Un nuevo enfoque para la protección de circuitos en gabinetes de control industrial

La protección de circuitos en los gabinetes de control de infraestructura inteligente depende de filas de bloques de terminales con fusibles o disyuntores internos. Este enfoque consume un espacio significativo en el gabinete y requiere que los ingenieros abran el recinto para la resolución de problemas y la sustitución de fusibles. Como resultado, el mantenimiento requiere más tiempo, aumenta el tiempo de inactividad y los componentes sensibles quedan expuestos a los contaminantes ambientales.

Estos desafíos requieren integrar la protección directamente en el punto de conexión. La integración de la protección contra sobrecorriente dentro del conector reduce la complejidad del sistema, minimiza los puntos de fallo y mejora la capacidad de servicio. En lugar de distribuir la protección entre componentes discretos montados en riel DIN y cableado de interconexión, la protección se puede consolidar en una sola interfaz.

HARTING presenta el Han® Protect que aborda este problema al integrar un fusible estándar de 5 x 20 mm y un indicador LED de fusible fundido en un factor de forma compacto Han 3A. Elimina la necesidad de componentes externos y reduce la complejidad del cableado para ofrecer beneficios en ahorro de espacio, diagnósticos más rápidos y mantenimiento simplificado.

Arquitectura y principio de funcionamiento de Han® Protect

El Han® Protect se centra en adaptar la interfaz M12 con código A, ampliamente utilizada, para señales de entrada/salida, combinada con una carcasa protectora que admite el reemplazo de fusibles reparables en campo. Al trasladar la protección al conector, los diseñadores pueden reducir el tamaño del gabinete de control hasta en un 30 por ciento.

En la configuración de línea con fusible, el conductor protegido pasa a través de un conjunto de clip de fusible en serie antes de continuar hacia el cableado interno. En condiciones de sobrecarga o cortocircuito, el elemento fusible se funde y abre el circuito. La indicación LED en el Han® Protect implica un circuito auxiliar que detecta un estado de fusible abierto (Figura 1).

Figura 1: Un conector de alimentación de alta resistencia Han® Protect tamaño 3A. (Fuente de la imagen: HARTING)

Un impacto de ingeniería práctico es que el Han® Protect pretende hacer coincidir el límite protegido con la interfaz extraíble. El elemento de protección no se encuentra dentro del riel DIN sino en el punto donde el mazo de cables se encuentra con el gabinete, lo que reduce el tiempo de localización de averías y permite operaciones modulares de sustitución y restauración.

Configuraciones de productos y diseño mecánico

El Han® Protect 10810071141 (Figura 2) está diseñado como una carcasa macho con una entrada de cable superior para su uso con conductores terminados por crimpado. Cuenta con una sola interfaz de cable M12 y tiene una capacidad nominal de 4 A a 24 V, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de control y de señal de voltaje bajo. Mecánicamente, admite al menos 100 ciclos de acoplamiento para garantizar la durabilidad ante conexiones repetidas.

Figura 2. El Han® Protect 10810071141 con terminación por crimpado. (Fuente de la imagen: HARTING)

Por otro lado, el Han® Protect 10810070302 es la contraparte hembra montada en mamparo que está diseñada para fijarse en un panel o en la pared de un panel/recinto. Esta versión incluye un cable premontado de 0,76 metros para simplificar la instalación y se asegura con tornillos M3, apretados a 1 N·m para lograr estabilidad mecánica.

Consideraciones sobre el diseño eléctrico y térmico

Estos conectores están diseñados con una baja resistencia de contacto de ≤1 mΩ para Han 3A que reduce la generación de calor localizado. Este es un factor crítico cuando cientos de conectores están empaquetados densamente en un gabinete de infraestructura inteligente. Dado que Han® Protect funciona como una alternativa a los disyuntores internos, reduce el fusible térmico a nivel del sistema para lograr un entorno térmico más predecible dentro de un recinto.

En cuanto a la temperatura de funcionamiento, están calificados hasta una temperatura límite de +70 °C, pero la capacidad continua efectiva del fusible depende de la temperatura ambiente. Por lo tanto, un enfoque de ingeniería consiste en tratar la corriente nominal de 4 A del conector Han® Protect como una funda del conector, mientras se selecciona la corriente nominal del fusible y su comportamiento de tiempo-corriente para cumplir con los requisitos de perfil de carga, temperatura ambiente y tolerancia.

Cómo apoyar el ecosistema de conectividad

Han® Protect se puede implementar como parte de una arquitectura de interconexión de extremo a extremo que aborda la densidad del plano de datos y la modularidad de la electrónica interna, ya que los gabinetes combinan cada vez más E/S protegidas y redes Ethernet.

ix Industrial®

HARTING coloca al ix Industrial como estandarizado según la norma IEC 61076-3-124 para proporcionar una alternativa miniaturizada a RJ45 para Ethernet industrial. La norma IEC 61076-3-124 describe conectores rectangulares blindados de 10 vías especificados hasta 500 MHz con idoneidad de anclaje para los requisitos de PHY de Ethernet de alta velocidad.

Las interfaces ix Industrial se citan como de ≥5.000 ciclos de acoplamiento, IP20 y con un blindaje de 360°. HARTING afirma que la pieza modular ocupa hasta un ~70 % menos de espacio que el RJ45. Para los gabinetes de infraestructura de centros de datos y nodos perimetrales, la consecuencia del sistema es una mayor densidad de puertos en las elecciones de control sin sacrificar la robustez del bloqueo, lo que reduce la probabilidad de enlaces intermitentes en gabinetes con alta vibración y alta tensión de cables.

Conectores de placa a placa har-flex®

La familia har-flex ofrece conectividad miniaturizada a nivel de placa con elementos de sujeción tecnología de montaje en superficie (SMT) y THR para absorber impactos y vibraciones, al tiempo que aísla los contactos de señal de las tensiones mecánicas. El número de pines oscila entre 6 y 100 con varias alturas de apilamiento mezzanine para diseños de placas de circuito impreso (PCB) altamente personalizados.

Para mayores requisitos de potencia, la serie har-flex Power utiliza un paso de 2,54 mm y puede manejar corrientes de entre 12 A y 26 A, según el número de polos y la temperatura ambiente. Los conectores también cuentan con un mecanismo de retención a prueba de vibraciones en ambos lados para evitar el aflojamiento accidental bajo cargas dinámicas altas.

Sistema de conectores para placa de CI har-modular®

Para la creación de prototipos, har-modular ofrece múltiples posibilidades de combinación para datos, señal y potencia. El enfoque modular sigue un proceso de configuración de tres pasos en el que el usuario selecciona módulos de señal, potencia, alto voltaje, datos u ópticos y los unifica en un solo riel de fijación amarillo. Al combinar diferentes medios de transmisión en un solo conector, har-modular reduce el espacio en la placa de circuito impreso y simplifica el proceso de integración del sistema.

El sistema de conectores para placa de CI har-modular se basa en la norma DIN 41612. Los contactos de potencia tienen una clasificación nominal de hasta 40 A con un máximo de 1000 V, 500 ciclos de acoplamiento, IP20 y una temperatura nominal de -55 °C a +125 °C. Para los diseñadores de infraestructura, har-modular admite la electrónica escalable de gabinetes, donde los módulos de potencia y de datos se combinan en una unidad reemplazable en campo, y donde la partición de protección se puede alinear con los límites modulares.

Conclusión

Los centros de datos y los gabinetes de infraestructura inteligente están alcanzando límites físicos y eléctricos. Las arquitecturas de protección de circuitos actuales no son adecuadas para este entorno debido al espacio físico, la complejidad del cableado y la opacidad de los diagnósticos. Por lo tanto, la integración de la protección de circuitos a nivel de conector es la respuesta necesaria.

El conector integrado con fusible Han® Protect de HARTING, con su indicador LED, su factor de forma compacto Han 3A y su grado de protección IP54, demuestra la viabilidad práctica de este enfoque. La solución da como resultado un ahorro de espacio de hasta el 30 por ciento en el gabinete, procesos de mantenimiento simplificados, tiempos de reparación más cortos y una mayor disponibilidad.

Para obtener más información, visite HARTING Han® Protect.