varistorer, gaps, PU D ZSPU 1 TSG II-serien / PU 1 TSG+ 2 Class I Arresters with high-power varistors, PU BC series, PU I series 4 Klasse III Avledere for installasjon i underfordelinger, PU III serien 3 Class II Arresters with varistors, PU II series 5 Klasse III Avledere i form av plug-in overspenningsvern, PU D ZS ction for data 4 Class lines, III e.g. Ethernet Arresters CAT.5 for installing in subdistribution boards, PU III series 5 Class III Arresters in the form of plug-in surge protectors, PU D ZS Data ata Arresters 8 Data in Overspenningsvern the form of plug-in surge for protectors datalinjer, with f.eks Varitector pluggbart vern protection 8 Surge for analogue protection telephone for data lines, lines, e.g. PU Ethernet D ZS CAT.5 Arresters Strøm in the og form data of plug-in surge protectors with protection Power Klasse for digital and data III telephone Avledere lines, PU i form D ZS av overspenningsvern med 6 Class III Arresters in the form of plug-in surge protectors with beskyttelse for analoge telefonlinjer, Varitector pluggbart vern tion and control Klasse equipment protection for analogue telephone lines, PU D ZS III Avledere i form av overspenningsvern med ction for instrumentation 7 Class III and Arresters control in circuits, the form e.g. of MCZ plug-in OVP surge series protectors with protection beskyttelse for digitalfor telephone digital lines, telefonlinjer, PU D ZS Varitector pluggbare vern SURGE PROTECTION SURGE PROTECTION Stan IEC Clas IEC This It inc P P P P Reg IEC Stan Instrumentering Instrumentation and og control kontrollutstyr equipment 9 Surge Overspenningsvern protection for instrumentation for instrumentering and control circuits, og kontrollkretser, e.g. MCZ OVP f.eks seriesvaritector pluggbar eller i rekkeklemmeformat. For Varitector, se eget kapittel bak i boken. A.20 Side 70

70 plications, installation positions: plication Applications, installasjon Industrial installation building av overspenningsvern positions: applikasjon industribygg Application Industrial building LPZ OA Industrial building with lightning protection The basics of Surge protection A The basics of Surge protection LPZ OB 3 LPZ OA LPZ OB A Overspenningsvern EMA BMA RV 3 EMA HAK 1 BMA RV PAS HAK PAS dards Current Ed , SPDs connected to low-voltage power distribution systems. Standarder s I, Class II and Class III products are tested in accordance with this standard. Telecom IEC Ed , SPDS knyttet til lavspent strøm distribusjonssystemer. Standards Klasse I, klasse II og klasse III produkter er testet i henhold til denne standarden. Gas /EN until 4,- Protection against lightning. Current IEC Ed , SPDs connected to low-voltage power distribution systems. lightning protection standard defines everything to do with internal and external lightning protection. Class I, Class II and Class III products are tested in accordance with this standard. Water Telecom ludes four IEC sections: / EN til 4, - Beskyttelse mot lynnedslag. rotection against Denne Lightning lynvern standarden Part 1: General LPZ definerer principles alt å gjøre med interne og eksterne lynvern. OA Gas IEC/EN until 4,- Protection against lightning. rotection against Lightning Part 2: Risk management: assessing the damage risk for buildings and structures Unprotected area outside of the This Det lightning omfatter protection fire deler: standard defines everything to do with internal and external lightning protection. rotection against Lightning Part 3: Physical damage to structures and life hazared building. Direct lightning strike; Water no It includes four sections: rotection against Lightning Part 4: Electrical and electronic systems within structures shielding against electro- magnetic Protection Beskyttelse against mot Lightning Lyn - Del Part 1: 1: Generelle General principles LPZ prinsipper interference. LPZ OA Protection against Lightning Part 2: Risk management: assessing the damage risk for buildings and structures Unprotected OA area outside of the ulations for installation Ubeskyttet building. Direct område lightning utenfor Protection against Lightning Part 3: Physical damage to structures and life hazared strike; no : LPZ Beskyttelse , Electrical mot installations Lyn - Del of 2: buildings Risk management: Part vurdere skaderisikoen for OB Protection against Lightning Part 4: Electrical and electronic systems within structures bygningen. shielding against Direkte electro- lynnedslag, magnetic dard for the installation Area protected by lightning bygninger of og low-voltage konstruksjoner facilities. interference. protection system. ingen No skjerming shielding mot elektromagnetisk interferens. Regulations for installation against LEMP. IEC LPZ : Beskyttelse , mot Lyn Electrical - Del 3: installations Fysisk skade of buildings på strukturer Part og fare for liv OB Standard for the installation of low-voltage facilities. Area protected by lightning LPZ protection OB system. No shielding Beskyttelse mot Lyn - Del 4: Elektriske og elektroniske systemer innen strukturer Areal against beskyttet LEMP. av lynvernsystem. Ingen skjerming mot LEMP. Forskrift for installasjon A.21 IEC : , Elektriske installasjoner i bygninger - Del Standard for installasjon av lavspent anlegg. A.21 Side 71

71 Generelle installasjonsråd Mange detaljer må tas i betraktning under installasjon av overspenningsvern, og det elektriske systemet for å oppnå optimal beskyttelse. Arrangement og inndeling av elektrisk panel Stålskap har gode magnetiske skjermingsegenskaper. Følgende punkter bør tas hensyn til under installasjonen: Unngå unødvendig lange linjer (spesielt linjer med et høyt volum av datatrafikk). Rute sensitive signalanleggslinjer separat fra linjer med et høyt forstyrrelsespotensial. Rute skjermede linjer direkte til utstyret og koble skjerming der (ikke kontakt via ekstra terminal i kabinett). Klassifiser utstyr i grupper med de ulike problemområdene og plassere disse sammen. overspenningsvern. I tillegg til jordforbindelsesterminalen, har MCZ OVP modulen også en montasjeskinne kontakt for jording direkte til TS 35 skinne. Monteringsskinnen bør monteres på en jordet metall-bakplate for å oppnå optimal jording. Jord-koblingsterminalen på MCZ OVP bør være koblet til potensialutligning hver 600 mm for å oppnå et tilfredsstillende beskyttelsesnivå. Sikringsbeskyttelse Overspenningsvernutstyr for instrumentering og kontrollsystemer opererer ofte med en dekobling mellom komponentene. Denne dekoblingen oppnås med induktanser eller motstander. Dekobling, i tillegg til typer og ruter linjer, tvinger oss til å sette sikringsvern på det høyeste nivået av merkestrømmen for overspenningsbeskyttelses-enhetene. Sikringsbeskyttelse for PU-serien på fordelingssiden skal være utformet i samsvar med DIN VDE 0298 del 4 (tverrsnitt, antall og type ledere samt type installasjon). Denne informasjonen gis i en brosjyre som følger med de respektive PU modulene. Sted for installasjon Overspenningsvernsenheter skal monteres hvor linjene og kablene kommer inn i skapet. Dette er den laveste monteringsskinnen rett over kabeloppføringene. Dette forhindrer forstyrrelser å komme inn i skapet, forstyrrelser slippes rett ved inngangen til skapet. Når du bruker skjermede linjer, kan disse kobles på dette punktet ved hjelp Weidmüller klemmestropper, eller ved bruk av Varitector kan man benytte EMC sett for enkel kobling og terminering av skjerm. Routing av linjene Signallinjer bør legges i systemet / skapet over den korteste ruten til overspenningsvernet og deretter fortsette til det tilkoblede utstyret. Beskyttede og ubeskyttede linjer skal rutes separat. Jordlinjen bør betraktes som en ubeskyttet linje. Metall-partisjoner kan bruke samme kabeltraseer, eller i kabelgater oppnå denne separasjon. Hvis signallinjene er lagt parallelt med kraftlinjer, må en klaring på min. 500 mm opprettholdes. Jording av produkter og tilkoblede produkter Alle overspenningsvernenheter inkluderer en jordforbindelsesterminal. Jordlederen i tilknyttede potensialutligning må være koblet til dette punktet. Tverrsnitt av denne jordlinjen må være så stort som mulig og lengden på linjen så kort som mulig, hver centimeter av linjen øker restspenningen etter Side 72

72 standarder og forskrifter Når det gjelder nasjonale og internasjonale standarder, og spesifikasjoner om samme tema, tar dokumentet med den største delen presedens (f.eks internasjonale IEC, European CENELEC eller CNC», nasjonale (Tyskland) DIN VDE eller (Østerrike ) Ove ). IEC EN VDE Andre EN Kabel distribusjonssystemer for fjernsyn og lydsignaler. Del 11: Sikkerhetskrav. IEC HD VDE Elektriske installasjoner i bygninger - Del 5-53: Valg og montering av elektrisk utstyr - Isolasjon, bytte og kontroll. Del: 534: overspenningsvern. IEC HD VDE Elektriske installasjoner i bygninger. Del 5-54: Valg og montering av elektrisk utstyr. Jordingsordninger, beskyttende ledere og beskyttende ledere. IEC EN VDE Isolasjonskoordinering for utstyr innen lavspent-systemer. Del 1: Prinsipper, krav og tester. IEC EN VDE 0165 del 2 Elektriske apparater for bruk i nærvær av brennbart støv. Del 14: Valg og installasjon. IEC EN VDE 0170 del 7 Eksplosive atmosfærer. Del 11: Utstyrbeskyttelse av indre sikkerhet "I". IEC EN VDE Beskyttelse mot lynnedslag. Del 1: Generelle prinsipper. IEC EN VDE Beskyttelse mot lynnedslag. Del 2: Risikostyring. IEC EN VDE Beskyttelse mot lynnedslag. Del 3: Fysisk skade på strukturer og fare for liv. IEC EN VDE Beskyttelse mot lynnedslag. Del 4: Elektriske og elektroniske systemer i strukturer. IEC EN VDE Grader av beskyttelse tilbys av vedlegg (IP-kode). IEC DIN IEC CDV EN VDE 0675, del 1 Overspenningsavledere. Del 1: ikke-lineær resistortype overspenningsavledere for AC systemer. IEC EN VDE 0675, del 4 Overspenningsavledere. Del 4: Metall-oksid overspenningsavledere uten hull for AC systemer. IEC EN VDE 0675, del 5 Overspenningsavledere. Del 5: Valg og anvendelsesanbefalinger. IEC EN VDE ÖVE SN 60 del 1+4 VDE 845, del 1 Lav-spenning overspenningsvern. Del 11: overspenningsvern tilkoblet til lavspent strøm systemer. Krav og prøvinger. Beskyttelse av telekommunikasjonssystemer mot lynnedslag, elektrostatiske utladninger og overspenninger fra elektriske installasjoner; Avsetninger mot overspenninger. Overspenningsvern IEC HD472 VDE 0175 IEC standard spenninger. KTA 2206, VDE publication 44 DIN-VDE publication DKE publication No 520 ÖVE Lynvern standard for kjernekraftverk. Lynvern system, iht. DIN 57185/VDF 01 85, utgitt av VDE. Publikasjon nr. 519; Lynvernsystemer 1, ytre lynvern, utgitt av VDE. Publikasjon nr. 520; Lynvernsystemer 2, interne lynvern, utgitt av VDE. Beskyttelse mot lynnedslag. Side 73

73 rge Surge protection concept concept The basics of Surge protection 4 Overspenningsvern konsept Surge protection concept effective surge protection is the presence of properly functioning equipotential bonding to DIN VDE 0100 part 540 in a series, or better still, star or 1. grid Strømforsyning arrangement. DIN VDE 0110 (insulation coordination) divides overvoltage Støtspenningsholdfastheten er 6 kv fra tilførselen til bygningen - ved hjelp av underjordiske kabler eller luftledninger protection for power supplies and power distribution into the following three - helt areas: effective opp til surge det viktigste protection sikringsskapet is the presence (backupsikringen of properly functioning og A sikringsskapet). equipotential bonding På grunn to av DIN lynavlederkonsept VDE 0100 part 540 og de in fysiske a series, or 1. Power supply forholdene, better still, må star høyenergi or grid arrangement. overspenninger slippes ut her. MSR DIN VDE 0110 (insulation coordination) divides overvoltage The surge voltage strength of the insulation is 6 kv from the protection for power supplies and power distribution into the incoming supply to the building by means of underground following three areas: cables or overhead lines right up to the main distribution board (backup fuse and meter cupboard). Owing to the lightning protection zoning concept and the physical circumstances, high- 1. Power supply MSR energy overvoltages have to be discharged here. The surge voltage strength of the insulation is 6 kv from the incoming supply to the building by means of underground cables or overhead lines right up to the main distribution board damental concept Begrepet of protection beskyttelse (backup fuse and meter cupboard). Owing to the lightning protection zoning concept and the physical circumstances, highenergy overvoltages have to be discharged here. e important En aspect viktig del of surge av overspenningsbeskyttelse protection is the area of power er arealet av strømforsyningen og distribusjon. Prosedyren er knyttet til ply and distribution. The procedure is linked to the den systematiske inndelingen foreskrevet av beskyttende tematic subdivision sonekonsepter prescribed og tilsvarende by the protective koordinering zones av overspenningsavledere. the corresponding coordination of surge arresters. cept and tection of Fundamental Beskyttelse power supply av concept lines strømforsyningens forms of the protection basis linjer for protecting danner grunnlaget lectrical for and å electronic beskytte equipment elektriske og right elektroniske down to the utstyr smallest helt Overspenninger som genererer strøm over 200 ka kan most sensitive One ned til important den components. minste aspect og A mest of fundamental surge følsomme protection requirement komponenter. is the for area En of power genereres ved sky-til-bakke, men også sky-til-sky lyn supply grunnleggende and distribution. forutsetning The procedure for effektiv is overspenningsbeskyttelse er tilstedeværelsen av fungerende potensialut- linked to the utslipp. systematic subdivision prescribed by the protective zones ligning til DIN VDE 0100 del 540 i en serie, eller enda bedre, Som regel er 50 % av dagens utslipp via lynvernsystem og concept stjerne eller and rutenett the corresponding arrangement. coordination of surge arresters. de resterende 50 % er koblet inn i ledere og ledende deler i Protection Surge currents exceeding 200 ka can be generated by DIN VDE 0110 of power (isolasjon supply samordning) lines forms deler the basis overspenningsvern electrical for strømforsyning and electronic og equipment strømfordeling right inn down i følgende to the for protecting bygningen og fordeles deretter jevnt. all cloud-to-ground smallest tre Jo nærmere but also en cloud-to-cloud leder er til lynvernsystem, lightning discharges. desto større er indusert spenning (som kan overstige 100 kv). Pulsens varighet and områder: most sensitive components. A fundamental requirement for As a rule, 50% kan of være the current opp til 0,5 is discharged ms. Disse kraftige via the lightning forstyrrelsespulser protection system sluppet and the til jorden remaining direkte 50% ved is coupled innkommende into the forsyning con- eller er ductors and hovedfordelingen conductive parts in av the klasse building I lynavledere and distributed og begrenset uniformly. The closer spenning a conductor under 6 kv. is to Følgestrøm the lightning og protection backup sikringsverdier er til system, the bare Surge greater noen currents is the av aspektene exceeding launched voltage som 200 må (which tas ka i can can betraktning generated exceed her. by Avhengig cloud-to-ground av lokale forhold but also og cloud-to-cloud utslippsstrømmer lightning som discharges. kan forventes, brukes gnistgap eller varistor overspenningsavledere 100 kv). The pulse duration can be up to 0.5 m s. These powerful interference pulses are discharged to earth directly at the incoming supply Hvis or et main lynvernsystem distribution board er installert, by class eller I lightning strømforsyningen ar- er med As hensyn a rule, 50% til type of the nettverk. current is discharged via the lightning protection system and the remaining 50% is coupled into the conductorresters and limited via luftledninger, to voltages bygninger below 6 kv. eller Power anlegg follow spredt currents over et stort and backup område, fuse values and og enkelte are conductive just bygninger some of parts the er aspects in the building plassert that forhøyet need and distributed uniformly. account eller The åpne here. closer områder, a conductor vil høy is kapasitet to the lightning klasse I protection avledere på to be taken bakken into Depending on alltid system, the være local the innsatt. circumstances greater is the and launched the discharge voltage (which can exceed currents to be 100 expected, kv). The sparkover pulse duration gaps or can varistor be up surge to 0.5 m s. These powerful interference taking into pulses account are the discharged type of network. to earth directly at the arresters are used, in- Electrical system Side 74 A.24 Electrical system SURGE PROTECTION SURGE PROTECTION SURGE PROTECTION SURGE PROTECTION SURGE PROTECTION SURGE PROTECTION coming supply or main distribution board by class I lightning arresters and limited to voltages below 6 kv. Power follow currents and backup fuse values are just some of the aspects that need to be taken into account here. Depending on the local circumstances and the discharge currents to be expected, sparkover gaps or varistor surge arresters are used, taking into account the type of network.

74 2. Underfordelinger 3. Forbrukerkurser, stikkontakter Støtspenningsholdfastheten er 4 kv fra hovedfordelingen opp til og med underfordelingen. På grunn av samordnet bruk av avledere, brukes klasse II overspenningsavledere her, og om nødvendig, frikoplet fra klasse I avledere ved hjelp av spoler. Bruk av dekopling spoler er kun nødvendig når klasse I avledere består av et gnistgap og lengden på linjen mellom klasse I og klasse II avledere er mindre enn 10 m. Det er ikke nødvendig å frikoble Weidmüller klasse I og klasse II avledere. Pulsstrømmer som oppstår her er ikke lenger så høye fordi det meste av energien allerede er absorbert av klasse I avlederen. Likevel, kan linjeimpedansen gi opphav til høye forstyrrelsesspenninger som må være begrenset til mindre enn 4 kv av klasse II avledere. Klasse II avledere basert på varistorer er vanligvis installert i underfordelinger før gjeldende effektbrytere. Støtspenningsholdfastheten er 2,5 kv fra underfordeling til det elektriske apparatet. Overspenningsavledere i klasse III benyttes til dette formålet. Avhengig av applikasjonen, kan de brukes som beskyttende komponenter eller sammen med bruk av gnistgap, varistorer, suppressordioder og dekobling elementer. Disse avledere bør installeres direkte før enheten som skal beskyttes. Dette kan være i en stikkontakt eller i den etterfølgende kontakten (på skjøteledning), men også i rekkeklemmen eller koblingsboks på selve enheten. For å beskytte mot varige inngrep som krusninger eller støy forårsaket av andre systemer, er ekstra filterkretser tilgjengelig for spenningsforsyninger til enheter. Støtspenningsholdfastheten i apparatet selv er på 1,5 kv. Overspenningsvern Prinsipp for valg av avledere i henhold til IEC 664 DIN 0110 VDE del 1 Støtspenningsholdfastheten (overspenningskategorier) benyttes til å klassifisere utstyr som skal spenningsettes rett fra nettet. Støtspenningsholdfasthet for utstyr, valgt ut i fra utstyrets nominelle spenning, benyttes for å angi forskjellige nivåer for utstyrets funksjonsevne mht. driftspålitelighet og akseptabel risiko for svikt. Ved å velge utstyr med en gitt støtspenningsholdfasthet kan det oppnås isolasjons-koordinering i hele installasjonen. Dermed kan risikoen for svikt reduseres til et akseptabelt nivå. Side 75

75 varitector overspenningsvern Overspenningsvern for instrumentering, kontroll og automasjonskretser Med den nye serien Varitector SSC og SPC, kan Weidmüller tilby en komplett familie overspenningsvern for kontroll- og instrumenteringsteknologi. I kontroll- og instrumenteringsteknologien er det spesielt viktig å beskytte seg mot overspenninger eller transienter da kostnaden ved en defekt enhet kan bli av en vesentlig art. VARITECTOR SPC - Pluggbare overspenningsvern Varitector SPC inneholder flere funksjoner på kun 17,8 mm bredde: beskyttelse av opptil 4 binære signaler eller to analoge signaler, overvåking eller signalgivning via et kontaktsett. Takket være en pluggbar vernenhet kan disse byttes enkelt uten å måtte koble fra ledninger. I tillegg til dette, kan alle vernenhetene testes med V-Test testadapter for å sjekke om alt er i orden. For feildeteksjon og feilmeldinger, så vel som til overvåking av instrumentering, kontroll og automatiseringskretser, har Weidmüller utviklet Varitector SPC i sin nye familie overspenningsvern. Dette pluggbare vernet er karakterisert via sine utmerkede beskyttelsesegenskaper med kompakte dimensjoner. Med Varitector SPC R modulene, kan man overvåke alle vern eksternt. Opptil hele 10 moduler kan settes sammen for så å sende ett signal opp til overvåkningsenheten som kommer som tilbehør. En stor fordel med Varitector SPC er at modulene kan byttes eller fjernes under drift, slik at industriprosessen kan gå sin gang uten avbrudd. V-Test enheten kan benyttes for å teste funksjonen på SPC modulen. Dette sikrer at vedlikeholdsintervallene lett kan planlegges, som pålagt i henhold til IEC For 4 binære signaler trenger man kun 17,8 mm. Den skrufrie jordtilkoblingen sikrer en utladningsstrøm på opptil 20kA (8/20µs) eller hele 2,5kA (10/350µs) via en jordet montasjeskinne. Side 76

76 Varitector SSC - Beskyttelse i 6 mm bredde rekkeklemmeformat Fordelen ved alle Varitector SSC produktene ligger i den kompakte rekkeklemme liknende dimensjonene. De kombinerer funksjonen tilkobling med beskyttelse. Produktserien tilbyr et vidt spekter med høykvalitetselektronikk kretser for binære og analoge kretser så vel som produkter med integrerte komponenter. Dette gjør Varitector SSC til ett passende produkt til enhver applikasjon. PE tilkoblingen tilkobles uten skruer, da man enkelt snepper denne på en jordet PE skinne. Varitector SSC familien tilbys overspenningsvern for kontroll og instrumenteringskretser. Hele serien ble utviklet med kompakte rekkeklemme dimensjoner, med en total bredde på kun 6,2 mm. Det faktum at denne serien minner om ordinære rekkeklemmer, har flere fordeler for brukeren. Blant disse fordeler kan nevnes: montasje kjent fra standard klemmer, sikker og varig forbindelse på lederen samt kjent tilbehør som lasker og merkemuligheter. Beskyttelsen mot overspenninger eller transienter er øyeblikkelig aktiv når man kobler til lederen. Overspenningsvern Varitector familien tilbyr over 100 forskjellige produkter, alt for å møte akkurat din applikasjon når det gjelder overspenningsvern. Denne beskyttelsen inkluderer ver for analoge og binære kretser for 5V, 12V, 24V, 48V og 60V. Alle typer med integrert elektronikk passende enhver applikasjon. Ved bruk av en torx-flatspor skrue med ett tiltrekkingsmoment på 0,8-1 Nm, er ledere fra 0,5-6 mm² koblet på en varig, vibrasjonsikker måte. Den sikre utladningen av strømtransienter opp til 20kA (8/20 µs) blir utført av en snap-on tilkobling til montasje-skinnen. En direkte kontakt med PE tilkoblingen som dette, vil gi glimrende utladningsegenskaper i lang tid. For presis identifikasjon, er alle Varitector klemmene utstyrt med flere merkemuligheter. Man har muligheter for å merke hvert tilkoblingspunkt, samtidig som at selve produktet har en merkemulighet. I tillegg er alle vern merket med en fargekode som indikerer spenningsnivået på komponenten. Dette gjør produktet lett å identifisere i tavlen, noe som forenkler service og montasje. Alle Varitector vernene er testet i henhold til de seneste standarder (IEC /EN ): i klassene D1, C1 og C2, de imøtekommer og kortslutningskravene når beskyttelsesobjektet kommer i overbelastning eller kortslutter. Med EMC-settet kan vi tilby ytterligere sikkerhet for tilkoblinger med skjermet kabel. EMC settet inneholder EMC konnektor, samt en EMC kabelstrips. På denne måten kan kabelskjermen enkelt tilkobles klembøylen i Varitector SPC modulen. Side 77

77 På 17,8 mm - 4 binære eller to analoge signaler med feilmelding og signalkontakt! Stort utvalg En løsning for alle typer beskyttelse. Strømsløyfer og binære signaler så vel som integrerte komponenter og kombinasjoner av strømsløyfer og strømforsyninger som eksempel 24V etc. Rask indentifisering: Fargekodet merking: Lett identifisering av spenningsnivå via farger: 12 V = grønn 24 V = binært signal, blå 24 V = analogt signal, gul 48 V = rød 60 V = violett Bekvemt og sikkert Feil insetting av modulene er forhindret via kodede moduler. Overvåkningsfunksjon Status display og meldekontakt: Beskyttelsesfunksjonen kan bli evaluert eksternt. Tester Den pluggbare modulen kan lett testes via V-Test instrumentet. Dette instrumentet kan også benyttes for de kraftige klasse 1 og 2 vern PU I og PU II. Kraftig jordforbindelse Kan benyttes i henhold til installasjonsstandard IEC Sikrer utladning opp til 20kA (8/20) og hele 2,5 ka (10/350) til jord. Testet for klasse D1, C2 og C1 iht. IEC Side 78 SIVILINGENIØR

78 Grensesnitt Pluggbar avleder Ordre nr. Avleder Ordre nr. Base Ordre nr. Base isolert jord (FG) Pluggbar avleder med relèkontakt (R) Ordre nr. Avleder Ordre nr. Base Ordre nr. Base isolert jord (FG) 0(4) 20 ma VSPC 2CL 24Vdc 0,5A VSPC 2CL 24Vdc 0,5A R (4) 20 ma VSPC 1CL 24Vdc 0,5A VSPC 1CL 12Vdc 0,5A R V VSPC 2CL 24Vdc 0,5A VSPC 2CL 24Vdc 0,5A R V VSPC 1CL 24Vdc 0,5A VSPC 1CL 12Vdc 0,5A R ADSL VSPC Uko ADVANT VSPC 2CL HF 5Vdc VSPC 2CL HF 5Vdc R ARCNET (Plus) VSPC R485 2ch VSPC R485 2ch R ASI PU III R 48Vdc PU III R 48Vdc PU III R 24Vdc PU III R 24Vdc BITBUS VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL 12Vdc 0,5A R BLN (Building Level Network) VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 1CL 24Vdc 0,5A VSPC 2CL 12Vdc 0,5A R VSPC 1CL 12Vdc 0,5A R CAN-Bus VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R C-BUS VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R CC-LINK VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R Data Highway VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R (Plus), DH+ Datex-P VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R DeviceNet VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R DIN Messbus VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R Dupline/Miniplex VSPC 1CL 12Vdc 0,5A VSPC 1CL 12Vdc 0,5A R EIB VSPC 1CL 24Vdc 0,5A VSPC 1CL 24Vdc 0,5A R ET 200 VSPC 1CL 5Vdc 0,5A VSPC 1CL 5Vdc 0,5A R E1 VSPC Uko VSPC 2CL HF 5Vdc VSPC 2CL HF 5Vdc R FIPIO/FIPWAY VSPC 2CL HF 5Vdc VSPC 2CL HF 5Vdc R Genius I/O Bus VSPC 2CL 12Vdc 0,5A VSPC 2CL 12Vdc 0,5A R Hart VSPC 1CL 24Vdc 0,5A VSPC 1CL 24Vac 0,5A R HDSL VSPC Uko IEC-BUS VSPC 2CL HF 5Vdc VSPC 2CL HF 5Vdc R ISDN VSPC Uko Overspenningsvern Katodisk korrosjonsbeskyttelse VSPC GDT 2ch 90V20kA LON (Works) VSPC 1CL 48Vac 0,5A LRE Networks VSPC 2CL HF 5Vdc VSPC 2CL HF 5Vdc R LUXMATE-Bus VSPC 2CL HF 24Vdc VSPC 2CL HF 24Vdc R M-Bus VSPC 1CL 24Vac 0,5A VSPC 1CL 24Vdc 0,5A R MODBUS(-PLUS) VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R MPI-Bus VSPC R485 2ch N1 LAN VSPC 2CL HF 5Vdc VSPC 2CL HF 5Vdc R N2 Bus VSPC 2SL 5Vdc 0,5A VSPC 2SL 5Vdc 0,5A R P-NET VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R Procontic CS31 VSPC 1CL 12Vdc 0,5A VSPC 1CL 12Vdc 0,5A R VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R Procontic T200 VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R Profibus DP (FMS) VSPC 2CL HF 5Vdc VSPC 2CL HF 5Vdc R VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R Process-Bus, Panel-Bus VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R PT100 VSPC 3/4WIRE 24VDC P-Bus PU III R 24Vdc PU III R 24Vdc PSM-EG-RS422 VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R PSM-EG-RS485 VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R RACKBUS VSPC 2CL HF 5Vdc VSPC 2CL HF 5Vdc R RS 422A, V.11, X.27, RS 423A VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R RS 449 VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R RS 485 VSPC R485 2ch VSPC R485 2ch R RS-232-C/V.24 VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R SDLC VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R SDSL VSPC Uko SecuriLan-LON-Bus VSPC 1CL 12Vdc 0,5A VSPC 1CL 12Vdc 0,5A R SHDSL VSPC Uko SINEC L1 VSPC 2CL HF 5Vdc VSPC 2CL HF 5Vdc R SINEC L2 DP VSPC 2CL HF 5Vdc VSPC 2CL HF 5Vdc R Profibus DP VSPC R485 2ch VSPC R485 2ch R T-DSL VSPC Uko Telefon analog VSPC Uko TTY, 0(4) - 20 ma VSPC 2CL 24Vdc 0,5A VSPC 2CL 24Vdc 0,5A R U-BUS VSPC GDT 2ch 90V20kA VDSL VSPC Uko V.35 VSPC 2CL HF 5Vdc VSPC 2CL HF 5Vdc R X.21/X.24 VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R X.25/X.31 VSPC 2CL HF 12Vdc VSPC 2CL HF 12Vdc R Side 79

79 Beskyttelse av binære signaler n V VSPC CONTROL UNIT OK FAULT VSPC VSPC VSPC VSPC VSPC VSPC VSPC VSPC VSPC VSPC U N= 24V U C= 31V IP 20 X 2 X 1 X 2 X X 2 X 2 X 2 X 2 X 2 X 2 X 2 X 2 1 X X 1 1 X 1 X X 1 1 X X 1 1 X 1 X 2 X Feildeteksjon og feilmeldinger for to strømsløyfer eller fire binære signaler med V-control modulen, en diagnose eller feilmeldingsmodul Side 80

80 V-Test Testinstrument for Weidmüller overspenningsvern. Overspenningsvern Ved å benytte seg av V-test, kan vedlikeholdsintervallene bli utført jevnlig i henhold til IEC Pluggbare moduler som går til vernene PU I, PU II, VSPC kan testes med dette instrumentet. Instrumentet vil gi en indikasjon på om modulen kommer til å måtte byttes om kort tid, eller om dens beskyttelse fortsatt er tilstrekkelig. 1 Side 81 7

81 Beskyttelse av binære signaler (SL = symmetrisk last) Binære signaler refererer til toverdige (binære) signaler. Disse kan lettest beskrives som 1/0 eller på/av. Disse definerte verdiene kalles også for logiske verdier. Standard former er: V 5V V 24V For binære signaler finnes to typer av beskyttelseskomponenter en med felles referansepotensiale og en uten. Toleder tilkoblinger blir ofte utført med ett felles referansepotensiale. Dette gjelder som oftest signaler fra binære sensorer, aktuatorer eller indikatorer. Praktiske eksempler inkluderer: Nivåbrytere Trykknapper Grensebrytere Fotoceller Kontaktorer Signallamper Beskyttelse av analoge signaler og strømsløyfer (CL) I praksis er de mest vanlige signalene analoge signaler, også kalt strømsløyfer. Tilstanden til dette signalet er ofte av en kontinuerlig art. Sensoren mottar signaler av en type som denne igjen omdanner til analoge signaler. I de fleste tilfeller, blir analoge signaler benyttet til å verifisere grenseverdier (for eksempel max/min temperatur). Som oftest blir disse signalene transportert over lengre distanser. Standardformer er: 4-20 ma 0-20 ma 0-10 V. I praksis benytter man to-, tre- eller fireleder målinger uten felles referansepunkt. Jo flere ledere man benytter, desto mer nøyaktig blir målingen. Praktiske eksempler inkluderer: Nivå måling PT100 elementer Temperaturmålinger Overspenningsvernene for flytende jord (FG) modellene for binære sig-naler kan benyttes i alle applikasjoner der forandring i jordpotensialet kan forekomme. Dette er som oftest signaler som er gitt ute i felt og transportert over lengre distanser. På denne modellen er det plassert en gass-avleder i serie mellom jordpotensialet og selve vernmodulen. Gassavlederen hindrer forstyrrelser og jordsløyfer via koblingen til jord unprotected TS protected unprotected TS protected Grounded surge protection unprotected TS protected unprotected TS protected Side 82 Floating-ground surge protection (FG)

82 varitector ssc Stort utvalg - Løsninger for alle applikasjoner innen beskyttelse av utstyr Stort utvalg Mer enn 100 varianter. Strømsløyfer og binære signaler for 5V, 12V, 24V, 48V og 60V, samt løsninger med integrerte komponenter som for eksempel Varistorer. Rask identifikasjon Flere merkemuligheter: Hvert tilkoblingspunkt, komponentmerking samt fargekode for spenning gjør det raskt å identifisere komponentene i tavlen. Overspenningsvern EMC sett Inneholder skjerm konnektor samt en strips med skjermet strømpe. Ved å benytte dette settet kan man enkelt tilkoble kabelskjermen til klembøylen på produktet. Tilkobling Tilkobling av ledere fra 0,5-6 mm² med en flatspor-torx skrue med ett tiltrekkingsmoment på 0,8-1Nm. Plassbesparende Kun 6,2 mm bredde for binære eller analoge signaler. Enkelt og sikkert Enkel installasjon og høy sikkerhet gjennom PE tilkoblingen som sneppes inn på montasjeskinnen. Høy utladningstrøm på opptil 20kA. Side 83

83 Weidmüller interface enheter Gitt behovet for å redusere kostnadene i elektriske kabinett konstruksjon, tilbyr interfaceenheter et alternativ til ledninger med punkt-til-punkt kabling. Den viktigste funksjonen til interfacet er å fungere som en problemfri adapter mellom standardisert plugg og punkt-til-punkt-ledninger eller andre systemer. Interface enheter består av følgende enkelte komponenter: Ekstrudert profil for innsetting av PCB. Endeplater for montering på montasjeskinne. Clip-on føtter for låsing på standardiserte monteringsskinnene TS 32 og TS 35. Interface enheter lar brukerne implementere banebrytende konsepter i et design med potensial for rasjonalisering. Tilpassede kablingskonsepter kan også løses rasjonelt gjennom bruk av spesielle interface-enheter. Ferdigmontert ledning med tilsvarende plugg-systemer brukes som forbindelse mellom PLS og interface enheten. Dette gir størst besparelser for brukeren. Bruk av interfaceenheter reduserer den enkelte krets, som reduserer arbeids-og installasjonstid og også skjulte kostnader, spesielt er reduksjon av materialkostnader etter en reduksjon i antall individuelle kabler og fører, kabelgater, terminaler og rekkeklemmer nødvendig. Overgangen til punkt-til-punkt ledninger skjer direkte på interfaceelementet. PCB med koblings- og indikasjonselementer, DIN pluggkontakter og rikelig med merkingsfasiliteter for utstyrsidentifisering. Pluggkontaktene for interface enhetene kan deles inn i følgende grupper: Pluggkontakt i henhold til IEC 603-1/DIN Sub-miniatyr stikkforbinder (SUB-D)i henhold til IEC 807-2/DIN Pluggkontakter for PCB i henhold til IEC 603/DIN og DIN Elco pluggkontakter for farlige områder. Brukerne har et valg mellom skrutilkobling, fjærklemme eller spadetilkobling for tilkobling aktuatorer og / eller sensorer. Som et alternativ, kan interfaceenheter også integrere flere funksjoner som statusindikator, signal skillebryter, sikringer eller skjerming. Identifikasjonssystemer gjør det enklere å spore signalene til det korresponderende elementet. Fordeler med interface enheter: RSF interface enheter for pre-montert ledning med plugg i henhold til IEC 603-1/DIN To-og tre-lags PCB terminaler sparer plass. Konvensjonell punkt-til-punkt-kabler bare på den ene siden, og dermed spares kostnader. Større sikkerhet, forebygge kablingsfeil. Valgfritt: status LED på grensesnittsenhetene. Rask feilsøking med ytterligere test-og måleinstrumenter. Forenklet oppsett og dokumentasjon. Passiv grensesnitt for signaler for å tilpasse ferdig montert ledning med plugg til IEC / DIN for skrueller spenningsklemme tilkoblingssystemer. Når den brukes i kombinasjon med en statusindikator (LED), garanterer dette rask informasjon om koblingstilstanden av innkommende og utgående signaler. Side 84

84 RSSD grensesnitt enhet for pre-montert ledning med SUB-D-plugg kontakt til IEC 807-2/DIN RS Elco interface enheter for pre-montert ledning med hermafroditt plugg-kontaktsystem Passiv interface enhet for signaler for å tilpasse ferdig montert ledning med SUB-D-plugg til IEC 807-2/DIN for skru- eller fjærklemme tilkoblingssystemer. Komponentene leveres med enten hun eller han kontakter. En avstandsblokk mellom pluggkontakten og PCB tar i mot de mekaniske kreftene som oppstår mellom de tilkoblede kabler. RSSD grensesnitt enheter kan leveres med en jordterminal for skjermede kabler som en valgfri funksjon. Et ekstra testpunkt forenkler testing og måling ved førstegangs oppsett, og ved service på systemet. Weidmüller passive interface enheter brukes for å tilpasse hermafroditt Elco multi-pol kontakter, for input og output med skruklemme-systemer. Hermafroditt kontakten er en gaffel-type kontakt som har identisk design på begge sider av forbindelsen, men med en gaffel som vris 90 fester denne seg med de andre. Interface og PLS RS VERT interface enheter som spenningsdistributør RS RJ45 interface enheter for tilkobling av datalinjer Passiv interface enhet for distribusjon av for eksempel likestrømsforsyningen. Disse grensesnitt enheter er tilgjengelig i tre utførelser for distribusjon til 8, 16 og 72 tilkoblinger, for positive og negative spenninger i hvert tilfelle: 8x og 16x spenningsdistributør kun 45 mm bred, 72x spenningsdistributør 100 mm bred. Mating av to ruter-elementer for positive og negative spenninger i hvert tilfelle. RS RJ45-interface modulen gir brukeren en praktisk, «lett-åbruke» interface for tilkobling av modem, lap-topper og annet kontorutstyr i tavlen. Modulen konverterer standard RJ45 tilkobling til et skruterminal system eller fungerer som en kobling for å koble dataleder med to RJ45 kontakter. For dataoverføringshastigheter på opptil 100 Mbps, er det tilrådelig å koble den ene enden av skjermen til datakabelen til jord. Grensesnitt-modulene kan monteres på TS 32 / 35 monteringsskinner. Passer på TS 32 / 35 monteringsskinner RS VERT spenningsdistributører kan også brukes i små kabinetter og gi tydelig organisert distribusjon. Side 85

85 pls adapter system Dette systemet gjør at brukeren kan utforme et byte ledningsnett system for digitale innganger og utganger. Det er mulig å koble inn-og utganger, enten direkte ved hjelp av en 8-kanals kabling interface eller grensesnitt med relèer og optokoblere. I dette tilfellet er individuelle moduler fra MICRO serie familien brukt direkte sammen i grupper på 8 og koblet med kabel til PLS ved hjelp av en adapter utstyrt med en 10-polet HE10 hun-kontakt. Du kan dermed bruke forskjellige strømforsyninger på hver av de 8 kanalene. Skru- eller fjærklemme-tilkobling. Svært kompakte moduler. Klar og nøyaktig merking. Kabel for Siemens S7-300 PLS med frontadapter. PLC connector Kabling interfacemodul for direkte tilkobling til PLS. Kabel for Telemecanique Micro og Premium PLS. Blokker av åtte MICROserie moduler for tilkobling via relé eller optokobler Digital MICROinterface adapter Side 86

86 PLS-system interface Kabling og kretser blir stadig mer komplisert som følge av den økende kompleksiteten i maskiner og systemer i prosess, automasjon og byggapplikasjon kontrollsystemer. Konvensjonelle tilkoblinger (punkt-til-punkt forbindelser) mellom PLS-kontrollere og ytre enheter resulterer i høye installasjon- og igangkjøringskostnader. Weidmüllers utvalg av PLS-system datautstyr gir brukeren en raskt og enkel installasjon for SIEMENS SIMATIC S7. De spesifikke frontadaptere erstatter den vanlige skruterminalen som brukes på PLC input / output kort eller 10-pol kontakter kan overføre PLS signaler til aktive eller passive komponenter via pre-montert kontrolledning. PLS-signaler er konvertert enten Dobbeltmodus til en 40-polet kontakt, eller Bytemodus til 4 kontakter, hver med 10 poler. PLS I / O-kort har som regel to rutersystemer: Skruklemmer. Crimpkontakter. Systemfordeler Rask - Redusert planlegging og designtid. - Tidsbesparende installasjon. - Mindre tid som kreves for igangsetting og feilsøking. - Minimert ledningsnett på stedet takket være pluggkontakter. Sikker - Minimerer ut risikoen for kablingsfeil. - Enklere organisering i tavlen (system-kabel i stedet av individuelle ledninger). - Merking tilsvarer PLS. - Ytterligere individuelle merkingsmuligheter finnes. Fleksible - Multitude av ca.40 forskjellige I / O-komponenter. - Variable kabellengder. - Modulær utforming av alle komponenter. - 1 x 4 byte og 4 x 1 byte system design uten signalrutingsmodul. - Funksjoner mikset av byte til et inngangs- eller utgangsnivå. - Utvidelse mulig uten problemer. - Fleksibilitet på grunn av enkel bytting av input / output interface. Interface og PLS I begge tilfeller må signalene kables individuelt med tilsvarende forbindelseselementer. Ulemper av individuelle ledninger: Høye monteringskostnader. Risikoen for ledningsfeil øker med antall individuelle ledninger på ett punkt. Krever mye plass i tavlen. Høy arbeidsbelastning. Tidkrevende ruting og montering av å koble ledere. Høy merkings- og dokumentasjons-arbeidsbelastning. Liten - Sparer plass i kanaler. - Små modulbredder. - Ingen terminalnivåer. Bruk av PLS front adaptere Side 87

87 elektroniske givere Utviklingen har etterhvert økt behovet for avkjenning av mange forskjellige typer objekter. Kravene til funksjonalitet, effektivitet, driftssikkerhet og økonomi har også drevet frem andre muligheter for detektering. Siden midten av 1960-årene har vi derfor hatt induktive og kapasitive givere, fotoceller og ultralyd-detektorer, i tillegg til de rent mekaniske signalgiverne. Vi har også fått strømningsvakter, trykkvakter, vinkelgivere og mange ande spesialiserte givere å velge i for å skreddersy overvåking og overføring av signaler. Her skal vi beskrive de ulike typene givere i store trekk, og vise typiske hovedbruksområder som avkjenning av nivåer, temperatur, trykk, osv. Avsnittet om induktive givere inneholder for øvrig mange momenter som er felles for både induktive og kapasitive givere. Dette er gjort for ikke å gjenta de samme opplysningene flere steder. Prinsippskisse for oscillatorkretsen i en induktiv giver. Induktive givere Induktive givere brukes til avkjenning av ledende materialer. En induktiv giver består av en spole, en ferritkjerne, oscillatorkrets og utgangstrinn. Spolen og kjemen utgjør tilsammen den induktive delen i en LC-krets som driver en oscillator, og En induktiv giver inneholder en danner et elektromagnetisk felt spole og en ferrittkjerne. med svært lav energi - som regel noen få mikrowatt - som stråler ut fra giverens aktive overflate med en frekvens på mellom 100 khz og I MHz. Når et objekt av ledende materiale kommer inn i dette feltet oppstår det hvirvelstrømmer i lederen som trekker Spolen og kjernen danner et elektromagnetisk felt energi fra det elektromagnetiske feltet. Objektet nærmer seg giveren, og ved en bestemt avstand trekker hvirvelstrømmene så mye energi at oscillasjonen og dermed magnetfeltet opphører. Dette gir opphav til et enkelt Når objektet når et visst punkt elektronisk signal - enten opphører oscillasjonen og oscillerer kretsen, eller den magnetfeltet forsvinner. oscillerer ikke. Denne informasjonen kan vi bruke som signal i vårt system. Avkjenningsavstand Større givere har strøre kjerne og lengre avkjenningsavstand. Avstanden mellom tilslag og fraslag for giveren kalles hysterese. KORREKSJONSTABELL Stål 1,0 Rustfritt stål 0,7 Aluminium 0,4 Kobber 0,2 Størrelse Avkjenningsavstanden - det vil si hvor nær objektet er før oscillasjonen opphører - avhenger av giverens form. Styrken på magnetfeltet er imidlertid avhengig av ferritkjernens størrelse. Kort sagt kan vi fastslå at en stor giver har større kjerne, og derfor lengre avkjenningsavstand. Nøyaktigheten er imidlertid svært høy, gitt at giveren får operere innenfor % av avkjenningsavstanden. Avstanden mellom punktene for tilslag og fraslag kalles hysteresen. Den sikrer en stabil funksjon og hindrer at giveren preller mellom punktene. Dersom giveren skulle operere helt i ytterkanten av avkjenningsavstanden, kan vi risikere unøyaktig avkjenning. Ved valg av giver må vi derfor ta hensyn til at giverens oppgitte avkjenningsavstand bør være % lenger enn den egentlige avstanden mellom giver og objekt. I tillegg må vi ta hensyn til størrelsen av objektet som skal avkjennes. Den oppgitte avkjenningsavstanden er basert på at objektet er så stort at det dekker hele den aktive overflaten til giveren. Hvis objektet er mindre, ser til- og fra slagskurven annerledes ut og avkjenningsavstanden blir mindre. Hvis objektet i tillegg er sylinderformet, med ujevne sider, kubisk eller liknende, blir avkjenningsavstanden enda mindre. Side 88

88 Materiale Man må også ta hensyn til hva slags materiale som skal avkjennes. Stål Fe360 er referansematerialet - dersom det ikke er stål vi skal detektere må vi se i en korreksjonsfaktortabell som forteller hvor mye avkjenningsavstanden blir redusert, og foreta korrigeringer for materialets lederegenskaper. En ny generasjon induktive givere er imidlertid under utvikling - denne typen vil ha like lang avkjenningsavstand for alle typer metaller. Bilde 1 - forskjell i oppbygging av skjermet og uskjermet giver. Bilde 2 - uskjermede givere har større og bredere avkjenningsområde. Montering 1. Uskjermede givere må ha en metallfri sone rundt den aktive overflaten. Også bak overflaten må det være en slik sone, minst 2 x avkjenningsavstanden. Ved montering av en induktiv giver må vi også vise en del omtanke for å være sikre på at giveren fungerer korrekt. Mange givere kommer i innbyggbar eller ikke innbyggbar utgave, såkalt flush (skjermet) eller nonflush (uskjermet). I de skjermede giverne er ferritkjernen omgitt av en magnetisk skjerm, som gjør at objektet ikke avkjennes før det befinner seg direkte foran giveren. Givere uten slik skjerm har et større aktivt avkjenningsområde som også strekker seg utenfor sidene av giveren. Givere uten skjerm har % større avkjenningsavstand enn givere med skjerm med samme størrelse. Givere uten skjerm må imidlertid ha en metallfri sone rundt den aktive overflaten. De fleste induktive givere monteres da også på denne måten. En sylinderformet uskjermet giver må ha en metallfri sone rundt hele giveren. Denne sonen må være minst like stor som giverens diameter. I tillegg må det være en metallfri sone bak den aktive overflaten - denne bør være minst 2 ganger avkjenningsavstanden. Hvis det finnes metall på sidene av en rektangulær giver, må giveren monteres med en avstand på minst 2 ganger bredden av den aktive overflaten. Foran den aktive overflaten må nærmeste metallflate være minst 3 ganger så langt unna som avkjenningsavstanden. Skjermede givere kan imidlertid monteres nærmere hverandre uten at dette påvirket avkjenningsprosessen. En annen fordel med skjermede givere er at de kan monteres i samme plan som tilstøtende metallflater. Skjermede givere har også mindre avkjenningsområde, og egner seg derfor godt til små objekter. Dersom det er kritisk å måle objektets eksakte posisjon vil en skjermet giver egne seg bedre, fordi den har mindre hysterese. Givere (Sensorer) 2. Finnes det metall på sidene av en uskjermet rektangulær giver må den monteres med en avstand på x den aktive overflaten. Periodetid 3. Foran den aktive overflaten må det ikke finnes metall innenfor en avstand som tilsvarer 3 x avkjenningsavstanden. 4. Skjermede givere kan monteres nærmere hverandre uten risiko for at giverne påvirker hverandre. Andre faktorer vi bør ta med i beregningen er hastigheten på objektet som skal avkjennes. For eksempel tannhjul av ulike slag, metalliske plater med stor overflate og lite mellomrom m.m. De vanskeligste objektene er små og beveger seg raskt. Tommelregelen er at små givere arbeider raskere enn store, og skjermede er raskere enn uskjermede. Vi har også faktorer som må tas hensyn til når det gjelder hvor raskt giveren igjen begynner å oscillere etter Side 89

89 at gjenstanden har forlatt avkjenningsområdet, denne tiden er med på å bestemme hvor rask giveren er. Tiden det tar giveren å gjennomføre hele sekvensen fra tilslag til fraslag og til tilslag igjen, kalles periodetid. I alle tekniske spesifikasjoner blir det oppgitt en maksimal koblingsfrekvens for giveren, basert på responstid og ideelle forhold hvor objektet er like lenge utenfor avkjenningsområdet som innenfor. Under forhold hvor hastighet er avgjørende eller objektene f.eks. er av ulik størrelse eller avstanden mellom dem er ujevn, er det viktig å merke seg at en DC-giver arbeider opptil 30 ganger raskere enn en AC-giver med samme størrelse. Quadronormgivere (to-leder DC-giver) er enda raskere. En liten giver er raskere enn en stor, og skjermede givere er raskere enn uskjermede. Som regel er det imidlertid ikke giveren som er kritisk for responstiden, men systemet giveren er koblet til. AC eller DC? AC- og AC/DC-givere tilkolbes med to ledere. DC-givere kommer også med 3-leder tilkobling. Z-leder givere seriekobles med lasten som en vanlig mekanisk giver. Når den mekaniske bryteren er lukket, er den stort sett helt uten spenningsfall. En berøringsfri giver arbeider imidlertid med elektrisk og ikke mekanisk energi. Når en giver med to ledere lukkes, oppstår et spenningsfall med 4-4,5 Y. Er giveren åpen, passerer det en liten strøm - en såkalt lekkstrøm - gjennom kretsen. Dette kan være et problem i forbindelse med releer, slik at det er nødvendig å være oppmerksom på forholdet. Mekaniske givere avgir ikke lekkstrøm. En to-leder giver avgir lekkstrøm. Pass på dette når giveren er tilkoblet en PLS. En PLS med positiv logikk slår fra når inngangsspenningen er lav. Positiv eller negativ logikk Induktive givere brukes ofte til overvåking av maskiner og utstyr. Et typisk eksempel på bruk av kapasitive og induktive givere - i dette tilfellet kontrolleres det at flaskene er tilstede med den kapasitive giveren, og at metallkorken er satt på med den induktive. De fleste induktive givere finnes i både AC- og DC-utførelse. DC-giverne er rimeligere enn AC-givere da disse må beskyttes på nettet. Mange PLSer er dessuten kun konstruert for DC-tilkobling. Som tidligere nevnt, er en DC-giver alltid raskere enn en AC-giver. I mange installasjoner har man imidlertid ikke tilgang til DC, og da blir løsningen å benytte AC-givere. For anlegg som har blanding av AC- og DC-installasjoner finnes det allstrømsgivere. De har en tilkoblingsspenning stort sett mellom 20 og 250Y AC/DC. Dersom en giver skal kobles direkte til en PLS eller et styresystem, må det tas hensyn til inngangstrinnet til dette styresystemet. Inngangstrinnet til styresystemet er med på å bestemme hva slags utgangstrinn giveren skal ha. Når PLSen har positiv logikk skal vi benytte PNP givere, og NPN givere når den har negativ logikk. Det er også viktig å ta hensyn til giverens lekkstrøm og spenningsfall og forsikre seg om at verdiene fra giveren ligger under grenseverdiene på inngangen til styresystemet slik at man sikrer en korrekt og sikker funksjon. Problemet med spenningsfall over giveren er størst med NPN-givere, da spenningsfallet over giveren kan gjøre at styresystemet kobler ut til tross for at spenningen er lav. Dette er noe av grunnen til at ca % av markedets PLSer og givere er med PNP inn- og utgangstrinn. NAMUR givere er to-leder DC-givere som er spesielt laget for bruk i soner hvor det er eksplosjonsfare. Side 90

90 Her ligger spenningen på ca. 8 Vdc og forskjellen på høyt og lavt signal gjøres ved å endre størrelsen på strømmen. Aktivert utgang har strøm mindre enn 1 ma, og deaktivert utgang har strøm større enn 3 ma. Det er også verdt å merke seg at NAMUR givere ikke kan serie- eller parallellkobles, samt at de ofte trenger egen forsterker før informasjonen kan benyttes videre i anlegget. To eller tre ledere Tre-leder givere er konstruert slik at strømforsyningen til giveren foregår via en tredje leder. Når en giver med tre ledere lukkes, oppstår det bare et mindre spenningsfall pà l-2,5 V. Når giveren er åpen, er lekkstrømmen tilnærmet null. Det er fordeler og ulemper med begge typer. To-lederne er enklere å tilkoble, og koster mindre å installere. Treleder givere er polaritetsømfintlige, og man må lagerføre ulike givere for positiv og negativ logikk. To-leder givere er derimot ikke følsomme for dette, og krever derfor færre reservedeler. Samme giver passer dessuten til både positiv og negativ logikk i en PLS. Toleder DC-givere, kalt Quadronorm givere fra ifm, har dessuten den fordelen at samme giver benyttes til både NO- og NC-funksjon, dvs. 4-givere i en! Enklere PLSer har forøvrig tilkoblinger kun for inngang og jord, og vi er da henvist til to-leder givere hvis vi ikke tilkobler en separat strømforsyning. Givere (Sensorer) En tre-leder giver får strømtilførsel via en tredje leder. Dette gir minimal lekkstrøm. 3-leder givere er polaritetsømfindtlige. 2-leder givere er ikke polaritetsømfindtlige. Side 91

91 kapasitive givere Kapasitive givere brukes oftest til overvåkning av produkter, gjenstander og nivåer. Kapasitive givere kan avkjenne gjennom objekter, og brukes mye til bl.a. denne type kontroll og overvåkning. Kapasitive givere inneholder også en oscillator. Men den aktive overflaten er den ene platen i en kondensator. Forskjellen mellom induktive givere og kapasitive givere er som tidligere nevnt, at induktive givere kan brukes til alle typer ledende materialer, mens kapasitive givere brukes til alt annet. Kapasitive givere bygger på kondensator prinsippet, hvor den aktive overflaten på giveren er den ene platen i en kondensator, og den andre platen er jord. Kapasitansen i en kondensator kan uttrykkes med formelen A - Arealet av platene i m 2 I - Avstanden mellom platene i meter ε - Dielektrisitetskonstant Denne kapasitansen utgjør kondensatoren Cl i oscillatorkretsen t.h. Betingelsene for at ocillasjon skal være mulig er gitt av formelen: Når et objekt kommer inn i avkjenningsområdet, endres kondensatorens verdi. Når verdien er tilstrekkelig stor, begynner kretsen å oscillere. I en kapasitiv giver starter oscillasjonen når objektet kommer inn i avkjenningsområdet - i en induktiv giver er det motsatt. Alle objekter som øker kapasitansen kan avkjennes. En kapasitiv giver kan derfor avkjenne både ledende og ikke ledende materialer. Men bruk aldri en kapasitiv giver hvis oppgaven kan løses med en induktiv - det er lett å få feilsignaler fra fuktighet, kondens, støv osv., noe som induktive givere er mindre følsomme for. Kapasitive givere brukes til avkjenning av ulike materialer som plast/kunststoffer, glass, keramikk, oljer, smøringer, vann, treverk, papir, næringsmidler m.m. Dette gir et stort spekter av bruksområder, også her vil materialet objektet er laget av påvirke føleavstanden. Vann har faktor 1, mens f.eks. is ligger på ca. 0,35. I tillegg opererer disse giverne med kun noen få volt over kapasitoren, og trenger kun noen mikrowatt energi. Giverne forstyrrer derfor ikke radiofrekvenser. Fuktighet er imidlertid givernes største fiende. En film av fuktighet på overflaten gir dramatisk høyere kapasitans. Mange typer kapasitive givere har derfor en eller annen form for kompensasjon for fuktighet og kondens. Ser gjennom objekter En nyttig effekt er også at kapasitive givere kan detektere et objekt bak et annet. Det betyr at man kan beregne fyllhøyde i flasker og beholdere - såkalt nivåavkjenning. Se igjennom funksjonen fungerer på de fleste materialer, men ikke gjennom tankvegger av metall. Enkelte typer kapasitive givere leveres dessuten med innebygget potensiometer for å justere følsomheten. Dette gjør at man kan sette giveren inn i en monteringshylse - nettopp fordi den kan avkjenne et objekt gjennom et annet - slik at det f.eks. ikke er nødvendig å tømme en tank eller beholder for å skifte giver eller utføre service. I tillegg er giveren på denne måten beskyttet mot kjemikalier eller påvirkninger fra materialet inni beholderne. Kapasitive givere brukes til en lang rekke formåi. De mest kjente er nivåindikering, dvs. å registrere nivået i en tank, beholder, flaske e.l. - eventuelt høyden på stabler, fyllhøyde i esker og poser m.m. Side 92

92 Kapasitive givere egner seg også godt til avkjenning av ømfindtlige objekter, og de kan brukes som håndopererte brytere, opphopningsvakt m.m. På samme måte som induktive givere kan kapasitive givere parallellog seriekobles i AND- og OR-porter. Når et objekt kommer inn i det aktive området i en kapasitiv giver, endres kondensatorens verdi. Når verdien er tilstrekkelig stor begynner kretsen å oscillere. Vi får altså oscillasjon når objektet kommer inn i det aktive området - med induktive givere er det motsatt. Montering av givere Når giverne skal monteres er det enkelte momenter å være klar over for at de skal fungere best mulig - og vare så lenge som mulig. Spesielt er det viktig å passe på at giverne ikke skades under bruk. Objektene som skal avkjennes bør ikke nærme seg givere rett forfra, da man ellers risikerer kollisjon med giveren. Det beste er å få inn objektet fra siden. Dra ikke til mutterne for hardt - er det problemer med vibrasjoner, så bruk heller lim for å sikre at skruene sitter fast. Enkelte ganger monteres sylinderformede givere i en holder med låseskrue. Da er det fort gjort å dra til låseskruen så hardt at giveren tar skade. Unngå helst å bruke låseskruer, legg i hvert fall en liten nylonkule i hullet som beskyttelse mellom skruen og giveren. Givere (Sensorer) Kapasitive givere brukes i ulike former for nivåavkjenning. Berøringsfrie givere - kapasitive og induktive: Ingen bevegelige deler Mindre slitasje Lang levetid Meget raske Finnes i mange utgaver og størrelser Tåler vibrasjoner Stort arbeidsområde Enkle å installere Pass på kondens Kabelen må heller ikke utsettes for unødig påkjenning. Alt etter type bruk, kommer giverne med fastmontert kabel eller med plugg til kabel. I alle tilfeller kan vi legge ut en kort slynge for å ha litt å gå på ved service, men sørg for at kabelen ikke blir liggende i en kveil slik at den fungerer som en antenne. Vær dessuten oppmerksom på at de verste forholdene for en kapasitiv giver er kondenserende omgivelser og store temperaturvariasjoner - forekommer ofte ved nedkjøling etter at arbeidet avsluttes. De fleste givere er kapslet inn for å motstå påvirkning fra miljøet de plasseres i. Enkelte givere har teflonkapsling for ekstra sikkerhet og for å gi mindre slitasje og kjemiske angrep. På denne typen givere fester det seg dessuten færre partikler, som over tid kan forårsake forstyrrelser i målingene. I oljebefengte miljøer bør vi spesifisere kabler av polyuretan Kapasitive også: Avkjenner gjennom andre materialer Kan føle på ikke metaller Side 93

93 Elektriske forstyrrelser (PUR). Kapasitive givere som omgis av væske skal alltid monteres i en hylse, ellers kan vi få avvikende signaler. Vær dessuten oppmerksom på elektriske forstyrrelser. Mange DC-givere har innebygget kortslutnings- og overbelastningsbeskyttelse på utgangen. Vær alltid forsiktig med å bruke en glødelampe på utgangen til en giver. Startstrømmen for en kald glødetråd kan være 8-10 ganger høyere en driftsstrømmen, og kan skade giveren. Hvis giveren har overbelastningsbeskyttelse, kan glødelampen gi opphav til feilsignaler før glødetåden har blitt varm. TiI AC-givere må det aldri brukes mer enn 6W pærer. Høyfrekvende signaler kan være et problem, selv om de beste typene givere er svært godt beskyttet på dette området. Sørg i hvert fall for å holde kabelen så kort som mulig. Skulle det likevel oppstå forstyrrelser av denne typen, holder det som regel å flytte på kabelen eller skjerme den for å rette opp problemet. Statiske forstyrrelser oppstår normalt bare hos kapasitive givere, og medfører at tørre partikler fester seg på overflaten. Slike givere bør stå i et system som i sin helhet er beskyttet mot statisk elektrisitet. Hvis ikke dette er mulig, bør vi i hvertfall jorde beholderen e.l. som giveren er plassert på. Velg i så fall et jordingspunkt i nærheten av giveren, men ikke så nær at giveren avkjenner det. AND/OR-porter Husk at giveren må beskyttes hvis den er i kontakt med aggressive materialer. Her finnes det ulike former for innføringshylser, og noen givere er også utført helt eller delvis i Teflon. Det er mulig å serie- eller parallellkoble givere for å lage logiske porter som AND og OR porter - også kalt OG og ELLER porter. Nå tar PLSer stadig mer over, men for enklere logiske kretser vil det fortsatt være mye raskere og mer lønnsomt å koble flere givere sammen på stedet slik at man ikke trenger en PLS til enklere funksjoner. Dette kan også spare betydelig mengde kabel. Kort forklart kan man koble to- eller tre-leder givere i serie (AND-funksjon) eller parallell (OR-funksjon). Mange bruksområder krever flere givere for å gi riktig signal. Vi kan utmerket koble opptil tre-leder givere i parallell - se tegningen. Det eneste vi må ta hensyn til er at lekkstrømmen i åpen tilstand må legges til. Noen typer treleder givere har åpen kollektor utgang og forstyrrer ikke hverandre - andre typer treledere vil trenge isolerende dioder på utgangen. Tre-leder givere kan også kobles i serie, men det er flere hensyn å ta: Spenningsfallet på 1-2,5 V gjør at spenningen som blir igjen for å koble inn lasten blir redusert med tilsvarende. Den første giveren i serien må kunne koble strømforbruket til samtlige givere i serien - samt til lasten. Vi må også ta hensyn til givernes responstid, etter som en giver skal slå på en annen. Man bør ikke seriekoble mer enn 5-10 treleder givere. Et eksempel på en OR-port kan være, hvis vi vil fylle en beholder til ønsket nivå med f.eks. rullestein, av ulik størrelse. Luften mellom steinene kan da gi usikker avkjenning, slik at vi må parallellkoble flere givere i en ring rundt beholderen - trolig 3-4 stykker. Det er nok at en av giverne gir signal, så stopper fyllingen. Enten den ene eller den andre giveren gir signal for å utføre funksjonen. IND-givere Innen industrien er det ofte nødvendig å ha informasjon om en ventil er åpen eller stengt. Ettersom automasjons-graden på anleggene øker har denne informasjonen blitt stadig viktigere. Tidligere har man fått denne informasjonen ved at man har kontrollert dette visuelt på stedet der ventilen står, noe som imidlertid er en svært langsom og tungvinn prosess. Derfor har det nå blitt utviklet et nytt konsept for innhenting av informasjon om ventilposisjonen. IND-konseptet består av en puck påmontert to metallskruer med 90 o vinkel mellom dem, samt litt forskjellig monteringshøyde. Videre har man egne lnd-givere som består av to induktive givere montert i samme kapsling rett ovenfor hverandre, med hver sin elektriske utgang. Dette gir informasjon om ventilens stilling. Enten har man signal fra Side 94

94 den øvre giveren eller så har man signal fra den nedre, dvs. enten er ventilen åpen eller den er stengt. I og med at det er utenpåliggende montering, monteres puck og giver meget raskt sammenliknet med andre metoder hvor man ellers må bruke mye tid på å stille inn giverne til riktig avkjenning. IND-givere kan benyttes på både magnetventiler og håndopererte ventiler. Særlig i prosessindustrien er det viktig å få informasjon om ventilstillingen, og da også til håndopererte serviceventiler. Dersom en manuell serviceventil skulle stå åpen, kan dette få katastrofale følger med utslipp til naturen og nærmiljøet rundt. Med informasjon om ventilens posisjon kan man få styresystemet til å ta hensyn til dette slik at utilsiktet utslipp kan unngås. Givere (Sensorer) Side 95

95 fotoceller Sender / mottaker Her består fotocelle-enheten av en sender og separat mottaker, og begge deler er montert rett overfor hverandre. Avkjenningen oppstår når lysstrålen blir brutt, uavhengig av hvor den brytes. Denne typen fotoceller benyttes ofte til lange avstander, med stor nøyaktighet. Avkjenningen skjer når et objekt fullstendig blokkerer lysstrålen for mottakeren. Fotoceller opererer med lys, og kan avkjenne alle slags objekter - lyse, mørke, transparente, halvveis gjennomsiktige m.m. Fotoceller brukes overalt i industrien, og er pålitelige givere som finnes i et stort antall varianter for ulike arbeidsoppgaver og miljøer. Virkemåten er stort sett den samme for alle fotoceller. En lyskilde sender ut en lysstråle, som blir evaluert av en mottaker. Fotoceller består altså av en sender og en mottaker. Avkjenningen skjer enten ved at lysstrålen blir brutt, eller reflektert. Avkjenningen blir så evaluert av fotocellen, som sender et signal som vi kan bruke videre. Objektet må være stort nok til å bryte den sikre sonen av strålen. Lyskilden er oftest en lysdiode, enten grønn, rød eller infrarød - avhengig av mottakeren. For å sikre at giveren ikke påvirkes av andre lyskilder som dagslyset, rombelysning osv., blir strømmen som går gjennom lysdioden modulert slik at LEDen i senderen avgir et pulserende lyssignal. I mottakeren blir det pulserende lysets frekvens sammenliknet med frekvensen som senderen avgir. Stemmer disse frekvensene overens, vet fotocellen at den ser riktig lys og ikke andre forstyrrende lyskilder. Vi har i prinsippet 5 hovedtyper fotoceller, avhengig av hvilket prinsipp de fungerer etter: Sender/mottaker Refleksavkjenning Polarisert refleksavkjenning Direkteavkjenning Fiberfotoceller Objektet må være minst like stort som den maksimale diameteren på lysstrålen som mottakeren kan detektere. Ellers kan det hende objektet ikke blokkerer lysstrålen fullstendig. Lysstrålen som sendes ut kan vi dele i to soner: En sentral sone som er intens nok til å sikre pålitelig avkjenning, og en ytre sone hvor man ikke har pålitelig avkjenning. Objektet som skal avkjennes må passere lysstrålen innenfor den sikre sonen. Enkelte fotoceller av denne typen har også følsomhetsinnstilling for gjennomsiktige objekter. For ikke gjennomsiktige objekter skal følsomheten alltid stilles på maks, men for de transparente bør man justere følsomheten for å få en sikker avkjenning. Slike fotoceller brukes gjerne til å bedømme om et objekt har passert, f.eks. i transportbånd, i vasketunneller etc. Den lange avkjenningsavstanden gjør at fotocellene kan plasseres i god avstand fra objektet, og denne typen egner seg i utendørs miljøer etc. Side 96

96 Refleksavkjenning Polarisert refleksavkjenning Her sitter sender og mottaker i samme kapsling. Lysstrålen som sendes ut reflekteres av et prisme, som sender alt lys tilbake til sender-/mottakerkombinasj onen. Avkjenningen skjer når et objekt bryter lysstrålen og ikke reflekterer den tilbake. Fotoceller med reflektor har lavere følsomhet enn sender/mottaker typen - og har typisk 2-3 ganger kortere avkjenningsavstand. Vanlig avstand er opptil ca. 10 meter. Husk også at reflektoren er en viktig del av hele avkjenningssystemet. Reflektoren må alltid være mindre enn objektet som skal avkjennes. Og jo mindre reflektoren er, desto kortere er den sikre avkjenningsavstanden. Reflektoren må også monteres i plan med fotocellen - maksimalt 10 graders avvik kan tolereres. Typiske bruksområder er kontroll av stablehøyder i lagerlokaler, overvåking av at bevegelige gjenstander ikke kolliderer med hverandre eller med vegger, automatiske døråpnerer etc. Hvis objektet er sterkt reflekterende, bør vi bruke en fotocelle med polarisasjonsfilter. Et slikt filter gjør at fotocellen bare er bare følsom for lysstråler i ett plan - dvs. enten horisontale eller vertikale lysstråler. På senderen sitter derfor et fil til som bare lar vertikale lysstråler passere. Prismet eller refleksen roterer lysstrålen 90 grader - derfor sitter det også et filter på mottakeren, som bare er følsomt for horisontale lysstråler. Vi får dermed høy avkjenningssikkerhet, selv om objektet er helt eller delvis reflekterende. Denne fotocelle-typen benytter en rød, synlig lysstråle. Ut over dette gjelder de samme kriteriene for montering osv. som for reflektoravkjenning. Direkte avkjenning Også her sitter sender og mottaker i samme kapsling, men lyset reflekteres ikke fra en reflektor. Det brukes infrarødt lys, som treffer objektet og blir reflektert diffust tilbake. Systemet avkjenner alle objekter som gir tilstrekkelig refleksjon. Begrensningene er imidlertid avskjenningsavstanden. Givere (Sensorer) For sikkerhets skyld bør man avkjenne innenfor halvparten av den oppgitte avkjenningsavstanden. Side 97

97 Som regel er denne typen sensorer spesielt beregnet for korte avkjenningsavstander. Avkjenningsavstanden til en direkteavkjennende fotocelle oppgis alltid mot et referanseobjekt med en viss størrelse og farge. Dersom fargen på objektet er mørkere enn referansen, vil avstanden bli redusert. Dette er spesielt viktig å ta henssyn til dersom objekter med forskjellig farge skal avkjennes av samme fotocelle. En må da stille inn fotocellen etter det mørkeste objektet. Dersom man har en lys bakgrunn tett opptil et objekt som er mørkere, bør en benytte fotocelle med bakgrunnskompensasjon. En direkte avkjenn-ende fotocelle med bakgrunnskompensasjon er godt egnet i forurensede miljøer. De kan f.eks. brukes til å starte en sag når materialet legges på sagen, til å stanse en kuttemaskin når det oppstår brudd i materialet som føres inn i maskinen eller til å oppdage objekter på et transportbånd. Denne typen brukes ofte i tungindustrien. disse fotocellene kan være svært små, kan de også brukes til kvalitetskontroll i tillegg til å avkjenne om et objekt er tilstede eller ikke. For eksempel kan de telle antall gjenger på en skrue, sjekke kontakter på integrerte kretser, og skjermede fiberfotoceller kan brukes i aggressive, våte eller mekanisk stressende omgivelser eller i temperaturer opp til 290 ºC. Sender og mottaker enheten sitter i samme kapsling, og gjør dem enkle å montere. Som regel brukes infrarødt eller synlig rødt lys. Fiberfotoceller finnes i både sender/mottaker varianter og i direkteavkjennede varianter. Fiberfotoceller Fiberfotoceller brukes hvor det er svært liten plass, høye temperaturer eller vanskelig å montere vanlige fotoceller. Da Mange fordeler Det er mange fordeler ved å bruke fotoceller til avkjenning av objekter. Den optiske avlesningen gjør at det ikke forekommer mekaniske slitedeler, som igjen gir lang levetid og høy driftssikkerhet. Det finnes svært mange typer fotoceller på markedet i dag, og vi kan finne en type som passer til nesten ethvert formåi. Fiber- og laser-fotocellene er spesielt egnet til å avkjenne små objekter, mens de konvensjonelle typene avkjenner mellomstore og større objekter på opptil 80 meters avstand. Fotoceller er også svært raske, noe som er nødvendig i mange applikasjoner. Det kommer stadig nye finesser rundt fotocellene. En ekstra utgang på fotocellen som kalles funksjonssjekk er blitt mer og mer vanlig. Dette er et signal som forteller om en har en sikker avkjenning eller ikke. Dersom linsen på fotocellen begynner å bli skitten, kan man ved hjelp av denne ekstra funksjonen få beskjed om det, slik at en tar nødvendig vedlikehold for å sikre en forsatt problemfri drift. Fiberfotoceller finnes i en rekke varianter, alt etter bruksområde. Avkjenningsmulighetene er svært varierte - som her å sjekke at alle bena på en IC sitter som det skal. Fotoceller har utrolig mange anvendelsesområder. Her er noen av dem. Side 98

98 Givere (Sensorer) Avansert elektronisk trykkgiver med LED-bar display. Trykk Trykk er en av de viktigste tilstandsstørrelsene i prosessteknikken. Trykk er definert som kraft pr. flateenhet - de fleste trykkmålere er derfor basert på måling av kraften som trykket utøver på en flate. Den standardiserte enheten for trykk er N/m 2, men denne er lite hensiktsmessig i vanlig bruk. Vi benytter derfor den vanligste tekniske enheten bar. Bar = 1, N/m 2, som tilsvarer omtrent én atmosfære. Den engelske enheten psi (pounds per square inch) hvor 1 bar = 14,5 psi er fremdeles også i bruk. Ved trykkmåling skiller vi mellom - absolutt trykk, hvor trykket angis i forhold til absolutt vakuum. Overtrykk (gauge), hvor trykket angis i forhold til atmosfæretrykk Differensialtrykk, som er forskjellen mellom to trykk En vanlig betegnelse for differensialtrykkmålere er dp-celle. Vi har to hovedtyper trykkgivere: mekaniske og elektroniske. De mekaniske ser mer og mer ut til å bli erstattet av elektroniske trykkvakter i den moderne industrien. Mekaniske trykkvakter har visuell indikasjon av trykket via en viser, og en operatør må følge med endringene og gripe inn dersom trykket endrer seg vesentlig. Det sier seg selv at dette ikke er særlig praktisk eller økonomisk i dagens automatrserte prosesser - metoden er heller ikke særlig rask eller nøyaktig. De elektroniske trykkgiverne har imidlertid blitt vanlige i all industri. Moderne industri må overvåke alle deler av prosessen - trykk er viktig. Vi har flere måter å måle trykk på elektronisk: Membraner buler ut når de utsettes for trykk. Et eksempel er en kapasitiv målemetode hvor en jordet membran er oppspent mellom to konkave isolatorskiver, belagt med et metallbelegg som danner to kondensatorplater mot membranet. Når membranet buler, vil kapasitansen mellom membranet og den ene elektroden minke og den andre øke. En annen, induktiv metode er f.eks. å overføre membranbevegelsen til en spolekjerne. ved bevegelse øker induktiviteten i en spolekjerne, mens den minker i en annen. Strekklapper brukes fremdeles for spesielt store trykk, og består av et metallrør påmontert fire strekklapper. Strekklappene er brokoblet, og måler økningen både i lengde og diameter som følge av trykkøkningen. Utgangsspenningen fra broen er lineært avhengig av trykket. Ofte er strekklapp-elementene laget av keramisk materiale. Halvledermembraner kan være etset ut i en silisiumskive, og strekklappmotstander kan være dampet på som tynnfilm eller være integrert i membranet som piezoresistive elementer. Dette gir små elementer, med god termisk kontakt mellom motstandene. Side 99

99 målere kan imidlertid ikke måle statisk trykk - men de er gunstige til måling av dynamiske trykkendringer. Båndbredden kan gå opp i flere MHz. En elektronisk trykkvakt er gjerne bygget opp omkring en keramisk trykkcelle, som konverterer det målte trykket til et kapasitivt signal. Signalet står i forhold til det trykket som utøves på et membran som er montert foran trykkcellen. En mikroprosessor tolker signalet fra trykkcellen, og i noen tilfeller angis også trykket direkte på et display på trykkvakten. Enkelt forklart kan vi si at trykkcellen kan anses som en kondensator som endrer verdi når den blir presset sammen. Materialene som står i kontakt med mediet som skal måles er gjerne keramiske, kunststoffene er fremstilt av FPM, Viton e.l., og gjengene er i forkrommet messing eller rustfritt ståi. Velg riktig trykkgiver En keramisk trykkcelle (1) gir et signal i forhold til det trykket som utøves på membranet (3). Mellom membranen og trykkcellen sitter en utjevning (2) som sørger for at trykkcellen ikke blir skadet ved plutselig stenging av en ventil, kraftige trykkbølger, osv. De er imidlertid svært temperaturavhengige, men det er forholdsvis enkelt å kompensere for temperatur-innflytelsen fordi alle motstandene er laget i samme materiale og dermed driver svært likt. Halvlederbaserte trykkmålere brukes bl.a. i bilmotorer fordi de er små, tåler vibrasjoner, store temperatursvingninger og harde miljøer. Svingende kvarts-krystaller benyttes ofte som trykkmålere på større dyp, dybdemålere etc. Krystallene er svært stabile og nøyaktige, og kan ha enfølsomhet på 1 mm og en nøyaktighet på 20 mm på 300 m dyp. Piezoelektriske elementer er utbredt i trykkmålere i dag. Slike elementer utvikler en ladning når de komprimeres av trykket - enten direkte eller ved hjelp av en membran. Piezoelektriske Det er mange faktorer å ta hensyn til når vi skal velge riktig trykkgiver. Giveren må ha tilstrekkelig sikkerhet mot ekstremverdier og transienter som oppstår i anlegget ved igangsettinger, åpning og stenging av ventiler osv. Bruk trykkgivere hvor membran og element er beskyttet av bunnen i kapslingen, slik at de ikke trykkes inn og blir ødelagt ved trykktopper eller trykk utover måleområdet. Giveren må selvfølgelig også tåle trykket innenfor det området som kan oppstå og skal måles. Se dessuten etter givere med høy såkalt bursting pressure - dvs. trykknivået hvor de mekaniske materialene begynner å lekke. Materialene i giveren må også tåle industrimiljøet, og helst ta hensyn til andre økologiske forhold. De beste giverne bruker i dag kadmium-frie kunststoffer i kapslingene. Vi må til slutt ta standpunkt til om vi ønsker binær eller analog utgang - dette er avhengig av applikasjonen giveren skal brukes i og hva slags informasjon som er påkrevet i prosessen. Høykvalitets elektroniske trykkvakter har flere innstillingsmuligheter, takket være en innebygget mikroprosessor. Man kan programmere inn ønsket settpunkt, og øvre og nedre grenseverdier for å gi av- eller på-signal. Ofte kan hysterese, forsinkelse og utgangsfunksjon programmeres også. På de beste giverne kan vi g øre alt dette uten at det er trykk i systemet. Med en elektronisk trykkvakt har vi mulighet til å oppnå en svært nøyaktigregulering av systemet, samt at systemet raskt kan stilles om til andre verdier. Dette er viktig hvis vi har et anlegg som skal produsere ulike typer produkter og produksjonsapparatet må stilles om for hver type produkt. Da er det viktig at innstillingene kan foregå hurtig og presist, slik at anlegget ligger nede så kort tid som mulig. Når vi velger trykkvakt bør vi også velge et fabrikat som har flere typer kabelkonnektorer å velge mellom, samt et utvalg av overgangsflenser for gjengetilpasning. Dette er viktig fordi det kan forekomme forskjellige typer gjenger i ett og samme system, avhengig av hvor komponentene er fremstilt. Side 100

100 To typiske eksempler å bruk av strømningssensorer, Givere (Sensorer) Strømning Elektroniske sensorer Måling av strømning - enten i masse, væske, gass, damp eller tørrstoff - har blitt svært viktig i moderne prosessindustri. Nøyaktig kunnskap om det som strømmer inn eller ut av en reaktor eller en del av prosessen er helt nødvendig for å styre prosessen riktig. Det er også nødvendig å kontrollere og overføre produsert mengde, dosering i beholdere m.m. ved hjelp av såkalte strømningsgivere, eller strømningsvakter. Strømningsvakter brukes innenfor alle typer anlegg og maskiner. Ofte er det nok å vite om det er strømning eller ikke, eller om strømningen er under/over et visst nivå. Da kan vi bruke såkalte binære strømningsvakter som vi stiller inn på ønsket flow/hastighet på mediet. Mange anlegg krever imidlertid større nøyaktighet enn bare å vite om vi har strømning eller ikke - vi må vite hvor stor strømningen er til enhver tid. Da må vi benytte strømningssensorer med analog utgang. Strømningssensorer deles inn i to hovedgrupper: Mekaniske og elektroniske. Mekaniske strømningsvakter er basert på bevegelige deler med flottører, skovler e.1., og er på vei ut innen industrien. Vi vil derfor konsentrere oss om de elektroniske. Elektroniske strømningssensorer deles igjen inn i to hovedtyper, avhengig av sensortype og signalet som skal avgis. Vi snakker om analoge og digitale sensorer. Begge typer har til felles at de konverterer en fysisk variabel - som f.eks. strømning - til et elektronisk signal. Analoge sensorer har lineær utgang, stort måleområde, høy presisjon og mulighet for kalibrering. Denne typen sensorer benytter vi når vi skal måle mengde, hastighet osv. i en prosess. Det elektriske signalet er gjerne en spenning fra 0-10 V eller en strømsløyfe på 4-20 ma. Digitale sensorer er enklere typer, og benyttes hvor vi bare ønsker å få et signal dersom en variabel faller over eller under en grenseverdi. Utgangen på giveren er som regel en PNPhalvleder utgang eller en releutgang. Merk også at vi gjerne deler inn disse giverne i ytterligere to kategorier: Vi har én type med ekstem monitor/relé, og en kompakt utgave hvor all elektronikken sitter i samme enhet. Dersom vi skal avkjenne strømning i eksplosjonsfarlige medier må vi benytte utstyr med ekstem elektronikk, som også er godkjent for Ex-soner. Side 101

101 Ulike målemetoder Vi kan måle strømning på flere måter. Som volumstrøm, volum, hastighet, massestrøm eller masse. Volumstrøm-måling innebærer ofte måling av giennomsnittshastighet eller hastighet i ett eller flere punkter. Volummåling angir hvor stor mengde som har passert i løpet av et gitt tidsrom, f.eks. liter pr. sekund. Massestrøm-måling er måling av massen som passerer i løpet av en gitt tidsenhet. Vi må da kjenne til tettheten i massen. Målingen kan også være en beregning av volumstrøm og tetthet. Masse-måling er integralet av den massestrømmen som har passert i løpet av et tidsrom. Dette kan vi ikke måle direkte, men f.eks. samle opp strømmen i tanker som veies. Fordi de fleste strømningsmålere blir påvirket av mediet de skal måle, er det viktig å kjenne til tettheten i det vi skal måle. Tetthet defineres som ϑ = 1/V 3 = m/v, der V3 er spesifikt volum, m masse og V volum, og har dimensjonen kg/m 3. Husk at tetthetsvariasjonen er mye større for gasser enn væsker. Andre forhold som kan virke inn på målingene er Termisk utvidelseskoeffisient. For vann er denne liten - for olje og bensin større, og for gasser enda større. Kompressibilitet, som er spesielt viktig for gasser. Verdien for gass er ca ganger større enn for vann. Viskositet, vi skiller mellom dynamisk og kinetisk viskositet. Luftoppløselighet, ved plutselige eller store trykkfall kan luft frigjøres som bobler og forårsake målefeil. Fuktighet - i gasser virker fuktigheten inn på tettheten. Prinsipper for strømningsmåling Det er mange måter å avkjenne strømning på. I det følgende benevner vi væske som både væske, gass og damp: Magnetisk-induktivt prinsipp Når en ledende væske flyter gjennom et magnetfelt, skaper den en elektrisk strøm som kan måles vertikalt i forhold til strømningsretningen. Faradays lov sier at strømmen er direkte proporsjonal med væskens gjennomsnittlige strømningshastighet. Eddystrøm prinsippet Når en væske strømmer forbi et legeme dannes det virvler - såkalte vortekser eller karmannvirvler. Virvlene slippes i motsatt retning hver gang, dermed oppstår det en blafring bak legemet, som når et flagg vaier i vinden. Vorteksmålere egner seg best til gasser, damp og lavviskøse væsker, og man måler gjerne bølgene med piezoelektriske sensorer, ultralyd e.l. Ultralyd tidsmåling En lydbølge som beveger seg mot strømningsretningen i et flytende medium, bruker noe lenger tid på å tilbakelegge en gitt distanse enn en lydbølge som beveger seg med strømningsretningen. Forskjellen i tid er proporsjonal med strømningshastigheten. Dopplerprinsippet Hvis en bølge reflekteres av et bevegelig objekt, blir frekvensen av den reflekterte bølgen endret. Endringen er direkte proporsjonal med objektets hastighet. Denne effekten - Dopplereffekten - forekommer både for ultralyd og elektromagnetiske bølger (også lys). Differensialtrykk Dersom strømningen blir hindret et bestemt sted - f.eks. med en plate e.l. - endres også trykket. I følge Bemoullis lov kan man beregne strømningen ut fra endringen i trykket. Dette er imidlertid en komplisert målemetode som innbefatter mange typer beregninger. Pumpestyring med to binære strømningsvakter. Coliorisprinsippet Hvis et flytende medium blir aksellerert vertikalt mot strømningsretningen, dannes det et moment. Dette fenomenet kalles Corioliseffekten. Kraften er svært liten, men kan måles uavhengig av massen, og er proporsjonal med produktet av masse og hastighet. Det kalorimetriske prinsipp Dette prinsippet er en sikker og en mye brukt metode for å måle strømning. Den er basert på at den bevegelige massen tar energi fra et oppvarmet sensorelement, og dermed kjøler elementet. Temperaturforskjellen angir strømningshastigheten. I det følgende kapittelet skal vi se nærmere på dette prinsippet. Side 102

102 Det kalorimetriske prinsipp De fleste moderne strømningsvakter benytter det kalorimetriske prinsipp, dvs. hvor varmetransporten i mediet blir målt. Selve sensoren har et varmeelement med en overflatetemperatur som er høyere enn det flytende mediumet. Strømningen forårsaker et varmetap i elementet, som kan evalueres. Jo større mengde eller hastighet som strømmer forbi elementet, desto mer varme ledes bort. Det elektriske prinsippet kan vises slik: Kretsen består av en temperaturføler R T1, varmemotstanden R H og temperaturføler R T2. Føleren R T1 måler temperaturen umiddelbart i nærheten av R H. Referanseføleren R T2 måler temperaturen i selve mediet. Dette kan også vises i en brokobling, som består av R T1, R T2, R 1 og R 2, hvor temperaturforskjellen mellom de to sensorene gis som en spenningsforskjell. Utgangsspenningen U blir evaluert avhengig av hvilken applikasjon føleren plasseres i. Det er ulike måter å benytte det kalorimetriske prinsippet på. Vi skiller mellom konstant kapasitet og konstant temperatur. I tilfellet med konstant kapasitet kjenner vi oppvarmingskapasiteten. Strømningshastigheten blir da fastslått ved å måle temperaturforskjellen mellom den oppvarmede føleren og mediet. Når vi måler i forhold til konstant temperatur, blir temperaturforskjellen mellom den oppvarmede føleren og mediet justert til en konstant verdi. Ved å måle spenningen over varmeresistoren eller oppvarmingsstrømmen, finner vi strømningshastigheten. Viktig å vite når vi installerer strømningsvakter Strømningsvakter basert på det kalorimetriske prinsipp fungerer uavhengig av omgivelsene. På grunn av det lille plassbehovet, kan de monteres nær sagt hvor som helst i produksjons-prosessen. Vi må imidlertid ta hensyn til at strømningene i et rør oppfører seg annerledes når rørene bøyer seg, og strømningen er også ulik i ytterkant av røret i forhold til midten. Monterer vi en strømningsvakt i eller for nær en rørbøy, vil vi få feilaktige målinger. Som en tommelregel må vi montere en strømningsvakt i en avstand på minst 5 x rørdiameteren etter en hindring eller 3 x rørdiameteren før en hindring. Hindringer kan være krumninger på røret, ventiler, krysninger o.l. Merk også at strømningsvakter leveres med en rekke forskjellige gjenger, for å passe til gjengetypen i det øvrige anlegget. Dette kan være kjente betegnelser for rørlegger, men nytt for montører og elektroteknikere. Ofte er utstyr svært kostbart å reparere dersom det skulle gå varmt og bli ødelagt p.g.a. overoppheting. Kjølevannet kan overføres ved hjelp av strømningsvakter slik at en blir varslet dersom kjølevannet skulle utebli p.g.a. f.eks. tette rør eller lekkasje. Strømningsvakter brukes også mye som vern mot tørrkjøring av pumper og til pumpestyring. Givere (Sensorer) Mediet (væsken, gassen e.l.) blir varmet opp av varmeresistoren... VIKTIG 1: Ta hensyn til strømningene i røret ved montering av strømningsvakter. Følg rådene i dette avsnittet!... og varmetapet blir målt av føleren. Dermed finner vi hastigheten som en følge av varmetapet. VIKTIG 2: Montering av strømningsvakter i horisontale rør bør skje fra undersiden av røret, dersom det er risiko for at røret ikke er helt fylt. Dette gjøres for å unngå målefeil. Side 103

103 temperatur Temperatur er nok den mest vanlige målingen som uføres i moderne prosessindustri. Temperatur er et uttrykk for en fysisk tilstand, og er definert ut fra molekylaktivitet. Når vi måler temperatur måler vi derfor alltid temperaturen i føleren, ikke i objektet. Vi vet også at temperatur er et uttrykk for i hvilken grad et objekt er i stand til å overføre varmeenergi til andre objekter. Hvor god måling vi får, er derfor avhengig av hvor god kobling vi klarer å få til mellom føleren og objektet. Som de fleste silkkert vet, opererer vi med flere ulike temperaturskalaer: Kelvin, Celcius, Fahrenheit og Rankine. Kelvin er oppkalt etter den kjente skotske fysikeren baron William Thomson Kelvin ( ). Han ble berømt for sine grunnleggende arbeider i termodynamikkk elektrisitetslære og elektrisk måleteknikk. Kelvinskalaen er en termodynamisk skala. Vi får K ved å legge 273,15 til Celsiusgradene. 0 grader Kelvin tilsvarer det absolutte nullpunkt: -273,15 C. Fahrenheit er oppkalt etter den tyske fysikeren Gabriel Daniel Fahrenheit ( ). Han ble berømt for sine nøyaktige termometere, hvor O ºF tilsvarer en kuldeblanding av is, vann og salmiakk. 32 ºF er isens smeltepunkt, og 96 ºF er kroppens normale temperatur målt i munnhulen. 100 ºC tilsvarer 2I2 ºF. Vi regner om ºF til oc ved å trekke 32 fra F-temperaturen og gange resten med 5/9. Celcius-skalaen er oppkalt etter den svenske professoren Anders Celsius ( ) ved universitetet i Uppsala, selv om det hevdes at han ikke er den egentlige opphavsmann en til skalaen. Celsius-skalaen har fiksert 0 o og 100 o ved henholdsvis isens smelte-punkt og vannets kokepunkt ved normalt lufttrykk. F.eks. ved 1000 meter over havet er lufttrykket lavere, og vi har dermed et lavere kokepunkt. Rankine er en skala med Fahrenheit oppdeling, men med null ved det absolutt nullpunkt slik som Kelvin. Denne skalaen brukes i USA, bl.a. innenfor oljeindustrien. Skalaene er ulike fordi de skiller mellom absolutt temperatur - som Kelvin, hvor null grader K er det absolutte nullpunkt, og avledet temperatur som f.eks. Celsiusskalaen. Symbolet for absolutt tempera-tur er T, mens det for avledet temperatur er t. Vi regner om skalaene på denne måten: oc = 5 ( F-32)/9 K = oc + 273,15 R = of + 459,67 Kalibrering For å vite hva som er null grader i de ulike skalaene, må vi ha en eller flere bestemte referanser. I begynnelsen benyttet man vann og finknust-is for å finne isens smeltepunkt, og det gir faktisk en ganske god nøyaktighet - ned mot 0,1 oc. Så gikk man over til å finne referansepunkter basert på kokepunkt. I dag har vi en internasjonal temperaturskala som kalles T90, som er en samling av smelte-/størkningspunkter (hvor fast stoff og væskefase er i likevekt) og trippelpunkter (temperaturen hvor fast stoff, væske og gass er i likevekt) i en rekke kjente stoffer. Disse punktene er kjente og reproduserbare, og kalibreringer etter denne internasjonale skalaen er derfor svært nøyaktig. Stoff og likevektstilstand K oc Neon, trippelpunkt 24,5561 Oksygen, trippelpunkt 54,3584 Argon, trippelpunkt 83, ,3442 Kvikksølv, trippelpunkt 234, ,8344 Vann, trippelpunkt 273,16 0,01 Gallium, smeltepunkt 29,7646 Indium, frysepunkt 159, 5985 Tinn, frysepunkt 231,928 Sink, frysepunkt 419,527 Aluminium, frysepunkt 660,323 Sølv, frysepunkt 96L,78 Gull, frysepunkt 1064,18 Kobber, frysepunkt 1084,63 Etter denne skalaen er f.eks. ikke vannets kokepunkt eksakt 100 oc. Temperaturmåling Når vi skal måle temperatur har vi altså problemer med at vi måler temperaturen slik måleementet oppfatter den - ikke selve objektets temperatur. Derfor er det viktig å finne en type føler med stort følsomhetsområde, og som er lineært og nøyaktig over et stort område. Den mest praktiske typen temperaturfølere er følere av metall, fordi motstanden i metallet endrer seg med temperaturen. Dermed får vi et elektrisk signal som enkelt kan benyttes videre i prosessen. Det mest lineære metallet i denne sammenheng er platina, som derfor er svært utbredt i temperaturfølere. En annen fordel med platina er at metallets motstand ved O oc er 100 ohm ( Pt 100) - dermed får vi et utmerket utgangspunkt for de elektriske signalene. Side 104

104 Relativ motstand i ulike metaller ved gitt temperatur. Som vi ser er platina mest lineær. Til en viss grad er det slik i de fleste installasjoner, og 3-leder teknologien er derfor den mest utbredte i dag. 4-leder teknologi er den optimale tilkoblingsmetoden. Her blir ikke målingen påvirket av kabelmotstand eller temperaturen i kabelen. Føleren blir tilført strøm via to ledere, mens de to andre føler spenningsfallet over elementet. Dermed påvirker ikke strømtilførselen måleresultatet. Givere (Sensorer) Betegnelsen Pt 100 er ganske kjent, og den stammer nettopp fra motstanden ved O oc i et platinaelement. Pt 100 er dermed den industrielle betegnelsen på platinaelementer for temperaturføling. I IEC-751 er normen for industrielle Pt 100-elementer gitt, hvor det bl.a. er satt opp strenge krav til nøyaktighet. Denne standarden gir også regler for kalibrering, merking osv. Platina er imidlertid kostbart, slik at det i enkelte tilfeller benyttes nikkelelementer - bl.a. innen VVS-bransjen. Nikkelelementer er mindre lineære, med et brukbart temperaturområde fra -150 til 300 oc, mens platina har område fra -300 til 900 oc. For temperaturer over 500 oc bør elementet være spesielt konstruert for høye temperaturer, fordi metallet endrer egenskaper. Vi må også passe på en vesentlig feilkilde: selvoppvarming. Strømmen som må til for å måle resistansen i elementet gir i seg selv en varmeutvikling, som øker kvadratisk med strømmen. Denne målestrømmen må være så liten som mulig. Det finnes for øvrig også Pt 500 og Pt 1000 elementer, men Pt 100 er den mest vanlige. Skjematisk fremstilling av 2-, 3- og 4-leder teknologi. 2,- 3- og 4-leder teknologi Termistorer Vi ser at vi skal ha strøm både inn til føleren, og ut igjen til en PLS eller annen avlesningsenhet - eventuelt videre ut i et signalsystem. Vi kan da ta i bruk 2, 3 eller 4 ledere. l 2-leder teknologi gir kabelen i seg selv en motstand. Hvis kabelen er over en viss lengde, kan denne motstanden gi opphav til feil i signalet og tilsvarende feil måleresultat. Dette må det kompenseres for elektronisk, noe som er ganske komplisert. 2-leder teknologi er derfor stadig mindre i bruk. 3-leder teknologi brukes for å unngå feilkilder som kabelmotstand etc. Her går en tredje leder direkte til en kontakt på føleren. Dette gir to målekretser, hvorav den ene blir brukt som referanse. Dermed kompenserer man for kabelmotstanden både i motstandens størrelse og hvor mye den innvirker på temperaturmålingen. Forutsetningen er imidlertid at alle kablene er like og utsatt for samme temperaturpåvirkning. I steden for temperaturfølere av metall, benyttes i enkelte tilfeller halvledermaterialer. Disse er imidlertid svært ulineære og har større temperaturkoeffisient enn metallmotstandene. Termistorer som har fallende resistans etter som temperaturen øker, kalles NTC-motstander (Negative Temperature Coefficient). Termistorer med økende resistans kalles PTC (Positive Temperature Coefficient). Fordelen med termistorer er at de har høyere oppløsning enn metallmotstander, og de er svært små - under 1 mm i diameter. Ofte kapsles de inn i glass e.l. for å øke den mekaniske stabiliteten. Ulempen er at bruksområdet bare er fra -100 til 200 oc, og man må kalibrere og kompensere for å oppnå tilstrekkelig nøyaktighet. Side 105

105 Termoelementer I 1821 oppdaget den tyske fysikeren Thomas Seebeck ( ) - for øvrig termoelektrisitetens oppdager - at det mellom to metaller som bringes i kontakt, oppstår et kontaktpotensiale som er avhengig av metallene og temperaturen i kontaktpunktet. For eksempel gir kombinasjonen av nikkel og jem en termospenning på 33,5 pv/k ved O ºC. Det finnes som vi skjønner et stort antall kombinasjonsmuligheter, men etterhvert er de blitt standardisert. To ledere som kobles sammen i enden kalles et termopar. Når prinsippet brukes i en temperaturmåler, kalles hele enheten et termoelement. Termopar betegnes etter hvilke legeringer som benyttes, den første betegnelsen angir legeringen som har mest positiv termospenning. Skjematisk fremstilling av termopar. ikke påvirker målingene, finnes det spesialrekkeklemmer for direkte tilkobling av termoelementer. De fås i ulike metalllegeringer som er tilpasset de forskjellige termoelementene på markedet. For pålitelig måling er det nødvendig å bruke slike klemmer. Se lenger bak i boken for nærmere opplysninger om denne typen klemmer. Termospenninger for en del vanlige termopar Type Temp.område Følsomhet mv T Cu-CuNi J Fe-CuNi E NiCr-CuNi Hvorfor bruker vi termoelementer? Termoelementer er rimelige, og kan måle høye temperaturer. Dessuten kan mange termopar termineres så nær hverandre at vi bare behøver en eneste termistormåling. Termoelementer er enkle - kabelen kjøpes i metervis, og kan fremstilles på stedet. Eller de finnes ferdig tvunnet sammen og bygget inn i en beskyttende kapsling. Målepunktet er svært lite, noe som fører til en kort tidskonstant. K NiCr-Ni S PtRh-Pr R PtRh-Pr Koblingsskjema for WAS5 Pro Thermo måleverdiomformer. B PrRh-PtRh TermomåIing og materialer I et termopar er den spenningen vi måler bare avhengig av termoparets materialer og temperaturdifferansen mellom målepunktet og tilkoblingspunktet. Termoelementet har den grunnleggende egenskapen at det bare måler temperaturdifferanser. For å finne den absolutte temperaturen må vi legge til temperaturen i et referansepunkt. Det gjør vi som regel i tilkoblingsklernmene - rekkeklemmene - i koblingsskapet. Termoelementer termineres gjerne i et skap, hvor temperaturen ikke varierer særlig mye. Referansepunktet vi setter i klemmen kaller vi kaldpunkt. Punktet måles med en absolutt temperaturmåler, vanligvis med en termistor. Deretter kan vi slå opp i referansetabeller over ulike termoelementer for å finne vårt termoelement og hvilken termospenning denne målte referansespenningen tilsvarer. For å være sikker på at de ledende materialene i klemmene Termoelementomformere Så har vi fått et signal fra vårt termoelement, ledet det via klemmer med riktig metallegering. Så skal vi bruke signalet til noe. Da må vi omforme signalet i en omformer - en termoelement omformer. En slik omformer er nødvendig for å gjøre bruk av signalet fra termoelementet videre i prosesstyring og automasjon. Omformeren forsterker og lineariserer det lave signalet fra termoelementet. Omformer med galvanisk skille sørger for å isolere termoelementene fra de øvrige kretsene slik at man unngår jordfeil og kortslutninger. En type omformere - WAS5 Pro Thermo - forsterker og lineariserer spenningssignalet fra standard termoelementer, og sørger for å gi et indre referansepunkt (kaldpunktkompensasjon). Omformeren som bare er I7,5 mm bred, og som gir fullstendig 3-veis galvanisk skille mellom inngang, utgang og hjelpespenning. Side 106

106 Dermed får vi et presist analog signal som er uavhengig av jordpotensialet. Denne typen avanserte omformere gir mange fordeler når man bruker termoelementer: En omformer kan håndtere alle typer temperatursignaler fra standard termoelementer Signalene omformes til standard spennings- eller strømsignaler i henhold til IEC 584 Flere omformere trenger bare én spenningsforsyning mellom 9 til 30 Vdc pga. laskemuligheten. Bred nullpunkt- og måleomfangsjustering gjør det enkelt å tilpasse signalene til egne behov Kortslutningsdeteksjon gjør det lett å oppdage brudd i en termoelementledning Givere (Sensorer) Side 107

107 Vi er din komplette partner på Koblingsteknikk Merking Automasjon Nettbutikk: jfknudtzen.no E-post: eller Telefon: Telefaks: Teknisk support: / telefon Besøksadresse: Billingstad sletta 97, N-1378 Nesbru