SS2701 - Protetor contra surtos na entrada analógica

Você sabe como funcionam as entradas analógicas 4 a 20 mA do CLP e o motivo pelo qual as mesmas são tão sensíveis?

Este artigo trata disso e propõe uma solução simples para proteger as entradas analógicas de 4 a 20 mA  do CLP.

Como funcionam a entradas analógicas 4 a 20 mA do CLP

A maioria das entrada 4 a 20 mA dos CLPs de mercado possuem um resistor de cerca de 150 a 200 ohms em sua entrada. Veja abaixo um circuito típico.

No exemplo da figura acima, mostramos um transmissor hidrostático de nível.

Esse tipo de sensor é muito utilizado para medir nível de água em reservatórios pertencentes ao sistema de abastecimento de água municipal.

O transmissor hidrostático de nível trabalha submerso e, por estar em contato direto com a água, é um caminho para surtos elétricos que normalmente entram pela rede e buscam a terra.

Quando um sensor hidrostático de nível queima por surto, com frequência deixa de funcionar como regulador de 4 a 20 mA e entrega na saída os 24 V sem limitação.

Seja um transmissor hidrostático de nível, um sensor de pressão, ou qualquer outro instrumento de campo que, ao invés de entregar uma corrente de 4 a 20 mA, entrega os 24 V da alimentação diretamente à entrada analógica, isso irá danifica a entrada analógico pelo excesso de tensão e corrente.

O que acontece quando o sensor entra em curto e fornece os 24 V, sem limite de corrente, à entrada analógica 4 a 20 mA?

Digamos que a entrada analógica é dotada de um resistor de 200 ohms. A corrente sobre o resistor será:

I = 24V / 200 ohms = 120 mA e a Potência sobre o resistor P = 24 V x 120 mA = 2,88 W

Os resistores utilizados nas entrada analógica dos CLP não são dimensionados para suportar essa potência e fatalmente queimam.

Solução para proteger a entrada analógica contra o excesso de corrente

A solução é simples; precisamos de um limitador de tensão e de um limitador de corrente trabalhando em conjunto.

Como limitador de tensão utilizamos o diodo TVS e como limitador de corrente utilizamos o termistor PTC.

Utilizando a solução apresentada, quando o sensor de campo entra em curto, e os 24 V da fonte passam direto, o diodo TVS irá conduzir, limitando em 6 V a tensão na entrada analógica.

A corrente sobre o termistor PTC ao tentar ultrapassar os 50 mA fará o PTC aquecer e alterar sua resistência original de cerca de 2 ohms para uma resistência que limita a corrente em 50 mA.

No caso do circuito apresentado, a resistência do PTC irá alterar para cerca de: R = (24 V – 6 V) / 50 mA = 360 ohms.

Sobre o resistor de 200 ohms da entrada analógica a tensão resultante será de 6 V, e a corrente de 30 mA, resultando em uma potência máxima de 180 mW, que não é suficiente para danificar o componente.

O Termistor funciona como um fusível rearmável, pois após a substituição do sensor danificado (em curto), e tendo cessada a corrente excessiva, o PTC irá esfriar e voltar a ter apenas 2 ohms de resistência.

O PTC selecionado é do tipo especialmente desenvolvido para proteção contra sobre corrente. A linha Resettable Fuses – Multifuse® PPTC da Bourns é um exemplo desses componentes.

O diodo TVS é um diodo rápido especialmente desenvolvido para absorver surtos de sobretensão e muito utilizado em circuitos DPS (Dispositivo de Proteção Contra Surtos).

Circuito protetor completo para entradas analógicas 4 a 20 mA de CLP

Apresentamos agora um circuito completo de um DPS para a proteção de entradas 4 a 20 mA.

O circuito apresentado protege não só canal analógico, mas também a alimentação 24 V que é fornecida ao sensor de campo.

A proteção se dá em três estágios, por meio dos três tipos de supressores de sobretensão:

  • Centelhador a gás;
  • Varistor de óxido metálico;
  • Diodo TVS.

Os indutores que separam cada etapa da proteção ajudam a retardar e amortecer o surto.

Circuito impresso do DPS para entradas analógicas 4 a 20 mA


[img_text_aside style=”2″ image=”https://alfacompbrasil.com/wp-content/uploads/2019/05/DPS-SS2701.jpg” image_alignment=”left” headline=”Componentes%20do%20protetor%20para%20entradas%20anal%C3%B3gicas” alignment=”left”]

  • QTD         DESCRIÇÃO
  • 4              CN1, CN2 – AKZ-700 – 2
  • 1              D1 – P6KE30A  (TVS)
  • 1              D2 – P6KE6A  (TVS)
  • 1              F1 – Fusível rearmável (PTC) 50 mA
  • 1              F2 – Fusível rearmável (PTC) 50 mA
  • 4              L1, L2, L3, L4 – Indutor 100uH
  • 2              RV1, RV2 – S10K30 (Varistor)
  • 2              SA1, SA2 – 75V (centelhador a gás)
  • 1              Espaçador 15 mm
  • 1              Pé Fêmea RS75
  • 1              Pé Macho RS75
  • 1              PCI  SS2701

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[img_text_aside style=”1″ image=”https://alfacompbrasil.com/wp-content/uploads/2019/05/SS2702-2-sf.png” image_alignment=”left” headline=”Supressor%20de%20surto%20para%204%20canais%20anal%C3%B3gicos” alignment=”left”]

O módulo SS2702 constitui um protetor de canais analógicos contra surtos elétricos causados por sobre tensões na fiação de campo. Montado em circuito impresso e alojado em suporte plástico para fixação em trilho DIN, o módulo incorpora cinco circuitos de proteção contra surtos, sendo um para evitar que surtos danifiquem o circuito de alimentação em 24V e os outros quatro para proteção de canais analógicos. Cada circuito é dotado de fusível, centelhador a gás, varistor de óxido metálico, diodo supressor e indutores. O módulo substitui com vantagens de custo, espaço e tempo de montagem, um arranjo de quatro protetores, cinco fusíveis e dezesseis bornes. Um dos diferenciais do produto é o fato de ser o único do mercado dotado de fusíveis rearmáveis (PTC).

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